太陽系の氷の月に生命の兆候を見つけるための新しい手法

将来のミッションでは、土星の衛星エンケラドゥスなど、生命を宿す可能性のある環境からサンプルを採取できる可能性がある：分子の空間配向と単純な形態と複雑な形態の多様性が、得られやすい手がかりとなる。 https://www.terra.com.br/noticias/cientistas-propoem-metodo-da-ecologia-para-saber-se-luas-geladas-do-sistema-solar-podem-abrigar-vida,a55db6fb5b96f56aa190b87cbf141ac142zzo289.html?utm_source=clipboard Jason Major, Cassini spacecraft/Flickr, CC BY-NC-SA 新しい観測所や宇宙ミッションが、私たちの太陽系内で生命を宿す可能性があるにもかかわらず、長い間隠されていた環境を調査している。

土星のエンケラドゥスや木星のエウロパのような氷の月には、凍った外殻の下に巨大な海がある可能性が高い。しかし、厚い氷の層が宇宙探査機による直接的なサンプル採取を阻んでいる。

これらの氷の月を探査することは、ほとんど法医学的な作業である。その表面には、アクセスできない内部の記録が部分的に保持されている。そのため、科学者は直接観察することなく、下の環境に生命の兆候があるかどうかを判断するのに役立つツールを必要としている。私は惑星科学者であり、同僚と共に、サンプル中に見つかる分子のパターンの種類に基づいて、環境が生命に適した条件を備えているかどうかを評価するのに役立つツールを開発した。

生命の指紋生命の探求は通常、有機分子から始まる。これは地球上の生命が構築されている炭素ベースの分子である。特に重要な2つの分子ファミリーは、細胞がタンパク質を構築するために使用するアミノ酸と、細胞膜の形成を助ける脂肪酸である。今g1でしかし、これらの分子は生命特有のものではなく、非生物的な化学プロセスによっても形成される可能性がある。

科学者は以前、小惑星や隕石でこれらを検出している。惑星環境でアミノ酸や脂肪酸を検出しただけでは、それが生命によって生成されたのか、非生物的なプロセスによるものなのかを研究者に伝えることはできないため、さらなる証拠を探す必要がある。一つの手がかりは、分子の空間配向、つまり「キラリティ」である。

特定のアミノ酸は2つの鏡像形態で存在する。非生物的なプロセスでは両方の形態が同量生成されることが多いが、地球上の生命はほぼ排他的に左手型を使用する。

一方の形態が強く過剰であれば、生命の存在を示唆している可能性がある。もう一つの手がかりは、分子内の同じ化学元素の重い形態と軽い形態（同位体）のバランスに見られる。通常、生命は軽い形態を好んで使用する。どちらの手がかりも強力な指標であるが、宇宙で測定するのは困難である。

それには高感度な機器、クリーンなサンプル、そして多くの場合、宇宙船が取得できる以上の材料が必要となる。とはいえ、現在および将来計画されているミッションでは、より限定的ではあるが価値のある測定、つまり分子のリストとその存在比率を提供できる可能性がある。私たちの研究は、研究者がこの単純な情報を使用して、分子の化学的起源についてより多くを学ぶ方法を示している。

多様性の調査生命は特定の分子を生成するだけでなく、独自のパターンでそれらを生成する。生命システムは、たとえそれらの分子が複雑で形成が困難であっても、特定の機能を果たす分子の生成にエネルギーを投資する。例えば、タンパク質は、比較的複雑なものを含む幅広いアミノ酸セットを必要とする。

非生物的な化学もアミノ酸を生成できるが、通常は最も単純なものを生成する。私たちの研究では、これらの分子がバイオシグネチャー（生命の存在を示す測定可能な手がかり）として機能する統計的パターンを残すかどうかを調査した。このアイデアを定量化するために、生態学の手法である多様性理論を使用した。生態学者は、特定の生態系に何種類の種が存在するかを問うだけでなく、それらの種がどのように分布しているか、つまり、コミュニティが少数の非常に一般的な種によって支配されているのか、それとも同程度の数で存在する多くの種によって構成されているのかを調査する。

多様性理論の目的は、種のリストを作成することと、それぞれの普及率を把握することの両方である。私たちは同じ論理を分子に適用した。アミノ酸のようなファミリー内で、各分子を生態学的コミュニティの種として扱い、その存在量を測定した。

私たちは、特定の分子混合物が異なるタイプ間で均等に分布しているのか、それともそのうちのいくつかによって支配されているのかを知りたかった。そして、このパターンが、生物的か非生物的かを問わず、それらの分子を生成したプロセスを反映している可能性があるかどうかも調査した。

構造のテストこのアイデアをテストするために、隕石、小惑星ミッションのサンプル、非生物的化学の実験室シミュレーション、現代の生物、堆積物、古代の化石、地球上のさまざまな環境のサンプルなど、多様なソースからのアミノ酸を含む意図的に広範なデータセットを編集した。その後、脂肪酸についても同様に行った。アミノ酸については、明確な違いが見られた。

生物学的サンプルは、単純なものと同様の比率で、多くの複雑なアミノ酸を含む傾向があった。非生物的サンプルでは、これらの複雑なアミノ酸は一般的に不足しており、単純な分子によって強く支配されていた。

この結果は理にかなっている。生物学がより複雑な分子を作成するために必要な化学的ボトルネックを克服できるのであれば、それらの分子が多く見られることが予想される。

一方、非生物的な化学はより制限されており、ランダムに形成される分子によって支配されている。非生物的な条件下で複雑な分子が形成される可能性ははるかに低い。

脂肪酸は逆の、しかし同様に有益なパターンを示した。脂肪酸鎖は生細胞の外膜を構成している。

生物学的サンプルでは、脂肪酸鎖の長さがすべて類似していることがわかった。対照的に、非生物的サンプルは、鎖の長さの分布がより広かった。

アミノ酸の結果とは対照的に、非生物的サンプルの方が脂肪酸の多様性が高いことが示されたが、この鎖の長さに関する発見は、私たちの研究の背後にある主要なアイデア、つまり「生命は機能に応じて分子混合物を形成する」ということを裏付けている。全体として、私たちの結果は、分子の多様性が新しいタイプのバイオシグネチャーとして機能する可能性があることを示唆している。

それだけで生命の存在を証明することはできず、他の測定値と組み合わせて解釈する必要がある。しかし、宇宙探査機が取得する可能性が最も高いデータ、つまり分子の比率を使用する実用的な方法を提供している。太陽系内外での生命の探求将来の宇宙探査機が、たとえ存在したとしても、無傷の生物学的材料を見つける可能性は低い。

惑星表面の過酷な条件によって変化した、分子の化学的痕跡を見つける可能性の方が高い。次に、科学者が探査する可能性のあるエウロパの表面のような過酷な環境で、多様性のシグナルがどれくらい生き残れるかを知りたかった。その表面は、木星の磁場に捕らえられた高エネルギー粒子によって絶えず爆撃されており、さまざまな有機分子を異なる速度で分解する可能性がある。 NASAのエウロパ・クリッパー・ミッションは、木星の衛星の周りを飛行し、生命を宿す可能性があるかどうかを調査するための測定を行う。 NASA/JPL-Caltech これらの条件下で分子がどのように分解されるかをモデル化したところ、分子が数センチの氷の下に埋まっている場合、多様性のシグナルは何千年もの間認識可能なままである可能性があることがわかった。シグナルは不滅ではないが、非常に新鮮なサンプルを必要とするわけではない。

私たちの結果は、場合によっては、個々の分子が分解し始めた後でも、生命が残したパターンが認識可能である可能性があることを示唆している。私たちの研究の主なメッセージは、生命はこれらの成分が変化した後でも持続する可能性のある方法で化学を組織化するということである。

生命システムは生物学的ニーズに応じて分子を組織化するが、非生物的な化学は通常、生成が最も簡単なものに従う。この組織化が惑星材料の中で生き残ることができれば、将来の宇宙ミッションは、生命の構成要素だけでなく、生命が残したより深い統計的パターンを探すことができるようになるだろう。 Gideon Yoffeは、この論文の出版から利益を得る可能性のある企業や組織のコンサルティング、雇用、株式保有、資金提供を受けておらず、自身の学術的地位以外の関連するつながりを開示していない。