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人生の始まりの鍵を探す

1976年の前に、バイキング1と2が火星の表面に着陸して動作する最初の宇宙船になったとき、地球の想像力は生命を宿した赤い惑星を切望していた。 バイキングの着陸船は微生物をテストするように設計されていましたが、NASAの宇宙船が火星の複雑な生命を発見することを望んでいました。 火星は、結局、天文学者(およびマリナー2宇宙船)が、湿気のある金星の沼地を横切る恐竜の概念を永遠に打ち負かした後の最後の、最高の希望でした。 それは火星または胸像でした。 水銀は太陽に近すぎて、小惑星帯を越えて、ガスの巨人と凍った月のない微生物の土地を置くと信じられていました。

バイキング以来の太陽系の探索は、私たちが知っている人生(または知らない人生)を示唆するかもしれない何か-何でも-を世界ごとに把握していることを表しています。 今日、木星の月エウロパの海は、20世紀の金星の沼地と火星の運河でした。おそらく、人間の孤独をなくすための最良の選択肢です。 NASAの次の外側の惑星のフラッグシップミッションであるEuropa Clipperは、氷の月の居住性を決定しようとします。 将来の着陸者または水泳者の中には、命を見つけなければならないものがあります。 太陽系の居住可能ゾーンには、潜在的に、太陽系内のすべての惑星が含まれています。 土星を回っているエンケラドスとタイタンは、海王星の周りのトリトンと同様、良い候補です。 水のように、人生はどこにでもあるかもしれません。

それでも、私たちはそれがここでしか見つからず、絶滅レベルのイベントが複数あるにもかかわらず、一見不滅のように見えます。 小惑星が地球と衝突し、ほぼすべてを一掃しますか? 微生物はキラーインパクターによって引き起こされた亀裂に家を作り、すべてが再び始まります。 単一の世界のサンプルに基づいて、人生が始まると、消滅させるのは非常に困難です。 そして、検索を続けます。

エウロパ 1995年と1998年にガリレオ宇宙船で撮影された画像で作られた、木星の4番目に大きな月であるエウロパのモザイク。エウロパは、地球よりも多くの水を含む地球規模の地下海があると考えられ、太陽系で最も有望な場所の1つ宇宙生物学者が生命を探すために。 (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute)

生死として知られる生命のない状態からの生命の火付けは、科学者が理解し始めたばかりのプロセスです。 天文学者、生物学者、化学者、惑星科学者が協力して、分野や天体を横断するパズルを苦労してつなぎ合わせます。 たとえば、最近では太陽系で最も古い岩石の一部である炭素質コンドライトが、代謝に不可欠なピルビン酸を含んでいることがわかりました。 コンドライトがthis石としてこの惑星に降り注いだとき、彼らは生命のない地球を受精させたのかもしれません。 この理論は、「私たちはどこから来たのか?」というすべてを消費する質問には答えません。

生物発生にはDNAさえ必要ありません。少なくとも、すべての既知の生命体に存在するDNAは必要ありません。 DNAは4つのヌクレオチド塩基で構成されていますが、今年の初めに、遺伝学者は8つの塩基を使用して合成DNAを作成しました。 (彼らはそれをハチモジDNAと呼びました。)この奇妙な遺伝コードは、安定した二重らせんを形成します。 再現できます。 それは突然変異することさえできます。 科学者は生命を創造しませんでした。 しかし、彼らは私たちの人生の概念がせいぜい地方であることを証明しました。

「地球のような」

実験室での仕事は、無生物から生命が生まれる方法を定義するのに役立ちますが、昨年運用を終了したケプラー、昨年打ち上げられたTESSなどの宇宙望遠鏡は、研究する新しい惑星を見つけています。 これらの宇宙船は、トランジット法を使用して太陽系外惑星を検索し、惑星が私たちとの間を通過するときに星の光のわずかな減少を検出します。 25年前、他の星を周回する惑星の存在は仮説的でした。 現在、太陽系外惑星は太陽を回っている惑星と同じくらいリアルです。 ケプラーだけでも、少なくとも2, 662の太陽系外惑星を発見しました。 私たちが知っているように、ほとんどの人は生活に無関心です。ただし、一握りの人は「地球のように」特徴付けられることもあります。

「「地球に最も近い惑星を見つけた」と言うとき、人々は時々、半径が正しく、質量が正しいことを意味し、居住可能なゾーンにある必要があります」と、 The Lost Planetsの著者John Wenz氏は言います、初期の太陽系外惑星の狩猟の取り組みの物語で、今年後半にMIT Pressによって公開されます。 「しかし、発見された系外惑星のほとんどは、赤色d星の周りにあることを知っています。 彼らの環境は地球に非常に似ているとは限らず、多くの人が大気を持つことはないでしょう。」

地球がすべての宇宙の中で最も特別な惑星であるということではありません。 私たちの太陽系では、金星は地球の双子としてエイリアン系外惑星ハンターに簡単に登録するでしょう。 しかし、真に地球のような惑星は、ガスの巨人よりも小さく、赤いhost星の周りの惑星ほどホスト星を周回しないため、見つけるのがより困難です。

「真の地球のような惑星は信じられないほど一般的である可能性がありますが、私たちはそれらの探索に専念するためのリソースを持っていません」とウェンツは言います。 これまでに発見された最も有望なEarth 2.0系外惑星は、ケプラー452bです。これは、地球よりやや大きく、質量が少し大きく、太陽のような星の周りに385日間の心地よい軌道を持っています。 問題は、昨年の調査で示唆されたように、存在しない可能性があることです。 その検出はケプラーの能力の限界にあり、さらなる観測が行われる前に宇宙船は死んだので、それは単に統計的なノイズかもしれません。

系外惑星 アーティストのコンセプトであるケプラー186fは、約500光年離れた地球サイズの太陽系外惑星であり、星の居住可能ゾーンを周回しています。 惑星は地球よりも10パーセント未満大きく、ホスト星は太陽の約半分の大きさと質量です。 (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle)

2020年代初頭に打ち上げられたジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、ケプラーとTESSによって発見された多くの系外惑星を標的にします。 遠方の世界を1〜2ピクセルにしか解決することはできませんが、太陽系外惑星科学の差し迫った質問に答えます。星。 JWSTは、外国の海洋の間接的な証拠を提示することさえあります。

「大陸は表示されません」とWenz氏は言います。 「[しかし]何かを見て青い点、または連続的な蒸発サイクルから想像するようなガス放出のようなものを見るかもしれません。」

アバイオジェネシスゾーン

Habitable Exoplanet Catalogは現在、生命を支える可能性のある太陽系外の52の世界をリストしていますが、ニュースはそれほどスリリングではありません。 表面温度が氷点より上と沸点より下でホバリングするための星からの正しい距離であることは、生命にとって唯一の要件ではなく、生命が始まる唯一の要件でもありません。 マヤゲスのプエルトリコ大学の研究者であるマルコス・ジュジーノ・マルドナドによると、ホスト星から惑星に当たる紫外線(UV)の正しい量は、生命がプレバイオティクス環境の有機分子から上昇する1つの方法です唯一の方法)。

「生物発生を可能にする反応の場合、惑星は液体の表面水を必要とするため、惑星は居住可能ゾーン内になければなりません」とジュシノ・マルドナドは言います。 「原始スープ理論によると、分子と塩水は反応し、最終的に生命を生み出します。」しかし、これらの反応は、非生物生成ゾーンと呼ばれる場所でのみ発生すると考えられています。 「これは、生命にとって重要な前駆体分子が光化学反応によって生成される星の周りの重要な領域です。」

UVは、ヌクレオチド、アミノ酸、脂質、最終的にはRNAなど、地球上で生命の構成要素を形成するスパーク反応の鍵であった可能性があります。 2015年の研究では、cyan石中の炭素が大気中の窒素と反応したときに地球にもたらされたシアン化水素が、紫外線によって引き起こされるこれらの反応の重要な成分であったことが示唆されました。

理論をさらにテストするため、昨年、 Science Advances and Chemistry Communications誌で報告されたように、科学者はUVランプを使用して硫化水素とシアン化水素イオンの混合物を照射しました。 次に、結果として生じる光化学反応を、紫外線のない同じ化学物質の混合物と比較しました。研究者は、生命に必要なRNAの前駆体を生成する反応には紫外線が必要であることを発見しました。

DNAおよびRNA RNA(リボ核酸)とDNA(デオキシリボ核酸)は、炭水化物、脂質、タンパク質とともに、すべての既知の生命に不可欠な核酸です。 (CC BY-SA 3.0でのWikicommons経由のSponk / Roland1952)

UV光化学がこれらの細胞ビルディングブロックを生成するには、UV光の波長は約200〜280ナノメートルでなければなりません。 Jusino-Maldonadoは、彼の研究で、この概念は居住可能な太陽系外惑星モデルに適用されたと言っています。 「すべての居住可能な系外惑星のうち、居住可能なゾーンと非生物形成ゾーン内にあるのはそのうちの8つだけです。」

8つすべてが居住可能ゾーンと生物発生ゾーンの両方にありますが、生活に特に有利なものはありません、とJusino-Maldonadoは言います。 8つの世界のそれぞれは、「スーパーアース」または「ミニ海王星」のいずれかです。最も可能性の高い候補は、Kepler-452b(存在する場合)および多分τCet e(その半径が適切な場合)です。 地球規模の世界は、居住可能ゾーンと生物発生ゾーンの両方でまだ発見されていません。

標準の設定

真に居住可能なエイリアンの世界の探索が進むにつれて、宇宙生物学者はこれらの惑星を分類し、議論し、研究するためのフレームワークを作成しようとしています。 働くための大きな科学的努力には、定義と測定の基準が必要です。 宇宙生物学は比較的研究分野の若い研究分野であり、それが直面する差し迫った重要な問題の1つは、居住性をどのように定義するかです。 人生をどう定義しますか?

「私はこの問題に10年間取り組んでいます」と、惑星宇宙生物学者であり、プエルトリコ大学アレシボ大学の惑星ハビタビリティ研究所のディレクターであるAbelMendéz氏は言います。 「居住性の問題には作業が必要であることを知っていました。 今年の初めに、テキサス州ヒューストンで開催された第50回月と惑星科学会議で、メンデスは、太陽系とその外側の両方の惑星に適用できる地球表面の居住性モデルに関する最近の研究を発表しました。 。

文献を調べた後、彼は、アストロバイオロジストが居住性に関する定義、分類、および均一性の問題に最初に遭遇したのではないことに気付きました。 40年前、生態学者は同じ課題に取り組んでいました。 「誰もが異なる論文で希望どおりに居住性を定義していました」とメンデスは言います。 1980年代、生態学者が集まって正式な定義を作成しました。 彼らは居住性を測定するために平均を打ち出し、0から1の範囲のシステムを開発しました。0は居住不可能で、1は居住性が高いです。

単一のフレームワークを持つことは、生態学の進歩にとって非常に重要であり、宇宙生物学に非常に欠けているとメンデスは言います。 惑星全体の居住性モデルの構築は、今日測定可能な変数の特定から始まりました。 「正式なシステムを開発したら、そこからシステムを構築し、さまざまなコンテキストの居住性のライブラリを作成できます。」

系外惑星チャート 潜在的に居住可能な太陽系外惑星のチャート。 (Abel Mendez / Planetary Habitability Lab / UPR-Arecibo)

まず、メンデスは、既知の宇宙で唯一の生息地適合性測定値である「1」に対処する必要がありました。 「居住性モデルを提案している場合、地球を機能させる必要があります」と彼は言います。 彼の研究室では、彼のモデルを使用して、砂漠、海洋、森林、ツンドラなどのさまざまなバイオームの生息地を比較しました。

「地域の居住性を計算する場合、生活を考慮せず、独立した生活にどれだけの質量とエネルギーを利用できるかを計算すると、環境測定になります。 私たちはそれを、ある地域における生物学的生産性の実際の測定値、つまり私たちのグラウンドトゥルースと関連付けます。 彼のグループが環境の居住性と生物学的生産性を図表にしたとき、彼らはメンデスが「素敵な相関関係」と説明したものを見つけました。

今日、メンデスの居住性モデルは、岩石惑星が地表水を支える能力、星の年齢と行動、これらの世界に作用する軌道力学と潮forces力を考慮しています。 モデルは、システム内の質量とエネルギー、および種または生物圏で利用可能な質量とエネルギーの割合を考慮します。 (その割合は方程式の最も難しい部分です。たとえば、地球の質量の100%が生命に利用可能であると主張することはできません。)

「惑星体の表面近くの薄層」に限定して、このモデルは、地球の表面の居住可能性を1、初期の火星が0.034以下、タイタンが0.000139以下に固定します。 このモデルは、検討中の生物の種類(動物と植物など)に依存せず、「地下生物圏」を持つエウロパのような世界はまだ考慮されていません。

そのような基盤は非常に貴重ですが、居住性を予測する能力にはまだ限界があります。これは、部分的には、私たちが知っているように人生にしか当てはまらないからです。 2017年に、コーネルの研究者は、タイタンの分子アクリロニトリル(シアン化ビニル)の証拠を明らかにする論文を発表しました。これは、仮説的には、酸素のない世界でメタンに基づく生活の鍵となる可能性があります。知られています。 タイタンのような従来の住みにくい世界で人生が繁栄し、それを見つけたら、メンデスは彼のモデルを説明するアブストラクトに書きます。それを知っている。」

いずれにせよ、これまでの世界にとって生命にとって外側に有利な世界の欠如は、人類が天文台を改善し、遠くの領域に目を向け続けなければならないことを意味します。 それは失望に満ちた大きな銀河です。 火星人が水路を掘ったり、恐竜が金星の木の苔に手を伸ばすことはもう望んでいませんが、私たちはまだ、イカがタイパンの炭化水素湖に潜んでいることを知っています。 これらの世界も配信に失敗した場合、それは太陽系外惑星次第であり、私たちの観測能力の範囲外であり、家から非常に長い道のりです。

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