金星の致命的な雲に生命は存在しうるのか？ ペプチドが酸の地獄を生き延びる

長年にわたり、金星は太陽系最大の“誘惑”だった。遠くから見れば、それはまばゆい灯台のように輝くが、近くで見ると、表面は鉛さえ溶けてしまうような、押しつぶされ焼き尽くされた地下世界だ。だが、その地獄のような景観のすぐ上にある硫酸の雲の中では、条件はもっと穏やかで、岩石の地表よりもむしろ天体生物学者にとって興味深いかもしれない。

MITの研究者らが主導し、Proceedings of the National Academy of Sciencesに掲載された新しい研究は、生命の化学、少なくとも生物学を支える土台になりうる化学は、これまで考えられていたよりもはるかに耐久性が高い可能性を示している。

二つの顔を持つ世界

金星はしばしば土星最大の衛星タイタンと比較される。どちらも厚い大気に覆われ、光学望遠鏡では中を覗けないからだ。その下を地図化するにはレーダーが必要になる。しかし、鈍いもやに包まれたタイタンとは異なり、金星の大気は劇的で渦巻く光景を見せる。地表の現実は到底穏やかではない。灼熱の温度と押し潰すような圧力が、この惑星を太陽系でも最も過酷な場所の一つにしている。

大気は別の話だ。ある高度では温度と圧力が地球に近い値に達し、雲は微生物生命にとって魅力的な避難場所になりうる。問題は常に、水ではなく高濃度硫酸でできた雲の中で、生化学が機能できるのかという点だった。多くの天体生物学者は、水こそが生命に不可欠な溶媒だと考えてきた。今回の研究は、その前提に挑戦している。

ペプチド: 生命の構成要素

タンパク質は、私たちが知る生命に不可欠だ。しかし、タンパク質が酵素や構造要素として機能する前に、アミノ酸の連なりは特定の三次元構造へと折りたたまれなければならない。正しく折りたためなければ、タンパク質はしばしば役立たず、あるいは有害にさえなる。

ペプチドは、短いアミノ酸鎖であり、完全なタンパク質のより単純な前駆体だ。金星のような環境でペプチドがどう振る舞うかを調べることは、生物学に必要な化学が、地球上の生命にとって過酷に見える条件でも生き残れるのかを直接問う手段になる。

MITの惑星科学教授で本研究の共著者であるサラ・シーガー博士は、折りたたみの重要性をこう説明する。「生命は、特定の標的に結合して機能を果たせるよう、特別な形をしたタンパク質を持つ必要があります」

小さなペプチドが硫酸中で壊れず、正しく折りたたまれるなら、生命の中核となる化学は地球のハビタブルゾーンをはるかに超えた場所でも可能かもしれない。

金星の雲の化学を試す

研究チームはこれを調べるため、核磁気共鳴分光法を使った一連の実験を設計した。NMR分光法は、化学化合物の分子構造と物理的な配置を詳細に観察できる。特に98%硫酸のような腐食性の強い溶媒を扱う場合、この手法には細心の試料調製が必要だ。

研究者たちは、金星の雲を模した条件の中に三種類のペプチドを置いた。そこでは硫酸はほぼ純粋で、水はほとんど存在しない。これまでの考えでは、そのような環境はペプチド結合を切断し、生物学的に意味のある働きをする前に鎖を破壊してしまうはずだった。

結果はその予想を覆した。チームは3つのペプチドが折りたたまれた構造を形成するのを確認し、その構造は数週間安定した。環境はそれらを破壊しなかった。むしろペプチドは、水のない環境に適応し、機能するのに十分な時間、無傷のままでいたようだった。

チームはこの挙動を、水が存在しないことそのものに帰している。地球では水はどこにでもあり、一般に生命を支えるが、同時にペプチド結合を攻撃して切断する分子でもある。この過程は加水分解と呼ばれる。金星上層大気の高濃度硫酸では、水はほぼ完全に利用できない。加水分解を進める水がないため、これらのペプチドの化学結合は安定したままで、鎖が折りたためた。

生命探査にとって何を意味するのか

この研究の意義は金星をはるかに超える。天体生物学は歴史的に、液体の水が存在する、あるいは存在しそうな惑星や衛星を重視してきた。その探索枠組みは、火星、木星や土星の氷衛星、そして恒星のハビタブルゾーンを回る系外惑星への探査を導いてきた。

しかし新たな発見は、地球型ではない環境、つまり地球の生態系が耐えられるものよりはるかに酸性の強い環境でも、生命の分子機構を支えうるかもしれないことを示している。研究が指摘するように、地球基準では極端に見える条件の惑星でも、水以外の溶媒を使う生命、あるいは少なくとも高濃度の酸に耐えられる生命を宿せる可能性がある。

金星の雲は決して穏やかな環境ではない。硫酸は、既知のどんな生物も大量には摂取できない代物だが、地球では火山性温泉や酸性鉱山排水のような酸性環境で繁栄する微生物もいる。ただし、それらの環境は依然として水を基盤としている。金星で決定的に違うのは、雲が単に酸性なだけでなく、乾燥性の強い酸性であり、利用できる水がほとんどないことだ。

だからこそ、ここで観察されたペプチドの安定性はさらに注目に値する。複雑な有機分子が数週間生き残れ、原始的な生物学を支える反応に参加できるかもしれない化学的景観を示している。

この研究が重要な理由

この研究は金星に生命が存在することを証明するわけではない。しかし、生命探査で考慮すべき場所の候補を広げるという、さらに重要なことをしている。生命の基本化学が硫酸中で生き残れるなら、ハビタビリティは温度と液体の水の有無だけで決まる単純な問題ではない。

将来の金星探査、たとえば提案されている気球型探査機は、雲層を直接サンプリングし、有機分子や生物学的処理の兆候を探せるかもしれない。MITの研究は、その環境で最も基本的な生物の構成要素が生き残れることを示したため、こうしたミッションに強い科学的根拠を与える。

ペプチドは生命の一要素にすぎない。それでも、既知のすべての生物の機構に不可欠だ。ペプチドが硫酸中で安定した構造を形成できることは、少なくとも必要な分子ツールキットの一部が金星の雲の条件下で機能しうることを示唆している。

もちろん、実験室で生き残ることは、自然界で生まれることと同じではない。金星の雲は数億年存在してきたかもしれず、安定化合物が形成されていたなら、化学進化が起こる時間は十分にあっただろう。しかし、その厳しい環境と大気循環が、分子を生命に組み上げるのに十分な時間だけ存続させられるかは、まだ分かっていない。

これから

PNASに掲載された今回の研究は、金星をその表面が地獄のようだからという理由だけで死んだ世界と切り捨てるべきではないという、最新の提醒でもある。その雲は、地球の生化学が生命の唯一の設計図なのか、それとも数ある可能性の一つにすぎないのかを試す、太陽系で最もアクセスしやすい場所の一つかもしれない。

特に興味深いのは水の役割だ。研究者たちは、水がないことがペプチドの安定維持に役立っていると強調しており、地球上の生命の溶媒である水が、生命のいくつかの重要な段階に必須とは限らないことを示唆している。今後の研究では、他の生体分子と硫酸の相互作用や、そもそもペプチドを生成しうる化学経路を調べる必要がある。

その意味は大きい。もし生命が、高濃度硫酸の中で折りたたまれ、機能する分子から作れるのだとしたら、「ハビタブルゾーン」すなわち恒星の周囲で惑星表面に液体の水が存在しうる狭い領域という概念は、あまりにも制約が強すぎるのかもしれない。

水がどこを流れるかではなく、化学がどこで安定かつ複雑であり続けられるかを問う必要があるのかもしれない。金星は厄介な存在ではあるが、この可能性を探る自然の実験室として最良の場所の一つになるかもしれない。

この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元の記事を読む。