研究者たちは、氷粒一つから地球外生命体の兆候を検出する方法を発見した
アラン・ボイル著
科学者たちは、木星の氷に覆われた衛星エウロパで細胞生命体を探す方法が、実際に機能する可能性があると検証した。この技術は、NASAの探査機エウロパ・クリッパーが木星の衛星エウロパに複数回フライバイする予定の2030年代にテストされる可能性がある。
この技術には、エウロパ・クリッパーに搭載された機器の一つ「地表塵分析装置（SUDA）」がエウロパの表面から湧き上がる凍った水の柱の間を飛行する際に捉えると科学者が予想する氷の粒の分析が含まれる。
「これらの微小な氷粒の分析によって、氷の衛星に生命が存在するかどうかがわかるというのは驚くべきことです。少なくとも、SUDAにそのような能力があることは分かりました」と、ワシントン大学の惑星科学者ファビアン・クレナー氏はGeekWireへのメールで述べた。クレナー氏は、このプロセスに関する研究論文の筆頭著者であり、この論文は本日、オープンアクセスジャーナル『Science Advances』に掲載された。
SUDAは、衝突イオン化質量分析法と呼ばれる手法を用いて、検出器に衝突した物質の化学組成を分析することが可能です。クレナー氏らが説明したこの手法の重要な特徴は、大量の氷粒子ではなく、個々の氷粒子に対して分析が行われることです。これにより、科学者は単一細胞の成分を高濃度に含む可能性のある個々の氷粒子に焦点を当てることができます。
木星と土星のいくつかの衛星（エウロパ、カリスト、ガニメデ、エンケラドゥスなど）には、氷に覆われた液体の水の貯留層が存在すると考えられています。NASAの土星探査機カッシーニによる観測では、エンケラドゥスの隠れた海から氷の表面を通して噴出する氷粒のプルームに、多様な有機化合物が含まれていることが示されました。このことから、科学者たちはエウロパにも同様のものが見つかるのではないかと疑っています。
「エウロパの周りには氷の粒がたくさんあります。それは、惑星間隕石がエウロパの表面に衝突し、エウロパの周りに薄い氷の粒の雲を作り出すからです。SUDAのような機器にとっては天国のような場所です」とクレナー氏は語った。
エウロパから噴き出す物質の中に生命の化学的痕跡を探すというアイデアは、少なくとも1990年代にまで遡ります。物理学者フリーマン・ダイソンは、木星を周回する宇宙ゴミの環の中に「フリーズドライの魚」を探すことを提案しました。フリーズドライの魚を探すのは無理があるかもしれませんが、エウロパの氷のかけらに細胞生命、あるいは少なくとも細胞の断片が含まれている可能性は考えられます。
SUDAの機能を検証するため、クレナー氏と彼の同僚は、実験室にある同様の装置を用いてシミュレーションを行った。彼らは、細菌と細菌の断片を含む水滴をレーザー光を備えた実験装置に噴射し、個々の水滴を分析できるようにした。
実験装置は、細胞物質を含む飛沫中の細菌の化学的特徴を判別することができました。細胞の特徴は小さな飛沫ではより鮮明でしたが、SUDAが研究対象となった際に科学者が期待する濃度の上限に近い飛沫でも検出されました。
正電荷イオンに着目した動作モードはアミノ酸の検出に適しており、負電荷イオンに着目した動作モードは脂肪酸の特定に適していました。
新たに発表された研究結果は、エウロパ・クリッパー・ミッションの準備に活用されます。この探査機は10月に打ち上げられ、2030年には木星周回軌道に入り、4年間の科学観測を開始する予定です。Science Advances誌に掲載された研究論文の共著者の一人であるサーシャ・ケンプフ氏は、SUDA観測装置の主任研究者です。
「私たちの研究結果は、SUDAや類似の機器から得られるデータの解釈に間違いなく影響を与えます」とクレナー氏は述べた。「個人的には、陰イオン測定（負に帯電したイオンに関するもの）に非常に興味があります。なぜなら、細菌の脂質に含まれる脂肪酸は陰イオンを形成しやすいからです。そして、私たちの研究結果は、脂肪酸のパターンから、それが細菌細胞に由来するものかどうかを判断できることを示しています。」
今週初めにサイエンス・アドバンシズ誌に掲載された別の研究では、エウロパの氷の殻の厚さはおそらく20キロメートル（12マイル）以上であると結論付けられました。これは、氷の層が絶えず反転している可能性があるほどの厚さです。クレナー氏は、この研究の著者らが「導電性の蓋層には、いわゆるメルトプールと呼ばれる領域があり、表面と海の間で熱交換を引き起こしている可能性がある」と述べていることを指摘しました。
「もしエウロパ・クリッパーが実際に氷と海洋の交換プロセスが存在することを確認したら、この衛星には海洋から地表へ物質を輸送するメカニズムがあり、エウロパ・クリッパーに搭載された機器はかつて海洋から来た物質、もし存在するならば細胞物質さえも分析できる可能性がある」と彼は述べた。
SUDAは、氷粒内の細胞物質を識別できる可能性のある唯一の機器ではありません。クレナー氏とその同僚は、同様の機能を持つ衝突イオン化質量分析計が、将来のエンケラドゥス探査ミッション、NASAの星間マッピング加速探査機（IMPA）、そして日本の小惑星フェートン探査ミッションDESTINY+にも搭載が検討されていると指摘しています。
サイエンス・アドバンス誌に掲載された研究論文「エンケラドゥスまたはエウロパから放出された単一の氷粒内の細胞物質を特定する方法」の共著者には、クレナー氏とケンプ氏に加え、ジャニーン・ボニク氏、マリーゼ・ナポレオーニ氏、ジョン・ヒリアー氏、ノザイル・カワジャ氏、カレン・オルソン＝フランシス氏、モーガン・ケーブル氏、マイケル・マラスカ氏、ベルント・アベル氏、フランク・ポストバーグ氏が含まれています。
