科学者たちは生命が誕生したかもしれないと言われる湖を研究するためにカナダへ向かった
アラン・ボイル著
数年前、ワシントン大学の科学者たちは、生命にとって重要な成分がソーダ湖として知られる特殊な環境で数十億年前に蓄積された可能性があるという理論を立てました。
当時の彼らの仮説は、以前に発表された研究、コンピューターモデリング、そして実験室実験に基づいていました。しかし今、同じ科学者たちは、まさにその条件に合致する可能性のある浅い湖を発見したと述べています。しかも、それはシアトルの拠点からわずか数百マイル北にあるのです。
ブリティッシュコロンビア州のラストチャンス湖に焦点を当てた彼らの研究結果は、オープンアクセスの査読付き科学雑誌「Communications Earth & Environment」に今月発表された。
ラストチャンス湖が特別な理由はいくつかあります。まず、間違いなくソーダ湖です。つまり、湖水とその下の火山岩の間の化学反応により、溶解した重曹に似た高濃度の溶解ナトリウムと炭酸塩が生成される湖です。
ソーダ湖には、高濃度のリン酸塩が溶解していることがあります。これは重要なことです。なぜなら、リン酸塩はDNAとRNAの必須の構成要素であり、細胞膜の主要成分でもあるからです。しかし、リン酸塩が生命の分子に取り込まれるには、河川、湖沼、あるいは海で通常見られる濃度の最大100万倍もの濃度で存在する必要があります。
2019年に発表された実験室研究では、適切な条件下では、ソーダ湖のリン酸塩濃度が必要なレベルに達する可能性があることが示唆されました。
「これらのソーダ湖は、リン酸塩問題への答えを提供すると考えています」と、2019年の研究と今回発表された論文の著者であるワシントン大学地球宇宙科学科の教授、デビッド・キャトリング氏はニュースリリースで述べた。「私たちの答えは希望に満ちています。このような環境は初期の地球、そしておそらく他の惑星にも存在するはずです。なぜなら、これは惑星の表面の形成過程と水の化学反応の仕組みから生じる自然な結果だからです。」
キャトリング氏とその同僚は、湖の異常に高いリン酸塩レベルに言及した約30年前の研究論文に基づき、ラストチャンス湖が「リン酸塩問題」を解決する可能性が高いと判断した。
湖の深さはわずか30センチほどです。ブリティッシュコロンビア州カリブー高原の乾燥した風の強い気候は、蒸発を促進して水位を低く保ち、湖に溶解した化合物の濃度を高めます。夏の終わりには、湖水はほぼ完全に蒸発し、塩分を含んだ泥水が表面に残ります。
「一見乾燥した塩原のように見えますが、そこには小さな隙間や溝があります。そして、塩と堆積物の間には、溶解したリン酸塩が非常に多く含まれる小さな水たまりがあります」と、ワシントン大学のポスドク研究員で、本研究の筆頭著者であるセバスチャン・ハース氏は述べています。「私たちが解明したかったのは、なぜ、そしていつ、古代の地球でこのようなことが起こり得たのか、そして生命の起源のゆりかごとなる場所を提供することです。」
研究者たちは2021年と2022年の3回にわたり、湖水、湖底堆積物、塩の殻のサンプルを採取しました。ほとんどの湖では、カルシウムはリン酸塩と結合してリン酸カルシウムを形成します。リン酸カルシウムは牛乳、骨、歯のエナメル質に含まれています。しかし、ラストチャンス湖では、カルシウムは炭酸塩やマグネシウムと結合してドロマイトと呼ばれる鉱物を形成します。そのため、溶解したリン酸塩は通常の濃度をはるかに超える濃度まで上昇する可能性があります。
さらに分析を進めると、ラストチャンス湖に関する別の疑問が浮かび上がりました。湖に通常生息する生物が、なぜ大量のリン酸塩を活用しないのでしょうか?
その答えを見つけるため、研究チームはグッドイナフ湖と呼ばれる近くの水域を調査しました。グッドイナフ湖では、シアノバクテリアが実際にリン酸塩を消費し、他の生物に天然の肥料を提供していることがわかりました。一方、ラストチャンス湖では塩分濃度が高すぎて、生物が定着するには十分な環境ではありませんでした。
ラストチャンス湖のような場所は、私たちの太陽系の火星、エウロパ、エンケラドゥスから遠く離れた惑星系にある地球のような世界に至るまで、生命が居住可能な環境についてより多くを学ぶ宇宙生物学者に、彼らの仮説をテストするさらなる機会を与えてくれるかもしれない。
「これらの新たな発見は、実験室でこれらの反応を再現したり、他の惑星で居住可能な環境を探している生命起源の研究者にとって役立つ情報となるだろう」とキャトリング氏は述べた。
Communications Earth & Environment誌に掲載された研究論文「生命の起源に類似する、世界で最もリン酸が豊富な湖の生物地球化学的説明」の著者は、ハース氏、キャトリング氏、そしてワシントン大学大学院生のキンバリー・ポピー・シンクレア氏です。ワシントン大学宇宙生物学プログラムの大学院生もサンプル採取に協力しました。本研究はシモンズ財団の資金提供を受けました。
