化学的な起源生命の原料はどう現れたか

生命の材料は、40億年前から38億年前のあいだに、化学反応によって一歩ずつ組み上げられていきました。まず、タンパク質の部品であるアミノ酸が現れます。次にヌクレオチドが現れ、遺伝の文字が綴られ始めます。脂質の膜が「内側」と「外側」を区切ります。続いて、1つの分子が情報を蓄えつつ反応を触媒する RNA ワールドが来ます。最後に分子が自分自身をコピーするようになり、膜がそのコピーの仕組みを包み込んで原始細胞ができます。

生命がどう始まったかは、今も科学の未解決の問いです。以下の各段階は、研究者が実験と推論で提案した説明の候補であり、完全に決着した歴史ではありません。

6つの段階

• アミノ酸（ミラー–ユーリー）：タンパク質の部品が現れる。
• 40億年前・ヌクレオチド：遺伝の文字が綴られ始める。
• 39億年前・脂質膜：油の滴が「内側」と「外側」を区切る。
• 39億年前・RNA ワールド：1つの分子が情報を蓄えつつ、反応を触媒する。
• 38.5億年前・自己複製：分子が自分自身をコピーするようになる。
• 38億年前・原始細胞：膜が複製の仕組みを包み込む。

6つの段階は、家を建てることにたとえられます。まずレンガ（アミノ酸）が手に入り、次に書くための筆画（ヌクレオチド）、そして壁（脂質膜）を立てます。そして家の中の1つのものが、説明書と道具を兼ねるようになり（RNA）、自分自身をコピーすることを覚え、最後に壁が仕組み全体を包み込みます。

材料は自然にできるのか

ある大学院生が、水、メタン、アンモニア、水素をフラスコに封入し、電気火花を流し続けました。すると、タンパク質を構成するアミノ酸が得られました（Miller, Science, 1953）。材料は宇宙から来た可能性もあります。マーチソン隕石から地球外起源のアミノ酸が見つかり、生命の部品は宇宙にありふれているのかもしれません（Kvenvolden et al., Nature, 1970）。

ヌクレオチドは、原始的な条件では作るのがとても難しいと考えられていました。のちに、より「自然な」化学経路が見つかり、原始的な条件で RNA の構成要素を直接合成できることがわかりました（Powner, Gerland and Sutherland, Nature, 2009）。

なぜ RNA は情報であり道具でもあるのか

RNA は酵素のように反応を触媒できるため、RNA は情報でもあり道具でもあります。この発見は1989年のノーベル賞を受賞しました（Kruger, Cech et al., Cell, 1982）。別のチームも独自に、酵素のうち実際に触媒を行う部分が、タンパク質ではなく RNA であることを見つけました（Guerrier-Takada, Altman et al., Cell, 1983）。これらの発見を踏まえ、最初期の生命は完全に RNA でできていて、DNA とタンパク質はあとから加わったのではないかと提案されました（Gilbert, Nature, 1986）。

のちの証拠がさらに加わりました。タンパク質をつくるリボソームの中核は RNA で、RNA ワールドの名残を示す直接的な証拠であり、この研究は2009年のノーベル賞を受賞しました（Nissen et al., Science, 2000）。2つの RNA 酵素が互いをコピーし、その数が指数関数的に増え続けたことで、「分子の生命」にまた一歩近づきました（Lincoln and Joyce, Science, 2009）。

どこで起きたか

深海の熱水噴出孔のまわりには、日光に頼らない生態系があり、生命の起源に新しい候補地を与えました（Corliss et al., Science, 1979）。この論文はガラパゴス海嶺の海底温泉についてのものです。ここでの言葉は「候補」です。唯一の答えではなく、1つの可能性を示しています。

原典を読むには？ 次のタイトルで検索してください

• Miller (1953): A production of amino acids under possible primitive earth conditions
• Kvenvolden et al. (1970): Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite
• Powner et al. (2009): Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions
• Kruger, Cech et al. (1982): Self-splicing RNA: autoexcision and autocyclization of the ribosomal RNA intervening sequence of Tetrahymena
• Guerrier-Takada, Altman et al. (1983): The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme
• Gilbert (1986): Origin of life: The RNA world
• Nissen et al. (2000): The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis
• Lincoln and Joyce (2009): Self-sustained replication of an RNA enzyme
• Corliss et al. (1979): Submarine thermal springs on the Galápagos Rift

ゲームでの表現

ゲームでは、化学的起源の時代の資源は有機分子で、ジェネレーターは熱水噴出孔、雷による合成、隕石による運搬、粘土による触媒です。熱水噴出孔と隕石による運搬の手がかりは、どちらも上の研究に見つかります。現実にどちらが主な供給源だったかは、科学界でも議論が続いています。