宇宙の分子水素化ヘリウムからアミノ酸まで

実際の根拠

• 水素化ヘリウムイオン(HeH⁺):宇宙で最初にできた分子。初めて検出されたのは2019年で、惑星状星雲でのこと。

• 水素分子(H₂):宇宙で最も多い分子。最初の星が生まれる前、ガスが熱を放射して収縮するために、これが必要だった。

• ヒドロキシル(OH):1963年に電波望遠鏡で星間空間から初めて検出された分子。

• 一酸化炭素(CO):分子雲で2番目に多い分子。電波天文学者は、これを使って目に見えない分子水素の雲の地図を作る。

• 水(H₂O):星間の氷の粒、彗星、惑星の円盤に豊富にある。地球の水の一部は小惑星から来たのかもしれない。

• アンモニア(NH₃):1968年に検出された、星間空間で初めて見つかった多原子分子。

• メタン(CH₄):タイタンには、メタンでできた湖と雨がある。

• ケイ酸塩の塵(SiO₄):星間塵の主成分。のちに固まって岩石惑星になった。

• シアン化水素(HCN):猛毒だが、生命が始まるころの核酸塩基やアミノ酸の重要な原料だった可能性がある。

• ホルムアルデヒド(H₂CO):1969年に検出された、星間で初めて見つかった有機の多原子分子。

• 多環芳香族炭化水素(PAH):星間空間で最も多い大きな分子の1つ。宇宙の炭素のかなりの割合を閉じ込めていると考えられている。

• フラーレン(C₆₀):2010年に惑星状星雲で発見された。知られている星間分子のなかでも最大級。

• グリコールアルデヒド(C₂H₄O₂):最も単純な糖分子の1つ。天の川銀河の中心近くのガス雲で見つかった。

• カンラン石((Mg,Fe)₂SiO₄):上部マントルの主な鉱物。その結晶は彗星の塵にも見つかる。

• 輝石((Mg,Ca)SiO₃):玄武岩や月の岩石によくある鉱物。

• 磁鉄鉱(Fe₃O₄):天然鉱物で最も磁性が強い。一部の細菌や渡り鳥も、その微小な結晶を持っている。

• 石英(SiO₂):大陸地殻の代表的な鉱物で、砂の主成分。

• 長石(KAlSi₃O₈):地殻で最も多い鉱物のグループ。

• ジルコン(ZrSiO₄):非常に頑丈。オーストラリアのジルコンは、44億年前の地球にすでに液体の水があったかもしれないことを示す。

• ダイヤモンド(C):炭素原子が正四面体の形でぎっしり詰まった、自然界で最も硬い物質。一部の隕石には、太陽系より古いナノダイヤモンドが隠れている。

• 粘土鉱物(Al₂Si₂O₅(OH)₄):粘土の表面が、初期のRNAの断片が並んでつながるのを助けたのかもしれない。

• 方解石(CaCO₃):石灰岩や多くの貝殻の成分。三葉虫の目は方解石の結晶だった。

• アパタイト(Ca₅(PO₄)₃):歯のエナメル質と骨の主な無機成分。

• 黄鉄鉱(FeS₂):「愚者の金」とあだ名される。生命の起源の仮説の一つは、最初の代謝反応が硫化鉄の表面で起きたと考える。

• グリシン(C₂H₅NO₂):最も単純なアミノ酸。ロゼッタ探査機は67P彗星でも検出した。

• アデニン(C₅H₅N₅):DNAとRNAの核酸塩基の1つ。シアン化水素5分子から組み立てられる。

• リボース(C₅H₁₀O₅):RNAの糖の骨格。ホルムアルデヒドが鉱物の表面で重合すると生じることがある。

• ヌクレオチド(NMP):核酸の基本単位。塩基、リボース、リン酸が結びついたもの。

• 脂肪酸(RCOOH):水に入れると自然に二重層の小胞を作る。最初の細胞膜だったかもしれない。

• RNA:情報の保存と反応の触媒を両方こなせる分子。RNAワールド仮説の主役。

• ATP:細胞のエネルギー通貨。人間の体が1日に作って分解するATPの総量は、体重とほぼ同じ。

• DNA:RNAより安定した遺伝分子。細胞をもつすべての生物が、遺伝子を保存するのに使う。

• クロロフィル(C₅₅H₇₂MgN₄O₅):赤と青の光を吸収して緑を反射する。中心にマグネシウム原子が1つある。

• ヘモグロビン(Hb):鉄原子の上に酸素を運ぶ。血が赤いのはそのため。

• ホルムアミド(HCONH₂):ホルムアミドを鉱物の触媒の上で加熱すると、4種類の核酸塩基と、多くのアミノ酸の前駆体が一度に得られる。

• 尿素(CO(NH₂)₂):1828年にヴェーラーが無機物から尿素を合成した。有機化合物が生き物から来るとは限らないことの最初の証明。

• アラニン(Ala):1953年のミラー・ユーリーの実験で最も収量が多かったアミノ酸の1つ。マーチソン隕石にも含まれる。

• アスパラギン酸(Asp):ミラー・ユーリーの実験にも隕石にも見つかる。ほかの多くのアミノ酸を作る出発点でもある。

• セリン(Ser):名前は絹(ラテン語の「sericum」)に由来する。絹のタンパク質であるセリシンから初めて単離された。

• グルタミン酸(Glu):うま味調味料の主成分はグルタミン酸ナトリウムで、食べ物に「うま味」を与える。

• バリン(Val):鎌状赤血球貧血は、ヘモグロビンのグルタミン酸1個がバリンに置き換わって起こる。

• グアニン(G):鳥の糞(グアノ)から初めて単離され、名前はそれに由来する。

• シトシン(C):グアニンと3本の水素結合を作り、塩基対のなかで最も強い。

• ウラシル(U):RNAだけにある塩基。シトシンはアミノ基を失うとウラシルになる。ウラシルはマーチソン隕石からも検出されている。

• ロイシン(Leu):タンパク質に最も多く含まれるアミノ酸の1つ。人間の体では作れない。

• イソロイシン(Ile):ロイシンとまったく同じ原子でできていて、並び方だけが違う。二つは異性体。

• プロリン(Pro):側鎖が主鎖に戻って結びつくので、タンパク質の鎖の中で「折れ曲がり」の役を果たす。コラーゲンは特に多く含む。

• トレオニン(Thr):発見は1935年と遅く、20種類の標準アミノ酸のなかで最後に見つかった。

• ホモキラリティ(L / D):生命は左手型のアミノ酸と右手型の糖だけを使う。マーチソン隕石には左手型のアミノ酸がわずかに多く、この偏りが宇宙から来た可能性を示唆している。

• リン脂質(PL):一端は水になじみ、もう一端は水をはじくので、自然に二重の層に並ぶ。今の細胞膜はどれもこれでできている。

• 鉄・硫黄クラスター(Fe–S):最も古いタンパク質補因子の一つ。構造が温泉の硫化鉄鉱物によく似ていて、生命が深海の熱水噴出孔で始まったという仮説を支持する。

• リボザイム(RNA*):触媒の能力をもつRNA。チェックとアルトマンは、その発見で1989年のノーベル化学賞を受けた。

• ペプチド(Gly-Ala):アミノ酸が水を失って結びついた短い鎖。温泉の池のほとりで濡れたり乾いたりを繰り返すと、アミノ酸は自然につながることがある。

• tRNA:クローバー形の小さなRNA。一端でコドンを見分け、もう一端でアミノ酸を運ぶ、遺伝暗号の「通訳」。

• NAD⁺:電子を運ぶ補酵素。分子の中にヌクレオチドを丸ごと含み、RNAワールドの名残かもしれない。

• 補酵素A(CoA):代謝の中心的な拠点で、脂肪酸の代謝にもクエン酸回路にも必要。

• システイン(Cys):硫黄を含むアミノ酸。2つのシステインがジスルフィド結合を作れる。パーマをかけるとは、この結合を切って結び直すこと。

• メチオニン(Met):ほぼすべてのタンパク質の最初のアミノ酸。開始コドンAUGが指定するのがこれ。

• ヒスチジン(His):酵素の活性部位でよく見る「運び手」。プロトンを受け取ったり手放したりできる。

• リシン(Lys):必須アミノ酸。穀物には少ないので、穀物だけで暮らすと不足しやすい。

• アルギニン(Arg):体はこれを使って一酸化窒素を作り、血管をゆるめる助けにする。

• アスパラギン(Asn):1806年にアスパラガスの汁から単離された、史上初めて発見されたアミノ酸。

• グルタミン(Gln):血中に最も多いアミノ酸で、免疫細胞や腸の細胞にエネルギーを供給する。

• リボソーム(rRNA):伝令RNAをタンパク質に翻訳する分子機械。触媒はタンパク質ではなくRNAなので、RNAワールドの生きた化石とみなされる。

• 遺伝暗号(64→20):3文字のコドン64個が、20種類のアミノ酸と終止シグナルを表す。ほぼすべての生物が同じ暗号を共有している。

• タンパク質:配列から構造を予測することは半世紀にわたる難問だったが、2020年にAlphaFoldがほぼ解決した。

• フェニルアラニン(Phe):1961年にニーレンバーグは、Uだけを含むRNAでフェニルアラニンの連なりを合成し、最初のコドンUUUを解読した。

• チロシン(Tyr):チーズから初めて単離され、名前はギリシャ語の「チーズ」に由来する。

• トリプトファン(Trp):標準アミノ酸のなかで最大。体はこれを使ってセロトニンとメラトニンを作る。

• チミン(T):ウラシルにメチル基がついたもの。DNAはウラシルの代わりにこれを使う。そのおかげで、シトシンの脱アミノでできた誤りを見つけて直しやすくなる。

• デオキシリボース(C₅H₁₀O₄):リボースより酸素原子が1つ少ない。そのおかげで、DNAはRNAよりずっと安定している。

• 酵素(E):生物の触媒。酵素がないと数千万年かかる反応も、酵素があればミリ秒で済む。

• ブドウ糖(C₆H₁₂O₆):光合成の産物。人間の脳は、1日に約120 gのブドウ糖を使う。

• セルロース((C₆H₁₀O₅)ₙ):地球で最も多い有機化合物。ブドウ糖が鎖状につながってできている。牛や羊は、消化するのに胃の中の微生物が要る。

• コラーゲン(Col):動物で最も多いタンパク質で、細胞をくっつけて組織にする。多細胞動物の誕生は、これなしにはありえなかったかもしれない。

• キチン((C₈H₁₃NO₅)ₙ):節足動物の外骨格や菌類の細胞壁の主成分。自然界で2番目に多い多糖。

• リグニン:植物の茎を硬くして、高く伸びられるようにする。石炭紀の巨大な石炭層は、当時の菌類がまだこれを分解するのが得意でなかったことと関係しているのかもしれない。

関連する研究

これらの研究はこのトピックに関連しますが、このページの直接の証拠ではありません。

• ミラー・ユーリーの実験：大学院生が水、メタン、アンモニア、水素をフラスコに封じて放電しつづけたところ、タンパク質を構成するアミノ酸ができた。

  出典：Miller, Science 1953, "A production of amino acids under possible primitive earth conditions"

• 酵素なしのヌクレオチド：原始的な条件で、RNAの部品を直接つくる、より「自然な」化学的経路が見つかった。

  出典：Powner, Gerland & Sutherland, Nature 2009, "Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions"

• 宇宙のアミノ酸：マーチソン隕石から、地球外起源のアミノ酸が見つかった。生命の原料は宇宙にありふれているのかもしれない。

  出典：Kvenvolden et al., Nature 1970, "Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite"

• 深海の熱水：太陽光に頼らない生態系が深海の熱水の周辺に存在し、生命の起源に新しい候補地を与えた。

  出典：Corliss et al., Science 1979, "Submarine thermal springs on the Galápagos Rift"