地球上の生命はどこで、どのようにして生まれたのか——。この自然科學究極の問いを解くためのヒントを、東北大學 大學院理學研究科 地學専攻 古川善博準教授はとある隕石の中に見つけました。RNAの構成要素として現(xiàn)在の生命にとって不可欠なリボースという糖が、そこに存在していたのです。

リボースが隕石に存在していることの意味とは、そして生命の起源を明らかにしていくために今後どのように研究を進めていくのか、古川準教授に伺いました。

生命の起源に迫る學問「アストロバイオロジー」

物質を地球に持ち帰る「サンプルリターン」をミッションとする小惑星探査機「はやぶさ」「はやぶさ2」、地球と似た生命が存在できる可能性のある「ハビタブルゾーン」（生命居住可能領域）での系外惑星発見など、近年宇宙探査が盛り上がりを見せています。そんななか、今アストロバイオロジーという學問分野に注目が集まっています。

生命はどのように誕生したのか、生命は地球以外にも存在するのか、存在するとしたら地球の生命と似たものなのか……といった宇宙と生命に関する謎を探求するアストロバイオロジー。天文學や惑星科學、生命科學まで、広範な領域の研究者が參入している複合的な學問分野です。アストロバイオロジーの研究者である古川準教授は、地球科學的なアプローチを使って研究に取り組みます。

「生物の歴史を遡っていくと、原始の地球や惑星といった非生物的な環(huán)境に行き著きます。生命の起源を明らかにするには、現(xiàn)在の生物のような複雑な生命システムを研究することも重要ですが、生命が誕生したばかりの頃の地球環(huán)境を研究することにも大きな意義があると考えています?！?/p>

そして古川準教授は2019年、衝撃的な研究結果を國際科學誌『米國科學アカデミー紀要』で発表しました。私たち人間を含むあらゆる生物のRNAを構成する糖分子「リボース」を隕石中に見つけたというのです。

寫真1 東北大學 大學院理學研究科 地學専攻古川善博準教授

分析方法を工夫したことで隕石中にリボースを発見

リボースはRNAを構成する糖の一種です。また原始生命においては、DNAではなくRNAが生命體の中心となり遺伝情報の伝達を擔っていたという考え方「RNAワールド仮説」も知られています。生物が関與していないはずの宇宙空間でできた隕石中からリボースが見つかったということは、生命の起源を明らかにするための大きなヒントとなりえます。

古川準教授は研究で3種類の隕石を分析し、そのうち2種類の隕石からリボースをはじめとする糖を検出しました。リボースが検出されたのは、「マーチソン隕石」と「NWA801」です。マーチソン隕石は、1969年にオーストラリアへ飛來した隕石で、これまでに內部から複數(shù)のアミノ酸をはじめとする有機物が発見されていました。NWA801は、2001年にモロッコの砂漠で発見されました。

古川準教授はこれらの隕石に著目した理由について「マーチソン隕石は、過去の研究からアミノ酸や糖酸、糖アルコールなどが見つかっていたので、リボースも含まれている可能性が高いと考え分析することにしました。また、より確実性を上げるためにマーチソン隕石以外のものもいくつか調べようということで分析したのがNWA801です。」と説明します。

なぜ、リボースはこれまで隕石中から発見されてこなかったのでしょうか。その理由のひとつに、分析の困難さがあります。五員環(huán)や六員環(huán)、鎖狀といったように水中でさまざまな構造をとるリボースなどの糖を高速液體クロマトグラフ(HPLC)やガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で測定するには、さまざまな工夫が必要です。また、隕石には何萬もの有機物が含まれており、その中から分析に必要な有機物を抽出する必要もあると言います。

そこで古川準教授は今回、隕石から糖類を抽出?精製し、誘導體化することでGC/MSでのリボースの測定を可能としました。抽出溶媒や用いる隕石の量なども工夫することで、世界初の発見へと至ったのです。この研究で用いられたのが、古川準教授が2018年に導入した「Agilent 5977B シングル四重極GC/MS」です?！刚撐膜擞涊dしているのはGC/MSで測定したデータです?！工取⒐糯式淌冥显挙筏皮い蓼埂?/p>

寫真2 糖が検出されたマーチソン隕石

生體內の糖も隕石中の糖も、なぜかD體ばかり

今後さらに研究を進めると、ほかにも興味深いことがわかってきそうです。

糖の関連物質の多くはL體/D體に區(qū)別される光學異性體を持っていますが、地球上のほとんどの生命は、D-リボースをはじめ、光學異性體の片方であるD體の糖のみを利用しています。なぜ生命がD體の糖類のみから構成されているのか、その理由はまだ明らかになっていません。

一方で、ある隕石中に含まれる糖の関連物質を測定した先行研究では、D體の糖のほうがL體の糖に比べてはるかに多く含まれていたということが報告されています。「糖を人工的に合成するとD體とL體は1対1で生成するので、にわかには信じがたい事実です。」と古川準教授。生命がD體の糖だけを使っていることと、隕石中にD體の糖関連物質が多く存在していたことの関連性はまだわかっていないとしていますが、宇宙由來のリボースが関係して生命が誕生した可能性も考えられるということになります。

古川準教授は、今後の研究において今回発見したリボースの光學異性體を分析することで、この可能性を検討しようとしています。隕石中のリボースを測定するために用いられたGC/MSですが、古川準教授はさらに先を見據(jù)え、5977Bをベースにしたゲステル社の1次元2次元切替GC/MSとして導入しています。このシステムにより、リボースの光學異性體を分離して分析することを目指しています。

寫真3 Agilent 5977Bをベースにしたゲステル社の1次元2次元切替GC/MS

「隕石中のリボースを発見した今回の研究では通常の1次元のGC/MSとして利用していますが、このシステムを導入した最終的な目的は光學異性體を分離することです。カラムを2本搭載し、最初のカラムで分離したピークのうち、特定のピークを後段のカラムで分析できるハートカット型のシステムが、光學異性體の分析には有用です?！工裙糯式淌冥显挙筏皮い蓼埂?/p>

ゲステル社の1次元2次元切替GC/MSが必要であったことにくわえ、宇宙由來のリボースであるかどうかを確認するために用いられる安定炭素同位體比分析で実績のある他の研究者の意見も選定の參考になったといいます。

「アジレントの裝置は溫度プログラムなどの再現(xiàn)性がよいという評価を聞いていましたし、私たち有機地球化學の分野では、アジレントのGC/MSはほぼ標準と言ってもよいくらい利用されています。そういう意味では、安心感がありましたね。感度が良く、低濃度でも検出できることもポイントでした。」

また古川準教授は、アジレントのサポート體制についても「私たちは特殊な分析方法を用いるため、裝置購入の際にはかなり細かいことまで質問するのですが、アジレントはそうしたところまできちんと対応してくださるメーカーという印象があります。営業(yè)擔當の方がその場でわからないことだったとしても、質問の意図を汲んで的確に技術擔當者へつないでいただけるので、助かっています」と評価しています。

生命は宇宙から來たのか、地球上で誕生したのか

実は、古川準教授は、地球上でリボースができた可能性を探る研究も同時に進めています。これは、小惑星や巨大隕石が地球に衝突したことで生命を構成する物質が生成されたという考え方がもとになっています。隕石や小惑星が地球に衝突した際の環(huán)境を模擬した実験によって生成された物質を調べるため、古川準教授はこれまでリボースやその他関連する糖の分析方法を確立してきていました。

しかし、生命の起源を明らかにするために研究を進める古川準教授としては、生命は宇宙からやってきたのか、地球上で誕生したのか、どちらの説を支持しているのでしょうか。質問してみたところ、「よく聞かれるんですけど、私はどっちでもいいんです」と笑いながら話します。

「リボースがあるだけでは生命はできません。リボースからヌクレオチド、そしてRNAができることでようやく生命のなかで機能する分子になるわけです。さらに、RNAだけがあったとしてもそれは生命とは呼べません。さらに先のステップがあって生命が誕生します。生命誕生のステップのなかで、私が研究しているのはかなり前半部分です。ただ、生命誕生以前の地球上で、リボースや他の生命分子がどういう理由でどれだけの量存在していたのかを明らかにすることが私の役割だと思っています。」

生命の起源となるリボースが、宇宙から來たとする説、地球で誕生したとする説。古川準教授は、これからも両方の可能性を探っていきます。いずれにしても、高度な分析技術は欠かせません。

「宇宙から來たとする説を支持する研究は、1960年代ごろから行われてきていますが、分析技術が発達したことにより、近年一気に進展しています。そしてこの先10年のあいだで、宇宙でどのように有機物ができたのかといったことが明らかになってくると思います。一方、地球で誕生したとする説は、模擬実験を行って確かめるしかありません。40億年以上前の地層が殘っているわけではないので、當時の地球の環(huán)境は分からないことだらけです。今では、模擬実験による生成物をさまざまな分析裝置で測定することで、昔の地球がどういう環(huán)境だったのかを明らかにするための知見が溜まってきています?！?/p>

アストロバイオロジー研究の発展においては、さまざまな物質をより良く分析するための技術の進歩がカギとなるとのことです。生命の起源という謎の探求に、古川準教授、そしてアジレントはこれからも貢獻していきます。