画期的研究：地球上の生命は2度発生した可能性

'唯一の結論': 画期的研究：地球上の生命は2度発生した可能性 Nature 2026年8月6日 By Michael Irving あなたや私、あるいはあらゆる生き物がここに存在しているという事実は、40億年以上続く驚異的な幸運の連続です。最も大きなハードルの一つは、最初のハードルでした。生命は、生きていなかった物質の原始的なスープからどのようにして現れたのでしょうか？Science Advancesに発表された画期的な新しい研究は、このありそうもない閾値が、実際には一度ではなく二度越えられた可能性を示唆しています。 新しい研究によると、生命の2つの主要な系統—細菌と古細菌—は、それらを非生物から生物へとアップグレードした代謝の秘密を独立して解き明かした可能性があります。この研究は、この変革を可能にすると考えられている最も基本的な一連の化学反応に焦点を当てています。「驚くべきことは、これらの反応を触媒する酵素が、細菌と古細菌を隔てる進化の境界を越えて保存されていないことです」と、ドイツのハインリヒ・ハイン大学デュッセルドルフの生物学者であるWilliam Martin氏は述べています。「新しいデータは、唯一の結論を残すだけです。細菌と古細菌の系統は、自由生活状態への移行を独立して行いました。自由生活細胞のみが生きています。」 「これを名前で呼びましょう。私たちは遺伝暗号の1つの起源を見ていますが、生命の2つの起源を見ています。」 これは、生命とは何かを定義することさえ驚くほど難しい場合、非常に大きな主張です。一般的に、生命は環境に応答し、エネルギーを取り込み、成長し、自己複製する物質と考えられています。それは基本的なことをカバーしているように聞こえますが、その広範な声明でさえ不完全です。結局のところ、ウイルスはそれらのほとんどを行うことができますが、伝統的に「生きている」とは見なされていません。 生命の普遍的な側面—そしてウイルスが欠いている側面—は代謝です。これは、生物が日常の機能に不可欠な分子を作成するために使用する化学反応の集合です。酵素は生物におけるこれらの反応の触媒として機能するワークホースタンパク質ですが、これは奇妙な鶏と卵の問題を引き起こします。酵素自体は化学反応の生成物です—では、最初の生命体は他の酵素の助けなしに、酵素の作成を含む物質の代謝をどのように開始したのでしょうか？ 答えは、それらの周囲にあるようです。最初の生命は、熱水噴出孔のような非常に反応性の高い環境で発生したと一般的に信じられています。これらの場所で自然に発生する金属は、水素ガス、アンモニア、二酸化炭素などの化合物を他の有用な分子に変換する、代謝の最初の触媒であった可能性があります。 「代謝の起源に関するほぼすべてのこと、エネルギー、遺伝学、自己触媒、リン酸、補因子、シアン化物、CO2、および水の役割を含めて、議論されています」とMartinらは論文で書いています。「しかし、1つの側面については全員が同意するでしょう：H2、CO2、NH3、H2S、リン酸塩をアミノ酸、塩基、補因子に変換する約400の反応ネットワークは、瞬時に発生したわけではありません。」 「自発的な環境反応からのその出現は、以前は捉えどころがなかった中間的な組み立て状態を経なければなりませんでした。」 研究者たちは、細菌と古細菌のゲノムにおける主要な代謝酵素のタンパク質構造を調査し、それらを複雑さの順に並べる方法とアルゴリズムを開発しました。そこから、どの酵素がどの順序で進化したかを判断し、大まかなタイムラインをまとめることができました。 左側に示されている開始化合物。それらは代謝によって生命の構成要素に変換されます。420の酵素反応は円で示され、化学的代謝物はダイヤモンドで示されています。線は代謝物を共有する反応を接続します。マゼンタ色の円は、最初の細胞の代謝が発生した環境で無機化合物によって触媒された可能性のある反応を示しています。（HHU/Nadja Hoffmann） 「すべての細胞の最後の共通祖先であるLUCAは、代謝反応の約半分の酵素しか持っていなかったことがわかりました」とMartin氏は述べています。「残りの半分は、LUCAが発生した環境の金属によって触媒されました。」 チームは、触媒（酵素駆動反応）の開発には4つの異なる段階があったと発見しました。最初の段階は環境中の金属のみに依存していました。十分な有用な分子が蓄積すると、まだ完全には生きていないプロト細胞（LUCAを含む）は、それらの金属触媒の一部機能を実行する独自の酵素を開発し始めることができました。時間が経つにつれて、後のプロト細胞はますます多くの酵素を開発し、外部金属への依存を減らし、最終的にはそれらをまったく必要としなくなりました。その時点で初めて、「自由生活細胞」と見なされるようになります。 重要なのは、研究者によると、これは細菌と古細菌が分離した後でさえ発生しなかったということです。これらの2つの系統は、同じ問題に対処するための独自の方法を考案しました。 「細菌と古細菌の祖先が、同じ必須代謝反応を触媒するために構造的に異なる酵素を独立して進化させたケースを見ることができます」と、ハインリヒ・ハイン大学デュッセルドルフの生物学者であるNatalia Mrnjavac氏は述べています。「そのような並列発明は、自由生活細菌と古細菌の独立した出現への道を開いた可能性があります。」 この研究は、生命の起源に関する私たちの理解における別のギャップを埋める可能性もあります。ATPと呼ばれる分子は、現在、代謝を促進するための不可欠なエネルギー源ですが、それは酵素によっても作られ、先駆的な化学では利用できませんでした。研究者たちは、代替手段を特定したと述べています。「熱水噴出孔に自然に存在するリン酸塩（リンの一形態）を有機化合物と反応させると、水中で一晩で代謝リン酸化反応が得られます」と、ハインリヒ・ハイン大学デュッセルドルフの分子進化科学者であるManon Schlikker氏は述べています。「リン酸塩とパラジウムがATPと酵素に取って代わります。驚くべきことで、初期の進化をより理解しやすくします。」 しかし、化学反応に不可欠なのは、それらが発生する媒体であり、科学者はまだそれを明確に把握していません。水だったのか、それとも粘着性の goo だったのか？ 関連：地球上のすべての生命は共通の祖先を共有している — そして私たちの遺伝子の一部はそれを上回っている もしこの発見がさらなる研究によって裏付けられれば、私たちが思い描く生命の樹は更新が必要になるかもしれません。私たちはLUCAを木の「幹」と見なし、他のすべての生命体（過去と現在）がそこから分岐していると考えがちです。しかし、おそらく2つの完全に別々の幹があり、それらが技術的に生きているよりも前に、根元で最初に分岐したのかもしれません。 この研究は、科学誌Science Advancesに掲載されました。この記事はClare Watsonによって事実確認され、Rebecca Dyerによって編集されました。私たちはプロセスを誇りに思っていますが、私たちは人間です。間違いを見つけた場合は、お知らせください。