科学者らが月面に「終末」貯蔵庫を計画

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この記事はもともとGristに掲載されたもので、Climate Deskのコラボレーションの一部です。

2016年秋、ノルウェーの僻地、スヴァールバル諸島の山腹を覆う永久凍土が急激に解け、洪水が発生。世界の種子を守る要塞として山腹に築かれたスヴァールバル諸島世界種子貯蔵庫の入口トンネルが決壊した。この洪水は、恐ろしい警告を意味していた。世界の食糧供給を強化するために設計された、数百万ドル規模の「終末」貯蔵庫でさえ、温暖化が進む地球の猛威から逃れることはできないのだ。

人類が主要な気候閾値を超え続けるにつれ、貯蔵庫の存続を脅かすセキュリティリスクも高まり続けています。130万個以上の種子サンプルを保管する「フェイルセーフ」施設として2008年に開設されたこの貯蔵庫は、北極圏に位置する群島にあります。研究者たちは、この地域の温暖化が世界平均の6倍の速さで進んでいると指摘しています。こうした迫り来る脅威は、米国の科学者チームがバイオサイエンス誌に掲載された新たな研究で提唱した壮大な構想の背景にあります。それは、種子だけでなく、植物、動物、微生物のサンプルも保管する、より厳重なセキュリティを備えた新たな貯蔵庫の構想です。

ああ、彼らはそれを月に建てたいんだ。

「自然史博物館では、どのような資料を保管し、どこに保管し、どのように保管するかを考えます」と、論文の共著者であるスミソニアン国立自然史博物館のリン・パレンティ氏は述べた。気候変動と生息地の喪失によって絶滅の危機に瀕する種の数が増え続ける中、パレンティ氏は、それらの種の将来の生存を確実にするための最善の方法を再考する時期が来ていると考えている。スヴァールバル諸島に加え、世界中には1,750以上の遺伝子バンクがあり、将来、種の復活が必要になった場合に備えて保存された標本を保管している。パレンティ氏は、これらの保管庫だけではもはや十分な保険にはならないと主張する。

「月は遠く離れており、地球上の災害の影響を受けないという点で理想的です」とパレンティ氏は述べた。「もしこれが実現できれば、うまくいくと考えています。」

提案されている月面バイオレポジトリは自動化されており、人為的なメンテナンスは不要です。凍結保存された細胞は、生物活動が停止するほどの低温で保存されます。凍結保存された細胞は数百年は生き続ける可能性があり、将来的にはこれらのコレクションを解凍してDNAや生物全体を回収することを目指しています。擬似的な概念実証は既に存在しています。研究チームは以前、ホシハゼの生きた細胞を凍結保存しており、これらの皮膚細胞が将来的に個体群の再生に役立つことを期待しています。

「スヴァールバル種子貯蔵庫のような、種子の維持に人やエネルギーを必要としない受動的な貯蔵庫で、どのように種を保護するかを考えていました」と、論文の筆頭著者であり、パレンティ氏のスミソニアン博物館での同僚でもあるメアリー・ハゲドン氏は述べた。地球上には、凍結保存された生きた細胞の長期保存に必要な条件であるマイナス196度以下に保たれなければならない貯蔵庫を設置できるほど寒い場所は存在しない。そこで、彼女とチームは月の可能性に目を向けた。月には、それよりもはるかに低い気温になる地域もある。

研究者らは、もし実現すれば、地球上で大災害が発生した場合に、月の地下貯蔵庫が世界の生態系の生物多様性の確保に役立つだろうと主張している。

まるでSFのように聞こえるが、実現には極めて困難な課題が山積している。地球の再人類化を現実的に実現できるだけの十分な遺伝的多様性を、保存サンプルに確保する方法から、長期冷凍保存された細胞からの種の再生がそもそも実現可能であるという十分な証拠の欠如、そしてこの計画を軌道に乗せるだけでも莫大な費用がかかることまで、さまざまな課題が待ち受けている。（ハゲドン氏のチームは現在、費用やスケジュールについて見積もりを立てていない。）

しかし数週間前、チームはこのビジョンの実現に向けてさらに前進し、ギャレット・フィッツパトリック氏をはじめとするハーバード・スミソニアン天体物理学センターのエンジニアたちをメンバーに加えました。フィッツパトリック氏は以前、NASAに勤務し、国際宇宙ステーション（ISS）で実験を行うための生物サンプル輸送システムの設計を主導しました。極低温保存された組織を月に送るという課題は、これと関連はあるものの、はるかに困難な課題です。

フィッツパトリック氏と彼のチームは、まず、国際宇宙ステーションに凍結細胞を送る実証ミッションの開発に注力しており、何よりもまず、ある疑問に答えようとしている。「着陸地点だけでなく、ミッションの全段階、つまり打ち上げロケットへの組み込みから打ち上げ、月への移動、着陸、そして最終目的地に到着するまでの保管まで、十分な温度範囲を維持できるだろうか？」とフィッツパトリック氏は問いかけた。

極低温サンプルを宇宙に送り、それを月面で保管するという二重の課題について、フィッツパトリック氏は「これはほぼ2つの異なる技術的問題だ」と語った。

地球上の生物種の細胞を月面で凍結保存する方法は、ニッチな課題です。しかし驚くべきことに、競合チームが既にこの研究に取り組んでおり、彼らはさらに一歩先を進んでいます。

アリゾナ大学のエンジニアチームが、月面で生物学的サンプルを保管するシステムを考案している。アリゾナ大学の設計は、航空宇宙工学教授ジェカン・タンガ氏のSpaceTREx研究所で、2010年代初頭に月面で発見された溶岩洞の潜在的な利用方法を探る学生プロジェクトとして始まった。溶岩洞は、月面での人類の生存に非常に必要なシェルターとなる可能性があり、ハゲドン氏らが提案するようなバイオレポジトリ、あるいはタンガ氏のチームが「月の箱舟」と呼ぶものも含まれる。

溶岩洞は、マグマの流れの外側が固まり、内側が流れ続けることで形成され、空洞が残ります。溶岩洞は地球のいたるところで発見されており、月を含む、火山活動の時期があった他の惑星の地下にも点在していると考えられています。惑星科学者によると、月の過去の溶融の残骸は、地上の宇宙飛行士にとっての多くの脅威に対する天然の保護源となるでしょう。宇宙飛行士自身、彼らの装備、そして彼らが保管するサンプルを、太陽や深宇宙からの遮蔽されていない放射線、そして時速36,000マイルを超える速度でランダムに衝突する隕石などの危険から守ってくれるのです。

タンガ氏と彼のチームは、太陽電池とバッテリーを用いて溶岩洞内の温度を月面の箱舟の建造に必要な極低温まで下げる電力供給システムの概要を描いている。これが、タンガ氏の設計とヘーゲドン氏の思考実験の決定的な違いである。タンガ氏のグループが箱舟を積極的に冷却することを目指すのに対し、ヘーゲドン氏とスミソニアン博物館のチームは、月の自然環境を利用してサンプルを極低温に保つ貯蔵庫を構想している。

「私たちの提案の背景にある考え方は、実現可能な限り受動的なものにすることです」とパレンティ氏は述べた。彼女は、月面に物資を貯蔵する装置を建設するというアイデアは長らく議論されてきたものの、どのアイデアも維持管理のために乗組員を必要としてきたと指摘した。

永久冷凍状態を受動的に維持するために、彼らは月の南極に貯蔵庫を建設することを提案している。そこは、天体の幾何学的偶然によりクレーター内部に永久影の領域が形成され、気温は摂氏マイナス196度まで下がる可能性がある。こうした条件であれば、サンプルは乗組員を必要とせずに保管でき、ローバーとロボットだけで維持管理できる。

理論上は、こうした恒久的な極影はこうしたプロジェクトに理想的ですが、「それがどのような場所なのか、基本的なところまで分かっていません」とタンガ氏は反論しました。先月、NASAは技術的な課題を理由に、極地を初めて探査するはずだったミッションを中止しました。「これは皮肉なことです」とタンガ氏は言います。「地球に近いのに、おそらく太陽系全体で最も過酷な場所の一つなのですから。」

しかしフィッツパトリック氏は、NASAの現在の月探査ロードマップが、これらの暗い極地の領域を探索し、理解するための十分な機会を提供すると確信している。これには、今年後半に予定されている極地の影を見下ろす尾根への着陸計画も含まれる。しかし、NASAがこれらの地域の探査を進める中で、そのレベルの寒さの中で生き延び、活動することがいかに困難であるかを、私たちはより深く理解することになるかもしれないとタンガ氏は指摘した。

「極低温環境で動作させるだけでも、決して簡単なことではありません」とタンガ氏は述べた。「機械は奇妙な動きをします。宇宙のような環境では、固まったり、固まったり、ありとあらゆることが起こります。真空中のような適度に低温の状態でも、冷間圧接と呼ばれる現象が起こります」とタンガ氏は述べた。これは、2つの金属片が接触すると融合する現象だ。

タンガ氏は、それならば溶岩洞の中に箱舟を造るのがより賢明なやり方だと主張する。惑星科学の同僚たちは、溶岩洞は地球のものとかなり似ているが、はるかに寒いと予想しており、研究者や技術者は何を期待し、どのように計画するかを理解できるからだ。

しかし、ハゲドン氏の構想と同様に、価格とスケジュールはまだ確定していない。しかし、タンガ氏は、設計が最終決定されれば（まだ数年かかる可能性がある）、国際宇宙ステーションよりも迅速かつ安価に建造・組み立てられると予想している。

それでも最終的な費用は数十億ドルに達するだろう。一部の人にとっては、その費用を地球上でより確実な解決策に費やす方がよいかもしれない。スヴァールバル諸島世界種子貯蔵庫では、2016年の洪水発生後、最終的にサンプルの損傷はなかったものの、貯蔵庫の万全な保護能力に対する懸念が相次いだ。施設の設計者は、永久凍土の融解や異常気象の可能性は当初の建設計画にはなかったことを認めた。それ以来、数百万ドル規模の予防措置が講じられている。

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2019年には、種子貯蔵庫の入口トンネルの壁が防水加工され、熱源が撤去され、浸水を防ぐための排水溝が掘られました。ノルウェー政府および北欧遺伝資源センターと共に貯蔵庫の管理を支援する組織であるクロップ・トラストの広報担当者は、グリスト通信に対し、施設は「安全」であると述べました。「貯蔵庫はアクセスしやすい場所で運営されており、最新の冷却システムにより温度は-18℃に保たれており、種子の保管に最適です。毎年複数回の預け入れが行われ、預け入れ者は必要に応じて種子にアクセスできます。貯蔵庫とその内容物を保護するため、施設は厳重に監視されています」と広報担当者は述べています。

「気候変動は、作物の多様性や世界的な食料安全保障など、開発の多くの側面を脅かしています。これは、気候変動がスヴァールバル世界種子貯蔵庫に及ぼすリスクよりもはるかに大きな脅威です」と彼らは付け加えた。

月面バイオレポジトリの提案が、種子貯蔵庫を脅かす極端な気候リスクを背景としていることについて問われたクロップ・トラストのエグゼクティブ・ディレクター、ステファン・シュミッツ氏は、グリスト誌に対し、月面バイオレポジトリ構想は地球上の作物の多様性を保全し、利用できるようにする必要性を浮き彫りにするものだと述べた。「人類が月や星々に目を向ける中で、今日私たちが導入するシステム、私たちが学ぶ教訓、そして私たちが守る種子は、かけがえのない資源です」とシュミッツ氏は述べた。「今、地球上での協力、連携、そして保全こそが、人類が月、そしてその先へと到達することを可能にするのです。」

タンガ氏とハゲドン氏にとって、現代の保全活動をそのような既存のシステムに限定するだけでは不十分だ。

気候変動、核戦争、超巨大火山、小惑星の衝突、その他の潜在的な大災害によってもたらされる「大規模な混乱と混乱」のリスクを考えると、月面貯蔵庫は地球上の生命の「マスターバックアップコピー」を安全な距離に保管する方法となるだろうとタンガ氏は述べた。温度を能動的に維持するか受動的に維持するかという選択を除けば、タンガ氏は2つの競合する提案は究極的には「非常に似たアイデア」であり、それが「箱舟の重要性に関するある種の大きな真実を物語っている」と考えている。実際、タンガ氏は昨夏、Zoom通話を通じてスミソニアン博物館のチームと面会し、共通の関心事項について話し合った。

これらのプロジェクトは費用がかかりすぎる、あるいは非現実的すぎるという批判については？ハゲドン氏もタンガ氏も、何らかの形の箱舟が現実のものとなるために必要なのは、政府からの明確で野心的なコミットメントだけだと確信している。

「十分な資金とNASAの支援があれば、今すぐ実現できる」とハゲドン氏は述べた。「1960年代初頭、大統領が『10年後までに人類を月に送り込む』と宣言した時のことを考えてみてください。あれは、私たちが提案しているものよりもはるかに大きな科学技術の飛躍でした。」