火星に生命体が存在するのを私たちは見れば認識できるでしょうか?

NASAは1960年代半ばからロボットによる火星探査を行っており、これらのミッションのおかげで、火星には地球外エンジニアは存在しないことがほぼ確実になりました（パーシー、ごめんね）。しかし、これらの探査機は、火星の表面にかつて液体の水、磁場、そして厚い大気が存在していた可能性を示す豊富な地質学的証拠を発見しました。これらは、私たちが知る生命の前提条件として最も重要なものです。言い換えれば、赤い惑星の表面にかつて基本的な生命体が存在していた可能性はまだ残っているということです。そして今月末、NASAはその真相究明に向けて、これまでで最大の一歩を踏み出します。

NASAは7月30日、新型探査車「パーセベランス」を火星への片道の旅に打ち上げる予定だ。車ほどの大きさのこのロボット地質学者は、火星で最初の1年間を過ごし、古代生命の痕跡を探してコアサンプルを掘削する。（このサンプルは10年後に別のロボットミッションで地球に持ち帰る予定だ。）探査車は着陸地点であるジェゼロ・クレーター周辺で少なくとも20本の土を採取する予定だ。科学者たちは、このクレーターが約40億年前には河川デルタだったと考えている。もし火星に生命が存在したとしたら、古代のジェゼロ・デルタの淀んだ水こそが、生命が存在すると予想される場所だろう。

しかし、パーセヴェランスが骨や貝殻を掘り起こすとは期待してはいけない。探査機が探しているのは化石化した微生物であり、軟体動物ではないからだ。無傷の細菌さえ発見できれば、それはまさに幸運と言えるだろう。「それはまさに夢のようです」と、MITの実験地球生物学者で、探査機のサンプル選定を指導する10人からなるチームの一員であるタニャ・ボサック氏は言う。探査機が探しているのは、数十億年前に微生物が残した微かな分子痕跡、つまりバイオシグネチャーの可能性だ。もしパーセヴェランスが火星で生命を発見したとしても、それは森の中で見知らぬ人に遭遇するといったものではなく、むしろ足跡を発見するようなものになるだろう。

他の惑星で古代生命を探していない時は、ボサック氏は地球上で最古の生命を研究している。彼女によると、この研究は火星探査機パーサヴィアランスが行う研究に似ているという。地球上で古代の微生物を追跡するために、地球生物学者は生物学的プロセスによってのみ形成されたと考えられる岩石層のパターンを探す。例えばストロマトライトは、ボサック氏が「有機質の汚れ」と呼ぶ層が染み込んだ岩石である。化石化した藻類やその他の原始的な生物の薄い層が堆積物を形作り、肉眼で見える独特の波状パターンを形成する。

「微生物の場合、単一の細胞だけを見ることは決してありません。常にマクロな集団として存在します」とボサック氏は言う。「有機物と鉱物の基本的な相互作用は地球でも火星でも同じであるはずです。ですから、私たちはカメラを使って、こうした様々な微生物の形状を探るつもりです。」

パーセベランスが火星でストロマトライトを発見すれば大きな成果となるだろうが、地球外微生物の存在を証明するには十分ではない。探査機はまた、生命に典型的に関連する分子を同じ場所で豊富に発見する必要がある。「すべての細胞は代謝します」とボサック氏は言う。「環境から分子を取り込み、別のものを排出します。」これには、リンや窒素といった基本的な元素から、コレステロールといったより複雑な有機分子までが含まれる可能性がある。最良のシナリオでは、探査機は生物にとって不可欠な脂質やその他の生体分子の化石化した痕跡を発見するだろう。パーセベランスにとっての課題は、火星の塵の粒に散らばるこれらの化石化した分子を見つけることだろう。

このプロセスの第一歩は、探査機のマストに取り付けられたレーザーアレイ「スーパーカム」と呼ばれる装置で、遠く離れた岩石を調査することができます。レーザーの1つは、岩石を華氏18,000度（摂氏約8,000度）まで加熱して蒸発させます。これによりプラズマが生成され、探査機はこれを撮影して岩石の元素組成を解析することができます。もう1つのレーザーは、火星の土壌中の分子と化学結合を破壊することなく相互作用し、レーザー光の変化から、土壌に含まれる化合物を明らかにします。

スーパーカムが有機分子や窒素、リンなどの元素の高濃度を検知した場合、パーセベランスは接近してさらに詳しく調べます。アームの先端に取り付けられた2つの機器、PIXLとSherlocは、さらに多くのレーザーを用いて岩石の詳細な画像を取得します。PIXLはX線ビームを用いて岩石の元素組成の蛍光マップを作成し、Sherlocは人間の髪の毛ほどの太さの紫外線レーザーを用いて、土の粒子の中に潜む可能性のある有機物質を検出します。

「地球上で生命の最古の記録を研究する際には、まさにこうした手法を用いるのです」と、NASAの火星2020ミッションの副プロジェクトサイエンティストであり、ジェット推進研究所の宇宙生物地球化学研究所所長でもあるケン・ウィリフォード氏は語る。「地球上で古代の生命痕跡を見つける方法は、岩石全体の化学組成を測定するだけではありません。岩石中の有機物がどこに存在するかをマッピングすることで、生命に似た質感や組成を総合的に探ることができるのです。」

パーセベランスが有望な赤土の塊を発見したら、ボサック氏と同僚たちは、その場所でコアサンプルを採取し、後日地球に持ち帰るかどうかの判断を下さなければなりません。これは非常に重要な決断です。探査機は数十個程度のサンプルしか保管できず、一度決定したら後戻りはできません。探査機は火星での最初の1年間、広範囲を探索する必要があるため、以前のサンプル採取地点を再訪する時間はありません。火星の岩石を手に入れたいと切望しているのは、宇宙生物学者だけではありません。一部のサンプルは、火星の地表で居住可能な状態がどれくらいの期間続いたのか、そしてその状態はどのようなものだったのかといった、他の根本的な疑問を解明するためにも活用されます。

地球上で生命が存在した最も古い、議論の余地のない証拠は約 35 億年前のものである。それを超えると、微生物の化石記録は、何億年もの激しい地質学的プロセスによって認識できないほど歪んでしまう。ウィリフォードは、パーセヴェランスが調査する岩石は、地球上で最も古い生命の証拠よりも約 3 億年古いだろうと予想している。そして、地球上で最古の生命をほとんど認識できないのであれば、火星でそれを認識するのはさらに難しいだろう。「生命の兆候は、明白なものよりも、非常に曖昧である可能性の方がはるかに高い」とウィリフォードは言う。たとえパーセヴェランスが地球上の古代生命の強力な証拠となるような生物学的特徴を発見したとしても、サンプルが地球に持ち帰られ、より感度の高い機器で研究されるまでは、科学界は判断を保留する可能性が高いとウィリフォードは言う。「その影響はあまりに大きい」とウィリフォードは言う。

もちろん、パーセベランスが火星の生命痕跡の探査で何も発見できない可能性もある。しかし、それは必ずしも火星に生命が存在しないことを意味するわけではないと、ジョージタウン大学の惑星科学者サラ・スチュワート・ジョンソン氏は言う。他の惑星の生命は、地球の生命とは見た目が違うだけかもしれない。しかし、何を探しているのか分からなければ、どうやって何かを見つけられるというのだろうか？

2018年、NASAの宇宙生物学プログラムは、ジョンソン氏と国際的な研究チームに、その答えを見つけるための700万ドルの助成金を授与しました。現在、ジョンソン氏は新たに設立された不可知論バイオシグネチャー研究所を率いており、同氏はこれを「私たちが知らない生命」を理解するための取り組みだと説明しています。パーセベランスがバイオシグネチャーの可能性を検出するために使用する技術はすべて、火星の生命が地球の生命と同様に進化したという仮定に基づいており、同様の生化学的証拠を探しています。ジョンソン氏の研究所は、地球の遺伝子のルールブックに従わない可能性のある生命を検出する方法を見つけることに取り組んでおり、それはまるで聞いたことのない言語を学ぶようなものです。

「不可知論的バイオシグネチャーの基本的な考え方は、私たちが知っている生命だけでなく、他の種類の生命も含まれるということです」とジョンソン氏は言う。例えば、彼女と同僚たちは、分子の複雑さが、地球上の生化学に依存しない重要なバイオシグネチャーとなる可能性があると考えている。化合物には一定の複雑さの閾値があり、それを超えると生物学的プロセスの助けなしには形成がほぼ不可能になる。ジョンソン氏と同僚たちの課題は、その複雑さを意味のある方法で定義する方法を見つけることだ。「大きな分子だけを見ることはできません。ポリマーのように非常に大きな分子はたくさんあるのですが、それらは同じサブユニットを繰り返しているだけなのです」とジョンソン氏は言う。

ジョンソン氏とその同僚たちは、複雑さをプロセスとして捉えています。言い換えれば、ある分子を作るにはいくつの「ステップ」が必要で、それぞれのステップは新しいタイプの分子結合を追加するようなものです。彼らの研究によると、複雑さの閾値は14～15ステップ程度で、それを超えると、どの分子も生物学的プロセスによって形成されたことがほぼ確実です。

ジョンソン研究室は、原子間で電子を移動させる特定の種類の酸化還元反応など、他の潜在的な不可知論的バイオシグネチャーを研究しています。これは微生物レベルにおけるエネルギー移動の主な源であり、異なる種類の酸化還元反応を探索することで、私たちと特有の生化学を共有しない地球外生命体を特定できる可能性があります。

ジョンソン氏と同僚たちは、様々な不可知論的なバイオシグネチャーを研究しているが、生命の検出においてより確率的なアプローチをとっているという点で、それらは共通している、とジョンソン氏は言う。「私たちは、『生命あり』か『生命なし』かという二元論から、確実性のスペクトルへと移行しようとしています」とジョンソン氏は言う。「生物学的プロセスやランダムなプロセスから何が起こると予想されるかを確率論的に考えれば、私たちはかなり前進できると思います。私たちは今、決定的なバイオシグネチャーではなく、いわば生物学的ヒントの世界に生きているのです。」

不可知論的なバイオシグネチャーの研究はまだ初期段階ですが、ジョンソン氏は、彼女と同僚が開発した技術が、10年後に地球に持ち帰られるパーセベランスのサンプルの分析に役立つ可能性があると楽観視しています。また、これらの技術は、太陽系外縁部の2つの衛星であるタイタンとエウロパへのNASAの今後のミッションにも役立つ可能性があります。これらの衛星は、多くの惑星科学者が太陽系における生命の有力候補と見なしているものです。

これらの異星に生命が存在するとすれば、地球とは大きく異なる可能性が高い。木星の衛星エウロパは厚い氷の層に覆われており、その下には惑星規模の海が存在すると考えられている。つまり、そこに生命体が存在するとすれば、それは地表深部の熱水噴出孔周辺で発生したと考えられる。土星最大の衛星タイタンは、炭素化合物を豊富に含む厚い大気を有し、地表下にも大量の液体の水が存在する可能性がある。科学者たちは到着時に何が見つかるかはまだ定かではないが、ジョンソン氏らのチームが成功すれば、地球外生命体を目撃した際にそれを見分けるための全く新しいツールを手に入れることになるだろう。

2020年7月10日午前9時（東部標準時）更新：この記事の以前のバージョンでは、炭酸カルシウムを複雑な有機分子の例として挙げていました。炭酸カルシウムは無機分子です。

WIREDのその他の素晴らしい記事

• マスクが着用不要から必需品になった経緯
• ポーカーと不確実性の心理学
• インフラの軍拡競争がゲームの未来を牽引している
• ChromeとFirefoxでSafariのプライバシー機能を利用する方法
• プロのように在宅勤務するために必要なものすべて
• 👁 セラピストが登場。チャットボットアプリです。さらに、最新のAIニュースもお届けします
• 🏃🏽‍♀️ 健康になるための最高のツールをお探しですか？ギアチームが選んだ最高のフィットネストラッカー、ランニングギア（シューズとソックスを含む）、最高のヘッドフォンをご覧ください