生命の誕生に欠かせない三大要素

画像の説明: 人生の 3 つの重要な要素を芸術的に表現したもの:液体の水、 そこには有機物そしてソースエネルギー。これらのコンポーネントは宇宙の文脈で描かれており、観測可能な宇宙におけるそれらの希少性が強調されています。画像出典:astronoo.com

必須の要素

L'生命の出現最初の複雑な有機分子の組み立てから始まります。アミノ酸の基本的な構成要素です。タンパク質。 これらの分子が強い化学結合を形成し確立するには、次の 3 つの要素が不可欠です。液体の水、有機物、エネルギー源。

これらのアミノ酸は、地球上だけでなく、特定の隕石など、他の場所でも発見される可能性がある特定の条件下で共存する必要があります。

生命の 3 つの構成要素はどのように相互作用して最初のアミノ酸の形成を可能にするのでしょうか?また、これらが同時に存在することが宇宙で非常にまれであるのはなぜですか?

注： :
あアミノ酸アミン基 (-NH2) とカルボキシル基 (-COOH) の 2 つの官能基が存在することが特徴で、どちらもアルファ炭素 (Cα) と呼ばれる中心の炭素原子に結合しています。このアルファ炭素は水素原子と側鎖 (R) にも結合しており、側鎖 (R) は特定のアミノ酸によって異なります。

液体の水: 万能溶媒

L'液体の水生命の揺りかごであるとよく考えられています。

実際、液体の水はアミノ酸の形成において中心的な役割を果たします。これは万能溶媒として機能し、有機分子の溶解、移動、相互作用を可能にします。水はまた、反応中間体を安定化し、アミノ酸を結合するために不可欠なペプチド結合の形成を可能にすることにより、化学反応を促進します。

地球では、熱水噴出孔などの水生環境がこれらの反応のゆりかごとして機能した可能性があります。しかし、液体の水は非常に特殊な温度と圧力条件を必要とするため、宇宙ではまれです。

液体の水はどこで見つかりますか?

• そこには地球ここは、液体の水が存在することを示す直接的かつ豊富な証拠が得られる唯一の場所です。
• 巨大惑星の衛星のいくつかは、ヨーロッパ（木星の衛星）とエンケラドゥス（土星の衛星）は、その氷の表面の下に液体の水の海があると考えられています。
• いくつかの彗星氷の形で水を含んでいます。太陽に近づくと、この氷は昇華する（固体状態から直接気体状態になる）可能性がありますが、特定の条件下では溶けて液体の水になる可能性もあります。
• の観察星間ガス雲望遠鏡や分光器によって水蒸気の存在が明らかになり、特定の条件下では水蒸気が液体の状態になる可能性があります。

有機物: 生命の構成要素

そこには有機物、炭素、水素、窒素、酸素が豊富で、アミノ酸の基礎を構成します。

これらの化学元素は宇宙に豊富に存在しますが、これらが集合してアミノ酸などの複雑な分子、たとえば NH2-CH(R1)-COOH が形成されるには、特別な条件が必要です。

ストレッカー反応などの化学的方法による場合でも、ミラー・ユーリー実験などの原始的な地球条件をシミュレートするプロセスによる場合でも、アミノ酸の形成には、特定の出発化合物 (有機前駆体) の存在と適切な反応環境が必要です。これらの条件により、タンパク質の構築に不可欠なアミノ酸の合成に必要な化学反応が可能になります。

アミノ酸の形成は宇宙でも起こる可能性があります。

有機物はどこにありますか?

• 星雲と分子雲: 星雲には、多環芳香族炭化水素 (PAH) のような複雑な分子を含む有機物が豊富なガスや塵が含まれています。分光観測により、分子雲の中に多数の有機分子が存在することが明らかになった。
• 彗星と小惑星: 一部の小惑星、特に炭素質小惑星には、アミノ酸やその他の複雑な有機化合物を含む大量の有機物が含まれています。彗星には有機化合物だけでなく凍った水も含まれています。これらの化合物が太陽に近づくと、ガスや塵の形で放出される可能性があります。
• 炭素質隕石: これらの隕石には、アミノ酸、炭化水素、その他の有機化合物を含む大量の有機物が含まれています。
• 衛星: タイタンにはメタンとエタンが豊富な大気と、液体炭化水素の湖と海があります。エンケラドゥスの水および蒸気間欠泉には、単純な有機化合物が含まれています。
• 星間塵: 星間塵粒子には複雑な有機分子が含まれており、分光観測によって検出されます。

注： :
そこには有機物主に炭素で構成されており、多くの場合、水素、酸素、窒素、硫黄、リンなどの他の元素と結合しています。

エネルギー: 化学反応のエンジン

あエネルギー有機前駆体をアミノ酸に変換する化学反応を活性化するために必要です。

地球上では、このエネルギーは太陽からの紫外線、雷、地熱活動などさまざまな源から得られます。

宇宙では、エネルギー源は宇宙線、星の明るさ、重力エネルギー、潮汐力、または隕石の衝突です。たとえば、実験では、模擬宇宙条件下、放射線や熱衝撃の影響下でアミノ酸が形成される可能性があることが示されています。

宇宙のどこにエネルギーがあるのでしょうか?

• スター: 太陽を含む恒星は、その中心核での核融合反応によってエネルギーを生成します。これらの反応は水素をヘリウムに変換し、光と熱の形で膨大な量のエネルギーを放出します。
• 宇宙線: 宇宙線は、宇宙を伝わる高エネルギーの素粒子です。それらは、超新星、パルサー、活動銀河核など、さまざまな発生源から発生します。
• 重力エネルギー: LIGO や Virgo などの天文台によって検出された重力波は、ブラック ホールや中性子星の合体などの暴力的な出来事によって引き起こされる時空の混乱です。これらの波は宇宙全体にエネルギーを運びます。
• 潮汐相互作用: 惑星や恒星などの天体間の重力相互作用により、熱や放射線の形でエネルギーが放出されることがあります。たとえば、潮汐力は月や惑星を加熱する可能性があります。

宇宙におけるこれらの成分の希少性

アミノ酸の基本成分は宇宙全体に広がっていますが、アミノ酸の形成に必要な 3 つの条件が同時に存在することはまれです。

特に液体の水は、星のハビタブルゾーンの外で維持することが困難です。

有機物は十分に濃縮され、化学反応が起こるために適切なエネルギー源にさらされる必要があります。

しかし、これらの条件を超えて、長期的な安定性も必要です。実際、分子集合体が進化を続け、生命への道を見つけるためには、液体の水、有機物、エネルギーという 3 つの要素が数百万年、さらには数十億年にわたって安定して共存する必要があります。この時間的安定性は、化学反応をより複雑にし、より精巧な生物学的構造を生じさせるために非常に重要です。

要約すれば

液体の水、有機物、エネルギーは、生命の基本的な構成要素である最初のアミノ酸の組み立てを可能にする 3 つの重要な要素です。 地球上でそれらが同時に存在することで生命の出現が可能になりましたが、このような長期にわたる組み合わせは宇宙ではまれです。 しかし、隕石上のアミノ酸の発見は、これらの分子が地球外環境でも形成される可能性があることを示唆しており、生命が地球以外の場所で始まる可能性が開かれています。