おそらく、地球上の最初の生命は「RNA ワールド」の一部だったのかもしれません
[公開日] 2023 年 2 月 20 日午前 8 時 19 分（EST）
[質問] アーユシュ A.、16 歳、インド
[答えてくれる先生] Kenneth Noll
地球上の生命がどのように誕生したかは、長い間科学者を悩ませてきました。 そして、それはまだ悩ませています。
化石は、動植物の進化に関する非常に重要な証拠を提供します。 残念ながら、利用できる古代の微生物の化石はほとんどないため、科学者は現代の微生物に依存して、生命がどのように始まったかについての理論を考案しています。 私はバクテリアや古細菌 (archaea) と呼ばれる暑い環境にいる別の種類の微生物を何年も研究して、それらが初期の地球でどのように進化したかを学びましたが、まだ多くの未解決の問題があります。
私たちが持っている化石の証拠に基づけば、単細胞の微生物は、植物や動物のようなより大きな細胞生物の前に地球に現れました。 しかし、どの種類の微生物が最初の種類の生命だったのでしょうか?
一部の科学者は、熱水噴出孔が地球の初期生命のゆりかごであると考えています
生きていると考えられるのはどの微生物でしょうか?
微生物 (microbes) とは、膜に囲まれた生きている単細胞生物です。 それらは栄養素を消費して生物学的分子またはエネルギーに変換します。そして、小さすぎて顕微鏡なしでは見ることができません。
この定義によれば、細菌 (bacteria)、古細菌 (archaea)、および単細胞真核生物 (single-celled eukaryotes) は微生物です。 細菌と古細菌は、遺伝物質を保持する核 (nucleus) のような内部膜で囲まれた構造を持たない単細胞生物 (single-celled creatures) です。 単細胞の真核生物には核があり、他の膜で囲まれた構造を持っている場合もあります。
picture: Unlike prokaryotic cells, eukaryotic cells have membrane-enclosed structures like a nucleus and mitochondria. VectorMine/iStock via Getty Images Plus 真核細胞は原核細胞とは異なり、核やミトコンドリアなど膜で囲まれた構造を持っています
| EUKARYOTIC CELL | 真核細胞 |
| Nucleolus | 核小体 |
| Nucleus | 核 |
| Rough endplasmic reticulum | 粗小胞体 |
| Smooth endoplasmic reticulum | 滑らかな小胞体 |
| Mitochondria | ミトコンドリア |
| Golgi apparatus | ゴルジ体 |
| Ribosome | リボソーム |
| Secretory vesicle | 分泌小胞 |
| Cytoplasm | 細胞質 |
| Cell membrane | 細胞膜 |
| PROKARYOTIC CELL | 原核細胞 |
| Chromosome (DNA) | 染色体（DNA） |
| Nucleoid region | ヌクレオイド領域 |
| Plasmid | プラスミド |
| Cytoplasm | 細胞質 |
| Ribosome | リボソーム |
| Plasma Membrane | 原形質膜 |
| Cell Wall | 細胞壁 |
| Capsule | カプセル |
| Flagellum | べん毛 |
| Pilus | ピルス |
| Fimbriae | 線毛 |
一部の科学者は、ウイルスを、タンパク質のコートに包まれた遺伝物質でできた微生物であると考えています。 それらは自分自身で複製 (replicate) することができず、他の細胞の機構を乗っ取って自分自身のコピーを作成します。 生きている細胞の多くの特徴を持たないため、技術的には生きていません。
地球の初期生命体の証拠
化石は、生命がいつ始まったのかについて科学者に手がかりを与えることができますが、骨や歯などの硬いものを記録するのに最適です。 微生物は、うまく化石化しない柔らかい物質でできています。 しかし、鉱物を蓄積し、非常に大きな化石を残すことができる非常に大きな細胞グループで一緒に生活するものもあります。
例えば、シアノバクテリア (cyanobacteria) は初期の地球の海でストロマトライト (stromatolites) と呼ばれる大きな構造を形成しました。 科学者たちは、34 億 8000 万年前にさかのぼる化石ストロマトライトを発見しました。
ストロマトライトは地球初期の生命に関する情報を提供します
他の科学者たちは、34 億年前の高温の海底からの岩石に化石化した古細菌と思われるものを発見しました。 地球は約 40 億年前に居住可能になったので、バクテリアと古細菌は 35 億年から 40 億年前に出現したに違いありません。
細胞が行う化学反応を見ることも手がかりになります。 生体分子 (biological molecules) を作り、エネルギーを生成する反応は、細胞の代謝 (cell’s metabolism) と呼ばれるものを構成します。 科学者たちは、いくつかの代謝反応が少なくとも 41 億年前に起こっていたという証拠を発見しました。 これらの反応は、おそらく粘土や鉱物の表面で、細胞が進化する前に自然に発生していた可能性があります。
生命が地球上でどのように始まったかについての理論
細胞は、DNA と RNA からなる自分の遺伝物質をコピーして、新しい世代に伝えます。 DNA は今日、ほとんどの生物が使用する遺伝物質の形態ですが、一部の科学者は、RNA は自身のコピーを作成できるため、初期の地球で最初の情報記憶分子であると考えています。
一部の現代のウイルスは RNA を使用して遺伝情報を保存しているため、一部の科学者は、ウイルスが自己複製 RNA から進化した可能性があると考えています。 この可能性は、ウイルスが細菌の前に出現した可能性があることを意味します。 しかし、ウイルスは化石を残さないため、この考えを裏付ける証拠はありません。
RNA ワールド仮説は、自己複製 RNA が DNA やタンパク質の前に進化したことを提唱しています。
ある時点で、細胞の初期形態である前細胞 (pre-cell) を作るために、代謝反応 (metabolic reactions) と複製プロセス (replication processes) が膜の中で一緒にならなければなりませんでした。 おそらくこれは、ウイルスのような構造物 (viruslike structures) が膜内に閉じ込められた代謝反応の集まりに感染したときに起こりました。 その後、前細胞はそれ自体を複製し、最初の生きた細胞の進化につながります。 この細胞は、今日のバクテリアや古細菌のようなものだったでしょう。
細胞の前にウイルスのような構造物が形成されたのかもしれません。 しかし、これらの単純なウイルスのような構造物は、DNA や RNA の断片にすぎない可能性があるため、本当に「ウイルス」と見なすことができるのでしょうか?
もう1つの一般的な理論は、ウイルスは、代謝を実行して細胞を形成するための遺伝的指示のほとんどを失った退化した細菌または古細菌から進化したと述べています。 今日の細菌世界 (the bacterial world) で起こった同様の小さな変性の多くの例があります。
初期の生命を明らかにする
今日の地球の表面は、40 億年前とは大きく異なります。 現代の生命にとって暑すぎる地表の奥深くでは、これらの初期の状態がまだ存在し、他の微生物によって消費されないように保護されている場所で、いくつかの原始生命体 (protolife forms) が存在し続けることができると推測する人もいます。
人々が他の惑星や月を探索できるようになると、初期の地球で働いていたプロセスと同様のプロセスが見つかるかもしれません。 この種の発見は、この地球での生命の起源の謎を解くのに役立つ可能性があります。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4kids の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
