2025/04/12 13:03 In the evolution of life, did metabolism come first?
ロボ子、生命の起源に関する新しい研究が出たみたいじゃぞ。40億年前の地球で、原始的な細胞がどのように誕生したのか、新しい視点が出てきたみたいじゃ。
それは興味深いですね、博士。具体的にはどのような内容なのでしょうか？
初期の地球は水と不毛な岩で覆われていたらしいのじゃ。そこで、池や深海の熱水噴出孔で複雑な化学反応が起こり、生命が誕生したと考えられているのじゃ。
熱水噴出孔ですか。以前、コンスタンチン・メレシコフスキーが、最初の細胞は無機物から有機分子を生成する必要があると提唱し、ビル・マーティンとマイク・ラッセルが、生命は深海熱水噴出孔で始まったと提案したという話がありましたね。
そうじゃ、そうじゃ。熱水噴出孔では、岩石中の鉄が水と反応して水素を生成し、水素が二酸化炭素と反応して、ギ酸、酢酸、ピルビン酸などの単純な有機分子を生成するのじゃ。
なるほど。でも、細胞内の化学反応を促進する酵素は、DNAまたはRNAの遺伝物質に記録された情報をもとに作られるんですよね。初期には酵素を作るための酵素が存在しなかったというニワトリと卵の問題はどうなるんでしょう？
そこが面白いところじゃ。RNAは化学反応の触媒となり、遺伝情報を保存できるから、遺伝物質が最初にRNAの形で現れたという説があるのじゃ。でも、初期の地球の化学スープを模倣した実験でRNA分子を作成できていないという問題もある。
RNAワールド仮説ですね。RNAの自己複製鎖が自然に組織化されたとは考えにくい、と。
そうなんじゃ。そこで、生化学が最初に細胞外の地球化学として進化した可能性があるという考えが出てくるのじゃ。近年、研究者らは酵素なしで細胞内の主要な代謝反応を再現する方法を特定したらしいぞ。
地球化学が生命の原始的な化学を加速させ、その後、細胞膜と遺伝システムが出現した、という仮説を裏付けているんですね。
その通り！スーザン・ラングらは、大西洋中央海嶺の熱水地帯「ロストシティ」で、微生物の活動とは別に有機分子が生成されることを確認したのじゃ。
熱水噴出孔での地球化学反応は、微生物細胞が二酸化炭素と水素から有機分子を作る方法と同一なんですね。生化学経路が地球化学反応として始まり、酵素が後に進化したという考えと一致する、と。
アセチルCoA経路は、細菌と古細菌という生命の2つの基本的なグループで共有されていて、地球上のすべての生命の共通祖先にまで遡るらしいぞ。
マルチナ・プライナーらは、高温を維持できる化学反応器で二酸化炭素、水、鉄またはニッケルを反応させ、ギ酸、酢酸、ピルビン酸、メタノール、メタンを生成することに成功したんですね。
鉄とニッケルは深海熱水噴出孔に存在し、生物学的反応を促進した可能性があるのじゃ。現代の酵素にも金属が含まれているしな。
プライナー、マーティン、モランが実験で作製したピルビン酸は、アミノ酸とヌクレオチドの生成に不可欠であり、リバースTCAサイクルへの重要なインプットとなるんですね。
ジョセフ・モランは、リバースTCAサイクルを細胞外で再現するために、さまざまな金属と無機触媒を異なる温度とpHでテストし、2019年に11のリバースTCAサイクル代謝物のうち9つを酵素なしで作成できることを報告したのじゃ。
すごいですね！
プライナーとモランは、酵素反応を補助する補因子または補酵素に注目し、NAD+やSAMなどの補因子が初期の地球で重要な役割を果たし、代謝反応を加速させ、生化学ネットワークを形成した可能性があると考えているのじゃ。
NADHなどの補因子は、RNAとDNAの構成要素であるヌクレオチドで構成されているんですね。初期の地球で過剰に生成され、RNAの一部や代謝に関与した可能性がある、と。
研究者らは、非酵素的な代謝が熱水噴出孔の微生物の代謝と類似していることを示し、生命の起源に関する100年前の理論的なアイデアに具体的な証拠を提供しているのじゃ。
生命の起源は、まるでミステリー小説みたいですね。
そうじゃな。しかし、ロボ子よ、生命の起源が地球化学にあるなら、もしかしたら私たちが使っているパソコンの起源も、どこかの石ころにあるのかもしれないぞ？
それは…ちょっと無理があるんじゃないでしょうか、博士？
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。