これまでに「火星で生命を見つけた」と主張した人物は、米国の天文学者パーシヴァル・ローウェルだけではない。だが彼は、そう主張した最後の人物だった。19世紀末から20世紀初頭にかけて発表した一連の著作のなかで、ローウェルは火星の表面に見える模様について、そこに住む知的生命体が滅亡の危機を避けるためにつくりだしたものだとする説を唱えたのである。
ローウェルを魅了すると同時に、天文学界において冷笑の的になったのが、「火星の運河」が存在するという考えだった。彼は火星人が極冠の水を灌漑するために、この運河を建設したと信じていたのだ。
生命の痕跡を求めて火星へ
火星では60年代半ばから、米航空宇宙局（NASA）による複数の無人探査ミッションが実施されてきた。その結果（ローウェルには気の毒だが）、火星に運河を建設するような知的生命体が存在しないことは、ほぼ確定的な事実となっている。
だが、かつては火星の表面に液体の水が存在し、磁場と厚い大気の層が存在していたことを示す地質学的証拠も多数発見されている。これらが生命の存在に必要な最重要条件であることは周知の事実だ。言い換えれば、火星の表面にかつて原始的な生命が存在していた可能性はまだ残されている、ということである。NASAはさらなる証拠を探すべく、7月末に大きな一歩を踏み出す。
来る7月30日（米国時間）、NASAは火星探査機「Perseverance（パーセヴェランス）」を打ち上げる予定だ。パーセヴェランスは乗用車程度の大きさで、火星に行ったら二度と地球には戻ってこない。火星到着後の最初の年には、はるか昔に存在したかもしれない生命の痕跡を探すべく、ドリルで地中を掘削してサンプルを収集して回るという（収集したサンプルは、2020年代末に打ち上げられる別の探査機によって地球へと送られる予定だ）。
関連記事：「火星の自律走行車」は、かくして完成した：NASAが打ち上げる火星探査機「パーセヴェランス」ができるまで
パーセヴェランスは着陸地点である「ジェゼロ・クレーター」の周囲で、保管容器に最低20の土壌サンプルを収集することになる。ジェゼロ・クレーターは、およそ40億年前に三角州だったと考えられている場所だ。かつて火星に生命が存在していたとすれば、古代の三角州だったこの場所で、その痕跡が発見できるかもしれない。
だが、生命の痕跡といっても、動物の骨や貝殻の化石を期待してはいけない。ターゲットとなるのは化石化した微生物であって、目に見えるサイズの動物ではないのだ。そのうえ、もし細菌が見つかるとしても、完全な形で発見できるような幸運にはまず恵まれないだろう。
「微生物の化石を発見するなんて、まったくの夢物語です」と、マサチューセッツ工科大学の実験地球生物学者で、パーセヴェランスが収集するサンプルを選択する10人の研究チームのメンバーでもあるターニャ・ボサックは言う。
パーセヴェランスが探すのは、数十億年前の微生物が残した分子レヴェルのかすかな痕跡、バイオシグネチャー（生命の痕跡）だ。パーセヴェランスが火星の生物を発見するとしたら、森の中で見知らぬ人に遭遇するというよりも、その足跡を見つけることに近いだろう。
砂ぼこりから生命の痕跡を探せ
今回のミッションでは火星の太古の生物を探索することになるボサックだが、普段は地球上で最古の生物を研究している。彼女いわく、地球上で最古の生物を探索するプロセスと、火星上でパーセヴェランスが実行することになるプロセスはよく似ているのだという。
地球上で古代の微生物を探す場合、地球生物学者は岩石層の中に生物学的プロセス以外では形成されない模様が現れていないか探す。例えばストロマトライトという層状の岩石は、ボサックが「生物由来のネバネバ」と呼ぶ層（シアノバクテリアの粘液）と堆積物が結合してできたものだ。藻類やその他の原始的生物の化石が層となって堆積することから、ストロマトライトには波状の模様が現れるが、その様子は肉眼でも見てとれる。
「微生物を1個体だけで目視することは不可能です。肉眼に見えるのは、常に群集なのです」と、ボサックは言う。「有機物と無機物の間の基本的な相互作用は、地球でも火星でも変わらないはずです。ですから、周囲とは違う、微生物によって形成される模様や形をカメラで探していきます」
もし火星でストロマトライトが発見されれば一大事だが、それだけでは地球外微生物が存在する証明にはならない。同じ地点から、生命活動に関連する分子が大量に発見されなければならないのだ。
「どんな細胞も代謝をおこなっています」と、ボサックは説明する。「周囲から分子を取り込み、別の分子を排出するのです」
このとき排出されるのは、リンや窒素のような基本的な元素の場合もあれば、コレステロールのような複雑な有機分子の場合もある。ストロマトライトが発見された地点で、脂質など生物に必須となる生体分子の痕跡が化石化したものが見つかれば、申し分のない結果と言えるだろう。
だがパーセヴェランスにとっての課題は、そういった化石化した微小な物質を、火星の砂ぼこりの上から発見しなければならない点にある。
探索の最初のステップでは、パーセヴェランスのマストに取り付けられた「スーパーカム」と呼ばれる計測器が用いられる。スーパーカムには複数のレーザー装置が組み込まれており、離れた場所からでも岩石を分析できるのだ。
まず、レーザーのひとつで岩石を約10,000℃まで熱し、気化させる。その際に発生するプラズマを撮影して分析し、元素の組成を調べる。また別のレーザーは、土壌に含まれる分子の化学結合を破壊することなく、その情報をとらえて、含まれる分子をレーザー光の色で示す。
スーパーカムによって生体分子が検出されるか、窒素やリンなどの元素の濃度が高まっている場所が発見されたら、パーセヴェランスはその場所に近づきさらなる調査を実施する。ロボットアームの先端に取り付けられた「PIXL（ピクスル）」と「SHERLOC（シャーロック）」というレーザー装置を使い、その岩石を詳細に分析するのだ。
ピクスルは蛍光X線分光器で、X線を用いて岩石の元素組成を測定する。シャーロックは髪の毛ほどの細さの紫外線レーザーを用いて、砂粒の間に隠れた有機物を発見できる。
「これらの技術は、地球上で最古の生命の痕跡を探す際にも使われます」と、NASAの「Mars 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、NASAのジェット推進研究所の宇宙生物地球科学研究所（Astrobiogeochemistry Laboratory）で所長も務めるケン・ウィリフォードは言う。
「地球上で古代のバイオシグネチャーを探すときに、ただ岩石全体の化学組成を測定するだけで終わることはありません。その岩のどこに有機物が含まれるかをマッピングし、それを基に生物由来と思われる構造と組成を探すのです」
採集スポットの決定は、一か八かの選択
パーセヴェランスが有望な地点を発見したら、ボサックら研究チームは、そこからコアサンプルを採取するかどうか相談する。パーセヴェランスは数十本しかサンプルを採取できず、さらに火星到着後の1年間で多くの地点を回らなければならない。このため、同じサンプル地点に2度立ち寄ることもかなわない。研究者たちは、一か八かの決断を迫られる。
また、火星の石を手に入れたいとウズウズしているのは、宇宙生物学者だけではない。サンプルの一部は、火星の表面がどれだけの期間、居住可能な状態にあったのか、その時期にはどのような状態だったのかといった、その他の謎を解き明かすために利用される予定だ。
地球に関して言えば、生命の存在を示す最古の証拠として議論の余地がないのは、およそ35億年前のものだ。それ以前になると、微生物の化石は長い年月で生じた激しい地質作用によってゆがんでしまい、判別ができない。
ウィリフォードの予測では、パーセヴェランスが調査する火星の岩石は、地球上の最古の証拠より3億年ほど古いという。地球上の最古の生命を判別するのがやっとという現状では、火星の生命を判別することはさらに難しいだろう。
「生命が存在していたことを示す印があるとしても、不明瞭である可能性が非常に高いでしょう」と、ウィリフォードは言う。仮に火星で生命の痕跡が発見され、それが地球上であれば太古に生命が存在していた強力な証拠だと認められるようなものであっても、科学界はサンプルが回収されて地球に届き、より精度の高い機器で分析されるまで判断を保留にするだろうとウィリフォードは言う。「火星に生物がいた、という判断を下すことは、あまりに影響が大きいのです」
もちろん、今回の探索でバイオシグネチャーが発見できず、無駄足に終わることも考えられる。だからといって、必ずしも火星に生命がまったく存在しなかった、という意味にはならないと、ジョージタウン大学の惑星学者であるサラ・ジョンソンは言う。地球以外の惑星に棲む生物が、地球の生物とは異なる外見をしているだけかもしれないのだ。
しかし、何を探せばいいのかわからない状態で、どうやって探す対象を見つければいいのだろうか？
火星の生物が地球と違う進化を遂げていたら？
その答えを見出すため、NASAの宇宙生物学プログラムは、2018年にジョンソンをはじめとする科学者の国際チームに700万ドル（約7.4億円）の助成金を出した。ジョンソンは現在、「未知の生命」に対する理解を深めるために、アグノスティック・バイオシグネチャー研究所（Laboratory for Agnostic Biosignatures、LAB）で研究の指揮をとっている［編註：「アグノスティック」は「未知の」「わからない」といった意］。
パーセヴェランスが生物の痕跡を探索するために用いる技術は、火星の生物が地球の生物と同様の進化をしたという仮定のうえで選ばれており、地球と同様の生化学的な痕跡を見つけるためのものだ。しかしLABでは、地球の遺伝的法則に従わない生物をも検出できるような手法を見つけようとしている。これは、聞いたこともない言語を習うことにも少し似ている。
「アグノスティック・バイオシグネチャーでは、未知のタイプの生物だけでなく、従来通りの生物も探索対象に含めることを考え方の基本としています」と、ジョンソンは説明する。例えば、分子の複雑さは地球の生化学的反応にかかわらず、重要なバイオシグネチャーとして利用できるのではないかとジョンソンたちは考えているのだ。
化合物はある一定の閾値以上に複雑さが増すと、生物学的プロセスを経なければ合成されることはほぼ不可能になる。LABでは、その複雑さをどのように定義するか検討しているという。
「ただやみくもに大きな分子を探せばいいわけではありません。ポリマーのように非常に大きい分子は多いですが、それらは同一のサブユニットがリピートされたものだからです」と、ジョンソンは言う。
ジョンソンたちが注目したのは、分子が形成されるプロセスの複雑さだ。1ステップ進むごとに新たなタイプの分子結合がひとつ加えられると考え、対象の分子を形成するためにいくつのステップが必要か考えたのである。その結果、14から15ステップあたりが閾値になるのではないかと考えた。それ以上のステップが必要な分子は、生物学的プロセスを経ないと形成されることはほぼ不可能になる。
LABでは、ほかにも利用できそうなアグノスティック・バイオシグネチャーがないか探っている。例えば、酸化還元反応だ。酸化還元反応では原子間で電子のやり取りが生じるが、微生物レヴェルでは、この反応がエネルギー移動の主な原因となる。地球上とは異なるタイプの酸化還元反応が生じていないかを探ることで、生化学的に地球とは異なる地球外生命体を検出できるかもしれない。
二者択一から確率論へ
LABでは、これ以外にもさまざまなアグノスティック・バイオシグネチャーを検討している。だがジョンソンによれば、それらはどれも、従来の手法よりも確率論的な手法だという。
「わたしたちは生命の検出方法を、現在のようなイエスかノーかという二者択一の結果を出す手法ではなく、連続した範囲で確実性を示せるような手法に変えたいと努力しています」と、ジョンソンは言う。
「生物学的、つまりランダムなプロセスにおいて生じうることを考察すれば、かなりの前進が期待できると思います。地球とはまったく異なる環境で生命を探索するのですから、明確なバイオシグネチャーではなく、もっとかすかな生命の“兆候”を探索すべきなのです」
アグノスティック・バイオシグネチャーの研究は、始まってまだ日が浅い。しかし、ジョンソンは、展望は明るいと考えている。パーセヴェランスが収集するサンプルが2020年代末に地球へ到着したとき、LABの研究チームが開発した手法がサンプルの解析に役立つかもしれないのだ。
状況次第では、太陽系外縁部に位置する土星の衛星タイタンと木星の衛星エウロパへ向かうNASAの次のミッションにも、LABが参加することになる。タイタンとエウロパは、太陽系内で生命が存在する可能性が最も高いと、惑星科学者の多くが考えている星だ。
これらの星にもしも生命が存在するなら、地球上の生物とはかけ離れた生物である可能性が高い。木星の衛星であるエウロパは分厚い氷の層に覆われており、その氷の下には海が広がっている。ということは、エウロパに生命が存在するなら、海面からはるか下にある熱水噴出孔の周辺から出現しているはずだ。
土星の最大の衛星であるタイタンには、炭素化合物が豊富な分厚い大気の層があり、地下には大量の液体の水が存在する可能性がある。
これらの星に到着したとき何を発見できるかは、科学者にもまだわからない。しかし、ジョンソンたちの研究が実を結べば、これらの星で地球外生命体に出会ったときに、それを認識する際に役立つ新たなツールを人類は手にしているだろう。
※『WIRED』による宇宙の関連記事はこちら。火星の関連記事はこちら。
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2020-07-29 09:30:00Z
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