Published: 2022-07-09 11:50

「火星に生命」の証拠を“北極圏”で探す：研究者たちがカナダの果てへと向かう理由

火星に似た厳しい環境でも微生物が生息できることが、このほど発表された研究結果で明らかになった。北極圏にある塩分濃度が高い氷点下の泉で発見された微生物は無機化合物をエネルギー源としており、そこから得られる知見が火星周辺での生命の探査に応用できる可能性が期待されている。

【写真ギャラリー】今回の北極圏調査の様子や歴代の火星探査者まで、未知の生物を探す挑戦

地球上で最も冷たい泉のひとつにおいては、最もたくましい生物だけが生息できる──。だからこそ、ライル・ホワイトはカナダのヌナブト準州にある未開の高緯度地域にあるロスト・ハンマー・スプリングと呼ばれる泉にヘリコプターで向かった。

雪と氷、塩分堆積物、岩石、永久凍土に囲まれたこの小さな泉は、北極から数百マイル離れたアクセルハイバーグ島の樹木の乏しい山々に囲まれた場所にある。この世のものとは思えないようなこの場所を、ホワイトはある研究のために2017年と19年の夏に訪れた。

その目的とは、塩分濃度が高く、凍りつき、低酸素の水中に生息する微生物を調べることで、同じような場所──つまり火星のような場所に生命が誕生していたら、どのようなものだったのかを知ることである。

ホワイトの研究グループは、学術誌『The International Society for Microbial Ecology Journal』に掲載された新しい論文で、泉の堆積物の10cmほど下層に生息する微生物が、確かにこのような厳しい環境でも生存できることを明らかにした。地球上の多くの生物種は、直接的または間接的に太陽エネルギーに依存している。ところが、この泉の微生物は化学エネルギーをエネルギー源として生き延びることができるというだ。

微生物はメタンや硫化水素などの無機化合物を食物源や呼吸源としているので、この場所は遠くからでも卵の腐ったような臭いがする。研究チームのパイロットは、この場所を「臭い泉」と呼んでいるほどだ。「この岩石を食べる微生物たちは、基本的に単純な構造の無機分子を食べています。それを、この凍てついた火星に近い条件下でこなしているのです」と、カナダのモントリオールにあるマギル大学の宇宙生物学者であるホワイトは説明する。

これまでの地球外生命体の探索は、しばしば“赤い惑星”つまり火星に焦点が当てられてきた。

科学者たちは、30億年以上前の火星は現在より暖かく湿潤で、より生物の生息には適した大気だったと考えている。現在の火星は生物が生息するには過酷すぎる環境だが、研究者たちは過去の火星にいた微生物が極寒の池底で辛うじて生きながらえている、あるいは繁栄している姿を思い浮かべているのだ。

科学者たちは、ずっと昔に絶滅した地球外微生物の証拠を探すため、地表を走行する探査車や、前方の進路を偵察するドローンを送り込んできた。しかし、火星にサンプリングのための探査機を送り込むには費用も莫大で、技術的にも難しい。その点、カナダはとてつもなく近くにあり、代替としても申し分ない。

ホワイトによると、ロスト・ハンマー・スプリングには火星の地形に類似した特徴がいくつも見られるという。まず、マイナス5℃前後と水温が氷点下であること、さらには塩分濃度が海水の約10倍の25％と極めて高いことが挙げられる（この塩分によって水が液体のまま保たれ、凍結を防いでいる）。

火星にはあちこちに塩が堆積していることがわかっており、その一部ははるか昔は塩水として存在していた可能性もある。それは火星で唯一、生物が生息可能な場所だったのかもしれない。

ロスト・ハンマー・スプリングの水は、酸素が1ppm以下とほぼ無酸素状態となっている。このような状態は地球では珍しいが、ほかの惑星では大いにありうるものだ。こうした場所で生息する生物は、生命が存在できる限界ぎりぎりの荒涼とした環境下で生き延びていることから、すべて「極限環境生物」に分類される。

ホワイトのグループは、カナダでも人里離れたこの地に足を運ぶたびに、数グラムの塩泥を採取してきた。そして研究室に戻り、機械で微生物の細胞を分離してゲノムとRNA配列を調べることで、こうした微生物が何をエネルギー源として使っているのか、泉の環境にどのように耐えているのかを解明したのである。

この知見は、火星やほかの星で微生物がどのような場所で、どのように生存しているのかを解明しようとする天文学者たちの挑戦に生かされるかもしれない。「火星に類似した環境という観点から、この研究は本当に興味深いものです」と、カリフォルニア州マウンテンビューにあるSETI研究所の宇宙生物学者であるジャニス・ビショップは指摘する。

ロスト・ハンマー・スプリングは、火星にある太陽系で最も標高の高い山であるオリンポス山の西側地域に似ている可能性がある。そこでは過去に、ときおり塩水が永久凍土を浸透して流れるような冷たい泉を湧出させていたかもしれないと、ビショップは考えている。火星に見られる“しま模様”は、過去の水の流れの痕跡であるとも考えられているからだ。

火星の類似環境に関する研究は、近年になって盛んになっている。ハワイやチリの乾燥した山岳地帯、アイスランドの玄武岩を主成分とする火山地帯などで、生命体の調査が進められているのだ。

ロスト・ハンマー・スプリングや南極で見られる氷点下の塩水も、地球上にある“別世界”のリストに加えられるべきだろう。しかし、そこで微生物がどのように生存しているのかを具体的に知るには、さらに詳細な研究が必要となる。「わたしが知る限り、この研究は初めてこうした微生物を分類したものになります」と、SETI研究所のビショップは語る。

この微生物について研究チームは、メタンやその他の無機化合物を消費している可能性を遺伝子解析によって示した。それは最近になって火星でメタンが発見されたことを考えると、願ってもない結論と言える（ただし、地質学的なプロセスでもメタンは生成されるので、メタンの存在は生命がそこに存在したことを証明する決定的な証拠にはならない）。

今回のホワイトが手がけたような研究は、2020年代後半に予定されている欧州宇宙機関（ESA）の火星探査計画「エクソマーズ（ExoMars）」など、将来的に探査車や着陸機をどの場所に送り込むのかを決定する際に役立つことも考えられる。しかし、ホワイトの研究のような遺伝子解析は、探査車による遠隔操作ではなく地球上でしかできないので、サンプルを採取して地球に送り返す必要がある（NASAの最新の火星探査車「パーサヴィアランス」は、将来の回収ミッションのために岩石サンプルのコアリングを進めている）。

「極地を探索し、そこで得られた知見を整理することには、大きな価値があると考えています。微生物のゲノムについて膨大な情報を有しているからです」と、テネシー大学ノックスビル校の微生物生態学者のジル・ミクッキは語る。彼は近年、南極の冷たい塩水について研究している。「このような研究によって、例えば火星探査車『パーサヴィアランス』による『マーズ2020』ミッションなどによって火星からサンプルが送り返されたときに、どのような分析ができるかを把握し、それに向けて訓練することができます」

また今回の研究は、火星よりも外側にある塩分を含んだ地下海が存在する星などでの生命探査への応用も期待できる。「ロスト・ハンマー・スプリングで発見された微生物は、火星のほかエンケラドス、エウロパといった氷の衛星に生息しているとわたしたちが推測する微生物のなかでも、上位に位置するものなのです」と、ホワイトは語る。