最初の生命は温泉で生まれた？有力な生命の温泉起源説のご紹介
日本では、生命は深海の熱水鉱床で生まれたという熱水鉱床説が有力です。しかし、研究が進むに従って、世界では異なる説が有力となってきました。それが、温泉説です。最初の生命は陸上の温泉で生まれたという説です。なぜ温泉説が有力とされているのでしょうか？今回は生命の起源の温泉説について、ご紹介いたします。なお、生命の起源は未だ明らかになっていません。今回、ご紹介する「温泉説」もあくまでも仮説です。何ら決定したことはありません。
水が出入りできる「温泉説」
陸上環境では、雨が降ることも日光で乾燥することもあります。温泉説は、このサイクルが生物の細胞構造を構築する上で重要としています。簡単に説明すると、以下の通りです。
１古代の地球上で、降雨や岩石等から様々な化学物質が温泉に溜まり、温泉の熱が化学反応を促進し、生物の部品となる化学分子の合成が行われる。
２温泉が乾燥すると濃縮され、さらに異なる化学合成や集合体形成が行われる。
３雨が降ると、異なる化学物質が温泉に流入し、新しい化学反応が起きる。
４時には化学物質が雨と共に流れ出し、他の温泉に流入し、新しい化学反応や集合体が形成される。
５ステップ１－４が繰り返され、生物が生まれた
という説です。深海の熱水鉱床説とは、全く異なる仮説です。そもそも、生命が深海の熱水鉱床で生まれたという説は、熱水鉱床から起源に近い微生物が多く見つかっているという実験結果から生まれました。また、起源の微生物が生育するために必要と予想されている水素やメタン、二酸化炭素、硫化水素などが、熱水に含まれていることも熱水鉱床説を支える観測結果でした。もっとも、水素などは温泉にも同様に存在するため、温泉説と比較して、熱水鉱床説が優位というわけでもありません。
仮説が正しいのか、実験的検証が必要です。
生命の起源に限らず、仮説には実験的検証が必要です。実際、生命の起源に関する仮説も、いくつかの実験的検証が行われています。例えば、生命として存在するために、自分とその他を分ける「境界」が必要です。生物は、膜構造で境界を作っています。そのため、生命の起源を検証する場合、現在の生物と同じ程度の大きさの小胞体が、温泉か熱水鉱床で生まれる必要があります。
熱水鉱床説では、膜構造の代替としてミネラルゲルが提案されています。これは熱水鉱床に付着するゼリー状のシリカゲルのことです。このシリカゲルは、色々な物質を閉じ込めることができ、生命の部品もまた合成できるという検証が行われています。つまり、生命の起源は、シリカゲルではないか、という仮説です。しかし、このようなシリカゲルでは、物質が閉じ込められることは、物質同士が相互作用することできません。そのため、懐疑的に扱われています。最近の報告では、特定の脂質混合物が「ホワイトスモーカー」噴出孔のアルカリ水中で 70℃ で膜小胞に集合できることが実証されています。さらに、特殊な脂質混合物が常温および pH 範囲の海水中で安定した膜を形成できることも実証されています。残念ながら、このような特別な脂質が、生命が発生する以前の地球で存在していたのか？不明です。ある意味、「この脂質なら海でも小胞体が形成できるのでは？」と、我田引水的な発想かもしれません。原則として、海水を構成するイオン性溶質は濃度がはるかに高く、膜構造の自己集合およびポリマーのカプセル化が阻害されます。実は、私達は実生活でこのことを体験しています。塩水では石鹸の泡が立ちにくいことと、同じ現象です。温泉説の場合、雨の降った後、塩分が希釈されるため、膜構造の形成に問題はありません。実際、温泉説では、膜構造体の形成は実証されています。
現在では、深海の熱水鉱床が生命の起源という説は、かなり否定的に扱われています。温泉説は「蒸発による濃縮」と「雨水による希釈」のサイクルが、生物の部品を構築する上で非常に有力な過程となっているからです。深海の場合、大量の海水があるため、熱水鉱床で出来た生物の部品も、はるか彼方に拡散してしまいます。また、高分子を合成する上で必要な脱水縮合反応が、大量の海水により阻害されてしまいます。さらに「会合」、「集合体化」という生物の構築に必要な過程も、大量の海水の中では困難でしょう。残念ながら、熱水鉱床説は後数年で誰も唱えなくなるかもしれません。
#生命の起源 #熱水鉱床 #温泉
Did the first life form in a hot spring? Introducing the leading hot spring origin theory of life
In Japan, the hydrothermal deposit theory, which says that life was born in hydrothermal deposits in the deep sea, is the leading theory. However, as research progresses, a different theory has become more popular around the world. This is the hot spring theory. This theory says that the first life was born in hot springs on land. Why is the hot spring theory so leading? This time, we will introduce the hot spring theory of the origin of life. The origin of life has not yet been revealed. The "hot spring theory" introduced this time is also merely a hypothesis. Nothing has been decided.
The "hot spring theory" that allows you to enter and exit water
In terrestrial environments, it can rain and dry out in the sun. The hot spring theory says that this cycle is important in building the cellular structure of living organisms. To put it simply, it is as follows.
1 On ancient Earth, various chemical substances from rainfall and rocks accumulated in hot springs, and the heat of the hot springs promoted chemical reactions, synthesizing chemical molecules that become parts of living organisms.
2 When the hot spring dries, it becomes concentrated, and different chemical synthesis and aggregate formation occur.
3 When it rains, different chemicals flow into the hot spring, and new chemical reactions occur.
4 At o'clock, the chemicals flow out with the rain and flow into other hot springs, and new chemical reactions and aggregates form.
5 Steps 1-4 are repeated, and life is born.
This is a theory. It is a completely different hypothesis from the deep-sea hydrothermal deposit theory. The theory that life originated in deep-sea hydrothermal deposits was originally born from experimental results that showed that many microorganisms similar to the origin were found in hydrothermal deposits. In addition, the observational results that support the hydrothermal deposit theory were that hydrothermal water contains hydrogen, methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide, etc., which are expected to be necessary for the growth of the original microorganisms. However, hydrogen and other elements are also present in hot springs, so the hydrothermal deposit theory is not superior to the hot spring theory.
Experimental verification is required to determine whether the hypothesis is correct.
Experimental verification is required for all hypotheses, not just those regarding the origin of life. In fact, several experimental verifications have been conducted on hypotheses regarding the origin of life. For example, to exist as life, a "boundary" is necessary to separate oneself from others. Living organisms create boundaries with membrane structures. Therefore, when examining the origin of life, endoplasmic reticulum of the same size as present-day living organisms must have been born in hot springs or hydrothermal deposits.
In the hydrothermal deposit hypothesis, mineral gel is proposed as an alternative to membrane structures. This is a gel-like silica gel that adheres to hydrothermal deposits. It has been verified that this silica gel can confine various substances and can also synthesize parts of life. In other words, the hypothesis is that silica gel may be the origin of life. However, such silica gel cannot confine substances or allow substances to interact with each other. Therefore, it is treated with skepticism. Recent reports have demonstrated that a specific lipid mixture can assemble into membrane vesicles at 70°C in the alkaline water of the "White Smoker" vent. Furthermore, it has been demonstrated that a special lipid mixture can form stable membranes in seawater at room temperature and in the pH range. Unfortunately, it is unclear whether such special lipids existed on Earth before life arose. In a sense, it may be a self-serving idea to think, "Can these lipids form endoplasmic reticulum in the sea?" In principle, the concentration of ionic solutes that make up seawater is much higher, which inhibits the self-assembly of membrane structures and the encapsulation of polymers. In fact, we experience this in real life. It is the same phenomenon as when soap bubbles are difficult to form in salt water. In the case of the hot spring theory, after rain, the salt is diluted, so there is no problem with the formation of membrane structures. In fact, the formation of membrane structures has been proven in the hot spring theory.
Currently, the theory that deep-sea hydrothermal deposits are the origin of life is treated quite negatively. This is because the hot spring theory is based on the cycle of "concentration by evaporation" and "dilution by rainwater" being a very effective process in constructing biological parts. In the deep sea, there is a large amount of seawater, so biological parts made from hydrothermal deposits will also diffuse far away. In addition, the dehydration condensation reaction necessary for synthesizing polymers is inhibited by the large amount of seawater. Furthermore, the processes of "assembly" and "aggregation" necessary for the construction of living organisms would be difficult in large volumes of seawater. Unfortunately, the hydrothermal deposit theory may be gone in a few years.
#originoflife #hydrothermaldeposit #hotspring
