NASA が新たに発見したヒ素を好む細菌は興味深いが、エイリアンではない [更新 + ビデオ]

生物学者は、生命の重要な構成要素の一つの代わりに致死性の化学物質を使用できる細菌を分離した。NASAによると、この発見は宇宙生物学と地球上の生命に関する理解に大きな影響を与える可能性があるという。

この研究では、研究者らは、ヨセミテ国立公園からほど近い、カリフォルニア州北東部の塩分濃度が高くヒ素を多く含む湖に生息する細菌を調べた。これは宇宙人でもなければ「新生命」でもない。厳しい環境に生息する既存の細菌を研究室で意図的に操作したものなのだ。

しかし、この結果は興味深い。なぜなら、このようなことはこれまで一度も行われていないからだ。私たちが知るすべての生命は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、リンという6つの主要成分に依存している。この細菌は、リンからヒ素（通常は致死的な毒素）に切り替えて、生き延びるだけでなく、繁栄することができる。研究によると、この細菌はヒ素をリンに完全に切り替えることができるため、ヒ素はDNAやATPなどの他の生体分子に組み込まれる。これは初めてのことであり、生命の仕組みに関する私たちの想定を覆すものだ。

最新情報： 「新しい教科書については分からないが、確かにいくつかの段落や文章は今日以降書き直さなければならないだろう」とアリゾナ州立大学のジェームズ・エルサー教授は語った。

しかし、これが宇宙生物学にとって何を意味するかは、かなり推測の域を出ない。他の世界、特に土星の衛星タイタンや火星の土壌のような有望な場所で生命を探すとき、科学者は私たちが知っている生命の証拠となるものを探す。つまり、炭素ベースの生命、酸素と二酸化炭素による呼吸、アミノ酸などだ。

この発見は、こうした思い込みを捨てて視野を広げるべきだということを私たちに教えてくれる。地球上の小さなバクテリアが有毒な化学物質を食べて生きられるのなら、太陽系のどこかに何が潜んでいるかなんて誰にも分からない。質量分析計を再調整する必要があるだろう。

「この結果は、どのような環境要素が居住可能性を可能にするかという私の概念を広げることになるかもしれないので、とてもうれしいです」と、NASAゴダード宇宙飛行センターの宇宙生物学者で、生命の兆候を探すための実験を行う新しい火星探査車キュリオシティの主任研究員であるパメラ・コンラッド氏は述べた。「この結果は、他の惑星で居住可能な環境を作る可能性のあるものについて、まだすべてはわかっていないということを意味しています。私たちは視野をますます広げなければなりません。」

NASA宇宙生物学研究所の科学者で、本日発表された論文の筆頭著者であるフェリサ・ウルフ＝サイモン氏によると、代謝の点では、この細菌（GFAJ-1と呼ばれるプロテオバクテリア）は実はあまり興味深いものではない。たとえば、光の代わりに化学物質を使って食物を生産する化学合成細菌ではない。その意味では、過熱した熱水噴出孔やイエローストーン国立公園の過酷な硫黄湖の近くに生息する、よく研究されている極限環境細菌ほど興味深いものではない。

しかし、これは化学的突然変異体なので興味深い。ウルフ・サイモン研究室のヒ素を多く含む環境では、DNAそのものが変化した。DNAの骨格を構成する核酸内のヒ素がリンに置き換わったのだが、これは革命的な結果だとエルザー氏は語った。

「すべての生物はリンを使ってDNAを構築している」とエルザー氏は木曜日の記者会見で述べた。「私が今日ここに座って、それが真実ではない可能性について議論しているという事実は、非常に衝撃的だ」

少なくとも、微生物を理解する上で興味深いことだとウルフ＝サイモン氏は言う。微生物は最も古く、最も広く見られる生命体であり、この研究は、微生物について私たちが考えていたよりも知らないことを示している。例えば、ヒ素に耐えられる、あるいはヒ素で繁殖できる微生物の種は他にもたくさんあるかもしれない。実際に誰かが微生物を見つけようとしたのは、これが初めてだ。

ウルフ＝サイモン氏は、数年前から化学物質の置き換えについて考えていたという。2006年、アリゾナ州立大学のポスドク研究員だったころ、生命の構成要素をさまざまな化学物質に置き換えても生き残れる生命体を探すことを提案した。これは突飛な仮説ではない。微量金属元素が互いに置き換わる例はこれまでにもいくつかある。たとえば、一部の軟体動物では酸素運搬体として銅が鉄に置き換わっている。入れ替わった元素には化学的類似点がいくつかあり、そのため移行はより単純になる。

ヒ素とリンは化学的にも類似している。周期表ではヒ素はリンの真下に位置し、両元素は外殻に同数の電子を持っているため、似たような挙動を示す。そのため、理論上はヒ素をリンに置き換えることは理にかなっている。ウルフ＝サイモン氏は、実際にそれがうまくいくかどうかを調べたいと考え、可能性のある場所、つまりヒ素濃度が高く、塩分濃度が海の3倍にも関わらず、生物が豊富なカリフォルニア州のモノ湖を訪れた。

ウルフ＝サイモン氏と同僚は湖からコアサンプルを採取し、GFAJ-1 を研究室に持ち込んだ。彼らは湖の環境をシミュレートし、天然のリンを希釈して、代わりにヒ素を多く含む混合物にした。微生物は繁殖し、以前の 1.5 倍の大きさに成長した。その細胞は内部に液胞のような構造を発達させ、それが成長の一因となった。NASA のコンラッド氏は、生命体の構造が環境に応じて変化するというのは理にかなっていると述べた。

研究チームはさまざまな分析法を用いて、微生物がDNAにヒ素を蓄積していることを明らかにした。リンもいくらか含まれていたが、成長を説明できるほどではなかったとウルフ・サイモン氏は語った。

彼女はすでに、ヒ素とリンの両方を DNA 成分として複製できる微生物がどのような行動をとるかを調べる最新の研究に取り組んでいる。これは、微生物が何ができるか、またどのように使用できるかを調べる多くの研究の最初のものになるだろう。たとえば、ヒ素を多く含む有毒廃棄物の除去に役立つ可能性がある。エネルギー供給が減少する世界 (およびリン供給が減少する世界) では、リンをベースとしないバイオ燃料源につながる可能性もある。しかし今のところ、それはほとんど空想の世界だとエルザー氏は言う。

そして、この小さな微生物に対する大騒ぎにもかかわらず、地球外生命体もしっかりとそのカテゴリーに属しています。