宇宙生物学：歴史、研究の目的および重要性 - 生物学 - 2025

アストロバイオロジーやexobiologyは、文脈における生命の起源、分布とダイナミクスを扱っていることを生物学の枝での宇宙全体として私たちの惑星の両方、。科学宇宙生物学は宇宙にとってのものであり、生物学は惑星地球にとって何であると言えるでしょう。

宇宙生物学の作用のスペクトルが広いため、物理学、化学、天文学、分子生物学、生物物理学、生化学、宇宙論、地質学、数学、コンピューティング、社会学、人類学、考古学など、他の科学がそれに集まっています。

図1.生命と宇宙探査の関係の芸術的な解釈。出典：NASA / Cheryse Triano

宇宙生物学は生命を「普遍的」であり得る現象として捉えています。可能なコンテキストまたはシナリオを扱います。その要件とその最小条件; 関与するプロセス; その広範なプロセス。他のトピックの中で。それはインテリジェントな生活に限定されず、あらゆる種類の生活を探ります。

宇宙生物学の歴史

宇宙生物学の歴史はおそらく、種としての人類の始まりと、地球上の宇宙と生命について疑問を呈するその能力に遡ります。そこから今日の多くの人々の神話にまだ存在している最初のビジョンと説明が生じます。

アリストテレスのビジョン

アリストテレスのビジョンでは、太陽、月、その他の惑星や星を、私たちの周りを同心円状に周回する完璧な球体と見なしていました。

このビジョンは、宇宙の地球中心モデルを構成し、中世の間に人類を特徴付ける概念でした。おそらく、当時は、私たちの惑星の外にある「住民」の存在の問題は、意味をなさなかったでしょう。

コペルニクスの眺め

中世、ニコラス・コペルニクスは彼の太陽中心モデルを提案しました。これは地球をもう1つの惑星として、太陽の周りを回転します。

このアプローチは、私たちが思っていたほど「特別」ではなかった場所に私たちを置くので、残りの宇宙の見方や自分自身を見さえする方法に大きな影響を与えました。次に、私たちの惑星に似ている他の惑星の存在の可能性、そしてそれとともに、私たちが知っている惑星とは異なる生命の可能性。

図2.コペルニクスの太陽中心系。出典：パブリックドメイン、Wikimedia Commons経由

地球外生命の最初のアイデア

フランスの作家であり哲学者でもあるベルナールルボヴィエドゥフォンテネルは、17世紀の終わりに、生命は他の惑星にも存在する可能性があるとすでに提案していました。

18世紀半ば、啓蒙主義に関連する学者の多くは地球外生命について書いていました。ライト、カント、ランバート、ハーシェルのような当時の主要な天文学者でさえ、惑星、月、さらには彗星さえも生息できると想定していました。

これが19世紀の始まりであり、学術科学者、哲学者、神学者の大多数が、ほとんどすべての惑星に地球外生命体が存在するという信念を共有しました。これは、宇宙に関する科学的理解の高まりに基づいて、当時は健全な仮定と考えられていました。

（化学組成、大気、重力、光、熱に関する）太陽系の天体間の圧倒的な違いは無視されました。

しかし、望遠鏡のパワーが増加し、分光法の出現とともに、天文学者は近くの惑星大気の化学を理解し始めることができました。したがって、近くの惑星に陸生生物と同様の生物が生息していたことは否定できます。

宇宙生物学の研究の目的

宇宙生物学は、次の基本的な質問の研究に焦点を当てています。

• 人生ってなに？
• 地球上で生命はどのようにして生まれましたか？
• 人生はどのように進化し発展しますか？
• 宇宙のどこかに生命がありますか？
• 存在する場合、地球上および宇宙のどこかでの生命の未来は何ですか？

他の多くの質問がこれらの質問から生じ、すべては宇宙生物学の研究の目的に関連しています。

研究と宇宙探査のモデルとしての火星

赤い惑星、火星は、太陽系内の地球外生命の仮説の最後の砦でした。この惑星に生命が存在するという考えは、19世紀後半から20世紀初頭に天文学者によって行われた観測から最初に生まれました。

彼らは、火星の表面のマークは、実際にはインテリジェントな生物の集団によって構築されたチャネルであると主張しました。これらのパターンは現在、風の産物であると考えられています。

ミッション

マリナー宇宙探査機は、1950年代後半に始まった宇宙時代を例証しています。この時代は、太陽系内の惑星と月の表面を直接視覚化して調べることを可能にしました。このように、太陽系におけるマルチセルで簡単に認識できる地球外生命体の主張を排除します。

1964年、NASAのマリナー4ミッションは、基本的に砂漠の惑星を示す火星表面の最初のクローズアップ写真を送りました。

しかし、その後の火星と外惑星へのミッションにより、それらの体と月の詳細なビューが可能になり、特に火星の場合は、それらの初期の歴史の部分的な理解が可能になりました。

地球外のさまざまな環境で、科学者たちは地球上の居住環境とそれほど変わらない環境を発見しました。

これらの最初の宇宙ミッションの最も重要な結論は、投機的な仮定を化学的および生物学的証拠で置き換えることでした。これにより、客観的に研究および分析することができます。

火星に生命はありますか？使命

第一に、マリナーミッションの結果は、火星に生命が存在しないという仮説を支持します。しかし、巨視的な生命が求められていたことを考慮しなければなりません。その後の任務は微視的な生命の欠如に疑問を投げかけました。

図3.バイキングミッションの軌道と地球の探査。出典：ウィキメディア・コモンズ経由のドン・デイビス

たとえば、バイキングミッションの地上調査によって行われた、生命を検出するために設計された3つの実験のうち、2つは陽性で1つは陰性でした。

これにもかかわらず、バイキングプローブ実験に関与するほとんどの科学者は、火星での細菌の生命の証拠はなく、結果は公式には決定的ではないことに同意しています。

図4.バイキングミッションの着陸プローブ（ランダー）。出典：NASA / JPL-Caltech /アリゾナ大学、Wikimedia Commons経由

ミッション

バイキングのミッションの物議を醸した結果を受けて、欧州宇宙機関（ESA）は2003年に火星エクスプレスミッションを開始しました。

この任務には、ビーグル2（チャールズダーウィンが旅した船と同義）という探査機が含まれ、火星の浅い表面で生命の兆候を探すように設計されていました。

この探査機は残念ながら地球との接触を失い、その任務を満足に遂行することができませんでした。同様の運命は、1999年にNASAの探査機「火星極着陸船」を持っていました。

ミッション

これらの失敗した試みの後、2008年5月に、NASAのフェニックスミッションは火星に到達し、わずか5か月で並外れた結果を得ました。彼の主な研究目的は、外来生物、気候、地質学でした。

このプローブは、次の存在を示すことができました。

• 火星の雰囲気の中の雪。
• この惑星の上層の下にある氷の形の水。
• pHが8〜9の基本的な土壌（少なくとも降下に近い領域）。
• 過去の火星表面の液体水

火星の探査は続く

火星の探査は今日も続き、ハイテクロボット装置が使われています。ローバーズミッション（MER-AおよびMER-B）は、火星で水活動があったという印象的な証拠を提供しました。

たとえば、淡水、沸騰泉、濃密な大気、活発な水循環の証拠が見つかりました。

図5.火星表面のローバーMER-B（機会）の描画。出典：NASA / JPL /コーネル大学、マースデジタルLLC、ウィキメディアコモンズ経由

火星では、2004年から2018年まで活動していたMER-B（オポチュニティ）ローバーによって検出された、ジャロサイトなどの液体水の存在下で一部の岩が成形されたという証拠が得られました。

ローバーMER-A（Curiosity）は、常に生物活性に関連しているメタンの季節変動を測定しました（2018年にScience誌に発表されたデータ）。また、チオフェン、ベンゼン、トルエン、プロパン、ブタンなどの有機分子も発見しました。

図6.火星上のメタンレベルの季節変動。ローバーMER-A（Curiosity）で測定。出典：NASA / JPL-Caltech

火星に水があった

火星の表面は現在のところ住みにくいですが、遠い過去に、火星の気候が、私たちが知っているように、私たちが知っているように生命に不可欠な成分である液体水が表面に蓄積することを可能にしたという明確な証拠があります。

ローバーMER-A（Curiosity）のデータは、数十億年前のゲイルクレーター内の湖に、化学成分やエネルギー源など、生命に必要なすべての成分が含まれていたことを示しています。

火星の隕石

一部の研究者は、火星の隕石を地球に関する優れた情報源と見なしており、天然の有機分子や細菌の微化石さえ存在することを示唆しています。これらのアプローチは科学的な議論の主題です。

図7. ALH84001隕石の内部構造の顕微鏡図。桿菌と同様の構造を示しています。出典：NASA、Wikimedia Commons経由

火星からのこれらの隕石は非常にまれであり、赤い惑星の直接分析可能な唯一のサンプルを表しています。

パンスペルミア、隕石、彗星

隕石（および彗星）の研究を支持する仮説の1つは、汎精子症と呼ばれています。これは、過去にこれらの隕石の内部に入ってきた微生物によって地球の植民地化が起こったという仮定から成っています。

今日、地球の水が過去に私たちの惑星を攻撃した彗星から来たという仮説もあります。加えて、これらの彗星は彼らに原始分子をもたらしたかもしれないと信じられており、それは生命の発達を可能にし、あるいはそれらの中に宿った生命をすでに発達させました。

最近、2017年9月に、欧州宇宙機関（ESA）は、2004年に打ち上げられたロッセタミッションを無事に完了しました。その後降下します。このミッションの結果はまだ研究中です。

天文学の重要性

フェルミのパラドックス

宇宙生物学の研究に動機を与える元の質問は次のとおりであると言うことができます：私たちは宇宙に一人ですか？

天の川だけでも数千億の星系があります。この事実は、宇宙の時代と相まって、生命は私たちの銀河において一般的な現象であるべきであることを示唆しています。

この問題に関して、ノーベル賞を受賞した物理学者エンリコ・フェルミが尋ねた質問は有名です：「誰がどこにいますか？」、彼は昼食の文脈で尋ねました、銀河がいっぱいであるべきであるという事実が議論されました人生の。

質問は、彼の名前を持ち、次のように述べられているパラドックスを生じさせました：

SETIプログラムと地球外情報の探索

フェルミのパラドックスに対する1つの考えられる答えは、私たちが考える文明が実際にそこにあるということかもしれませんが、私たちはそれらを探していません。

1960年に、フランクドレイクは他の天文学者と一緒に、地球外情報の検索（SETI）プログラムを開始しました。

このプログラムは、電波やマイクロ波信号などの地球外生命体の兆候を探すために、NASAと共同で取り組みました。これらのシグナルをどこでどのように探すかという問題は、多くの科学分野で大きな進歩をもたらしました。

図8. SETIがプエルトリコのアレシボで使用した電波望遠鏡。出典：JidoBG、Wikimedia Commons

1993年、米国議会は、検索が意味するものの意味についての誤解の結果として、この目的のためにNASAへの資金提供をキャンセルしました。現在、SETIプロジェクトは民間資金で賄われています。

SETIプロジェクトは、女優のジョディフォスターが主演し、世界的に有名な天文学者カールセーガンが書いた同じ名前の小説に触発された、コンタクトなどのハリウッド映画を生み出しました。

ドレイクの方程式

フランクドレイクは、彼の名前を冠した表現を使用して、コミュニケーションスキルを持つ文明の数を推定しました。

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

ここで、Nは地球と通信する能力を持つ文明の数を表し、次のような他の変数の関数として表されます。

• R *：太陽に似た星の形成率
• f _p：これらの星系と惑星の割合
• n _e：惑星系ごとの地球に似た惑星の数
• f _l：生命が発達するこれらの惑星の割合
• f _i：インテリジェンスが発生する割合
• f _c：コミュニケーションに適合する惑星の割合
• L：これらの文明の「生命」の期待。

ドレイクは、この方程式の多くを推定するのが非常に難しいため、この方程式を、具体的な推定を行うための要素としてではなく、問題を「サイズ設定」するためのツールとして公式化しました。ただし、投げる数が多いというコンセンサスがあります。

新しいシナリオ

ドレイク方程式が定式化されたとき、太陽系の外にある惑星や月（太陽系外惑星）の証拠はほとんどなかったことに注意してください。太陽系外惑星の最初の証拠が現れたのは1990年代でした。

図9.ケプラー望遠鏡。出典：NASA、Wikimedia Commons経由

たとえば、NASAのケプラーミッションでは、3,538個の太陽系外惑星の候補が検出されました。そのうち1,000個以上は、検討中のシステムの「居住可能ゾーン」（液体の水の存在を可能にする距離）にあると見なされます。

宇宙生物学と地球の果ての探査

宇宙生物学のメリットの1つは、私たち自身の惑星を探求したいという願望を大いに刺激してきたことです。これは、他の状況における生命の動作を類推して理解することを望んでいます。

たとえば、海底の熱水噴出孔の研究により、光合成に関連しない生命を初めて観察することができました。つまり、これらの研究は、常に必須の要件であると考えられてきた、生命が太陽光に依存しないシステムがある可能性があることを私たちに示しました。

これにより、液体の水が得られる惑星での生命の考えられるシナリオを想定できますが、氷の厚い層の下では、生物への光の到達が妨げられます。

別の例は、南極の乾燥した谷の研究です。そこで彼らは、岩の内部に保護された状態で生き残る光合成細菌（内部溶解細菌）を得ました。

この場合、岩はその場所の悪条件に対する支持と保護の両方として機能します。この戦略は、塩田や温泉でも検出されています。

図10.火星に最も近い地球上の場所の1つである南極のマクマードドライバレー。出典：ウィキメディア・コモンズを介して米国から米国国務省

宇宙生物学の展望

地球外生命の科学的調査はこれまでのところ成功していません。しかし、宇宙生物学の研究が新しい洞察を生み出すにつれて、それはより洗練されてきています。宇宙生物学の探査の次の10年は次のようになります。

• 火星と木星と土星の氷の月を探索するためのより大きな努力。
• 太陽系外惑星を観察および分析する前例のない能力。
• 研究室でより単純な生命体を設計および研究する大きな可能性。

これらすべての進歩により、地球のような惑星で生命を見つける可能性が確実に高まります。しかし、おそらく、地球外生命体は存在しないか、銀河全体に分散しているため、発見する機会はほとんどありません。

後者のシナリオが真実であっても、宇宙生物学の研究は、地球上の生命と宇宙におけるその位置についての私たちの見方をますます広げています。

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