生命の起源に関する一考察（６）

雄博会干住病院　松田源治

Ⅳ－ｃ生物を構成する基本物質としての有機化合物

生命の存在するところには必ず有機化合物が存在する。従って，最初の有機化合物の生成は生命の起源と密接に関係していることになる。有機化合物とは一酸化炭素（ＣＯ），二酸化炭素（ＣＯ_２）などの炭素の酸化物や金属の炭酸塩のような一部の簡単な化合物を除いた炭素を含有する化合物の総称である。ただし，その有機化合物から除外される簡単な炭素化合物の範囲は必ずしも一定していない。
炭素原子は混成軌道による４価の共有原子価を有し，共有結合によって，炭素原子の相互の間に安定な結合を形成する。また，その結合様式も多様であり，一重結合，二重結合および三重結合があり，それらの結合エネルギーはそれぞれ約350ＫＪ／mol，約600ＫＪ／molおよび約800ＫＪ／molである。さらに，それらのうちの二重結舎には１個のδ型結合と１個のπ型結合が存在し，また三重結合にはｌ個のδ型結合と２個のπ型結合が存在する。有機化台物を構成する元素としては炭素の他に水素，室素，酸素，硫黄，燐，ハロゲンなどがある。また，鉄，亜鉛，マグネシウムなどの金属元素を含む有機化合物もある。そして，これらの元素の結合の組合せによって，大小様々な分子を形成する。
生物体に由来する有機化合物，特に高分子化合物においては，炭素と炭素の間の共有結合および炭素と水素の間の共有結合が多く認められる。また，炭素と酸素の間の共有結合においては，イオン性を帯ぴた酸性基を形成し，陽子供与性あるいは電子受容性などの件質を示すことが多い。さらに，炭素と窒素の間の共有結合においては，イオン性を帯びた塩基性基を形成し，陽子受容性あるいは電子供与性などの性質を示すことが多い。そして，それらの酸性基と塩基性基の間にはイオン性の結合を形成することができる。また，高分子有機化合物の中には水素を介する水素結合も多く認められる。このようにして，有機化合物は非常に複雑で多様な構造を形成することになる。
現在，地球上には無数の有機化合物が存在しているが，その大部分は生物体に由来するものである。勿論，生物体を構成する主要な物質である蛋自質，核酸，糖質，脂質なども高分子有機化合物である。従って，今から２００年位前までは有機化合物は全て生物体に由末すると考えられていた。寧ろ，そのことを示すために有機化合物という名称が作られたと言ってもよいであろう。しかし，1829年にウェーラー（F. Wohler）は無機化合物から有機化合物である尿素を台成することに成功した。すなわち，有機化合物が人工的に試験管内で初めて合成された。
その後，種々の有機化合物が次々と合成され，現在では蛋白質，核酸，糖質，脂質などの高分子有機化合物をはじめ非常に多くの有機化合物が人工的に作られている。しかしながら，これらの人工的に合成された有機化合物も生物の一種である人類が種々の器具を用いて作ったものであり，広い意味においては，生物由来の有機化合物であると考えてよいであろう。それでは純粋に非生物由来の有機化合物がこの宇宙に存在しているのであろうか。若し，そのような物質が存在しているとすれば，それは生命の起源に密接に関係している可能性がある。それらを確かめるためには，生物が存在しない地球以外の天体あるいは星間空間を検素する必要がある。

Ⅳ－ｄ　地球外天体および星間空間における有機化合物の存在

１）分光学的検索
地球外天体における種々の物質の検索は先ず分光器を用いて進められた。太陽の周囲を覆う大気の温度は外表に近い比較的低い部分でも5,000℃前後とされているが，それより中心部に向うに従って急激に上昇する。このような高温の状態においても，炭素原子同志が結合した化合物あるいは炭素原子と他の原子が結合した化合物が存在する。例えば炭素と水素の結合したＣＨラジカル，炭素と窒素の結合したＣＮラジカルあるいは２個の炭素原子が結合したジカルポン（Ｃ_２）の存在が認められている。
良く知られている如く，炭素は熱に対して，極めて強い抵抗性を示す。例えば，炭素の同素体であるグラファイト（石墨）を加熱すると，2,000℃においても溶けることはない。従って，金属を溶かすために用いる坩禍は通常グラファィト（石墨）で作られている。また炭素はアーク燈の電極の材料としても用いられる。そして前述のように，太陽表面の5,000℃さらにその奥の6,000℃という高温においても炭素原子同志の間の共有結合あるいは炭素原子と他種の原子の間の共有結合は強固に保持されている。この炭素の非常に強い結合能力はその原子構造に由来するものであろう。
地球以外の太陽系惑星においても，有機化合物を含む種々の化合物が検出されている。例えば金星表面の大気中には二酸化炭素（ＣＯ_２），窒素（Ｎ_２），水（Ｈ_２０）などが認められている。また火星表面の大気組成は金星に近いとされているが，その大気はさらに希薄であり，大気圧は地球の大凡1/2,000に過ぎない。従って初期の火星には海が存在していたと考えられているが，現在は認められない。木星表面の大気の主成分は水索やヘリウムであるが，その他にメタン（ＣＨ_４），アンモニア（ＮＨ_３），一酸化炭素（ＣＯ），シアン化水素（ＨＣＮ）アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などの有機化合物を含む種々の化合物が認められている。
また，土星表面においても木星と同様に水素やヘリウムの他にメタン（ＣＨ_４）やアンモニア（ＮＨ_３）などが認められている。さらに天王星においては主成分である水素やヘリウムの他にメタン（ＣＨ_４）の存在が確かめられている。なお，海王星の大気の主成分は水素とヘリウムであり，天王星の大気組成と良く似ているとされている。今年，カリフォルニア工科大学の研究グルーブは，太陽系惑屋ではないが，百武彗星の中にアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を分光学的に観測して，この有機化合物を含む百武彗星の揮発性成分が太陽系以外の星間空間における化合物に由来していることを報告している。

２）電波望遠鏡を用いる検索
星間空間に存在する化合物の検索のためには電波望遠鏡が大きな威力を発揮している。1951年，アメリカのエヴィン（H. I. Even）とプルセル（E. M. Purcell）は星間空間に存在する水素原子からの21cmの電磁波を観測した。そして，この21cm波を利用して星間空間における水素原子の分布状態や運動状態が検索された。このようにして，やがて電波望遠鏡を用いる電波天文学の新しい領域が開拓されることになった。1963年にはこの電波望遠鏡を用いてＯＨラジカルが星間空間に発見され，1968年にはアンモニア（ＮＨ_３）からの電波が射手座の方向に観測され，1969年には水（Ｈ_２０）やホルムアルデヒド（Ｈ_２ＣＯ）からの電波が検出された。
さらに1970年代になって，一酸化炭素（ＣＯ），ＣＮラジカル，シアン化水素（ＨＣＮ），シアノアセチレン（ＨＣ≡Ｃ－Ｃ≡Ｎ），メタノール（ＣＨ_３ＯＨ），ギ酸（ＨＣＯＯＨ），ホルムアミド（ＨＣＯＮＨ_２），メチルアセチレン（ＣＨ≡Ｃ－ＣＨ_３），アセトアルデヒド（ＣＨ_３ＣＨＯ）などからの電波が次々と観測された。これらの化合物の多くは有機化合物である。

３）隕石の研究
有機化合物が非生物的に生成されるか否かを知るためには，隕石の研究も非常に重要である。この隕石は隕鉄，石鉄隕石および石質隕石の３種類に大別することができる。これらのうちの隕鉄は主として鉄，ニッケル，コバルトなどの金属より成り，石鉄隕石は主として金属と岩石の混合物より成り，さらに石質隕石は主として岩石より成る。そして石質隕石から石鉄隕石さらに隕鉄になるにつれて，より高温の歴史を経過しているとされている。これらのうちの石質隕石はコンドライト（chondrite）とアコンドライト（achondrite）に分類される。前者はコンドリュール（chondrule）という徴小石粒を含有するものであり，後者はそれを含有しないものである。さらにこのコンドライトは普通コンドライト（ordinary chondrite）と炭素質コンドライト（carbonaceous chondrite）に分類される。前者の中における炭素化合物の含有量は少なく，後者の中における炭素化合物の含有量は多い。従って，有機化合物の存否を確かめるためには主として炭素質コンドライトが研究の対象となる。
例えば，Alias隕石（1806年，フランス）は炭素質コンドラィトであり，化学の領域に大きな足跡を残したベルセリウス（J. J. Berzelius）はこの隕石を分析して，炭素化合物の存在を報告している。また，有機化合物を初めて合成したウェーラー（F. Woher）もCold Bokkeveld 隕石（1838年，南アフリカ）およびKaba隕石（1857年，ハンガリー）を分析して，有機化合物を抽出できたと報告している。原始蛋白質の生成に関連して興味を持たれている隕石中のアミノ酸の分析も1960年頃から次第に報告されるようになった。デゲンズ（E. T. Degens）ら，カプラン（I. R. Kaplan）ら，アンダース（E. Anders）らあるいはバレンタイン（J. R. Vallentyne）らは相次いで種々の炭素質コンドライトを分析して，アミノ酸の存在を報告している。これらの報告によると，天然蛋白質を構成する殆ど全てのアミノ酸が炭素質コンドライト中に存在していることになる。そして，それらのアミノ酸の中でも特にセリンとグリシンが多い。また天然蛋白質中に存在しないオルニチンやβ－アラニンも検出されている。
しかしながら1965年にハミルトン（P. B. Hamilton）は人の指紋に含まれるアミノ酸の微量分析を行い，そのアミノ酸組成比が前述の隕石から分離されたアミノ酸の組成比に良く似ていることを報告した。すなわち隕石中のアミノ酸分析に際して，人によって汚染される可能性のあることが指摘されたのである。そこで，このことを考慮して，1969年にオーストラリアのピクトリア州に落ちたMurchison損石については非常に注意深い方法でアミノ酸分析が行われた。先ず，その隕石の落下後成るべく速やかに分析が始められた。そして隕石の外表を全て除き，中心部より試料を取り出し，それを熱水処理して，加水分解した後，ァミノ酸分析を行った。その結果，グリシン，アラニン，グルタミン酸，バリン，およぴプロリンが検出された。また，これらのアミノ酸の光学活性も調べられたが，これらは殆どラミセ型であった。人工的でない生物由来のアミノ酸は殆ど全てＬ型であるので，この限石中のアミノ酸が非生物由来であることはほば間違いない。しかし，この地球上における生物による汚染は常に問題になることであり，この種の研究に関しては特に細心の注意が必要とされている。
他方1961年にクラウス（G. Claus）らは炭素質コンドライトの中に顕徴鏡でみることのできる特殊な形をした粒子を発見した。彼らはこれらの粒子を組織化粒子（organized element）と名付けた。これらが徴生物の化石である可能性があるということで，人きな問題になった。この組織化粒子が微生物に由来するものであるか否かということについては，末だ結論は出ていないように思われているが，それは単なる鉱物結晶である可能性も強い。
1996年（今年）８月に米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）、は1984年に南極で発見された隕石の分析結果から，火星に原始的な微生物が生存した可能性を示す有力な証拠が得られたと発表した。若し，そのような原始的な単細胞生物が火星に生存していたとすれば，それらは40億年以上も前に，火星に生存していた微生物であるということになる。そして，それらの微生物が生存していた火星の岩石の一部が何らかの衝撃によって・宇宙空間に放出され，そして大凡１万３干年前に地球に落下したとされている。
上記のＮＡＳＡの発表の翌日クリントン米大統領は直ちに「このＮＡＳＡの発表が事実とすれば，宇宙開発史上もっとも衝撃的な発見である」との声明を発表した。さらに同大統領は「隕石は数十億年の年月と数百万キロの距離を隔てて，我々に火星における生命の存在の可能性を教えてくれた。その意味は非常に大きく，我々に畏怖の念を抱かせるものである」と述べている。そして，火星に生物が存在したか否かを確かめるための調査を含めた今後の字宙開発計画を速やかに検討するよう指示したことを明らかにした。
前にも述べた如く，初期の火星には地球と同様に海が存在していたと推測されている。若しそれが事実ならば，地球と同様に火星においても生物が出現した可能性が十分にあり，大変興味深い。しかし，今回のＮＡＳＡの発表の中には，火星に生物が存在したことを示す種々の状況証拠が出されているが，直接証拠は殆どないように思われる。この点において，ＮＡＳＡも慎重に言葉を選んで発表している。それらの状況証拠は次に示す４点に要約できよう。
その第１は炭酸塩の存在である。初期の火星に海が存在していたであろうことは以前から推測されていたことであるが，火星大気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）がこの海の中に溶け込んで炭酸塩を生成したというのである。すなわち，初期の火星に生物の出現を可能にする海が存在していたことを再確認したことになる。その第２は細長い管状構造物の存在である。地球上にはその初期の生物と考えられているシアノバクテリアと呼ばれる徴生物の化石が多く発見されているが，この化石に良く似た管状構造物が今回の隕石の中から発見されたというのである。その太さは髪の毛の太さの100分の１以下とされている。この構造物が本当に火星に存在した徴生物の化石であるのか，あるいは単なる鉱物結晶であるのか，今のところ明らかではない。今後の化学的な分析結果の発表が待たれる。
その第３は多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）の存在である。この化合物はディーゼルエンジンの排気ガスなどにも含まれており，非生物的に生成される。しかし生物に由来する有機物が腐敗する際にも発生することが知られているので，この化合物の存在は生物に由来する有機物が存在していた可能性があることを否定できない。その第４は特異的な鉱物結晶の存在である。すなわち前述の炭酸塩のすぐ近くに特異な形状を有する鉱物結晶が存在していた。この鉱物結晶は元来非生物的に生成されるものであるが，その粘晶の形状が地球上に生存するバクテリアが関与して，特異的に形成されるものと良く似ているというのである。初期火星に生物が出現していたかどうかということに対する結論は，これまでの研究によっては，まだ出されていないように思われる。今後の研究によって明らかにされるであろう。

４）月からの試料の分析
アポロ11号が月から持ち帰った試料は人類が直接地球外天体から採取した最初の試料であった。この試料は多くの研究組織に送られて，その詳細な研究が行われた。この種の研究で常に問題になるのは，前にも述べた如く，地球上における汚染である。その点については特に注意深く分析が進められた。先ず，試料の熱分解によって発生するガスの中に，Ｃ１からＣ９に至る炭素と水素から成る種々の大きさの炭化水素ラジカルや炭素，水素および酸素がら成るラジカルまた炭素，水素，窒素および酸素から成るラジカルさらに炭素，水素，硫黄および酸素から成るラジカルなどが検出されている。
アミノ酸分析のためには，試料から熱水抽出物を取り出し，それをさらに塩酸で加水分解することによって，種々のアミノ酸が得られている。それらのアミノ酸分析によると，グリシンとアラニンが最も多く，その他にアスパラキン酸，グルタミン酸，セリンあるいはトレオニンなどが比較的多い。さらにアポロ11号以後のアポロ12号およびアポロ14号によって持ち帰られて試料のアミノ酸分析においても，ほぼ同様な分析値が得られている。

５）地球外天体およぴ星間空間における有機化合物の生成の機構
これまでに述べてきたように，分光学的研究，電波望遠鏡を用いる研究，隕石の研究あるいは月からの試料の研究などによって，地球外天体あるいは星間空間に有機化合物が存在していることは確実であるように思われる。また，これらの有機化合物が非生物に生成されたであろうことも，ほぽ間違いないものと思われる。それでは，これらの有機化合物はどのような機構によって生成されたものであろうか。
先ず，前述の地球外天体および星間空間に存在する全ての有機化合物を構成する水素，炭素，窒素，酸素，硫黄その他の元索は，より古い他の恒星中において，水素を経て，原子核融合反応によって生成されたものであろう。勿論，有機化合物を構成する元素だけでなく，他の元素においても同様である。そして，太陽系に属するいろいろな星に存在する元素の多くは，その超新星爆発によって太陽系を形成したとされている超新星において生成されたものであろう。それでは，それらの元素が互いに結合した化合物は何処で生成されたものであろうか。先ず，星間空間に存在する化合物は，その場所における濃度あるいは温度より考えると，その場所において生成されたとは思われない。恐らく，いろいろな星において生成されたものが，何らかの原因によって放出されて，現在，星間空間に止まっているものであろう。地球以外の太陽系惑星および衛星において確認されている非生物的有機化合物は，それらが現存するそれぞれの星において生成されたとする説と，他の星において作られて，その星に運ぱれてきたとする説とがある。
月からの試料中に種々のアミノ酸が検出されたことは興味深い。しかも検出されるアミノ酸量は，その試料からの熱水抽出物を塩酸中で加水分解することによって，増量するらしい。そのことはその試料中にアミノ酸か相互に結合したペブチド様の比較的分子量の大きい有機化合物の存在を示唆している。若しそれが事実であれは，これらのペプチド様の有機化合物は，どのようにして，月の表面において生成されたのであろうか。このことは地球上において，最初に蛋自質に似た高分子化合物が生成された課程と良く似ている。ただ，地球の表面と異なり，月の表面には十分な量の水が存在しなかったために，その後の化学進化が進まなかったものと思われる。この蛋白質に似た高分子有機化合物を含む種々の有機化合物の非生物的生成機構については，後に，原始地球上における原始蛋白質の非生物的生成のところで詳しく考察することにする。

佐世保市医師会報第７４号（平成８年　初冬）より平成１３年２月７日転載

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