生命の起源：細胞内に化学を組み込む

RNAがリボソームで起こる化学反応に何らかの役割を果たしているように見えるという事実は、生命の起源に関する現在のモデル、すなわちRNAワールドを示唆する証拠の一つとなりました。RNAワールドでは、RNAは遺伝情報を担うと同時に、基本的な代謝反応を触媒します。ノーベル賞受賞研究者のジャック・ショスタック氏は、RNA化学の分野での経歴から、次のステップについて疑問を抱きました。RNAはどのようにして、私たちが細胞と認識するような、独特の化学環境を膜で囲まれた存在へと入り込んだのでしょうか。

リンダウ会議で、アルスはテロメラーゼに関与するRNAの研究でノーベル賞を受賞したショスタック氏の講演に出席した。ショスタック氏は講演の冒頭で、この分野では20年以上研究を行っていないため、この件については話さないと明言した。しかし、講演の冒頭では、近年の生命起源研究に新たな活力を与えたと思われるいくつかの発見について説明した。まずは、好極限生物（酸性や塩分を多く含む環境など、高温で生息する細菌や古細菌）の発見だ。これは、生命と共存できる可能性のある興味深い化学反応が多岐にわたることを示唆している。次に、太陽系外惑星の発見数の増加だ。ショスタック氏はケプラー宇宙望遠鏡の最新の成果などについて軽々しく語り、観測機器について語る際には「ヌリング干渉計」といった用語をさりげなく使った。これらの太陽系外惑星は、土星の衛星タイタンでの発見と合わせて、宇宙では潜在的に興味深い化学反応が数多く起こっていることを示唆している。

ショスタック氏の考えでは、興味深い化学は容易だ。また、ダーウィンの進化論もまた、既存のものを根本的に改良することが可能であるため、物事を容易にすると彼は述べている。そこで最近彼を悩ませているのは、この二つの間の移行である。興味深い化学から進化可能なものへとどのように移行するか？彼は、その移行を可能にするシステムを設計することで、この課題に取り組んでいる。

彼の講演は、一つのテーマを中心に展開された複数のプロジェクトに焦点を当てていました。それは、現在の細胞に存在する分子は比較的堅牢で、化学的にそれほど活性ではないということです。これは細胞へのダメージを抑えるためです。しかし、これらの分子には、はるかに反応性の高い類似体があり、これらの化合物は生命の起源の初期段階のいくつかに関与していた可能性があります。

例えば、現在の細胞はリン脂質と呼ばれる化学物質を使って膜を形成しています。これらの膜は強固で、細胞の内容物を外部環境から隔離するのに役立ちます。しかし、リンを含まない脂質である脂肪酸と呼ばれる近縁種は、より緩やかな膜を形成し、外部環境とのより広範な交換を可能にします。これは、膜に多数の孔や交換器を持たない生命にとって不可欠な要素だったはずです。そこで、ショスタック教授の学生の一人が、小さな脂肪酸嚢の溶液を作り、脂質をさらに与えて何が起こるかを観察しました。

誰もが、この袋はただ大きくなるだけだと予想していたようだ。ところが実際には、細長く枝分かれした構造へと伸びていった。少し優しく揺らすと、糸状のものは再び小さな袋へと分解され、このサイクルが再び始まる。これは細胞分裂に似ているが、細胞を使わず、純粋に物理と化学によって駆動されている。「何を探せばいいのか分かっていれば、何年も前に実現できたはずだ」とショスタック氏は語った。

彼のチームは遺伝物質の起源についても研究している。RNAを構成するヌクレオチドなどは、容易に化学反応を起こすものではない（おそらく比較的安定しているため進化によって選択されたのだろう）。そこで彼は、興味深い化学反応を起こす可能性の高い関連分子に注目している。彼の研究室の現在の研究では、標準的なDNAまたはRNAヌクレオチド（個々の塩基）を用いているが、2つの重要な違いがある。塩基の糖部分では、酸素原子が2つ除去され、そのうち1つがアミノ基に置き換えられている。また、窒素原子と炭素原子の環がリン酸に直接結合している。