6. 生命の誕生・・・奇跡としか思われないような現実
原始大気の圧力が100気圧のとき、地表温度が絶対温度で650K(380℃)以下になると水蒸気が飽和して液体の水になることができる。この温度を水の臨界温度という。原始大気は濃厚で、100気圧近くあった。したがって、地表が300℃ほどに冷えたときに最初の雨が地表に落ちた。
雨には塩化水素が溶け込んでいたため、強い酸性であった。塩酸の雨水は地上の岩石と接触して、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、鉄などのイオンを溶かし出し、しだいに中和された。次に、塩酸が中和されると、大気中に残された100気圧に近かった大量の二酸化炭素は、原始の海に溶け込み、カルシウムイオンと結合し、炭酸カルシウム(石灰岩)となって沈澱した。原始大気中に含まれていた二酸化炭素は初期の大気中に10気圧ほどになり、残りは窒素であった。
原始大気からはシアン化水素、シアノアセチレン、ホルムアルデヒドなどの簡単な反応活性物質が作られた。その素材を生成させるエネルギー源は、太陽からの紫外線、宇宙からの粒子線、雷の放電、隕石や彗星の落下による衝撃波などである。また、彗星や隕石のような天体から直接持ち込まれた可能性もある。これらの反応性の素材は原始の海に溶け込んで蓄積された。
一方、海底は地殻のプレートが作られ、マントル対流の影響で互いにぶつかり合い、遠ざかり、すれ違ったりする運動を行っていた。地球がまだ熱かったこと、マントル対流が上下2層になっていたので対流自体が小さかったことなどから、プレートの数は現在より遥かに多く、また、消長も激しかった。
プレートのぶつかるところでは片方のプレートが上になり、もう一方がマントルの中に沈みこむ。そこでは火山による造山帯ができ、プレートの境界に沿って島ができ、やがて小さな大陸へと発達した。火山活動でも地中から硫化水素、メタン、水素などの還元ガスが大気中へ放出され、水に溶けやすいものは雨によって大量の泥や砂と一緒に海に運ばれた。一方、プレートが遠ざかるところでは海嶺が作られ、湧き上がるマントルからマグマが供給され、地殻が形成された。海嶺ではマントルからもたらされる熱で海底から熱水が噴出し、硫化水素、メタン、水素などの還元ガスや鉄やマンガンなどの金属硫化物が大量に海に供給された。
こうしてできた反応性の強い低分子化合物は海嶺の海底熱水噴出孔のような高温の環境で次第にアミノ酸、核酸塩基、糖、脂肪酸、炭化水素などの低分子有機化合物へと成長し、さらにこれらの低分子化合物が脱水縮合しながらつながり、タンパク質、核酸、多糖、脂質などの高分子化合物が生成した。熱水噴出孔は有機化合物生成炉として優秀である。高温(200-350℃)、高圧(200-300気圧)の環境であり、大量の熱エネルギーが絶えず供給されている。周りの冷海水が地殻の裂け目からしみ込んで熱せられて上昇し、冷海水の中に噴き出し、冷却されるというサイクルができている。高温で合成された有機物は直ちに冷却されるので、熱による分解をさけることができ、かつ、同じ分子が何度でも化合するチャンスが与えられる。熱水噴出孔海水は、鉄、マンガン、銅、亜鉛などの金属イオンを普通の海水に比べて1000倍以上多く含んでいる。金属イオンは高温、高圧の熱水環境下で有機物を重合させる触媒として優秀であり、タンパク質や核酸の合成が進んだと考えられる。
熱水噴出孔海水が地殻で濾過されるとき、高分子化合物は海底に蓄積した泥や砂と相互作用しながら沈殿した。熱水噴出孔近くの海底では常に有機分子が提供されまた、硫化水素や、そこからエネルギーを取り出したときの受容体となる鉄イオンも絶えず供給された。たっぷりと有機物を含んだ柔らかな、熱く、高圧の環境化にあった泥の中には有機物が沈殿し、細胞様の構造物ができた。
有機物の生産に必要な触媒は偶然に作られたり、高分子化合物を安定化する環境には地域差があったため、地球上の有機物の集積には特徴があったに違いない。海底に蓄積された有機化合物の固まりはプレートの移動とともに、運ばれて他所の有機物の泥と混合された。また、地球の創成期よりは散発的にはなったが、それでも多い隕石の直撃を受けてその衝撃波により巻き上げられて移動し、他の熱水噴出孔近辺へと移動し、そこで発達した有機物の泥と混合された。発達した触媒作用が混合することにより、さらに複雑な有機複合体が作られた。
確かな証拠はないが、タンパク質、RNAは複合体を造り、その中にはRNAにヌクレオチドを付け加えるもの、タンパク質にアミノ酸を付け加えるものなどができたはずである。RNAは相補関係により、特定の塩基を付け加える性質もあった。これらのシステムはやがて洗練されてRNAは複製情報を形成し、タンパク質はRNAと共同して複製装置を担うことになった。
確かな証拠はないが、RNAの配列に依存して並んだタンパク質は低分子から効率よく順番に分子を加工してアミノ酸や核酸を合成することができるようになった。また、それに必要なエネルギー分子（高エネルギー燐酸結合）を生産する仕組みを作り出した。高エネルギー分子を作るときは反応性に富んだ材料（地球の内部から供給される）を使うか、すでに熱水反応炉で合成された高分子を分解することで得られた。前者は化学合成や光合成の経路へと発達し、後者は呼吸経路へと発達した。
確かな証拠はないが、これらの原始的な酵素反応は並び順や立体構造により制御された。足場はRNA、タンパク質、時には無機物である泥の微粒子が提供したことであろう。最初は細胞膜は存在しなかったが、均一の長さの炭化水素を生産するようになると、それが膜を形成し始めた。
膜構造をもつ微小球が生成した。複製や代謝などの機能をもった原始生命が発生する段階である。RNAの構成単位であるヌクレオチドも多様に構造を変え、酵素の触媒作用を助ける補酵素の役割をもつものが多い。そのほかにも現在の生体システムでは放棄されているが、有機重金属は重要な触媒作用を発揮し、少ないタンパク質酵素の機能を補ったであろう。
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まだ、膜構造をもつ生命体に至りませんが、だいぶ推測が多くなってきたので、この辺で一区切りとします。専門に近いところになってきたので、簡潔にまとめようと思っても切り捨てられず、不明な点をどんどん列挙する形になってしまいました。結局、現在の完成された生命システムから見ると、無機物から生命体を作り出すには最低でも百の機能するタンパク質を作り出し（それぞれに進化する必然性を用意しなければならない）、その情報をRNA分子に書き込まなければならないのです。部品がそろって混ぜても生命体はできません。まず、その有機物が濃縮される必要があります。生物の体の水分は７０％。裏を返せば３０％が有機物（骨もありますが）です。牛乳ですら１０％程度ですから、濃縮過程がないと、牛乳より濃い海を仮定するしかない。２価以上の金属イオンの濃度が高いとタンパク質（豆腐を思い浮かべてください）や核酸は沈殿しますので、有機物の塊が泥と一緒に海底に沈んでいたという仮定は現実的と思います。ただの不定形の沈殿では困るわけで、空間的・時間的にどのようにそれぞれのタンパク質や核酸を配列するか、その遺伝情報はどうなっているのか。これらの要素をすべて整合性を持って説明するには「偶然にできた」というのではあまりにも非現実的です。
生命の誕生については化石による形態的な証拠が得られず、また、原始地球環境についても岩石のなかに十分な証拠がなく、ほとんどが推測の域を出ません。岩石を熱すればこうなる、隕石の成分はこうだ、という実験的なデータを組み合わせ、地球の誕生期の歴史についてはだいぶ理路整然としたストーリーができてきました。生命の誕生についてはそのストーリーを最大限取り入れる必要があり、そこに現代の分子生物学的な構造の情報、種々の条件下での有機物の生成についての情報を確認しながら1つずつ枠組みを作り上げる作業となるでしょう。
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最後に生物に関する言葉について簡単に整理します。
「生命」とは抽象的な概念で、地球上の生物の共通の性質をシンボルとして表します。「命」は生命の個別版です。とくに、特定の生物・個体の生命について使います。「生命体」とは生命に実体をつけた抽象的な概念です。地球上の生命体を意識して「生物」という言葉を使います。生物は我々が触れたり、観察できる実体の総称で、（１）遺伝子を利用して繁殖する。（２）繁殖するための仕組みを代謝によって得ている。の２つが主な定義です。単純にいうと複製と代謝です。
地球の生態系全体をひとつの生命体と見てガイアと呼ぶ考え方があります。もちろんガイア自身には繁殖能力はありませんので生命体ではありません。しかし、多くの生物の集合体ですので、生命体に見えなくもありません。修復能力があるので、ある一定量を宇宙の適当な場所に移せばそこに複製を作る可能性があります。人類もガイアの一部で、かつ、宇宙計画を立てている唯一の生命体ですから、人類がガイアの種（たぶん最初のタネ）ではないでしょうか。
つづく
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