宇宙ウイルス学

ウイルスは進化の主要な原動力であり、ウイルスと宿主の間の軍拡競争、すなわち赤の女王仮説は、宿主とウイルスの両方に強い進化圧力をもたらします。^{[ 4 ]}宿主はウイルスを回避して破壊するように進化し、ウイルスは宿主に感染し続けるためのメカニズムを進化させます。進化はウイルスの水平遺伝子伝達によっても影響を受けます。ウイルスの遺伝子は宿主のゲノムに挿入されることがあり（例：レトロウイルス）、これらの遺伝子が進化的に有利な場合もあります。ヒトにおける有益な水平遺伝子伝達の一般的な例の1つは、古代のウイルスに由来し、胎盤の発達に重要なシンシチンの遺伝子です。

証明されてはいないものの、一部のウイルス学者は、ウイルスがRNAワールドからのDNAゲノムの出現、 LUCAから生命の3つのドメイン（古細菌、細菌、真核生物）への分岐、多細胞性の発達など、主要な進化イベントにおいて重要な役割を果たした可能性があると提唱している。^{[ 4 ]} DNAゲノムの出現とLUCAからの分岐は、ウイルスからのポリメラーゼやその他の遺伝子編集酵素の水平遺伝子伝達によって促進された可能性がある。一方、ウイルスの選択圧は、さまざまなウイルスから身を守るためにLUCAからの分岐を促進した可能性があり、多細胞性はウイルスからより大きな細胞集団の保護を提供する。^{[ 4 ]}

ウイルスはウイルスシャントを介して海洋の栄養循環を引き起こし、表層海洋の利用可能な炭素の最大25%はウイルス誘発性の細胞溶解に起因するとされている。^{[ 4 ]}

地球上の酸素の約5%は、細胞に本来存在しない光合成遺伝子をコードするウイルスに感染した細胞によって生成されていると考えられている。^{[ 4 ]}例えば、シアノバクテリアのウイルスの中には、光化学系IIの遺伝子を持つものがあり、それによってシアノバクテリアは光合成を行い、感染していないものとは異なる海洋の領域で生息することができる。また、ウイルスの中には、宿主においてリン酸、炭素、硫黄代謝などの新たな代謝機能を可能にする他の代謝遺伝子をコードするものもある。

ウイルスは、深海の熱水噴出孔から北極の永久凍土まで、地球上の極限環境に耐えることができます。ウイルスは、最高93 ℃（199 °F）、最低-12 ℃（10 °F）、最低pH1.5という極めて高温、低温、酸性の自然環境で発見されています。^{[ 3 ]}宇宙には、放射線、温度、圧力の極端な変動など、さらに過酷な環境が存在することがわかっています。^{[ 5 ]}    

タバコモザイクウイルス、ポリオウイルス、バクテリオファージT1などのウイルスは、星間放射線、低温、低圧などの宇宙のような環境にさらされた後も感染性を維持している。 ^{[ 4 ]}ウイルスが宇宙船に紛れ込むリスクを評価するにはさらなる研究が必要であるが、居住可能な宇宙船内の生物に感染したウイルスは、その生物が生存している限り生存することができる。

ヒトに蔓延しているヘルペスウイルスなどの潜伏ウイルスは、宇宙飛行のストレス要因により宇宙飛行中に活性化する可能性がある。宇宙飛行士はほとんど、あるいは全く症状を経験しなかったが、他のウイルスが再活性化したり、毒性が強くなったりする可能性は重大な脅威である。^{[ 6 ]}

さらに、一部の細菌（セラチア・マルセセンス）は宇宙飛行条件下でより毒性が強くなることが判明しており、ウイルスもより毒性が強くなる可能性があるのか​​という疑問が生じている。^{[ 7 ]}

Limiting forward contamination is critical to be confident in the results of life detection efforts. Bacteria pose a significant contamination challenge in spacecraft assembly clean rooms despite decontamination procedures.^[8] However, viruses were found to be present at relatively low levels, based on a metagenomic analysis.^[9] Another metagenomic study detected viable human viruses, including herpesvirus and cycloviruses.^[10]

Life (and viruses) on other planetary bodies have two important potential origins: from Earth or from a second genesis (life originated on that planet). Ancient viruses could have been transported from Earth to another planetary body, perhaps following a massive meteorite impact or volcanic eruption.^[4] If this occurred, these viruses would likely be very biological similar to modern organisms.^[3] There may be minimal or no immunity among Earth life against the ancient virus, and whatever organism it can infect may be crippled by its re-introduction.

If extraterrestrial viruses are part of a second genesis, their infectivity of Earth life depends on how they encode their genetic information. While their encoding could be incompatible with Earth life, it is also possible that RNA, DNA, or similar molecules could encode for life in the second genesis. In this case, Earth life may be a suitable host.^[3]

最も広く受け入れられているのは、惑星表面に衝突する隕石から有機物が放出されるというリソパンスペルミア説である。リソパンスペルミア説は、有機化合物が含まれていることが確認されている火星隕石から得られた多くの証拠によって裏付けられている。^{[ 12 ]}さらに、実験室シミュレーションでは、これらの爆発的な出来事によってウイルスや有機物が宇宙に放出され、そこに生命の種が蒔かれる可能性があることが示されている。^{[ 13 ] [ 14 ]}

リトパンスペルミアと同様に、フレッド・ホイルとチャンドラ・ウィクラマシンゲによって開発された彗星パンスペルミアモデルは、彗星が主要な輸送手段であり、インキュベーターとして機能すると提唱している。^{[ 15 ]}彗星は水などの物質が豊富で、有機化合物の多様性も高い。炭素質コンドライトの研究は、化石化した微生物の存在を示唆している可能性がある。^{[ 15 ]}

天体を超えて、放射性パンスペルミアは、恒星からの放射圧による宇宙旅行の代替経路を提供する。この理論は1903年にスヴァンテ・アレニウスによって提唱され、細菌やウイルスのような微粒子が恒星から放出される光子によって絶えず推進される可能性があるとしている。^{[ 16 ]}これらの光子は帆を押す風のように働き、その運動量を粒子に伝え、宇宙空間全体に加速させる。

ウイルスが生命の起源において役割を果たす可能性は興味深いものの、いくつかの限界と課題が存在する。

宇宙ウイルス学における最大の課題の一つは、他の惑星に存在するウイルスを検出することにある。ウイルスは極めて微小なため、現代の顕微鏡の多くは、これらのウイルス粒子を識別するために必要な解像度や機能を備えていない可能性がある。

透過型電子顕微鏡（TEM）は高解像度を提供するため、ウイルスの形態や構造を研究するための一般的な方法となっている。^{[ 17 ]}高解像度により、ナノメートルスケールまで研究を進めることができる。しかし、宇宙空間での使用は温度や圧力の変動の影響を受け、試料調製が制限される。地球外生命体を検出するためには、周囲の膜も特定する必要がある。^{[ 18 ]}

蛍光顕微鏡は、細胞膜や遺伝物質など微生物の特定の構成要素に結合できる特定の色素を使用することで、火星の生命の痕跡を検出する可能性を示している。しかし、蛍光顕微鏡の大きな欠点は、多くの鉱物サンプルが異なる波長で自然に蛍光を発するため、偽陽性が発生することである。さらに、蛍光顕微鏡では分子量などの詳細情報を取得できないため、複雑な化合物の分析の深​​さが制限される。^{[ 19 ]}