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宇宙生物学（異星生物学または宇宙生物学とも呼ばれる）は、生命科学および環境科学の分野であり、決定論的な条件と偶発的な出来事を調査することによって、宇宙における生命の起源、初期進化、分布、および未来を研究する。[ 2 ]学問分野としての宇宙生物学は、地球外に生命が存在する可能性があるという前提に基づいている。[ 3 ]
宇宙生物学の研究は、主に3つの分野から構成されています。太陽系内外における居住可能な環境の研究、過去または現在の地球外生命の痕跡となる惑星バイオシグネチャーの探索、そして地球上の生命の起源と初期進化の研究です。
宇宙生物学の分野は、宇宙探査の到来と系外惑星の発見とともに20世紀に始まりました。初期の宇宙生物学の研究は、地球外生命体の探索と、他の惑星に生命が存在する可能性の研究に焦点を当てていました。[ 2 ] 1960年代と1970年代には、NASAはバイキング計画の中で宇宙生物学の研究を開始しました。これは、火星に着陸し、生命の兆候を探した最初の米国のミッションでした。[ 4 ]このミッションは、他の初期の宇宙探査ミッションとともに、学問分野としての宇宙生物学の発展の基礎を築きました。
居住可能な環境に関して、宇宙生物学は、地球上の火山や深海といった過酷な環境に生息する極限環境微生物の研究を通して、火星、エウロパ、系外惑星など、生命を支える可能性のある地球外の場所を調査します。この分野の研究は、地球科学、特に地球生物学の手法を宇宙生物学への応用という観点から活用して行われます。
バイオシグネチャーの探索とは、有機化合物、同位体比、微生物化石といった形で、過去または現在の生命の痕跡を特定することです。この分野の研究は、惑星科学や環境科学、特に大気科学の手法を宇宙生物学への応用を目的として用いて行われ、多くの場合、リモートセンシングや現地観測ミッションを通じて実施されます。
宇宙生物学は、地球上の生命の起源と初期進化の研究にも関わり、他の惑星で生命が形成されるために必要な条件を理解しようと試みています。 [ 5 ]この研究は、生命が非生物からどのように出現し、どのように進化して今日見られるような多様な生物になったのかを理解しようとしています。この分野の研究は、宇宙生物学への応用を目的として、古生物学、特に古科学の方法論を利用して行われています。
宇宙生物学は急速に発展している分野であり、学際的な側面が強く、科学者にとって多くの課題と機会を秘めている。世界中の多くの大学や研究機関に宇宙生物学のプログラムや研究センターが存在し、NASAやESAといった宇宙機関も宇宙生物学研究のための専門部署やプログラムを設けている。
宇宙生物学という用語は、 1953 年にロシアの天文学者ガヴリール・ティホフによって初めて提唱されました。[ 6 ]語源的には、ギリシャ語のἄστρον、「星」、βίος、「生命」、-λογία、-logia、「研究」に由来します。近い同義語は、ギリシャ語の Έξω、「外部の」、βίος、「生命」、-λογία、-logia、「研究」に由来する宇宙生物学で、アメリカの分子生物学者ジョシュア・レーダーバーグによって造語されました。宇宙生物学は、地球外生命の探索に限定された狭い範囲を持つと考えられています。[ 7 ]関連する別の用語は、ギリシャ語の ξένος、「異国の」、βίος、「生命」に由来する異星生物学です。また、-λογίαは「研究」を意味し、アメリカのSF作家ロバート・ハインラインが1954年の作品『星の獣』で造語した。[ 8 ]異星生物学は現在、地球外起源か地球起源（典型的には合成）かを問わず、「異質な化学に基づく生物学」を指す、より専門的な意味で使用されている。[ 9 ]
地球外生命、特に知的生命体の可能性は、人類の歴史を通じて哲学や物語の中で探求されてきたが、この問題は検証可能な仮説であり、したがって有効な科学的探究の方向性である。[ 10 ] [ 11 ]惑星科学者のデイビッド・グリンスプーンはこれを自然哲学の分野と呼び、未知のものに関する推測を既知の科学理論に基づかせる。[ 12 ]
現代の宇宙生物学は、宇宙探査の到来とともに1950年代から1960年代に遡り、科学者たちが他の惑星に生命が存在する可能性を真剣に検討し始めた時代に始まります。1957年、ソビエト連邦は世界初の人工衛星スプートニク1号を打ち上げ、宇宙時代の幕開けを告げました。この出来事により、科学者たちは宇宙探査という新たな技術によって開かれた可能性を検討し始め、他の惑星における生命の可能性に関する研究が活発化しました。1959年、NASAは初の宇宙生物学プロジェクトに資金を提供し、1960年には宇宙生物学プログラムを設立しました。これは現在、NASAの宇宙生物学プログラムを構成する4つの主要要素の1つとなっています。[ 13 ] 1971年、NASAは地球外生命体の探査の一環として、太陽系外の地球外生命体によって送信される星間通信を電磁スペクトルの無線周波数で探査するプロジェクト・サイクロプスに資金を提供しました。 [ 14 ] 1960年代から1970年代にかけて、NASAは火星に着陸し、現在の生命の代謝の兆候を探査する米国初のミッションであるバイキング計画を設立しましたが、結果は決定的なものではありませんでした。
1980年代から1990年代にかけて、新たな発見や技術の出現に伴い、この分野は拡大・多様化していった。深海熱水噴出孔など、地球上の極限環境における微生物の発見は、過酷な環境下でも生命が存在する可能性を明確にするのに役立った。安定同位体を用いたバイオシグネチャー検出のための新技術の開発も、この分野の発展に重要な役割を果たした。
現代の宇宙生物学は21世紀初頭に登場し、地球科学や環境科学を宇宙環境に応用することに重点が置かれました。そのミッションには、火星着陸後数分で失敗したESAのビーグル2号、火星における微生物生命の過去および現在の居住可能性を調査し、水の歴史を研究したNASAのフェニックス着陸機、そして現在火星における微生物生命の過去および現在の居住可能性を調査しているNASAのキュリオシティ探査車などがあります。
宇宙生物学の研究では、惑星の居住可能性に必要な要素を研究する際に、いくつかの単純化された仮定を置いている。
炭素と有機化合物：炭素は宇宙で4番目に豊富な元素であり、結合を形成または切断するために必要なエネルギーは、安定しているだけでなく反応性もある分子を構築するのにちょうど良いレベルです。炭素原子が他の炭素原子と容易に結合するという事実は、非常に長く複雑な分子の構築を可能にします。そのため、宇宙生物学の研究では、地球上のすべての生命体と同様に、天の川銀河の生命体の大多数は炭素化学に基づいていると想定されています。[ 15 ] [ 16 ]しかし、理論宇宙生物学は生命の他の有機分子基盤の可能性を考慮しているため、宇宙生物学の研究は、有機化合物の存在に基づいて生命を支える可能性のある環境を特定することに焦点を当てることがよくあります。
液体の水：液体の水は、複雑な炭素ベースの分子の形成に優れた環境を提供する一般的な分子であり、私たちが知っている生命が存在するために必要であると一般的に考えられています。したがって、宇宙生物学の研究は、地球外生命も同様に液体の水へのアクセスに依存していると想定し、液体の水を維持する可能性のある環境の特定に焦点を当てることがよくあります。[ 17 ] [ 18 ]一部の研究者は、水とアンモニアの混合物の環境を、仮説的なタイプの生化学の可能な溶媒として想定しています。[ 19 ]
環境の安定性：生物は生息する環境の条件に適応的に進化するため、生命が存在するためには環境の安定性が必要であると考えられています。これは、安定した温度、圧力、放射線レベルが必要であることを前提としています。結果として、宇宙生物学の研究は、太陽のような赤色矮星を周回する惑星に焦点を当てています。[ 20 ] [ 16 ]これは、非常に大きな星は比較的寿命が短いため、その周りを公転する惑星に生命が出現する時間がない可能性があるからです。非常に小さな星は熱と暖かさをほとんど提供しないため、その周りを非常に近い軌道で公転する惑星だけが凍結せずに済み、そのような近い軌道ではこれらの惑星は星に潮汐固定されます。 [ 21 ]一方、赤色矮星の長い寿命は、厚い大気を持つ惑星に居住可能な環境を発達させる可能性があります。[ 22 ]これは、赤色矮星が非常に一般的であるため重要です。（参照：赤色矮星系の居住可能性）。
エネルギー源：宇宙の他の場所に存在する生命体も、エネルギー源を必要とすると考えられています。以前は、これは太陽のような恒星から供給されるものだと考えられていましたが、極限環境生物の研究の進展に伴い、現代の宇宙生物学研究では、惑星や衛星における火山活動など、熱やエネルギー源となるエネルギー源の存在に基づいて、生命を支える可能性のある環境を特定することに重点が置かれることが多くなっています。
これらの前提は、地球上の生命とその生存条件に関する現在の理解に基づいています。生命に関する理解や、様々な環境における生命の生存可能性についての理解が深まるにつれて、これらの前提も変化する可能性があります。
太陽系内外の居住可能な環境を研究する宇宙生物学研究は、地球科学の手法を活用しています。この分野の研究は主に、地球上の火山環境や深海環境などの極限環境で生存できる生物の地球生物学に関係しており、生命の限界や、他の惑星で生命が生存できる条件を理解することを目的としています。これには、以下のようなものが含まれますが、これらに限定されません。
深海の極限環境生物：研究者たちは、深海の熱水噴出孔や冷湧水域の極限環境に生息する生物を研究している。[ 23 ]これらの生物は日光がない状態でも生存し、高温高圧下でも生存できるものもあり、日光の代わりに化学エネルギーを使って食物を生産する。
砂漠の極限環境生物：研究者たちは、砂漠のような極度に乾燥した高温の環境でも生き残ることができる生物を研究している。[ 24 ]
極限環境における微生物：研究者たちは、深層鉱山、地下土壌、寒冷氷河[ 25 ]や極地の氷[ 26 ]、高地環境などの環境における微生物の多様性と活動を調査している。
研究は、地球上での生命の長期的な存続、および他の惑星における生命の可能性と危険性についても対象としており、具体的には以下のものが含まれる。
生物多様性と生態系の回復力：科学者たちは、生命の多様性と異なる種間の相互作用が、生態系の回復力と撹乱からの回復能力にどのように貢献するかを研究している。[ 27 ]
気候変動と絶滅：研究者たちは、気候変動がさまざまな種や生態系に与える影響、そしてそれが絶滅や適応につながる可能性について調査している。 [ 28 ]これには、地球の気候と地質の進化、そしてそれらが将来、特に人間にとっての地球の居住可能性に及ぼす潜在的な影響が含まれる。
生物圏に対する人間の影響：科学者たちは、森林破壊、汚染、外来種の導入などの人間の活動が生物圏と地球上の生命の長期的な生存にどのように影響しているかを研究している。[ 29 ]
生命の長期保存：研究者たちは、地球上の生命の大部分を滅ぼす可能性のある壊滅的な出来事に備えて、凍結保存やゲノム保存など、地球上の生命のサンプルを長期間保存する方法を模索している。[ 30 ]
過去または現在の地球外生命の惑星バイオシグネチャーの探索に関する新たな宇宙生物学研究は、惑星科学の手法を活用している。これには以下が含まれる。
火星の地下における微生物生命の研究：
科学者たちは火星探査車のミッションからのデータを使って火星の地下の組成を研究し、過去または現在の微生物生命のバイオシグネチャーを探している。[ 31 ]氷の衛星上の液体体の研究：
エウロパ[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] 、タイタン[ 35 ]、エンケラドゥス[ 36 ] [ 37 ]などの衛星の表面および地下に液体の塊が発見されたことで、居住可能領域が存在する可能性が示され、地球外生命探査の有力なターゲットとなった。2024年9月現在 そのため、エウロパ・クリッパーやドラゴンフライといった探査ミッションが、こうした環境内で生命の痕跡を探すために計画されている。
惑星の大気の研究：
科学者たちは、惑星の大気中に生命が存在する可能性を研究しており、生命が存在するために必要な物理的および化学的条件の研究、すなわち有機分子やバイオシグネチャーガスの検出に重点を置いています。例えば、赤色矮星を周回する系外惑星の大気中に生命が存在する可能性の研究や、金星の上層大気中に微生物生命が存在する可能性の研究などです。[ 38 ]
望遠鏡とリモートセンシングによる系外惑星の探査：数千個の系外惑星の発見により、生命の痕跡を探す新たな機会が開かれました。科学者たちは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡やトランジット系外惑星探査衛星などの望遠鏡を使って、系外惑星上の生命の痕跡を探しています。また、リモートセンシングを用いて系外惑星の大気中の生命の痕跡を探すなど、生命の痕跡を検出するための新しい技術も開発しています。[ 39 ]
科学者たちは、地球外知的生命体通信（CETI）という分野において、電波望遠鏡や光学望遠鏡を用いて、地球外知的生命体からの信号を探している。CETIは、理論的には別の技術文明が理解できる可能性のあるメッセージの作成と解読に焦点を当てている。人類による通信の試みには、数学言語の放送、アレシボメッセージのような絵文字システム、そして「自然」言語通信を検出および解読するための計算アプローチなどがある。カール・セーガンなどの著名な科学者の中にはメッセージの送信を提唱した者もいるが[ 40 ] [ 41 ] 、理論物理学者のスティーブン・ホーキングは、地球外生命体が地球の資源を略奪する可能性があるとして、これに警告を発した[ 42 ] 。
地球上の生命の起源と初期進化を研究する、新興の宇宙生物学研究では、古生物学の手法が活用されている。これには以下が含まれる。
初期大気の研究：研究者たちは、気候の安定化や有機分子の形成に役立った可能性のあるガスの存在など、生命の出現に適した条件を提供する上での初期大気の役割を調査している。[ 43 ]
初期磁場の研究：研究者たちは、初期磁場が地球を有害な放射線から守り、気候を安定させる役割について調査している。[ 44 ]この研究は、火星のような現在の宇宙生物学研究の対象にはそのような磁場がないため、宇宙生物学的に非常に大きな意味を持つ。
前生物化学の研究：科学者たちは、初期の地球で起こり得た化学反応によって生命の構成要素であるアミノ酸、ヌクレオチド、脂質が形成された可能性、そしてこれらの分子が初期の地球の条件下でどのように自然に形成された可能性があるかを研究している。[ 45 ]
衝突事象の研究：科学者たちは、衝突事象、特に隕石が初期の地球に水や有機分子をもたらした可能性のある役割を調査している。[ 46 ]
原始スープの研究：
研究者たちは、初期の地球に存在した条件や成分、例えば水や有機分子の存在、そしてこれらの成分がどのようにして最初の生命体の形成につながったのかを調査している。[ 47 ]これには、最初の細胞の形成や化学反応の触媒における水の役割も含まれる。
鉱物の役割の研究：科学者たちは、粘土などの鉱物が有機分子の形成を触媒する役割を研究しており、それによって地球上の生命の出現に役割を果たしている。[ 48 ]
エネルギーと電気の役割の研究：科学者たちは、初期の地球で利用可能だった可能性のあるエネルギーと電気の潜在的な源と、それらが有機分子の形成、ひいては生命の出現において果たした役割を調査している。[ 49 ]
初期の海洋の研究：科学者たちは、初期の海洋の組成と化学、そしてそれが生命の出現にどのように役割を果たした可能性があるかを調査しています。例えば、有機分子の形成を触媒するのに役立った可能性のある溶解鉱物の存在などです。[ 50 ]
熱水噴出孔の研究：科学者たちは、熱水噴出孔が生命の起源において果たす可能性のある役割を調査している。これらの環境は、生命の出現に必要なエネルギーと化学的構成要素を提供した可能性があるからである。[ 51 ]
プレートテクトニクスの研究：科学者たちは、初期の地球上で多様な環境を作り出す上でのプレートテクトニクスの役割を調査している。[ 52 ]
初期生物圏の研究：研究者たちは、初期地球における微生物の多様性と活動、そしてこれらの生物が生命の出現にどのような役割を果たした可能性があるかを調査している。[ 53 ]
微生物化石の研究：科学者たちは、地球上の生命の初期進化や最初の生物の出現に関する手がかりとなる可能性のある、古代の岩石中の微生物化石の存在を調査している。[ 54 ]
地球外生命の可能性を体系的に探究することは、有効な学際的科学的取り組みである。[ 55 ]しかし、その存在と起源に関する仮説や予測は大きく異なり、現時点では、科学にしっかりと基づいた仮説の開発が、宇宙生物学の最も具体的な実用的応用であると考えられる。ウイルスは他の生命が存在する可能性のある惑星で遭遇する可能性が高く、[ 56 ] [ 57 ]生物細胞が存在しない場合でも存在する可能性があると提案されている。[ 58 ]
2024年現在地球外生命体の証拠は確認されていない。[ 59 ] 1984年に南極で回収され、火星起源とされるアランヒルズ84001隕石の調査では、デビッド・マッケイをはじめとする少数の科学者が、地球外起源の微化石が含まれていると考えているが、この解釈は議論の的となっている。[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]
火星から飛来した隕石の中で2番目に大きいヤマト000593は、2000年に地球上で発見された。微細なレベルでは、この隕石には、周囲の領域には見られない炭素を豊富に含む球状構造が見られる。NASAの科学者の中には、これらの炭素を豊富に含む球状構造は生物活動によって形成された可能性があると考える者もいる。[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]
2011年3月5日、マーシャル宇宙飛行センターの科学者リチャード・B・フーバーは、 CI1炭素質隕石中にシアノバクテリアに似た微化石が発見されたという説を、主流メディアで広く報道された『 Journal of Cosmology』誌で発表した。[ 66 ] [ 67 ]しかし、NASAはフーバーの主張から正式に距離を置いた。[ 68 ]アメリカの天体物理学者ニール・ドグラース・タイソンによれば、「今のところ、地球上の生命は宇宙で唯一知られている生命だが、我々が孤独ではないことを示唆する説得力のある議論がある」[ 69 ]。
天文学に関連する宇宙生物学研究のほとんどは、太陽系外惑星（系外惑星）の検出というカテゴリーに属し、地球上で生命が誕生したのなら、同様の特徴を持つ他の惑星でも生命が誕生する可能性があるという仮説に基づいています。そのため、地球サイズの系外惑星を検出するために設計された多くの機器が検討されてきましたが、最も有名なのはNASAの地球型惑星探査機（TPF）とESAのダーウィン計画で、どちらも中止されました。NASAは2009年3月にケプラー計画を開始し、フランス宇宙機関は2006年にCOROT宇宙計画を開始しました。 [ 70 ] [ 71 ]また、それほど野心的ではない地上での取り組みもいくつか進行中です。
これらのミッションの目標は、地球サイズの惑星を検出するだけでなく、惑星からの光を直接検出して分光的に研究することです。惑星のスペクトルを調べることで、太陽系外惑星の大気や表面の基本的な組成を決定できます。[ 72 ]この知識があれば、その惑星に生命が存在する可能性を評価できるかもしれません。NASAの研究グループである仮想惑星研究所[ 73 ]は、コンピューターモデリングを使用してさまざまな仮想惑星を生成し、TPFやダーウィンが観測した場合にどのような外観になるかを調べています。これらのミッションが稼働したら、そのスペクトルをこれらの仮想惑星のスペクトルと相互チェックして、生命の存在を示す可能性のある特徴を見つけることが期待されています。
知的でコミュニケーション可能な地球外生命体が存在する惑星の数の推定値は、ドレイク方程式から得ることができる。この方程式は、居住可能な惑星の割合や生命が発生する可能性のある惑星の割合などの要素の積として知的生命体の確率を表す方程式である。[ 74 ]
どこ：
しかし、この方程式の根拠は妥当であるものの、この方程式がすぐに妥当な誤差範囲に収まる可能性は低い。この公式の問題点は、検証不可能な要素が含まれているため、仮説の生成や支持に使用できないことである。第1項R*（恒星の数）は、一般的に数桁の範囲に収まる。第2項と第3項f p（惑星を持つ恒星）とf e（居住可能な条件を持つ惑星）は、恒星の近傍で評価されている。ドレイクは当初、グリーンバンク会議での議論の議題としてこの方程式を定式化しただけであったが[ 75 ] 、この公式のいくつかの応用は文字通りに解釈され、単純化された、あるいは疑似科学的な議論に関連付けられてきた[ 76 ] 。もう1つの関連トピックはフェルミのパラドックスであり、宇宙に知的生命が普遍的に存在するならば、その明らかな兆候があるはずだと示唆している。
宇宙生物学におけるもう一つの活発な研究分野は、惑星系の形成です。太陽系の特異性（例えば、保護シールドとしての木星の存在） [ 77 ]が、地球上で知的生命体が発生する可能性を大幅に高めた可能性があると示唆されています。[ 78 ] [ 79 ]
生物学では、プロセスや現象が数学的に可能であるからといって、地球外天体に必ず存在しなければならないとは断言できません。生物学者は、何が推測的で何がそうでないかを明確にします。[ 76 ]極限環境でも生存できる生物である極限生物の発見は、宇宙生物学者にとって中心的な研究要素となりました。なぜなら、極限生物は、惑星環境における生命の限界の4つの領域、すなわち、パンスペルミアの可能性、人類の探査活動による前方汚染、人類による惑星植民地化、絶滅した地球外生命体と現存する地球外生命体の探査を理解する上で重要だからです。[ 80 ]
1970年代までは、生命は太陽からのエネルギーに完全に依存していると考えられていました。地球の表面の植物は、太陽光からエネルギーを取り込み、二酸化炭素と水から糖を光合成し、その過程で酸素を放出します。この酸素は酸素呼吸する生物によって消費され、食物連鎖を通してエネルギーが伝達されます。太陽光が届かない深海の生命でさえ、表層水から降り注ぐ有機物の残骸を摂取するか、そうした動物を食べることによって栄養を得ていると考えられていました。[ 81 ]地球が生命を維持できるかどうかは、太陽光へのアクセスに依存していると考えられていました。しかし、1977年、深海探査潜水艇アルビン号によるガラパゴス海溝への探査潜水中に、科学者たちは、ブラックスモーカーとして知られる海底火山地形の周りに、巨大なチューブワーム、二枚貝、甲殻類、ムール貝、その他のさまざまな生物のコロニーを発見しました。[ 81 ]これらの生物は日光にアクセスできないにもかかわらず繁栄し、すぐに完全に独立した生態系を形成していることが発見されました。これらの多細胞生物のほとんどは好気性細胞呼吸のために溶存酸素（酸素発生型光合成によって生成される）を必要とするため、それ自体では日光から完全に独立しているわけではありませんが、食物連鎖の基盤は、地球内部から湧き上がる水素や硫化水素などの反応性化学物質の酸化からエネルギーを得る細菌の一種です。日光からのエネルギーから完全に切り離された他の生物としては、無酸素光合成のために地熱光を捕捉する緑色硫黄細菌や、ウランの放射性崩壊に基づく化学合成独立栄養を行う細菌などがあります。[ 82 ]この化学合成は、生命は日光に依存する必要はなく、生存するために水とエネルギー勾配さえあればよいことを明らかにすることで、生物学と宇宙生物学の研究に革命をもたらしました。
生物学者たちは、氷、沸騰水、酸、アルカリ、原子炉の炉心水、塩の結晶、有毒廃棄物、そしてこれまで生命にとって不向きだと考えられていたさまざまな極限環境で繁栄する極限生物を発見した。[ 83 ] [ 84 ]これにより、地球外の生息地の可能性のある数を大幅に拡大することで、宇宙生物学に新たな道が開かれた。これらの生物、その環境、そして進化の経路を特徴づけることは、宇宙の他の場所で生命がどのように進化する可能性があるかを理解するための重要な要素と考えられている。例えば、宇宙空間の真空と放射線に耐えられる生物には、地衣類のRhizocarpon geographicumやRusavskia elegans [ 85 ]、細菌のBacillus safensis [ 86 ] 、Deinococcus radiodurans [ 86 ]、Bacillus subtilis [ 86 ] 、酵母のSaccharomyces cerevisiae [ 86 ]、シロイヌナズナ ( Arabidopsis thaliana )の種子[ 86 ] 、無脊椎動物のクマムシ[ 86 ]などがあります。クマムシは真の極限環境生物とは見なされていませんが、宇宙生物学の分野に貢献してきた極限環境耐性微生物と考えられています。クマムシの極めて高い放射線耐性と DNA 保護タンパク質の存在は、地球の大気の保護から離れた場所で生命が生存できるかどうかについての答えを与えてくれるかもしれません。[ 87 ]
極限環境微生物は、地球外生命の可能性の類似体としての役割に加えて、宇宙バイオテクノロジーや現地資源利用（ISRU）における潜在的な利用についても研究されています。たとえば、バイオマイニングやバイオリーチングが可能な微生物は、惑星のレゴリスや小惑星の物質から金属や栄養素を抽出するのに役立ち、持続可能な人類の探査に貢献する可能性があります。このような応用は、宇宙生物学が他の場所での生命の検出だけでなく、宇宙探査を可能にするための生物学的プロセスの利用にも関心を持っていることを示しています。Toniettiら(2023) は、宇宙生物学と ISRU 戦略のより広い枠組みの中で、バイオマイニングとバイオリーチングの研究の関連性について議論しました。[ 88 ] Cockellら(2020) は、国際宇宙ステーションのBioRock 実験で、微小重力と火星の重力条件下で玄武岩から希土類元素をバイオリーチングできることを実証し、微生物の代謝が地球外環境で機能できることを確認しました。[ 89 ] Santomartinoら(2022) は、バイオリーチング、土壌形成、廃棄物リサイクル、エネルギー生産など、宇宙バイオマイニングの原理を概説し、「最小の宇宙鉱夫」としての微生物の役割を強調した。[ 90 ]その後のレビューでは、バイオマイニング、バイオレメディエーション、バイオ製造などの微生物プロセスに基づいた持続可能な宇宙探査のロードマップがさらに開発された。[ 91 ]より広範には、「応用宇宙生物学」の概念が、宇宙における生命に関する根本的な疑問と、有人宇宙探査のためのバイオテクノロジーの応用を結びつける統合フレームワークとして提案されている。[ 92 ]
極限環境微生物の研究に加えて、量子化学研究では、生物系によって生成される有機分子は、一般的に非生物的に生成される有機分子よりもHOMO-LUMOギャップが狭く、この違いは水溶性の高い化合物でより顕著になることが示されています。したがって、このようなギャップ測定は、将来の生命探査ミッションにおいて、生物化学と非生物化学を区別するための有望な電子バイオシグネチャーとして注目されています。[ 93 ]
木星の衛星エウロパ[ 84 ] [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]と土星の衛星エンケラドゥス[ 98 ] [ 36 ]は、放射性物質による加熱と潮汐加熱によって液体の水が存在できる地下水海洋があるため、現在太陽系で現存する地球外生命体が存在する可能性が最も高い場所と考えられている。[ 82 ]
生命の起源、すなわち生命の進化とは区別される生命発生説は、現在も研究が続けられている分野である。オパーリンとホールデンは、初期の地球の環境は無機元素から有機化合物が形成されるのに適しており、それによって今日見られるあらゆる生命体に共通する多くの化学物質が形成されたと提唱した。この過程の研究は、生命前化学として知られており、ある程度の進展が見られるものの、地球上で生命がそのような形で形成されたかどうかは依然として不明である。パンスペルミア説という別の仮説では、生命の最初の要素は、さらに好ましい環境を持つ別の惑星（あるいは星間空間、小惑星など）で形成され、その後地球に運ばれた可能性があるとしている。
宇宙に遍在する宇宙塵には、星によって自然に、そして急速に生成される可能性のある複雑な有機化合物（「芳香族と脂肪族が混在する非晶質有機固体」）が含まれている。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]さらに、ある科学者は、これらの化合物が地球上の生命の発生に関係している可能性があると示唆し、「もしそうであれば、これらの有機物は生命の基本成分として機能できるため、地球上の生命はより容易に誕生できたかもしれない」と述べた。[ 99 ]
宇宙に存在する炭素の20%以上は、生命形成の出発物質となりうる多環芳香族炭化水素（PAH）と関連している可能性がある。PAHはビッグバン直後に形成されたと考えられており、宇宙全体に広く分布し、新しい恒星や系外惑星と関連している。[ 102 ] PAHは星間物質の条件下に置かれ、水素化、酸素化、水酸化を経て、より複雑な有機物へと変化する。「これは、それぞれタンパク質とDNAの原料であるアミノ酸とヌクレオチドへの道筋における一歩である」。[ 103 ] [ 104 ]
2020年10月、天文学者たちは、遠方の惑星に生命が存在するかどうかを検出するために、一日の特定の時間帯に木の影を研究し、系外惑星の観測によって検出できるパターンを見つけるというアイデアを提案した。[ 105 ] [ 106 ]
デイビッド・グリンスプーンは宇宙生物学を自然哲学の一分野と呼んだ。[ 107 ]宇宙生物学は、地球外生命の本質と存在について疑問を投げかけることで哲学と交差する。哲学的意味合いには、生命そのものの定義、知的生命が発見された場合の心の哲学と認知科学の問題、証明の本質に関する認識論的問題、宇宙探査の倫理的考察、そして地球外生命の発見が人間の思考と社会に及ぼすより広範な影響などが含まれる。
デュナー[ 108 ]は、宇宙生物学の哲学を、個人および集団の自己理解における継続的な実存的営みとして強調し、その主な課題は、生命の概念などの概念を構築し議論することである。デュナーにとって重要な問題は、資源資金と資金計画の問題、宇宙生物学的知識に関する認識論的問題、星間通信に関する言語学的問題、知能の定義などの認知的問題、および惑星間汚染の可能性である。パーソン[ 109 ]もまた、宇宙生物学における重要な哲学的問題を強調した。それらには、資源の倫理的正当化、生命全般の問題、宇宙に孤独であることに関する認識論的問題と知識、地球外生命に対する倫理、政治と無人世界の統治の問題、および生態学の問題が含まれる。
フォン・ヘグナー[ 110 ]によれば、宇宙生物学の問題と宇宙哲学の可能性は異なる。彼によれば、宇宙生物学によって可能になったが、その性質上は宇宙哲学的な議論は、地球外生命についての議論がある限り存在してきたため、この分野は宇宙生物学と宇宙哲学に二分される必要がある。宇宙生物学は、すべての自然現象の探求に関する観察、仮説、実験、理論の間の自己修正的な相互作用である。宇宙哲学は、現実の本質の解明に関する弁証法分析と論理的議論の方法から成る。シェクルスト[ 111 ]は、宇宙生物学は宇宙哲学の肯定を必要とするが、宇宙生物学とは別の関連分野としてではないと主張する。シェクルストによれば、概念的種主義の立場は宇宙生物学に浸透している。なぜなら、宇宙生物学という名称自体が、生物学だけでなく、地球上の生命を部分集合として含む、生命全般について語ろうとしているからである。このことから、哲学を再定義するか、あるいは、哲学をその部分集合として捉え、人間の精神の性質やその他の人間中心的な問題を扱う、より一般的な学問分野としての宇宙哲学の必要性を検討するかのどちらかになる。
宇宙生物学の哲学の大部分は、生命の問題と宇宙探査の倫理という2つの主要な問題を扱っています。コルブ[ 112 ]は特にウイルスの問題を強調しており、ウイルスが生きているかどうかという問題は、自己複製を含む生命の定義に基づいています。シュナイダー[ 113 ]は地球外生命を定義しようと試みましたが、私たちはしばしば自分自身の偏見から出発し、人間の概念を使用して地球外生命を定義することは無益であるように思われると結論付けました。ディックにとって、宇宙生物学は地球外生命が存在するという形而上学的な仮定に依拠しており、それは微調整や人間原理などの宇宙論の哲学における問題を再確認します。
レアアース仮説は、地球上で見られる多細胞生物は、科学者が想定しているよりも実際には稀少である可能性があると提唱している。この仮説によれば、地球上の生命（特に多細胞生物）は、適切な条件（銀河とその中の位置、惑星系、恒星、軌道、惑星の大きさ、大気など）が揃ったことによって可能になるのであり、これらの条件が他の場所で繰り返される可能性は稀である。これは、地球外生命体が一般的であるならば、なぜ目立たないのかというフェルミのパラドックスに対する一つの答えとなる可能性がある。これは、著名な天文学者であるフランク・ドレイク、カール・セーガンらが提唱した「平凡性の原理」とは明らかに相反する。平凡性の原理は、地球上の生命は例外的なものではなく、無数の他の惑星にも存在する可能性が高いことを示唆している。
生命の環境限界や極限生態系の仕組みに関する研究は継続的に行われており、研究者たちはどのような惑星環境が生命を宿す可能性が最も高いかをより正確に予測できるようになっている。フェニックス着陸機、マーズ・サイエンス・ラボラトリー、エクソマーズ、火星探査車マーズ2020 、土星の衛星探査機カッシーニなどのミッションは、太陽系内の他の惑星における生命の可能性をさらに探ることを目的としている。
1970年代後半、 2機のバイキング着陸船はそれぞれ4種類の生物学的実験装置を火星の表面に持ち込んだ。これらは、火星の現在の微生物生命の代謝を具体的に調査する実験を行った唯一の火星着陸船だった。着陸船はロボットアームを使用して土壌サンプルを機体上の密閉された試験容器に採取した。2機の着陸船は同一だったため、同じ実験が火星表面の2か所で行われた。バイキング1号は赤道付近、バイキング2号はさらに北側である。[ 114 ]結果は決定的ではなく、[ 115 ]一部の科学者の間では今でも議論されている。[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]
ノーマン・ホロウィッツは、1965年から1976年まで、ジェット推進研究所のマリナー計画とバイキング計画の生命科学部門の責任者を務めた。ホロウィッツは、炭素原子の優れた汎用性により、他の惑星での生命の生存という問題に対して、たとえ奇抜な解決策であっても、最も可能性の高い元素であると考えていた。[ 120 ] しかし、彼はまた、火星で発見された環境は炭素を基盤とする生命には不適合であると考えていた。
ビーグル2号は、欧州宇宙機関の2003年のマーズ・エクスプレス計画の一部であったイギリスの火星着陸機で、着陸に失敗した。その主な目的は、火星に過去または現在の生命の痕跡を探すことであった。着陸は無事に成功したが、太陽電池パネルと通信アンテナを正しく展開することができなかった。 [ 121 ]
EXPOSEは、宇宙生物学を目的とした国際宇宙ステーションの外側に2008年に設置されたマルチユーザー施設です。 [ 122 ] [ 123 ] EXPOSEは、有機化学物質や生物試料を低地球軌道上の宇宙空間に曝露させる長期宇宙飛行のために欧州宇宙機関（ESA）によって開発されました。[ 124 ]
火星科学研究所（MSL）ミッションは、現在火星で稼働中のキュリオシティ探査車を着陸させました。[ 125 ] 2011年11月26日に打ち上げられ、 2012年8月6日にゲール・クレーターに着陸しました。ミッションの目的は、火星の居住可能性を評価し、それによって火星が生命を維持できるかどうか、または過去に維持できたかどうかを判断すること、[ 126 ]将来の有人ミッションのためのデータを収集すること、火星の地質、気候を研究すること、そして私たちが知っている生命に不可欠な要素である水が火星の鉱物形成において果たした役割をさらに評価することです。
タンポポミッションは、地球低軌道における生命、有機化合物、および地球由来の可能性のある粒子の惑星間移動の可能性を調査する軌道上宇宙生物学実験です。その目的は、パンスペルミア仮説と、微生物生命および前生物有機化合物の自然な惑星間輸送の可能性を評価することです。ミッションの初期の結果は、微生物の塊が宇宙で少なくとも1年間生存できる証拠を示しています。[ 127 ]これは、0.5ミリメートルを超える微生物の塊が、生命が惑星から惑星へと広がる方法の1つであるという考えを裏付ける可能性があります。[ 127 ]
ExoMarsは、火星の生命の過去または現在のバイオシグネチャーを探すための火星へのロボットミッションです。この宇宙生物学ミッションは、欧州宇宙機関（ESA）がロシア連邦宇宙局（Roscosmos）と提携して、2022年の打ち上げが計画されていましたが[ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]、技術的および資金的な問題とロシアによるウクライナ侵攻により、ESAは探査車の納入を2028年まで繰り返し延期せざるを得なくなりました[ 131 ]。
火星2020は、 2021年2月18日に探査車パーセベランスをジェゼロ・クレーターに着陸させることに成功しました。パーセベランスは、宇宙生物学に関連する火星の環境を調査し、過去の居住可能性の評価や、アクセス可能な地質材料中のバイオシグネチャーや生体分子の保存の可能性を含め、火星の表面地質学的プロセスと歴史を調査します。 [ 132 ]科学定義チームは、探査車が少なくとも31個の岩石コアと土壌のサンプルを収集して梱包し、後のミッションで地球の研究所でより決定的な分析を行うために持ち帰ることを提案しています。探査車は、火星の塵がもたらす危険性を人間探査の設計者が理解するのに役立つ測定と技術実証を行い、分子状酸素（ O2）やロケット燃料を作るための資源となる可能性のある二酸化炭素（CO2 ）を収集する方法を実証することができます。[ 133 ] [ 134 ]
エウロパ・クリッパーは、NASAが2024年10月14日に打ち上げたミッションで、2030年から木星の衛星エウロパの詳細な偵察を行い、その内部の海に生命に適した環境が存在するかどうかを調査します。 [ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]また、将来の着陸地点の選定にも役立ちます。 [ 138 ] [ 139 ]
ドラゴンフライは、微生物の居住可能性を評価し、生命誕生以前の化学を研究するために、2036年にタイタンに着陸する予定のNASAのミッションです。ドラゴンフライは、表面の複数の地点間を制御された飛行を行う回転翼着陸機であり、多様な地域や地質学的状況のサンプル採取を可能にします。 [ 140 ]
アイスブレーカー・ライフは、NASAのディスカバリー計画で2021年の打ち上げ機会に提案された着陸機ミッションですが、 [ 141 ]開発対象には選ばれませんでした。このミッションでは、2008年に成功したフェニックスとほぼ同じ形状の固定着陸機が搭載され、北極圏の氷で固められた地表から有機分子や火星の現在または過去の生命の痕跡を探すための1メートル長のコアドリルを含む、改良された宇宙生物学の科学ペイロードが搭載される予定でした。 [ 142 ] [ 143 ]アイスブレーカー・ライフミッションの重要な目標の1つは、極地の氷に富んだ地表には、酸化剤や放射線から氷によって保護されているため、有機物が高濃度で含まれているという仮説を検証する。
エンケラドゥスとタイタンへの旅（ JET ）は、周回機を用いて土星の衛星エンケラドゥスとタイタンの居住可能性を評価する宇宙生物学ミッションのコンセプトである。 [ 144 ] [ 145 ] [ 146 ]
エンケラドゥス生命探査機（ ELF ）は、土星の6番目に大きな衛星であるエンケラドゥスの内部にある海洋の居住可能性を評価することを目的とした宇宙探査機の提案された宇宙生物学ミッションのです。 [ 147 ] [ 148 ]
エンケラドゥス生命探査（ LIFE）は、提案されている宇宙生物学サンプルリターンミッションのコンセプトです。宇宙船は土星の軌道に入り、エンケラドゥスの氷の噴煙を複数回通過して氷の噴煙粒子と揮発性物質を採取し、カプセルで地球に持ち帰ります。宇宙船は、エンケラドゥスの噴煙、土星のE環、タイタンの上層大気。 [ 149 ] [ 150 ] [ 151 ]
オケアヌスは、2017年にニューフロンティアミッション4号として提案された周回探査機です。土星の衛星タイタンに赴き、その居住可能性を評価する予定です。 [ 152 ]オケアヌスの目的は、タイタンの有機化学、地質、重力、地形を明らかにし、3D偵察データを収集し、有機物をカタログ化し、液体の水と相互作用する可能性のある場所を特定することです。 [ 153 ]
エンケラドゥスとタイタン探査機（ E2T ）は、土星の衛星エンケラドゥスとタイタンの進化と居住可能性を調査する周回ミッションの構想です。このミッション構想は、2017年に欧州宇宙機関によって提案されました。 [ 154 ]
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年10月現在非アクティブです（リンク）{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)ケンブリッジ大学出版局が発行する『国際宇宙生物学ジャーナル』（ 2008年7月25日付けのアーカイブがWayback Machineに保存されている）は、この学際的分野の実務家にとってのフォーラムである。