Loading article…
PAHワールド仮説は、宇宙に豊富に存在することが知られている多環芳香族炭化水素（PAH）[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] （彗星にも含まれる） [ 4 ]、そして初期地球の原始スープにも豊富に存在すると考えられているPAHが、 RNA分子の合成を媒介することで生命の起源に大きな役割を果たし、RNAワールドへとつながったとする推測的な仮説である。しかし、この仮説はまだ検証されていない。[ 5 ]
1952年のミラー・ユーリー実験では、原始スープに存在していたと研究者らが想定していた（しかし、現在では可能性は低いと考えられている）無機前駆体から、アミノ酸、ホルムアルデヒド、糖類などの有機化合物が合成されることが実証された。この実験は、他の多くの実験に影響を与えた。1961年、ジョアン・オロは、水溶液中でシアン化水素（HCN）とアンモニアからヌクレオチド塩基のアデニンを生成できることを発見した。 [ 6 ]その後に行われた実験では、還元雰囲気下での模擬的な前生物化学反応によって、他のRNAおよびDNAの核酸塩基が得られることが示された。[ 7 ]
RNAワールド仮説は、RNAがどのようにして自身の触媒（リボザイム）になるかを示しています。その間には、最初のRNA分子がどのように形成されたかなど、いくつかの欠落したステップがあります。PAHワールド仮説は、この欠落したステップを埋めるために、2004年5月にサイモン・ニコラス・プラッツによって提案されました。[ 8 ]より詳細に練られたアイデアは、エーレンフロイント らによって発表されています。[ 9 ]
多環芳香族炭化水素は、可視宇宙で知られている多原子分子の中で最も一般的で豊富であり、原始海の構成要素である可能性が高いと考えられています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] PAH は、フラーレンとともに、最近星雲で検出されています。[ 10 ] フラーレンの一種であるバッキーボールは、星間物質(ISM) で確認されています。[ 11 ] [ 12 ]フラーレンは生命の起源にも関与しており、天文学者のレティツィア・スタンゲリーニによれば、「宇宙からのバッキーボールが地球上の生命の種を提供した可能性がある」とのことです。[ 13 ] ISM の条件にさらされた PAH は、水素化、酸素化、水酸化を経て、より複雑な有機化合物に変換されます。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の一歩」です。[ 14 ] [ 15 ]さらに、これらの変化の結果、PAH はその分光学的特徴を失い、これが「星間氷粒、特に冷たく密度の高い雲の外縁部や原始惑星系円盤の上部分子層で PAH が検出されない理由の 1 つです。」[ 14 ] [ 15 ]
単純な有機化合物から複雑なPAHに至る低温化学経路が実証されている。このような化学経路は、土星の衛星タイタンの低温上層大気におけるPAHの存在（2013年に検出[ 16 ]）を説明するのに役立つ可能性があり、PAHワールド仮説の観点から、我々が知る生命に関連する生化学物質の前駆体を生成する重要な経路である可能性がある。[ 17 ] [ 18 ]
PAH（多環芳香族炭化水素）は通常、海水にはあまり溶けませんが、太陽光の紫外線などの電離放射線にさらされると、外側の水素原子が剥ぎ取られ、ヒドロキシル基に置き換わることで、PAHの溶解度が大幅に向上します。このように修飾されたPAHは両親媒性であり、親水性領域と疎水性領域の両方を持っています。溶液中では、脂質と同様に、疎水性部分が保護された状態で配列する円盤状のメソゲンスタックを形成します。
2014年、NASAは宇宙におけるPAHを追跡するためのデータベース[ 19 ]を発表しました。宇宙の炭素の20%以上はPAHと関連している可能性があり[ 19 ] [ 20 ]、生命形成の出発物質である可能性があります。PAHはビッグバンから数億年後という早い時期に形成されたようで、宇宙に豊富に存在し[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 、新しい星や系外惑星と関連しています[ 19 ]。
自己組織化PAHスタックでは、隣接する環間の距離は0.34 nmです。これは、RNAおよびDNAの隣接するヌクレオチド間の距離と同じです。より小さな分子は自然にPAH環に付着します。しかし、PAH環は形成中に互いに回転する傾向があり、上下の環に付着している化合物と衝突する可能性のある付着化合物が外れる傾向があります。そのため、 RNAおよびDNAの主要構成要素（および情報担体）であるピリミジンおよびプリン塩基などの平面分子が優先的に付着します。これらの塩基も同様に両親媒性であるため、同様のスタックを形成する傾向があります。
この仮説によれば、いったん核酸塩基がPAH骨格に（水素結合を介して）結合すると、塩基間の距離によって、前生物的「スープ」から得られた小さなホルムアルデヒド（メタナール）オリゴマーなどの特定のサイズの「リンカー」分子が選択され、それらが核酸塩基と互いに（共有結合を介して）結合して、柔軟な構造的骨格を追加する。 [ 5 ] [ 8 ]
周囲のpHが一時的に低下する（酸性度が上昇する）、例えば二酸化硫黄や二酸化炭素などの酸性ガスの火山噴出の結果として、塩基がPAH骨格から分離し、RNA様分子（「現代」RNAで使用されるリボースリン酸骨格の代わりにホルムアルデヒド骨格を持つが、ピッチは同じ0.34 nm）を形成する。[ 5 ]
この仮説はさらに、長いRNA様の一本鎖がPAHスタックから分離され、周囲のpHレベルが酸性度が低くなると、相補的な核酸塩基配列が優先的に互いを探し出して水素結合を形成し、リボザイムに似た、少なくとも部分的に二本鎖の安定したRNA様構造を形成する傾向があると推測している。ホルムアルデヒドオリゴマーは最終的に、より安定したリボースリン酸分子で骨格材料として置き換えられ、その結果、RNAワールド仮説の出発点となるマイルストーンが生まれ、そこからのさらなる進化の展開について推測している。[ 5 ] [ 8 ] [ 21 ]