パンスペルミア

パンスペルミアには以下が必要です。

1. 有機分子は宇宙で発生した（おそらく地球に分配された）^{[ 14 ]}
2. 生命は地球外でこれらの分子から発生した^{[ 8 ]}
3. この地球外生命体が地球に運ばれてきた。^{[ 19 ]}

宇宙からの有機分子の生成と拡散は、現在では議論の余地のない事実であり、擬似パンスペルミア説として知られている。しかし、有機物質から宇宙起源の生命へと飛躍する話は、仮説の域を出ず、現時点では検証不可能である。

細菌の胞子と植物の種子は、パンスペルミア説でよく提案される2つの容器です。この理論によれば、それらは隕石に包まれて起源から別の惑星に運ばれ、その後大気圏を通過して地表に生命を宿す可能性があります（下記の岩石パンスペルミア説を参照）。当然ながら、これらの胞子と種子はどこか別の場所で形成された必要があり、パンスペルミア説が細菌を扱う場合、宇宙空間でさえもそうかもしれません。惑星形成理論と隕石の理解から、未分化の母天体から発生した岩石天体の中には、生命に適した局所的な環境を作り出すことができるものがあるという考えに至りました。^{[ 15 ]}仮説としては、放射性同位体による内部加熱によって氷が溶けて水とエネルギーが供給される可能性があります。実際、一部の隕石には水質変化の兆候が見られ、このプロセスが起こった可能性が示唆されています。^{[ 15 ]}太陽系内にはこのような天体が多数存在するため、それぞれが生命が発生する可能性のある場所を提供しているという議論が成り立つ。小惑星帯で衝突が起こると、そのような場所の軌道が変化し、最終的に地球に運ばれる可能性がある。

植物の種子は代替輸送容器になり得る。一部の植物は宇宙の環境に耐性のある種子を生産し、^{[ 8 ]}極低温、真空、短波長紫外線にも耐性があることが示されている。^{[ 8 ]}通常、それらは宇宙で発生したのではなく、別の惑星で発生したと考えられている。理論的には、植物が宇宙旅行中に部分的に損傷を受けたとしても、その断片は無菌環境で生命の種を蒔く可能性がある。^{[ 8 ]}環境の無菌性は、新しい植物が既存の生命体と競争できるかどうか不明であるため重要である。この考えは、損傷した藻類から放出された細胞質から細胞再構築が起こり得ることを示す以前の証拠に基づいている。^{[ 8 ]}さらに、植物細胞には絶対内共生体が含まれており、これらが新しい環境に放出される可能性がある。

植物の種子と細菌の胞子はどちらも潜在的に有効な輸送手段として提案されているが、必要な期間宇宙空間で生存できるだけでなく、大気圏突入後も生存できるかどうかについては議論の余地がある。

宇宙探査機は、太陽系内の惑星間交配のための実行可能な輸送メカニズムとなる可能性がある。宇宙機関は惑星汚染のリスクを軽減するために惑星保護手順を実施しているが、 ^{[ 34 ] [ 35 ]} Tersicoccus phoenicisなどの微生物は宇宙船の組み立て洗浄に耐性がある可能性がある。^{[ 5 ] [ 6 ]}

1903年、スヴァンテ・アレニウスは、星からの放射圧によって、単一の微小な生命体が宇宙空間で増殖できるという理論である放射性パンスペルミアを提唱した。 ^{[ 36 ]}これは、光が物質に力を及ぼすメカニズムである。アレニウスは、1.5μm以下の臨界サイズの粒子は、星の放射圧によって高速で推進されると主張した。^{[ 19 ]}しかし、粒子のサイズが大きくなるにつれてその有効性が低下するため、このメカニズムは単一の細菌胞子のような非常に小さな粒子にのみ適用される。

この輸送メカニズムは、一般的に、系外惑星の発見とデータの突然の入手可能性を伴う惑星科学の発展に伴って出現した。^{[ 18 ]}リトパンスペルミアは、彗星や小惑星などの惑星天体を介して岩石中の生物が1つの惑星から別の惑星へ移動するという提案であるが、これは依然として推測の域を出ない。別のバリエーションとしては、生物が遊牧的な系外惑星や系外衛星に乗って恒星系間を移動するというものがある。^{[ 42 ]}

太陽系で岩石パンスペルミアが起こったという具体的な証拠はないものの、さまざまな段階が実験的に検証可能になっている。^{[ 43 ]}

• 惑星からの放出– 岩石パンスペルミアが発生するためには、微生物はまず惑星表面からの放出を生き延びなければなりません（^{[ 15 ]}で示唆されているように隕石上で形成されるのではないと仮定した場合）。これには、極端な加速力と衝撃、それに伴う温度上昇が伴います。放出された岩石が受ける衝撃圧力の仮説値は火星隕石から得られ、圧力は約5～55 GPa、加速度は3 Mm/s² ^、ジャークは600万 km/s³ ^、衝撃後の温度上昇は約1 K～1000 Kと示唆されています。これらの条件は極端ですが、一部の生物は生き延びることができるようです。^{[ 44 ]}
• 輸送中の生存– 宇宙空間に到達した微生物は、石パンスペルミアが成功するためには、次の目的地まで到達しなければなりません。微生物の生存は、模擬施設と低軌道の両方を使用して広範囲に研究されてきました。^{[ 45 ]}多数の微生物が暴露実験のために選択されており、ヒト由来の微生物（将来の有人ミッションにとって重要）と極限環境微生物（宇宙での生存の生理学的要件を決定するために重要）の両方が含まれています。^{[ 43 ]}特に細菌は、コロニーがバイオフィルムを生成して紫外線に対する保護を強化する生存メカニズムを示すことができます。^{[ 46 ]}
• 大気圏突入– 岩石パンスペルミアの最終段階は、大気圏を経由して生存可能な惑星に再突入することです。これには、生物が大気圏での蒸発に耐えられることが必要です。^{[ 47 ]}この段階のテストには、観測ロケットや軌道上の乗り物を使用できます。^{[ 43 ]}花崗岩のドームに接種された枯草菌の胞子は、オリオン2段式ロケットで高度約120kmまで打ち上げられ、2回超高速大気圏通過にさらされました。胞子は岩の側面では生き残りましたが、145 ℃に達した前方表面では生き残りませんでした。 ^{[ 48 ]}光合成生物は十分な光エネルギーを得るために岩の表面近くにいなければならないため、大気圏通過は岩の表面層を蒸発させることで、それらの生物に対するフィルターとして機能する可能性があります。シアノバクテリアは宇宙の乾燥や凍結の条件下では生き残ることができますが、STONE実験では大気圏突入では生き残れないことが示されました。^{[ 49 ]}岩石の奥深くに生息する小型の非光合成生物は、衝突による生存を含め、岩石からの脱出と侵入の過程を生き延びる可能性がある。^{[ 50 ]}  

上記のメカニズムで説明される岩石パンスペルミアは、惑星間または恒星間のいずれかである可能性があります。パンスペルミアモデルを定量化し、実行可能な数学理論として扱うことは可能です。たとえば、最近のトラピスト-1惑星系の惑星に関する研究では、地球-火星パンスペルミアに関する過去の研究と同様に、惑星間パンスペルミアの確率を推定するモデルが提示されています。^{[ 16 ]}この研究では、トラピスト-1系では、地球から火星へのシナリオと比較して、岩石パンスペルミアが発生する可能性が「桁違いに高い」ことがわかりました。 ^{[ 16 ]}彼らの分析によると、岩石パンスペルミアの確率の増加は、トラピスト-1惑星間の生命発生の確率の増加と関連しています。ある意味で、これらの現代的な扱いは、生命発生に直接反対する理論ではなく、生命発生への寄与要因としてパンスペルミアを維持しようとしています。これに関連して、隣接する2つ（またはそれ以上）の惑星で生命の痕跡が検出されれば、パンスペルミア説が生命の起源に潜在的に必要なメカニズムであることを示す証拠となるだろうと示唆されている。しかし、今のところそのような発見はなされていない。

リソパンスペルミアは恒星系間でも起こると仮説が立てられている。天の川銀河内の惑星系に捕獲される可能性のある岩石や氷の天体の総数を推定したある数学的分析では、リソパンスペルミアは必ずしも単一の恒星系に縛られるものではないと結論づけている。^{[ 33 ]}これは、これらの天体にそもそも生命が存在するだけでなく、旅を生き延びる必要があることを意味する。したがって、銀河内リソパンスペルミアは、生物の生存期間と輸送体の速度に大きく依存する。繰り返すが、このようなプロセスが起こった、あるいは起こり得るという証拠はない。

1972年にノーベル賞受賞者のフランシス・クリックとレスリー・オーゲルによって初めて提唱された指向性パンスペルミア説は、生命が別の惑星から来たより高度な知性を持つ存在によって意図的に地球にもたらされたという理論である。^{[ 52 ]}当時、放射性パンスペルミアや岩石パンスペルミアによって生物が地球にもたらされた可能性は低いと思われる証拠を踏まえ、クリックとオーゲルはこの説を代替理論として提唱したが、オーゲルはこの主張をそれほど真剣に受け止めていなかったことは注目に値する。^{[ 53 ]}彼らは科学的証拠が不足していることを認めているが、この理論を裏付けるためにどのような種類の証拠が必要かについて議論している。同様に、トーマス・ゴールドは、地球上の生命は、はるか昔に地球外生命体によって地球に投棄された「宇宙ゴミ」の山から偶然に発生した可能性があると示唆した。^{[ 54 ]}これらの理論はしばしばSF的であると見なされるが、クリックとオーゲルは宇宙の可逆性の原理を用いてこれを論証している。

この原理は、もし人類が不毛な惑星に感染できる能力を持っているならば、過去に別の技術文明が地球に同じことをしなかった理由は何なのか、という事実に基づいている。^{[ 52 ]}彼らは、近い将来、意図的に別の惑星に感染させることが可能だと結論付けた。証拠に関しては、クリックとオーゲルは、遺伝暗号の普遍性を考えると、生命の感染説は妥当であると主張した。^{[ 52 ]}

理論的には、指向性パンスペルミアは、約40億年前に我々の仮説上の祖先が最初の微生物のゲノムまたは遺伝暗号に意図的に特徴的な「署名」メッセージを植え付けたことを突き止めることで証明できる可能性がある。 ^{[ 55 ]}しかし、長期間にわたって突然変異や自然選択によってそのようなメッセージが除去されるのを防ぐ既知のメカニズムはない。 ^{[ 56 ]}

擬似パンスペルミア説は、生命に用いられる多くの小さな有機分子が宇宙で発生し、惑星表面に分布したという、十分に裏付けられた仮説である。その後、生命は地球上、そしておそらく他の惑星でも、生命発生の過程を経て出現した。^{[ 57 ] [ 58 ]}擬似パンスペルミア説の証拠としては、隕石やその他の地球外天体から糖類、アミノ酸、核酸塩基などの有機化合物が発見されたこと^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}、および宇宙空間の条件下で実験室で同様の化合物が形成されたことが挙げられます。^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}例として、生命前駆物質であるポリエステル系が研究されています。^{[ 68 ] [ 69 ]}

1864年5月14日、隕石の破片20個がフランスのオルグイユ市に落下した。オルグイユ隕石の別の破片（発見以来、密閉されたガラス瓶に保管されていた）は1965年に発見され、種子カプセルが埋め込まれていたが、外側の元のガラス質の層はそのまま残っていた。当初は大きな興奮があったものの、種子はヨーロッパのイグサ科の植物のもので、破片に接着され、石炭の粉で偽装されていたことが判明した。^{[ 8 ]}外側の「融合層」は実際には接着剤だった。この捏造の犯人は不明だが、無機物が生物に変化する様子を実証することで、19世紀の自然発生説（パンスペルミア説ではなく）に関する議論に影響を与えようとしたと考えられている。 ^{[ 70 ]}

2017年、ハワイのPan-STARRS望遠鏡は、アルベドに顕著な周期的な変動を伴う赤みがかった天体を検出した。これは、細長い回転する天体であることを強く示唆している。その軌道の分析により、それが太陽系外から来た恒星間天体であり、小惑星の加速を説明する通常の目に見えるガス放出がないまま太陽から遠ざかるように加速しているという証拠が得られた。^{[ 71 ]}天文学者のアヴィ・ローブは、この加速に対する満足のいく自然な説明はないと主張し、オウムアムアは太陽帆である可能性があり、それが指向性パンスペルミアの実現可能性の部分的な証拠になると提案している。^{[ 72 ]}この主張は他の著者によって可能性が低いと考えられている。^{[ 73 ]}