パンスペルミア

パンスペルミア説（古代ギリシャ語 のπᾶν （pan）  「すべて」と σπέρμα （sperma）  「種子」に由来）は、宇宙塵[1]、流星体[2]、小惑星、彗星[3]、小惑星[4]、および意図しない微生物の汚染を運ぶ宇宙船[5] [6] [7]によって宇宙全体に^生命が^存在するという仮説で^ある。この理論^は、生命は地球上で発生し^たの^ではなく、どこか別の場所で進化し、私たちが知っているような生命の種を蒔いたと主張している。

パンスペルミア説には、放射性パンスペルミア説、石パンスペルミア説、指向性パンスペルミア説など、さまざまな形態がある。形態にかかわらず、理論では一般的に、宇宙空間で生存可能な微生物（特定の種類の細菌や植物の胞子など^[8]）は、生命を宿す太陽系の小天体と惑星との衝突後に宇宙空間に放出された破片に閉じ込められる可能性があると提唱されている。 ^[9]生命体を含んだこの破片は、その後、流星によって太陽系内の天体間、あるいは銀河系内で太陽系間を運ばれる。このように、パンスペルミア研究は、生命がどのように始まったかではなく、宇宙内で生命を分布させる方法に焦点を当てている。^{[10] [11] [12]}この点は、しばしばこの理論に対する批判として用いられる。

パンスペルミア説は主流の科学者からほとんど支持されていない異端の理論である。 ^{[13]批評家は、この理論は}生命の起源の疑問に答えておらず、単にそれを別の天体に置いているだけだと主張している。また、実験的に検証できないという点でも批判されている。歴史的に、この理論のメリットに関する論争は、生命が宇宙全体に遍在するのか、それとも出現するのかを中心に展開されてきた。^[14]その長い歴史により、この理論は今日でも支持されており、生命が宇宙全体に自然にどのように移動するかについての数学的処理を開発する研究が行われている。^{[15] [16]}その長い歴史は、隕石衝突事件から生じた広範な憶測やデマにもつながっている。

パンスペルミア説の歴史は古く、紀元前5世紀の自然哲学者アナクサゴラスまで遡る。^[17]古典学者たちは、アナクサゴラスが宇宙（コスモス）は生命に満ちており、地球上の生命はこれらの地球外からの種子の落下から始まったと主張したことに同意した。^[18]しかし、今日知られているパンスペルミア説は、この元の理論と同一のものではない。この理論に付けられた名前は、1908年にスウェーデンの科学者スヴァンテ・アレニウスによって初めて作られた。 ^{[14] [19]これより前の1860年代頃から、}サー・フレッド・ホイルやチャンドラ・ウィクラマシンハなど、多くの著名な科学者がこの理論に興味を持ち始めていた。^{[20] [21]}

1860年代には、生命の起源の問題に科学界の注目が集まり始めた3つの科学的発展がありました。^[14]まず、太陽系と惑星の形成に関するカント-ラプラス星雲理論が支持を集め、地球が最初に形成されたとき、表面の状態は私たちが知っている生命にとって住みにくいものであったことを示唆しました。これは、生命が地球と並行して進化することはできず、生物学的な前駆者なしに、後になって進化したに違いないことを意味します。次に、チャールズ・ダーウィンの有名な進化論は、何かが進化するためには、どこかで始まらなければならないため、とらえどころのない起源を示唆しました。ダーウィンは『種の起源』で、この問題に触れることができなかったか、触れようとしませんでした。^[22]最後に、ルイ・パスツールとジョン・ティンダルは、ダーウィンの進化論が示唆したように、生命は無生物から 絶えず進化しており共通の祖先を持たないことを示唆する（現在は廃止されている）自然発生説を実験的に反証した。

総合すると、科学におけるこれら 3 つの発展は、生命の起源に関する一見矛盾した状況を科学界全体に提示した。つまり、地球が形成された後、生命は非生物学的な前駆物質から進化したに違いないが、自然発生説は実験的に反証されていた。ここから、生命の起源の研究は分岐した。パスツールによる自然発生の否定を受け入れた人々は、原始的な地球上の (未知の) 条件下では、生命は有機物から徐々に進化したに違いないという理論を展開し始めた。この理論は、アビオジェネシスとして知られるようになり、現在受け入れられている理論である。これとは反対側には、パスツールの結果を拒否し、代わりに地球上の生命は既存の生命から生まれたという考えを支持した当時の科学者がいる。これには必然的に、生命がどこかの惑星に常に存在し、惑星間を移動するメカニズムがあることが必要である。こうして、パンスペルミア説の現代的な扱いが本格的に始まった。

ケルビン卿は、1871年に英国科学振興協会で行ったプレゼンテーションで、種子が風によって空気中を運ばれるのと同じように、生命を宿す隕石の落下によって生命が地球にもたらされるという考えを提唱した。^{[14]彼はさらに、生命は生命からしか生まれず、この原理は哲学的}斉一説のもとでは不変であり、物質が創造も破壊もされないのと同様であるという考えを提唱した。^[23]この議論はその大胆さゆえに、またさらに広く社会からの技術的な反対により激しく批判された。特に、ドイツのヨハン・ゾルナーは、地球に隕石で運ばれた生物は摩擦熱のために大気圏を落下する際に生き残れないだろうと述べてケルビンに反論した。^{[14] [24]}

議論は何度も繰り返され、ついにスヴァンテ・アレニウスがこの理論に現代的な扱いと名称を与えた。アレニウスは、当時は実験的根拠がないとしてアビオジェネシスに反対し、宇宙のどこかに生命は常に存在していたと信じていた。^[19]彼は、この遍在する生命が宇宙を通じて移動するメカニズムの開発に力を注いだ。この頃、太陽放射が物質に圧力、つまり力を及ぼすことができることが最近発見された。アレニウスは、この放射圧によって細菌胞子などの非常に小さな生物が動き回ることができる可能性があると結論付けた。^[19]

この時点で、パンスペルミア説は、惑星から惑星へ生命を運ぶ乗り物と、潜在的に実行可能な輸送メカニズムを持つようになった。この理論は、胞子が惑星から宇宙空間を経て別の惑星へ輸送される状況下で実際にどれくらい生き延びるのかという疑問から、依然として批判に直面していた。^[25]この理論の科学的正当性を確立しようとする努力が重視されたにもかかわらず、検証可能性が欠けていた。これは、この理論がまだ克服していない深刻な問題であり、今もなおそうである。

しかし、この理論を支持する意見は続き、フレッド・ホイルとチャンドラ・ウィクラマシンハは、生命の地球外起源が好ましい理由として2つの理由を挙げた。第一に、生命の起源に必要な条件は、地球以外のどこかでより有利であった可能性があること、第二に、地球上の生命は、内因性起源と仮定しただけでは説明できない特性を示していることである。^{[14] [20]}ホイルは星間塵のスペクトルを研究し、宇宙には大量の有機物が含まれているという結論に達し、それがより複雑な化学構造の構成要素であると示唆した。^[26]批判的に、ホイルは、この化学的進化が生命誕生前の地球で起こった可能性は低く、最も可能性の高い候補は彗星であると主張した。^[14]さらに、ホイルとウィクラマシンハは、生命の進化には遺伝情報と多様性の大幅な増加が必要であり、それは彗星を介して宇宙からウイルス物質が流入したことによる可能性があると結論付けた。^[20]ホイルは（1978年1月16日のオックスフォードでの講義で）大規模な疫病の発生と彗星の接近遭遇の間には一定の一致が見られることを報告し、それに基づいてホイルは^[27]、 疫病はこれらの彗星から降り注いだ物質の直接的な結果であると示唆した。^[14]この主張は特に生物学者から批判を集めた。

1970年代以降、惑星探査の新時代が到来し、データを使ってパンスペルミア説を検証し、推測から検証可能な理論へと変えることが可能になった。まだ検証されていないものの、パンスペルミア説は今日でもいくつかの数学的手法で研究されており、^{[28] [16] [15]}、その長い歴史が示すように、この理論の魅力は時の試練に耐えてきた。

パンスペルミアには以下が必要です:

1. 宇宙のどこかに生命は常に存在していた^[18]
2. 有機分子は宇宙で発生し（おそらく地球に分布するはずだった）^[14]
3. 生命はこれらの分子から地球外に起源を持つ^[8]
4. この地球外生命体が地球に運ばれたという説^[19]

宇宙からの有機分子の生成と分配は、現在では議論の余地がなく、疑似パンスペルミア説として知られています。しかし、宇宙起源の有機物質から生命への飛躍は仮説であり、現在のところ検証できません。

パンスペルミア説の媒介物としてよく提案されているのは、細菌の胞子と植物の種子である。この説によれば、これらは隕石に包まれて起源から別の惑星に運ばれ、その後大気圏を下り、表面に生命を定着させる（下記の石パンスペルミア説を参照）。当然、これらの胞子と種子はどこか別の場所で形成されたことが必要であり、パンスペルミア説が細菌を扱う場合、宇宙空間で形成された可能性もある。惑星形成説と隕石に関する理解から、未分化の母天体から生じた岩石天体は、生命が生息するのに適した局所的条件を作り出すことができる可能性があるという考えが生まれた。^{[15]仮説的には、}放射性同位体による内部加熱によって氷が溶け、水とエネルギーが供給される可能性がある。実際、いくつか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ことを示している可能性がある。^[15]太陽系内にこのような天体が多数存在することを考えれば、それぞれが生命が誕生する可能性のある場所であるという議論も成り立つ。小惑星帯で衝突が起こると、そのような場所の1つが軌道を変え、最終的には地球に衝突する可能性がある。

植物の種子は、代わりの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作り、^[8]極寒、真空中でも休眠状態になり、短波長の紫外線にも耐えることが示されている。^[8]これらは通常、宇宙ではなく別の惑星で発生したと提案されている。理論的には、植物が宇宙を移動中に部分的に損傷したとしても、その破片は無菌環境で生命の種子となる可能性がある。^[8]環境の無菌性が関係するのは、新しい植物が既存の生命体に勝てるかどうかが不明であるためである。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の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、植物細胞には絶対共生細菌が含まれており、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実行可能な乗り物として提案されているが、必要な時間宇宙で生き延びる能力だけでなく、大気圏突入後も生き延びる能力があるかどうか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手段となる可能性がある。宇宙機関は惑星汚染のリスクを減らすために惑星保護手順を実施しているが^{[29] [30] 、} Tersicoccus phoenicisなどの微生物は宇宙船アセンブリの洗浄に耐性がある可能性がある。^{[5] [6]}

パンスペルミアは、一般的に、同じシステムの惑星間で起こるもの（惑星間）と恒星システム間で起こるもの（恒星間）の 2 つのクラスに分類されます。さらに分類すると、提案されているさまざまな輸送メカニズムに基づいて、次のようになります。

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で増殖できるという理論である放射パンスペルミアを提唱した。 ^[31]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未満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、その有効性は粒子のサイズが大きくなるにつれて低下するため、このメカニズムは単一の}細菌胞子などの非常に小さな粒子にのみ適用されます。

ラジオパンスペルミア説に対する主な批判は、宇宙放射線（紫外線とX線）が宇宙で致死的な作用を及ぼすという証拠を挙げたヨシフ・シュクロフスキーとカール・セーガンによるものである。 ^{[32]これらの微生物が十分に宇宙に放出された場合、一部は10 6}年かけて星間空間をさまよった後、新しい恒星系の惑星に降り注ぐ可能性がある。 ^[要出典]放射線と宇宙の一般的に過酷な環境により、微生物の死亡率は莫大なものになるだろうが、それでもこの理論は潜在的に実行可能であると考える人もいる。^[要出典]

軌道上実験ERA、BIOPAN、EXOSTACK、EXPOSEによって収集されたデータによると、枯草菌の胞子を含む単離された胞子は、ほんの数秒間宇宙環境にさらされると急速に死滅しますが、太陽の紫外線を遮断すると、胞子は粘土や隕石粉末（人工隕石）に埋め込まれた状態で最長6年間宇宙で生存できることが示されています。 ^[33]したがって、胞子は紫外線から厳重に保護される必要があります。保護されていないDNAが太陽の紫外線と宇宙の 電離放射線にさらされると、DNAを構成する塩基に分解されます。^{[34]細菌胞子などの耐性微生物を銀河}宇宙放射線から効果的に保護するには、少なくとも直径1メートルの岩石が必要です。^{[35]さらに、DNAを宇宙の}超高真空にさらすだけでもDNA損傷を引き起こすのに十分であるため、光圧のみで駆動する惑星間飛行中に保護されていないDNAやRNAを輸送することは極めてありそうにありません。^[36]

より質量の大きい遮蔽された胞子を太陽系外に輸送する他の手段（例えば、彗星の重力による捕獲）の実現可能性は不明である。放射性パンスペルミア仮説を完全に裏付ける証拠はほとんどない。

この輸送メカニズムは、太陽系外惑星の発見と、惑星科学の発展に伴うデータの急激な利用可能化に伴って一般的に生まれた。^{[18]リソパンスペルミアは、}彗星や小惑星などの惑星物体を介して岩石中の生物が1つの惑星から別の惑星に移動すると考えられており、まだ推測の域を出ない。別の説としては、生物が移動性太陽系外惑星または太陽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。^[37]

太陽系でリトパンスペルミアが起こったという具体的な証拠はないが、そのさまざまな段階は実験的に検証可能となっている。^[38]

• 惑星からの噴出– リトパンスペルミアが発生するには、微生物がまず惑星表面からの噴出に耐えなければなりません（^[15]で示唆されているように、隕石上で形成されないと仮定）。噴出には、極度の加速力と衝撃が伴い、温度上昇が伴います。噴出し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ており、圧力は約5～55GPa、加速度は3Mm/s ² 、ジャークは6Gm/s ³、衝撃後の温度上昇は約1K～1000Kと示唆されています。これらの条件は極端ですが、一部の生物は生き残ることができるようです。^[39]
• 移動中の生存– 宇宙空間では、微生物はリトパンスペルミアが成功するためには、次の目的地にたどり着く必要があります。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に研究されてきました。^[40]曝露実験には、人為的に感染する微生物（将来の有人ミッションに重要）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）の両方を含む多数の微生物が選択されました。 ^[38]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防御を強化するという生存メカニズムを示すことができます。^[41]
• 大気圏突入– リトパンスペルミアの最終段階は、生存可能な惑星の大気圏を経由して再突入することである。そのためには、生物がさらに大気圏のアブレーションに耐えられることが必要である。^[42]この段階のテストには、探査ロケットや軌道上の乗り物が使用される可能性がある。^[38] 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段ロケットで高度約120 kmまで打ち上げられ、2度にわたって超高速大気圏突入にさらされた。胞子は岩の側面では生き残ったが、145 °Cに達した前面の表面では生き残れなかった。^[43]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に近づく必要があるため、大気圏突入は岩の表面層をアブレーションすることで光合成生物に対するフィルターとして機能する可能性がある。シアノバクテリアは宇宙の乾燥して凍結する環境でも生き残ることができるが、STONE実験では大気圏突入では生き残れないことが示された。^{[44]岩石の奥深くにいる小さな非光合成生物は、}衝突後の生存を含め、岩石の出入りの過程で生き残る可能性がある。^[45]

上記のメカニズムで説明されるリソパンスペルミアは、惑星間または恒星間のいずれかで存在す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、トラピスト1惑星系の惑星に関する最近の研究では、地球-火星パンスペルミアについて行われた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システムでは、地球から火星へのシナリオとは対照的に、リソパンスペルミアが「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、リソパンスペルミアの確率の増加は、トラピスト1惑星間の無生物起源​​の確率の増加に関連しています。ある意味で、これらの現代の扱いは、パンスペルミアを直接それに反対する理論とは対照的に、無生物起源​​の寄与要因として維持しようとしています。これに沿って、 2つ（またはそれ以上）の隣接する惑星でバイオシグネチャーが検出できれば、パンスペルミアが生命の起源に潜在的に必要なメカニズムであるという証拠となることが示唆されています。今のところ、そのような発見はありません。

リソパンスペルミアは恒星系間でも起こると仮説されている。銀河系内の惑星系に捕獲される可能性のある岩石や氷の物体の総数を推定する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限定されるわけではないという結論が出ている。^[28]これは、これらの物体がそもそも生命を持っていることだけでなく、その旅を生き延びることも必要である。したがって、銀河系内リソパンスペルミアは、生物の生存寿命と運搬者の速度に大きく依存している。繰り返しになるが、このようなプロセスが起こった、または起こり得るという証拠はない。

リトパンスペルミアの条件の複雑さと、これらの条件下で細菌が長生きできるという証拠がないことから、^[25]リトパンスペルミアの理論は支持しにくいものとなっている。とはいえ、衝突イベントは太陽系形成の初期段階で頻繁に発生しており、現在でも小惑星帯内である程度発生している。^[46]

1972年にノーベル賞受賞者のフランシス・クリックがレスリー・オーゲルとともに初めて提唱した指向性パンスペルミア説は、生命は他の惑星から来た高等知的生命体によって意図的に地球にもたらされたという説である。^[47]当時の証拠から、生物が放射性パンスペルミアや石パンスペルミアによって地球にもたらされた可能性は低いと思われたことから、クリックとオーゲルはこれを代替理論として提唱したが、オーゲルはこの主張にそれほど真剣ではなかったことは注目に値する。^[48]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にはどのような証拠が必要かを議論している。同様に、トーマス・ゴールドは、地球上の生命は遠い昔に地球外生命体によって地球に投棄された「宇宙のゴミ」の山から偶然に発生した可能性があると示唆した。^[49]これらの理論はSF的なものと考えられることが多いが、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主張している。

この原理は、もし人類が不毛な惑星を感染させることができるのなら、過去に他の技術社会が地球に同じことを行ってきたのを何が妨げているのか、という事実に基づいています。 ^[47]彼らは、近い将来に他の惑星を意図的に感染させることが可能であると結論付けました。証拠に関する限り、クリックとオーゲルは、遺伝コードの普遍性を考えると、生命の感染理論は実行可能であると主張しました。^[47]

理論的には、指向性パンスペルミアは、約40億年前に、仮説上の祖先によって最初の微生物のゲノムまたは遺伝コードに意図的に埋め込まれた独特の「シグネチャー」メッセージを発見することによって実証される可能性があります。 ^{[50]しかし、}突然変異と自然選択によって長期間にわたってそのようなメッセージが除去されるのを防ぐことができるメカニズムは知られていません。 ^[51]

1972年、アビオジェネシスとパンスペルミア説は、それぞれ異なる専門家によって実行可能な理論とみなされていました。^[18]これを踏まえて、クリックとオーゲルは、一方の理論を他方の理論より検証するために必要な実験的証拠が不足していると主張しました。^[47]そうは言っても、アビオジェネシスがパンスペルミア説より優れていることを示す証拠は今日存在しています^[要出典]が、パンスペルミア説、特に指向性パンスペルミア説の証拠は明らかに不足しています。

疑似パンスペルミア説は、生命に利用された多くの小さな有機分子が宇宙で発生し、惑星の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、生命は無生物起源​​論のプロセスによって地球に、そしておそらく他の惑星にも出現した。^{[52] [53]}疑似パンスペルミア説の証拠には、隕石やその他の地球外物体における糖、アミノ酸、核酸塩基などの有機化合物の発見、 ^{[54] [55] [56] [57] [58]}および宇宙空間条件下での実験室での同様の化合物の形成が含まれる。^{[59] [60] [61] [62]}一例として、生命誕生前のポリエステル系が研究されてきた。^{[63] [64]}

1864年5月14日、隕石の破片20個がフランスの都市オルゲイユに落下した。オルゲ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）には種子カプセルが埋め込まれていたが、外側の元々のガラス層はそのまま残っていたことが1965年に発見された。当初は大いに騒がれたが、その種子はヨーロッパのイグサ科植物の種子で、破片に接着され、石炭の粉塵でカモフラージュ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。この偽造の犯人は不明だが、無機物質から生物物質への変化を実証することで、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。^[65]

2017年、ハワイのパンスターズ望遠鏡は、長さ400メートルにもなる赤みがかった物体を検出しました。その軌道を分析したところ、それが太陽系外から来た恒星間物体であるという証拠が得られました。^[66]このことから、アヴィ・ローブは、その物体はむしろ異星文明の遺物であり、指向性パンスペルミア説の証拠となる可能性があると推測しました。^[67]この主張は他の著者によってありそうにないと考えられています。^[68]

• 無生物起源​​論 – 無生物から生命が生まれる
• 宇宙生物学 – 宇宙の生命に関する科学
• クリプトビオシス – 生命の代謝状態
• 宇宙でテストされた微生物のリスト
• 惑星保護 – 惑星間生物汚染の防止

• クリック、フランシス（1981）、生命、その起源と性質、サイモン＆シュスター、ISBN 978-0708822357
• ホイル、フレッド（1983）、『インテリジェント・ユニバース』、ロンドン：マイケル・ジョセフ、ISBN 978-0718122980

• コックス、ブライアン。「私たちは地球外生命体について間違った考え方をしているのだろうか？」BBC Ideas、ポモナ・ピクチャーズ制作のビデオ、2021年11月29日。
• ローブ、エイブラハム。「地球の生命は、はるか昔に太陽系から脱出したのか？」サイエンティフィック・アメリカン、2019年11月4日
• ローブ、エイブラハム。「ノアの宇宙船」サイエンティフィック・アメリカン、2020年11月29日