『宇宙になぜ、生命があるのか 宇宙論で読み解く「生命」の起源と存在』(戸谷友則) [読書(サイエンス)]
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「半径138億光年という広大な宇宙を考えても、ランダムな化学反応から生命が偶然にできあがる確率はきわめて低い」という従来の問題は、さらに圧倒的に広大なインフレーション宇宙全体を考えれば、実は解決できることがわかった。これは自然科学の枠組みの中で、原始生命が物理法則にもとづいて誕生する道筋が、少なくとも1つは存在することを意味している。生命の起源は科学の範疇で理解可能であり、一見、確率が非常に低いからといって、神や超自然的なものを持ち出す必要はないということだ。筆者が2020年に出した論文に何かしらの意義があるとすれば、この点が最も重要なことだと個人的には考えている。
しかし当時、多くのメディアや社会の反応は別のところに集中した。「宇宙の中で生命とはそんなにレアな存在なのか!」というものだったのである。実際、私の説が正しければ、我々が見渡す「観測可能な宇宙」の中の10の22乗個の恒星をくまなく探しても、生命はおそらく我々のみであろう。
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「第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか」より
一度誕生しさえすれば、時間をかけることで生命は複雑なものに進化できる。しかし進化のプロセスが適用できない最初の生命誕生はどのようにして起きたのか。そのシナリオは大筋で分かってきたが、それが起きる確率は途方もなく低いこともまた明らかになってきた。私たち生命がここにいるという事実と、このあり得ないほど低い確率をどのように整合させればよいのか。そこでインフレーション宇宙論が重大な意味を持つことになる。物理学と生物学にまたがる難問にインフレーション宇宙論と人間原理から挑む刺激的なサイエンス本。単行本(講談社)出版は2023年7月です。
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生命の起源というテーマで研究したり、本を書いたりというのは結構勇気のいることなのである。何せ、わかっていることがほとんどない。意外に思われるかもしれないが、ビッグバンによる宇宙の始まりのほうが、生命の始まりよりもはるかに詳しくわかっていると断言できる。生命の起源のほうは難問中の難問で、自然科学がこれだけ発達した現代でも、まったくの謎のまま取り残されているといっても過言ではない。さらには、生命科学はもちろん、化学、物理学、地球科学、天文学といったさまざまな分野に関係してくるので、一人の研究者が自信を持ってすべてをカバーできるはずもなく、おいそれと手を出しにくいのである。
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「序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で」より
目次
序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で
第1章 生命とは何か
第2章 化学反応システムとしての生命
第3章 多様な地球生命とその進化史
第4章 宇宙における太陽と地球の誕生
第5章 原始生命誕生のシナリオーどこで、どうやって?
第6章 宇宙に生命は生まれるのかー原始生命誕生の確率?
第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか
第8章 地球外生命は見つかるか?
終章 生命の神秘さはどこからくるのか
序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で
第1章 生命とは何か
第2章 化学反応システムとしての生命
第3章 多様な地球生命とその進化史
第4章 宇宙における太陽と地球の誕生
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表面に液体の水を持つ岩石惑星の存在は宇宙にありふれている、ということは間違いなさそうである。つまり、原始生命発生の舞台となり得る惑星は宇宙に膨大な数で存在している。それでは、生命もまた宇宙に満ち溢れ、ありふれた存在……かどうかは、まだわからない。生命が存在できる環境が整っても、そこで生命が非生物的に発生する確率や頻度は、まったく別の問題だからだ。そしてそれこそが本書の主題であると同時に、ビッグバンから惑星誕生までをここまで克明に描き出せている現代科学をもってしても、ほとんど歯が立たないほどの難問なのである。
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まず生命の定義から始まって、RNAやタンパク質など生命の基本要素、地球という惑星が誕生してから生命が存在し得る環境になるまでの歴史、といった基礎知識を確認します。その上で、原始生命(遺伝情報を保持して自己複製する高分子)の起源という問題がなぜ難しいのかをはっきりさせます。
第5章 原始生命誕生のシナリオーどこで、どうやって?
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最初に現れた遺伝情報が本当にRNAの形だったのかどうかには異説もある。DNA、タンパク質に先んじてRNAの時代があったことについては多くの研究者が支持しているが、さらにその前段階で別の分子がまず遺伝情報を獲得し、それが進化の過程でRNAに置き換わったという可能性も議論されている。が、本質的な筋書きが上記のものから大きく変わることはなさそうである。
では、このシナリオにもとづけば、生命をゼロから作ることは容易にできるのか? そのようなことが宇宙にどれだけ起こっていると期待できるのか?
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物理法則に基づく非生命的なプロセスによって原始生命が誕生するシナリオは考えられるのか。生命起源に関する最も有力なシナリオとしてのRNAワールド仮説を解説します。
第6章 宇宙に生命は生まれるのかー原始生命誕生の確率?
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とにかく、ランダムな化学反応が積み重なって、偶然に生命ができあがる確率はきわめて低く、ちょっと計算すれば、「観測可能な138億光年の宇宙の中にすら、生命は1つも誕生しえない」という結論が出る。しかし、我々はこうしてここにいる。原始地球のどこか、あるいはパンスペルミア説を採るにしても宇宙のどこかで、我々につながる生命が無生物の状態から発生したはずである。これをどう考えればよいのか。
一つの立場は、原始生命の発生は自然科学の範疇を超えたナニモノかであると考えることだ。(中略)
もちろん、自然科学者の間ではそのような考えは極少数派だ。原始生命の誕生は、あくまで、自然科学の立場で説明できると信じている人がほとんどである。しかし、ランダムな化学反応では生命はできそうにないことも事実である。そこで、「なにか未知の、効率よく長鎖のRNAを作り出すメカニズムや反応経路があるのだろう」と考えることになる。ただ、すでに述べたように、そのようなものは今のところ知られておらず、「生命が存在するのだから、そういうものが必ずあるはずだ」という考えに立って研究を行っているにすぎないのが現状だ。
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生命起源のシナリオはあるものの、それが実際に起きる確率を計算すると途方もなく低いことが分かる。原始生命を少しずつ組み立ててゆくようなプロセスがあればよいが、そういうものはどうしても見つからない。では生命が存在するという事実をどのように解釈すればよいのか。生命起源を考える際の最大の難問を具体化します。
第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか
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138億光年というのは、我々が直接目視できるかどうかというだけの話であり、その先にも、同じような宇宙がはるか遠方にまで広がっているはずである。考えてみてほしい。ある人が、地球における原始生命の発生確率を計算しようとしている。もしその人が、わざわざ、自分を中心とする半径5キロメートルの地平線内での生命発生確率を計算したら、あなたはどう思うだろうか? そう、ナンセンスである。地平線内の面積は、地球の全表面積の650万分の1にすぎない。むろん、ある人から直接目視できるかどうかなど、原始生命の発生プロセスとは何の関係もない。
「観測可能な宇宙」にかぎって生命の発生を考えることは、これと本質的にまったく同じことで、ナンセンスなのである。
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生命発生の確率が極めて低いのは、それが起こりうる範囲を「観測可能な宇宙」に閉じているからではないか。もし「途方もなく広大なインフレーション宇宙全体のどこでそれが起きてもよい。一度だけでも起きればよい。それが私たちである」と考えるなら、生命発生の確率は納得できるほど高くなる。
第8章 地球外生命は見つかるか?
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さまざまな解答が提案されているが、ここまで本書を読まれてきた読者なら、筆者の立場はおわかりだろう。知的生命体以前に、そもそも原始的な生命すら誕生する確率はきわめて低く、銀河系どころか観測可能な宇宙の中で生命は地球だけ、という可能性が十分にある。そう思えば、宇宙人が地球にやってこなくても何ら不思議なことではない。
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インフレーション宇宙を前提に生命発生を考えるなら、「観測可能な宇宙」に存在する生命はおそらく私たちだけである。したがって、私たちは永遠に地球外生命と遭遇することはないだろう。フェルミのパラドックスに対する著者の回答が示されます。
「半径138億光年という広大な宇宙を考えても、ランダムな化学反応から生命が偶然にできあがる確率はきわめて低い」という従来の問題は、さらに圧倒的に広大なインフレーション宇宙全体を考えれば、実は解決できることがわかった。これは自然科学の枠組みの中で、原始生命が物理法則にもとづいて誕生する道筋が、少なくとも1つは存在することを意味している。生命の起源は科学の範疇で理解可能であり、一見、確率が非常に低いからといって、神や超自然的なものを持ち出す必要はないということだ。筆者が2020年に出した論文に何かしらの意義があるとすれば、この点が最も重要なことだと個人的には考えている。
しかし当時、多くのメディアや社会の反応は別のところに集中した。「宇宙の中で生命とはそんなにレアな存在なのか!」というものだったのである。実際、私の説が正しければ、我々が見渡す「観測可能な宇宙」の中の10の22乗個の恒星をくまなく探しても、生命はおそらく我々のみであろう。
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「第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか」より
一度誕生しさえすれば、時間をかけることで生命は複雑なものに進化できる。しかし進化のプロセスが適用できない最初の生命誕生はどのようにして起きたのか。そのシナリオは大筋で分かってきたが、それが起きる確率は途方もなく低いこともまた明らかになってきた。私たち生命がここにいるという事実と、このあり得ないほど低い確率をどのように整合させればよいのか。そこでインフレーション宇宙論が重大な意味を持つことになる。物理学と生物学にまたがる難問にインフレーション宇宙論と人間原理から挑む刺激的なサイエンス本。単行本(講談社)出版は2023年7月です。
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生命の起源というテーマで研究したり、本を書いたりというのは結構勇気のいることなのである。何せ、わかっていることがほとんどない。意外に思われるかもしれないが、ビッグバンによる宇宙の始まりのほうが、生命の始まりよりもはるかに詳しくわかっていると断言できる。生命の起源のほうは難問中の難問で、自然科学がこれだけ発達した現代でも、まったくの謎のまま取り残されているといっても過言ではない。さらには、生命科学はもちろん、化学、物理学、地球科学、天文学といったさまざまな分野に関係してくるので、一人の研究者が自信を持ってすべてをカバーできるはずもなく、おいそれと手を出しにくいのである。
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「序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で」より
目次
序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で
第1章 生命とは何か
第2章 化学反応システムとしての生命
第3章 多様な地球生命とその進化史
第4章 宇宙における太陽と地球の誕生
第5章 原始生命誕生のシナリオーどこで、どうやって?
第6章 宇宙に生命は生まれるのかー原始生命誕生の確率?
第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか
第8章 地球外生命は見つかるか?
終章 生命の神秘さはどこからくるのか
序章 生命の起源ー物理と生物の狭間で
第1章 生命とは何か
第2章 化学反応システムとしての生命
第3章 多様な地球生命とその進化史
第4章 宇宙における太陽と地球の誕生
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表面に液体の水を持つ岩石惑星の存在は宇宙にありふれている、ということは間違いなさそうである。つまり、原始生命発生の舞台となり得る惑星は宇宙に膨大な数で存在している。それでは、生命もまた宇宙に満ち溢れ、ありふれた存在……かどうかは、まだわからない。生命が存在できる環境が整っても、そこで生命が非生物的に発生する確率や頻度は、まったく別の問題だからだ。そしてそれこそが本書の主題であると同時に、ビッグバンから惑星誕生までをここまで克明に描き出せている現代科学をもってしても、ほとんど歯が立たないほどの難問なのである。
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まず生命の定義から始まって、RNAやタンパク質など生命の基本要素、地球という惑星が誕生してから生命が存在し得る環境になるまでの歴史、といった基礎知識を確認します。その上で、原始生命(遺伝情報を保持して自己複製する高分子)の起源という問題がなぜ難しいのかをはっきりさせます。
第5章 原始生命誕生のシナリオーどこで、どうやって?
――――
最初に現れた遺伝情報が本当にRNAの形だったのかどうかには異説もある。DNA、タンパク質に先んじてRNAの時代があったことについては多くの研究者が支持しているが、さらにその前段階で別の分子がまず遺伝情報を獲得し、それが進化の過程でRNAに置き換わったという可能性も議論されている。が、本質的な筋書きが上記のものから大きく変わることはなさそうである。
では、このシナリオにもとづけば、生命をゼロから作ることは容易にできるのか? そのようなことが宇宙にどれだけ起こっていると期待できるのか?
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物理法則に基づく非生命的なプロセスによって原始生命が誕生するシナリオは考えられるのか。生命起源に関する最も有力なシナリオとしてのRNAワールド仮説を解説します。
第6章 宇宙に生命は生まれるのかー原始生命誕生の確率?
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とにかく、ランダムな化学反応が積み重なって、偶然に生命ができあがる確率はきわめて低く、ちょっと計算すれば、「観測可能な138億光年の宇宙の中にすら、生命は1つも誕生しえない」という結論が出る。しかし、我々はこうしてここにいる。原始地球のどこか、あるいはパンスペルミア説を採るにしても宇宙のどこかで、我々につながる生命が無生物の状態から発生したはずである。これをどう考えればよいのか。
一つの立場は、原始生命の発生は自然科学の範疇を超えたナニモノかであると考えることだ。(中略)
もちろん、自然科学者の間ではそのような考えは極少数派だ。原始生命の誕生は、あくまで、自然科学の立場で説明できると信じている人がほとんどである。しかし、ランダムな化学反応では生命はできそうにないことも事実である。そこで、「なにか未知の、効率よく長鎖のRNAを作り出すメカニズムや反応経路があるのだろう」と考えることになる。ただ、すでに述べたように、そのようなものは今のところ知られておらず、「生命が存在するのだから、そういうものが必ずあるはずだ」という考えに立って研究を行っているにすぎないのが現状だ。
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生命起源のシナリオはあるものの、それが実際に起きる確率を計算すると途方もなく低いことが分かる。原始生命を少しずつ組み立ててゆくようなプロセスがあればよいが、そういうものはどうしても見つからない。では生命が存在するという事実をどのように解釈すればよいのか。生命起源を考える際の最大の難問を具体化します。
第7章 宇宙はどこまで広がっているか、そこに生命はいるか
――――
138億光年というのは、我々が直接目視できるかどうかというだけの話であり、その先にも、同じような宇宙がはるか遠方にまで広がっているはずである。考えてみてほしい。ある人が、地球における原始生命の発生確率を計算しようとしている。もしその人が、わざわざ、自分を中心とする半径5キロメートルの地平線内での生命発生確率を計算したら、あなたはどう思うだろうか? そう、ナンセンスである。地平線内の面積は、地球の全表面積の650万分の1にすぎない。むろん、ある人から直接目視できるかどうかなど、原始生命の発生プロセスとは何の関係もない。
「観測可能な宇宙」にかぎって生命の発生を考えることは、これと本質的にまったく同じことで、ナンセンスなのである。
――――
生命発生の確率が極めて低いのは、それが起こりうる範囲を「観測可能な宇宙」に閉じているからではないか。もし「途方もなく広大なインフレーション宇宙全体のどこでそれが起きてもよい。一度だけでも起きればよい。それが私たちである」と考えるなら、生命発生の確率は納得できるほど高くなる。
第8章 地球外生命は見つかるか?
――――
さまざまな解答が提案されているが、ここまで本書を読まれてきた読者なら、筆者の立場はおわかりだろう。知的生命体以前に、そもそも原始的な生命すら誕生する確率はきわめて低く、銀河系どころか観測可能な宇宙の中で生命は地球だけ、という可能性が十分にある。そう思えば、宇宙人が地球にやってこなくても何ら不思議なことではない。
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インフレーション宇宙を前提に生命発生を考えるなら、「観測可能な宇宙」に存在する生命はおそらく私たちだけである。したがって、私たちは永遠に地球外生命と遭遇することはないだろう。フェルミのパラドックスに対する著者の回答が示されます。
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