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生命生む熱水環境を土星の衛星に発見

掲載日:2015年3月12日

地球以外の太陽系の天体に現在も、原始的な生命を育みうる環境があった。土星の衛星エンセラダスは、地球の海底と同じように地下海の岩石の割れ目から熱水を噴出している可能性が高いことを、東京大学大学院新領域創成科学研究科の関根康人(せきね やすひと)准教授、海洋研究開発機構の渋谷岳造(しぶや たかぞう)研究員らの日米欧の国際チームが探査と再現実験の綿密な連携で確かめた。

初期の地球の海底熱水噴出孔は生命誕生の場の有力候補で、現在もそこで得られる熱エネルギーを使って微生物が生息している。今回の成果は、生命を育みうるような似た熱水環境が現在の太陽系に存在することを初めて実証した。長い太陽系探査史でも画期的な発見といえる。米航空宇宙局(NASA)と欧州宇宙機関(ESA)などとの共同研究で、3月12日付の英科学誌ネイチャーに発表した。

エンセラダスは、土星の氷衛星のひとつで、直径500kmほど。厚さ30~40kmの氷層の下に深さ10kmほどの液体の地下海を持ち、氷層の割れ目から海水がプリュームと呼ばれる間欠泉として噴出している。米航空宇宙局(NASA)が1997年に打ち上げて現在も観測中の土星系探査機のカッシーニは、エンセラダスのプリュームの中を通過し、塩分や二酸化炭素、アンモニア、有機物が含まれることを明らかにしてきた。さらに重力データから、南極周辺の地下に広大な地下海が存在し、岩石からなるコアと接していることもわかった。

地下海が存在する天体は、木星の衛星エウロパなどこれまで複数見つかっているが、厚い氷層に阻まれて、地下海を直接調べることは困難だった。その点、エンセラダスは海水を宇宙空間に放出することで、内部の様子を直接調べる機会を与えてくれる特異な天体である。カッシーニが2005年にこのプリュームを発見して以降、エンセラダスに関する知見が増えるたびに、生命存在の期待も高まっていた。しかし、太陽光が届かない地下海に生命が利用できるエネルギーは存在するのかは疑問として残り、生命の可能性の議論も空想の域を出なかった。

欧米チームはカッシーニ探査機のデータから、プリュームとして放出される海水中に、岩石を構成する2酸化ケイ素のナノシリカ粒子が含まれていることを見つけた。日本チームは海洋研究開発機構の装置で、エンセラダス内部の環境を再現する熱水反応実験を実施し、ナノシリカ粒子が生成するためには、岩石からなるコアと地下海の海水が、現在も90℃を超える高温、pH8~10のアルカリ性で反応していることを示した。探査と実験の結果を総合して、研究グループは「エンセラダスの海底に地球の海底熱水噴出孔に似た熱水環境は広範囲に存在し、それが現在でも活発に活動している」という内部モデルを提唱した。

関根康人准教授らは「エンセラダスに液体の水、有機物、エネルギーという、生命に必須の3大要素が現在でも存在することを示した。そこには原始的な生物がいるかもしれない。35億年前の火星表面に液体の水が存在していたことは確実視されているが、現在の火星は寒冷で乾燥しており、生命を育みうる環境が存続しているか、はっきりしない。地球以外で生命を育みうる環境が現存することが実証されたのはエンセラダスが初めてで、“地球外生命の発見”に向けて飛躍した。太陽系生命探査は土星の衛星エンセラダスという新たな候補を得て、今後大きな広がりを見せるだろう」と研究の意義を指摘している。

探査機カッシーニが撮影した、エンセラダスの南極付近の割れ目から噴出するプリュームの写真
写真. 探査機カッシーニが撮影した、エンセラダスの南極付近の割れ目から噴出するプリュームの写真
(画像提供NASA/JPL)


今回明らかになったエンセラダス内部の様子。南極付近の地下に岩石コアと触れ合う広大な地下海が存在しており、海底にはおそらく広範囲に熱水環境が存在している。南極付近の割れ目から地下海に由来したプリュームが噴出している。
図. 今回明らかになったエンセラダス内部の様子。南極付近の地下に岩石コアと触れ合う広大な地下海が存在しており、海底にはおそらく広範囲に熱水環境が存在している。南極付近の割れ目から地下海に由来したプリュームが噴出している。
(画像提供NASA/JPL)

エンセラダス内部で予想される熱水環境の温度条件と熱水中に溶けているシリカ濃度の関係。黒丸(●)は実験結果(pH 8.8–9.0)を示しており、実線が実験結果に基づく理論で予測される値を示す。破線はエンセラダスの地下海の温度(0℃)でのシリカの溶解度。実線の色の違いはpHの違いを示す。この図の各pHで、実線が破線を上回る温度のとき、熱水が0℃まで冷却するとシリカの析出が起きる。実際、300℃での実験で得られた溶液を0℃に冷却すると、右下図の電子顕微鏡写真のようにナノシリカ粒子が析出した。
グラフ. エンセラダス内部で予想される熱水環境の温度条件と熱水中に溶けているシリカ濃度の関係。黒丸(●)は実験結果(pH 8.8–9.0)を示しており、実線が実験結果に基づく理論で予測される値を示す。破線はエンセラダスの地下海の温度(0℃)でのシリカの溶解度。実線の色の違いはpHの違いを示す。この図の各pHで、実線が破線を上回る温度のとき、熱水が0℃まで冷却するとシリカの析出が起きる。実際、300℃での実験で得られた溶液を0℃に冷却すると、右下図の電子顕微鏡写真のようにナノシリカ粒子が析出した。
(提供:東京大学)
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