プロトセル
Lipid globule proposed as a precursor of living cells
Part of a series on
Evolutionary biology
Darwin's finches by John Gould
Processes and outcomes
Natural history
History of evolutionary theory
Fields and applications
Social implications

原細胞（または原始生物）は、生命の起源において細胞の原始的な前駆細胞として提案された、自己組織化され、内因的に秩序立った球状の脂質集合体です。[1] [2]進化における中心的な問いは、単純な原細胞がどのように最初に出現し、その子孫がどのように多様化し、時間の経過とともに新たな生物学的出現の蓄積（すなわち、生物学的進化）を可能にしたかということです。機能的な原細胞はまだ実験室環境では実現されていませんが、そのプロセスを理解するという目標は十分に達成可能と思われます。[3] [4] [5] [6]

原細胞は、無生物起源​​における前細胞であり、リボザイムなどの単純な生物学的に重要な分子から構成される封じ込められたシステムであり、単純な脂肪酸、鉱物構造、または岩石の細孔構造で構成されていると考えられている、環境や他の個体から実体を隔離する単純な膜構造にカプセル化されていました。

概要

生命の起源において、区画化は重要であった。[7]膜は外部環境から隔離された密閉区画を形成し、細胞に機能的に特化した水性空間を提供する。膜の脂質二重層はほとんどの親水性分子（水に溶解する）に対して不透過性であるため、現代の細胞は膜輸送システムを有し、栄養素の取り込みと老廃物の排出を行っている。[8]これらの分子集合体が発達する前は、原始細胞は両親媒性分子を用いて、膜輸送や自己複製などの細胞機能に関連する小胞ダイナミクスを採用していたと考えられる。原始地球では、有機化合物の数多くの化学反応によって生命の構成要素が生成されていた。[9]これらの物質のうち、両親媒性分子は分子集合体から細胞生命への進化において最初の役割を果たしたと考えられる。[10] [11]小胞ダイナミクスは、自己複製の発達と初期の代謝が相まって、原始細胞へと進化した可能性がある。[12]アルカリ性の熱水噴出孔や隕石の衝突クレーター湖のような他の地質環境では、原始的な代謝システム（ウッド・リュングダール経路）が原始細胞に存在していた可能性があり、 [13]ウッド・リュングダール経路で見つかった元素で構成されていることが知られています。[14]

原始細胞のもう一つの概念モデルは、「ケモトン」（「化学オートマトン」の略）という用語に関連しており、これはハンガリーの 理論生物学者 ティボール・ガンティによって提唱された生命の基本単位を指す。[15]これは、原始細胞の計算抽象化として知られている最古のものである。ガンティは1952年に基本的なアイデアを考案し、1971年に著書『生命の原理』（ハンガリー語で執筆され、2003年に英語に翻訳された）の中でその概念を定式化した。彼はケモトンをすべての生物の始祖、あるいは最後の普遍的共通祖先であると推測した。[16]

ケモトンモデルの基本的な仮定は、生命は根本的に、代謝、自己複製、そして二重脂質膜という3つの特性を持つべきであるというものである。[17]代謝機能と複製機能は、生命の基本機能に必要な自己触媒サブシステムを形成し、膜がこのサブシステムを囲み、周囲の環境から隔離する。したがって、このような特性を持つシステムは生命体とみなすことができ、自然選択の対象となる自己維持的な細胞情報を含むことになる。このモデルは進化単位の哲学を提供するため、生命の起源への重要な貢献であると考える人もいる。[18]

区画化の選択性

リン脂質が溶液中で形成する3つの主要な構造：リポソーム（閉じた二重層）、ミセル、二重層

自己組織化小胞は原始細胞の必須構成要素である。[19]熱力学第二法則によれば、宇宙はますます無秩序（エントロピー）化するが、生命はその高度な組織化によって特徴づけられる。したがって、生命過程と非生物を区別する境界が必要となる。[20]この根本的な必要性は、地球上のすべての生物に見られる唯一の細胞構造である細胞膜の普遍性によって支えられている。[21]

既知のすべての細胞が機能する水性環境においては、細胞を取り囲み、周囲環境から隔離するために非水性バリアが必要である。[22]この非水性膜は自由拡散に対するバリアを形成し、バリア内の内部環境の調節を可能にする。サブシステムを熱力学的に隔離する必要性は、生命活動において不可欠な条件である。[22]現代生物学では、このような隔離は通常、厚さ約10-8メートルの両親媒性二重膜によって達成される。

アイリーン・A・チェンやジャック・W・ショスタックなどの研究者は、基本的な原始細胞の単純な物理化学的性質から、ダーウィンの競争やエネルギー貯蔵の原始的な形態など、必須の細胞挙動のより単純な概念的類似物が生じ得ることを実証した。膜とカプセル化された内容物との間のこのような協調的相互作用は、複製分子から真の細胞への移行を大幅に簡素化する可能性がある。[23 ]膜分子の競争では安定した膜が有利となるため、架橋脂肪酸や今日のリン脂質の進化に選択的優位性が生じたことを示唆している。[23]このマイクロカプセル化により、膜内での代謝、小分子の交換、大きな物質の膜通過の防止が可能になった。[24]カプセル化の主な利点は、積荷の溶解性の向上と、化学勾配の形でのエネルギー生成である。したがって、エネルギーは、炭水化物（糖を含む）、脂質、タンパク質などの分子構造の形で細胞に貯蔵され、細胞呼吸中に酸素と化学的に結合[25] [26]

小胞、ミセル、膜

水溶液中でリン脂質によって自発的に形成されるミセルの模式図

リン脂質や脂肪酸のような単純な脂質を水中に置くと、分子は自発的に疎水性の尾部が水から遮断されるように配列し、二重膜、小胞、ミセルなどの膜構造を形成します。[27]現代の細胞において、小胞は代謝、輸送、浮力制御、[28]および酵素貯蔵に関与しています。また、天然の化学反応室としても機能します。水溶液中の典型的な小胞またはミセルは、親水性の「頭部」領域が周囲の溶媒と接触し、疎水性の単尾部領域がミセル中心に隔離された凝集体を形成します。この相は、二重膜における単尾部脂質のパッキング挙動によって引き起こされます。自然界で脂質単層小胞やミセルを形成する自発的な自己組織化プロセスは、進化の初期に存在した可能性のある原始小胞や原始細胞に似ていますが、今日の生物の二重膜ほど洗練されていません。 [29]しかし、生命誕生以前の文脈では、7アミノ酸以下の短い正電荷の疎水性ペプチドによって誘発される静電相互作用により、RNAを小胞膜（基本的な細胞膜）に付着させることができます。[30] [31]

初期の膜はリン脂質ではなく、単純な脂肪酸の単層または二重層から形成されていた可能性があり、これはプレバイオティクス環境でより容易に形成された可能性があります。[32]脂肪酸は、様々なプレバイオティクス条件下で実験室で合成されており、隕石からも発見されているため、自然界でも自然に合成されたことが示唆されています。[33] オレイン酸小胞は膜原始細胞の優れたモデルです。[34]

Cohen et al. (2022) は、初期の原始細胞膜の発達につながったと考えられる脂肪酸のプレバイオティック生成が、おそらく衝突クレーター由来の金属に富む鉱物表面に濃縮され、プレバイオティック環境脂質質量を 10 2倍に増加させていると示唆している。[13]彼らは冥王代における脂肪酸の 3 つの異なる合成経路の可能性を評価し、これらの金属表面から 10 11 - 10 15 kg の 6-18 炭素脂肪酸が生成できることを発見した。これらの生成物のうち、8-18C 脂肪酸は膜形成に適合している。彼らはまた、アルコールなどの代替両親媒性物質が脂肪酸と共合成され、膜安定性の向上に役立つ可能性があると提案している。しかし、この生成にもかかわらず、著者らは、地球の水環境が大幅に蒸発しない限り、正味の脂肪酸合成では自発的な膜形成に十分な濃度は得られないと述べている。

膜輸送

細孔の縁における脂質の2つの可能な立体配座を示す模式図。上の画像では脂質が再配置されていないため、細孔壁は疎水性です。下の画像では脂質の頭部の一部が曲がっているため、細孔壁は親水性です

細胞生物にとって、特定の分子を区画化された膜障壁を越えて輸送することは、環境や他の個体と内容物を交換するために不可欠です。例えば、個体間の内容物交換は、個体間の遺伝子交換（水平遺伝子伝播）を可能にし、これは細胞生命の進化において重要な要素です。[35]現代の細胞は複雑なタンパク質機構を用いてこれらの重要なプロセスを触媒することができますが、原始細胞はより単純なメカニズムを用いてこれを達成していたに違いありません。

脂肪酸からなる原始細胞[36]は、小分子やイオンを環境と容易に交換できたと考えられる。 [37]現代のリン脂質二重層細胞膜は膜透過性が低いが、複雑な分子集合体を含んでおり、これらが関連分子を非常に特異的に能動的および受動的に膜透過する。これらの複雑な集合体がなければ、単純な脂肪酸をベースとする原始細胞膜はより透過性が高く、膜を介した非特異的輸送がより多く可能になると考えられる。[7]原始細胞膜を透過性の高い分子としては、ヌクレオシド一リン酸（NMP）、ヌクレオシド二リン酸（NDP）、ヌクレオシド三リン酸（NTP）などが挙げられ、ミリモル濃度のMg 2+にも耐えられる可能性がある。[38]この受動膜輸送には 浸透圧も重要な役割を果たし得る。[37]

環境効果によって、 DNAやRNAなどの大きな分子が原始細胞の膜を透過して輸送できる条件が引き起こされることが示唆されている。例えば、落雷による電気穿孔現象がそのような輸送を可能にするのではないかと提案されている。 [39]電気穿孔現象とは、膜全体に人工的に大きな電界を印加することで誘発される二重膜透過性の急激な増加である。電気穿孔現象の際、膜内の脂質分子の位置がシフトし、細孔（穴）が開く。この細孔は導電経路として機能し、核酸などの疎水性分子が脂質二重膜を通過できるようになる。[40]原始細胞間および周囲の溶液との間で同様の内容物の移動は、凍結とそれに続く融解によって引き起こされる可能性がある。これは、例えば、昼夜サイクルによって繰り返し凍結が起こる環境で起こり得る。実験室実験では、このような条件では原始細胞集団間で遺伝情報の交換が可能になることが示されている。[41]これは、膜が相転移温度よりわずかに低い温度で高い透過性を示すという事実によって説明できる。凍結融解サイクル中にこの点に達すると、大きくて高電荷の分子でも一時的に原始細胞膜を通過できるようになります。

一部の分子や粒子は大きすぎたり親水性が強すぎたりして、このような条件下でも脂質二重層を通過できないが、小胞の融合や出芽によって膜を透過することができる。[42]この現象は凍結融解サイクルでも観察されている。[43]このことが、最終的に分子を原始細胞内部へ移動させる（エンドサイトーシス）か、その内容物を細胞外空間へ放出する（エキソサイトーシス）メカニズムにつながったと考えられる。[42]

適切なプレバイオティクス環境

参照： アビオジェネシス：適切な地質環境、RNAワールド：プレバイオティクスRNA合成

水熱システム

この流動的な脂質二重層の断面は、すべてホスファチジルコリンで構成されています

生命は深海の熱水噴出孔で誕生したという説もあるが、2012年の研究では、温泉が生命の起源に理想的な条件を備えていることが示唆されている。[44]この結論は主に現代細胞の化学的性質に基づいており、現代細胞の細胞質にはカリウム、亜鉛、マンガン、リン酸イオンが豊富に含まれるが、海洋環境では広く見られない。研究者らは、このような条件は、高温の熱水がこれらのイオンを地表に噴出させる場所、つまり間欠泉、泥水溜まり、噴気孔などの地熱地帯でのみ見られると主張している。これらの噴気孔や泡立ちのある盆地では、亜鉛イオンやマンガンイオンを多く含む水が浅い水たまりに集まり、冷却されて凝縮した可能性がある。[44]しかし、最近、海水よりもナトリウムイオン濃度が低いアルカリ性熱水噴出孔が発見されたことから、海洋環境では高濃度のカリウムが存在する可能性が示唆されている。[45]

1990年代の研究では、モンモリロナイト粘土が最大50ヌクレオチドのRNA鎖を自発的に結合させ、単一のRNA分子を形成するのに役立つことが示されました。[46]その後、2002年には、モンモリロナイトを脂肪酸ミセル（脂質球）の溶液に加えることで、粘土が小胞形成速度を100倍に加速することが発見されました。[46]

一部の鉱物は、水素と一酸化炭素ガス（熱水噴出孔や間欠泉から放出されたと考えられる）から脂肪酸の炭化水素末端を段階的に形成する触媒作用を持つ。様々な長さの脂肪酸が最終的に周囲の水に放出されるが[47]、小胞形成にはより高濃度の脂肪酸が必要であるため、原始細胞の形成は、間欠泉、泥水ポット、噴気孔、その他の地熱地帯など、水が蒸発して溶質が濃縮される陸上の熱水淡水環境で始まったと考えられている[46] [48] [49] 。

2019年、ニック・レーンらは、pH6.5～12、温度70℃の海水条件下で、脂質混合物が存在する状態で容易に小胞が形成されることを明らかにした。これはアルカリ性熱水噴出孔の条件を模倣したものである[50]。しかし、そのような脂質混合物のプレバイオティクス源は、これらの環境下では不明である。海水中の単純な両親媒性化合物は、高濃度のイオン性溶質のために小胞を形成しない。研究により、塩イオンやマグネシウムイオンが存在する場合でも、プレバイオティクスアミノ酸によって小胞が結合し、安定化されることが示されている[51] 。

温泉環境では、イオン性溶質の濃度が低い小胞の自己組織化が起こります。[52]科学者たちは、実験室でアルカリ性熱水噴出孔環境下でRNAをオリゴマー化しました。オリゴマー化RNAの長さは4単位と推定されましたが、これはRNAポリマーがそのような環境で合成された可能性を示唆しています。[53]温泉での実験的研究では、実験室よりも高い収量のRNA類似ポリマーが得られました。これらのポリマーは再水和すると脂肪酸小胞に包み込まれ、温泉起源説をさらに裏付けています。[54]これらの湿潤-乾燥サイクルは、小胞の安定性と結合も改善しました。[51]紫外線照射は、ヌクレオチドのような安定した生体分子の合成を促進することも示されています。[55] [56]

化学浸透の起源において、初期の細胞がアルカリ性熱水噴出孔で発生したとすれば、岩石空洞内に無機膜構造が存在する間、酸性海水とホワイトスモーカーからのアルカリ性水によってプロトン勾配が維持される可能性がある。[57] [51]初期の細胞が温泉などの陸上のプールで発生したとすれば、マーチソン隕石のような隕石中に存在するキノンは、電子受容体であるフェリシアン化物が小胞内に存在し、硫黄化合物のような電子供与体が脂質膜の外側に存在する場合、共役酸化還元反応によってプロトン勾配の発達を促進するだろう。[52] [58]「水問題」のため、陸上のプールとは異なり、熱水噴出孔では湿潤-乾燥サイクルが存在しないため、原始的なATP合成酵素やその他の生体分子は加水分解を受けるだろう。[52]他の研究者は、深海熱水噴出孔に存在する鉱物ゲルで覆われた熱水細孔系が膜状構造の代替区画として機能し、生体高分子の生化学反応を促進し、「水問題」を解決できる可能性があると提唱している。[59] [57]デイビッド・ディーマーとブルース・デイマーは、生体分子は重合時にこれらの細孔系内に閉じ込められ、組み合わせ選択を受けないと主張している。[52]アルカリ性熱水噴出孔における触媒的なFeSおよびNiS壁も重合を促進した可能性が示唆されている。[60]

しかし、ジャクソン（2016）は、アルカリ性の熱水噴出孔と酸性の冥王代海水との間のpH勾配が前生命的合成にどのように影響するかを評価している。[61]この評価からは主に3つの批判が浮かび上がる。第一に、乱流pH勾配の間に適切に配置された膜の維持と安定性は信じ難いと思われる。彼らは、CaCO 3とMg(OH) 2の沈殿物が地下の空隙における流体の混合と相互作用するという仮説は、満足のいく環境を作り出さないと主張する。第二に、彼らは、熱水系で利用可能な重要なエネルギー勾配を利用するために必要な分子集合体は、生命の起源に関連するには複雑すぎたと示唆する。最後に、彼らは、たとえ分子集合体が利用可能な熱水エネルギーを収穫できたとしても、それらの集合体は、熱水噴出孔仮説の支持者が受け入れている提案された膜の厚さ内で機能するには大きすぎたであろうと主張する。 2017年、ジャクソンはさらに別の立場を取り、たとえアルカリ性熱水孔で生物が自然のpH勾配をエネルギー源としてうまく発生しても、それが独自に進化してきた噴出孔環境から出現した後の環境の劇的な変化には耐えられないだろうと示唆している。[62]しかし、この出現は生命のニッチ分化に不可欠であり、生息地とエネルギー戦略の多様化を可能にする。これらの議論に対する反論では、アルカリ性熱水孔における生化学的経路と地球化学的システムの密接な類似性がこの仮説に根拠を与え、これらの原始細胞の選択によって環境変化への耐性が向上し、出現と分布が可能になるという主張がなされている。[63]

他の研究者たちは、紫外線、硫化亜鉛の光触媒作用、そして継続的な乾湿循環にさらされた火山性熱水池で誕生した生命は、現代の生化学とは似ても似つかないと考えている。[64] [65] [66] ATP合成は、水分活性が高くイオン濃度が低い場合に最大限に起こることが示されている。しかしながら、一部の浅い熱水噴出孔からは淡水が噴出しており、冥王代海洋の二価陽イオン濃度は現代の海洋よりも低かった可能性が高いことから、熱水噴出孔は依然として存在可能な環境と考えられている。ニック・レーンと共著者らは、「アルカリ性熱水系はCa 2+イオンとMg 2+イオンをアラゴナイトとブルーサイトとして沈殿させる傾向があるため、その濃度は通常、海洋平均値よりもはるかに低い」と述べている。冥王代系に関するモデリング研究によると、熱水におけるCa 2+とMg 2+の濃度はおそらく1 mM未満であり、ここでリン酸化を促進する範囲内にあった。ここで検討されている他の条件、例えば塩分濃度や高圧などは、海底熱水系（通常100～300バールの圧力）におけるATP合成に限られた影響しか及ぼさないだろう。アルカリ性熱水系は、ADPリン酸化のためにその場でFe 3+を生成した可能性もある。熱力学モデリングによると、海底系においてアルカリ性熱水流体と海水が混合すると、第一鉄と第二鉄の間の連続循環が促進され、可溶性の含水塩化第二鉄が形成される可能性があり、我々の実験では、これが塩化第二鉄と同様の効果を持つことが示されている。硫酸鉄（III）"。[67]

モンモリロナイトの泡

別のグループは、原始的な細胞が無機粘土の微小区画内で形成された可能性があると示唆しています。この区画は、複雑な有機分子の合成と区画化に理想的な容器となる可能性があります。 [68]粘土で覆われた泡は、水中の気泡の外表面にモンモリロナイト粘土の粒子が集まることで自然に形成されます。これにより、環境中で容易に入手できる物質から半透性小胞が形成されます。著者らは、モンモリロナイトは化学触媒として機能し、脂質が膜を形成し、単一のヌクレオチドがRNA鎖に結合することを促進することが知られていると述べています。粘土の泡が破裂し、脂質膜に結合した生成物が周囲の媒体に放出されると、原始的な生殖が起こったと考えられます。[68]

膜のない液滴

原始細胞の形成につながる可能性のある原始的な区画を形成するもう一つの方法は、生化学物質（タンパク質やRNA）を収容したり、周囲の脂質集合体の足場となる能力を持つポリエステルの膜のない構造である。[69] [70]これらの液滴は遺伝物質に対して漏れやすいが、この漏れやすさがプロゲノート仮説を促進した可能性がある。[71]

コアセルベート

研究者たちは、コアセルベートと呼ばれる水性相分離液滴への初期のカプセル化も提案しています。これらの液滴は高分子の蓄積によって駆動され、より希薄な液体媒体内に明確な濃密相の液滴を生成します。[7]これらの液滴は、媒体内のせん断力と乱流によって内部組成を保持したまま伝播することができ、初期の原始細胞のカプセル化を複製する手段として機能した可能性があります。しかし、複製は非常に無秩序であり、液滴の融合が一般的であるため、コアセルベートが競争と初期のダーウィン淘汰につながる明確な区画化の真の可能性に疑問が投げかけられています。[要出典]

有性生殖

アイゲンら [ 72]とウォーズ[73]は、初期の原始細胞のゲノムは一本鎖RNAで構成されており、個々の遺伝子は現在のDNAゲノムのように端から端まで連結されているのではなく、別々のRNAセグメントに対応していたと提唱しました。一倍体（各RNA遺伝子のコピーが1つ）の原始細胞は、RNAセグメントの1つの損傷が原始細胞にとって潜在的に致命的となるため（例えば、複製を阻害したり、必須遺伝子の機能を阻害したりすることによって）、損傷を受けやすいと考えられます

損傷に対する脆弱性は、各原始細胞において各RNAセグメントのコピーを2つ以上維持すること、すなわち二倍体または倍数性を維持することで低減できる可能性がある。ゲノム冗長性により、損傷したRNAセグメントをその相同遺伝子の追加複製で置き換えることが可能になる。このような単純な生物にとって、遺伝物質に結び付けられる利用可能な資源の割合は、総資源予算の大きな部分を占めるだろう。資源が限られた条件下では、原始細胞の生殖率は倍数性の数と反比例する可能性があり、原始細胞の適応度は冗長性のコストによって低下する。したがって、冗長性のコストを最小限に抑えながら損傷したRNA遺伝子に対処することは、初期の原始細胞にとって根本的な問題であったと考えられる。

冗長性を維持するためのコストとゲノム損傷のコストを比較する費用便益分析が行われた。[74]この分析の結果、さまざまな状況下では、各原始細胞は半数体であるが、定期的に他の半数体の原始細胞と融合して一時的な二倍体を形成する戦略が選択されるという結論に至った。半数体の状態を維持することで成長率が最大化される。定期的な融合により、致命的な損傷を受けた原始細胞が相互に再活性化される。一時的な二倍体中に各RNA遺伝子の損傷のないコピーが少なくとも1つ存在すれば、生存可能な子孫を形成できる。生存可能な娘細胞を1つではなく2つ生成するには、融合した原始細胞の分裂前に損傷を受けたRNA遺伝子と相同な、完全なRNA遺伝子の追加複製が必要となる。一時的な二倍体状態への融合とそれに続く分裂を伴う半数体生殖のサイクルは、最も原始的な形態の性サイクルであると考えることができる。[74] [75]この性サイクルがなければ、必須RNA遺伝子に損傷のある半数体原始細胞は単に死滅する。

この早期性周期モデルは仮説的なものですが、既知の最も単純な生物の一つである分節RNAウイルスの既知の性行動と非常に類似しています。インフルエンザウイルスは、ゲノムが物理的に分離された8つの一本鎖RNAセグメントで構成されており[76] 、この種のウイルスの一例です。分節RNAウイルスでは、宿主細胞が少なくとも2つのウイルス粒子に感染すると「交配」が起こります。これらのウイルスがそれぞれ致死的な損傷を受けたRNAセグメントを持っている場合、感染細胞内に各ウイルス遺伝子の少なくとも1つの損傷のないコピーが存在する限り、多重感染は再活性化につながる可能性があります。この現象は「多重性再活性化」として知られています。インフルエンザウイルス感染において、紫外線照射[77]や電離放射線[78]によるRNA損傷の誘導後に多重性再活性化が起こることが報告されています。

人工モデル

ラングミュア・ブロジェット沈着

固体表面に分子を沈着させるために一般的に用いられるラングミュア・ブロジェット沈着法を用いて、科学者は任意の複雑さのリン脂質膜を層ごとに組み立てることができます。[79] [80]これらの人工リン脂質膜は、精製された膜タンパク質とin situで発現された膜タンパク質の両方の機能的な挿入をサポートします。[80]この技術は、宇宙生物学者が最初の生細胞がどのように起源を解明するのに役立つ可能性があります。[79]

ジーワヌ原細胞

空気と水の界面に配列した界面活性剤分子

ジーワヌ原細胞は、細胞のような構造を持ち、機能的な生命特性を持つと思われる合成化学粒子です。[81] 1963年に単純な鉱物と基本的な有機物から太陽光にさらされて初めて合成されましたが、代謝能力、半透膜、アミノ酸、リン脂質、炭水化物、RNAのような分子が存在すると報告されています。[81] [82]ジーワヌの性質と特性はまだ明らかにされていません。[81] [82] [83]

同様の合成実験では、水、メタノール、アンモニア、一酸化炭素の凍結混合物に紫外線（UV）を照射した。この組み合わせから大量の有機物質が生成し、水に浸すと自己組織化して球状または小胞を形成した。[84]調査を行った科学者は、これらの球状物質が、生命の化学的性質を包み込んで濃縮し、内部を外界から隔てる細胞膜に似ていると考えた。球状物質の大きさは10～40マイクロメートル（0.00039～0.00157インチ）で、赤血球とほぼ同じ大きさだった。驚くべきことに、球状物質はUV光に照射されると蛍光を発した。このようにUVを吸収して可視光に変換することは、原始的な細胞にエネルギーを供給する方法の1つと考えられていた。このような球状物質が生命の起源に役割を果たしていたとすれば、この蛍光は原始的な光合成の前兆であった可能性がある。このような蛍光は日焼け止めとしての役割も果たし、紫外線によるダメージを拡散させるという利点もあります。太陽の最も有害な紫外線を遮断するオゾン層は、光合成生物が酸素を生成し始めるまで形成されなかったため、このような保護機能は初期の地球上の生命にとって不可欠であったと考えられます。[85]

生物類似構造

3種類の「ジーワヌ」の合成が報告されています。そのうち2種類は有機物で、もう1種類は無機物です。他にも同様の無機構造が生成しています。調査を行った科学者（VO・カリネンコ）は、これらを「生物類似構造」および「人工細胞」と呼んでいます。蒸留水中（および寒天ゲル上）で電界の影響下で形成されるこれらの構造は、タンパク質、アミノ酸、プリン塩基またはピリミジン塩基、および特定の酵素活性を欠いています。NASAの研究者によると、「現在知られている生物学および生化学の科学的原理では、生きた無機単位を説明できない」ため、「これらの生きた単位の存在は証明されていない」とのことです。[86]

類似研究：燃料電池

2014年3月、NASAジェット推進研究所は、生命の起源を研究する独自の方法、すなわち燃料電池を実証しました。[87]燃料電池は、電子が分子間でやり取りされるという点で生物細胞に似ています。どちらの場合も、その結果として電気と電力が生成されます。燃料電池の研究は、原始細胞の発達において重要な要因となったのは、地球が海底で電気エネルギーを供給していたことだったことを示唆しています。「このエネルギーは生命の誕生を促し、誕生後も生命を維持した可能性があります。今、私たちは地球だけでなく、火星、エウロパ、そして太陽系の他の場所でも生命の誕生を助けた可能性のある様々な物質や環境をテストする方法を手に入れました。」[87]

倫理、論争、研究上の考慮事項

原始細胞の研究は、「人工生命」の曖昧な定義に対する批判を含め、論争と反対意見を生み出してきた。[88]生命の基本単位の創造は最も差し迫った倫理的懸念事項であるが、原始細胞に関する最も広範な懸念は、制御不能な複製によって人間の健康と環境に潜在的な脅威をもたらすことである。[89]

さらに、地球上の生命の原細胞起源の条件に関する仮説は依然として議論の的となっている。この分野の科学者たちは、異なる原細胞形態、地質条件、そして合成スキームの生命誕生前の可能性をより具体的に限定するために、理論的な推測よりも仮説に基づく更なる実験の重要性を強調している。[90]

参照

参考文献

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