宇宙線と生命の利き手

2023 著者: Peter Bradberry | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-21 22:35

生体分子が2つの可能な構成のうちの1つだけで来る理由についての謎は答えられたかもしれません。

科学者たちは、少なくとも1世紀の間、生命についての謎について考えてきました。多くの生体分子は、人間の手と同じように、2つの鏡像バージョンで提供されます。実際、それらは「右利き」および「左利き」として知られています。自然の化学反応により、両方のタイプの分子がほぼ同数生成されます。しかし、地球上の生命の構成要素として機能する糖とアミノ酸は片手でしかなく、タンパク質と核酸がDNAのような安定したらせん構造をとることができ、それによって生物が進化し繁栄することができます。

利き手の指定（左対右）は歴史的であり、恣意的に見えることもあります。たとえば、DNAは右利きですが、関連するアミノ酸は左利きです。ただし、重要なのは名前ではなく、2つの可能な選択肢のうちの1つが行われているという事実です。大きな問題は、「なぜ片方の利き手が発達し、もう一方の利き手が発達しなかったのか」ということです。それは偶然か偶然の問題なのか、それとも理由があったのか。

Astrophysical Journal Lettersの最近の論文で、私たちは人生の好ましい利き手につながる可能性のあるメカニズムを提案しています。それは宇宙線から始まります：電子を取り除いた原子核は、ほぼ光速で宇宙を移動し、最終的に私たちの大気に衝突し、二次粒子のカスケードを開始します。これらの粒子が初期の生物と相互作用するとき、それらは今日私たちが見る利き手を発達させました。確認されれば、これは謎を解くだけでなく、地球の向こうの生命を探す方法についてのいくつかの手がかりを私たちに与えるでしょう。

明確にするために、ホモキラリティーと弱い相互作用を結びつけるのは私たちが最初ではありません。 Vester、Ulbricht、Zel’dovich、Salamなどは、ずっと前にこのアイデアを検討していました。しかし、私たちの研究で斬新でテスト可能であると私たちが信じているのは、突然変異率に直接作用し、したがって最も単純で最も初期の生物形態の進化に直接作用する宇宙線が、浸透する普遍的な利き手に最終的に責任があるという基本的なメカニズムですそのすべての複雑さと相互依存の中で今日のすべての生活。

生物学的利き手、または知られているホモキラリティーは、1848年にルイパスツールによって発見されて以来、研究と議論の激しい分野でした。それは、弱い力と呼ばれる物理学の基本的な力の1つに対応するものがあります。同様の利き手を示すために1950年代。宇宙線、より正確には、それらが生成し、この弱い力によって生成される二次粒子のシャワーは、物理学の非対称性と生物学の非対称性の間の直接的なリンクを提供します。

宇宙線は、太陽、銀河内の爆発する星、そして遠くのブラックホールの周りで発生すると考えられています。それらは一般的に有害であると見なされています。これは、宇宙線が生体分子と相互作用すると、電子を放出またはイオン化し、原子を結合する化学結合を切断する可能性があるためです。放射線の強度が高いと、人間は病気になったり死んだりします。これが、火星への旅行や火星での生活が非常に危険である理由の1つです。非常に高い放射線レベルでは、すべての生命が破壊されます。

ただし、低レベルの電離放射線は、生体分子の突然変異を引き起こし、遺伝的変異を促進する可能性があります。これにより、生物に小さな段階的な変更を加えることができ、変化する環境で生き残るためのより良い方法を模索するのに役立ちます。これは仕事での進化です。赤ワインで一般的に主張されているように、少量が有益です！。

これはホモキラリティーと何の関係がありますか？素粒子が電荷とスピンと呼ばれる量子的特徴の両方を持っているとき、それらはN極とS極を持つ小さな磁石のように振る舞います。現在、宇宙線が大気に衝突すると、ミューオンや電子と呼ばれる帯電した回転粒子が生成され、それらは優先的に南極を前方に移動します。ミューオンと電子が生きている分子に遭遇すると、これらの配向した磁石は、右利きと左利きの生命の突然変異率にわずかな違いを引き起こす可能性があります。何世代にもわたって、おそらく数十億、さらには数兆に及ぶこのわずかな偏見は、一方の利き手を繁栄させ、もう一方の利き手を消滅させる可能性があります。この提案の新しい点は、物理的な原因（宇宙線）と生きている分子の化学的性質（らせん構造）を組み合わせて、原始的な生命の進化の仕方に影響を与えることです。

だから、これは人生の利き手について提案された説明であり、すべての科学的アイデアのように、それはテストされるべきです。 2つのアプローチがあります。 1つ目は、人生がどこでもホモキラルであるかどうかを確認することです。宇宙生物学が直面している重要な問題は、どのような環境が生活に適しているかを評価することです。生命がどのように、どこで形成されたかはわかりませんが、太陽系の他の惑星の表面または地下、氷の衛星、小惑星、さらには彗星でさえ、生命を積極的に探しています。これらの地球外環境のいくつかには、糖とアミノ酸が含まれています。それらが生命を示すことも発見された場合、それは同じ宇宙線にさらされているので、地球上の生命と同じ利き手を持っているはずです。

2番目のアプローチは、実験を実行することです。これは、生命がどのように形成されたかを理解していない場合の課題です。ただし、南向きと北向きの磁石でミューオンと電子を作成し、それらが生体分子、場合によってはウイルスや細菌と相互作用する方法に違いがあるかどうかを確認できます。キラル選択的化学における磁気偏光電子（または円偏光）の可能な役割を決定することを目的とした多数の理論的分析および実験がありましたが、キラル選択的生物学ではそうではありません。

しかし、何よりもワクワクするのは、たくさんのことが発見されたときにこれらの質問をすることができ、その答えに驚かされる準備ができていることです。