186

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

「フロンティアセミナー・テキスト」

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査
第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査
山岸 明彦1

2023年6月7日受領，査読を経て2023年7月20日受理（要旨）1930 年代から大気圏での微生物採集実験が行われて，胞子を形成するBacillus 属とカビ，紫外線耐性菌が採集されている．100 年以上前にパンスペルミア仮説が提唱された．パンスペルミア仮説と，宇宙由来の有機化合物が地球に飛来した可能性の検討を，地球低軌道での微生物・有機化合物実験（たん（0. 5 mm 厚）は紫外線が当た
ぽぽ計画）で行った．紫外線耐性菌Deinococcus radiodura ns の細胞塊
る宇宙空間で3 年間生存した．この紫外線耐性菌の生存率の年変化から，紫外線があたる環境で2〜8 年間，紫外線があたらない環境では48 年間この紫外線耐性菌が生存可能であると推定された．シアノバクテ
リアの3 年間の宇宙生存と，有機化合物の宇宙環境での安定性，超高速衝突痕が分析された．火星探査の結果から，火星表面に生命増殖環境がある可能性がでてきている．生命探査では，高解像度の顕微撮像と，擬陽性を許容しつつも検出漏れのない方法による探査が重要である．また見つかった生物の候補
微粒子が，非生物か地球生物か地球外生物かを，アミノ酸種とDNAの分析で識別するフローチャートが提案されている．惑星保護に関してもふれる．

1. はじめに本稿は，2019 年2月18日〜19日北海道大学で開催された惑 星科 学フロンティアセミナー2018「 生命の起源：地球 上の生き物はどこでどのように誕 生したか」の聴講ノートを元に，加筆修正した．聴講ノートを作成した，千葉 紗登子氏，オン 碧氏に感謝する．

本稿の記載分野は極めて広いが，周辺分野に関しては概略記載で済まし，関連する総説を紹介するようにした．ただし，重要な文献に関しては書誌情報をのせた．

2. 地球大気圏の微生物

本稿は，三回に分けて連載された．第一回は地球

今日，太陽系の惑星や氷衛星，太陽系外の惑星に残されている生命の痕跡と，地球化学や宇宙科学に生命がいるかどうかが大きな研究課題となっていから明らかになりつつある有機化合物の起源を解説

る．地球から宇宙への接続点という意味で，大気圏した [ 1]．第二回は生命 科学からわかる生命の起源

での微生物調査が1930年代から行われてきた（表1）と進化について解説した．特にR NAワールドや遺伝[ 3]．本節では地球大気圏での微生物採集実験に関子からわかる生命の進化，ダーウィン進化や生命のして解説する．

定義，地球外生命に想定しうる性質等に関して解説した[2]．第三回は地球大気圏での微生物採集，地
球低軌道での微生物・有機化合物実験，火星での生命探査について解説する．
1.東京薬科大学，生命科学部，応用生命科学科
yamagish@toyaku.ac.jp

2.1

大気圏微生物採集実験

地球上の微生物は大気圏のどのくらいの高さまでいるのか．それを調べるために，大気圏での微生物
採 取実 験が行われた．その実 験は古くは1930 年代
から今世紀にいたるまで，航空機，大気球，ロケッ宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸187

表 1．大気圏における微生物採集実験結果[3].
表1：大気圏における微生物採集実験結果[3].
References

MissionSampling method

Altitude Microbial collection (cultivated bacteria and fungi)(km)

Rogers andBalloonMeier, 1936
BalloonGreene et al.,BalloonSampled air Sampled air DensityATP

DensitySTP

volume ATP(microorganisms

volume STP
3(microorganisms

number

3

3

(m )

(m )

10

66

8.45

0.152

per m3)
1.18

14

56.6

0.182

0.247

76.92

per m )

38-41

Bacillus sp., Macrosporium sp., Rhizopus sp., Penicillium sp.
and Aspergillus sp.
Penicilllium sp.

Drawing large volumes of air by a

3-9

(Predominant isolates) Micrococci and spore-forming rods,

847

2095

1070

0.404

0.79

fan through polyurethan foam filter

9-18

Aspergillus sp., Alternaria sp., Penicillium sp. and
Cladosporium sp.

678

8014

1522

0.085

0.45

304

14611

665

0.021

0.46

a

Sterile cylindrical sampling device

11-21

decending by parachute

Soffen, 1963

Total
colonyDrawing air through filter papers bya motor blower

1964; Bruch,
1967

18-27
Air pass through gelatin foam filter

0.69(Predominant isolates) Bacilli, Micrococci, Aspergillus sp.,

not given

not given

not given

128

144a

in sampling probe in front of

1.6

Alternaria sp. and Hormodendron sp.

not given

not given

not given

48a

59a

bombardier's compartment

3.1

not given

not given

not given

26a

37a

Imshenetuky et Rocket

Sterile medium exposed on the

48-77

31

unknown

unknown

unknown

unknownal., 1975

forepart of the rocket during

Mycobacterium sp., Micrococcus sp., Circinella sp.,
Aspergillus sp., Papulaspora sp. and Penicillium sp.

0.8-12

Deinococcus sp., Streptomyces sp., Bacillus sp. andPaenibacillus sp., and unidentified fungi
Bacillus sp., Staphylococcus sp., Engyotontium sp.

8

5.51

2.69

1.45

2.97

7

6.69

0.017

1.05

406.98

Bacillus sp., Penicillium sp., Micrococcaceae andMicrobacteriaceae, Staphylococcus and Brevibacterium
Bacillus sp., Paenaebacillus sp.

592

unknown

unknown

unknown

unknown

4

9

0.35

0.44

11.45

Fulton, 1966

AircraftascentYang et al.,Aircraft2008a
Wainwright etal., 2003
Griffin, 2003

Cryosampler comprised of sterile

41cylindrical probes
Aircraft2004
Yang et al.,Drawing air through membranefilters by pumps

BalloonSterile impacter plates exposed on20

the underside of aircraft
Balloon2008b

Drawing air through membrane

12-35

filters by pumps

Note.
Approximate
meandensityvalues.
ATP: andambient
and pressure.
STP:
standard
1 atm). temperature andNote. a: a:
Appropriate
mean density
values.
ATP: ambient
temperaturepressure.temperature
STP: standard temperatureand pressure(0 oC andpressure (0 ℃ and 1 atm).

トを用いて，高度は最高 77 k mまでで実施された[ 3]rad iodu ra ns と同程度，あるいは，より強い紫外線（表 1）．捕集方法は様々であるが，大別すると二通耐性をもつことが示された[4]（図1）．

りである．一つは吸引ポンプを用いて大気を吸い込

大気圏で採取された微生物の多くは，胞子を形成

んで，大気中微粒子をフィルターでろ過して捕集する（カビのすることのできる細菌 Baci l lus 属と真菌類

方法．もう一つは高速で衝突する微粒子を捕集板に仲間）であった(表 1)．一方，以前に行われた採集実

衝突させて捕集する，インパクターと呼ばれる方法で

験では，胞子を形成しないM icrococcus 属の細菌ある[ 3]．何れの方法でも，試料を固体培地で培養しが何回か採集されている．Ya ngらはDei nococcusて，微生物はコロニーとして検出された．培養法によ属 を 採 集 して い る が，Dei nococcus 属 は 古くはる微生物検出では，その時に用いた培地で増殖する

M icrococcus 属に分 類されていた．
Dei nococcus

微生物のみが検出される．したがって実際の微生物

属は胞子を形成しないが，高い乾燥，放射線，紫外

密度は，培養法で得られた微生物密度よりも高い可線耐性をもっている．したがって，かつて採集された能性がある．

M icrococcus 属の株は，Dei nococcus 属であった

Ya ngら に よって 成 層 圏 最 下 部 で 行 わ れ た 航可能性がある[4]．

空 機 を用 いた 微 生 物 採 集 によって，5 株 の 微 生

なおここで細菌と古細菌は核を持たない原核生物

物 が 採 取 され た．そ れ ら の 微 生 物 の うち の2 株である．一方，真菌はカビの仲間とキノコの仲間を含

は，Dei nococcus 属 の 新 種 である事がわか った．

み，核をもつ真核生物で，分類学上は原核生物と大Dei nococcus 属にはDei nococcus rad iodu ra ns

きく異なる[2]．微生物は，細菌と古細菌それに真菌とい う 種 が 含 ま れて い る．
D. rad iodu ra ns は 放（キノコの仲間を除く）をまとめて呼ぶ場合に用いら

射 線 や 紫 外 線 に 対 する大 変 強い 耐 性を持 つことれる．微 生物には単細胞真 核藻類や単細胞原生生で 有 名 な 種 で あ る．な お，D. は Dei nococcus の物も含まれるが，これらは本稿には登場しない．

略で， 学 名 の属 名 部 分 は 初 出 の 後 は 略 記 する．

Ya ngらによって大気球を用いた微生物採集実験

Dei nococcus 属の新種 2 株を，それぞれD. aer iusも行われた[ 5]．採集された微 生物の遺伝子を解 析

および D. aet her ius と命 名した．これ らの 株 は，したところ，同種あるいは近縁の微生物がアメリカ

これまで 紫外 線 耐 性が強いことで知られているD.

やインドの上空でも採集されていることが明らかに

188

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図1：航空機で採集された種を含むDeinococcus 属に属する種の紫外線耐性[4]．○：D. radiodurans ，□：D. aetherius ，△：D.
aerius ．

なった．遠く離れた場所で，同種あるいは近縁の微生物が採集されたことから，これらの微生物が大気圏で選択的に生存しているか，あるいは大気圏を移動している可能性がある[ 5]．
これらの微 生物採集実 験では，異なった採集装
置，採集方法，培養方法が用いられているので，互いに比較するのは無理も大きい．しかし，あえてその微生物密度を採集高度あるいは採集高度範囲に対して図示すると，図2のようになる．微生物密度は大局的には高度に依存して低下している[ 3]．
大気圏の下部，対流圏では微粒子が対流によって

図2：大気圏での微生物密度の高度依存性[3]．A．気体量を現場体積で図示した場合．B． 気体量を標準状態 (0 oC 1気圧）
で図示した場合．採集高度に範囲がある場合は高度範囲を示す線で図示している．

移動している．一方，地上の微粒子がどのように成層

よって高度 77 k mまでの大気から，胞子形成微生物

圏以上に到達するかという機 構は明らかではない．

や紫外 線 耐 性菌が 捕集されてきた．微 生物 密度は提案されている機構として，大きな火山噴火，隕石

高度が上がるにつれて低下する傾向が見られた．上衝突がある．また人 工的な微 粒子移動媒体として，空へ微生物を含む微粒子が上昇する機構として，隕

航空機やロケット，大気球などに付着して移動した

石衝突，火山の大規模噴火があるが，航空機や大気可能性がある．さらに，近年，成層圏・中間圏・下部

球，ロケット等により人工的に移動する可能性もある．

熱圏など大気圏上空での放電現 象が多数観測されさらに最近発見された大気圏上空でのエルブスやブている．それらは，エルブスやブルージェット，スプラ

ルージェット，スプライトなどと呼ばれている放電現象

イトなどと呼ばれている放電現 象である．粒子が電で，電荷を帯びた粒子が加速される可能性もある．

荷を帯びていた場合，放電現象をおこしている電場によって加速されて粒子が移動する可能性も考えられる[6]．

2. 2

大気圏微生物採集実験のまとめ

1930 年代より航空機，大気球，ロケットを用いて，

3. 地球低軌道での微生物・有機化合物実験
3.1

背景と概略

大気をフィルター濾過する方法とインパクターによる

前節で解説したように，高度数十k mまでの大気微 生物 採集 実 験 が 行われてきた．これらの実 験に圏中での，微生物採集実験結果が報告されている．

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

189

さらに高い高度まで微生物が到達する可能性はない

露実験を行ってきた．これらの宇宙環境曝露実験でだろうか．古くは 二十 世 紀 初頭アレニウス（Sva nteは極めて広範な生物種の曝露が行なわれ，生物生存Aug ust A r rhen ius）によって，パンスペルミアといや細胞に与える宇宙環境の影響が検討されてきた．

う仮説が提唱された[ 7]．パンは「汎」と同義であまね

その結果，微 生物は紫外線が当たる環境では死くという意味，スペルミアは胞子を意味しており，パ滅するが，紫外線から遮蔽されると長期間生存可能

ンスペルミアは惑星間空間にあまねく胞子が 存在しであるという実験 結果が得られた．そこから，微生ているという意味である．アレニウスは胞子が太 陽

物が岩石中で 紫外 線から保護されて移動したので

風によって惑星間を移動する可能性を提案した．

はないかという，リソパンスペルミア説が提唱された

パンスペルミア説が生命の起源に対する答えを与[8]．リソは岩を意味している．一方我々は，微生物がえない，という批判は妥当である．パンスペルミア説

塊，バイオフィルム（微生物が固相表面に形成する細は，どこかの惑星で誕生した生命が惑星間を移動可胞の集合体），で存在すれば，紫外線が当たる環境で能なのではないか，という仮説として理解すべきでも長期間生存できるのではないかと考え，マサパンス

ある．ただし，もしどこかで誕生した生命が惑星間

ペルミア説を提案した．マサは塊を意味している[9]．

を移動可能であるならば，生命の起源や進化に関して，それを考慮して検討する必要がでてくる．例えば

3. 2

たんぽぽ計画の科学目標

もしパンスペルミアが可能であれば，火星で誕生したんぽぽ 計画では，生命の惑星間移動仮説であた生物が地球に移動して地球 生物の祖先になったる「パンスペルミア仮説 」の検証と化学進化の検証をのかもしれない．あるいは仮に火星生物が発見され行った[6,10]．化学進化とは，生命の起源以前におけたとして，それらは地球から移動した生物の子孫かる有機化合物合成と蓄積に関する研究分野である．

もしれない．

生命が 誕生する前に宇宙由来の有機 化合物が地表

惑星間での微 生物の移動を考える上では，惑星に蓄積した可能性がある．しかし，地球に到達するからの生物の離脱と移動，移動する間の微生物の生隕石の量はそれほど多くなく，どのような方法で，宇存，微 生物が次の惑星へ着陸して増殖する過程が，宙由来有機 化合物が地表に到着したかは不明であそれぞれ別々に検討されている[6]．これまで，欧州

る．一方，現在でも1 m m以下の微小隕石は年間数のグループを中心に，惑星間を移動する際に微生物万トン地上に到達している．微小隕石中にもアミノ酸が生存可能かということを試す実験が，主に地球低等の有機化合物が含まれている可能性があり，それ軌道（国際宇宙ステーションが周回する400 k m 上

を確認するのが，たんぽぽ 計画のもう一つの目標で空）で行われてきた[8]．微生物の宇宙空間での生存ある[ 10]．その他，宇宙開発利用の発展に繋がる先

は，真空，電離放射線，紫外線，温度等の環境因端的技術開発も含めて，以下の6つの項目を宇宙実子により影 響を受けることが予想される．これらの

験の目標とした [ 10]．それらは，1) 大気圏外での微個々の環 境因子の影 響は地 上での実 験によって調

生物密度上限の推定，2) 微生物の大気圏外生存実べることができるが [ 9]，その環境因子の正確な模擬験，3) 有機化合物の変性実験，4) 微小隕石の採集は困難であり，またこれらの環境因子が総合的に作とその分析，5) 高性能エアロゲルの実証，6) 微小デ用している可能性もある．そこで，これらの環境因子

ブリフラックス量の評価，である．

の総合的影響を調べる為に宇宙での曝露実験が行われている[8]．

これらの課題を達成するために，「有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）」通

これまでに実施された宇宙環境での微 生物曝露

称たんぽぽ 計画が国際宇宙ステーション日本 実 験実験に関しては，C ot t i n ら( 2017) [8] が 1965 年以

棟･船外 曝露部で実施された[ 11]．たんぽぽ 計画で降の実験をまとめている．1965 年以降，多数の微生は2 種類の実験装置が用いられた．一つは曝露パネ

物宇宙環 境 曝露 実 験 が 行われているが，表 2にはルで（図3），曝露パネルを構成する曝露ユニットの試2008年以降の実験を抜粋した．欧州およびロシアの料板に微生物あるいは有機化合物試料を充填して，グループは，主に国際宇宙ステーションの船外で曝宇宙環境に曝露した．もう一つは，捕集パネルで
（図

190

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

表2: 2008年以降に実施された生物宇宙曝露実験. Cottinら (2017) [8] からの抜粋に追加記載．

表 2. 2008 年以降に実施された生物宇宙曝露実験. Cottin ら (2017) [8] からの抜粋に追加記載．
Year

Facility

MissionTest organism

2008–
2009

ISS-ColumbusEuTeF

EXPOSE-E

2009–
2011

ISS-ZvezdaURM-D

EXPOSE-R

2010–
2011
2014–
2016

O/OREOS Nanosat
650 km
ISS-ZvezdaURM-D

SESLO

B. subtilis 168 spores, B. pumilus spores, Halococcus dombrowskii, Anabaena
cylindrica, Antarctic cryptoendolithic communities, Cryomyces antarcticus,
Cryomyces minteri, Rhizocarpon geographicum, Xanthoria elegans
Bacteriophage T7, B. subtilis 168 spores, B. pumilus, B. licheniformis,
Halorubrum chaoviatoris, Chroococcidiopsis, Synechococcus (Nägeli),
Penicillium italicum, Penicillium expansum, Penicillium aurantiogresium, A.
sydowi, A. versicolor, Geomyces pannorum, Trichoderma koningii
B. subtilis 168, B. subtilis WN1087 (radiation-sensitized mutant)

2015–
2018

ExHAM, ISS-Kibo

Tanpopo20192021

ExHAM, ISS-Kibo

Tanpopo-2

20202022

ExHAM, ISS-Kibo

Tanpopo-3

D. radiodurans, Nostoc sp. HK-01, Physomitrella patens, Cerasus sp., Oryza
sativa14 mon20222023

ExHAM, ISS-Kibo

Tanpopo-4

Nostoc sp. HK-01, Physomitrella patens, Metallosphaera sedula

9 mon20232023

ExHAM, ISS-Kibo

Tanpopo-5

D. radiodurans, Physomitrella patens

2 mon

EXPOSE-R2

Duration of
exposure

Chroococcidiopsis sp. 029; Chroococcidiopsis sp. 064; Chroococcidiopsis sp.
057; Gloeocapsa OU_20; Cryomyces antarcticus CCFEE 515; Sphaerocystis sp.
CCCryo 101-99; Nostoc sp. CCCryo 231-06; Circinaria gyrosa; Buelia frigida;
Grimmia sessitana De Not.; Marchantia polymorpha L.; D. geothermalis;D.radiodurans; B. horneckiae; B. pumilus; B. licheniformis; Halomonas
muralis; Halococcus morrhuae; A. versicolor; A. sydowii; Penicillium
expansum; Methanosarcina soligelidi SMA-21; Kombucha consisting of
Gluconacetobacter xylinus, Gluconobacter oxydans, B. subtilis,
Zygosaccharomyces bailii, Dekkera bruxellensis; Ulocladium botrytis; Misuna;
Zingeria biebersteiniana; Brachypodium distachyon; Hordeum vulgare;
Polypedilum vanderplanki larvae; Thriops cancriformis eggs; Biofilm formed
from D. radiodurans, Leptothrix sp., Pseudomonas sp., Hyphomonas sp.,
Tetrasphaera sp..; Pedomicrobium sp.. Pigments: chlorophyll a, β-carotin,
chlorophyllin; naringin; quercitin; melanin; parietin; cellulose; chitin
D. radiodurans R1, D. aerius, D. aetherius, D. radiodurans KH311, D.
radiodurans UVS78, D. radiodurans rec30, Nostoc sp. HK-01,
Schizosaccharomyces pombe JY3.
Nostoc sp. HK-01

Abbreviations of genera: A.: Aspergillus, B.: Bacillus, D.: Deinococcus.

1.5 yr

2 yr

6 mon
1.5 yr

1, 2, 3 yr
14 monSpace parameters studied

Phenomena studiedSpace vacuum, solar UV (> 110nm), simulated Martian atmosphereand UV climate (> 200 nm)
Space vacuum, solar UV (> 110,>
200 nm)Survival, protection, DNAphotoproducts, gene activation

Trapped radiation (inner Van Allenbelt) + GCR (high-inclination LEO)
Space vacuum, solar UV (> 110nm), simulated Martian atmosphereand UV climate (> 200 nm)

Survival; metabolic &population, growth rates in space
Survival, resistance by biofilm
formation, protection by Martian
regolith, DNA photoproducts,
gene activation

Space vacuum, solar UV (> 110 nm
or 170 nm), cosmic radiation,
temperature changes
Space vacuum, solar UV(> 110 nm,
170 nm, w/o UVC), cosmic
radiation, temperature changes
Space vacuum, solar UV(> 110 nm,
170 nm), cosmic radiation,
temperature changes
Space vacuum, solar UV(> 110 nm,
w/o UVC), cosmic radiation,
temperature changes
Space vacuum, solar UV(> 110 nm,
w/o UVC), cosmic radiation,
temperature changes

Survival, DNA damages,
chemical analysis

Survival, protection, DNAphotoproducts, gene activation

Survival, DNA damages,
transcript analysis, chemical
analysis
Survival, DNA damages,
transcript analysis, chemical
analysis
Survival, DNA damages,
transcript analysis, chemical
analysis
Survival, DNA damages,
transcript analysis, chemical
analysis

Abbreviations of genera: A.: Aspergillus, B.: Bacillus, D.: Deinococcus.

4），エアロゲルという超低密度のアモルファス･シリて少し異なるが，114〜177 ( MJ/m 2 /yea r)であっカゲルを，前面に開放部をもうけたアルミケースに収た．I S S は 約 90 分 で 地 球を周回しており， その太3納した．エアロゲルは，中心部を0. 01 g /cm という

陽β角（I S S 地 球 周回軌 道面の太 陽方向との角度）

超低密度のエアロゲルとして，それを0. 03 g /cm 3 のも −75度〜75度の間で周期的に変 動する．さらに

比較的強度の高いエアロゲルで取り囲んだ構造のも

曝 露 パネル が I S S 船 体 の陰になる場 合もある．そのを開発した [ 11]．捕集パネルを宇宙曝露すること

こで，微 生物試 料が宇宙曝露中に受けた紫外線量で，高速衝突微粒子の捕集が行われた．

を，太陽からの距離が地球と同程度の惑星間空間

たんぽぽ計画に使用した実験装置は，2015 年 4月に微生物塊がある場合の紫外線量に換算すると，114日，米国のスペースX社のロケットで打ち上げられ年間に受ける紫外線 量は惑星間空間で受ける紫外た．同年の5月26日から，国際宇宙ステーション「き線 量41〜58日分 に 相当した [ 12]．放 射 線 量は232

ぼう」日本実験棟･船外曝露部で実験装置の宇宙空± 5 mGy/yea rで，地上の値に比べれば 200 倍以

間曝露が開始された[ 11]．2016 年以降 3 年間，宇宙上であった．しかし，実験に用いた放射線耐性菌D.

曝露した曝露パネルと捕集パネルが毎年地上に持ち（生存率が 10%になる放射線
rad iodu ra ns のD10 値

帰られ，2018 年にすべての実験装置が帰還した（図量）は6.7 k Gy ( Ya ng et a l . 2010)なので，この放射5）．地上に帰還した曝露微生物とエアロゲルはそれ

線耐性菌の生存への放射線による影響はない．温度

ぞれ，分析担当者に配分され分析されつつある．

に関しても，一般に低温は微生物の生存にほとんど

3.3

地球低軌道の環境

地球低軌道の環境因子を表 3にまとめた[ 12,13]．
紫 外 線 量は， 曝 露 ユニットをアラニン紫外 線 線 量計として用いて測 定した．紫 外 線 量は窓 材によっ影響しない．高温も35℃ではD. rad iodu ra ns の生存に影響しない[ 13]．

3.4

微生物の宇宙空間曝露実験結果

微生物試料として，放射性耐性菌 D. radiodura ns，

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

191

図4：エアロゲル(A：写真提供，千葉大学田端誠)とエアロゲルを収納した捕集パネル(B：100 mm × 100 mm × 20 mm) [11]．エアロ
ゲルは内側が0.01 g/cm3でその周りを0.03 g/cm3のエアロゲル

で取り囲んで補強した．

図3：曝露パネル(A)と曝露パネルを構成する曝露ユニットの断面(B)[11]．曝露パネル(100 mm × 100 mm × 20 mm)は曝露ユニッ
ト20個で構成されている．それぞれの曝露ユニットの断面をＢに示した．金属メッシュ下の窓材の下に試料板が置かれた．試料板にあけた穴には微生物試料あるいは有機化合物試料を充填した．試料板は2枚あり，下の試料板には紫外線があたらない暗所対照標品を入れた．試料は裏側の金属フィルター，通気口を通して外部の真空と連絡している．曝露パネル(A)の窓のないユニットには放射線測定素子を入れた．

シアノバクテリア，酵母が宇宙空間曝露に使用された

D. rad iodura ns を3年間曝露した後の生存率を[10]．
図 6に図示した[ 13]． D. rad iodu ra ns の 0. 5 m m以上の厚さがある細胞塊を地上保管した場合には，3 年後に10%前後の生存率が得られた．それと比較して，宇宙空間で紫外線照射された場合には，細胞

図5：たんぽぽ計画実験装置の運用[11]．曝露パネル3枚と捕集パネ
ル36枚が同時に打ち上げられ，国際宇宙ステーション（ISS）
予圧部保管庫に保管された．曝露パネル3枚はISS曝露部の同じ場
所で曝露が開始された．その内の1枚は1年間宇宙曝露した後に取り外され地上に帰還した．残りの2枚はそれぞれ，2年後，3年後に取り外され地上に帰還した．捕集パネルの内の12枚が曝露され，1年後に取り外されて地上に帰還した．次の12枚が1年間曝露されたのち地上に帰還した．最後の12枚が1年間曝露されたのち地上に帰還した．実際の運用は，他の計画との関連で，多少変更された．

塊の厚みが0.1 m m以下で顕著に生存率が低下したが，0. 5 m m以上の厚さがある場合には，地上対照での長期保存中に乾燥剤の機能が失われた可能性と同程度の生存率を示した． D. rd iodu ra ns の0. 5が高い．湿度が高い場合には，微生物は酸素の影響

m m 厚以 上の細胞塊は紫外 線 照射下3 年間の宇宙を受けてその生存率は低下する．

空間曝露に耐えることがわかった．

それ以外の条件に試 料を置いた場合，すなわち厚さ0. 5 m m のD. rd iodu ra ns 細 胞 塊 の3 年 間

宇宙空間暗所に置いた場合，宇宙空間明所に置いたの生存率変化を図7に図示した [ 13]．I S S の室内保場合，地上保管した場合，生存率の低下速度は相互管室に保管した標品は顕 著な生存率の低下を示しに似た値を示した．それぞれの，細胞塊の実験開始

たが，これは表 3に見られるようにI S S 室内の湿度時の細胞数と，生存率の低下速度から，細胞数が 1が要因とおもわれる[ 13]．地上対照標品はデシケー

以下になる時間，すなわち生存時間を推定した[ 13]ターに保存したのに対し，I S S 保管標品は密閉プラ（表4）．ただし，地球を周回する間にI S Sは太陽か

スチック袋に乾 燥 剤とともに保 管した．I S S 保 管室らの陰になる．また I S S 船 体によって曝露パネルが192

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

表3.
たんぽぽ宇宙曝露実験
3年間の環境因子[12,
13].
表 3.
たんぽぽ宇宙曝露実験
3 年間の環境因子[12][13].

Experimental place

Wavelength
UV fluence*a Ionizing
Temperature
range (nm)(MJ/m2/year) radiation
range/window type(mGy/year)*b (oC)*c

Pressure
range(Pa)*dHumidity(%)

Space
Upper plate*e
110–400/ MgF2 124 – 177 232  5
29 ± 5 ~ –42 ± 5 10–4 ~10–7−*eUpper plate
170–400/ SiO2 114 – 163 232  5
29 ± 5 ~ –42 ± 5 10–4 ~10–7−
Dark control in space
Lower plate*f–
232  529 ± 5 ~ –42 ± 5 10–4 ~10–7−
ISS pressurized area–
83  1
19~25
105
45~55
–
1
20
105
5~15
Ground control*g*a:UVfluencewascalculated
using
the
data
from
the
alanineUV
dosimeter[12].
*a: UV fluence was calculated using the data from the alanine UV dosimeter [12].
*b:Ionizing
Ionizing
radiationwasmeasuredwithdosimeters*b:radiationwasmeasuredwiththe thedosimeters[12].[12].
*c:Maximum
Maximum
minimum
temperatures
measured
inreference
the reference*c:andandminimum
temperatures
wereweremeasuredas inasthe[12]. [12].
*d:Outsidepressure
estimatedinRabbowetal.
(2015)[12].
*d: Outside pressure estimated in Rabbow et al. (2015) [12].
*e:Sample
Sampleplates
plateswere
weresetsetononthe
theupperupperside
sideofof
exposureunit;
plateswere
irradiated
with
solar
*e:
thetheexposure
unit;
thetheplateswere
irradiated
with
solar
UV. UV.
*f:Sample
Sampleplates
plateswere
weresetsetunder
underthetheupper
upper
plates;wascompletely
blockedby upperthe upper
plates.
*f:plates;UVUV
wascompletely
blockedby theplates.
*g:TheThegroundgroundcontrol
wasstoredindesiccatora desiccatorin anincubator
at Tokyo
Universityof Pharmacy
andSciences.
Life*g:control
wasstoredin ain an
incubator
at Tokyo Universityof Pharmacy
and Life
Sciences.
太陽からの陰になる場合もある．微粒子が惑星間空

テリアにアキネートを形成させて，そのバイオフィル

間にある場合に比べると，曝露パネルの紫外線照射

ムを乾燥させた試料を宇宙空間に曝露した．シアノ

量は41〜58日/年と推定された[ 12]．これを補正する

バクテリアの乾燥バイオフィルムの宇宙空間曝露 実と，D. rad iodu ra ns の細胞塊は，惑星間空間の紫験はD. rad iodu ra ns と同様の方法で実施された．

外線があたる環境で2〜8年間，紫外線があたらない

その結果，暗所に置かれたシアノバクテリアの乾燥環境では48年間生存できると推定された[ 13]（表4）．

バイオフィルムは3 年間宇宙空間曝露後に30%前後

火星と地球の間を移動するのにかかる時間は軌道の生存率があった．また，宇宙空間明所に置かれたによって変わる，ランダムに地球を飛び出した場合にシアノバクテリアも，ある程度のバイオフィルムの厚は，平均すると火星に衝突するまでに数千万年かかさがある場合に，3 年間生存できることが明らかとる．しかし，丁度良い時期に丁度良い方向に地球をなった[ 14]．

飛び出した物体は1年前後で火星に到着する．逆の方向の移動も同様である．したがって，火星と地球の間を最短 距離で移動した微 生物は，宇宙空間で3.6

有機化合物の宇宙空間曝露実験結果

有機 化合物は隕石や微小隕石中に含まれている

表4．D. radioduransの細胞塊が宇宙空間で生存できる時間[13]．
可能性がある．しかし微小隕石中では，惑星間を移移動中に生存できると推定された[
13]．

動する間に有機化合物が変成してしまう可能性があ
生存時間* (年)
惑星間空間での生存時間** (年)アミノ酸グリ
4.3 – 6.1
35.6  0.5 る．そこでその可能性を確かめるため，
5.2 – 7.5
1000
43.4  0.2 シン，アミノ酸の前駆体化合物ヒダントイン
（ 加水分
5.5
–
7.8
1500

0.5
45.3
シアノバクテリアは独 立 栄 養 光合成 生物である．
解によってグリシンを生じる），隕石中複雑有機化合
SiO2
1.8 – 2.6
500
14.8  0.5
したがって，仮に惑星間移動ができて，増殖可能な物の模擬物質（CAW：一酸化炭素とアンモニア，水の3.0 – 4.2
1000
24.6  0.7
場所に着地できた場合に，シア
雑有機 化合3.7 – 5.3
1500ノバクテリアは独立
30.8  0.7 存在下で放 射線を照射して得られた複
Dark
1000

0.1
48.1

0.1
48.1
で増殖可能である．また，例えば火星でテラフォーミ物）の宇宙空間曝露実験が行われた[ 15]．
Note．
ングを行うために，独立栄養光合成生物を土壌改良
曝露実 験には，微 生物と同様の装置が用いられ*：細胞塊の細胞数と、死亡率の低下速度から、細胞数が1以下になる時間。
に利用できるかもしれない[ 14]．
た．曝露実 験の結果，I S S 船内に置いた場合には，**：曝露実験で微生物が照射される紫外線量は、惑星空間に比べると遮蔽の関係で41〜58 日/年
シアノバクテリアの中にはアキネートと呼ばれる環
これらの有 機 化合 物は3 年間でほとんど 変 成しなに相当する。これを補正した値が一番右の欄に記載してある。

3.5

曝露条件

厚さ(m)

シアノバクテリアのMgF2
500
宇宙空間曝露実験結果

境耐性細胞を形成する種がある．そこで，シアノバク

かった（図8）．一方，宇宙空間で暗所に置いた場合に宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

図6：たんぽぽ計画で放射線耐性菌D. radiodurans を厚さの異なった細胞塊として，3年間置いた後の生存率[13]．地上対照（Ground control）
は，試料を実験室デシケーター中に保管した．
船内対照（ISS cabin control）
は，
乾燥剤とともに密閉プラスチッ
ク袋に収納しISS保管庫に保管した．宇宙曝露標品はSiO2の窓材の下で宇宙真空下に置かれた．生存率は，試料調製直後の生存細胞数との比較．

は，グリシンとヒダントインはそれぞれ90%あるいは

193

図7：たんぽぽ計画で宇宙曝露した放射線耐性菌 D. radiodurans
0.5 mm細胞塊の生存率の時間経過[13]．宇宙曝露標品は，
SiO2あるいはMgF2の窓材の下で（窓材によってそれぞれ波長
170nm以上あるいは110nm以上の紫外線を透過する）
あるいは
暗所で宇宙真空下に置かれた（Space dark）
．船内対照
（ISS
cabin control）
は，乾燥剤とともに密閉プラスチック袋に収納しISS保管庫に保管した．地上対照（Ground control）
は，試料を実験室デシケーター中に保管した．生存率は，試料調製直後の生存細胞数との比較．

数 %にまで減少した．また宇宙空間で紫外線があた
る環 境に置いた場合，グリシンとヒダントインは1%

り出し，その頻度を図示した（図 9）．これまでに行わ以下に減少した．しかし，複雑有機化合物CAWは，れた類似の解 析から得られている微 粒子のエネル

暗所で90%，紫外線のあたる環境でも10% 程度残存

ギー分布モデルと比較すると，I S S 進行方向面と宇した[ 15]．隕石中および微小隕石中で，アミノ酸は複宙面の両方で，頻度分布が誤差の範囲でエネルギー

雑有機 化合物に類似の分 子形態で存在していると分布モデルと一致した．このエネルギーの範囲での推定されている．アミノ酸が複雑有機化合物の状態

微小デブリ密度の変動はあまりないことが明らかとである事が，宇宙空間を移動する際にアミノ酸が保なった[ 10]．

存されることに寄与するかもしれない[ 15]．
これまで地球周回低軌道で行われた宇宙化学実

3.8

捕集パネル･エアロゲルの衝突痕解析

験を表 5にまとめた．これまでの実 験では曝露期間帰還した捕集パネルから，36 枚のエアロゲルを取は1回だけなので，変成の時間変化を追うことができ

り出し，透明プラスチック製の容器に移し替えた．エなかった．グリシンでは，紫外線が当たる環境で2年

アロゲル表面を目視で確認したところ，何枚かのエ目以降に変成が加速する傾向が見えている．

アロゲルに部分的に割れている場所が認められた．

3.7 捕集パネル･アルミニウム枠の衝突痕解析

しかし，それらを含めてすべてのエアロゲルが，高速衝突微粒子の解析に充分な健全さで帰還した[ 10]．

帰還した捕集パネルのアルミニウム枠に，高速衝

個々のエアロゲルの正面全面を顕微 鏡で撮像し，突粒子による衝突痕が検出された．この衝突痕の解

0.1 m m以上の傷や粒子を識別した．次いで，これ析が行われた[ 10]．I S S 進行方向面および宇宙面にらの傷や粒子の顕微鏡撮像を複数の焦点深度で行曝露した捕集パネルの，アルミニウム枠にできた直い，疑似 立体画像を取得した．この疑似 立体画像

径 50 μm以上の衝突痕の数と直径，深さを計測しを精査することで，300カ所以上の超高速衝突痕をた．衝突痕の直径と深さから，衝突エネルギーを割検出した[ 10]．それらの衝突痕に粒子が有るか無い

194

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

表4．
D. radioduransの細胞塊が宇宙空間で生存できる時間[13]．
表4．D.
radioduransの細胞塊が宇宙空間で生存できる時間[13]．

曝露条件
MgF2

厚さ(m)
500
1000
1500
500
1000
1500
1000

SiO2

生存時間* (年)35.6  0.5
43.4  0.2
45.3  0.5
14.8  0.5
24.6  0.7
30.8  0.7
48.1  0.1

惑星間空間での生存時間** (年)
4.3 – 6.1
5.2 – 7.5
5.5 – 7.8
1.8 – 2.6
3.0 – 4.2
3.7 – 5.3
48.1  0.1

Dark
Note．
Note．
*：細胞塊の細胞数と、死亡率の低下速度から、細胞数が1以下になる時間。
*：細胞塊の細胞数と，死亡率の低下速度から，細胞数が1以下になる時間．
**：曝露実験で微生物が照射される紫外線量は，惑星空間に比べると遮蔽の関係で41〜58
日/年に相当する．これを補正した値が一番右の**：曝露実験で微生物が照射される紫外線量は、惑星空間に比べると遮蔽の関係で41〜58
日/年
欄に記載してある．
に相当する。これを補正した値が一番右の欄に記載してある。

表5. 地球周回低軌道で行われた宇宙化学実験．Cottinら (2017) [8]に補足．

表 5. 地球周回低軌道で行われた宇宙化学実験．Cottin ら (2017) [8]に補足．
Experiment

SupportLaunch/return

Exposure

ERA

EURECA

1992–1993

12 monInterest forInterstellar medium, comets

DUST 1

Biopan 1 (FOTON capsule)Jun 14–Jul 2 1994

12 dMeteorites

DUST 2

Biopan 2 (FOTON capsule)Oct 8–Oct 23 1997

10 dMeteorites

PERSEUSMIR space station

Apr 16–Jul 23 1999

97 dMeteorites

ORGANICS

Biopan 5 (FOTON capsule)May 31 2005–Jun 16 2005

15.8 dInterstellar medium

UVolution

Biopan 6 (FOTON capsule)Sep 14 2007–Sep 26 2007

12 d

Comets, Titan, MarsESS

EXPOSE-E on the ISS

Feb 2008–Aug 200918 monComets, Titan, Mars, meteorites

AMINO

EXPOSE-R on the ISS

Mar 2009–Mar 2011

24 monComets, Titan, meteorites

ORGANICEXPOSE-R on the ISS

Mar 2009–Mar 2011

24 monInterstellar medium

PSS

EXPOSE-R2 on the ISS

Oct 2014–Feb 2016

16 monComets, Titan, Mars, meteorites,

Tanpopo (sub-theme

ExHAM-1&2, Kibo on the

Apr 15 2015–2016, 2017,

1, 2, 3 yr

Micrometeoroids, interstellar medium

3)

ISS

2018

Tanpopo-2

ExHAM-1, Kibo on the ISS

Jul 2019-Jan 2021

14 monMicrometeoroids interstellar medium

Tanpopo-4

ExBAS-1, Kibo on the ISS

Feb 2022-Jan 2023

9 mon

Micrometeoroids interstellar medium

Tanpopo-5

ExBAS-1, Kibo on the ISS

Mar 2023-Jul 2023

2 mon

Micrometeoroids interstellar medium

Exobiology

interstellar medium, biochips

か，粒子の大きさの計測をおこなった．衝突痕のシン

験に関して， 放 射 線 耐 性 菌 D. rad iodu ra ns の 細クロトロン放射Ｘ線を用いた三次元立体 構造解析を

胞塊（厚さ0. 5 m m 以 上）は3 年間生存した．3 年間行った．粒子は切り出して，鉱物，有機化合物，微生の生存率を外挿することから，太陽紫外線のあたる物の分析を行っている．

3.9

地球低軌道での微生物・有機化合物
実験（たんぽぽ計画）のまとめ

環境で2〜8 年間，あたらない環境では48 年間，D.
（厚さ0. 5 m m 以上）が宇宙
rad iodu ra ns の細胞塊空間で生存できると推定された．シアノバクテリアのバイオフィルムが宇宙空間で3年間生存した．欧州の国際宇宙ステーションでの微 生物と有 機 化合 物

グループがこれまでに実施した微生物の宇宙空間曝の曝露 実 験（たんぽ ぽ 計画）が 行われた．1) 大 気

露実 験では，紫外線があたらない環境でのみ微 生

圏外での微 生物密度 上限の推定に関しては，解 析物が生存し，リソパンスペルミア仮説が提唱されてきを現在継続中である．2) 微生物の大気圏外 生存実

た．たんぽぽ 計画では紫外線が当たる環 境でも微

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

195

図8：たんぽぽ計画で宇宙曝露した有機化合物試料残存率の3年間の変化．ISS船内に保管した標品
（●）
，宇宙暗所
（■）
，石英窓
（◆）
，MgF2 窓（▲）
で宇宙曝露した標品の残存率[15]．CAWは一酸化炭素とアンモニア，水の存在下で放射線を照射して得られた複雑有機化合物．

図9：たんぽぽ計画の捕集パネルアルミニウム枠にできた衝突痕の測定から得られた，衝突粒子頻度の衝突エネルギー依存性[10]．A: 進行方向面．B:
宇宙面．これまでに行われた類似の実験から得られている微粒子速度分布モデルからの推定値を■と点線で，たんぽぽ計画の捕集パネルの解析から得られた微粒子エネルギー分布をAは▲，Bは●で示す．

生物細胞塊が数年間生存できることが明らかになった．6) 微小デブリフラックス量に関して，捕集パネル

た．この結果はマサパンスペルミア仮 説を支 持してのアルミニウム枠に形成された高速衝突微粒子の頻いる．3) 有機化合物の変性実験に関して，宇宙空間度解 析が行われた．以前行われた実 験から得られでの有機 化合物曝露実 験では，アミノ酸やその前ているモデルと比べて，宇宙空間微粒子頻度の変動

駆体に比べて，複 雑有機化合物の宇宙環境耐性がは少ないと推定された．

高いことが 確認された．複 雑有機 化合 物の宇宙環
境耐性が，宇宙空間でのアミノ酸の長期安定性に寄与している可能性がある．4) 微小隕石の採集とその分析に関して，エアロゲルの分析から，0.1 m m以上の超高速衝突痕が 300カ所以上見つかった．これら

4. 火星での生命探査
4.1

火星に関するあらたな認識の衝突 痕とその中に含まれる粒子の分析が 行われ

火星は太陽系で最も地球に似た惑星である．一方ている．5) 新たに開発した超低密度エアロゲルを用で，火星の平均表面温度は− 50℃ 〜 − 60℃，表いて，超高速衝突 微 粒子の捕集が宇宙で実証され層大気圧は地球の 0. 6 〜 0. 8%と低く，火星での生196

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

命の増殖は困難と考えられてきた．しかし，極限環である．レゴリス中の過塩素酸の存在が知られてい境微 生物学の研究結果と火星探 査による火星に関るが，地球生物で過塩素酸耐性および，過塩素酸をする知識の増加から，その認識は大きく変わってき呼 吸 基質として利用する生物が知られている[ 17]．

ている[ 16,17]．

紫外線強度は大変つよく，直接浴びると生存できる

火星探査によって，火星の情報は増えている[ 16 -地球微生物はいないが，紫外線は厚さ1 m m以下の18]．過去の火星に液体の水と海があった証拠が 複

レゴリスで充分遮蔽される[ 17, 18]．したがって，火数見つかっている．火星表面には，水が流れた跡だ

星表面の個々の環境因子をとって見た場合には，地と思われる地形や岩石，水の存在で形成される粘土

球微生物が増殖可能な環境がある [ 17, 18]．

鉱物などが見つかっている．初期火星には大気も海洋も存在した可能性があり[ 19]，地磁気も火山活動もあった．したがって，初期火星は当時の地球と似た環境だった[ 16, 20, 21]．

(2) 化学合成菌のエネルギー源
NASAの探査車MSL（Mars Science Laboratory；
通称Curiosity）
は，ゲール･クレーター内を移動しなが現在の火星表面にも地球の極限環境生物であれ

ら様々な分析を続けている．火星レゴリスを加熱する

ば生存可能な場所があると考えられるようになってと，水蒸気の他に，二酸化硫黄や硫化水素が放出さいる[ 17, 18, 20]．火 星の地下に，大 量の氷があるれることから，レゴリス中の硫化鉱物の存在が示唆ことが周回衛星等の地下探査から明らかにされていされている[27]．Cu r iosit yは大気中のメタン濃度をる．また，周回機からのレーダー探査によって，火星測定した．探査初期の測定結果は大気中にメタンが南極域地下に液体の水の存在を示唆する反射が報

ほとんど含まれないという結果であったが，探査期告された[22]．

間のうちのある期間にメタンが 10 ppb近く検出されなお火星の環境に関して，COSPA R(Committeeon Space Resea rch , 宇 宙 空 間 研 究 委 員会 ) の 惑

た[28]．この結果から，近くにメタンが噴出する場所があることが推定されている．

星保護方針（Pla neta ry Protection Policy）にこうした，硫化鉱物やメタンは化学合成菌のエネ

関 わる 検 討 委 員 会 M EPAG ( Ma rs Exploration

ルギー源となりうる化学物質である[ 17, 21, 23]．生Prog ra m A na lysis Group) が 広 範な 情 報をまと物はその増殖と細胞の維持にエネルギー源を必要とめている[17]．また米国ではCoPP(Committee on

する．好 気性従 属栄養生物は有機 化合 物を摂取しPlanetary Protection：米国アカデミーの惑星保護委て，酸素との反応でエネルギーを得ている．化学合員会)が2020年に設立され，火星の環境に関して報告

成菌は，有機化合物に頼らず，無機化合物や小さいした[18]．本節ではこれらの報告も参考にしている．

有機分子（メタンなど）の反応でエネルギーを入手でなお，惑星保護に関しては本章の最後に解説する．

きる細菌および古細菌である[ 1]．なお，細菌と古細菌の両方を意味する場合には菌と呼んでいる．

(1) 現在の火星表面環境

表7は火星表面あるいは大気中で検出されている

表 6は火 星表面の環 境因子と地 球 生物の増殖限分子種あるいは火星表面付近での存在可能性があ

界および生存限界をまとめたものである[17, 18, 20]．

る分子種の中で，化学合成菌がエネルギー源として火星の平均表面温度は低温（− 50℃ 〜 − 60℃）で利用可能な分子の組み合わせである．水素は，大気あるが，高温時には地球生物が充分増殖可能な温度

中には検出されていないが，メタンが発生する際にとなる．火 星大気 圧で増殖可能な微 生物が地球で水素が関与している可能性がある．還元型の分 子，発見されている[ 17, 20]．土壌pHも中性の場所があ

メタンや二価鉄，無機イオウ等は，様々な酸化物質

る．Vi k i ng 探 査 機 着 陸 地 点のレゴリスは pH 7. 2

（電子受容体）との組み合わせで，種々の化学合成± 0.1 [24] , Phen i x 探査機着陸地点のレゴリスは菌のエネルギー源となり得る[ 17, 21, 23]．すなわち，

pH 7.7 ± 0. 3 [25] , Ga le Crater 内 Yel lowk n i fe

火星表面に様々な化学合成菌のエネルギー源となり

Bay 泥岩のpHは中性付近とそれぞれ推定されていうる化合物の組み合わせが見つかっている．

る[26]．放射線は地球微生物に充分耐えられる強度

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸197

表6．地球生物の生存限界と火星の表面環境[17],[18],[23]．
表6．
地球生物の増殖･生存限界と火星の表面環境[17, 18, 23]．

注*: 報告された3カ所のpH推定値の範囲．
本文参照．
注*: 報告された3カ所のpH推定値の範囲．本文参照．

地球生物増殖・生存限界- 18℃ 〜 122℃（増殖）- 33℃ 〜 122℃（代謝）- 196℃ 〜 122℃（生存）700 Pa 〜 (増殖）上限は不明
a = 0.6 〜 1.0（増殖）a = 0.0 〜 1.0（生存）- 0.06 〜 12.5（増殖）2,000 J m−2 （生存）5,000 Gy（生存）
不明

環境因子
表面温度
大気圧
水活量
pH
紫外線
放射線
酸化還元状態

火星表面環境- 130℃ 〜 20℃
600 〜 800 Pa（6/1000 〜 8/1000 気圧）
氷/液体?
0.0 〜 1.0
7 〜 8*
20 J m−2s−10.225 mGy day−1
強酸化的（過塩素酸塩）表7．火星表面で増殖可能な化学合成菌 [17],[21],[23] ．

表7．火星表面で増殖可能な化学合成菌[17, 21, 23]．

電子供与体
(H2)
(H2)
CH4
Fe(Ⅱ)-sulfides
S0

電子受容体
CO2
ClO4-, NO3-, Fe(OH)3, SO42-, etc
NO3-, MnO2, Fe(OH)3, SO42-, etc
NO3-, MnO2, etc
ClO4-, NO3-, MnO2, etc(3) 火星の有機化合物

化学合成菌
メタン菌
水素酸化菌
メタン酸化菌
鉄酸化菌
硫黄酸化菌

る
（表 8）．

Cu r io sit yは火 星ゲール･クレーター中の各 所で表 8に取り上げた性質や成分は，いずれも地球生

表面試料を採集して，加熱で発生するガスの分析を物が必ず持っている性質や成分である．また，これ行った．カンバーランドという場所で採集した堆積岩

らのうちのいくつかは生物特有で，生物以外が持つの試料から，クロロベンゼンが検出された[29]．加熱

可能性はない．たとえば，タンパク質と酵素はアミノにより堆積岩粉末中の過塩素酸が 有機 化合物と反酸重合体が立体構造を形成したものであるが [ 1]，こ応してクロロベンゼンが 放出されたものと推定されれはダーウィン進化の結果として誕生した．したがっる．有機化合物が，宇宙より飛来したものなのか，生て，生物以外がタンパク質あるいは酵素を持つ可能命と関連するものなのか，有機化合物の由来は不明

性はない[2]．また，DNAが非生物的に存在する例

であるが，いずれにせよ火星泥岩中に有機化合物がや非生物的な合成は報告されていない[2]．したがっ存在したと推定されている[29]．

てタンパク質やDNAが検出された場合には，それが4. 2

生命探査手法について(1) 火星での生物関連成分の検出と方法

生物である可能性が高い[ 30]．
一方，これらの成分は地球生物では普遍的であるが，地球外 生物が核酸やDNA，タンパク質を用い

Enyaらは，生命探査の対象となる生物の性質やるという保証はないので，これらを指標にすると生分 子とその分析方法をまとめた [ 30]．それらは，培物を見落とす（偽陰性）可能性がある[ 30]．また，培養による増殖の検出，細胞形態を観察する方法，有養を行う場合や，酵素活性を検出する場合，培養条

機化合物一般の検出，タンパク質，アミノ酸，核酸，

件や測定条件が適切でなければ検出されないので，DNA，ATP（ アデノシン三リン酸：生体内でのエネル

偽陰性の可能性がある[ 30]．反対に，有機 化合物，

ギー移動を媒介する分子），酵素反応等の検出であアミノ酸，触媒活性などは非生物的にも存在するの

198

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

表8. 探査の対象となる生物の性質や成分とその特徴．Enya et al. [30]を参考に作製．

表8. 探査の対象となる生物の性質や成分とその特徴．Enya et al. [30]を参考に作製．

注

注＊：+++＊必ず持っている．
++ 高い確率で持っている．
+ 持っている可能性がある．
：+++ 必ず持っている．++
高い確率で持っている．+
持っている可能性がある．
＊＊: DL分析とは，分子の鏡像異性体を分析すること．ここではアミノ酸のD体とL体を分析する．

探査対象と

地球外生物

主な問

なる性質や

が持ってい

題点

成分
増殖能

る蓋然性*
+++

偽陰性

細胞形状

+++

有機化合物

++

タンパク質

擬陽性，偽陰性の理由

その性質を持っていた場合に地球生物と判別する方法

未知の微生物の培養は地球生

成分の詳細分析物でも困難
偽陰性

形状では判定できない場合も

偽陽性

ある

偽陽性

隕石有機化合物との識別が必

++

偽陰性

持たない可能性あり

アミノ酸種分析，DL 分析**

アミノ酸

++

偽陽性

隕石アミノ酸との識別が必要

アミノ酸種分析，DL 分析**

核酸
DNA

+

偽陰性

持たない可能性あり

核酸種分析，配列解析+

偽陰性

持たない可能性あり

核酸種分析，配列解析

酵素

++

偽陰性

持たない可能性あり

アミノ酸種分析，DL 分析**

偽陽性

無機触媒と識別必要

アミノ酸種分析，DL 分析**

触媒

+++

成分の詳細分析
成分の詳細分析要で，偽陽性（生物であると誤認する）の可能性がある行った[ 30]．

[ 30]．さらに，細胞形 状だけで生物と判定するのは難しい．細胞形状だけで判定しようとすると，偽陽性(2) 蛍光顕微鏡とその他の顕微鏡（緩い基準で判定した場合）と偽陰性（不定形の細胞Enyaらは，これまでの火星探査で用いられたアス

等，一般的でない形状の細胞の場合）の両方の可能

トロバイオロジー関連の探査装置をまとめた[ 31]．火性がある．すなわち一つの成分や性質の検出だけを星で生命探査を目指す海外の研究者達は，これまで探査対象とすると，生物を見落とす可能性と，非生

質量分析装置を主に用いている．海外の研究者は，物を生物であると誤認する可能性の少なくともいず

主に有機 化合物および過去の生命の痕跡の探査にれか，項目によっては両方の可能性がある（表 8）．

主眼を置いている[ 31]．

こうした検討を元に，Enyaら[ 30]は，1) こうした我々は，第 ( 1) 項で提案した第一段階の生物細胞生体成分や生物の性質を用いた探査の内の，どの一の探査では形態を知ることが必須であり，成分の情

つも単独では地球外生物を検出できないこと，2) こ報とともに顕微画像情報を得ることが重要であるこ

うした様々な生体成分や性質を測定する方法のなかとを主張している[20, 30, 31]．成分検出だけでは単で，すべての点で優れているものは無いこと，3) これなる有機物との識別は困難で，形状だけは無機物とらの内のどの一つの方法も単 独で地球外 生物であの識別が難しいが，両者を同時に行うことで，有機ることを判定できないこと，を指摘した．そして生命物でできた粒子を広範に検出できるからである．し

探査では，一度に地球外生物の判定を目指すのではかも，地球の原核生物（細菌と古細菌）のほぼすべて

なく，第一段階では多少の擬陽性（非生物を検出すの細胞は直径1 μm以下の球状か，棒状（桿菌）であること）を容認しても，地球外生物の見落としができることから，地球微生物を参考にするならば，生命る限り少ない方法で探査すべきであるという提案を

探 査においてはそれを判定できる画像 解像度が必宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

要である [20, 30, 31]．
画像解像度をもつ顕微鏡としては可視顕微鏡，蛍光顕微鏡，ラマン顕微鏡，赤外顕微鏡，紫外蛍光顕
微鏡，深紫外蛍光顕微鏡，電子顕微鏡，原子間力顕微鏡等がある [ 30, 31]．電子顕微鏡と原子間力顕微鏡は画像解像度が最も高いが，抗体染色等の特殊な技術を用いない限り成分分析ができない．可視顕微鏡は，染色により成分分析が可能であるが，撮表9. 表9.
LDM-BBMの諸元[31].
LDM-BBMの諸元[31].

視野
画像解像度
励起光源
明視野光源
検出器
試料容器数
質量

顕微鏡，紫外蛍光顕微鏡，深紫外蛍光顕微鏡は，あ

電力
外寸
温度範囲

る程度の成分分析ができるが，画像解像度の高い

大気圧

像感度が蛍光顕微鏡におとる．ラマン顕微鏡，赤外199

1.12 mm ｘ 0.894 mm
1 μm (目標)
Laser diode, λ = 488 nm
LED + Koehler optics,
λ = 472, 525, 632 nm
CMOS. 1280 ｘ 1024 pixels, 8 bit
20
合計5.7 kg
蛍光顕微鏡: 1.8 kg
試料ローター: 1.6 kg
電気系: 2.3 kg
30 W
160 mm x 120 mm x 240 H mm
−30 〜 +30°C (動作時)−40 〜 +70°C (非動作時)
700 Paラマン顕微鏡や赤外 顕微鏡は大型で宇宙機には向かない．小 型ラマン顕微 鏡と深 紫外蛍光 顕微 鏡の宇宙機が開発されているが地球微生物細胞（1 μ m）

10）．こうした利点があるので，地球での様々な環を判別する解像度はもたない [ 30, 31]．地球 微 生物

境での水中や土壌中での環境微 生物探査では，ほ細胞を判別する解像度をもち，成分の情報も得られ

とんど例外なく蛍光顕微鏡が利用されている [ 31]．

る蛍光顕微鏡（L DM：Li fe sig n at u re Detect ion（2.1 節で解説した大気中微 生物の場合には微 生物

M icro scope）宇 宙 機 の 開 発 が す すんで いる[20,細胞の生存率は低いと推定されるので，培養による

3 0, 31]． 表 9に は L DM の BBM ( Bread B oa rd

生細胞の検出が行われている．）

Model：設計の実現性を確認するため，宇宙用の部品ではなく，地上の一般用部品や材料を使用して製(3) 生物細胞候補を地球生物と識別する手法

作した装置 ) の諸 元を載せた．顕微 鏡は，特にそのEnyaら[ 31] は，何らかの生命の徴候をもつ試料

振動耐性が気になるが，通常の顕微鏡が 3 軸で観察が得られたときに，次の段階でそれが何なのかを判位置を制御するのに対して，1軸で観察位置を制御別するフローチャートを提案している．生命の徴候することで振 動耐性を持ち得る設計とした BBMでが，生物なのか否か，地球生物とどのような関係にあの自動染色と自動撮像に成功している[ 31]．

るかを，アミノ酸種，アミノ酸の鏡像異性，DNAの日本の研究グループで開発をすすめている蛍光解析で判定することができる．

顕微鏡 L DM（表 9）は単に粒子の形 状を観察するの

例えば，得られた試料のアミノ酸分析を行って（図ではなく，粒子の成分の情報も得られるという長所11），アミノ酸が無ければ生物でないか地球外生物をもっている[20, 30, 31]．すなわち蛍光顕微鏡は生である[ 31]．アミノ酸が無い場合には，その対象が物学一般で汎用されていて，様々な染色特性をもつ

地球外 生物なのか非 生物なのかを判定するために5000 種を越える色素が蛍光顕微鏡用に開発されては，広範な有機化合物分析を行う必要がある．

いる[ 32]．それらの色素は，それぞれの色素ごとにアミノ酸が有った場合，その種類を分析すること異なった特異性で様々な成分を検出できる．染色可で，地球外生物か，隕石由来アミノ酸か，地球生物の能な対象としては，有機化合物一般，タンパク質，核

アミノ酸かという識別が可能である．地球 上の生物

酸，DNA，膜成分などがある[ 31]．さらに微生物のはすべて20 種類の標準アミノ酸を用いている[2]．地

死細胞を赤に，生細胞を緑に染色して両方を検出で球生物が過去に火星から移動した生物であるか，あき，細胞の生死を色によって判定できる色素の組み

るいは火 星生物が地球から移動した生物である場

合わせもある[20, 31]．酵素活性によって発色する蛍

合には，火星生物も同じ20 種の標準アミノ酸を使っ

光基質を用いることで，酵素反応を検出することもでている可能性が 高い．また，地球 生物がなぜ 20 種

きる．しかも，蛍光顕微鏡の特性として，こうした成の標準アミノ酸を使っているかという理由は現在不分や活性をもつ粒子の画像を得ることができる（図

明であるが [2]，その理由があるのであれば，火星生

200

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図10：生物実験用蛍光顕微鏡で撮像した種々の微生物細胞と有機化合物の顕微撮像写真[31]．左から大腸菌生細胞，死細胞，ミニセル（大腸菌変異株で小さい細胞中にはDNAが含まれない）の生細胞と死細胞，タンパク質（BSA），プロティノイド，多環芳香族炭化水素(PAH) ．各行はそれぞれ別の蛍光色素で染色している．

物が地球生物とは独立に誕生した生物であっても地あると判定できる．
（隕石由来か，地球型生物の化石

球生物と同じ20 種の標準アミノ酸を使っている可能かという判定は，上記アミノ酸種の分析で可能であ性もある．こうした場合，つまり対象が 20 種類の標る．）D型アミノ酸だけで構成されていれば，地球外

準アミノ酸を用いていたら，それを地球型生物と呼生物であると判定できる（図12）．

ぶことにする．

アミノ酸種の分析によって地球型生物であると判

隕石は地球型生物が用いているアミノ酸に限らず定された場合には，生物が火星と地球間を移動した

多種のアミノ酸種を含んでいるので，容易に地球型可能性を考慮する必要がある．さらに，独立に誕生生物と区別ができる[ 1]．もし，試料が限定的な種数した生物であっても地球型生物の20 種のアミノ酸をのアミノ酸だけをもっていて，かつそれが地球型生使う可能性もある．これらの可能性はDNAを分析す

物の20 種の標 準アミノ酸とは異なっていた場 合にることで判別することができる（図13）[31]．例えば，は，地球外生物と判定できる（図11）[31]．

DNAを持たない場合や，DNAを持っていても塩基同様の判定は，アミノ酸の鏡像異性体の分析で行が地球生物と同じAC G T（アデニン，シトシン，グア

うこともできる（図12）[31]．地球型生物であれば，Lニン，チミン）でない時，P CR（ 試験管内遺伝子増幅）型アミノ酸だけ（特殊な非タンパク質アミノ酸は例外で増幅しない場合や，塩基配列が解析できない（地

的にD型の場合があるが）を持っている．DL両方の球生物配列と相同な配列部分がない）場合，配列が混合物であれば，隕石由来か地球型生物の化石で読めたとしても系統樹が作製できない場合には技術

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

201

図11： 地球外試料のアミノ酸分析フローチャート[31]．得られた試料のアミノ酸分析を行って，アミノ酸が無ければ生物でないか，地球外生物である．ア
ミノ酸があった場合，その種類を分析することで，地球型生物か，隕石等の非生物由来か，地球外生物かの区別がつく．地球型生物は20種のアミノ酸を含んでいる．多種のアミノ酸種を含む場合，隕石等の非生物と判定される．地球型生物と同じ20種のアミノ酸ではなく，また隕石特有のアミノ酸種でもない場合，地球外生物と判別される．地球生物型アミノ酸組成の場合には，その後DNA分析等の解析で地球生物か地球外生物かの判定を行う．

的な問題の可能性は残るものの，地球生物とは独立を見落としなく検出する．二段階目ではアミノ酸種とに誕生した生物である可能性が高い．つまり，地球

DNAの詳細な分析を行い，どのような有機 化合物

生物と同じ20 種の標準アミノ酸を使っていたとしてであるかの判別を行う．二段階目の分析はその場でも，DNAを分析することで地球生物とは独立に誕生行うか，火星有人基地で行うか，試料を地球へ持ちした生物であるかどうかを判定できる[ 31]（図13）．

帰って行う等の可能性がある[ 31]．

地球 生物の配 列とともに系統 樹が 作製できた場

例えば，既に有機化合物の存在が確認されている

合には，その生物が 系統 樹上のどこに位置 するか

ゲール･クレーターのカンバ−ランド泥岩掘削試料がで，その生物がどのような生物かが判定できる[ 31]．

地球に帰還した場合には，蛍光顕微鏡や赤外 顕微

もし生命誕 生直後に地球 生物と分かれた生物種で鏡，ラマン顕微鏡等で有機化合物の形状を確認し，あれば，その生物の配列は地球生物系統樹の根元

有機化合物を含む粒子が見つかった場合には，アミに付くはずである．あるいは，ごく最近（探査装置にノ酸種分析やDNA分析によってその有機 化合物の付いていた場合も含む）地球から移動した生物の場

正体を明らかにできるはずである．

合には，地球 生物系統樹の枝の端で地球の既知のこれらの検討結果は，氷天体や金星など，火星以

生物種と枝分かれするはずである．つまり，その生物

外の太陽系天体における生命探 査においても参考の持つ配列が系統樹上のどの位置につくかで，そのになる．

生物と地球生物との系統関係が判定できる[ 31]．
このように，アミノ酸種とDNAの詳細分析によって，地球生物，地球生物と過去に分岐した生物，地4.3

生命探査の意義と戦略(1) 生命探査の意義

球生物とは独立に誕生した生物，非生物を判別する

ここで，あらためて火星あるいは他の太陽系天体

ことができる[ 31]．裏 返せば，表 8の中の一成分ので生命を探 査する意義はどこにあるのだろうか．そ

検出だけではこれらの判別は困難である[ 31]．した

れは，もし地球外生命が発見されたとき，人類史上がって，Enyaらは二段階の生命探 査を提案していの非常に大きな発見になることである．太陽の周りる．その一段階目では，広く有機化合物を含む粒子を地 球が回っていることを発見したコペルニクスの202

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図12：地球外試料のアミノ酸DL分析フローチャート[31]．得られた試料のアミノ酸DL分析を行って，アミノ酸が無ければ生物でないか，地球外生物である．アミノ酸があった場合，そのDL分析をおこなうことで，地球外生物か，隕石等の非生物由来か，地球型生物かの区別がつく．D型アミノ酸の場
合，地球外生物と判別される．DLの混合したラセミ体の場合には，非生物か生物の痕跡の可能性が高い．L型アミノ酸の場合にはDNA分析等の解析で地球生物か地球外生物かの判定を行う．

発見，生物がどのように進化するかを示したダーウィ

外生物は細胞から構成されているのか．細胞の大き

ンの「 種の起 源 」に匹 敵 する発見といえるかもしれさはどれくらいか．生物を構成する元素は地球 生物

ない．

と同じなのか．水を溶媒として用いているのか．炭素

また今後，火 星での有人 探 査が 計画されているを主成分として用いているのか．アミノ酸を用いてい事を考えると，火星表面に火星特有の生物がいるかるのか．核酸を用いているのか．脂質膜を用いているどうかを確認することは，火星特有の生物がいるかのか．これらを用いている場合に，アミノ酸，核酸，

どうかに係わらず，惑星保護の観点から重要である

脂質，糖の種類は地球生物と同じか．これらの分子[ 18]．すなわち有人探査では宇宙飛行士の滞在と活の光 学 異性は同じか．やがて地球外 生物の遺伝 学動によって地球由来微 生物が火 星環 境に広がる可も始まるかもしれない．これらの分析結果によって，能性がある．したがって，探査地付近で火星固有の生物形成要素の一般性と多様性，偶然性と必然性

生物が 存 在する可能 性を確かめておく必 要があるの研究がすすむ．その生物と地 球 生物との比較か[ 18]．

ら，両者で同じ点はどこでそれはなぜなのか，両者

系外惑星に生命が見つかることを期待する天文学で異なっているのはなぜなのか，という理由に迫る者は多い．地上および軌道上の様々な波長域の望遠ことが可能になる．すなわち，地球生物に限定され鏡を用いて，太陽系外生命の徴候を探す計画が進行ない一般生物学とでも言うべき生命科学が始まる．

している[ 33]．生命の発見をそう遠くない将来に想定する天文学者も少なくない．しかし，仮に太陽系外に生命が発見されたとしてもその試料を地球に持ち帰ることは当分できない．

(2) どのような生命を想定するかとは言っても，生命を探査しようとするならば，探査対象天体にありうる生物の特徴をある程度想定す

一方，もし太陽系内に地球外生物が発見されたな

る必要がある．そうしなければ，探査された対象がらば，その場観測によって詳細な分析を行うことが生物であるかどうかを判別することも困難である．

可能である．さらに試 料を地球に持ちかえることにこの点に関して，本連載第2回目に検討した，宇宙

よって，高度な分析手法が利用可能になる．

にありうる生命の形が参考になる[2]．すなわち，上それらの分析によって，生命に関するいくつもの述の元素，分子，アミノ酸の種類，核酸の種類など

根源的問いに関する情報も得られる．例えば，地球

は，いくつかの環境因子によって影響を受ける可能宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸203

図13：地球外試料のDNA分析フローチャート[31]．得られた試料のDNA分析を行って，DNAが無ければ生物でないか，地球外生物あるいは技術的問題である．その場合RNA分析等を行う．DNAがあった場合，その塩基を分析しACGTであれば，PCR増幅，DNA配列決定，系統樹を作製して，地球生物の系統樹に入るかどうかを分析する．塩基がACGTでない場合やこれらの分析ができない場合には，地球外生物か，技術的問題である．
系統樹解析ができる場合には系統樹上の位置から，どのような生物であるかの判定ができる．地球から移動した生物か，その天体から地球に移動した生物が系統樹上の位置で判定できる．

性があるという点である．例えば，ある液体が生命

天体，すなわち火星では，水を液体として用いて，炭に利用可能であるためには，その液体が天体表面に素を主要元素として用い，酸素，水素，窒素を用いた存在する必要がある．同様に元素がその環境に存在

有機 化合 物を主成分とする生命である可能 性が 高しなければ利用できない．ある元素が炭素のようにい [2, 30]．隕石からアミノ酸が多種供給されること多種の分子を構成するためには，中心となる元素がを考えれば，アミノ酸の重合体を触媒分子として用

多価で，しかもその元素の酸化還元状 態が極端ないる可能性も高い[2, 30]．

還元型や極端な酸化型でなく，多種の原子と結合で一方，核酸を構成するリボースや核酸塩基が隕石きる必 要がある[2]．生命の基 礎となる分 子が生命中に見つかっているが，隕石中リボースの含量が低

誕 生前にその天体表面に非 生物的に供給されなけいことを考えると，遺伝 物質として DNAあるいはれば利用される可能性が低い[2]．

R NAを用いているという保証はない[2, 30]．アミノ

こうした点を考慮するならば，太陽系の地球型の酸の種 類や核酸塩 基が地球型と異なる可能 性も考204

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

表10．表
火星で地球由来微生物が増殖可能な微小環境[17]．
10．火星で地球由来微生物が増殖可能な微小環境[17]地球由来微生物が増殖可能な天然微小環境

説明

水蒸気が利用可能

大気中，土壌間隙空間，岩空隙等の水蒸気ある
いはエアロゾル

氷関連

霜，氷，レゴリス等の地下氷，氷河由来の液体
あるいは気体の水

塩水関連

潮解塩，氷中，氷表面，結晶塩，岩塩中の塩水

岩や土壌粒子の表面の水薄膜（水活量が 0.9 以

レゴリス粒子，粘土鉱物，氷表面，岩石表面の

上の場合）

水薄膜

地下水あるいは熱水（微小環境ではない）

液体水

周期的凝集水や結露を受ける場所（水活量が 0.9

レゴリス粒子，粘土鉱物，氷表面，岩石表面の以上の場合）

水薄膜

鉱物中の水（微生物生存可能ではない）

鉱物に結合した水（粘土鉱物薄膜間水分子等）

慮しておく必要がある[2, 30]．
膜脂質に関しても同様の推定ができる．つまり，地球生物の細胞は脂質膜で囲まれていて，脂質膜が細状態，紫外線強度の範囲である必要がある（表 6）．
これらの中で一つでも条件が欠けると微生物は増殖できない．

胞内部の分子を閉じ込めているが，地球生物の脂質

微 生物細胞の密度は，必要な物質の中で，最も膜には多種類の脂質が使われている[ 34]．したがっ少ない物質の量によって規定される．しかし，微 生て，地球外生物の細胞も脂質膜で囲まれているはず物細胞が 1 μ m以下の直径で，質量も一細胞あたりであるが，膜脂質分子として特定の脂質分子を想定

1 pg以下であることから，その増殖に必要とするエ

することはできない．

ネルギーや元素の量は非常に少ない[2, 21, 30]．し地球の原核生物種の多くは，細胞の大きさが直径たがって，これらの環境因子を考える上で，必要な1 μ mほどであり，形は球状あるいは桿状である．地

物質が得られる環境はほとんどどこにでもあると考

球外生物の細胞の大きさと形は不明である．しかしえた方がよい．すなわち，微 生物はµ ｍスケールの地球生物を参考にするならば，細胞の最も小さい可微小環境で増殖可能であると理解されている．実際

能性として1 μ mほどの直径で，球状あるいは桿状細

C O S PA Rの議論に基づく報告 [ 17]では，微生物が胞を想定しておく必要がある[2, 30]．

増殖可能な微小環境を表 10のように整理している．

4.4

どこを探すか: 地球微生物の生存場所

すなわち，微生物は微小な環境であっても増殖可能である．

この項では，まず地球の微 生物を対象に増殖可生物が増殖できる環境としては温 度 ( − 18℃〜

能な場所の検討を行う．微生物の増殖に必要な因子

120℃)，水活量（1. 0 〜0. 6，これは相対湿度 100%〜

や成分は多種にのぼる．元素でいうと本連載第一回

60%に相当する）が重要である(表 6)．放射線耐性微[ 1] 表10に示した元素が生体内に含まれている．主要

生物は5, 000 Gr yまで生存可能なので，火星表面でな生命構成元素として炭素，水素，酸素，窒素，硫

放射線強度が問題になることはない[ 17, 21, 30]．紫

黄，リンがある．エネルギーを確保するための電子受

外線も太陽光の直射を受けると生存できないが，ダ容体と電子供与体の組み合わせも必要である．増殖

ストやレゴリスは厚さ1 m m 以下で紫外線を遮蔽でするためには液体の水が 細胞内で保 持される必 要

きるので [ 17]，土壌中で紫外線の影響は受けない．

がある．増殖の環境も，適切な温度，pH，酸化還元

つまり，温度と湿度を同時に満足する範囲であれば，

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸205

土 壌 中で 微 生物は 増 殖 可 能と考えて良い [ 17, 21,

時間から数日で核酸やタンパク質の分 解は進行する

30]．

[ 30]．逆に，乾燥した状態，真空中，低温では分解は生命が誕生すれば，生存可能な場所に生命は進

極めて遅く，核酸やタンパク質は数千年以上保存さ出する．地球表面近くでは，火成岩の塊の中以外のれる．数千万年前の化石中のペプチド鎖（タンパク質場所には，ほとんどすべての場所に微生物がいるとの一部）が報告されている[ 30]．

考えて良い．溶融溶岩中では炭素化合物は安定に存

つまり，高分子が残存している細胞を検出しよう

在できないので火成岩中に微 生物はいない．一方，とした場合には火成岩中以外の様々な場所が対象と火成岩であっても水の浸 透が 可能な亀裂部分にはなりうる．ただし注意すべきは，化石中のペプチド鎖

微生物細胞が見つかっている[ 35]．これ以外の場所

分析は大型化石でおこなわれたという点である．つでも，水と微 生物が侵入することが 可能であれば，まり，試料を目視で発見できれば解析して有機化合

どこであれ微生物が増殖する可能性がある．海水表物を検出することができるが，問題はその試料をど面付近では光合成に依存した生物相があり，200 mのように発見するかということになる．微生物細胞は以深の海水中では生物密度は低下するが，その密度小型で，細胞一つであれば顕微鏡無しに検出するこは深海でもゼロにはならない [ 1]．また，アタカマ砂とはできない．バイオマット( 微生物細胞の層状の被

漠の最も乾燥した地帯や南極の砂漠でも10 4 細胞 /膜 )，バイオフィルムであれば目視できるが，岩石試

g土壌程度の微生物が見つかっている[ 36]．こうした料であればそれを見つけるためには新しい試料面を環境では，水がほとんど無かったり，極低温であった

研ぎだす必要がある．つまり，目視によって試料を見りする．こうした因子は細胞数を少なくする効果をもつけることは極めて困難である．ただし，手当たり次

つものの細胞を完全になくすわけではない．

第に有機化合物ないし有機物粒子を探査するという

地球 生物が 死滅しない環 境，つまり生存可能な方法はありうる．有機化合物が発見された場合には環境はさらに広範囲である．温度が増殖条件より低

前 記フローチャートのような詳細分析を行うことがく液体窒素温度まで，湿度が増殖条件より低く湿度可能であり，その価値がある．

0%まで，圧力が増殖条件より低く真空まで，微 生物は増殖できないが，死滅することはない (表 6) [ 17,4.5

探査地で検討すべき環境因子

18, 30]．微生物が増殖できない場合でも特に低温あ具体的な探査地は生命探 査以外の科学目標や工るいは乾燥では死滅することなく，仮死状態で休眠

学目標，探査可能性や容易性，装置の開発段階など細胞が保存される．低温や乾燥は寧ろ休眠 細胞の様々な因子を考慮して検討されるはずである．

保存に適した環境である．実際，研究室や微生物種

前項で検討したように，微生物の増殖を制限する保管施設では凍結乾燥した微生物細胞が半永久的重要な因子は，水の活量と温度である[ 17, 18]．水のに保存されている[ 17, 18, 30]．

活 量と温 度は細胞内で液体の水が 存在できるかど

いっぽう増殖を停止した微 生物細胞はその成分

うかに関わる．ここで氷や凍 土は，その中あるいはが何らかの理由によって分 解することでやがて死滅

その側で，水の活量は1. 0となり，増殖に必要な水のし，仮に増殖可能な環境に再度おかれたとしても増活量 0. 6を上回る．あるいは，蒸気の噴出している場

殖することはできなくなる．また細胞構成成分も変所では，水の活量は高くなる可能性が高い．こうした質してしまう．死滅の要因として例えば 放 射線や紫水の活量の大きい場所で，温度の充分高い場所があ外線によるDNAの切断あるいは損傷がある．紫外れば，生命探査候補地となる（表 6 参照）．つまり，温線耐性の微 生物も紫外線が当たる環境で数年，紫度と水の活量が増殖条件を満たす場所（温度 − 18℃

外線が当たらない環境では数十年で死滅する[ 30]．

〜120℃，水活量1.0〜0. 6）が生命探査の第一の候補

それよりもはるかに長い時間スケールで，細胞を地となる．

構成する高分子の分解が進行する[ 30]．分解の速度

ここで，温度と水活量を考える理由は液体の水がは環境に依存するために単純に何年と言うことはで鍵となる．しかし，上記の条件の外でも塩の潮解にきない．例えば，分解酵素が働く常温の水中では数よる塩 水は存在する．上記の温 度 水活 量の範囲か

206

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

ら外れれば地球微生物の生育はできないが，火星に微生物が存在したとして，塩の潮解による塩 水の存
在場所が増殖可能な場所となるかもしれない．

4.6

火星表面での特徴的地形や環境の評価

後述するように，火星表面にある環境を地球由来
微生物で汚染しないことが国際条約によって要求されている．これは惑星保護とよばれている．火 星表面で地球生物が増殖可能な場所は，惑星保護上の特別領域とよばれている[ 17]．惑 星保 護方針では，特別領域を，それ以外の場所と比べてより強い惑星
保護の対象領域としている．火星に現在も増殖する生物がいた場合に，特別領域はそれを見つける可能性の高い場所とも考えられる．この節ではRu m mel
ら( 2018)が行った火星特別領域の報告 [ 17]，C oPP

図14：マリネリス峡谷メラス谷のRSL (11.5 S, 290.3E) [17]．HiRISE
画 像 ESP_031059_1685の 一 部．画 像 は NASA/JPL/
University of Arizona．

（米国アカデミーの惑星保護委員会）の火 星での惑星保護に関する報告 [ 18]を参考に地球 生物が増殖可能な場所を検討する．
(2) ガリー(1) R SL .

ガリ ー ( g u l l ies) は 浸 食 に よって で き た 尾 根

周回機の撮像によって，クレーター斜面で季節的（a lcoves）に 挟 ま れ た 峡 谷 (cha n nels) と 扇 状に現れては消える黒い筋( 0. 5〜5 m)が多数確認され地（aprons）を 持 つ 構 造 で あ る [ 17, 39]（図15）．

ている（図14）．これは，Recu r r i ng Slope Li neae

Ru m melら( 2018) は火 星特別領域の関連でガリー( R S L)と呼 ばれる現 象である[ 17, 37, 38]．温 暖なを4 種に分類した．Ta xon 1のガリーは南半球中緯時期にクレーター斜面に黒い筋が伸長し，やがて消度にある温度が極めて低い場所（C O 2 露点温度）のえる．この現 象が毎年繰り返されることが確認されガリーで，極低温であるため，おそらく水は関係しなると「確定した R S L」と呼ばれる．黒い筋の 伸長あい．Ta xon 2は比較的新しい比較的低温な地 域のるいは繰り返しのどちらかだけが 確 認された場 合ガリーで，地下に氷があるかもしれず，氷の融解によには，「部分的に確定した R S L」とよばれる． R S Lる水でできた可能 性が 高い．Ta xon 3は温暖な地がどのような機 構で現れるかははっきりしていない

域のガリーで，地下の氷がない． Ta xon 4はR S Lにが，Ru m melら( 2018)はいくつかの機構を紹介して，付随して観察されるガリーで，項目( 1) R S Lの記述がR S Lは地下の水に由来する活動である可能 性が 高適用される[ 17]．しかしその後 C oPPでは，多くのガ

いとしていた[ 17]．しかし，C oPPでは水の関与に関リーに水は関係せず，C O 2 の霜が関係した現象であしては否定的な解釈を行っている[ 18]．その理由はろうと結論している[ 18]．

いくつかあるが，R S Lに含 水過 塩素酸塩の赤外 線
吸収があるという結果はデータ処理の不備であった(3) クレーター

可能性があると指摘されている．また，R S Lが観測

クレーターは，その形成時のエネルギーによってされている緯度を考えるとR S L の流出高度は地下

熱水活動が起きるが，現在に至るまで熱水活動が継凍土の位置より高いこと，R S Lが停止する地形の斜続していると推定されたクレーターはない[ 17]．

度が粒子の流れで説明できること，等が指摘されている[ 18]．ただし，地下凍土からの水蒸気の発生がR S Lと関連している可能性はまだ残っている．

(4) 地下水
地下水が 存在する可能 性も検 討されている[ 17]．

宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

207から10 mまでの地下水の存在可能性は否定できない[17]．
(5) 斜面の黒い筋（線）斜面の暗い筋模様（da rk slope st rea k）が数十年にわたって現れたり消えたりする現象が主に赤道域で報告されている[ 17, 39]（図16）．この現象は，季節変化や筋の伸長がない点が R S Lとは異なってい
る．この現象に水の関与した可能性も提案されているが，大部分は乾燥ダストの崩壊であろうと推定さ
図15：火星のガリーで，浸食によってできた尾根（alcoves）に挟まれた峡谷(channels)と扇状地（aprons）が見られる[17]．左：中緯度(37.46 S, 222.95 E)のクレーター斜面のガリー(HiRISE画
像 ESP_033290_1420の一部)．右：赤道域 (8.41 S, 313.31
E)のガリー (HiRISE画像 ESP_018518_1715の一部)．画像はNASA/JPL/University of Arizona．

れている [ 17]．
(6) 極域砂丘斜面の黒い筋（線）極域砂丘（du ne）斜面で黒色の筋が観察されてい（約150 K）からる．火星の冬季，温度が C O 2 の霜点
上昇する時に現れ，幅 2〜3 mで数十mほどの長さになる．夏期には見えなくなるが翌年同じ場所に出現

火 星表面の浸食の度合いと火 星史初期の地下水量する．温度が低温であるため，塩 水であっても液体の 推 定 から， 最 大 時（30 〜35 億年 前）には火 星がでは存在し得ないので，地球由来生物増殖の可能性

平均 0. 5 〜 1 k mに相当する水を保有していたと推は無いと判定されている[ 17]．

定されている．現在でもこれらの水の大部分は，表面付近から少なくとも数 k mの深さにおよぶ極域の(7) 地熱地帯

氷と，元 素崩壊 熱によって氷 層の下に形成される周回機Odysseyに搭載されたTHEMIS (Thermal

深部地下水として残っている可能性がある．これら

Emission Imaging System)の赤外線画像（約100 mの水の大 部 分 は 鉱 物 空 隙 水としてトラップされ る/ pixel）の解析から地熱異常の検出が試みられた．しが，それ以 上の水量がある場合には液体の水としかし赤外線画像は，場所による撮像時間の違い，表て存 在する可能 性がある[ 17]．流出峡 谷 (out f low

面の粒子径の違い，岩石頻度，地形の斜度や割れ目

cha n nels)は，この地下水の存在を反映している可等によって影響を受けるため，解析は複雑で，はっき能性がある．流水峡谷の中には200万年前から10 億りとした地熱地帯は報告されていない[ 17]．

年前に形成されたと推定されるものも報告されている[ 17]．

(8) 洞窟や岩石亀裂

地 下 水 の もっとも 直 接 的 な 探 査 は， 周 回 機

火 星でも火 山 性 洞窟が 多 数 検 出されている（図

M a rs Ex pres s か ら の レ ー ダ ー（M A R S I S :17）．洞窟は地表に比べて湿度が高く，温度変化がM a r s Adva nc e d R a d a r for S ub su r f a c e a nd

少ない，太陽紫外線から護られるなど，微生物増殖

Iono sphere S ou nd i ng) 探査として行われた．このや生存に対して有利な条件をもっている．地球由来

探査によって火星南極域 ( Pla nu m Aust ra le地域)

微 生物の増殖可能 性は不明であるが，潜在的に特

地下氷の下に2 k m幅の液体の水の存在を示唆する

別領域として扱う事になっている[ 17]．

反射が報告された[22]．

C oPPでは岩石亀裂内部の温度は場所により充分

火星全 域の地下200 〜 300 mより浅い地下水は高く（−25°C , 248 K）準安定な水があり，地球微生検出されていないが，それが発見された場合には特物が代謝可能な場所があるかもしれないとしている

別領域として扱われる．また，地下10 m程度より浅[ 18]．ただし，地球微生物が増殖可能かどうかは不い部分のレーダーの解像度は低いので，表面25 cm

明である．

208

図16：ダストで覆われた斜面にある黒い筋．火星Acheron Fossae
地域にある地溝の日の当たる斜面と地溝底の画像(37.32 N,
229.11 E) [17]．HiRISE画像 PSP_001656_2175の一部．画
像はNASA/JPL/University of Arizona.

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

図17：アルシア山の北東部にある陥没でできた穴(2.27 S, 241.90 E)[17]．
HiRISE画像 ESP_014380_1775の一部．
画像はNASA/JPL/University of Arizona.

10 〜 60 cmの温度は北半球では245 K ( − 28℃)以下であった．しかし南半球では地表の組成によるが，少なくとも約60 cmの深度まで245 K ( − 28℃)(9) 表層付近の土壌
表 層付近の土壌中の温 度と湿度のモデル計 算が行われている．Pho en i x 着地点での表面土壌温度，
大気湿度を用いて，土壌中の凍土をモデル化した場

以上になった．さらに，地下数十 mから地下100 m
以深まで，地熱によって245K ( − 28℃)以上になると予想された[ 18]．
温 度と相対 湿度の両方を考慮した検 討も行われ

合，湿度 60%を実現する際の温度は − 73℃以下でた．土壌中と大 気とのガスの交 換がない閉鎖環 境

あり，夏期に255K ( −18℃) 以上になる場合の湿度（塩が固化している場合など）であれば，表面20 〜

は10% 以下であった[ 17]．

30 cmの氷あるいはレゴリス中で微生物の増殖可能

Vi k i ng からCu r io sit yに至る観測結果を用いて，過 塩素酸塩の潮解図との比較も行われた [ 17, 40]．

な環境，245 K ( − 28℃)以上で水活量0. 5以上，が実現可能であると結論している[ 18]．

温度が高い場合に過塩素酸塩は広い湿度の範囲でその後の研究から新しい知見も増えている．火星

潮解を起こす（図18）．一方，温度が低く湿度が低す

表面で液体の水は存在しにくいが，火星表面にあるぎる場合には結晶となり，温度が低く湿度が高すぎ

塩（過塩素酸塩等）の潮解によって塩水は存在する可る場合には塩の結晶と氷の混合物となる． Vi k i ng

能性がある[41]．実験的にも，赤道域から高緯度域からCu r io sit yに至る観測結果を用いた 解 析の結にかけて一日に6 時間程度であれば，表面か表面直果，過塩素酸塩が潮解を起こす時間帯は限られてい下に準安定な潮解水が一年の内の数日間存在しうるた[ 17, 40]．また潮解が起きた場合でも，その温度はことが示されている[41]．

地 球由来生物の増殖温 度をはるかに下回っていた[ 17, 40]（図18）．

またExoM a rs Trace Ga s O rbiter ( T G O)は，
赤 道 付 近にあるマリネリス峡 谷 の中 央 部に40. 3 重C oPPは火星全球に対して地下温度と湿度のモデ

量 %の水に相当する水素を含む領域を報告している

ル計算を行った[ 18]．このモデル計算では，熱特性[42]．この観測結果は，この領域の表層近く深さ1 mの異なるいくつかの地表（レゴリス，小石，氷で固化前後のレゴリス中に，氷か水 和塩が存在しているこ

したレゴリス等）を仮定し，一年で 最も高温になるとを示唆している[41] .

時の一日の平均温度を推定した．その結果，表層約宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

図18：過塩素酸の状態図．点線はVikingのモデル計算結果, 黒四角はPhenix着陸機の測定データ．灰色領域はCuriosity探査車測定データの範囲．Rummel J. D., et al. (2014)[17]およびMartínez, G. M. et al. (2017) [40]より作成．

(10) 降雪209

図19：明るい色の 物 質を放出した新しいクレーター (55.58 N,
150.6 E)．クレーターは2008年1月26日から2008年9月18日の間にできた[17]．HiRISE画像 PSP_010625_2360の一部．画
像はNASA/JPL/University of Arizona.

Phoenix 着 陸 機 の LI DA R
（LIght Detection

土が 徐々に消失することに起因していると推定され

A nd Ra ng ing）によって，日の出前に雪が地上に到ている．また火星の多角形連続地形の見られる場所

達することが観測された[17]．これは火星の極域に限は，周回機の中性子分光測定によって地下氷が想定らず火星のどこでも起きうる．ただし，雪は夜の最低される地域と付合している．これらの場所では比較

温時に積もり，日が昇るとすぐに昇華，融解／蒸発す

的浅い凍土が想定されるので，探査機の着陸あるいるので，この現象によって地球由来微生物の生存可は衝突によって地球由来微 生物が生存可能な領域

能な環境が形成されるかどうかは不明である[17]．

となりうる[ 17]．

(11) 新しいクレーター(13) 地下氷床

周回機の観測によって，中緯度から高緯度 域で火星は歴史的に，自転軸や軌道要素の変化によっ

新しいクレーターが見つかっている（例えば図19）．

て現在の低 緯度地域にも氷河を発達させた可能性

直径は1. 0 〜24 mで，衝突によって放出された白っがある．極域から赤道 域までアマゾニア代（30 億年

ぽい物質がクレーター周辺に広がっている場合もあ

前から現在まで）の氷関連堆積物が見つかっている

る．放出された白っぽい物質は数ヶ月から数年で消[ 17]．

失するので，衝突によって放出された氷の破片であ

地下氷に関する情報は，レーダー，中性子分光法，

ろうと推定されている[ 17]．赤道付近の新しいクレー

赤外線画像解析によって行われてきた．この中で，サターは黒色なのに対し，白っぽいクレーターの大部

ウンディング･レーダーS H R A DとM A R S I S はそれ

分は北緯 39 〜65度で見つかっている．これは，氷層

ぞれ垂直解像度約10 mあるいは100 mである．レー

より上のダスト層が低緯度で厚く，高緯度で薄いこ

ダーによって38度以北でレゴリス間隙水以上の氷をとと付合している．これらの氷は白色で，土壌間隙水含む厚さ80 〜170 mの氷床が見つかっている．これではなく，レゴリス含量が 1% 以下の氷であろうと推らは表層から10 m 近くにまで達しているかもしれな

定されている[ 17]．

い[ 18]．実際，北緯39度以北でレゴリスをほとんど含まない氷が地表数 m 近くにまで存在することが，新(12) 多角形が多数連続する地形

しいクレーターの存在によって分かっている[ 18]．

中緯度から高緯度では，数 mから数十 mの多角

中性子分光法と赤外線画像解析によって表面付近

形が蜂の巣状に続く地形が広く見つかっている（図

約1 mの氷の情報が得られる．中性子分光法の約500

20）．こうした地形は地球でもあり，比較的浅い凍

km/pixelの画像によって北緯45度以北および南緯60210

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

浅い場所に氷がある可能性がある．すなわち北緯約35度から南緯約50度の間の低緯度で，約10 〜 100
cmの深さに氷がないとするはっきりとした証拠はな
い．また全球において1 〜 10 ｍに氷が無いとする
はっきりとした証拠はない[ 18]．
(14) 着陸機由来の環境変化
着陸機による様々な作用で，地下氷を融解して地図20：多角形の連なる地形の例．こうした地形は地下にある永久凍土が季節的熱収縮によって割れる事で形成される．表面の柔らかい土壌が次第に失われると，蜂の巣形の浅い溝が見えるようになる[17]．HiRISE画像 PSP_005761_1145 (65.305 S,
136.562 E) の 一 部． 画 像 はNASA/JPL/University of
Arizona.

球由来微 生物の生存可能な環境が人工的に形成される可能性がある．着陸機の脚，ローバーの車輪，
熱源，特にロボットアーム，岩の掘削等でその場所に氷がある場合，エアロシェル，熱シールド，スカイク
レーン等が氷を含む場所に落下した場合なども考慮する必要がある．衝突によって破壊炎上する場合も想定する必要がある．これらの現象は個々の計画や度以南の中高緯度地域の大部分の領域で表面付近1

計画外の事 象を含めて個別に検 討 すべきであるがmに氷が見つかっている[18]．約3 pixels/degreeの[ 17]，ここではこれ以上ふれない．

粗い画像分解能の赤外線画像解析によって，北緯35度以北および南緯60度以南にほぼ連続した氷かレゴ
リス空隙を埋める氷が検出されている[18]．

(15) 水の流出や，蒸気や粒子の噴出地
上述の地形的要素以外でも，地下水の流出あるい

ただし，中性子分 光法と赤外線画像解 析は地下

は，地下の氷や水からの蒸気や粒子の噴出の場所が約1 mよりも深い部分の情報は与えない．また赤外あれば，生命生存可能性のある場所となる．例えば

線画像解析では，赤道付近は表面温度の季節変化

ガリーやR S L の深部地下氷から蒸気が 噴出する経が少ないため，また南半球ではダストが多いため，地路があった場合，その途中で生命増殖条件を満たす

下10 cmより深い部分にある氷を検出できない．し可能性がある．

たがって，赤道付近で表面付近の氷が赤外線画像

メタンの生成過程は，生物的なものと非生物的な解析で検出されないことは氷が無いことを意味するものが知られている．しかし，何れのメタン生成機

わけではない [ 18]．実 際 M a rs O dys seyの中性子構でも，メタン生成のために水あるいは蒸気が関与

分 光法による観測は赤道付近のいくつかの場所でしている[43]．メタン噴出地はまだ見つかっていない

水素の過剰を検出していて，これは地下氷由来であが [ 39]，もし見つかればエネルギー源と蒸気も同時る可能性がある[ 18, 42]．

に発見されることになり，重要な生命探査地の候補

前述した地下温 度と湿度のモデル計 算では，南となる．

北緯度49度以下の低緯度地域の水平な表面あるいは南北緯度 25度以下の赤道域の極に向いた斜面に(16) 生命探査候補地のまとめ

は，表面約1 mに安定な氷が存在し得ないという結Ru m melら ( 2018) の 報 告 [ 17] とC oPP の 報 告果である[ 18]．しかし，こうしたモデル計算は土壌が[ 18]をまとめるならば，火星表面での様々な特徴的

大気と拡散平 衡にあることを仮定している．大気とな地形のなかで，はっきりと水の活動と関係づけらの拡散が塩の固化などで妨げられた場合には，氷がれるものは無い．

存在しても良い[ 18]．

一方，低緯度地域に地下氷床（1 mより浅い）があ以上をまとめるなら，北緯 35度以北および南緯約る可能 性があり，大気との気体交 換が無い土壌な

50度以南の両極側表面付近深さ1 mより浅い場所

ど，その上に地球 微 生物増殖可能な環境がある可には氷があり，赤道付近でも表面付近深さ1 mより能性がある．中性子分 光法と赤外線画像解 析で地宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

下氷床が見つかった場所であれば，地下氷床の深度

211

プログラム標準を定めている[44]．

は地下1 m以内でありその可能性がある[ 18]．実際
ExoM a rs T G Oは，赤道付近にあるマリネリス峡谷(1) 特別領域の中央部に40. 3 重 量 % の水に相当する水素を含む

C O S PA Rの 惑 星 保 護パネルでは 様々な検 討を

領域を報告している[42]．これは，この領域に表層行ってきたが，2023 年報告では，特別領域を次ぎの近く深さ1 m前後のレゴリス中に氷か水 和塩が存在ように定義している．特別領域とは，地球由来生物

していることを示唆している[41]．こうした地球微生が増殖する可能性のある領域で，それは火星現存生物の増殖可能な場所は，生命探査地の第一の候補物が存在する可能性が高い場所と理解される[41]．

である．

C O S PA R 2020 年の報 告では確定した特別領域は地下の水か氷に由来する液体，あるいは蒸気や粒ないが，下記のような地形はさらに詳しいことがわか子が噴出している場所が生命探 査地の第二の候 補るまでは特別領域として扱うことが提案されているとなる．すなわち，ガリーやR S Lの流出物，未発見で[45]．

はあるがメタンと共に噴出してくる粒子あるいは液体
等が分析対象物となる．これらは特別領域からはず･ 観測によって見つかっている地形れるわけではないが，地球由来微 生物の生存可能

ガリー（t a xon 2〜4），それに付随した明るい筋，

領域に試 料 採集装置を直接 接触させる可能性のあ

地下洞窟，5 m 以深の地下，R S L ( 確定したもの

る第一の候補に比べて，そこからの流出物を探査の及び部分的に確定したもの)対象とする第二の候補の方が，惑星保護の観点から･ まだ見つかっていない地形

好ましい．
また，中高緯度地域には数 mより浅い地下氷床が地下水，メタン発生源，地熱活動，新しい流出峡谷･ ケース･バイ･ケースで評価することが必要な地形

見つかっている．これらの場所の温度は低く，地球斜面の黒い筋，Pa sted - on ter ra i n（ガリーで新微生物の増殖は困難である．しかし，水活量は高い

たに堆積した層），R S L（候補）はずで，火星微生物がいないとは断言できない．地
下氷床があり潮解塩 水の存在が可能な場所は第三C O S PA R 2020 年 の 報 告ではガリーTa xon 1はの候補としても良い．例えば，中緯度から⾼緯度域

C O 2 によると考えられるので特別領域ではないが，の新しいクレーター周辺に広がっている，衝突によっ

他のガリーTa xonは特別領域として扱われている．

て放出された⽩っぽい物質は，潮解塩⽔由来の物質

これらのガリーは地下に融解する可能性のある氷がを含む可能性がある．

あるか，R S Lに関連している場合に特別領域となり

4.7

惑星保護との関連得るとしていた[ 17]．
次 項 で 説 明 す る2023 年 の 報 告 [41] で は 上

前項で解説した火星表層の解説は，惑星保護に記 のような 地 形 の 個 別 検 討 は 行 って い な い が，関わる報告を参考にした[ 17, 18, 41]．惑星保護では

C O S PA R 2021年 の 報 告 [46] で は C O S PA R 2020

地球由来の微 生物によって地球外の環 境を汚染し年の報告 [45]を踏襲しているのでこれらの地形の特ないこと（フォワードコンタミネーション）と地球外の徴に係わる検討は今後も参考になる．

有害な物質を地球環境に持ち込まないこと（バック
ワードコンタミネーション）が目的とされている．惑星(2) COSPA Rの惑星保護パネル2023 年報告

保護は国際宇宙条約第9 条によって規定されており，

C O S PA R 惑 星保 護パネル2023 年 報 告では火 星

惑星保護方針（ 具体的な方法）はC O S PA Rの惑星

無人探査車に関わる惑星保護に関して報告している

保護パネル（Pla net a r y P rotect ion Pa nel）によっ[41]．そこでは，知られている微生物増殖の下限温度て審議決定され，C O S PA R 理事会によって承認さ− 18℃に対して，低温での微生物活動の低下は指れる[41]．日本ではJA X A (日本宇宙航 空研究開発

数関数なので最低温度の認定が困難であるとして，

機構 ) が C O S PA R 惑星保護方針を元に惑星保護の温度のマージン10℃を採用した．そして惑星保護の212

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

特別領域を温度− 28℃以上で水活量 0. 5以上の場

る上では，予め様々な点を検討しておく必要がある．

所と定義している[41]．さらに，特別領域を判定する

本項では，筆者の私見を付記して今後の検討の参考

時間範囲を指定し，今後 500 年間，温度と水活量がに資する．

上記の基 準を満たす可能性がある場合に特別領域となることを確認している[41]．

着陸地に関して，高緯度はもちろん赤道域であっても地下氷存在の可能性があるので，まずは中性子

一方，惑星保護の制約を多少 緩める提案もある

分 光 結果等から地下氷存在可能性を把握する必要[41]．すなわち，1a) 探査活動が表面だけの場合，あがある．そして着陸 地に関してモデル計 算を行い，るいは1b) 探査活動が地表から1 m以内でありそこ特別領域であるかどうかの評価を個別に行っておくに地下氷の存在が中性子や熱的データによって見ら必要がある．

れない場合であって，かつ2) 活動場所が特別領域

生命探査を行うのであれば，生命増殖条件（温度から充分に離れている場合には惑星保護 要求を緩と水活量）を満たす場所を探す可能性があり，必然

めてもよいのではないかという提案である．また，探的に特別領域の探査となる．赤道域で中性子分光に査機表面の微 生物が火 星で探 査活動を行っている

よって水素が検出されている場所や，地下からの噴過程で死滅することを，惑星保護要求実現の過程と出･流出等のある場所 が生命 増殖条件を満たす 場

して考えることが提案されている．しかし，微生物の所の候補になるが，これは特別領域となり得る．し環境耐性が強く，紫外線も薄いダスト層（数 µ m）でたがって生命探査を行う場合には，惑星保護との関遮蔽される事等から，これらの提案はガイドラインと連を予め検討しておくことが必要である．

してはまだ採用されていない[41]．

また，これまでの特別領域の定義では，地球生物

報告では，探査車に付着した粒子がダストストー

増殖可能な場所すなわち温度と水活量を指標にしてムによって火星全球に運ばれる可能性を検討していいる[41]．さらにその周辺で，探査車から遊離した粒るが，今後の検討が必要であるとしている．微生物

子が，地球生物増殖可能な場所に風などによって搬の火星環境での死滅効果の検討や，火星で微 生物送される可能 性を考慮している．こうした地球 生物が運搬される機構の検討，火星地下に関する情報，

増殖可能な場所を汚染する具体的な過程の検討が，気候モデルも必要であるとしている[41]．

必要かつ充分な惑星保護措置を設計する際に必要

また，計画では予期しなかった特別領域が探査中となる．

に見つかった場合などには，運用中に惑星保護の検こうした点に関してC oPP では，単に地球由来の討を行う必要性も指摘している[41]．さらに，JA X A

微生物が増殖するかどうかではなく，それが周囲にのM M X ( M a rs Mo on eXplorat ion)での惑星保伝播 するかどうかという点に着目していることは検護の検 討 [ 36] が参照されて，惑星保護 基 準の達成

討に値する[ 18]．そして，地下氷が相互に連結していが一律な方法ではなく，探 査計画ごとに検討され，ない場合には，かりに地下氷が地球由来微生物で汚審査，評価されて良いと，個別の惑星保護審査過程

染した場合でも，それが伝播する可能性は低いと言が承認されている[41]．惑星保護検討ではリスク･マ

及している[ 18]．予め，生命のいる可能性の高い場

ネジメントの手法が参考になるとして，NA S Aの場

所，汚染の可能性の低い場所，汚染の伝播可能性の合に標準となる方法を提案している[41]．さらに，今低い場所を識別して評価する必要がある．

後予想される有人探査では地下氷，洞窟等の利用がこうした点では，前述の第二の候補，すなわち生予想される．その前に，有人探査によるこれらの場

命増殖可能性のある場所からの噴出物や流出物を所への影響に関する知見を得る必要があるとしてい探査対象とする場合，地球生物による汚染が広がるる[41]．

確率を下げることができる．さらに第三の候補，高緯度地 域の地下氷の上は塩の潮解液があっても低(3) 惑星保護に関する今後の検討事項

温であるため地球生物増殖可能性が低い．

C O S PA R 惑 星 保 護パネル2023 年 報 告 [41] では

掘削する場合や試 料 採集時には，ドリル先端や変更された点が多く，火星における着陸探査を進め

試料 採集部分が生命増殖可能領域に接触する可能宇宙での生命の起源，進化，伝播および探査 第3回 大気圏および宇宙における生命実験と探査／山岸

213

性 がある．この部 分 の滅菌を保 証することが 重要を広げる可能性が低い．さらに第三の候補として，中で，現場での滅菌手法の検討（要否も含めて）が必要

高緯度地域の数 mより浅い地下氷 床がある．中高である．

緯度地域の地下氷床の温度は低く，地球微 生物のさらに，米国アカデミーC oPP 報告の1ページ目では「宇宙機で運ばれた地球生物による汚染と，地球増殖は困難である．しかし，潮解塩水の存在可能な場所は火星微生物がいないとは断言できない．

外天体上の地球外 生命をどのように識別するか，と生命探 査では必然的に惑星保護における特別領いう方法に関する科学的共通認識はない」としてい域を探査することになる．予め，充分な惑星保護のる[ 18]．つまり，地球由来微生物が火星環境で増殖検討を行い，国際的な議論をリードしつつ準備を行したとき，それを地球外 生命と区別できないことをうことが必要である．

危惧している．しかし，本解説の4. 2 項で説明したよ地上実験室や宇宙で用いられている様々な測定のうに，発見された微生物のアミノ酸種とDNA配列のどの方法も，一度で地球外生命を検出することはで解析から，それが火星固有の生物か探査機に付着しきない．したがって、生命探査では多段階の探査がて到着した生物かを判別することは可能である[ 31]．

必要である．その際，初段の探査で，多少の擬陽性

この点も今後の惑星保護で検討すべき項目である．

の可能性があっても，できるかぎり検出漏れの少な

惑 星保 護方針は国際的な協議によって決まるのい方法で探査を行うことが重要である．厳密な基準で，欧米の検討状況を把握するとともに，我が国でで地球外生命を判定しようとすると，非地球型の生も必要な検討を行って，惑星保護の国際的な議論を命を見逃す可能性が高まるからである．例えば，有リードする必要がある．M M Xの惑星保護方針に関機化合物，アミノ酸，触媒活性を探査の対象として，わる研究成果[ 36]は，惑星保護検討の先進的例としその形 状を補助的に用いることで，見逃し無く生物て高く評価されている[41]．

の候補粒子を探査することが期待される．

4.8

火星での生命探査のまとめ

これまでのアストロバイオロジー関連の火 星探 査
では，質量分析装置が頻度高く用いられてきたが，探査する具体的な場所に関しては，他の探査関連

μ mの画像 解 像 度をもつ顕 微画像 取得が 重要であ項目
（緯度，地形，斜度，日照，土質等），あるいは生る．この点では成分別に染色できる蛍光顕微鏡が有命探 査以外の科学目標と合わせて検 討し決定され用である．非生物の有機化合物，たとえば隕石由来るべきである．探査においては，これらの環境因子の有 機 化合 物の粒子を擬 陽 性として検出する可能の観測や土質，土壌成分の分析等も，生命生存や生性があるが，これは生命の存在可能性を考える上で命 増殖可能 性を判定するうえで重要な資 料となる．

重要な情報である．

とりわけ温度と湿度は微生物の有無との関連を調べる上で重要な測定項目である．

一端，有機化合物の粒子が発見された場合には，アミノ酸の種類および DL分析，さらにDNAの塩基

火星は全体としては乾燥して低温であり，生命に分析，配列解読と系統樹作製によって，非生物，地とっては過酷な環境である．しかし，局所的には地

球生物，地球から移動した生物，地球外生物を判定

球生物であっても増殖可能な環境がありうる．温度することができる．アミノ酸種を地球 生物が用いて(− 18℃ 〜 120℃)と水活量 ( 0. 6 〜 1. 0：湿度 60%

いる20 種あるいは隕石が含む多種のアミノ酸と比較〜 100%に相当する)が同時に達成されて，生命増殖することで，生命かどうかの判定，および地球型生を支え得る場所が生命探査の第一の候補となる．例

物か地球外 生物かの判定を行うことができる．アミ

えば低 緯度での1 m 以浅の地下氷 床等が 候 補とな

ノ酸種のDL 解 析を行うことでそれを補助することる．次に生命増殖を支える場所からの流出物が第二ができる．DNA塩基配列を解析することで，火星固の候補となる．すなわち，ガリーやR S Lの流出物，メ

有の生物か地球と火星の間を移動した生物かというタンと共に噴出してくる粒子あるいは液体が第二のことを判定することもできる．

候補となる．惑星保護の観点からどちらも特別領域

既に有機化合物の存在が確認されているゲール･であることにかわりないが，第二の候補の方が汚染

クレーターのカンバ−ランド泥岩掘削試 料が地球に

214

日本惑星科学会誌Vol. 32, No. 3, 2023

帰還した場合には，蛍光顕微鏡や赤外顕微鏡，ラマン顕微鏡で有機化合物の存在形状を確認し，アミノ酸種分析によってその有機化合物の由来を明らかにできるはずである．
生命探査を行う意義として，もし地球外生命が発[14] Tomita-Yokotani, K. et al., 2021, Astrobiology
21, 1505.
[15] Kobayashi, K. et al., 2021, Astrobiology 21,1479.
[16] 宮本英昭ほか, 2016, 地学雑誌 125, 171.

見されたとき，それが人類史上の非常に大きな発見[17] Rummel, J. D. et al., 2014, Astrobiology 14, 887.

になることがある．また今後，火星での有人探査が[18] National Academies of Sciences, Engineering,

計画されている事を考えると，火星表面に火星特有

and Medicine. 2021, Report Series: Committeeの生物がいるかどうかを確認することは，火星特有

on Planetary Protection: Evaluation of Biobur-の生物がいるかどうかに係わらず，惑星保護の観点

den Requirements for Mars Missions (Washing-から重要である．

ton, DC: The National Academies Press).

もし太陽系内に地球外 生命が発見されるならば，[19] Villanueva, G. L. et al., 2015, Science 348, 218.

その場観測によって詳細な分析を行うことが可能で[20] 吉村 義隆ほか, 2018, 日本惑星科学会誌 27, 147.

ある．さらに試料を地球に持ちかえることによって，[21] 吉村 義隆ほか, 2021, 分析化学 65, 1.

高度な分析手法が利用可能になる．それらの分析に[22] Orosei, R. et al., 2018, Science 361, 490.

よって，生命に関するいくつもの根本的問いに対する[23] 山岸 明彦, 2011, 日本惑星科学会誌 20, 108.

情報を得ることが可能になる．つまり地球外 生命が[24] Plumb, R. C. et al., 1993, Mars: Past, Present,

発見されれば，地球生物に限定されない一般生物学

and Future - Results from the MSATT Program,とでも言うべき生命科学が始まることになる．

Part 1 (Houston: Lunar and Planetary Institute)

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著者紹介
山岸 明彦
東京薬科大学 生命 科学部 名誉

業大学 生命理工学研究科 助手, 東京薬科大学 助

教授 . 東京大学 大学院理学系研教授，准教授，教授を経て, 2018 年 3月退職して4月

究科 相関理化学専攻 博士課程より名誉教授 . 専門は分子生物学・微生物学. 日本惑

修了. 理学博士. 日本学術振興会

星科学会, 極限環境生物学会, 宇宙生物科学会, 生奨励研究員，カリフォルニア大学

命の起原および進化学会に所属. 日本学 術会議 連バークレー校 博士研究員 , カー

携会員.

ネギー研究所 植物生理学部門 博士研究員, 東京工