生命の起源
化学進化の第一段階である有機物合成には、当時の地球大気を再現していないユーリー-ミラーの実験に代わる過程が必要になるが、それには以下の様な過程が明らかになっている。
オパーリンの唱えた化学進化説ではその第一段階として「窒素誘導体の形成」が行なわれると仮説していた。それを実験的に検証したのが1953年、シカゴ大学のハロルド・ユーリーの研究室に属していたスタンリー・ミラーの行なった実験である。
ユーリー-ミラーの実験の趣旨は以下の通りである。
実験当時、原始地球の大気組成と考えられていたメタン、水素、アンモニアを完全に無菌化したガラスチューブに入れる。
水を熱して水蒸気を循環させることで、それらのガスをガラスチューブ内で循環させる。
水蒸気とガスが混合している部分で火花放電(6万V)を行う(つまり雷が有機化の反応に関係していたと考えている)。
1週間後、ガラスチューブ内の水中にアミノ酸が生じていた。
この1週間の間に、アルデヒドや青酸などが発生し、アミノ酸の生成に寄与したと考えられている。 ユーリー-ミラーの実験の応用として、放電や加熱以外にも、様々なエネルギー源(紫外線、放射線など)が試験され、その多くの実験が有機物合成に肯定的な結果を示したという。
しかしながら、アポロ計画によって持ち帰られた月の石の解析結果から、地球誕生初期には隕石などの衝突熱により、地表はマグマの海ともいえる状態にあり、原始大気の組成は二酸化炭素、窒素、水蒸気と言った現在の火山ガスに近い酸化的なガスに満たされていたという説が有力になった。すなわち、還元的環境を前提としたユーリー-ミラーの実験は、地球における有機物の誕生を再現したものとは言えないことになった。
「宇宙空間には生命の種が広がっている」「最初の生命は宇宙からやってきた(=地球で生命が生まれたのではない)」とする仮説である。この説の原型となる考え自体は1787年にスパランツァーニによって唱えられていた。
1906年にスヴァンテ・アレニウスによって提唱され、この名が与えられた。彼は「生命の起源は地球本来のものではなく、他の天体で発生した微生物の芽胞が宇宙空間を飛来して地球に到達したものである」と述べた。
この説の20世紀後半での有名な支持者としては、DNA二重螺旋で有名なフランシス・クリックほか、物理学者・SF作家のフレッド・ホイルがおり、その後もこの仮説に関連して、真剣に調査を試みる科学者は増えてきており、最近では2006年に日本の多数の科学者たちにより≪たんぽぽ計画≫が立ち上げられ、2015年から宇宙空間で浮遊する物質を採取しており、サンプルを地球に送り届けては、地上の科学者たちが解析する活動が続けられている。この調査によって地球の地表から宇宙空間まで生命にかかわる物質が届くことがあると確認されれば、(広い宇宙では無数の惑星があり)惑星間で有機物などの移動(惑星間移動)が広く一般的に起きている可能性を強く示唆するものとなる、という展望のもとで行われている。
しかしながら深海熱水孔においては、熱水孔から排出される還元物質を酸化しながら炭酸固定をしている化学合成独立栄養生物(硫黄酸化細菌など)が一次生産者であった。こうした、太陽エネルギーに依存しない生態系を発見したことから、「生命の起源は、還元的物質が地球内部から発生する深海熱水孔に由来するのではないか」という説が現れた。
ロンドン大学UCLの研究チームは、『ネイチャー』2017年3月2日号において、カナダのケベック州で採取した岩石中にある微細な筒状・繊維状構造物が、熱水噴出孔により活動していた生命の痕跡である可能性がある、と発表した。生命の痕跡としては最古級(42億8000万年前 - 37億7000万年前)と推定しているが、これら構造物の成因や年代については異論もある。
日本の海洋研究開発機構と理化学研究所は、「深海熱水孔の周囲で微弱な電流を確認し、これが生命を発生させる役割を果たした可能性がある」との研究結果を2017年5月に発表した。
フランスのルイ・パスツールは、1860年代に微生物の発生について調べるために、白鳥の首フラスコを用いた実験系を考案した。実験の概要は以下の通りである。
無処理の肉汁を入れたフラスコを二つ用意する。
長くのばしたフラスコの首を白鳥の首状に曲げ、この部分に水が溜まるように加工する。
肉汁を入れたフラスコの一方を煮沸する。蒸気は白鳥の首を伝って外部に出る。
蒸気の一部が凝集して水になり、首の曲がった部分に溜まりトラップとなる。フラスコ内部はこの段階で無菌となる。
煮沸しなかったフラスコでは腐敗が起こるが、煮沸したものでは長期間放置しても腐敗が起きない。
ただし白鳥の首を折ると腐敗が起こるようになる。
この実験で、空気中には眼には見えない微生物(カビや細菌の胞子)が多数浮遊していることを証明した。パスツールの成果は見事で、微生物学の基礎が開かれることになった。この実験で論争は落ち着き、生物は(おおむね)自然発生はしないと見なされるようになった。
ちなみに、パスツールは生命の起源に関する実験は行なっていない。これは、その問題は実験的に証明できるものではないと考えたからだと言われている。