地球を宇宙から観察したときに、青く輝く水と共に、生命の営みを感じられる色として“緑色”がある。（砂漠化で茶色も増えてきているが）。だが、地球外生命体を探すために、天文学者は“紫色”に焦点を当てて探索を行う必要があるかも知れない。
地球に生命が存在することを示す主要な色は緑色だが、これは植物やバクテリアが緑色のクロロフィルの助けを借りて太陽光をエネルギーに変換するためであり、そのため緑色は生命の象徴とも言えるが、宇宙の生命体に関してはそうした常識は当てはまらないかも知れない。
コーネル大学の研究チームは、従来の“緑色”のクロロフィルに基づく光合成を越えて、地球に似た太陽系外惑星の生物の徴候と見なせる範囲を大幅に拡大したのだ。
今回、『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載された新たな研究では、“紫色のバクテリア”が、より広い範囲の“紫色の太陽系外惑星”で繁栄する可能性のある、地球とは大きく異なった生物的徴候として機能する可能性を示唆している。紫色のバクテリアは緑色植物には似ておらず、“赤外線の低エネルギー”で成長するのだ。また、彼らは信じられないほど高温、硫黄でさえも生き残るように適応している。
地球外生命体の探索は、長い間、この“緑色”の探索に偏っており、植物に含まれるクロロフィルによる特徴的なスペクトルである「レッドエッジ」に焦点を当ててきた。しかし、この研究では、紫色硫黄細菌（Purple Sulfur Bacteria: PSB）、紫色非硫黄細菌（Purple Non-Sulfur Bacteria: PNSB）、紫色シアノバクテリアなど、多様な紫色細菌のスペクトルを調べることで、地球外の異星生命体の最初のヒットを探す天文学者にとっての手がかりが得られる可能性を提案している。
「紫色バクテリアは、様々な条件下で増殖することができるため、様々な世界を支配する可能性のある生命体の主要な候補のひとつです」と、この研究の主執筆者であるカール・セーガン研究所のポスドク・アソシエイト、 Lígia Fonseca Coelho氏はプレスリリースの中で説明している。
研究者たちは、紫色生物の化学組成のカタログを作成するために、コーネル大学の浅い池の水、マサチューセッツ州のケープ・コッド、深海の熱水噴出孔など、酸素の豊富な環境と酸素の乏しい環境の両方など、さまざまな場所から採取した紫色細菌を増殖させ、その固有の指紋を測定した。その後のシミュレーションでは、海洋世界、凍った氷の球体、地球のような地球型岩石球体など、さまざまな地球サイズの惑星を支配する紫色細菌をモデル化した。
反射スペクトルを測定した結果、紫色シアノバクテリア、PNSB、PSBのそれぞれで異なる特徴が明らかになった。“紫色”と呼ばれているにもかかわらず、バクテリアは黄色、オレンジ色、茶色、赤色など幅広い色を示した。測定されたスペクトルを使って、研究者たちは紫色のバクテリアが支配する地球のような太陽系外惑星の反射率をモデル化した。研究者たちは、凍った惑星、雪をかぶった惑星、海洋の世界、紫色バクテリアの表面被覆率が異なる地球類似惑星を、雲がある場合とない場合の両方でシミュレートした。
このモデルから、さまざまな地球型惑星が紫色バクテリアの表面生体色素の兆候を示す可能性があることが示された。
「私たちの望遠鏡が、私たちが毎日遭遇しているものと全く同じに見えない場合でも、生命を見逃さないようにするために、生命の兆候のデータベースを作成する必要があります」と共著者のLisa Kaltenegger氏は語った。
この研究は、M星としても知られる赤色矮星を周回する太陽系外惑星で、紫色バクテリアが繁殖する可能性を示唆している。M星のスペクトルエネルギー分布は、紫色バクテリアの主要な色素の吸収と反射に最適なスペクトル範囲と重なる。この発見は、我々の銀河系に存在する“ハビタブルな世界”の認識を大きく変え、その可能性を大きく広げるものだ。このことは、紫色バクテリアの生体色素の明瞭なスペクトルの特徴と相まって、酸素の豊富な環境から酸素の乏しい環境まで、幅広い太陽系外惑星条件の地表の生物徴候を探すための良い基準となる可能性がある。
5,500個以上の太陽系外惑星が確認され、地球外の生命探査が新たな時代を迎えている今、この研究は、地球上の生命の多様性と、他の惑星におけるその潜在的な発現についての理解を深めることの重要性を強調している。従来の“グリーン”なバイオシグネチャーを超えるものを探すことで、系外惑星に生命を発見できる可能性が高まる。
「もし紫色のバクテリアが凍った地球、海洋世界、スノーボールアース、あるいは低温の恒星を周回する現代の地球の表面で繁栄しているならば、我々は今、それらを探索するツールを手に入れたのです」とCoelho氏は説明した。
論文
- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Purple is the new green: biopigments and spectra of Earth-like purple worlds
参考文献
- Cornell University: In search for alien life, purple may be the new green
研究の要旨
5500個以上の太陽系外惑星が発見され、生命探査は新たな時代を迎えている。地球上の生命を手掛かりに、緑色の景観を越えて、他の世界の地表に存在する生命の兆候を発見する能力を拡大する。酸素系光合成が現代の緑の景観を生み出している一方で、バクテリオクロロフィルベースの無酸素性光栄養細菌も生息地を彩ることができ、地球に似た系外惑星では、もっと広い範囲の環境を支配している可能性がある。ここでは、様々な無酸素環境と酸化環境から採取した紫色硫黄細菌と紫色非硫黄細菌の反射スペクトルの特徴を明らかにする。紫色バクテリアが地表を支配する地球型惑星のモデルを提示し、そのシグネチャーが地球型太陽系外惑星の反射スペクトルに与える影響を示す。我々の研究は、紫色バクテリアの検出を導く新たなリソースを提供し、今後の望遠鏡で太陽系外惑星上の生命を検出する可能性を向上させる。紫色バクテリアの生物色素データベースと、海洋惑星、雪球惑星、凍結惑星、地球類似惑星を含む地球型惑星の高分解能スペクトルはオンラインで利用可能であり、モデラーや観測者が検索アルゴリズムを訓練し、検索戦略を最適化し、紫色が新しい緑色である地球型惑星のモデルに情報を提供するためのツールを提供する。
コメント