観測可能な宇宙に地球外生命は存在しない? 新しい現実的な生命誕生シナリオが発表される

space 2020/02/04
RNAとDNAの3Dモデル図。/Credit:depositphotos
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  • 宇宙は指数関数的に膨張しており、地球から観測可能な範囲を超えて広がっている
  • これを考慮して確率計算すると、生命は特別なプロセスを必要とせずとも、宇宙のどこかに偶然発生できる
  • このシナリオが正しければ、観測可能な範囲で地球外生命を発見する可能性はほぼ無いことになる

宇宙に生命は地球だけなのでしょうか? それとも、なにか特別な条件を揃えれば、宇宙のどこにでも生命は誕生する可能性があるのでしょうか?

生命誕生の決め手となる、DNAやRNAはヌクレオチドと呼ばれる分子のつながりでできています。4種のヌクレオチドの繋がり方のパターンによって、複雑な生命の情報が作られています。

もちろん、これはデタラメに組み合わせたとしても意味のある情報にはなりません。そのため、たまたま高度な生命活動を可能にするRNAが生まれる確率は、恐ろしく低いものになります。

これは例えるなら、猿がでたらめにタイプライターを打ったら、偶然シェイクスピアの小説が完成した、と言われるくらいの確率です。

どうすればそんな低確率から、生命を生み出すような意味あるRNAができるのでしょうか? これまで、様々な議論が繰り返されてきましたが、その理由を説明できる理論は見つかっていません。

しかし、新たな研究では、単純に宇宙の広さとRNAの複雑さを元にした確率計算によって、本当にたまたま偶然宇宙に生命が誕生したと説明しています。

果たして、生命は本当にただの偶然の産物なのでしょうか? それとも特別なプロセスを経て、割と簡単に誕生するものなのでしょうか?

この研究は、東京大学で天文学を専攻する戸谷友則教授により発表され、オープンアクセスの学術雑誌『Scientific Reports』に2月3日付けで掲載されています。

Emergence of life in an inflationary universe
https://www.nature.com/articles/s41598-020-58060-0

思っていたより、ずっと広い宇宙

NASAの観測データに基づいた観測可能な宇宙の対数スケール概念図。/Credit:Pablo Carlos Budassi,Wikipedia Commons

今回の研究が注目したのは、最新のインフレーション理論が示す宇宙の広さです。

現在人類に観測可能な宇宙の距離は138億光年と言われています。それは宇宙が誕生してから138億年経っており、光より早く移動するものは宇宙に存在しないことが根拠です。

しかし、実際宇宙は加速膨張を続けています。私達の使う138億光年は、138億年前の光を見ているという意味に過ぎず、実際光の通ってきた空間は、この膨大な時間が経過する間に大きく引き伸ばされています。

インフレーション宇宙論によれば、宇宙は指数関数的に膨張していて、空間の体積はねずみ算式に増えています。

それを考慮した場合、現在の観測可能な宇宙の空間的な大きさは、半径が約464億光年になると考えられ、空間の持つ体積はは、見かけよりも1078倍以上に広がっています。

138億年前のインフレーションから現在までの宇宙の膨張。/© 2015 東京大学

さらに私達に観測できる宇宙とは、ビッグバンの熱が冷めて光がまっすぐ飛べるようになった「宇宙の晴れ上がり」以降の光です。

「宇宙の晴れ上がり」は宇宙誕生から38万年後だったと言われています。それ以前に広がった空間も、指数関数的に膨張を続けていることを考えると、地球の観測限界と宇宙の空間的な果てが、一致しているとは考えにくい話になります。

そうなると空間的な宇宙の果ては、地球から観測される範囲よりもっとずっと遠い場所だと予想されるのです。

こうしたインフレーションで広がる全宇宙の星の数は、10100個〜10178個はあるだろうと考えられます。

極端な低確率の出来事もカバーできる宇宙

生命がランダムな化学反応だけで誕生する確率は、極めて低いと言われています。

それは猿が適当に打ったタイプライターでシェイクスピアを書く確率とか、バラバラの部品を袋に入れて振っていたら時計が完成する確率などと比喩されたりするレベルです。

これまでの宇宙生命誕生の理論は、この極端な低確率を偶然で説明することは難しいと考え、生命誕生に作用した何らかの特別なプロセスを見つけ出そうとしていました。

しかし、今回の研究者戸谷氏が考えたのは、最新の宇宙論が示すような莫大な数の星があるならば、特別なプロセスを必要とせずとも、本当にただの偶然で生命は誕生できるのではないか、ということでした。

そこで戸谷氏は、原始の地球型惑星において、ヌクレオチドがランダムに結合して生命誕生に必要なRNAを生み出す確率と、全宇宙の星の数を結びつける方程式を作りました。

この方程式は、RNAが高分子化する物理的過程を考慮した、かなり具体的な最初の生命の発生確率を計算しています。

生命科学の研究では、自己複製などの能力を持つRNAが生まれるためには、ヌクレオチドが40〜100個以上つながらなければならないと言われています。

この長さで正しい情報配列が得られれば、最初の生命が誕生する可能性があるのです。

今回の研究では、ヌクレオチドの結合は最低基準の40個の長さで特定の情報配列を持つRNAが生まれる確率を計算しました。それによると、宇宙に必要な星の数は1040個程度となりました。

RNAの長さ(横軸)と、その長さで特定の情報配列が作られるために必要な星の数(縦軸)。生命誕生には最低40個の長さが必要。インフレーション×2は現在より/Credit:戸谷 友則(2020),東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室

RNAの長さが100単位になった場合、かなり明確に生命誕生の可能性が得られますが、この場合必要な星の数は10180個です。

現在人類が観測可能な星の数は1022個と言われていますが、観測可能な宇宙の外に広大なインフレーション宇宙が広がっていると考えた場合、ありえない数ではなくなります。

不確定な要因により、この確率計算が1万倍あるいは1億倍ズレていたとしても、結論にはほとんど影響はありません。

この研究結果は、膨張する宇宙のどこかで生命が誕生すればいいと考えるならば、それは完全な偶然に頼った方法でも十分可能であることを示しています。

しかし、逆に言えば生命誕生はそれだけ宇宙ではまれな出来事であると言うこともできます。

少なくとも、今回の結果を考慮するならば、観測可能な宇宙内では、地球以外に生命が誕生した可能性のある星は、まず存在しないことになります。

研究者の見解によれば、「残念ながら、人類が地球外生命に出会う可能性は限りなく低い」とのこと。

しかし、もちろん「未知のプロセスによって生命はもっと高い確率で発生する場合があり、実は宇宙は生命で満ち溢れている」という可能性も否定はできません。

ただ、その可能性を積極的に支持する科学的根拠は現在のところありません。

生命はたまたま偶然、とんでもなく低確率のもとに地球に誕生し、そしてそれはおそらく観測可能な宇宙の中で地球だけに起きた出来事、と考えるのが妥当なようです。

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