謎のメタンは海底、永久凍土、さらには他の惑星にも存在するのでしょうか？

地球のメタンを研究することは、太陽系内の地球外生命体の探索に役立つ可能性がある

メタンクラスレートは土星と木星の衛星に存在する可能性があり、幸運なことに地球上にも存在します。

メタンクラスレートはオレゴン州の海岸沿いの堆積物中に発見されています。ドイツの調査船が海面下約4,000フィートの海底表層でハイドレートを発見した。

(画像出典: Wusel007、Wikimedia Commons経由)

地球上では、大量のメタンが白いケージのような化学構造の中に閉じ込められています。これらの堆積物は主に極低地の永久凍土と海底で発見されますが、重要な点は、これらの物質が地球上だけで発見されるわけではないということです。同様の堆積物は、惑星やその衛星から高速で移動する彗星に至るまで、太陽系全体に存在します。科学者たちは、これらの堆積物が最終的にこれらの世界の海洋と大気の構成に影響を与えると信じているが、それが生物学的プロセスから生じたものかどうかは未解決の問題である。多くの専門家を長い間困惑させてきたのは、これらのメタンケージが高圧の海水条件下でどのように安定した状態を保っているかということです。

現在、研究チームがオレゴン州沖の海底からメタン堆積物を採取し、堆積物の構造を安定させる上で重要な役割を果たしていると思われる全く新しいタンパク質を発見した。

「これらの地層が海底でどのように安定を保っているのか、またその安定性にどのようなメカニズムが寄与しているのかを理解したかった」とジョージア工科大学地球大気科学部の教授で、今回の研究の共著者であるジェニファー・グラス氏は声明で述べた。 「これはこれまで誰もやったことのないことだ。」

地球上では、海水中の微生物がプランクトンの残骸などの有機物をメタンに変換すると、メタンクラスレートと呼ばれる固体の氷のような堆積物が形成されます。時間が経つと、これらの堆積物はガスに変わり、上昇します。この過程で、さまざまな生物がメタンを餌として食べ始めました。最終的に、化学物質は大気中に放出されます。しかし、地球上のどこよりも急速に海水温が上昇している北極のような地域では、生物が消費する前に大量のメタンが海水から漏れ出ている。

「これらの深海の微生物は、地球の表面に見られるものとは異なった遺伝子を持っている」と、NASAの宇宙生物学プログラムの支援を受けて研究を始めたグラス氏は語った。 「このプロジェクトは、極限状態で生き残るための戦略を発見し、ハイドレート鉱床におけるメタン生成における微生物の役割を理解し、研究能力を拡大する機会を与えてくれます。」

メタンクラスレートをより深く理解するために、新しい研究の研究者らは堆積物中に存在するタンパク質の遺伝子を特定した。タンパク質はさらなる分析のために研究室で再合成されました。研究チームはタンパク質をテストするために、海底の高圧と低温を再現して実験室でメタンクラスレートも生成した。新たな研究によれば、海底の状況を模倣した独自の圧力室がゼロから構築され、一定時間内にクラスレートが消費するガスの量を測定するために使用され、クラスレートがどれだけ速く形成されるかを理解するのに役立っているという。

この結果は、「細菌包接複合体結合タンパク質」と呼ばれるタンパク質のクラスが、包接複合体の構造と直接相互作用することによって、包接複合体の成長に影響を与えることを示唆しています。科学者らは、魚が低温で生き延びるのに役立つような不凍特性を持つタンパク質が、封入複合体のケージ構造を安定させると述べた。

「この方法がうまくいったのは非常に幸運でした。なぜなら、不凍タンパク質との類似性に基づいてこれらのタンパク質を選んだにもかかわらず、それらはまったく異なるものだったからです」と、この新しい研究のために研究室でメタンクラスレートを作成したジョージア大学の博士研究員アビゲイル・ジョンソン氏は最近の声明で述べた。 「自然界では似たような機能を持っていますが、まったく異なる生物学的システムによって実現されています。それが人々を本当に興奮させるのだと思います。」

太陽系の他の場所では、火星のメタンは水熱反応から発生すると以前の研究で示唆されている。

土星最大の衛星タイタンでは、科学者たちはガスが初期の太陽系の構成要素から発生したと考えている。生命を探索するのに最適な場所と考えられている土星の衛星エンケラドゥスと木星のエウロパにも、メタンクラスレートが含まれていると考えられている。

新たな研究の発見は、もし他の惑星に微生物が存在するなら、それらは同様の分子を作り、メタンクラスレートを生成し安定化させる可能性があり、それがひいてはそれらの惑星の海水と大気の組成に影響を及ぼす可能性があることを示唆している。

したがって、地球外生命体を見つけるには、おそらくメタンクラスレートの軌跡をたどる必要があるでしょう。

この研究は、PNAS Nexus誌の2023年8月号に掲載されました。

著者:シャルミラ・クトゥヌール

FY: 大陸

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