「生命の材料は彗星から」は本当？

「彗星は生命誕生に必要な分子の供給源になった」--。

この仮説は、彗星から多様な有機分子が見つかっている事実に基づいている。確かにこれらの有機分子そのものは、生命を生む材料になり得ると考えられる。連載「最新研究から読み解く天文学・宇宙物理学の最前線」の過去回はこちらを参照。

しかし、それらが生命につながる化学反応に使える状態で地表へ届けられるためには、いくつもの障壁を越えなければならない。彗星の軌道から大気突入、地表への衝突までを結び付け、その供給能力を検討する研究が行われた。

「量」だけでなく「濃さ」が重要

Richard J. Anslowらの研究チームが着目したのが、シアン化水素(HCN)。HCNは、核酸などの構成要素につながる化学反応の出発物質の1つだ。

研究チームはarXivに「Cometary impacts an unlikely pathway towards the origins of life on Earth」と題した論文を発表。研究成果は、査読付き学術誌『Scientific Reports』(Scientific Reports 16, 31688, 2026)に掲載された。

近年の実験では、約10ミリモル/リットルのHCNから、脂質や糖、核酸塩基、ヌクレオチドなど、生命の構成要素につながる物質を合成できることが示されている。研究チームはこの実験を参考に、衝突後に10ミリモル/リットル以上のHCNが残ることを、高濃度供給の目安とした。

彗星の軌道から地表への衝突までを計算

先行研究には、月のクレーター記録を初期地球の彗星衝突の間接的な指標として用いたものがある。しかし、クレーターだけでは衝突天体が彗星だったか小惑星だったかを判別しにくい。

今回の研究は、海王星の外側にあった多数の小天体の軌道進化を追う、先行研究の数値計算を利用した。そこから地球への短周期彗星の衝突頻度を設定し、彗星が途中で分裂する効果も考慮した。彗星から不均一にガスが噴き出すと、反動で自転が速まり、分裂につながることがある。

研究チームは、彗星の半径が小さいほど回転不安定性による分裂の時間尺度が短くなる関係をモデルに取り入れた。その結果、内太陽系へ入る小型彗星が減り、初期地球に衝突する彗星の数も大きく減ると推定された。

さらに、天体が地球大気に突入する際の挙動をシミュレーションする計算モデル「atmosentry」を用いて減速や分裂を計算し、地表への衝突でHCNがどれだけ壊れるかを推定するモデルと組み合わせた。

大きさ、速さ、進入角度の異なる彗星を発生させ、初期地球の衝突史を10万回計算した。対象を短周期彗星としたのは、長周期彗星より地球への代表的な衝突速度が低いためだ。それでも短周期彗星の衝突は高速であり、モデルではHCNの高濃度供給は、低速側に属する限られた衝突にとどまった。

大気と衝突が生む二重の障壁

計算の結果、彗星本体が地表まで届く条件と、内部の分子が壊れずに残る条件が、うまくかみ合わないという問題点が浮かび上がった。低速で浅い角度から衝突する場合は、HCNが残りやすい。

ところが、浅い角度で進む彗星は大気中を長く通過するため、地表に達する前に壊れやすくなる。今回の大気条件では、直径約100メートル未満の彗星は上空で激しく分裂するため、生命誕生前の化学反応に必要な高濃度のHCNを地表の限られた場所に供給することは難しい。

大気には、彗星を減速させ、HCNの生存に有利に働く面もある。それでも、大気通過と衝突時の加熱をともに切り抜け、高濃度のHCNが地表に送り届けられる条件は、かなり限られることが分かった。

10万回の計算で54%が高濃度供給ゼロ

研究チームは、地球全体へのHCN供給量に加え、彗星が陸地に衝突し、局所的に高濃度のHCNを残す可能性も調べた。

海に衝突した場合、HCNが海水で希釈され、生命誕生前の化学反応に必要な濃度を維持できないためだ。計算上壊れずに残ったHCNの総量を、地球の海洋相当量の水に溶かしたとすると、濃度は約0.75マイクロモル/リットルにとどまる。化学的な分解を無視しても、採用した基準をはるかに下回ってしまう。

結果として、10万回の計算の54%では、基準を満たす供給が一度も起きなかった。供給回数の中央値はゼロである。一方、残る46%では少なくとも一度起きており、供給が不可能という結果ではない。

初期地球への彗星衝突を10万回シミュレーションした結果。横軸は現在からさかのぼった時代を「Gya(10億年前)」で示す。左の縦軸(赤)は、注目する時刻 t より後(現在に近い時代)に、10ミリモル/リットルを超えるHCNを届けた最後の成功衝突が起きたシミュレーションの割合を表す。右の縦軸(青)は、成功衝突の100万年あたりの平均回数を示す。青いグラフの値が低いことから、そうした衝突が全体として少ないことが分かる

この計算では陸地への衝突だけを対象とし、衝突後に残ったHCNは彗星自身に含まれていた水だけに溶けると仮定した。地下水や雨水による希釈は計算に含まれていない。高濃度のHCNを届ける衝突は稀で、成功した場合も、その時期は彗星衝突が多かった地球史のごく初期に偏っていた。

さらに、実際には衝突後、地下水や降雨などによってHCNが急速に希釈されると見込まれる。研究者らの見積もりでは、高濃度を保てるのは1日から1週間程度であり、前生物化学が進むには限られた時間しかない。

初期地球の不確実性と、生命の起源への意味

初期の大気圧や陸地の広がりには不確実性がある。研究チームは彗星の生存に有利な約1気圧の大気を採用し、露出陸地面積についても、初期地球の実際の面積を過大評価している可能性のあるモデルを用いた。

さらに、衝突時のHCN破壊モデルは破壊経路を1つだけ扱い、彗星の内部強度や空隙率も考慮していない。研究者らは、こうした単純化によってHCNの生存量が過大評価されている可能性を指摘している。

一方、HCNの生存量を計算するモデルの適用範囲外である、水平から15度未満の浅い角度で突入するケースは除外された。研究グループによれば、この除外が結果に影響し得るのは、地表まで達する可能性のあるおおむねキロメートル級の彗星に限られる。

本研究は、彗星によるHCN供給を定量的に評価したものであり、地球上でHCNが生成される経路や、運ばれたシアン化物を濃縮・保存して利用可能な形にする過程を、彗星供給と同じ枠組みで定量比較したものではない。54%という値も、本研究で採用したモデルのもとで高濃度供給が起きなかった割合であり、生命が生まれない確率を表すものではない。

本研究は、彗星が有機分子を含むという観測事実を出発点に、その分子が地表へ届き、前生物化学に利用できる濃度で残る可能性までを定量的に検討した。

研究チームは、彗星衝突が地球の生命起源で重要な役割を果たしたという仮説に疑問を呈している。生命の材料の供給源を考えるには、含有量に加え、衝突を生き残る割合と、その後に保てる濃さまで確かめる必要があるのだ。