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井田茂氏が語る地球外生物最前線!「固定概念を崩して宇宙と向き合おう」第2回

 

2017年、NASAによる2つの「重大発表」があったのをご存知でしょうか。

一つは、地球のように海があってもおかしくない惑星が、太陽系から40光年先にある恒星のまわりにいくつも見つかったというもの。もう一つは、土星の衛星・エンケラドスから水素が噴出しているというものでした。

太陽系以外の惑星「系外惑星」の進化や理論的な解明に挑む井田教授に、最新の研究を踏まえた惑星形成理論、そして生命とは何か?を語って頂きました。

 

 

――地球外生命体についてお話を伺います。宇宙に生命がいるか?という問いに対して、次のように生命の定義をされています。

1.自分と外界に境界があること 

2.自分のコピーを作れること.

3.エネルギーを外界と出し入れすることができること

この3つが出来れば生命と定義づけてもいいんじゃないかと書かれていました。

 

正確に言うと、この3つは「地球生命の特徴」ですね。地球の生物には、大腸菌からトウモロコシから人類までいるけれど、共通している性質は何ですか?と言ったら、この3つになるんです。だから、それが違う天体環境でもいるの?と言われたら、そこはわからない。わからないけれど、そういう風にして地球の生命は出来ている。祖先は一緒で一種類の系統しかないのだけれど、それしか知らないので、まずは地球生命の性質を参考にして、物事を考えようということですね。

 

――地球生命が一系統という考えを初めて知りました。大腸菌と我々が一緒という考え方は、理系の学生にとっては常識なんですか?

 

生命の起源や進化に興味を持っている学生にとっては、よく知られていることだと思います。そういう考えが出てきたのは、僕が大学院生の頃です。なぜわかったかというと、遺伝子解析が出来るようになったから。人間と大腸菌の遺伝子を昔の人は違うと思ってたんです。でも、遺伝子解析が出来るようになって調べたら、遺伝の仕組みは一緒だとわかった。

遺伝暗号って、すごく精密に出来ているかっていうと、そうでもない。それしかありえない精密なものならば、祖先は違っても同じ仕組みに辿りつたという可能性もなくはないかもしれませんが、結構いい加減なんですよ。同じ仕事をするのに、二つの遺伝暗号があったりとか、必然性は感じられないんです。

さらにわかったのが、全ての地球生物の体を作っている細胞は決まった20種類でできていることです。アミノ酸は無数にあり色々な組み合わせがあるのに、この20種類。その20種類に必然性はあるのですか?と言われても、特別だと思えない。体を作っている基本のアミノ酸も一緒、遺伝の仕方も一緒、そしたらどう見ても祖先は一緒じゃない?と。

では、どういう風に分かれていったのか?というところまで研究は進んでるんです。遺伝暗号は一緒なんだけれど、その暗号の並び方つまり遺伝子配列は違う。いろんな生物の遺伝子配列がどれくらい似ているのかを調べて、似ているものは比較的最近、進化が分かれたとして、生物がどのように枝分かれしてきたのかをコンピューターで計算するんです。

なぜ進化したか言えば、それは突然変異。時々、コピーを失敗して遺伝配列が異なって、もとの生物から枝分かれしてずれていく。どれくらいの頻度でコピーを失敗するのかを考えれば、どれくらいの昔に枝分かれしたのかが調べられるんですね。

今は、ゲノム解析がすごい勢いで精度が上がってきているので、色々な例を精密に調べられます。実は、ウイルスというのは遺伝子を運ぶんですよ。ウイルスがどこかに寄宿して、そこの遺伝子を持って別の生物に感染させれば、元の生物の遺伝子を写しちゃうんです。そうやってお互いに混じり合いながら発達してきた。いわばアップロードをかけていったわけです。そういったことも調べることができます。

このような解析から、共通祖先から大腸菌やトウモロコシや人類が分かれて進化してきたというのが、ほぼ常識になったんです。

 

 

――ウイルスは生命と定義できるんですか?

 

ウイルスは、さっき言った3つの条件を満たしていないんです。代謝もするし、細胞も持っているんだけれども、自分で複製出来ない。誰かに寄生したら初めて繁殖できる。

だから、インフルエンザウイルスが自分一人では何も出来ないけれども、感染すればそこで、もうバーっと増やせる。ウイルスは原始の生命の姿を留めているのか、それとも生命として極めて進化した姿なのか、わかっていません。

つまり、生物って進化すると、複雑にもなりますけれど、色んな機能を捨てることが多いんです。

例えば、我々はビタミンを摂らないといけないですよね?これは、よく考えたすごいこと。植物は自分たちでビタミンを作っていて、そのビタミンを含む植物、もしくは、その植物を食べた他の動物の肉を食べないと、我々は死んでしまうという(笑) それがないと死んでしまうというものを作る機能すらも捨ててるんですね。野菜や肉を食えばいいじゃないかと。ウイルスは最初から複製機能を持っていなかったのか、すごい進化の末に捨てたのか、わからないんです。

 

――自分でいらないものを捨てていきながら進化していくとは、ロマンですね。

 

そうしないとどんどん機能が増えて、生物としてカバーできなくなっちゃうんです。いらない機能を捨てたら、その分新しいことができる。そしたら、それは進化してるということになりますよね。

人間なんてひどいもんですよ。他の生物に頼らないと生きていけない(笑)でも、そうやって他の生物に頼れるようにしたので、脳とか進化したわけですよ。

 

 

 

――印象的だったのが、カンブリア大爆発があって生命の進化として、植物的高等化と動物的高等化というのがあり、今までは人間こそが進化の最終形だと考えられてきた。でも、科学者はそう思っていないのですか?

 

思っていないですね。だって、動物と植物のどっちが高等かと言ったら、例えば樹の方が長生きする。樹齢何百年とかですよ(笑) 環境適応力が高い。種はしばらく放っておいても水つければ再生しますよね?それは、すごいことですよ。

だから、動物と植物のどっちが高等なの?と言われたら、わからないですよね。

 

――我々は、生命とはこういうものだという常識に捉われている部分があると思います。その常識を覆したのが、深海で摂氏300℃の熱水が噴き出ている周りにも生物がいたという驚きの発見によるものもあったと思いました。

 

それは、もう驚きの発見ですよね。潜水艇が出来て調べて、そんな海溝みたいなところに何もいないと思って行ったら、ウジャウジャ生物がいた。

もちろん、300℃そのものの中に生物が入ったら、我々が持っているタンパク質などは全部機能しなくなっちゃうんですけれど。そんなのが吹いているすぐ横にいるし、100℃を超えるような所にも細菌が見つかっているんです。そんな所に生物が住んでるなんて、誰も思っていなかったから、すごい驚きだった。

真っ暗で数千メートルという太陽が一切差さない所に生物がいるっていうのも、皆がショックを受けた大きな理由ですね。

 

――地球の中でも我々の常識を覆すような生物がたくさん見つかったことは、宇宙の過酷な状況下で生命が見つかる可能性が広がったと言えますか?

 

深海生物の発見というのは大きくて。例えば、土星の衛星エンケラドスや木星の衛星のエウロパは、極寒の世界なので表面はカチンカチンに凍っていますけれど、中は温度が高くて、水が吹き出しているのがわかっている。

もしかしたら、内部に生命がいるかもしれない。だって、今地下何千メートルで暮らしている生物は、地熱のエネルギーや硫黄を使ったりしているのだから。

エネルギーをもらえて活発な化学反応が行えれば、生物は生きていける。木星や土星の衛星の内部にある海でも生きていけるのではないかとなってきた。

エンケラドスは蒸気をしょっちゅう出しているので、色々な分析がなされています。水だけじゃなくて、有機物が含まれていることがわかったし、中の温度が100℃近くあることも分析できました。

水素が出るというのは活発な化学反応が起きている証拠なので、地球の深海とあんまり変わらないのではないかと思います。じゃあ、生物がいるんじゃない?と。

どんどんデータが出てきて、エンケラドスやエウロパに生物がいそうだから、見に行こうという気運になったわけです。エンケラドスやエウロパは地球の環境とは全く違いますから、地球の生物に捉われない生物の形というのを想定するようになったのです。

だから、最初から地球中心主義を打破するぞ!なんて考えたわけじゃなくて、エンケラドスやエウロパという研究対象を主軸において、どんどん吸い寄せられていった感じですね。

 

 

――エンケラドスの大きさは、どのぐらいですか?

 

小さいんですよ。半径で250kmとか。そんな小さい衛星だったら、すぐに熱も逃がしちゃってカチンカチンになっているのか?って思ったら、そうじゃないところが面白い。

もともとは土星の輪っかを調べに行ったカッシーニという探査機が、偶然小さな衛星の写真を撮ってみたら蒸気が吹いていたっていうのが、きっかけなんです。それは、もう驚愕ですよね(笑) そんなこと、誰も想像していなかったんですから。

 

――エウロパの大きさはどのぐらいなんですか?

 

もうちょっと大きいです。地球よりは小さくて、水星の2/3ぐらい。エウロパは、双眼鏡使えば木星の周りを回っているのが見えるぐらいの大きさ。エウロパには地下に海があるかもしれないという議論はされていたんです。でも、そんな小さなエンケラドスに地下の海があるなんていうのは、誰も予測しなかったです。

 

 

――エウロパやエンケラドスにある水の組成は、地球の水に近いんですか?それともまったく違うんですか?

 

観測からエウロパの水は酸性でエンケラドスの水はアルカリ性ではないと言われています。エウロパは、吹いているのを望遠鏡で見てるだけで、そもそもデータがないのですが、エンケラドスは探査機が通ったので、一応組成分析もしています。そこで、有機物がある程度混じっていることはわかっています。

ただ、そういうのが吹いていると思っていなかったので、十分な分析機を持って行ってなかった。だから、持っていたシンプルな分析機で、有機物が混じっているというところまではわかったんです。

 

――面白いですね。どんな分析結果が出るか楽しみですね。

 

また、土星に行かないといけないんですけどね(笑) 結構遠いですが。

 

――調査するためにアタックしやすい「タイミング」はあるのですか?

 

木星・土星は、あまりないですね。火星は近くだから、どのタイミングというのはすごく重要ですけれども。木星・土星は、そもそも遠くに行かなければいけないので、この時期じゃないといけないというのは少ないと思います。

 

――最新の探査機だと、木星・土星まで行くのにどのぐらいかかるんですか?

 

それは、軌道とか、どういうエンジンで行くかによるので一概に言えないんです。昔の予算をつぎ込んだボイジャー探査機とかだと数年で行ってしまいましたが、最近は木星だ5〜8年と逆に長い時間かかかっています。

 

 

――数年という単位になりますか?

 

イオンエンジンだったら、もっと10年とか。

宇宙開発に予算もかけられなくなっているので。だから、なるべく回り道しながら省エネで行く。回り道してここの惑星と近づいて、それで方向を変えてとかやってると、何回も中で行ったり来たりで、時間はかかりますね。

 

――気が長い話ですよね。

 

開発費もかかるし。皆ロケットを上げたいわけで、そのセレクション・予選をくぐり抜けるのにも何年もかかるので。

 

――打ち上げるまでもかかるんですね。

 

ものすごくたくさんの提案があるので、そこから予選やって準決勝やってみたいな感じですよ。 米ソ冷戦時代の時みたいに、国力を上げてやる時代じゃないので。中国とかインドとかは

ボトムアップというよりも、トップダウンでボーンとやっちゃって、予算もバーンと注ぎ込んでっていうのは、今後もやっていくかもしれないですけど(笑)。

 

――エンケラドス、エウロパに有機物があるのは分かっていても、それが生物がいる確証にはならないのですよね?。

 

イコールにはならないです。ただ、材料物質としては、最低限のものはあるということです。

生命の起源でも、いくつかモデルがあります。

ひとつめのアイディアは、必要な材料物質が詰まった栄養たっぷりのスープのような池があったとして、ある種偶然によって生物が生まれるというもの。炭素と窒素と酸素とか適当な何かがあって、エネルギー源として紫外線が当たれば、どんどん作っていけるというアイディア。

二つめは、最初に反応サイクルが出来れば良いという考え方。反応サイクルが出来れば、その反応サイクルを使って、自分が必要な有機物をどんどん作れるじゃないかと。

だって、有機物だっていくらあったって、生物にはならないですよね。もし有機物から生命が生まれたら動物の死がいから次のものが生まれるということになりますからね。だから、いかにして反応サイクルができるのか。それが先だという考え方ですね。

まだわからないっていうのが正直なところですね。

 

 

――神の領域、みたいな話ですね。

 

一生懸命そこを詰めようとしているわけです。

今の生物から遡って、祖先を探っていく方向でも議論する。けれど、生物になる前のことはわからない。今の生物をどんどん遡っていくと、共通祖先があり、どういう特徴を持っていたのかは、ある程度想像がつくわけです。

一方で、有機物を組み立ててアミノ酸が出来て、アミノ酸がくっついて、タンパク質になってというところはわかる。でも、そこからいかにして生物という機能を持ったものがいたのかはわからない。そこはわからない部分ですが、両方からどんどん幅が狭くなってきている。色々なところがどんどん詰まってきているんです。

 

――先生は地球系外惑星と対峙して考察を積み重ねられていますが、地球外生命体がいるかを考えると、そもそも生命の定義は何だ?という部分を考えざるを得ないですよね。

 

そうですね。そこを突きつけられちゃった感じですね。

 

――「生物学者は、その定義をしていない」と、著書(地球外生命体)の中では、書かれていたのが印象的でした。

 

そこは、学問のやり方が違う。生物学というのは、今いる生物を分析する。つまり、想像で色々言ってもいいけれど、データがあるものを分析して、データに基づいて話をしましょうというひとつの見識なんですよね。

でも、データというものが、今いない生物に対しても適応できるようになってきているわけです。僕が学生の頃は、進化なんて考えちゃいけないと言われてきました。昔の生物なんて考えて意味あるの?と。でも、今生物の進化学は立派なひとつの学問分野になってきています。

生命の起源となると、さすがに実証的なデータがないところで、いまだに生物学のメインストリームの中では学問と認められていないと思いますが、そういうのも段々と認められる素地が出来てきている。

でも、天文学者は生物学の作法に従ってものを考えてるわけじゃない。一足飛びに行きたいので(笑) 生物学者の人たちは、それが本業。だから、それは一歩一歩で、一気にそこには行きたがらない。

 

 

――地球外生命探査においてはAIが有効ということもおっしゃっていましたが、その技術もかなり使われてきているんですか?

 

これまでの色々な研究の歴史を見てみると、どうしても人間はそれまでの固定概念に引っ張られてしまう。自由になろうとしてきたはずなのに、やはりそれまでの経験に縛られてしまう傾向もある。

これは仕方ないですよね。勘とかセンスと呼ばれているものは、それまでの経験とか知識の積み重ねに過ぎないので。

僕が見て色々な話を聞いて、すごく面白いなと思ったのが、AIが将棋を指すと、これまでの定石を外れた新しい手をどんどん打ってくる。だから、一見悪手に見える。

勝つために、まず守りを固めて、こう櫓を組んでみたいな定石・常識じゃないやり方があるんだっていうのを、どんどん示してくれる。

それで今、将棋界が大きく変わってきてるわけですよね。

話題になっている藤井五段(現・六段)も、コンピューターで随分練習して、これまでにこだわらない打ち方をしてきたと言われています。

プロは、コンピューターと対戦する中で思いもよらない新しい手を使い、戦法も急激に広がってきてるっていうのを知って、「じゃあ、科学も同じじゃないか」と思いましたね。

どうしてもこれまでのデータ、経験や知識に縛られてしまうが、AIは思ってもみないところから答えを持ってくる。その部分にすごく期待したい。でも、あんまり使うと僕らの仕事がなくなっちゃうかもしれない(笑)

 

 

――大きなインパクトがあるかもしれないということですね。

 

実際、最近は天文学の観測データ処理も、AIが使われ始めてきているんです。望遠鏡で取ったデータは、どうしても誤差が入っていて汚いんですよ。ただ、汚いデータでも、人間だとデータが少しぐらい途切れていても、自分で補って繋ながって見えちゃうんです。

コンピューターのプログラムはそれが出来なかった。どういう場合は千切れていると思いなさいとか、全部教えてやらないといけなかったんです。結局プログラムできなくて、例えば、自分で頑張って一生懸命調べたり、馬力がある学生に頼んだり、データを公開して一般の人に協力を仰いだりしていました。

AIは自分で勉強するようになったので、単に規則と例を教えて、例えばこれは円なんだよ、これは違うって教えてあげれば、あとは勝手に勉強して行くわけですよね。

そうなると今度は、人間でわからないものを円だと見てくれるかもしれない。人間と比べたら、AIは文句言わないで働き続ける。いくらブラックだろうと構わないし、24時間やれと言ってもやるわけですよね。アルバイト十人雇ったらすごく金がかかるけれど、コンピューターは早くて、いきなり千人力になったりするわけですよね。そしたら、量で質を凌駕することも可能になってくる。

さらにAIが進化したら、すごい発見も出てくるんじゃないかと色んな人が期待しています。今、どんどんAIを導入しようっていう動きが始まっていますね。

 

 

生物の進化、そもそもの生物の定義、生物学者と科学者の見識の違い。はたまた、AI技術の使われ方まで。普段の生活の中では考えが及ない領域の話を、わかりやすい例を交えながら軽妙に語ってくださる井田先生です。

 

 

 

 

井田茂氏が語る地球外生物最前線!「固定概念を崩して宇宙と向き合おう」

 

 

写真:古谷利幸 文:合戸奈央

 

編集・構成 MOC(モック)編集部
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PROFILE

井田 茂

1960年生まれ。京都大学理学部卒、東京大学大学院地球物理学専攻修了。東京大学教養学部(駒場) 助手を経て、東京工業大学地球惑星科学科に移り、現在、同大学教授。大学院時代にコンピュータ・シミュレーションを主とする太陽系の起源の理論的研究をスタート。 カリフォルニア大学に客員として滞在中に系外惑星の発見に遭遇し、太陽系だけではなく、銀河系の多様な惑星系の起源や地球外生命の居住可能性などにも研究の枠を広げる。

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