0_e7

 生命の起源は、人類にとって最大の探求テーマの1つだろう。

 この探求は必然的に地球上の生命を超えて、宇宙のどこかにも生命は存在するのだろうかという問いに続く。

 地球の生命は単なる偶然による幸運なのだろうか? それとも普遍的な物理法則に従った自然なものなのだろうか?
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生命の起源を物理学の観点から探る


 米マサチューセッツ工科大学の生物物理学者ジェレミー・イングランド(Jeremy England)博士は、この深遠な問いへの回答を試みている。

 2013年、物理学は”生命的”性質のタネを播くような形で化学物質を自然に組織化するという仮説を提唱した。

 今回、同博士らの最新の研究が示唆しているのは、物理は自己複製をする化学反応を自然に作り出すという仮説だ。それは無生物の物質から生命が誕生するための最初のステップの1つである。

 このことは、生命が自然の基本法則に直接由来していると解釈できるかもしれないということだ。そこに幸運という要素はない。

2_e8


生命には何らかの起源がある


 生命には何らかの起源がある。それは最初から生物だったわけではない。生物は手の加わっていない無生物の化合物から生まれたと言われている(※生命の起源論

 それは何らかの方法で前生物的化合物へと自己組織化し、生命の構成ブロックを作り出し、基本的な細菌が形成され、やがては今日地球上に存在するようないくつもの生命へと進化した。

 非生物が生物的な何かに変わったとき、熱力学が生命的な振る舞いをさせるフレームワークを提供しているのではないかとイングランド博士は考えている。なお今回の研究は物理系の生命的性質と生物学的プロセスを橋渡しするものではないことに注意が必要だ。

iStock-636179994 (1)_e


物理系の自己組織化


 ある系にエネルギーが与えられたとき、そのエネルギーの散逸の仕方は物理法則が支配している。外部の熱源がその系に与えられれば、それは机に置かれたコーヒーと同じく、散逸して、周囲の環境と熱平衡に達する。

 エントロピー、すなわちその系の無秩序さの量は熱の散逸とともに増加する。

 しかし一部の物理系は平衡に落ち着かず、その外で”自己組織化”し、外部のエネルギー源を有効活用できるかもしれない。

2_e9

 それはその系が熱力学的平衡に達することを防ぎ、外平衡状態を維持する持続的な自己化学反応を発生させる、とイングランド博士は推測する。

 彼はこの状況を”散逸駆動型適応”と読んでおり、このメカニズムこそ生命的性質に至らせるものだという。

 鍵となる生命的な振る舞いは自己複製、あるいは生物学的な視点で見れば生殖である。これこそあらゆる生命にとっての基礎である。

 単純なものから始まり、複製し、より複雑になり、さらに複製する。それは自己複製が熱を散逸させ、その系のエントロピーを増加させるうえで非常に効率的であるために起きる。


散逸駆動型適応の検証


 『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載された研究で、イングランド博士とジョーダン・ホロヴィッツ博士は、その仮説の検証を行った。

 彼らは25種の化学物質の”スープ”を含む閉鎖系(周囲の環境と熱や物質を交換しない系)のコンピューターシミュレーションを実施。もし、例えば、このスープが外部源(熱水噴出孔など)によって濃縮・加熱された場合、スープは熱力学第二法則に従い熱を散逸する必要が出てくる。熱は散逸せねばならず、その系のエントロピーは必然的に増加する。

 彼らは、特定の初期条件において、そうした化学物質が自己組織化や激しい反応を通じて自己複製し、系に与えられたエネルギーを最適化する可能性を発見した。こうした反応は熱力学第二法則に従う熱を発生する。その系においてはエントロピーは常に増加し、化学物質は自己組織化して自己複製という生命的な振る舞いを示すようになる。

6_e5

 系は小さなスケールでいろいろ試すが、一度そのうちの1つから良好な手応えを得れば、それが系の組織の性格を塗り替えるまでにさして時間はかからない。

 これは生物で起きていることを示す非常にシンプルなモデルだ。細胞の中では化学的エネルギーが燃焼しているが、それはその性質からいって非平衡である。だがイングランド博士が認めるように、化学物質のスープの中に生命的性質を見つけることと、生命自体には大きな違いがある。


地球外における生命の出現


 こうしたシンプルな物理系が宇宙のどこかで生命を育ませている可能性について答えたいところだが、まずはそうした系が地球のどこに存在するのか理解したほうがいいだろう。

 今回の研究は、非生物学的系から生物が出現するメカニズムを明示するものではなく、ただある程度複雑な化学的状況からどのようにして自己組織化が発生するのかを示しただけだ。

 シミュレーションではそれ以外の生命的性質(環境への適応や刺激に対する反応など)を考慮していない。また生命の起源における情報の複製の役割についても扱っていない。

 生体系においては情報が決定的な役割を果たしている。ただ化学物質のスープが自然に自己組織化を見せたからといって、直ちにそれが生きている組織ということにはならない。

 理論物理学者であり宇宙生物学者でもある米アリゾナ州立大学のサラ・イマリ・ウォーカー博士は、単純な秩序から生きた細胞のような完全な情報処理構造を持つようになるまでには、いくつもの段階を経る必要があると考えている。物理学的な秩序と非平衡系は確かに存在するが、それが必ずしも生命を作り出すわけではない。

1_e10

 イングランド博士の研究を生命の起源の動かぬ証拠とみなすのは時期尚早である。それについては他にも多くの仮説が存在する。

 しかし物理系が自然に自己組織化するという可能性は慧眼であろう。今、彼らはこの熱力学系の振る舞いについて一般的な理論を構築している最中である。それが地球で自然発生する非平衡物理系を特定する次のステップになるかもしれない。

参考:自然発生説
生物が親から子へという道をとらず,無生物から発生するという説。 16〜17世紀までは高等な動物などについてもこのようなことがありうると考えられていた。たとえば小麦粉からネズミを生じ,腐肉からハエのうじを生じるというようなことで,まじめにその処方を書いた者もあった。 F.レディは 17世紀後半に,ハエのうじの自然発生を実験により否定したが,微生物については多くの論争があり,19世紀の後半になって L.パスツールが微生物の自然発生も否定するまで続いた。(コトバンク

via:futurism / pnas / livescienceなど/ translated by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1.

  • 2017年09月09日 09:54
  • ID:qOFUiFt00 #
2

2. みあきち

  • 2017年09月09日 10:02
  • ID:DFoDV86F0 #

死後の世界・霊界があるとして宇宙の本質なのか、生き物には重要でも宇宙にとっては「ローカルルール」なのか

3

3. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:13
  • ID:9qZygaKo0 #

DNAの存在がどうにもよくわからない、進化の過程でとっかえひっかえ書き換わるのわかるけど、それをもとに体を作るなんて、どう考えても自然のものじゃないよね

4

4. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:38
  • ID:sQOPhasp0 #

地球のどんな場所にも生物がいると聞くと
他の惑星も根気強く探せば何らかのモノは見つかりそうな気がする

5

5. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:41
  • ID:5Bv.yXLW0 #

結局こいつは何が言いたいんだ

6

6. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:43
  • ID:xyBlhWyO0 #

すごい。(小並感)

7

7. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:43
  • ID:v7ORFVBs0 #

惑星のパラメーター次第で必然的に生まれるのかなあ

8

8. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:47
  • ID:CbyM57ZR0 #

これ解明したら、新たな生命の樹を作り出せるってこどでしょ?
地球上の、全ての生命とは別のルーツを持つ生命が生み出せる....
コンピューター上では、出来たみたいだけど

これがOKなら、人間のクローンも別にOKで良いんじゃね?
連中の宗教的な感覚がイマイチ解らない...

9

9. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:54
  • ID:PbG0.AR80 #

仮に宇宙人が作ったにしても、その宇宙人を誰が作ったかなんだよね。
結局、最初は自然発生しかないんじゃないか。
もしかしたら宇宙で一番、最初なのが我々かもしれんし。

10

10. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 10:57
  • ID:aO1evLmm0 #

熱力学第二法則(つうかエントロピーの法則)が"自然に"破られる事もあるんだなあ。

11

11. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:05
  • ID:ZQzEbuYs0 #

ホツマツタエを検索して読んでみたら?
偽モノって言われているけど、江戸時代の人間は勿論現代人でも無い知識がいっぱい。
人間の出来方も書いてある。

12

12. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:11
  • ID:6D5eFlwU0 #

別に分子構造が生命の本質ではないので、エントロピーの捨て先がある所にならどこだって生命は発生すると思うよ

13

13. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:21
  • ID:REx2W.WR0 #

※7
クローンをまるまる作るのはあかんけど研究はおk

14

14. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:27
  • ID:BkkZU.Wg0 #

生命の発生は宇宙の構造に起因しているという話
星型のクッキー生地を型にはめて焼くと星型のクッキーができる

15

15. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:30
  • ID:ixxorGhL0 #

※8
宗教上の理由よりも倫理的にNGとする意見が多数を占めている

科学的に証明されていないが人間は肉体のみで構成されておらず
精神を持つとされている
違う言い方をすれば、それは心でありヒトをヒトたらしめている根幹だ

人間のクローンを作成した場合にも、それは宿ると考えられている

人間のクローンを作成する目的がその肉体から臓器を奪う目的のみとし
たとえ精神が宿っていても余った身体を破棄する可能性が高いから
そのような行為は宗教上の理由によらず倫理的に悪とされる

倫理的にはそのような悲劇を防ぐため、人類は慎重になっているのだよ

宗教的には、クローン作成技術を持ち、生殺与奪権を得ると言うことは
人が神の座に着くと言うことだ
宗教家はそれを嫌っているのだ思う。自分は無神論者なので理解できないが。

倫理的には生殺与奪権はたとえ取得できたとしてもそれを行使してはならない
宗教的にはそれをするならば、すでに神ではなく、悪魔なんじゃないか

16

16. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:34
  • ID:03V6r5Nn0 #

そんなに気難しく考えなくても時間と条件さえ整えば簡単に生命は誕生すると思う

17

17. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:40
  • ID:P5DxTyUp0 #

その物流法則さえコントロールされている可能性も否定出来ない

18

18. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:47
  • ID:0FLs3bfb0 #

物質全般に備わるか影響を与える「何か」だとは考える
結晶構造で自らを維持する物と、遺伝子という構造で自らを複製する物とに分かれている

結晶構造は、自らの純粋さを保つことを原則とし、遺伝子構造は多様性を原則とした

この辺りは結構面白いから、学生の自由研究向けだよ

19

19. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:53
  • ID:gfB0pr0.0 #

ダンセイニのペガーナの神々で、偶然と宿命がゲームをする話を思い出して何だかわくわくする。こういう話をより深く理解できれば楽しいだろうな。

20

20. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:53
  • ID:sQGuHhML0 #

現状では物理法則に従った偶然の産物ってところ
それは量子の世界では物理法則も現状は確率で成り立っている
条件を等しくしても発生しないこともあるし発生することもある
生命の発生確率がどれほどかはわからないけどね

21

21. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 11:56
  • ID:.62QTrst0 #

コンピュータ・シミュレーションで実証したというのなら
そのシミュレーションソフトを検証しないといけないな。
ソースコードとデータは公開されているんだろうな。

22

22.

  • 2017年09月09日 11:59
  • ID:.62QTrst0 #
23

23. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:00
  • ID:.fUimXZ10 #

これ逆に言えば、「生命という物は熱交換活動の一環にすぎない」って言ってることと同じだね

物理系が自然に組織化されるとして、何もわざわざ細胞と言う形をとる必要なんて無いんだよなあ

24

24. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:02
  • ID:GSUnG.N10 #

物理法則から必然的に生命が生まれ得るという説は聖書的な生命を創造した神を否定するものなのか、あるいは法則そのものを神とするか宇宙の起源こそが神なのか

25

25. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:18
  • ID:2H8z7e7u0 #

物理学の系、化学の系、生物学の系を分けることに違和感を感じるし、「偶然」や「幸運」を非科学的な出来事として使っているのは混乱を招くかなと思う
化学や生物学の扱う現象は物理学の範疇を超えないし(宗教的な信仰がない限り)、偶然や必然は確率論に従うのでは?

この論文の着眼点は、エントロピーの増大にしたがって熱力学的な平衡状態になるはずのカオス(=様々な分子が安定した溶媒の元自由に動きまわる世界)の中から、一定の低い確率で現れる、エントロピー増大に逆らった非平衡の系(=複数分子が連動しながら外から吸収したエネルギーを内側に閉じ込めるような)が、生命の起源に関わったのではないか、というところで、コンピューターでシミュレーションしたらそれっぽいものが見つかったと

自己組織化する系の変数を探索したという点で新しい発見だけど、アイデア自体は古典的だと思います

26

26. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:21
  • ID:pcqCtjoj0 #

偶然の対義語は必然で、偶然も必然も物理法則にしがった現象だ

27

27.

  • 2017年09月09日 12:27
  • ID:goxDJ0DQ0 #
28

28. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:31
  • ID:QP8LPdad0 #

水素と酸素と炭素があれば、生命は誕生し得るのかな。

29

29. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:32
  • ID:BkkZU.Wg0 #

クッキーを鏡に映すとクッキーは二つに増える
鏡が外系の応力で歪めばクッキーは歪んで写り込む

30

30. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 12:44
  • ID:DFXwnkdL0 #

※8
実はさ、あんたは気がついてないかもしれないが、あんたはクローンなんだよ。
戸籍?今の法体制では無いと何かと不便だから与えられているだけ。

だからさ、必要になったら臓器を提供しろよ。
え?人じゃないよ。クローンだろ?
人権なんてそもそもないよ。
生みの親は我々なんだから、あんたに拒否権は無いんだよ。

…ってことになる。

31

31. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 13:11
  • ID:pO31ktUS0 #

生命って最初の一体ができるまでの難易度は恐ろしく高いと思うけど、
一度生命が産まれてしまえばあとは増えるだけだしな。
広大な宇宙で悠久の時があって、「たった一回の奇跡」だけが必要なら
別に確率的には低くもなんともないだろう。

32

32. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 13:30
  • ID:8mMtA.sZ0 #

※3
勉強してみそ。本当に面白いから。

33

33. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 13:40
  • ID:3p4BuKwp0 #

生命とは偶然の産物であるからこそ、創造主としての神が存在していて。
その神の意志を、代弁するものとして発展してきたのが西洋の宗教だよね。

そしてダーウィンに代表されるような進化論者が、歴史的にこうした宗教と対立してきたことを考慮すると、科学者側は生命の誕生はある種の必然であったという立場なんだよね。

個人的には科学の発展が、逆に生命の誕生の偶然を証明してしまい、生命の誕生は神のキセキ以外に説明のつかない事象である!

なんんていう結末になってくれたら面白いと思うのだが…
残念ながら、そうはならないんだろうね。

34

34. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 14:03
  • ID:CtyiLuMu0 #

別にどっちかって事ないだろ
物理法則に従って偶然誕生したんだよ

35

35. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 14:10
  • ID:8UmKF4VI0 #

暇を持て余した神の暇潰し説

36

36. 匿名工作員

  • 2017年09月09日 14:34
  • ID:tiLBPK5i0 #

生命は物理法則に従って自然発生したものだと思う。
原初の地球環境をフラスコの中で再現して、雷を落とすと…アミノ酸ができる。って実験をしてた人が居たなぁ。
生命を作る素材があって、組織化する方向の力が働くと…
ま、そんなに簡単じゃ無いと思うけど、いける気がしない?

37

37. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 14:39
  • ID:08hYjiP90 #

自己組織化は熱いよね
その代わり、どこかにエントロピーを捨てないといけないか
生命は熱い地球が冷えていく過程で生まれた結晶のようなもの、という日本の地球科学者の権威みたいな人がいたね 名前忘れたけど

38

38. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 16:16
  • ID:iNO0jno20 #

宇宙や地玉は偶然の産物かどうか分からないから研究し続けるって事だろ知らんけど
全てわかる前に人類が滅びて人類が誕生してまた同じこと研究してそうw

39

39. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 16:37
  • ID:5Duql.110 #

この世界は不必要なものは何一つ存在出来ないと言うこと
絶対的な必然性から成り立っている

40

40. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 20:57
  • ID:.OCumSMY0 #

エントロピ−の法則は、統計的な法則だと思うな。だから全体的にエントロピーが増大している中でエントロピーが減少する系があってもいい、銀河系のような渦の運動はエントロピーを減少させているように見えるし、恒星の生成もエネルギーの散逸には見えない。重たい原子の生成も秩序化へ向かっているように思える。平衡状態に抗うように秩序構造が生じている。宇宙はエントロピーの嵐のなかで秩序を生み出す反応炉の実験のような気がする。宇宙の進化の過程で生命が発生するのは必然かもしれない。宇宙を認識する知的な生命体が生まれることは、宇宙が作られる目的のひとつではないかと最近思う。

41

41. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 21:39
  • ID:3.4sO93H0 #

完全なランダムはありえるのか?
ありえるなら全てが偶然と言えるだろうし
ありえないなら生命のみならずこの宇宙すべてが必然で
最初から最後までもうすでに決定されてることになる

42

42. 匿名処理班

  • 2017年09月09日 23:17
  • ID:1wtnUWzP0 #

物質の自己組織化は化学分野において昔から言われてる事だし、さして目新しい情報には思えないんだけどなあ
問題は、そこから生命活動へ至る過程がいまだ再現出来ないって所で、そこらへんはこの博士も分からないって言ってるわけだし、本当に新しい情報が何も無い


生命の本質が散逸構造であり、エントロピー増大に従いながらも「そこ」に有り続ける様は
いわゆるロウソクの炎に例えられる
炎という「物体」がそこに有るわけではない。熱によって溶けて気化したロウと、そして周囲に存在する酸素が絶え間無く供給されることで新たなエネルギーを生み出し、そのエネルギーでさらなる物質を取り込み……その一連の流れが、炎がそこに有り続ける様に見せている
つまり生命とは、エネルギーと物質の流れが形作る一種の「場」なのだ

ってのを昔なにかの本で読んだことがあるなあ

43

43. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 00:12
  • ID:gs6ZMOMg0 #

自分を形成するDNAや細胞も宇宙の構成物の一つに過ぎないということか…。

44

44. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 00:15
  • ID:kgOdIjni0 #

ウイルスは生命に進化しないのかな?っていつも妄想する

45

45. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 01:01
  • ID:cwBc3YKZ0 #

この世界において言えば物理法則に則った結果、発生しうる現象でなければむしろどこから来たのかという話になる。つまるところ生命という規則を内包した世界にしか生命は発生できないはずなんだ、生命に限らず。
だから"偶然"と言ってる時点でその扱いはおかしい。法則に則った低確率ながらも発現する現象であって、この宇宙において物理法則ないし未知の法則に反したものではない

46

46. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 04:20
  • ID:BeugOaQj0 #

生命とは死への挑戦である
世界にある全ては均一という死へ向かっている
ただ、生命はそれに挑戦するのだ

47

47. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 05:54
  • ID:4kFY5EEt0 #

宇宙が誕生して物質が安定を求めて銀河を作り、
銀河内で物質が安定を求めて惑星を作り、
惑星上で物質が安定をもとめてDNAを作り、
DNAが自らの存在の永続性を求めて人を作った。

48

48. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 07:52
  • ID:PWfaGIts0 #

生命は生命からしか生まれない!地球も生きている。宇宙も生きている。地球は地表に生命がいっぱいいるように、宇宙も生命がいる場所は限られている。そのバカデカさから出会えないだけ。この世は永遠の命の連続で、無から命が生まれた訳ぢゃない!

49

49. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 07:54
  • ID:jv25gCON0 #

※41
善と悪、利己性と利他性の対数制御によって局所的に運命は破れる
利己性のみを追及する人間は最早昆虫に過ぎず
決定論的因果拘束に支配された人類は今や物質に過ぎない

50

50. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 10:29
  • ID:DIG7NzS90 #

いきものの不思議

生物が死んだら生き返らない

死んだ生物は生物に必要な物質が揃っているけど
死んだ生物から新しい生物が発生することはない

すべての生物はかつて生きいた生物の子孫で
途中から新しく発生した生物は存在しない

51

51. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 12:47
  • ID:vnlpyOqh0 #

神「そろそろ飽きたし宇宙の法則変えたろ、生命もリセットや!ポチー」

はやくスイッチ押して?

52

52. 匿名処理班

  • 2017年09月10日 14:10
  • ID:TDxObHas0 #

地球の直径の1/3月、これが太陽系外からやってきて地球に衝突して衛星になったってだけでも、天文学的確率!
更に、地球に水が存在できるのも、地球の大きさと太陽からの距離からいって同じく凄い確率。
月の重力により、潮の流れのおかげで生命誕生したようなもので。

そして太陽系に水が存在してること、これは他の星を知らないから断定できないけど・・・

偶然が三つ重なったなら、これも偶然ですか?必然ですか?

NHKでやってました、生命体は地球のみ説を支持する学者が認めつつあると

53

53. 匿名処理班

  • 2017年09月11日 00:24
  • ID:pzVG3TD.0 #

生命の存在が偶然かどうかはともかく、宇宙のあらゆる事象、それこそ物理法則まで自在にできる「神」が存在したとして
全事象の最高速度を秒速30万kmなんて設定した奴は全能どころかまるっきり馬鹿じゃないか、という話はありますねw

54

54. 匿名処理班

  • 2017年09月11日 07:42
  • ID:dpr.YcpC0 #

臓器取るためにクローン造るSFは昔はあったけど、当時から臓器単位で製造した方が効率的だろと思ってたよ…
人間ドラマにはしやすいかも知れないけど

55

55. 匿名処理班

  • 2018年01月25日 03:44
  • ID:3d81cXNU0 #

藤子不二雄の創世日記を思い出したわ
生命の存在しえないパラメータの宇宙も大量に存在するんだろうかね…。

56

56. 匿名処理班

  • 2018年07月07日 21:15
  • ID:7Ij25wGh0 #

偶然でしょうねぇ
他の惑星に生命体がいないのを見る限り、地球の様に…そうじゃなくてもバクテリア状生命体が僅かにでもいる惑星があるのは珍しいんだし

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