マーチン・ハンジク: 生命と非生命の境界線

歴史的に見ると 生命ではないと考えられるものと 生命と考えられるものとは対極に置かれ 大きく隔たっていました この美しくて複雑な 結晶は非生命の側にあり 美しくて複雑な猫が反対側になります これまで150年ほどの科学によって 非生命と生命との区別は はっきりしなくなり いまや両者の間は切れ目なく 続いているかのようです 一例をあげましょう ウィルスは自然に存在しますね ただし単純きわまりないものです 生命としての 必要条件すら満たしません 生命の特徴を全ては満たさず 他の生命に寄生することで 繁殖したり進化を遂げます

今夜のお話では この並びの中では非生命寄りに 位置づけられる実験を紹介します 実験室で行う化学の実験です 非生命体の材料を混合して 新しい構造を作り出し その構造が 生体系の特徴の一部を有するのです これはつまり ある種の人工生命を作る試みです

どんな特徴に注目しているかというと こんな特徴です まず 生命には肉体があります 肉体は自己を 環境と区別するために必要です また生命は代謝します これは環境から取り込んだ資源を 体の構成要素に変換して 自己を維持し成長する過程のことです 生命は子孫に情報を伝えます ヒトは自分の情報を 遺伝子のDNAとして持ち これを子孫に伝えます 肉体と代謝という最初の二つの特徴を 合わせると 移動して複製もできる システムができます さらに情報の継承も取り込めば もっと生命に近いシステムとなります 進化もしていくかもしれません 実験室で我々が試みたのは 生命の特徴の1つか2つを 実験で示すことです

どうやったかというと プロトセルと呼ぶモデルを使いました ごく原始的な細胞を 想像してください 生きた細胞の化学モデルです 例えば皆さんの体の細胞では 百万種もの分子によって 複雑なネットワークが構成されて 「生きている」と呼べる 状態となります 実験室では同じようなことを 数10種類ほどの分子だけで 目指しています 複雑さは大幅に失われますが でも生命のように見える状態を作ろうとしています 私たちは簡単な実験から 高度化して 生きたシステムを目指します 100年前にルデュクが 人工生命について 残した言葉を見ていきましょう 「生命が合成されることがあっても 普通に考えられているような 驚くべき発見とはなるまい」 初めの一文です 実験室で生命を合成できたとしても 日常生活には何も影響しないでしょう

「進化論を受け入れれば 生命の合成の最初の きざしは無機と有機の 中間的な姿となるであろう すなわち非生命と生命の境目で 生命の原始的な特徴の 幾つかを有するだけの姿となろう」 先ほど述べた特徴ですね 「環境からの進化的なはたらきが 作用する中で少しずつ 他の特徴が加わるのだ」 まず単純な実験で 生命の特徴の一部を有するー 構造を作り そこから発展させて しだいに生命に近づけていきます プロトセルの試作はこのように始まります 自己集積化というアイデアを用います すなわち 試験管の中で 化学物質を混ぜると自然に 集まり始めて どんどん 大きな構造ができていくのです 数万個とか 数十万個もの分子が集まって 何もなかったところに 大きな構造を作ります この例では ある膜分子を利用しました 適切な環境で材料を混ぜると ものの数秒で こんなに複雑で美しい構造ができます これらの膜は 形態も機能も 生体の膜組織と大変似たものです そこでこの膜を使って 我々のプロトセルを作れるわけです

同様に 水と油のシステムも利用できます 油と水は互いに混ざりませんが 自己組織化によって きれいな油滴ができるので プロトセルとして人工生命体の 肉体にできます また後で お見せします ここまでは体の作り方でしたね 構造だけです 生体の他の側面はどうでしょうか 今お見せしているのも プロトセルですが 天然に産出される モンモリロナイトという粘土を使いました こんな粘土の塊が天然に得られます 化学的に活性な表面を形成し そこで代謝を起こすことができます この粘土にある種の分子がー 例えば 赤で示すRNAが集まります DNAと似ていて 情報を伝達する分子です RNAはこの粘土の表面に 集まってきます この構造はその周囲に 膜の境界を形成して 周りを液体分子で囲まれた 体を形成します 顕微鏡写真の緑の部分です 自己組織化によって 実験室で物質を混ぜてできた 膜の肉体の内側に 代謝を起こす表面があり 情報を持った分子が付いています

生体系へ向けた一歩です しかし このプロトセルを見て実際に 生きていると考えることはありません 生命のかけらも見当たらず 出来上がった後には 何もおきません 何かが足りません いくつかの点で足りていません 足りない点は 例えば この系を通るエネルギーの流れから エネルギーを少し取り込んで プロトセルが自らを 維持することができないことです 生体ならできることです さて別のプロトセルモデルを作りました 今のものよりも単純です このプロトセルではただの油滴が 内部で化学的代謝反応を起こし そのエネルギーで何かをするー プロトセルで このように 動いたりします この油を何滴か落とします 周りは水です プロトセルは動き始めます 自己組織化によってできた油滴の 内部では化学的代謝が行われ エネルギーを利用できます そのエネルギーを利用して 環境の中を動きます

前に述べたように 動くことは この種の生体系において重要です 動き回り 周囲の様子を探り 周囲を変化させます このように 化学的な波を起こしています 自己を保存しようとする生体のように 周囲に作用していると言えるのです この動くプロトセルを使って 別の実験をします 動いていますね ではここに食糧を加えてみます 青いものが見えます システムに食糧を与えます プロトセルが動き 食糧に遭遇して 自分で形を変えると 食糧の濃度の高いところに登っていき そこに留まります 体があるだけではなくて 代謝して エネルギーを利用して 動き回れるシステムです 周囲の環境を感知して 自らを維持するための 材料を見つけます

脳も神経系も持たない ただ袋詰めされた化学物質なのに こんな面白くて 生きものみたいに 複雑な振る舞いができるのです ここでは化学物質の種類は 皿を満たしている 水を含めても5種で こんな系ができました こんなプロトセルを 組み合わせる実験をすると 条件にもよりますが 左側では 動き回るプロトセルが そこに置かれた別のプロトセルと 接触しようとしています 右側では二つのプロトセルは ぐるぐる回るのが好きなようです とても複雑なダンスのようです この系で見たような プロトセル単体の 振る舞いだけではなく 集団レベルでの挙動もあり これも生体と似たものです みなさんもプロトセルの専門家になりましたので プロトセルでゲームをしてみましょう 二種類の違ったものを作ります プロトセルAはある種の化学物質を含み 活性化すると 振動して踊り始めます こんなに原始的だというのに 踊るプロトセルとは 興味深いですね (笑)

第二のプロトセルは別の化学物質を含み 活性化すると みんな集まってくっついて 一つの大きなプロトセルになります こんな二種類を 一緒にしてやるとどうなるか まずAを入れて Bも入れて そしてシステムを活性化すると 青い方のプロトセルBは 全部が集まって一つになり 大きな塊となります もう一種類はただ動いています 系のエネルギーがなくなるまで動いて それでおしまいです この実験を何度も繰り返すと あるとき とても面白いことが起きました 2つのプロトセルを系に加えると プロトセルのAとBが融合して ハイブリッドのABセルができました それまでなかったことです ここにはプロトセルABがあるのです プロトセルABはしばらく踊り続け プロトセルBが融合を続けます

そしてもっと面白いことがおきます 大きなハイブリッドのプロトセルが 融合するところを見てください しばらく踊った後 自己複製も起きました (笑) これまた化学物質の塊です この作用の仕方は 5種の化学物質だけの簡単なシステム 混成がおきるとき それまでとは違って もっと複雑なものができます また別の種類の生命と似た 特徴も現れました 複製をしたのです

こんなに面白いプロトセルは 色や挙動も魅力的で 作成するのも簡単で 生命のような特徴を持っています こんなプロトセルから地球の生命の 起源について学べることでしょう おそらく最初の段階では こんな簡単な姿から 地球上の生命は始まったことでしょう 実際 地球には初期から 分子が ありましたが この実験に使ったような 純粋な化合物では なかったでしょう むしろ 本当に複雑で あらゆる物が混ざり 制御されていない化学反応で生成した 多種多様な有機化合物の混ざった複合体 原始の泥を考えてください 水たまりに たまった茶色の タール状の生成物は 現代的な方法でも 完全には分析できません 右側に置いてある純粋な化合物と 比べてみてください

こちらは台所にある純粋な砂糖の 結晶を鍋に入れて加熱したときに 起きることと 似ています 砂糖に熱を加え 化学結合を加えたり切ったりして 茶色のカラメルが生成されます これを調整せずに続けると 化学結合の追加と切断が続き さらに多様な分子の混合体となって この種の黒いタール状のものが 鍋の中に残されます これは洗い流すのも大変です 生命の起源はこんなふうだったでしょう 45億年前の初期の地球では こんなどろどろの中から 生命は発生しなければなりませんでした 次の課題は 純粋な化学物質を離れて 生命のような性質を持ったプロトセルを この種の原始的な泥から作ることです

先ほどもお見せした 自己組織化した油滴の 登場です 内部の黒いしみは この種の黒くて多様で複雑な 有機物のタールです 先ほどお見せしたような実験に投入し そこから生命的な動きが 生じるかどうか観察します いい感じです すてきな動きです ある種の習性があるようで 互いに周りを回って 追っかけあっています 先ほど見せたのと似ています でも原始的な条件の下で行い 純粋な物質はありません これもタールで作ったプロトセルです 周囲から食糧を発見します 周囲から食糧を発見します 左側からエサを与えると ゆっくり広がってきます これは大好きなようで とても活発になって 周囲から食糧を見つけ出しました 前にお見せしたのとそっくりです これも原始の環境で実現しました 制御されていない条件です 小ぎれいな実験室条件ではありません 実際 とても汚い 小さなプロトセルです しかし 生体のような特徴のあることが重要です

こんな人工生命の実験をすることで 非生命と生命の間をつなぐ経路を 定義できるようになるかもしれません それだけでなく 生命とは何か そして生命の形態のー 可能性についての視野を拡げます 地上とは全く異なる 生命もあり得るのです そこから次の言葉が現れます 「奇妙な生命」 スティーブ・ベナールが名付けました 米国学術研究会議の 2007年の報告書に 登場しました 地球上とは大変違う形態の生命を 宇宙でどうやって探すべきかを 考察した内容です 別の惑星を訪れて そこに生命がいるだろうと考えたときに どうすれば生命だと判定できるでしょうか

三つの一般的な基準が示されています リストの一番です 第一に 非平衡の系でなければならない つまり 死滅したシステムではないこと つまり 死滅したシステムではないこと その基本的な意味は システムにエネルギーが与えられ それを利用して自己を保持しているということです 太陽が地球を照らし 光合成が行われて 生態系の原動力となるのと似ています 太陽がなかったら この星には生命は存在しないでしょう 第二に 生命は液体でなければならない つまり面白い構造だとしても 面白い分子であっても 動けない固体だと 生命には適しません 第三に 化学結合をしたり 切れたり しなければなりません 生命が環境から取り込んだ資源を 構成要素として取り込んで 自己を保持するために重要です

奇妙で不思議なプロトセルを紹介しました 粘土を含むもの 原始的な泥を含むもの 内部が水の代わりに ほぼ油だけで構成されたもの 大半はDNAを含んでいませんが 生命のような性質を示します これらのプロトセルは生命の 一般的な条件を満たします こんな化学的な人工生命の実験を通して 生命の起源と この惑星に生命が棲むことについて 基本的な理解が得られます さらにまた宇宙にはどんな生命の 可能性があるのかということも 明らかになります ありがとうございました (拍手)