地球上のすべての生きた細胞は、単一の祖先集団に由来する。生物学者はこれをLUCA（最後の共通祖先）と呼び、新たな問いは「存在したかどうか」ではなく「どこまで完全だったか」である。デュッセルドルフのハインリヒ・ハイネ大学の研究者らが率いるチームは、LUCAが機能する遺伝暗号とリボソームを備えていた一方で、代謝は半分しか構築されておらず、生命の二大系統である細菌と古細菌がそれぞれ独自にその完成を果たしたと主張する。この研究は8月5日にScience Advances誌に掲載され、オープンアクセスとなっている。
この主張は、すべての細胞が共有する代謝の中核部分を丹念に再構築したことに基づく。研究チームは中核的生合成を構成する反応を整理し、以前の研究から更新して424反応のリストを作成したうえで、どの酵素ファミリーがLUCAに存在し、どの酵素ファミリーが後に出現したかを調べた。配列決定済みの原核生物ゲノム953件（細菌552件、古細菌401件）を用い、配列と構造の類似性に基づいて類似の酵素をクラスタリングし、各クラスターの分布を生命の両ドメインにわたって追跡した。酵素ファミリーがLUCA由来と判定されたのは、細菌と古細菌の両方で少なくとも4つの主要な分類群にわたり、大多数のゲノムに保持されている場合である。細菌と古細菌の分岐に関する統計検定のp値は0.002だった。
その答えは、酵素ファミリー166種（マッピングできた反応の約46％）がLUCAまで遡るというものだ。さらに89種は現代の細菌に至る系統で生じ、38種は古細菌に至る系統で生じた。残る37種は分布がまばらで、帰属を判定できなかった。リボソームも別の角度から同じ物語を語る。すべての生命に存在するタンパク質工場であるLUCAのリボソームは33個のタンパク質で構成されていたと再構築され、古細菌の系統は29個を、細菌の系統は21個を追加した。アラニンデヒドロゲナーゼとリボフラビン合成酵素を含む5つの事例では、二つの系統が、構造的に無関係でありながら同じ反応を触媒する酵素を互いに独立に発明したようだ。描かれるのは、遺伝の仕組みは備わっていたが生化学はまだ建設途上であり、二つのドメインで別々に完成が進んだ祖先の姿である。
論文の要旨は、共通祖先における酵素的代謝は不完全であり、細菌と古細菌に至る系統で最終組み立てが独立に進行した、と慎重な表現で主張を述べている。注目すべきことに、論文はLUCAが生きていなかったとは述べておらず、LUCAが機能するリボソーム、遺伝暗号、翻訳機構を備えていたことを明確に認めている。プレスリリースに登場した人目を引く要約、一つの遺伝暗号、二つの生命の起源、は上席著者ウィリアム・マーティンによる解釈的な枠組みであり、論文自体に登場する表現ではない。代謝の独立した完成が二つの起源という呼称に値するかどうかは、遺伝暗号もリボソームも翻訳機構も単一の起源に遡ることから、現在、定義をめぐる議論の対象となっている。
研究はまた、酵素が存在する以前に未完成の代謝がどう動き得たかについての化学的シナリオも提示している。中核的な代謝反応の約46％に地球化学的な類似反応があり、361反応のうち37反応は、熱水噴出孔に似た条件下で鉄、コバルト、ニッケル、パラジウムという素の金属触媒を用いて実験的に実証されている。最も際立つ実証はリン酸に関わるものだ。熱水噴出孔の化学を駆動するのと同じ水と岩石の反応である蛇紋岩化作用によって生じるリン化合物の亜リン酸は、生体分子にリン酸を供与できる。実験では、ニッケル金属が亜リン酸をリン酸と水素ガスに変換し、摂氏100度で一晩のうちに収率はおよそ75％に達した。また、パラジウム触媒と亜リン酸を用いると、エネルギー通貨であるAMPがADPに変換され、摂氏50度で72時間以内に約8％の収率となった。セリンは18時間で42％の収率でホスホセリンにリン酸化された。著者らによれば、ニッケル単独で、古代の炭素固定経路であるアセチルCoA経路の約10種類の酵素と10種類の補因子の代わりとなる。金属がまず化学反応を担い、酵素が徐々にその役割を引き継ぐという構図である。
このシナリオはもっともらしいが、細部には異論がある。初期生命を研究し、今回の研究には関与していないウィスコンシン大学マディソン校のベティル・カチャル氏は、サイエンティフィック・アメリカン誌に対し、環境が触媒を供給したという考えは非常に妥当だと述べる一方で、最後の共通祖先は生命の起源と同じものではなく、化学と地質学がどうやって生物にバトンを渡したのかは依然として不明だと注意を促した。シアノ硫化型原始代謝や熱水泉など、競合する起源シナリオも論文では引用され、反論が加えられている。著者らは限界も認めている。古細菌のゲノムは細菌のものより注釈付けが不完全で数値に偏りが出る可能性があること、冥王代からの直接の地質学的証拠がないこと、パラジウムが地球の地殻では希少であること、実験室で使われた亜リン酸濃度が現在の蛇紋岩化した岩石で測定される濃度を上回ること、などだ。
この研究がしていないのは、決着をつけることだ。再構築されているのは個々の反応であり、金属だけが動かす連続的なネットワークではない。著者らによれば、酵素を使わずに連結した代謝を組み立てるという決定的な実験は進行中だという。それが成功すれば、生命の始まりの姿は単一の起源から、より奇妙なもの、すなわち一つの暗号、一つのリボソーム、そして自由生活細胞になるために必要な化学の二つの別々の完成へと移るだろう。
雅子 訳
出典:
- Mrnjavac, N., Hoffmann, N.K., Schlikker, M.L. et al. “Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent.” Science Advances, August 5, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aef3128.
- Heinrich Heine University Düsseldorf press release, “Early Evolution of Life: Two Origins of Life,” August 5, 2026.
- Pappas, S. “Life on Earth May Have Emerged Not Once but Twice.” Scientific American, August 7, 2026.
- ScienceDaily, “Evidence for two origins of life on Earth,” August 11, 2026. https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260811011134.htm