TED日本語 - ナタリー・キャブロール: 火星は生命の起源の謎を解き明かすのか?

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TED日本語 - ナタリー・キャブロール: 火星は生命の起源の謎を解き明かすのか?

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火星は生命の起源の謎を解き明かすのか?
How Mars might hold the secret to the origin of life
ナタリー・キャブロール
Nathalie Cabrol

内容

他の惑星の生命と言えば、小さな緑の宇宙人を想像しがちですが、実際には微生物である可能性が高いでしょう。惑星科学者のナタリー・キャブロールが、私たちに教えてくれるのは、火星の微生物探査の内幕です。この探査は意外にも、アンデス山脈の隔絶した地にある湖で行われています。空気は薄く、大地は紫外線に晒されるこの極限環境が、35億年前の火星に似ているためです。この環境に、どうやって微生物が適応しているかを理解すれば、火星のどこを探査すれば良いかが、わかるかもしれません。そして、微生物が進化を遂げて、文明が成立する一方で、死に絶えてしまう場合がある理由を知る手がかりを与えてくれるでしょう。

Script

Well, you know, sometimes the most important things come in the smallest packages. I am going to try to convince you, in the 15 minutes I have, that microbes have a lot to say about questions such as, "Are we alone?" and they can tell us more about not only life in our solar system but also maybe beyond, and this is why I am tracking them down in the most impossible places on Earth, in extreme environments where conditions are really pushing them to the brink of survival. Actually, sometimes me too, when I'm trying to follow them too close. But here's the thing: We are the only advanced civilization in the solar system, but that doesn't mean that there is no microbial life nearby. In fact, the planets and moons you see here could host life -- all of them -- and we know that, and it's a strong possibility. And if we were going to find life on those moons and planets, then we would answer questions such as, are we alone in the solar system? Where are we coming from? Do we have family in the neighborhood? Is there life beyond our solar system?

And we can ask all those questions because there has been a revolution in our understanding of what a habitable planet is, and today, a habitable planet is a planet that has a zone where water can stay stable, but to me this is a horizontal definition of habitability, because it involves a distance to a star, but there is another dimension to habitability, and this is a vertical dimension. Think of it as conditions in the subsurface of a planet where you are very far away from a sun, but you still have water, energy, nutrients, which for some of them means food, and a protection. And when you look at the Earth, very far away from any sunlight, deep in the ocean, you have life thriving and it uses only chemistry for life processes.

So when you think of it at that point, all walls collapse. You have no limitations, basically. And if you have been looking at the headlines lately, then you will see that we have discovered a subsurface ocean on Europa, on Ganymede, on Enceladus, on Titan, and now we are finding a geyser and hot springs on Enceladus, Our solar system is turning into a giant spa. For anybody who has gone to a spa knows how much microbes like that, right? (Laughter)

So at that point, think also about Mars. There is no life possible at the surface of Mars today, but it might still be hiding underground.

So, we have been making progress in our understanding of habitability, but we also have been making progress in our understanding of what the signatures of life are on Earth. And you can have what we call organic molecules, and these are the bricks of life, and you can have fossils, and you can minerals, biominerals, which is due to the reaction between bacteria and rocks, and of course you can have gases in the atmosphere. And when you look at those tiny green algae on the right of the slide here, they are the direct descendants of those who have been pumping oxygen a billion years ago in the atmosphere of the Earth. When they did that, they poisoned 90 percent of the life at the surface of the Earth, but they are the reason why you are breathing this air today.

But as much as our understanding grows of all of these things, there is one question we still can not answer, and this is, where are we coming from? And you know, it's getting worse, because we won't be able to find the physical evidence of where we are coming from on this planet, and the reason being is that anything that is older than four billion years is gone. All record is gone, erased by plate tectonics and erosion. This is what I call the Earth's biological horizon. Beyond this horizon we don't know where we are coming from.

So is everything lost? Well, maybe not. And we might be able to find evidence of our own origin in the most unlikely place, and this place in Mars.

How is this possible? Well clearly at the beginning of the solar system, Mars and the Earth were bombarded by giant asteroids and comets, and there were ejecta from these impacts all over the place. Earth and Mars kept throwing rocks at each other for a very long time. Pieces of rocks landed on the Earth. Pieces of the Earth landed on Mars. So clearly, those two planets may have been seeded by the same material. So yeah, maybe Granddady is sitting there on the surface and waiting for us. But that also means that we can go to Mars and try to find traces of our own origin. Mars may hold that secret for us. This is why Mars is so special to us.

But for that to happen, Mars needed to be habitable at the time when conditions were right. So was Mars habitable? We have a number of missions telling us exactly the same thing today. At the time when life appeared on the Earth, Mars did have an ocean, it had volcanoes, it had lakes, and it had deltas like the beautiful picture you see here. This picture was sent by the Curiosity rover only a few weeks ago. It shows the remnants of a delta, and this picture tells us something: water was abundant and stayed founting at the surface for a very long time. This is good news for life. Life chemistry takes a long time to actually happen.

So this is extremely good news, but does that mean that if we go there, life will be easy to find on Mars? Not necessarily.

Here's what happened: At the time when life exploded at the surface of the Earth, then everything went south for Mars, literally. The atmosphere was stripped away by solar winds, Mars lost its magnetosphere, and then cosmic rays and U.V. bombarded the surface and water escaped to space and went underground. So if we want to be able to understand, if we want to be able to find those traces of the signatures of life at the surface of Mars, if they are there, we need to understand what was the impact of each of these events on the preservation of its record. Only then will we be able to know where those signatures are hiding, and only then will we be able to send our rover to the right places where we can sample those rocks that may be telling us something really important about who we are, or, if not, maybe telling us that somewhere, independently, life has appeared on another planet.

So to do that, it's easy. You only need to go back 3.5 billion years ago in the past of a planet. We just need a time machine.

Easy, right? Well, actually, it is. Look around you -- that's planet Earth. This is our time machine. Geologists are using it to go back in the past of our own planet. I am using it a little bit differently. I use planet Earth to go in very extreme environments where conditions were similar to those of Mars at the time when the climate changed, and there I'm trying to understand what happened. What are the signatures of life? What is left? How are we going to find it? So for one moment now I'm going to take you with me on a trip into that time machine.

And now, what you see here, we are at 4,500 meters in the Andes, but in fact we are less than a billion years after the Earth and Mars formed. The Earth and Mars will have looked pretty much exactly like that -- volcanoes everywhere, evaporating lakes everywhere, minerals, hot springs, and then you see those mounds on the shore of those lakes? Those are built by the descendants of the first organisms that gave us the first fossil on Earth.

But if we want to understand what's going on, we need to go a little further. And the other thing about those sites is that exactly like on Mars three and a half billion years ago, the climate is changing very fast, and water and ice are disappearing. But we need to go back to that time when everything changed on Mars, and to do that, we need to go higher. Why is that? Because when you go higher, the atmosphere is getting thinner, it's getting more unstable, the temperature is getting cooler, and you have a lot more U.V. radiation. Basically, you are getting to those conditions on Mars when everything changed.

So I was not promising anything about a leisurely trip on the time machine. You are not going to be sitting in that time machine. You have to haul 1,000 pounds of equipment to the summit of this 20, 000-foot volcano in the Andes here. That's about 6,000 meters. And you also have to sleep on 42-degree slopes and really hope that there won't be any earthquake that night. But when we get to the summit, we actually find the lake we came for. At this altitude, this lake is experiencing exactly the same conditions as those on Mars three and a half billion years ago. And now we have to change our voyage into an inner voyage inside that lake, and to do that, we have to remove our mountain gear and actually don suits and go for it. But at the time we enter that lake, at the very moment we enter that lake, we are stepping back three and a half billion years in the past of another planet, and then we are going to get the answer came for. Life is everywhere, absolutely everywhere. Everything you see in this picture is a living organism. Maybe not so the diver, but everything else. But this picture is very deceiving. Life is abundant in those lakes, but like in many places on Earth right now and due to climate change, there is a huge loss in biodiversity. In the samples that we took back home,36 percent of the bacteria in those lakes were composed of three species, and those three species are the ones that have survived so far.

Here's another lake, right next to the first one. The red color you see here is not due to minerals. It's actually due to the presence of a tiny algae. In this region, the U.V. radiation is really nasty. Anywhere on Earth,11 is considered to be extreme. During U.V. storms there, the U.V. Index reaches 43. SPF 30 is not going to do anything to you over there, and the water is so transparent in those lakes that the algae has nowhere to hide, really, and so they are developing their own sunscreen, and this is the red color you see. But they can adapt only so far, and then when all the water is gone from the surface, microbes have only one solution left: They go underground. And those microbes, the rocks you see in that slide here, well, they are actually living inside rocks and they are using the protection of the translucence of the rocks to get the good part of the U.V. and discard the part that could actually damage their DNA. And this is why we are taking our rover to train them to search for life on Mars in these areas, because if there was life on Mars three and a half billion years ago, it had to use the same strategy to actually protect itself. Now, it is pretty obvious that going to extreme environments is helping us very much for the exploration of Mars and to prepare missions. So far, it has helped us to understand the geology of Mars. It has helped to understand the past climate of Mars and its evolution, but also its habitability potential. Our most recent rover on Mars has discovered traces of organics. Yeah, there are organics at the surface of Mars. And it also discovered traces of methane. And we don't know yet if the methane in question is really from geology or biology. Regardless, what we know is that because of the discovery, the hypothesis that there is still life present on Mars today remains a viable one.

So by now, I think I have convinced you that Mars is very special to us, but it would be a mistake to think that Mars is the only place in the solar system that is interesting to find potential microbial life. And the reason is because Mars and the Earth could have a common root to their tree of life, but when you go beyond Mars, it's not that easy. Celestial mechanics is not making it so easy for an exchange of material between planets, and so if we were to discover life on those planets, it would be different from us. It would be a different type of life. But in the end, it might be just us, it might be us and Mars, or it can be many trees of life in the solar system. I don't know the answer yet, but I can tell you something: No matter what the result is, no matter what that magic number is, it is going to give us a standard by which we are going to be able to measure the life potential, abundance and diversity beyond our own solar system. And this can be achieved by our generation. This can be our legacy, but only if we dare to explore.

Now, finally, if somebody tells you that looking for alien microbes is not cool because you can not have a philosophical conversation with them, let me show you why and how you can tell them they're wrong. Well, organic material is going to tell you about environment, about complexity and about diversity. DNA, or any information carrier, is going to tell you about adaptation, about evolution, about survival, about planetary changes and about the transfer of information. All together, they are telling us what started as a microbial pathway, and why what started as a microbial pathway sometimes ends up as a civilization or sometimes ends up as a dead end.

Look at the solar system, and look at the Earth. On Earth, there are many intelligent species, but only one has achieved technology. Right here in the journey of our own solar system, there is a very, very powerful message that says here's how we should look for alien life, small and big. So yeah, microbes are talking and we are listening, and they are taking us,one planet at a time and one moon at a time, towards their big brothers out there. And they are telling us about diversity, they are telling us about abundance of life, and they are telling us how this life has survived thus far to reach civilization, intelligence, technology and, indeed, philosophy.

Thank you.

(Applause)

時には 最も大切なことが 最も小さなものに 秘められていることがあります 私に与えられた15分のトークで 「生命がいるのは地球だけか?」 といった疑問に 微生物は多くの情報を 与えてくれるのだということを 皆さんに納得してもらおうと思います 微生物は太陽系だけでなく その外にいる生命についても 語ることができるかもしれません 私はそう考えて 地球上で 最もありえないと思える場所 生きのびることがとても難しい 極限環境の地を探求しています 実際 そういう場所に近づきすぎると 自分自身も命の危機に晒されます でも大切なことがあります 我々人類は太陽系で 唯一の進んだ文明を有しています だからといって近くの惑星に 微生物がいないとは言えません 実際 ここでご覧になっている 惑星や衛星は 何れも生命を宿しているかもしれません その可能性が高いと思います これらの衛星や惑星で 生命を見つけようと試みれば 次のような疑問に 答えることができるでしょう 「太陽系に生命がいるのは 地球だけなのか?」 「生命はどこから来たのか?」 「近くの星にも生命がいるのか?」 「太陽系の外にも生命はいるのか?」

こういった質問が可能になった背景には 生存可能な惑星に関する知識の 飛躍的な進歩があります 今日の理解では 生存可能な惑星の条件とは 水が安定して存在する 領域があることです でも これは生存可能性の 水平方向の定義に過ぎないと思います 恒星からの距離に基づく定義だからです しかし生存可能性には別の次元 つまり 垂直方向という次元があるのです 垂直方向の次元とは 恒星から かなり離れた惑星の 地下の条件と考えてください ただし そこには水、エネルギー 一部は食料となる栄養素 それに シールドがあるとします 地球の場合だと 太陽の光が届かない 深い海では 生命は化学反応だけを 生存のためのプロセスとして利用し 繁栄しているのです

そう考えると 旧来の理屈は全て崩壊します 基本的に制約はなくなります 最近のニュースの ヘッドラインによると エウロパ、ガニメデ、エンケラドゥス、タイタンといった 衛星の地下には 海があることが発見されており エンケラドゥスでは間欠泉や温泉が 見つかっています 太陽系は巨大な温泉だと わかりつつあるのです 温泉に行けば 多くの微生物が 温泉好きなことがわかるでしょう (笑)

では 火星についても考えてみましょう 現在の火星の地表では 生命は存在できませんが 地下になら潜んでいる可能性があります

我々は生存可能性についての 理解を深めています しかし それだけでなく 地球上の 生命の痕跡といったことにも 理解を深めています たとえば有機分子と称するものは 生物を構成する基本ブロックです それから化石や バクテリアと岩石との反応によって 生成された 鉱物であるバイオミネラルがあります 勿論 大気中の成分にも 痕跡が含まれます このスライドの右側にある 小さな緑藻類は 十億年前から大気中に 酸素を排出している生物の 直系の子孫にあたります 当初は 地表に住む90%の生物にとって 酸素は有害でしたが 今では そのおかげで 我々は呼吸することができます

このように我々の知識が 積み重なっているにも関わらず 未だに答えられない疑問があります 「一体 我々はどこから来たのか?」 また さらに厄介なことに 我々がどこから来たのかという 物的証拠が この地球上で見つかることは ないでしょう というのも 40億年以上前の痕跡は 何も残されていないのですから 全ての記録はプレートの運動や 侵食によって 消滅してしまったのです これを私は 地球の生物学的地平線と呼んでいます この地平線を越えると 我々はその起源を知りえないのです

では全てが失われたのでしょうか? そうとは限りません 生命の起源を示す証拠は 予期せぬ場所にあるかもしれません その場所とは火星です

どうしてでしょうか? 太陽系の黎明期には 火星と地球に巨大な隕石や彗星が 衝突していたのに違いありません あらゆる場所で衝突が起こり 噴出物が放出されました 地球と火星は 非常に長い間 岩石をぶつけ合っていたのです 岩石のかけらが地球に落下し 地球のかけらが火星に落下しました ですから この2つの惑星は 同じ物質から始まったのかもしれません 我々の祖先が「探してごらん」と 火星の表面で待っているかもしれません つまり火星に行けば生命の起源の 痕跡を探し出せるということです 火星は秘密を握っているかもしれません だから我々にとって 火星は特別なのです

でも 実際に発見するには 火星に 生命が生存可能だった 時期がなくてはいけません 火星は生存可能だったのでしょうか? まさにその質問に答えてくれる 数々の探査ミッションがあります 生命が地球に登場した時 火星にも 海があり 火山や湖もありました この美しい写真のような 三角州もありました 探査車キュリオシティから 数日前に送られてきたものです 三角州の面影が写っている この写真は あることを物語っています かつて水が豊富にあり 長期間 地表に水が湧いていたのです 生命にとって 良いニュースです 生命を生じさせる化学反応が起きるには 長い時間が必要です

だからとても良いニュースです では火星に行けば生命の痕跡を 容易に見つけられるのでしょうか いえ そうとは限りません

火星で起きたのは こんなことです 地球の表面で 生物が爆発的に増えた頃 火星では文字通り 事態は悪化していました 大気は太陽風によって 吹き飛ばされ 磁気圏も消失し 宇宙線と紫外線が地表に降り注ぎ 水は宇宙空間に散逸したり 地下に封じ込められました ですから もし火星の表面に 生命の痕跡が存在するとして それを理解し見つけたいなら こういった現象が 生命の痕跡の記録の保存に どのような影響があったのか 理解しなければなりません そうして はじめて 痕跡が残された場所がわかって 探査車を適切な場所に 送り込むことができ 生命の正体について 重要な手がかりとなる 岩石のサンプルが採取できるでしょう 仮にうまくいかなくても 生命がどこか別の惑星で 独自に誕生したのだと 言えるかもしれません

痕跡の在処を知るのは 難しいことではありません 35億年前の惑星に 戻るだけです タイムマシンがあれば良いのです

簡単なことですよね? 実際そうなんです 周りを見てましょう 我が地球 ― これこそがタイムマシンなのです 地質学者は地質学によって 地球の過去に遡ります でも私の応用の仕方は 少し異なります 地球上の超極限環境 ― 気候条件が変化した時の 火星と類似した環境を利用し 何が起きたのかを 理解しようと努めています 生命の痕跡とは何か? 何が残されているのか? どうやって探せばよいのか? では今からちょっとした タイムマシンの旅にお連れしましょう

ご覧いただいているのは アンデス山脈 標高4,500m地点で 地球と火星が形成されて十億年も 経っていない時期にあたります 地球と火星は どこを見ても 火山だらけで 湖はどこも 蒸気で泡立っていて ミネラル分を含み 温泉のようになっていることでしょう 湖岸の盛り上がっている場所が ご覧になれるでしょうか? これは地球上 最古の化石となった 最初の生命体の 子孫によって形成されたものです

でも何が起きていたか知るためには より深く見る必要があります もう一つ指摘しておくべきことは ここは 35億年前の火星と 全く同じ状況だということです 気候は急激に変化し 水と氷が消滅していきます ただ 火星が変化を終えた時点まで 時間を進めるには さらに上へ登る必要があります なぜでしょうか? 高い場所に行くほど 空気は薄く不安定になっていきます 温度が下がり より紫外線の照射を受けます これこそが 火星で変化が起きた後の 状況なのです

さて 私は快適なタイムマシンの旅を お約束したわけではありません タイムマシンの中で ただ座っているのではなく 皆さんには 600キロほどの資器材を アンデスの標高2万フィートにある 火口へと運んでいただきます これは約6千メートルになります 寝る場所は42度も傾斜がある斜面で 夜の間 地震が起こらないことを 願うばかりです しかし頂上にたどり着くと まさに探し求めていた湖があります この高度における湖の環境は 35億年前の火星のものと 全く同じです ここで旅の趣きを変え 湖の中へと入って行くことにします では 山登り用の装備を外し 潜水用スーツに着替え 中に入って行きましょう 湖に潜った まさにその時 我々は隣の惑星の 35億年前へと遡ったことになり 求める答えが そこで見つかるのです 生命はどこにも まさに どこにでもいます この写真に写っているのは すべて生きている微生物です ダイバーを別としてですが ただ この写真は誤解を招きます この湖には生命が豊富ですが 現在の地球上の多くの場所と同様に 気候変動によって 生物の多様性が著しく 損なわれています 持ち帰ったサンプルによると これらの湖に住むバクテリアの36%は 3つの種で占められおり この3つの種こそが 今まで生き延びてこられたのです

これは1つ目の湖の隣にある 別の湖です 赤い色は鉱物によるものではなく 微小な藻が存在していることによります この地域では 紫外線がひどく照射しています UVインデックス11は 極端に強いレベルとされますが 紫外線の嵐が降り注ぐ時 ここではインデックス43に達します SPF30の日焼け止めでも 歯が立ちません 湖水の透明度が非常に高いので 藻は隠れる場所も無く 太陽光を遮る仕組みを 発達させました それがご覧の赤い色の理由です ただ 藻が適応できるのもここまでで 地表から水が消滅してしまうと 微生物に残される道は唯一つ 地下に潜むことしかありません 微生物は このスライドに写っている 岩石の内側で生きています 岩石の半透明性を利用し 紫外線の良い部分を 取り込む一方 DNAを破壊する有害な成分を 排除して身を守ります 火星の生命の探査に備え 探査車のテストを ここで行う理由は そこにあります 35億年前の火星に生物が居たのなら 自らを守るために 同じ戦略を取ったはずですから ですから 極限環境の調査が 火星探査ミッションの準備に 役に立つのは明らかです これまでのところ その成果として 火星の地質に対する理解が深まりました 過去の火星の気候と その後の変化 ― そして 生存可能性についても 理解が進みました 火星に送り込まれた最新の探査車は 微量の有機物を発見しました 火星の地表に有機物があったのです 微量のメタンも発見されました このメタンが 地質由来なのか 生物由来なのかは 分かっていません どちらにしろ この発見により 今日の火星にも まだ生命が生きているという仮説は まだ捨てられません

ここまでの話で 火星には特別な意味が あることを分かって頂けたと思います ただし微生物が見つかる可能性という点で 太陽系で興味深いのは 火星だけだと考えるのは間違いです なぜなら火星と地球では 生命が共通の起源を持つ 可能性がありますが 火星から向こうになると 話は単純ではないからです 惑星間の物質のやり取りは 天体力学上 簡単には起こりえないので 他の惑星で生命が発見された場合 おそらく地球の生命とは タイプが異なるでしょう 結局は地球にしか 生命はいないかもしれません 地球と火星だけかも しれませんし 太陽系には起源の異なる多くの生命が いるかもしれません 私はその答えをまだ持ち合わせませんが お伝えできることもあります つまり結果である魔法の数字が どんなものであろうと 太陽系を越えたところにおける 生命生存の可能性と その豊かさ そして多様性を測る基準を 提示できるようになるということです これは我々の世代で達成できます 探求する勇気があれば 後世に残すことができるのです

最後になりますが 哲学的な論議をする相手にも 成り得ないような 地球外微生物を探すなんて意味がないと 言い出す人がいたら こんな風に言って 間違いを諭してください 有機物からわかることは 環境、生態系の複雑性や多様性です DNAを始めとする情報担体からは 適応、進化、生存や 惑星環境の変化 ― そして情報伝達のことが わかります これらすべてをまとめると 微生物がどの様に発生し なぜ それが進化して 文明になる場合があるのか あるいは逆に なぜ進化が途絶えて 絶滅するのかがわかるのです

太陽系 特に地球を見てみましょう 地球では多くの種が 知性を持っていますが ただ一つの種だけが 技術を発展させました そして我々が太陽系を 旅するということには とても重要な意義があります それが 大小に関わらず 地球外生命を探す方法だからです 微生物が我々に語りかけ 我々は それに耳を傾けます そして微生物が我々を 次の惑星や次の衛星へと誘い 遥か彼方の 彼らの兄弟の元に 連れて行ってくれるのです 微生物が我々に教えてくれるのは 生物の多様性や生命の豊かさです さらに 地球上の生命が どうやって今まで生き残り 文明、知性、技術 それに哲学を作り上げるまでに なったのかを教えてくれるのです

どうも有難うございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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