パンスペルミア説
生命の起源に関する仮説と理論
神学と一部の哲学の伝統的立場は、生命の起源を化学や物理の記述力を永久に超えた超自然的事象によるものと見なしている。 17世紀半ばまで、神は人間を高等動物や植物とともに創造したが、ミミズや昆虫のような単純な生命体は、泥、廃棄物、腐敗した物質から短期間に着実に発生するというのが一般的な見解であった。 しかし、鹿の生殖と発生を研究した生理学者ウィリアム・ハーベイ（1578〜1657）は、カール・エルンスト・フォン・ベーア（1792〜1876）が顕微鏡で人間の卵細胞の存在を発見するよりずっと以前に、すべての動物は卵から生まれる（「omnia viva ex ovo」）という説を唱えてこの考えを否定し、さらに、この説に対抗するために「omnia viva ex ovo」（「Omnia viva」）という言葉を考案している。 イタリアの科学者フランチェスコ・レディ（1626-1698）は、ハーヴェイの考えが、少なくとも昆虫については正しいことを発見した。彼は、食肉中のウジ虫がハエの卵から発生することを発見したのである。 その後、ラザロ・スパランツァーニ（1729-1799）が、哺乳類の生殖には精子が必要であることを発見した。 さらにスパランツァーニは、密閉容器に入れられた煮沸した液体からは、生物（「輸液」）が発生しないことをパスツール以前に明らかにしている。 レディやスパランツァーニの発見は、昆虫や大型動物が卵から発生することを確かに証明したが、少なくとも微生物がその遍在性から無機物から継続的に発生することは、大多数の人にとって自明のことであった。 生命が非生物から自然に発生するか否かの論争は、ルイ・パスツールとフェリックス・アルキメッド・プシェ（1800〜1872年）の有名な論争に発展し、パスツールが勝利した。 彼は、液体中の微生物も空気中に浮遊する細菌に由来することを示し、また、栄養溶液もろ過や煮沸などの適切な滅菌処理によって、これらの生物から保護できることを証明したのである。 しかし、現代の科学者たちは、パスツールの実験に満足することはなかった。 19世紀後半、スウェーデンの化学者スヴァンテ・アレニウス（1859-1927）によって、もうひとつの仮説が提唱された。 彼は、宇宙全体が生きた細菌で補充されていると強く信じており、この現象を “パンスペルミア “と呼んだ。 彼は、宇宙で生まれた微生物や胞子が太陽系から太陽系へと広がり、地球にたどり着いたと考えたのである。 アレニウスの説は、生命の起源という問題を解決するのではなく、むしろ回避するものであり、寒冷、真空、放射線といった星間環境下で微生物が生存する可能性は極めて低いが、20世紀の科学界には、パンスペルミア説に立ち返る人が何人かいた。 天文学者のフレッド・ホイル（1915-）や分子生物学者のフランシス・クリック（1916-）は、地球が誕生してからこの惑星に最初の細胞性生物が出現するまでの時間が短すぎて、生命が自然に発生したとは考えられないと確信しているのである。 ダーウィンは生命の起源について自説を展開しなかったが、トーマス・ハックスレー（1825-1895）のような同時代の科学者は、彼の考えを拡張し、生命は無機化学物質から発生し得ると主張した。 この説を追求したのが、非生物から細胞性生物が次々と生まれるという説を唱えたアレキサンダー・オパリン（1894〜1980）である。 彼は、初期の地球の物理的・化学的条件下で、規則的かつ段階的な一連の化学反応によって、この移行が進行したと考えた。 オパーリンは、ジョン・スコット・ハルデン（1860-1936）と共に、現在の酸化的な地球の大気中で生物学的に有機分子が生成される可能性は極めて低いことを認識していた。 その代わりに、生命の誕生は、より還元的な（つまり水素が豊富な）条件のもと、原始の高温水で起こったと示唆したのである。 さらに、オパーリンは、ある種の化学物質を高濃度に含む前細胞のコアセルベート（膜状の表面構造を持つ球状の単位）の存在を仮定した。 しかし、非生物から生物への移行に関する多くの基本的な問題は未解決のままであった。 その中心的な問題は、孤立した系の平衡を最大エントロピー状態と定義する熱力学第二法則の役割に関するもので、高度に秩序立った生物の起源と存在に矛盾するように思われた。 エルヴィン・シュレーディンガー（1887〜1961）は、この疑問に対して決定的な答えを与えた。「生命体は、エントロピーの生成を着実に補償することによって、平衡への崩壊、すなわち死を回避する」と述べたのである。 どのような生物であっても、フリーエネルギーやエネルギーに富んだ物質を供給することで、そのような物質が細胞機構によって本質的な化学反応を引き起こすのである。 シュレーディンガーらは、生物は熱力学的に開放系として記述できることに気づいたが、自己秩序化過程の一般的な物理的条件を説明することはできなかった。 これらを認識したのは、不可逆過程の熱力学的理論に取り組んだイリヤ・プリゴージン（1917-）とポール・グランスドルフ（1904-1999）であった。 プリゴジンによれば、平衡状態あるいはそれに近い状態の反応系では、たとえ適切な種類の物質が存在しても、選択と進化は起こり得ない。 むしろ、自己触媒反応と輸送過程の組み合わせによっては、”散逸構造 “と呼ばれる反応相手の特異な空間分布が生じることがある。 このような秩序構造は、生命の進化、特に初期の形態形成において、機能的秩序の形成に重要である。 しかし、自己組織化の最初のステップは、おそらく物理的空間にはほとんど組織化されず、途方もなく複雑なさまざまな化学物質の機能的秩序化が行われたのである。 Manfred Eigen（1927-）は、プリゴジン・グランスドルフ原理を、自己複製を行う分子の挙動に関する現象論的考察で補強し、分子間の秩序化の過程を説明した。 自己触媒的に十分忠実に複製され、それによってエネルギーと物質が継続的に消費されている開放系では、ある量が最大値に近づいている。 この量は「情報」と呼ばれ、シュレーディンガーが提唱した「負のエントロピー」と密接な関係がある。 アイゲンは、生物学的情報の分子論的解釈の基礎を築いただけでなく、”選択 “を記述するための数学的モデルも開発した。 アイゲンの理論によれば、選択は、自己触媒的に複製される種のランダムな配列に秩序をもたらす基本的な自然原理である。 選択によって、情報が次々と生成され、生物であれ分子であれ、種が着実に最適化されていく。
アイゲンの開発した数学モデルは、無機物から生物への移行が複数の連続した段階からなる生命の起源についての詳細な仮説を支持するものである。 しかし、生命の出現について、アイゲンの理論とは異なる理論を持つ科学者がいることを述べておく。 カウフマン（Stuart Kauffman, 1939-）は、自然淘汰は重要だが、生物界の唯一の秩序原理ではないと考えている。 カウフマン（Stuart Kauffman, 1939-）は、自然淘汰は重要だが、生物界の唯一の秩序原理ではないと考え、むしろ自然発生的な自己組織化こそが自然秩序の主要な源泉であると考えている。 カウフマンが示したのは、相互に関連する自己触媒反応の集合は、その結合度がある閾値に達するとすぐに新しい秩序（＝自己組織化）状態へ移行することである。 さらに、カウフマンが強調したのは、彼の理論の中心をなす自己触媒現象は、核酸に限定されないということであった。 したがって、遺伝子さえも生命の起源には必要なかったと結論付けている。 カウフマンとは対照的に、アイゲンは、様々な分子種に観察される「ランダムな」自己触媒あるいは自己複製活動を、「本来的に」自己複製する核酸とは区別している。 297>
分子進化に仮定された原理をシミュレートするために、明確な実験が考案された。 ある種の実験装置を使えば、試験管の中で複製と淘汰を行うことができる。 同様に、原始地球の化学的条件も実験室で模倣することができる。 何人かの科学者は、20世紀の生物発生に関する考え方を実験的に検証しようと試みた。 彼らの実験については、次の項で説明する
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