南極中央部の岩山の土壌にはこれまで微生物は存在したことがなかった。
科学者たちは初めて、地球表面の土壌に生命が存在しない可能性を発見した。土壌は、南極点から300マイル離れた南極大陸奥地にある、風に吹かれた二つの岩山から採取されたもので、数千フィートもの氷が山々を貫いている。
「微生物は丈夫でどこにでも生息できると人々はずっと考えてきました」と、コロラド大学ボルダー校の微生物生態学者で、土壌研究チームを率いるノア・ファイアー氏は語る。実際、単細胞生物は華氏200度を超える熱水噴出孔、南極の氷床800メートル下の湖、さらには成層圏から12万フィート上空でも生息が確認されている。しかし、1年間の研究を経ても、ファイアー氏と博士課程の学生ニコラス・ドラゴン氏は、採取した南極の土壌に生命の兆候を未だ見いだしていない。
フィラー氏とドラゴネ氏は、多様な条件を呈する11の異なる山脈の土壌を研究した。低地で寒さの少ない山岳地帯の土壌には細菌や真菌が含まれている。しかし、最も標高が高く、乾燥していて寒い2つの山脈の一部の山では、生命の兆候が見られない。
「無菌だとは言えません」とフェラー氏は述べた。微生物学者は、小さじ1杯の土壌に何百万もの細胞が含まれていることに慣れている。そのため、ごく少数（例えば生細胞100個）が検出を逃れる可能性もある。「しかし、私たちの知る限り、それらには微生物は含まれていません」
土壌に生命が全く存在しないのか、それとも後に生き残った細胞が見つかるのかはさておき、JGR Biogeosciences誌に最近掲載された新たな研究結果は、火星における生命探査に役立つ可能性がある。南極の土壌は永久凍土であり、有毒な塩分を多く含み、200万年の間、液体の水がほとんど存在していない。これは火星の土壌と似ている。
これらのサンプルは、2018年1月に米国科学財団（NSF）の資金提供を受けた南極横断山脈の遠隔地への遠征中に収集されたものです。この遠征は大陸の内部を通り、東側の高原と西側の低地の氷を隔てています。科学者たちは、山間の峡谷を流れ落ちる全長60マイル（約96キロメートル）の氷のコンベアベルト、シャクルトン氷河にキャンプを設置しました。彼らはヘリコプターを使って高高度まで飛行し、氷河の上下でサンプルを採取しました。
氷河の麓、海抜わずか数百フィートの暖かく湿潤な山々の土壌には、ゴマ粒よりも小さな動物が生息していることが発見された。微細なミミズ、8本足のクマムシ、ワムシ、そしてトビムシと呼ばれる小さな虫、羽のある昆虫などだ。これらのむき出しの砂質土壌には、手入れの行き届いた芝生に含まれる細菌の1000分の1にも満たない量しか含まれていないが、地表下に潜む小型草食動物の餌となるには十分である。
しかし、チームが氷河の奥深くにある高山を訪れた際に、これらの生命の兆候は徐々に消えていきました。氷河の頂上では、標高7,000フィートを超えるシュローダー山とロバーツ山という2つの山を訪れました。
シュローダー山への訪問は過酷だったと、ユタ州プロボにあるブリガム・ヤング大学の生物学者で、このプロジェクトを率いたバイロン・アダムスは回想する。夏の日の気温は摂氏零度近く。吹き荒れる風が氷と雪をゆっくりと蒸発させ、山々は裸になった。砂を掘り出すために持ってきた園芸用のシャベルを持ち上げたり投げつけたりするのは、常に脅威だった。この地は赤みがかった火山岩で覆われており、数億年かけて風雨によって浸食され、穴だらけで磨かれた状態になっている。
科学者たちが岩石を持ち上げると、その底部が白い塩の殻で覆われているのを発見した。これは過塩素酸塩、塩素酸塩、硝酸塩の有毒な結晶である。ロケット燃料や工業用漂白剤に使われる腐食性反応性の塩である過塩素酸塩と塩素酸塩は、火星の地表にも豊富に存在する。洗い流す水がないため、乾燥した南極の山々には塩が蓄積する。
「まるで火星でサンプルを採取するようなものです」とアダムズ氏は言った。「シャベルを突っ込むと、自分が永遠に、いやおそらく何百万年もの間、土壌をかき乱す最初の存在だと自覚するのです」
研究者たちは、たとえ高度が高く、過酷な環境下であっても、土壌中に生きた微生物が存在するはずだと示唆していた。しかし、2018年後半、ドラゴンがポリメラーゼ連鎖反応（PCR）と呼ばれる手法を用いて土壌中の微生物DNAを検出したことで、その期待は薄れ始めた。ドラゴンは氷河の上下の山々から204個のサンプルを検査した。低地で気温の低い山々から採取したサンプルからは大量のDNAが検出されたが、シュローダー山やロバーツ山塊を含む高地のサンプルのほとんど（20%）は検査結果が出なかった。これは、微生物が極めて少ないか、あるいは全く含まれていない可能性を示している。
「彼が最初に結果を見せ始めたとき、『何かおかしい』と思いました」とフェレル氏は語った。彼はサンプルか実験器具に何か問題があるに違いないと思ったのだ。
ドラゴンはその後、生命の兆候を探すために一連の追加実験を行いました。土壌にブドウ糖を処理させ、土壌中の特定の生物がそれを二酸化炭素に変換するかどうかを調べました。彼は地球上のすべての生命がエネルギーを蓄えるために使用するATPと呼ばれる化学物質を発見しようとしていました。数ヶ月間、彼は様々な栄養混合物の中で土壌片を培養し、既存の微生物がコロニーを形成するように誘導しようとしました。
「ニックはこれらのサンプルにあらゆる検査をしました」とフェレルは言った。これほど多くの検査を行ったにもかかわらず、一部の土壌では何も見つからなかった。「本当に驚きです」
カナダ、グエルフ大学の環境微生物学者、ジャクリーン・ガーディアル氏は、今回の研究結果を「魅力的」と評し、特にドラゴン博士が、特定の場所で微生物が見つかる可能性に影響を与える要因を特定しようとした取り組みを評価した。ガーディアル氏は、高高度と高塩素酸濃度が、生命の発見を逃す最も強力な予測因子であることを発見した。「これは非常に興味深い発見です」とグッドイヤー氏は述べた。「地球上の生命の限界について多くのことを教えてくれます。」
彼女は、南極の別の場所での自身の経験もあって、その土地の土壌が本当に生命のないものであるとは完全には信じていない。
数年前、彼女はトランスアンタークティック山脈の同様の環境にある土壌を研究した。そこはシャクルトン氷河の北西500マイルに位置するユニバーシティ・バレーと呼ばれる地域で、12万年間、水分や融解温度がそれほど高くなかったと考えられている。この谷の典型的な夏の気温である-2℃で20ヶ月間培養したところ、土壌に生命の兆候は見られなかった。しかし、土壌サンプルを氷点より数度高い温度で加熱したところ、一部のサンプルで細菌の増殖が見られた。
例えば、科学者たちは、細菌細胞が氷河の中で数千年を経た後でも生き続けることを発見しました。氷河に閉じ込められると、細胞の代謝は百万分の一にまで遅くなります。細胞はもはや成長せず、氷を貫通する宇宙線によって引き起こされたDNA損傷を修復するだけの状態になります。グッドイヤー氏は、これらの「ゆっくりと生き残るもの」こそが、カレッジ・バレーで発見したものかもしれないと推測しています。ドラゴン氏とフィラー氏が10倍多くの土壌を分析していたら、ロバーツ山塊やシュローダー山でも発見できたかもしれないと彼女は考えています。
フロリダ大学ゲインズビル校で南極の微生物を研究しているブレント・クリストナー氏は、こうした標高の高い乾燥した土壌が火星での生命の探査に役立つ可能性があると考えている。
彼は、1976年に火星に着陸したバイキング1号とバイキング2号宇宙船が、南極沿岸付近のドライ・バレーと呼ばれる地域の低地土壌の調査に基づいて生命探査実験を行ったことを指摘した。これらの土壌の一部は、夏には雪解け水で湿潤する。そこには微生物だけでなく、場所によっては小さなミミズなどの動物も生息している。
対照的に、ロバーツ山とシュローダー山の高地の乾燥した土壌は、火星の機器のテストにはより適した場所となるかもしれない。
「火星の表面は非常に劣悪です」とクリストナー氏は述べた。「地球上の生物は、少なくとも表面から1、2インチ（約3.5cm）程度では生存できません。生命探査のために火星に向かう宇宙船は、地球上で最も過酷な場所のいくつかで活動する準備を整えていなければなりません。」
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