ユーリー-ミラーの実験

ユーリー-ミラーの実験とは

ユーリー-ミラーの実験は、地球における生命の起源に関する科学的な探求において、実験的なアプローチの先駆けとなった極めて重要な研究です。この実験は、無機物から有機物が生じるという「化学進化説」を、実際に手を動かして検証した最初の試みの一つとして広く知られています。

実験の背景と目的

この実験は、1953年にシカゴ大学の大学院生であったスタンリー・ミラーによって行われました。彼の目的は、当時の科学者たちが想定していた原始地球の環境を人工的に再現し、そのような条件下で簡単な化学物質の組み合わせから、生命を構成する基本的な素材となる有機物が自然に合成されるのかどうかを確かめることでした。

原始地球の大気組成に関するミラーの仮説は、指導教官であった化学者ハロルド・ユーリー博士の学説に基づいています。ユーリー博士は、惑星が低温で形成されると考え、原始地球の大気にはメタン（CH₄）、アンモニア（NH₃）、水素（H₂）といった還元性の気体が一定量存在していたと推測しました。この還元的な大気を想定することが、ユーリー-ミラーの実験の重要な出発点となりました。

実験装置と方法

ユーリー-ミラーの実験では、ガラス製の密閉された装置が使用されました。この装置は、原始地球の海、大気、そしてエネルギー源である落雷を模倣するように設計されていました。

まず、装置の底部にあるフラスコに水が入れられ、加熱されて常に沸騰状態に保たれました。これは原始の海から水蒸気が発生する様子を再現しています。発生した水蒸気は別の容器へと導かれ、そこでメタン、アンモニア、水素の混合気体と合流しました。この気体の混合物は原始地球の大気を模しており、この容器の内部で電極を用いて高電圧の放電が継続的に行われました。これは大気中の落雷を模したエネルギーの供給源です。

放電を経験した気体と水蒸気の混合物は、冷却器を通ることで冷やされ、凝縮して水となり、再び加熱中のフラスコ（原始の海）へと戻る仕組みになっていました。これにより、原始の海で蒸発した水が、原始大気中で落雷のエネルギーを受け、有機物を含んだ雨となって再び海に戻るという循環過程が再現されたのです。

実験結果とその意義

ミラーがこの実験装置を1週間にわたって作動させたところ、装置内の溶液は次第に色がつき始め、最終的には赤みがかった色に変色しました。この溶液を分析した結果、グリシン、アラニンといった数種類のアミノ酸が検出されたのです。

アミノ酸は、生物の体を構成する上で最も重要な物質の一つであるタンパク質の基本的な構成要素です。この実験は、無機物である水、メタン、アンモニア、水素といった単純な分子から、生命の材料となる複雑な有機物（アミノ酸）が、原始地球のような環境条件の下で自然に生成される可能性を示唆する画期的な成果でした。

この成功は世界中の科学者の注目を集め、その後、初期の気体組成やエネルギー源を変えるなど、様々な条件で類似の実験が行われました。これらの追試によって、アミノ酸だけでなく、核酸の構成成分であるプリンやピリミジン、生体エネルギー分子であるATPの一部となるアデニンなども無生物的に合成され得ることが確認されました。

現在の評価

ユーリー-ミラーの実験は、生命の起源に関する研究に大きな進歩をもたらしましたが、その結論の一部はその後の科学的な進展によって見直されています。

実験の基盤となったハロルド・ユーリーの原始大気組成説は、その後の地球科学や惑星科学の研究により、現在では主流の説とはなっていません。最新の研究では、最初の生命が誕生した時期の地球大気は、メタンやアンモニアが主成分の強い還元性環境ではなく、二酸化炭素（CO₂）や窒素（N₂）を主成分とする、より酸化的な環境であった可能性が高いと考えられています。ただし、この大気中に酸素（O₂）がどの程度含まれていたかについては、いまだ議論が続いています。

一般的に、酸化的な環境下では有機物の合成は著しく困難であるため、ユーリー-ミラーの実験で想定された還元的環境での有機物合成の結果は、そのまま原始地球で起こったこととは見なされていません。このため、現在では多くの生命起源研究者は、ユーリー-ミラーの実験を原始地球環境の正確なモデルとは考えていません。

しかしながら、この実験の真の、そして enduring な（永続的な）功績は、生命の起源という究極的な問いに対し、推論や仮説だけでなく、実験を通じて科学的にアプローチするという新しい研究手法の道を開いた点にあります。ユーリー-ミラーの実験は、生命起源研究における様々な実験的アプローチの先駆けとなり、現代に至るまで続くこの分野の探求に大きな指針を与えた、歴史的に重要な実験として位置づけられています。

もう一度検索