私たちはどこから来たのか？生命はどのようにして始まったのか？これは人類が長年問い続けてきた根源的な謎です。科学者たちは、最初の生命は「リボ核酸」という分子から始まったと考えていますが、そのRNAがどのようにして自らを複製し、生命のバトンをつないでいったのかは大きな謎でした。今回、ロンドンの研究チームが、原始の地球で起こり得たシンプルな方法で、この謎を解き明かす画期的な実験に成功しました。生命誕生の瞬間に、一歩迫る研究成果です。
ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）とMRC分子生物学研究所の化学者たちは、初期の地球でRNAがどのように自己複製したか、その方法を実証しました。科学者たちは、最初の生命体では、後にDNAやタンパク質が登場してその役割を引き継ぐ前に、遺伝物質はRNA鎖によって運ばれ、複製されていたと考えています。しかし、生命の誕生時に起こり得たであろうシンプルな方法でRNA鎖を実験室で複製させることは、これまで非常に困難でした。
RNA鎖は二重らせん構造に「ジッパーが閉まる」ように結合し、これが複製の邪魔をします。まるでマジックテープのように、引き剥がすのが難しく、すぐにまたくっついてしまうため、鎖をコピーする時間がありませんでした。
2025年5月28日に『Nature Chemistry』誌で発表された研究で、研究者たちはこの問題を克服しました。彼らは、3文字の「トリプレット」RNA構成ブロックを水中で使用し、酸と熱を加えることで二重らせんを引き剥がしました。その後、溶液を中和して凍結させました。すると、氷の結晶の間にできた液体の隙間で、トリプレットの構成ブロックがRNA鎖をコーティングし、再びジッパーが閉まるのを防ぐことで、複製が可能になることを発見したのです。このオープンアクセス論文のタイトルは「Trinucleotide Substrates Under pH–freeze–Thaw Cycles Enable Open-Ended Exponential RNA Replication by a Polymerase Ribozyme（pH-凍結-融解サイクル下におけるトリヌクレオチド基質がポリメラーゼリボザイムによるオープンエンドな指数関数的RNA複製を可能にする）」です。
融解させて再びサイクルを始めることで、pHと温度の繰り返される変化（これは自然界でも起こり得ることです）によってRNAは何度も複製され、生物学的な機能を持ち、生命の起源において役割を果たすのに十分な長さのRNA鎖が作られました。
この研究を主導したフィリップ・ホリガー博士（Dr. Philipp Holliger、MRC分子生物学研究所）は次のように述べています。「生命を純粋な化学から隔てているのは『情報』、つまり世代から世代へと受け継がれる遺伝物質に刻まれた分子の記憶です。このプロセスが起こるためには、情報がコピー、すなわち複製されて受け継がれなければなりません。」
筆頭著者のジェームズ・アトウォーター博士（Dr. James Attwater、UCL化学およびMRC分子生物学研究所）は、こう語ります。「複製は生物学の根幹です。ある意味で、それが私たちがここにいる理由です。しかし、生物学には最初の複製子の痕跡は残っていません。」
「すべての既知の生命の祖先である単細胞生物、全生物の最終共通祖先（LUCA: Last Universal Common Ancestor）でさえ、かなり複雑な存在であり、その背後には私たちには見えない多くの進化の歴史が隠されています。」
「私たちの最善の推測では、初期の生命はRNA分子によって営まれていました。しかし、この仮説の大きな問題は、数十億年前に生命が誕生する以前に起こり得た方法で、RNA分子に自己複製をさせることができなかった点です。」
「今日の生物学のように、複雑な酵素に頼るわけにはいきません。もっとシンプルな解決策が必要です。私たちが作り出した変化する条件は、例えば昼夜の温度サイクルや、熱い岩が冷たい大気に接する地熱環境などで自然に起こり得ます。」
「私たちが使用したトリヌクレオチドと呼ばれる3文字のRNA構成ブロックは、今日の生物には存在しませんが、はるかに簡単な複製を可能にします。最も初期の生命形態は、私たちが知っているどの生命ともかなり異なっていた可能性が高いのです。」
「私たちが構築しようとしている生物種のモデルは、初期地球の化学から生まれ出るほどシンプルでなければなりません。」
論文は化学にのみ焦点を当てていますが、研究チームは、彼らが作り出した条件は淡水の池や湖、特に地球内部の熱が地表に達している地熱環境の条件を模倣している可能性があると述べています。
しかし、このRNAの複製は、凍結と融解を繰り返す塩水中では起こり得ません。塩の存在が凍結プロセスを妨げ、RNA構成ブロックがRNA鎖を複製するのに必要な濃度に達するのを防ぐためです。
また、水たまりが高温で蒸発する際など、蒸発によってもRNAの高濃度状態は起こり得ますが、RNA分子は高温では不安定で分解しやすいと研究者らは述べています。
生命の起源はRNA単独にあるのではなく、RNA、ペプチド（タンパク質の構成要素であるアミノ酸の短い鎖）、酵素、そしてこれらの成分を環境から保護することができるバリア形成性の脂質の組み合わせから生じたと考えられています。
UCLとMRC分子生物学研究所（LMB）の複数の研究者が、生命がどのように始まったかについての手がかりを解明しています。近年、ジョン・サザーランド博士（Dr. John Sutherland、LMB）とマシュー・パウナー教授（Professor Matthew Powner、UCL化学）が率いるチームは、初期の地球に豊富にあったであろう単純な分子構成ブロックから、ヌクレオチド（RNAとDNAの構成要素）、アミノ酸とペプチド（タンパク質の構成要素）、単純な脂質、そしていくつかのビタミンの前駆体など、生命の起源における重要な分子の多くを化学がいかにして作り出せるかを実証してきました。
この最新の研究は、英国研究・イノベーション機構（UKRI）の一部である医学研究会議（MRC）、ならびに王立協会とフォルクスワーゲン財団の支援を受けて行われました。
画像：電子顕微鏡で見ると、RNA分子が複製できる液体の塩水脈が、水氷の固体氷結晶を取り囲んでいる。(Credit: Philipp Holliger, MRC LMB)
