複雑な地球外生命体が、地球生命と同じように空気呼吸を行っているとしたら…
今回の研究で示されたのは、複雑な地球外生命が空気呼吸をしていると仮定した新しい“ハビタブルゾーン”です。
複雑な生命体の呼吸に必要となる窒素と二酸化炭素大気分圧の限界値から分かったのは、これまでの研究で導かれた“ハビタブルゾーン”より約35％も広いこと。
複雑な生命体は、これまでの予想を超えて広い範囲で生存可能なのかもしれません。
生命が存在可能な領域
中心星を回る岩石惑星の表面に、液体の水が安定して存在することが可能な領域が“ハビタブルゾーン”です。
これまで、“ハビタブルゾーン”は太陽系外で生命が存在可能な惑星を発見するための指標として使われてきました。
ただ、これまでの定義では、単純な生命と複雑な生命の区別を行っていませんでした。
さらに、“ハビタブルゾーン”にある惑星に生命が生存できるかどうかは、中心星の活動性や惑星の質量、自転の様子、大気の量と組成、どのような生命体か… 様々な要素にに大きく左右されることになります。
空気呼吸を行う複雑な生命体
今回の研究で示されたのは、人間を含む哺乳類のほか鳥類や爬虫類などの空気呼吸を行う“複雑な生命体のハビタブルゾーン”です。
この“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、実験結果と理論予測を組み合わせることで導き出したもの。
過去に見積もられた二酸化炭素呼吸の限界値を見直すとともに、初めて窒素呼吸の限界値を見積もっています。
さらに、今回の研究では、地球上の複雑な生命体は、二酸化炭素・窒素分圧がそれぞれ約0.15バール、約3バールを上回る大気中では呼吸できないことも分かりました。
生まれたばかりの動物の場合だと、この限界値はそれぞれ約0.1バール、約2バールにまで低下するそうです。
この新たな限界値は、動物が二酸化炭素・窒素濃度の上昇に徐々に適応する能力を考慮して導かれたもの。
これらの呼吸限界を超えると麻酔効果が現れ、この状態に継続的に置かれると致命的になる可能性が高くなるようです。
今回の研究で示された“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、より一般的な“ハビタブルゾーン”より狭い領域になっています。
ただ、過去の研究より複雑な雲モデルを用いることで、これまでの“複雑な生命体のハビタブルゾーン”の見積もりよりも約35％広くなることも示されています。
このようになる原因は、過去の研究では雲による冷却効果がわずかに過大評価されていたことが一因でした。
また、過去の研究と異なり、この新しいモデルでは、惑星の大部分の領域が寒冷で凍結している状況下でも、赤道域は温暖で生命が生存可能な状態に保たれることも分かっています。
太陽系では、“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は約0.95～1.3AUに位置し、一般的な“ハビタブルゾーン”（約0.95～1.67AU）のおよそ半分になっています。
一方、今回のモデルが予測しているのは、太陽より高温のA型星（ベガやシリウスなど）から低温のM型星（アンタレスやベテルギウスなど）まで、幅広いタイプの恒星の周りにある惑星についても“複雑な生命体のハビタブルゾーン”が広くなること。
これらのことから、複雑な生命体は、これまでの予想よりも広い軌道範囲で生存可能かもしれません。
今回の研究で計算された呼吸限界は、全く異なる進化の歴史をたどった地球外生命には適用できない可能性もあります。
そうであったとしても“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、有用なベースラインの仮定となる可能性はあります。
宇宙生物学や地球外知的生命探査では、地球外生命探査において地球中心的アプローチをとっています。
例えば、地球外の知的生命は水を必要とするという推測や、それらは電波シグナルを送信するとという推測です。
それと同じように今回の研究では、複雑な地球外生命体は地球生命と同じような呼吸限界を持つかもしれないと仮定したわけです。
“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は生命体の存在する惑星を探す上で適切な概念になるはずです。
ただ、他のハビタブルゾーンの定義も用いて、生命を宿す可能性のある惑星を探すべきですね。
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赤色矮星を巡る系外惑星が注目されているけど、大気を維持するメカニズムなどがない限り生命の居住は難しいようです。
今回の研究で示されたのは、複雑な地球外生命が空気呼吸をしていると仮定した新しい“ハビタブルゾーン”です。
複雑な生命体の呼吸に必要となる窒素と二酸化炭素大気分圧の限界値から分かったのは、これまでの研究で導かれた“ハビタブルゾーン”より約35％も広いこと。
複雑な生命体は、これまでの予想を超えて広い範囲で生存可能なのかもしれません。
生命が存在可能な領域
中心星を回る岩石惑星の表面に、液体の水が安定して存在することが可能な領域が“ハビタブルゾーン”です。
“ハビタブルゾーン”内にある惑星では生命が居住可能だと考えられている。太陽系の場合は地球から火星軌道が“ハビタブルゾーン”にあたる。
これまで、“ハビタブルゾーン”は太陽系外で生命が存在可能な惑星を発見するための指標として使われてきました。
ただ、これまでの定義では、単純な生命と複雑な生命の区別を行っていませんでした。
さらに、“ハビタブルゾーン”にある惑星に生命が生存できるかどうかは、中心星の活動性や惑星の質量、自転の様子、大気の量と組成、どのような生命体か… 様々な要素にに大きく左右されることになります。
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| たくさんの地球たち。地球のような複雑な生命を宿す惑星は宇宙に存在するのだろうか？（Credit: G. Bacon／NASA／ESA） |
空気呼吸を行う複雑な生命体
今回の研究で示されたのは、人間を含む哺乳類のほか鳥類や爬虫類などの空気呼吸を行う“複雑な生命体のハビタブルゾーン”です。
この“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、実験結果と理論予測を組み合わせることで導き出したもの。
過去に見積もられた二酸化炭素呼吸の限界値を見直すとともに、初めて窒素呼吸の限界値を見積もっています。
さらに、今回の研究では、地球上の複雑な生命体は、二酸化炭素・窒素分圧がそれぞれ約0.15バール、約3バールを上回る大気中では呼吸できないことも分かりました。
生まれたばかりの動物の場合だと、この限界値はそれぞれ約0.1バール、約2バールにまで低下するそうです。
この新たな限界値は、動物が二酸化炭素・窒素濃度の上昇に徐々に適応する能力を考慮して導かれたもの。
これらの呼吸限界を超えると麻酔効果が現れ、この状態に継続的に置かれると致命的になる可能性が高くなるようです。
今回の研究で示された“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、より一般的な“ハビタブルゾーン”より狭い領域になっています。
ただ、過去の研究より複雑な雲モデルを用いることで、これまでの“複雑な生命体のハビタブルゾーン”の見積もりよりも約35％広くなることも示されています。
このようになる原因は、過去の研究では雲による冷却効果がわずかに過大評価されていたことが一因でした。
また、過去の研究と異なり、この新しいモデルでは、惑星の大部分の領域が寒冷で凍結している状況下でも、赤道域は温暖で生命が生存可能な状態に保たれることも分かっています。
太陽系では、“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は約0.95～1.3AUに位置し、一般的な“ハビタブルゾーン”（約0.95～1.67AU）のおよそ半分になっています。
一方、今回のモデルが予測しているのは、太陽より高温のA型星（ベガやシリウスなど）から低温のM型星（アンタレスやベテルギウスなど）まで、幅広いタイプの恒星の周りにある惑星についても“複雑な生命体のハビタブルゾーン”が広くなること。
これらのことから、複雑な生命体は、これまでの予想よりも広い軌道範囲で生存可能かもしれません。
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| A～M型星における“複雑な生命体のハビタブルゾーン”。（黒線）放射対流気候モデルによる見積もり。（青線）エネルギーバランスモデルによる見積もり。0.1バールの二酸化炭素分圧に加えて1バール（破線）もくしくは2バール（実践とアスタリスク）の窒素分圧を仮定。（赤線・黒線）それぞれ一般的な“ハビタブルゾーン”の内側と外側境界。比較のため地球と火星を図で示している。（Credit: Adapted from Ramirez, 2020） |
そうであったとしても“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は、有用なベースラインの仮定となる可能性はあります。
宇宙生物学や地球外知的生命探査では、地球外生命探査において地球中心的アプローチをとっています。
例えば、地球外の知的生命は水を必要とするという推測や、それらは電波シグナルを送信するとという推測です。
それと同じように今回の研究では、複雑な地球外生命体は地球生命と同じような呼吸限界を持つかもしれないと仮定したわけです。
“複雑な生命体のハビタブルゾーン”は生命体の存在する惑星を探す上で適切な概念になるはずです。
ただ、他のハビタブルゾーンの定義も用いて、生命を宿す可能性のある惑星を探すべきですね。
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