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1日10分、宇宙時間をテーマに毎日お届けしております、宇宙話。今回は、小学校ですでに習った、光合成と呼ばれる植物が二酸化炭素を使って酸素を吐き出すっていう、あの現象、あれを宇宙から見つけてやるっていう、そんな研究を紹介していきたいと思います。
なので、これ、今回、小学生のリスナーもそうだし、大人のリスナーもそうだし、みんなが知っている現象を宇宙からどうやって見つけていくのか。そこに加えて、そもそも、光合成ってなんだっけ?みたいなところも含めでちょっと紹介していきたいなと思っているので、ぜひ最後までお付き合いください。
【佐々木亮】佐々木亮の宇宙話。
2023年5月4日、始まりました佐々木亮の宇宙話。このチャンネルでは、1日10分、宇宙時間をテーマに天文学で白紙号を取得した専門家の亮が、毎日最新の宇宙トピックをお届けしております。
本日でエピソードが936話目を迎えております。エピソードたくさんあるんですけど、基本的には1話完結という形でお話ししているので、気になる宇宙の単語だったり、トピックが含まれているエピソードから聞いていただけると楽しんでいただけるんじゃないかなと思っております。
それでもし面白いなと思ったらフォローしていただいて、ちょっとずつ違うトピックとかも聞いていただけるようになると、より宇宙楽しんでいただけるんじゃないかなと思っておりますので、よろしくお願いいたします。
そんな感じでですね、今回じゃあ早速本題紹介するんですけど、今日の本題は他の惑星で光合成が起こっているかどうかの証拠をつかむ、そういう研究を紹介していきたいと思います。
光合成、これもう小学校とかで誰もが理科の時間に習う、あの光合成ですね。植物が二酸化炭素を吸収して酸素を吐き出す、あれを行うことで地球上の、例えば酸素量だったりとか、そもそも僕たちが生活しているこの基盤というところに緑がものすごい大事っていう話はあるじゃないですか。
それを宇宙から見つけていこうという、そういう研究ですね。これ、地球外生命体探すっていうプロジェクトがたくさん動いている中で、こういう研究、面白いなと思って、あんまり発想としてなくなかったですか。
結局、小学校中学校でやるような、本当に理科の基礎みたいな部分、その基礎になるような部分っていうのを宇宙に照らし合わせていくと結構面白いことわかるんだろうなっていうふうに思ってたんですけど、そういえば光合成目につけてなかったなと思っていて、
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光合成、これ方言みたいになっちゃうのかな。みんなどっちですか。教えてください。光合成を起こすのは植物ですよね。この植物はもっとちゃんと説明すると、光を受けて、地球上でいうと日光の光を受けているのが一番大きいですよね。
光を受けて、その光のエネルギーを使って二酸化炭素、酸素っていうところを処理しているようなイメージなんですよ。
なので重要なのは、実はその酸素と二酸化炭素を吐き出して吸ってとかそういうところではなくて、今回見たいのは照射されている光の情報っていうところを見たいぞっていうのが、実はこの光合成が起こっているかどうかっていうのの観測的な研究をもたらしてくれる部分になります。
こういう研究のことを、バイオシグネチャーって言うんですね。バイオシグネチャー。これ初めて聞くようなワードかなと、僕も多分紹介してないんじゃないかなと思うんですけど、このバイオシグネチャー、生命の痕跡ですね。これを追っていこうっていう研究は最近結構よく出てます。
そういった中で今回は植物の光合成に焦点を当てるっていう研究ですね。そもそもこれ光合成どこまで理解が進んでいるのかっていうところ、僕も理科の教科書の知識しか知らなかったので、今回ちょっと一緒に調べてみたんですよ。
一緒に調べてみると結構面白いこと分かってて、比較的大きい研究成果として残ってるのが、これ2011年とかですね。もしかしたらその後もっと大きいのが出てるかもしれないんですけど、これ2011年に光合成を起こすのに使っているタンパク質の構造が明らかになったっていう研究結果が出てるんですよ。
これちょっと今回の本題よりも前段の話ですね。今回のは宇宙から光合成の証拠をつかむっていう話なんですけど、その前に光合成がどれぐらい理解されているのかっていうところ。光合成は光のエネルギー使って水を分解して酸素作って二酸化炭素を捉えてみたいな、そういう状況ですね。
そうなってきた時に、その仕組みは分かるし、教科書に載るぐらい理解もされてる。ただ、これ植物の中にも人間と一緒でタンパク質っていうのが含まれていて、そのタンパク質が結局こういう化学反応みたいなのを引き起こしていくはずなんですよ。
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ただ、この2011年の時に論文が発表されるまでの間で、光合成に最も重要な役割を担っている、酸素を発生させるっていうところを担っているタンパク質の情報が全く取得できていなかったと。
つまりその当時まで分からなかったんですよ。これが結構大きな課題として上がっていて、そんな中で2011年に発表された論文の中で、サイエンス誌に紹介された論文ですね。
岡山県の教授の方が参加されていた研究で、ここでタンパク質、酸素を作るのに必要な光合成でタンパク質っていうのが発見されて、構造を突き止めたというようなところが発表されている。
なぜこれを僕、見つけられたのかっていうと、2011年に重要だった科学研究っていうのの10個をサイエンス誌が紹介していたんですけど、そのうちの1つがハヤブサの研究なんですよ。
ハヤブサ、地球から小惑星に人工衛星、探査機を飛ばして、そこから物を持って帰ってくるっていうミッションですね。結構いろんなストーリーがあって、宇宙が好きじゃない人でもハヤブサ2ぐらいは知ってるみたいな。
そんな感じの研究で、その当時はサンプルリターンって言って、小惑星から物を持って帰ってくるのがものすごく成果として大きかったと。今ももちろんすごいんですけど、それが2011年に発表されていたっていうところと、並ぶぐらいインパクトの強い研究として紹介されていたのが、
この光合成の酸素を発生させるためのタンパク質の存在、そしてそれの構造解明ですね。っていう感じで、実は教科書に載ってるから、昔からもう当たり前に知られている現象っていうのが光合成だと思われてるんですけど、
実は世の中の日の目を浴びないところというか、まだまだ研究っていうのは進んでいて、光合成をどんどんどんどん深く解明していこうっていうような研究の方針も出てるんですよね。
これなんか結構面白い。宇宙の話とかみたいに、発見した発見したっていうような新しい分野のものがどんどん出てくるっていうイメージよりも、一つの分野っていうところをどんどん深掘りしていくようなイメージの研究の見え方が見えてくるのが結構面白いなと思っていて、こういった付属の研究とかも紹介していきたいですよね。
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これから宇宙話でも。そんな感じで、とにかく光合成っていうのは未だに研究がガンガン進められている分野の一つであるというところが背景としてあります。ここまでが前段ですね。長いなと思う人いたかもしれないですけど、たまには宇宙じゃない研究を紹介してみたいじゃないですか。
宇宙話ってやっちゃってるから、宇宙の話以外をすると悪だみたいな雰囲気になっちゃうのも怖いので、935話まで宇宙の話ばっかりしてますけど、こういう話もちょっとしていこうと。
今回、本題に戻ると、地球外生命体を探索する上で必要なバイオシグネチャーと呼ばれるものの一つに、これ、光合成ないしは生命活動によって反射される光の特徴っていうのを見つけていくっていうところのポイントが一つあるんですよね。
これって、人間が地球上で生活することによって、大気の成分だったりとか、諸々が変わっていったり、あとは、何にも建物が建ってない頃の地球の例えば東京の光と、今の東京の光って、例えば太陽光が照らして、そこから反射してくる光の成分って違うはずなんですよ。
これは、昔は例えば田んぼとか畑とか、基本的には木の素材でできていた部分が、今はもう基本的に全部ビルで埋め尽くされているみたいな、コンクリートとかで埋め尽くされてるっていう風になると、ここ、反射した光っていうのはコンクリートだったりとか、そういった鉄製のものだったりっていう成分が太陽光で反射されていく。
それに対して、昔はやっぱり土とか水とか緑とか、そういったものが積極的に反射される。大部分がそれだからね。っていうような違いができる。
つまりこれって、表面で何かしらのものの生活というか、ものの痕跡があった場合って、星からの光っていうのを反射した惑星表面の光っていうのは、これ結構性質を変えてくるっていう、そういう特徴があるはずだ。
これがバイオシグネチャー、生命の痕跡っていうところに非常に重要な部分になってくるんですね。で、その中でも今回は光合成っていうところに注目していこうっていう、そういう話です。
この反射する光、イメージもうちょっとすり合わせておいておきたいなと思っていて、光が反射して何かものが見える。これって実はものすごく当たり前で、基本的にはもうすべてのものがそうやって見えてるんですよ。
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でも、その中でも光の種類によって情報が違うってあんまり想像できないじゃないですか。それが一番わかりやすいのはやっぱり虹とかですよね。虹は、待機中の水分のとこに対して太陽光が入っていって、で、その太陽光が入っていった後に何が起こるかっていうと、
太陽光が入っていったら、その水の水滴の中で、例えば青い光はちょっとしか曲がらない。逆かな?青い光はめっちゃ曲がるのか。で、赤い光はあんまり曲がらないっていうような、こういう光の中での特徴っていうのが分かれていて、これ反射と若干違うけど原理的には一緒ですね。
屈折と反射なんで、理科の授業の時とかにチラッと頭の中に覚えさせられたやつ、屈折反射っていう光の性質ですね。で、それで結局虹ができると虹色に光って見えるみたいな赤色っぽいところから紫色っぽいところまでっていうところがあるのも光が成分を持ってるっていうのが特徴だし、
あとは、そういう光の成分って観測装置を使えば見えるんですよ。で、そうなってくると何が分かるか。例えば、月。月って太陽の光を反射して、その反射した光が僕たちの目に届いているっていう状況じゃないですか。
で、この面白いのが、太陽をそういう光で分解する、光の成分分解するような形で撮影したものと、月面をそれで撮影したものってめちゃめちゃ似てるんですよ。なぜか、反射してその成分がそのままこっちに届いているから。
で、もちろん一部一部はちょっとずつ違って、なんで違うかっていうと月の表面の物質によって反射する光の成分が若干違うからっていうことですね。そんな感じでとにかく反射すると、まず反射するときに物によって光の種類によって反射の仕方が違うっていうところ。
そこに加えて、何か物の表面で反射すると、その表面の物質の情報っていうのが反映されて、僕たちの目に飛び込んでくることがあるというところですね。
そういった中で、じゃあ生命の痕跡を探るために他の惑星からどういう情報を得ようとしているのかっていうところで言うと、大きく2つですね。
大きく2つ。まず1つっていうのは、光合成のために使う光とそうでない光が分かれることによって、植物の表面で反射する光っていうのの性質が大きく違うっていうことですね。
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実はこの光合成に使う光っていうのは、僕たちの目に見える光、可視光線と呼ばれる。目で見えるって書いて、可視ですね。可視光線っていうのの光を使って光合成が行われる。光合成はその光を吸収する。
その一方で赤外線とかの部分。赤外線っていうと虹が例にとられたけど、虹の赤から紫のうちの赤色の部分ですね。この赤い光よりももうちょっと外側の光のこと。
昔懐かしいですね。もしかしたら今若い人が聞いたら全然ピンとこないかもしれないですけど、携帯の連絡先交換するとかっていう時に携帯についてたんですよね。赤外線とか。
あとはあれか。テレビとかモニターのリモコンも赤外線で飛ばしてるんで、実は携帯のカメラって赤外線見れるんですよね。だからリモコンポチポチやってるときにリモコンの先についてる透明な丸っこい、ここからレーザー出てるんだろうなみたいなところをスマホで撮影しながらボタンポチポチ押すと光って見えるみたいな。
これなんだっけな。トリビアかなんか。伊東家の食卓。めっちゃ懐かしいワード出てるけど、そういうところで紹介されてたやつですね。僕も何回もやったことあります。
それはさておきで、赤外線はほとんど光合成に使わないんですよ。光の成分として。光合成食べるより可視光線の方が美味しいみたいな感じで、赤外線は当たっても別に使いません。光合成で。
なので、その光合成しないで、そのまま光反射してどっかにピョーンって飛ばしてあげるんですよね。なので、もし植物がたくさん生い茂っているところに太陽の光っていうのは当てると、光、目で見える可視光線は植物が吸収して食べちゃうので、反射してこないとなかなか。
その一方で近赤外線と呼ばれる赤外線の要素っていうのは使われないから強く反射してくるっていうようなイメージ。これによって反射した光を見ることで、ここに植物があるぞっていうのがわかるみたいなので、これレッドエッジって呼ばれる情報が実はそこに含まれてたりするんですよね。
で、もう一個の光。もう一個の光ですね。これは植物が光を放射するみたいなイメージのものをつかむ蛍光と呼ばれる光ですね。この蛍光っていう光を見ることによってバイオシグネチャーを取得できるんじゃないかっていうのが実は今回の研究の主にやられていた部分で。
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この蛍光、光合成に使うだけじゃなく、光エネルギーを吸収して光合成に使うだけじゃなくて、葉っぱから熱として放射されたり、あとは地上の植物からも熱として放出される部分もあるし、あとはそもそもこういったところが地球を観測することで、実はだんだん性能が良くなってくると、あれこれ、ある光の部分では植物光ってない。
っていうのがわかってきたんですよね。これ地球観測の衛星からわかってきた情報で、植物は光ってると。赤外線の近い部分の光で、ちょっと自分たちで発光しているみたいなイメージですね。こういう情報が得られたのがこの蛍光と呼ばれる現象です。
蛍の光で蛍光。蛍みたいに血を光らせているみたいなイメージで捉えてくれればよくて、そういったのが植物でも起きると。
この蛍光と呼ばれる現象は果たして他の惑星で見つけることができるのかというのが今回の研究で行われた計算の数値シミュレーションですね。それを行ってあげた結果、ある一部の星ではこれ見つけることが可能なんじゃないかっていう研究が出ました。
で、これどんな天体が見えるのかっていうと、実はちょっと前に紹介した、いつだか全然忘れちゃったんですけど、トラピスト1と呼ばれる惑星があるんですよ。トラピスト1っていう星があって、その周りに7個ぐらい惑星が回ってるっていう、一時期世界中を騒がせた星があって。
この星とかだと、真ん中の星自体がものすごく温度が低いから、その低い温度のせいで逆に雑音がなくなって、その分蛍光の光を見ることができるんじゃないかっていう数値シミュレーションの結果が出ていたと。
ただ、これもみんなの直感と一緒で、そもそも植物が光ってるかどうかなんかわかんなくないですか。光ってるなんてそもそもみんな思ってなかったし。っていうぐらいちっちゃーい光なんですよ。
なので、この研究の中でも指摘されてるんですけど、この光を取得するためには、ものすごく長い時間の観測時間が必要になってくるというところ。
しかも、その上で例えば、今後30メートル級の望遠鏡とかが地上にできたりするんですよね。TMT、30メーターテレスコープって呼ばれてるものだったりするんですけど、こういったものを駆使していかないと、こういうバイオシグネチャーっていうのは見れなそうだなっていう研究結果が今回得られていると。
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なら、まとめると、いけなくはない。けど、まだちょっと現在の望遠鏡のスキルだと微妙っぽいなっていう研究結果が出てきたっていう、今回は天文学の中でも観測をするっていうよりは、数値で未来を予測するような、そういった研究結果になってますね。
なんかこう、やっぱり理科の授業とかでピックアップされるような光合成って呼ばれる現象が今回メインに来て、それで惑星の植物、生物っていうところの痕跡を見つけられるっていうのはものすごい面白い部分だと思うので、またぜひですね、これからも紹介していければというふうに思っております。ぜひ楽しみにしておいてください。
ということで、今回の放送は以上にしていきたいと思います。今回の話も面白いなと思ったら、お手元のSpotifyアプリでフォローボタンの下にある星マーク、こちらからレビューいただけたら嬉しいです。
番組の感想や宇宙に関する質問については、Twitterのハッシュタグ、宇宙話、宇宙が漢字で話がひらがなになっておりますので、こちらから光合成めっちゃ面白いなとか、他の星から植物、生物見つけられそうだなみたいなところ思ったらですね、ぜひコメントお寄せいただけたら嬉しいなと思っております。
それではまた明日お会いしましょう。さよなら。
