生命の起源の謎に迫る一大発見：RNAとアミノ酸が「自発的に」結合する化学反応を実証
「生命はどこから来たのか？」― この根源的な問いに、新たな光を当てる研究が登場しました。生命活動に不可欠な「タンパク質」と、その設計図である「RNA」。この二つが、40億年前の原始地球でどのようにつながったのかは、長年の大きな謎でした。この度、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）の化学者チームが、このRNAとタンパク質の構成要素であるアミノ酸が、原始地球で起こり得た条件下で自発的に結合する様子を初めて実証しました。
1970年代初頭から科学者たちが挑み続けてきた課題を、ついに乗り越えたのです。この画期的な研究は、2025年8月27日に学術誌「Nature」に掲載されました。論文のタイトルは「Thioester-Mediated RNA Aminoacylation and Peptidyl-RNA Synthesis in Water（チオエステルを介したRNAのアミノアシル化とペプチジルRNAの水中合成）」です。
論文の責任著者であるUCL化学科のマシュー・パウナー教授（Matthew Powner）は次のように述べています。「生命はタンパク質を合成する能力に依存しています。タンパク質は生命の主要な機能分子です。タンパク質合成の起源を理解することは、生命がどこから来たのかを理解する上で基本となります。」
「私たちの研究は、RNAがどのようにして初めてタンパク質合成を制御するようになったかを示すものであり、この目標に向けた大きな一歩です。」
現在の生命は、「リボソーム」という非常に複雑な分子機械を用いてタンパク質を合成します。この機械は、細胞のDNAから遺伝子の配列を運び出すメッセンジャーRNAに書かれた化学的な指示を必要とします。そしてリボソームは、工場の組立ラインのようにこのRNAを読み取り、アミノ酸を一つずつ結合させてタンパク質を作り上げます。
「私たちは、中性のpHの水中で非常に単純な化学を用いて、その複雑なプロセスの最初の部分、つまりアミノ酸をRNAに結合させることに成功しました。この化学反応は自発的かつ選択的であり、原始地球上で起こり得たものです」とパウナー教授は語ります。
これまで、アミノ酸をRNAに結合させる試みでは、反応性の高い分子が使われてきましたが、それらは水中で分解してしまい、アミノ酸がRNAと結合するのではなく、アミノ酸同士で反応してしまうという問題がありました。
２つの「生命の起源」説を統合する発見
今回の研究で、研究チームは生物学から着想を得て、より穏やかな方法で生命のアミノ酸を反応性の高い形に変換しました。この活性化には「チオエステル」という、生命の多くの生化学プロセスで重要な高エネルギー化合物が関わっています。チオエステルは、生命の始まりに役割を果たしたと理論化されていました。
パウナー教授は言います。「私たちの研究は、生命の起源に関する二つの著名な理論―自己複製するRNAが基本であるとする『RNAワールド』説と、チオエステルが生命の最も初期の形態のエネルギー源であるとする『チオエステルワールド』説―を結びつけるものです。」
これらのチオエステルを形成するために、アミノ酸はパンテテインと呼ばれる硫黄を含む化合物と反応します。昨年、同じチームは、パンテテインが原始地球のような条件下で合成できることを示す論文を発表しており、それが生命の誕生に役割を果たした可能性を示唆していました。
研究者らによれば、次のステップは、RNA配列が特定のアミノ酸に優先的に結合する方法を確立し、RNAがタンパク質合成の指示をコードし始める、すなわち「遺伝暗号の起源」を解明することです。
生命の起源という究極のパズルへ
論文の筆頭著者であるUCL化学科のジョティ・シン博士（Jyoti Singh, PhD）は次のように述べています。「化学者が、炭素、窒素、水素、酸素、硫黄の原子からなる単純な小分子を取り、これらのレゴブロックのような部品から自己複製可能な分子を形成する日を想像してみてください。それは生命の起源の問題を解決する上で記念碑的な一歩となるでしょう。」
「私たちの研究は、二つの原始的な化学のレゴブロック（活性化アミノ酸とRNA）が、生命に不可欠なアミノ酸の短い鎖であるペプチド**をどのように構築できたかを示すことで、その目標に一歩近づくものです。」
「特に画期的なのは、この研究で使用された活性化アミノ酸が、すべての生細胞に見られる化学物質であるコエンザイムAから作られる分子の一種、チオエステルであることです。この発見は、代謝、遺伝暗号、そしてタンパク質構築を結びつける可能性があります。」
研究チームは、この反応が原始地球の池や湖で起こった可能性は高いものの、海洋では化学物質の濃度が薄すぎるため、起こりにくかっただろうと述べています。
ノーベル賞受賞者であるクリスチャン・ド・デューブは、生命が「チオエステルワールド」から始まったと提唱しました。これは、チオエステルのエネルギーによって駆動される化学反応から生命が始まったとする、代謝を第一に考える理論です。
ペプチドは通常2～50個のアミノ酸からなり、タンパク質はより大きく、数百から数千のアミノ酸を含み、3D構造に折りたたまれています。研究チームは、アミノ酸がRNAに結合した後、他のアミノ酸と合成してペプチドを形成できることも示しました。
