エンケラドゥスの微生物は太古の有機物で生きられるか?

エンケラドゥスは、土星の小さな氷の衛星だ。NASAのカッシーニ計画によって、この衛星が氷の下に全球を覆う液体の水の海を隠していることが明らかになった。カッシーニは南極から噴き出す噴流の中を飛び抜けた。地球外の液体の水の環境に由来する物質が分析されたのは、これが初めてだった。噴流には**水素(H₂)とメタン(CH₄)**がたっぷり含まれていた。

有力な説明は、衛星の岩石の核にかかわるものだ。地球では、熱水が特定の岩石と反応すると(蛇紋岩化と呼ばれる)水素が放出される。そして熱水噴出孔では、メタン生成菌と呼ばれる微生物がその水素を二酸化炭素と結びつけてメタンを作る。同じことがエンケラドゥスでも起こりうる。

しかし、問題が一つある。噴流から失われる水素を何十億年も補い続けるには、岩石の反応がとても長いあいだ活発でなければならない。ところが、反応が消費する鉱物はずっと早く尽きてしまうかもしれない。何か別のものが海を養っているのだろうか。

太陽系の始まりからの食べ物

太陽系外縁部の天体は、彗星や炭素に富む隕石のように、有機物に富む材料からできたと考えられている。小惑星ベンヌとリュウグウから持ち帰られた試料には、アミノ酸や糖などの有機物が含まれている。エンケラドゥスの核にもそうした物質があり、ゆっくりと海に溶け出しているのかもしれない。

光も酸素もない海で有機物を糧に生きる方法の一つが発酵だ。発酵は、酸素やほかの外部の化学物質で「呼吸」しなくてもエネルギーを取り出せる。アリゾナ大学のサム・ナスレルディン(Sam Nasreldine)とレジス・フェリエール(Régis Ferrière)は、チューリッヒ工科大学、ロンドン大学クイーン・メアリー校、ロンドン自然史博物館、エクス=マルセイユ大学、パリの国立自然史博物館の同僚とともに、単純なテストケースを選んだ。最も単純なアミノ酸であるグリシンだ。グリシンを発酵すると、水素、酢酸、アンモニアができる。グリシンを発酵する微生物は、地球の深海噴出孔で知られている。

3種類の微生物がいる仮想の噴出孔

チームは、エンケラドゥスの海底にある熱水噴出孔のまわりで、熱い流体と海水が混ざる場所に暮らす小さな群集をシミュレーションした。

• グリシン発酵菌:水素と酢酸を作る。
• 水素を食べるメタン生成菌:水素とCO₂をメタンに変える。
• 酢酸を食べるメタン生成菌:酢酸をメタンに変える。

モデルは、各グループが取り出せるエネルギー、その増殖、そしてほかのグループのために水をどう変えるかを追跡する。チームは三つのシナリオ(岩石からの水素やメタンがほぼない、供給が限られている、供給がより多い)それぞれについて、条件をランダムに変えた3万通りを走らせ、出ていく気体をカッシーニの測定値と比べた。測定値は、1年あたり水素が約12億〜74億モル、メタンが3億〜16億モルだ。

仮説:海底で太古の有機物を発酵する微生物が、メタンを作るパートナーを養う(a)。モデルでの3グループの微生物のつながりと組み立て(b)。— 図1、Nasreldine et al. (2026), arXiv:2610.13434.

勝ったのは酢酸を食べる微生物

• 岩石の助けがほとんどない場合でも、発酵だけでカッシーニの二つの気体の測定値をどちらも再現できた。ただし、グリシンのような物質が十分に噴出孔に届くことが条件だ。
• 岩石の供給が限られている場合、3万回のうち、酢酸を食べる微生物を含む91回と、3グループすべてを含む91回が、両方の気体と一致した。水素を食べる微生物だけの場合は1回も一致しなかった。統計的な比較では、90%を超えるケースで酢酸を食べる微生物を含む群集が支持された。

理由は単純だ。水素を食べる微生物は、噴流へ逃げるはずの水素そのものを消費してしまう。酢酸を食べる微生物は、水素に手をつけずにメタンを作る。供給が限られたシナリオでは、すべての試行で、水素を食べる微生物が最終的な群集から締め出された。

モデルはまた、生命が自らの生息環境を変えるようすも示している。最初のシナリオの試行の3分の2で、発酵によって噴出孔のまわりにメタン生成菌が育てる新しい場所が開かれた。

食べ物はどれだけあるのか

大まかな上限の見積もりでは、エンケラドゥスにもともとあったグリシンの量は最大で約1.3 × 10¹⁷キログラムになる。そのすべてを微生物が利用できるなら、観測された水素を2億〜14億年のあいだ供給するのに十分な量だ。

ただし問題がある。最もうまくいくシミュレーションでは、ベンヌの試料のグリシン量から許される以上の溶存有機物が必要になる。たとえすべてが溶けたとしても、濃度はモデルが求める値を下回ったままだ。したがってこのシナリオは、ほかに発酵できる化合物が存在するか、あるいは岩石からまだ追加の水素が来ていることに依存している。

検証可能な予測

著者らは、発酵を生命の証拠としてではなく、検証可能な代替案として示している。もしそれが起きているなら、噴流には酢酸とアンモニウムも含まれているはずで、メタンの炭素同位体にもその痕跡が残るはずだ。著者らはモデルの限界を強調している。発酵菌は1種類だけで、海底から噴流までの旅はシミュレーションしておらず、栄養は十分にあると仮定している。そして、生命によらない化学でも同じ気体ができうるという事実もある。