自然原子炉における生命誕生

冥王代において、放射性のアクチノイド（トリウム、ウラン、プルトニウム）に富んだ砂鉱床が集積した砂浜環境で生命が誕生した証拠が増えている（Adam 2007）。43億年前の砂浜鉱床にウラナイトが重量で数パーセント含まれていれば、核分裂反応が継続的に発生する可能性があることが分かった。実際、アフリカ、ガボン共和国のオクロには、自然原子炉の化石が存在している。そこでは、約24-19億年前に核分裂反応が臨界に達し、定常的にエネルギーを発生していたことが確認されている（Naudet 1991; Petrov et al. 2005）。

放射性重元素の砂浜鉱床は以下の点で生命の発生場所として都合がいい。

１）原子炉として臨界に達し、大量の電離放射線が供給され、大気中のメタン、窒素、酸素が励起されて反応性のラジカルを形成し、生体始原分子（HCNやHCHOなど）の合成が進む。月の潮汐による一時的な水の浸入が中性子を減速し、砂浜の中に温度分布を作りだし、加熱・冷却、加湿・乾燥が周期的に行われる。これらにより生体始原分子の濃縮が進む。

２）モナザイトの放射性変性が水溶性の燐酸を供給する（Deamer 1997）。また、反応性の高いオルトリン酸ラジカル、二リン酸、多リン酸を形成する（Meldrum et al. 1998）。これらは、有機物と結合する。多くの生化学反応はリン酸化によって活性化する。

３）アクチノイドの適度に反応的なf軌道が前駆的なRNA短鎖の形成を触媒する。特に、ウラニルイオン（UO2）と鉛イオン（Pb++）は、水に溶けると非常に効率のよい多量体化触媒になることが分かっている（Orgel 2004; Sawai et al. 1998; Sawai et al 1997; Ferris et al. 1993）。鉛は、重金属の砂鉱床に集積するわけではないが、核分裂反応の最終生成物としてオクロ自然原子炉でも観察されている（Naudet 1991）。

４）アクノイドは、配位数が高く有機物と複合体を作る。その特異な配位幾何学によりさまざまな有機反応を触媒する（Harrowfield et al. 1991; Marks 1982）。たとえば、Th(IV)イオンもしくはその水酸化コロイドTh(OH)4はタンパク質、アミノ酸、そして核酸と反応して安定な複合体を作って人間の体に集積する（Xu et al. 2003）

1) Adam, Z. 2007, Actinides and Life’s Orgins, Astrobiology, 7, 852-872.

2) Naudet, R. (1991) Oklo: des Reacteurs Nucleaires Fossils, Collection du Commissariat a l’Energie Atomique, Paris.

3) Petrov, Y.V., Nazarov, A.I., Onegin, M.S., Petroc, V.Y., and Sakhnovskii, E.G. (2005) Neutron-physical calculation of a fresh zone in the natural nuclear reactor at Oklo. Atomic Energy 98, 296-305.

4) Meldrum, A., Boatner, L.A., Weber, W.J., and Ewing, R.C. (1998) Radiation damage in zircon and monazite. Geochim. Cosmochim. Acta 62, 2509-2520.

5) Orgel, L.E. (2004) Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 39, 99-123.

6) Sawai, H., Itoh, T., Kokaji, K., and Shinozuka, K. (1997) An approach to prebiotic synthesis of αoligoribonucleotides and description of their properties: selective advantage of-RNA over α-RNA. J. Mol. Evol. 45, 209-215.

7) Sawai, H., Totsuka, S., Yamamoto, K., and Ozaki, H. (1998) Non-enzymatic, template-directed ligation of 2’-5’ oligoribonucleotides. Joining of a template and a ligator strand. Nucleic Acids Res. 26, 2995-3000.

8) Ferris, J.P. (1993) Catalysis and prebiotic RNA synthesis. Orig. Life Evol. Biosph. 23, Nos. 5?6, 307?315.

9) Marks, T.J. (1982) Actinide organometallic chemistry. Science, 217, 989-997.

10) Harrowfield, J.M., Ogden, M.I., and White, A.H. (1991), Actinide complexes of the calixarenes. Part 2. Synthesis and crystal structure of a novel Thorium(IV) Buylcalix[8]arene. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions 1991, 2625-2632.