核酸塩基はシアン化水素からつくられる
生命発生以前の原始地球上で、核酸分子がどのように合成されたのであろうか。アデニン塩基は生体のエネルギー源であるATP(アデノシシー5'三リン酸)や前に述べた補酵素の中に含まれており、核酸塩基の中で最も興味ある塩基である。1960年、ヒューストン大学のオローはシアン化水素の濃アンモニア溶液を加熱し、その生成物中にアデニンが存在していることを確認した。これが化学進化の観点からの核酸塩基の最初の合成例である。アデニンの分子式(H5C5N5)がシアン化水素(HCN)の5量体と同じであることから、シアン化水素の熱重合によって生成したものと考えられる。シアン化水素は、原始大気を模した混合気体の放電実験で容易に生成することや、星間分子や彗星にも含まれていることが確認されているので、宇宙に普遍的に存在する分子である。
核酸塩基はシアン化水素から合成経路される。核酸塩基に至る合成経路がいくつも存在することは、一見複雑そうに見える核酸塩基も必要な材料とエネルギーを与えれば、容易につくられる安定な物質であることを示している。核酸塩基はアミノ酸と並んで必然性をもった物質なのである。
原始地球上での化学進化において、生命の材料は原始地球を覆っていた大気からもたらされたと考えられている。化学進化の反応のエネルギーを供給したのは、太陽光、放電、海底熱水噴出孔や火山の熱、宇宙線、放射能、衝撃波などである。放電実験は、1953年にミラーによって開拓された化学進化の模擬実験で、彼はメタン/水素/アンモニア/水の混合気体中で火花放電を行ない、その反応混合物中にグリシンをはじめ数種類のアミノ酸が生成することを発見した。核酸塩基も原始大気の模擬実験でつくられている。たとえば、メタン/アンモニア/水の混合気体(系A)に火花放電すると、アデニンやグアニンのようなプリン塩基が生成する。また、混合気体をメタン/窒素/水(系B)に変えて火花放電を行なうと、シトシン、ウラシル、チミン、アデニン、グアニンの5種の核酸塩基のすべてが生成してくる。このように混合気体の性質によって生成してくる核酸塩基の種類が異なる。これはピリミジン塩基の重要な中間体であるシアノアセチレンが系Aではできにくく、系Bからは容易に生成することによる。
核酸塩基は酸化型大気からもできる
ミラーの火花放電の実験以来、多くの研究者によって還元型大気で実験が行なわれ、生命の素材のアミノ酸や核酸塩基をはじめ、有機酸や炭化水素や糖などもつくられることが明らかになった。それ故、比較的最近まで還元的大気説が優勢であった。しかし最近、酸化型大気説が有力視されてきた。すなわち、地球の原始大気はその誕生時に原始太陽系星雲ガスをそのまま地球大気として取り込んだのではなく、地球に固有のものとしてその生成過程で、二次的に突発的に形成されたと言われている。ドロドロに溶けたマグマの海(絶対温度で1500Kぐらい)から脱ガスする場合、脱ガスする大気の組成は、水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素が主成分で、その他窒素、硫化水素、塩化水素などである。軽い水素は速やかに宇宙空間に逃げて行ってしまうので、最終的に水、一酸化炭素、二酸化炭素を主成分とする酸化型大気が形成される。
このような酸化型大気に放電や紫外線のようなエネルギーを与えて有機物をつくることは、不可能ではないが非常に難しい。しかし、原始地球の大気全体が酸化的であっても、局部的に還元的な場が存在すれば、そのような所では有機物の合成は可能である。たとえば、海底熱水噴出孔、太陽風や宇宙線の侵入しやすい極地域、隕石や彗星の落下地点などである。
