低い水活性下の火星レゴリス模擬土壌における微生物の増殖

乾いた火星の土でも生命を宿す可能性がある理由

火星の生命を想像すると、流れる川や埋もれた海を思い浮かべがちです。しかし現在の赤い惑星の表面は骨のように乾いており、液体の水はほとんど存在不可能です。本研究は一見単純だが重要な問いを投げかけます：頑強な微生物は空気中のわずかな湿気だけを利用して、火星に似た土壌の中でゆっくり増殖できるのか？研究者たちは地球の砂漠性微生物を現実的な火星土模擬試料で試すことで、生命がどれだけ少ない水で生き延びられるか、そしてそれが火星での生命探査や地球由来汚染防止に何を意味するかを探りました。

偽の火星土で生命を試す

この問いを検証するため、研究チームは市販の土壌試料「Mojave Mars Simulant 2（MMS-2）」を用いました。これは破砕された玄武岩に硫酸カルシウムなどの酸化物を少量混ぜ、火星のレゴリスに似せたものです。この模擬土にはもともと砂漠性の自然微生物群集が含まれていました。研究者らはまず検出可能なDNAを除去し、多くの細胞を生存モードに追い込むために土壌を加熱しました。これは過酷な惑星環境で起こり得る状態を模しています。次に1グラムの土を二室構造の特殊なペトリ皿に入れ、一方の室に土、もう一方の室に純水または塩分溶液を置いて、密閉空間上部に満ちる水蒸気の量を制御しました。数週間にわたり、土壌に到達するのは液体ではなく水蒸気のみであり、薄く乾いた大気と実際の火星表面の相互作用を再現しました。

遺伝物質の重さで増殖を測る

標準的な微生物学的手法は、液体培地の濁度や寒天平板上のコロニーに依存することが多く、これは不透明な岩石や土壌には適しません。代わりにチームは、土壌から直接DNAを抽出してその総量を時系列で測定することで増殖を追跡しました。まず液体培養した既知の細菌Bacillus subtilisを用いてこの方法を検証し、DNA量の変化が光学濁度やコロニー数に基づく従来の増殖曲線とよく一致することを確認しました。DNA量の増加は微生物の複製を確実に代替できると判断し、この自信のもと火星類似土壌へ戻り、異なる乾燥度（すなわち水活性）でDNA量が時間とともにどう変化するかを追いました。

微生物を乾燥限界に押し込む

水活性（aw）は生命に利用可能な「自由な」水の量を示す指標で、0（完全乾燥）から1（純液体水）までの尺度です。多くの地球上の微生物はaw 0.9より上でしか良好に増殖できず、糖質溶液での最も低い確認限界は約0.585です。本研究では、模擬土をaw 1.0、0.75、0.65、0.34、そして極度に乾いた0.12の条件（いずれも30°C、地球圧）でインキュベートしました。高い水活性では土壌中のDNAは早く増加し、15〜20日でピークに達し、その後は栄養枯渇や細胞死で減少しました。条件が乾燥するにつれて増殖は劇的に遅くなり、aw 0.34では小さなDNAピークに達するのに約30日を要し、その量はaw 1.0時の約3分の1ほどでした。aw 0.12では60日間でDNAは検出限界を超えて上昇しませんでした。統計的検定により、aw 0.34で観察された控えめなDNA増加は実験ノイズではなく有意なものであると確認されました。

塩類、浸透した土壌、そして小さくストレスを受けた細胞

チームはさらに、強く水を引き寄せることで知られる硫酸マグネシウムを模擬土に添加した場合の挙動も調べました。重量比でわずか5％のこの塩を加えると、土壌は空気中から自身の重量の最大半分に相当する水を吸収して目に見えて湿った状態を保ち、awは約0.96で安定しました。驚くべきことに、この比較的湿った条件でもDNA量がピークに達するまでに約40〜45日を要し、総DNA量はaw 1.0の素の模擬土よりも少なかったのです。染色した細胞の顕微鏡画像では、水活性が低下するにつれて細胞数が減り、特にaw 0.34および硫酸マグネシウムが多い土壌では細胞が小型化する傾向が見られました。これは、単に水の量だけでなく、特定の塩類や土壌化学組成が過酷で塩基性の環境で微生物が生存・分裂する能力に強く影響することを示唆しています。

これが火星と我々に意味すること

本研究は、岩石様の土壌に住む自然発生の砂漠微生物が、約aw 0.34というかなり乾いた条件においてもDNAをゆっくり蓄積し、限定的な増殖が起きうることを示しています。これは単純な実験室用液体で確立された古典的な限界よりもはるかに乾いた条件です。実験は地球と同様の温度・圧力下で行われましたが、結果は火星の岩中に潜む生命が一時的な大気中の水分を利用して、微小で保護されたニッチで持続し得る可能性を示唆します。惑星科学者にとっては、乾燥した天体における「居住可能」条件の範囲が広がることを意味し、同時に惑星防護の重要性を強化します。もし我々の微生物がこのような乾燥した火星類似の湿度下で耐え、時折増殖できるのであれば、将来のミッションは地球由来の生命が既存の異星生命の有無を明らかにする前に他惑星へ誤って持ち込まれないよう設計されねばなりません。

引用: Raghavendra, J.B., Zorzano, M. & Martin‑Torres, J. Growth of microorganisms in a Martian regolith simulant at reduced water activity. Sci Rep 16, 7499 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35595-2

キーワード: 火星の居住可能性, 水活性, 火星レゴリス模擬土, 砂漠のマイクロバイオーム, 天体生物学