写真2 : horsehead nebula
オリオン座に位置する星間分子雲で、その形から「馬頭星雲」と呼ばれている。赤い部分は水素イオンが電子を捕獲した後に放出される光。黒色の部分はガスや星間塵と呼ばれる塵の密度が高い領域で、背景の光を透過していないことがわかる。本研究でおこなった反応は、その塵上で起こると考えられる。

ところで、分子には、同じ種類・同じ数の原子を組み合わせたものでありながら違う構造を持つ「異性体」があるものが存在します。この異性体のうち、立体的な構造の違いによって右手と左手の関係のように鏡で映したような配置になり、互いに重ね合わせることができない異性体を、鏡像異性体または光学異性体と呼びます（図1）。

暗黒星雲の分子には、重水素原子が多く含まれているという特徴があります。私たちの研究チームでは、暗黒星雲にグリシンが存在するならば、他の星間分子と同様に、水素が重水素に置換されているのではないか？と考えました。

そこで、極低温の暗黒星雲の環境を再現できる実験装置を開発して実験したところ、グリシンと重水素原子との反応によって光学異性体を持つグリシンが生成されることを確認しました（図2）。量子トンネル効果^※というエネルギーの壁をすり抜ける現象が起こり、極低温で光学異性体を持つ分子が生成されたのです。

これは二つの意味で、驚くべきものでした。
実は、グリシンはアミノ酸の中では珍しいことに、光学異性体を持っていないのです。そのグリシンが、重水素と反応することで光学異性体を生成しました。そしてそれは、光学異性体の生成に必要と考えられていた温度よりも低い極低温の環境で起こりました。

繰り返しとなりますが、グリシンはアミノ酸の中で最も単純な構造を持つため、最も作りやすいアミノ酸だといえます。そのため、「暗黒星雲の環境でグリシンが重水素と反応し、光学異性体を生成した」というこの実験の結果により、グリシンが分子進化（単純な原子・分子がさまざまな化学反応を経験することで、より構造的に複雑で大きな分子に変化していくこと）の過程において最初の光学異性体を持つアミノ酸だと考えることができるのです。

また、このような星・惑星系誕生の初期段階で光学異性体が生成されたということは、片方の光学異性体しか持たないホモキラリティも、これまで考えられてきたよりも遥かに早い段階で発現していても不思議ではない、と考えられるのです。

しかしながら、生命を構成するアミノ酸や糖がなぜ片方の光学異性体のみで構成されるのかは、いまだに謎のままです。今後は光学活性グリシンが分子のホモキラリティ発現にどのような影響を及ぼすのか、実験的に解明されることが期待されています。

※量子トンネル効果
物質を粒子として扱う古典力学では、化学反応が進むためには反応物が活性化障壁（化学反応を起こすために必要なエネルギー）を乗り越えるエネルギーが必要となる。しかし、水素原子、重水素原子など質量の小さい粒子は波動性が顕著であるため、エネルギーがなくても活性化障壁を透過して化学反応が進む。このことを量子トンネル効果という。

図2 : 本研究で調べたグリシンと重水素原子との反応を模式的に描いた図。