【研究領域課題番号】20H00209 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生命の起源 / 化学進化 / 液体・超臨界二酸化炭素 / 深海熱水 / 相分配

【研究成果の概要】

前年度に引き続き2021年度には、実験室内海水ー液体・超臨界二酸化炭素系における揮発成分や金属塩・リン酸塩といった生体無機材料、あるいはアミノ酸やヌクレオシド、有機酸といった生体高分子材料、の溶解度や分配挙動を網羅的に検証するとともに、生体有機材料生成の化学反応特性を明らかにした。2021年度には特に、超臨界二酸化炭素とモリブデン硫化物、H2ガス、硫化水素を含むNaCl水溶液の反応系（200℃、数日間）において、大量のギ酸と収率数十%レベル（H2S換算）でメタンチオールの生成が確認された。これらの生成物は、H2ガス或いはモリブデン硫化物を除いた条件では検出されなかったため、超臨界二酸化炭素と海水あるいは熱水の反応により、生体エネルギー通貨かつタンパク質・脂質といった高分子有機物の材料となるメタンチオールが生成されることが明らかとなった。また2021年度には、海水ー堆積物ー液体・超臨界二酸化炭素系の実験を進め、堆積物中の鉱物の溶解が液体・超臨界二酸化炭素によって促進され、液体・超臨界二酸化炭素に分配されることはないものの接する海水側に多くの金属塩を溶出させる効果があることを明らかにした。さらに2021年度には、理論的考察と地質学的記録の解釈に基づき、冥王代・太古代の深海熱水域に現世よりも遙かに多くの液体・超臨界二酸化炭素プールに存在したことを体系化し、そこで生命の誕生を準備する化学進化が起きたする「生命誕生の場＝深海熱水」説の弱点を補償する「液体・超臨界二酸化炭素化学進化モデル」の提唱論文を投稿した。
一方、2021年度に計画していた沖縄トラフ深海熱水域液体・超臨界二酸化炭素プールの調査が中止となった。計画変更を行い、現場で液体・超臨界二酸化炭素に溶存する揮発性成分や有機物を分析可能な現場ラマン分析と液体・超臨界二酸化炭素流体圧力保持採取装置の改良を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】17H01176 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生命の起源 / 化学進化 / 還元的窒素化合物 / 原始地球 / 隕石衝突 / 原始海洋 / 原始大気 / アンモニア態窒素 / 含窒素有機物 / 深海熱水

【研究成果の概要】

本研究は、原始地球環境における様々な非生物学的還元的窒素化合物供給プロセスの化学量論を検証し、その還元的窒素化合物フラックスを明らかにすることを目指した。隕石衝突によって地球外から持ち込まれ海洋に蓄積するプロセス、隕石衝突の衝撃によって大気窒素から還元的窒素化合物が生成されるプロセス、大気中で雷やUV照射によってNOxが生成された後海洋中で海底熱水循環によって還元的窒素化合物が生成されるプロセス、の３つを主要プロセスと想定し、再現実験による量論検証を行った。その結果、理論から予想された通り、原始地球環境において雷－海洋－熱水窒素固定プロセスが最も優占的であることが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

学際的かつ独創的なアプローチと綿密に準備された研究計画を通じて「含窒素有機物生成やアンモニア態窒素供給における雷－海洋－熱水窒素固定シナリオの重要性」が示されたことによって、「生命誕生の場＝深海熱水」説を支持する新しい重要な科学的根拠が得られた。つまり「生命はどこでどのように誕生したのか」という人類の根源的知的好奇心や科学史上最大の科学命題の一つに対して現時点での最高水準の描像を提示することが出来た点において、我が国の学術・文化水準の向上・強化に多大な貢献を果たしただけでなく、次世代の研究者や一般国民の知的好奇心を活性化し、我が国の学術の独創性や創造性の発現に大きく寄与した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】26287133 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生命の起源 / ナノ黄鉄鉱 / バイオミネラル / 深海艇熱水噴出域 / 深海底熱水噴出域 / 深海底熱水噴出 / 生命誕生 / 巻貝 / 鱗タンパク質 / 表面代謝説 / 共通祖先 / 微生物 / 黄鉄鉱 / 化学進化 / 硫化鉄のうろこ / 鉄結合物質

【研究成果の概要】

有力な生命の起源仮説である表面代謝説の検証及び黄鉄鉱の形成に関わる生命の起源と物質の特定を本研究の目的とした。初めに、深海底熱水噴出域でナノ黄鉄鉱を形成する巻貝の鱗タンパク質中で、ナノ黄鉄鉱形成に関与するタンパク質を特定し、類似の市販のタンパク質からナノ黄鉄鉱の合成することに成功した。さらに、固体硫化物には巻貝の鱗中で見つかったナノ黄鉄鉱は存在しなかったが、陸域の花崗岩中でウランのナノ鉱物を発見した。
熱水噴出域と陸域地下に生息する原核生物のDNA配列解析によって共通祖先に最も近縁な原核生物を陸上の地下水中から検出し、陸上地下の鉱物-水反応により生命が誕生した可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】25287147 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

氷衛星 / 低温超高圧 / 有機物 / 生命の起源 / ベンゼン / アラニン / ナフタレン / 加圧濃縮 / 圧力誘起反応 / 超高圧 / 化学進化

【研究成果の概要】

氷衛星内部における有機物の振る舞いを検討するため，有機物の低温における圧縮実験を試みた．ベンゼン，ナフタレン，アラニンを出発物質とした実験では，室温にもかかわらず重合反応が確認された．アラニン水溶液を出発物質とした実験では，ペプチド生成機構が脱水反応であるにもかかわらず，水の共存状態でペプチドが生成することを確認した．これは，アラニン水溶液を圧縮した際に，水が液体から固体へと相変化してアラニンが水から追い出されて分離，濃縮するために起こることが判った．以上の結果は，氷衛星内部が化学進化の場になり得ることを示唆するものである．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)