| Project Area | CO world |
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| Project/Area Number |
22H05151
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 雄一郎 東京工業大学, 理学院, 教授 (90422542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ジルベルト アレキシー 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20726955)
青木 翔平 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (60773629)
山田 桂太 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70323780)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥242,840,000 (Direct Cost: ¥186,800,000、Indirect Cost: ¥56,040,000)
Fiscal Year 2024: ¥49,140,000 (Direct Cost: ¥37,800,000、Indirect Cost: ¥11,340,000)
Fiscal Year 2023: ¥48,100,000 (Direct Cost: ¥37,000,000、Indirect Cost: ¥11,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥46,150,000 (Direct Cost: ¥35,500,000、Indirect Cost: ¥10,650,000)
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| Keywords | 同位体分子 / 初期地球 / 火星探査 / バイオマーカー |
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| Outline of Research at the Start |
環境班は、地球と火星の初期環境を復元し、COの果たした役割を解明するため、分子レベルの安定同位体計測法(同位体分子計測)を開発する。大気・生物・化学過程でそれぞれ生成する有機分子がもつ同位体分子組成の特徴を、実験と観測により明らかにし、生物・非生物過程によりCO から生成した有機分子を判別する指標(バイオマーカー)を構築する。また、これを用いて、初期地球アナログ環境の物質循環を解明する。大気CO の化学過程は火星大気の観測と室内での光化学実験により解明し、理論班との協働により、初期地球および火星大気COから供給される有機分子の種類とフラックスを推定し、かつ同位体分子を用いてこれを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、高質量分解能質量分析計により炭化水素同位体分子計測を行い、バイオマーカー構築のための計測を行った。また、同様の同位体分子計測法の適用範囲を拡張するため、フーリエ変換型質量分析計のソフトウェアアップグレードを行い、主に有機酸、無機酸の新規同位体分子計測を開始した。まず、硝酸の窒素、酸素同位体計測および酢酸の炭素同位体計測が十分な精度で実行可能であることが確認できた。また、すでに運用している質量分析計に燃焼炉を設置し、固体試料の炭素・窒素同位体計測がルーチンで実行可能となった。
[生物班との共同研究] 酢酸生成菌を培養し、生成した酢酸の同位体分子計測を行った結果、CO2から生成する酢酸と、COから生成する酢酸とでは、分子内のメチル炭素、カルボキシ炭素の間に明確な差が生じることを突き止め、バイオマーカー構築が前進した。
[化学班との共同研究] CO大気の光化学実験を継続して行い、本年度は特に硫黄化合物を導入した系の実験を行った。その結果、COから合成される有機分子の中で、グリコール酸の割合が高く、C3、C4有機酸も生成されることが新たに見出された。また、元素硫黄の存在下では、より還元条件が達成され、有機分子の生成に有利であることも示された。
[理論班との共同研究] 現在の火星大気の分光観測により、CO2の光解離で生じたCOが極度に13Cの少ない異常な炭素同位体比を持つことが明らかになった（Aoki, Ueno et al. 2023)。この結果は、理論および実験結果と一致しており、COのマーカーとしてこの同位体異常を使うことで、過去の地球および火星大気中でCOから生じた有機分子を特定することが可能であるとの確証が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
火星大気COの研究が進展し、これまで認識されてこなかったCOの炭素同位体異常について、理論・実験・観測の３方向からそのメカニズムが検証された(Yoshida et al., 2023; Aoki et al., 2023; Ueno et al., in press)。
さらに、CO大気から実験的にC3,C4化合物も合成されることがわかり、また硫黄の存在が有機分子生成を加速させる可能性も見出された。これらの成果は惑星のCO環境下で生命代謝につながる化学系を構築・実証する上で大きな進展である。
また、生物班との共同研究も進展し、微生物の生成する酢酸の分子内同位体分布がCO代謝のマーカーとなることが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
環境物質の起源推定法の開発においてはこれまでの方法に加え、昨年度にアップグレードしたOrbitrap分析計による新規の有機酸、アミノ酸の同位体分子計測法を開拓してゆく。
生物班との共同研究において酢酸菌の培養実験を強化し、有機酸の同位体分子計測を通して、WL経路の代謝様式解明とバイオマーカー構築を進める。
理論班との共同研究においては、引き続き大気モデル・生態系モデルに同位体分別を導入する分別係数の決定を実験的に行い、観測と比較する。
化学班との共同研究においては、特にアミノ酸を生成する条件に着目し、それ自信が増幅する条件を探索することで、惑星環境下での自己触媒系の構築を目指す。
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