| Project Area | CO world |
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| Project/Area Number |
22H05153
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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 | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
北台 紀夫 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生命地球科学研究部門(海洋地球生命史研究プログラム), 主任研究員 (80625723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 晃 東京科学大学, 物質理工学院, 准教授 (00756314)
中村 龍平 東京科学大学, 未来社会創成研究院, 教授 (10447419)
李 惠銀 東京科学大学, 未来社会創成研究院, 特任助教 (10841926)
スミス エリック 東京科学大学, 地球生命研究所, 特任教授 (50770468)
山本 正浩 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生命地球科学研究部門(海洋地球生命史研究プログラム), 副主任研究員 (60435849)
大岡 英史 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 客員研究員 (90825994)
Li Yamei 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (10745128)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2026)
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| Budget Amount *help |
¥303,420,000 (Direct Cost: ¥233,400,000、Indirect Cost: ¥70,020,000)
Fiscal Year 2026: ¥54,210,000 (Direct Cost: ¥41,700,000、Indirect Cost: ¥12,510,000)
Fiscal Year 2025: ¥53,560,000 (Direct Cost: ¥41,200,000、Indirect Cost: ¥12,360,000)
Fiscal Year 2024: ¥53,300,000 (Direct Cost: ¥41,000,000、Indirect Cost: ¥12,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥58,240,000 (Direct Cost: ¥44,800,000、Indirect Cost: ¥13,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥84,110,000 (Direct Cost: ¥64,700,000、Indirect Cost: ¥19,410,000)
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| Keywords | アストロバイオロジー / 生命の起源 / 自己触媒作用 / 生命起源 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究計画では、CO大気を持つ惑星環境下で進行する化学反応を開拓し、これらの有機的な繋がりから自己触媒作用などの堅牢性を創発する。COを含む単純な無機物から、アミノ酸・ペプチド・核酸塩基などの生命のBuilding blocksが持続的に供給されるシステム（前駆代謝）の実証を目指す。まず数理モデルから、自己触媒作用の発生に必要な反応ステップの組み合わせ候補と選択性の数値目標を導く。そして、この設計を実現できる反応条件を実験から探索する。さらにフローリアクターを開発し、実験で開拓した素反応を連結することで、一連のシステムとして前駆代謝を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，一酸化炭素に富む惑星環境（CO world）下で発生しうる化学反応ネットワーク（前駆代謝）の実証を目指し，以下の取り組みを行った．
まず理論研究においては，生物の形態や代謝の進化をモデル化し，淘汰や適応といった進化をもたらす根本原理を数式化することで，DNA・RNAといった遺伝子が発生する前段階における自己触媒ネットワークの進化メカニズムを類推した．また，生物の炭素固定経路をモデルとした円循環ネットワークを仮定し，構成ステップの進行速度や選択性を変化させた数値シミュレーションを行い，自己触媒作用が安定的に存在する条件を探った．
実験では，天然環境を模した反応条件下において，電気や光の作用によりCOを含む単純な無機物からメタンチオール・シュウ酸・グリオキシル酸などの高活性な中間体を経て，アミノ酸や核酸塩基などの生体分子が生じる前駆代謝の反応ルートを検証した．また，窒素源として有用なアンモニアを水溶液中から選択的に濃集する吸着材として，部分的に電気還元された硫化鉄鉱物（マッキナワイト）が極めて優れた性能を示すことを発見した．さらに，反応ネットワークのフィードバック機構の一例として，アミノ酸の還元的電位下における安定性や分解挙動を調査した．類似の反応が炭素質隕石や彗星の母天体中でも進行していた可能性を見出した．
加えて，複数の反応ステップからなる多段階反応の実証を目指す一環として，深海熱水噴出孔環境に生じる発電現象を再現したフローリアクターの設計と開発を進めた．180℃，40気圧までの高温高圧条件で電位/電流制御が可能な電気化学セルを先に開発し，鉱物触媒の生成と物性評価を行った．得られた情報を基に，熱水と海水の間に生じる電位差から定常的な電流を発生させるメカニズムを検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は当初の計画に沿って順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も研究計画に沿って課題遂行を進めていく。
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