Molecular and isotopic evolution of sulfur-containing organic molecules by photochemical reactions

• Project/Area Number: 20K14549
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 菅原 春菜 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (50735909)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 硫黄 / 有機硫黄化合物 / 硫黄同位体比 / 有機分子進化 / 星間分子雲 / 原始太陽系円盤 / 原子太陽系円盤 / 分子進化

Outline of Research at the Start

硫黄は-2から+6までの幅広い酸化数を持ち、金属元素や有機分子と反応して様々な化合物を生成する。そのため、硫黄は酸化還元環境に敏感なトレーサーであると共に、生命に不可欠な元素でもある。しかし、宇宙における有機硫黄化合物の多様性や分子進化についてはあまり理解が進んでいない。
そこで本研究では、星間分子雲から原始太陽系円盤、そして現在の太陽系に至るまでの太陽系進化の歴史の中で、どのような有機硫黄化合物が生成するのか、またその際に硫黄に同位体分別が生じるのか否かを模擬実験を通して明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

有機分子の主要な構成元素は、水素(H)、炭素(C)、酸素(O)、窒素(N)の4元素であるが、硫黄（S ）は-2から+6までの幅広い酸化数を持ち、反応性も高いため、有機分子や金属元素と反応して様々な化合物を生成する。また酸化還元環境に敏感なトレーサーとしても知られる。近年の研究から、隕石などの地球外物質中に多くの有機硫黄化合物が存在することがわかってきており、また、NASAの火星探査機キュリオシティーによる火星土壌のその場分析からも有機硫黄化合物の存在が示唆されている。しかし、他の有機化合物と比べて、地球外物質に含まれる有機硫黄化合物の研究例は少なく、あまり理解が進んでいない。
そこで本研究では、星間分子雲から現在の太陽系が形成されるまでの過程において、どのような有機硫黄化合物が生成しうるのか、また、そこで硫黄に同位体分別（34S/32S）が生じうるのかについて明らかにすべく研究を行う。
本年度は、始原的太陽系物質に含まれる有機硫黄化合物の多様性を明らかにするため、ガスクロマトグラフー質量分析計を用いて有機硫黄化合物の分析法の開発を行なった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2023年5月より育児休暇から復帰したが、育児のため、引き続き有機溶媒等の有害な化学薬品を使用した実験ができず、また、研究に必要な時間を確保するのも困難であったため、予定より進捗が遅れている状況となった。

Strategy for Future Research Activity

昨年度は育児のために、予定通りに研究を進めることができなかったため、次年度に繰越し、研究を継続する。
ただし、引き続き育児のために出張を伴う実験が困難なこともあり、本年度は所属機関にて実施可能な研究を中心に進める。具体的には、まずは始原的太陽系物質に含まれる有機硫黄化合物の多様性を理解することを目的として、隕石や小惑星リターンサンプルのような天然の試料を対象として、ガスクロマトグラフー質量分析計を用いて、試料中に含まれる有機硫黄化合物のキャラクタリゼーションを行う。

Research Products

• [Journal Article] Nitrogen K-edge X-ray adsorption near-edge structure spectroscopy of chemically adsorbed ammonia gas on clay minerals and the 15N/14N-nitrogen isotopic fractionation (2024)
  • Author(s): Sugahara H., Yoshimura T., Tamenori, Y., Takano, Y., Ogawa N. O., Chikaraishi Y., Ohkouchi N.
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 40 Issue: 4 Pages: 781-789
  • DOI: 10.1007/s44211-023-00503-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Curation protocol of Phobos sample returned by Martian Moons eXploration (2024)
  • Author(s): Fukai R., Usui T., Fujiya W., Takano Y., Bajo K., Beck A., Bonato E., Chabot N. L., Furukawa Y., Genda H., Hibiya Y., Jourdan F., Kleine T., Koike M., Matsuoka M., Miura Y.N., Moynier F., Okazaki R., Russell S.S.、Sumino H., Zolensky M.E., Sugahara H., Tachibana S., Sakamoto K., Abe M., Cho Y., Kuramoto K.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 59 Issue: 2 Pages: 321-337
  • DOI: 10.1111/maps.14121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 宇宙における安定窒素同位体比の多様性とその起源解明に向けた実験的アプローチ (2021)
  • Author(s): 菅原 春菜
  • Journal Title: 低温科学 Volume: 79
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 宇宙における有機分子進化と生命前駆物質の供給に関する研究 (2023)
  • Author(s): 菅原春菜
  • Organizer: 日本地球科学会 第70回年会
  • Invited
• [Presentation] 15Nに富むアミノ酸の分子レベル安定窒素同位体比測定における分析精度の検証 (2021)
  • Author(s): 菅原 春菜, 高野 淑識, 滝沢 侑子, 力石 嘉人
  • Organizer: 第38回有機地球化学シンポジウム