Chemical evolution of organic compounds and aqueous salts in carbonaceous asteroids

• Project/Area Number: 23H00148
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 奈良岡 浩 九州大学, 理学研究院, 教授 (20198386)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱瀬 健司 九州大学, 薬学研究院, 教授 (10284522)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥47,970,000 (Direct Cost: ¥36,900,000、Indirect Cost: ¥11,070,000); Fiscal Year 2025: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2023: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
• Keywords: 小惑星物質 / 有機化合物 / 水溶性塩 / 化学進化 / 小惑星 / 立体異性体 / リュウグウ / 炭素質小惑星 / 隕石 / 立体異性体化合物

Outline of Research at the Start

自然界では至る所に多くの種類の有機化合物が見出され、原始太陽系に存在した有機化合物は地球での生命の誕生に関わっている可能性があり興味が持たれている。本研究では炭素質小惑星の水溶性成分を分析して、無機・有機イオンと有機分子の状態を明らかにし、始原的小惑星の塩水組成などの水圏環境と有機物の化学進化を解明する。さらに、無機塩と簡単な有機分子が反応して生成する光学異性体を持つ有機イオン種の立体化学を明らかにする。リュウグウ試料と種々の炭素質隕石の研究と合わせて、原始太陽系で起こった水―無機イオン―有機物の化学進化を解析する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では炭素質小惑星物質の水溶性成分を分析して、無機・有機イオンと有機分子の状態を詳細に明らかにし、始原的小惑星の塩水組成などの水圏環境と有機物の化学進化を解明を目指している。本年度は研究準備と分析法確立を主に炭素質隕石試料を用いて行った。数十mgの試料を用いて、有機化合物分析専用のクリーンルーム中において分析条件の検討を行った。また、イオンクロマトグラフ装置を新たに設置し、水溶性の無機・有機イオンの分析法を検討した。
1)テフロン容器や石英容器を用いて、水抽出を行うことにより、分析バックグラウンドを低減化することができた。
2)無機イオン種をマイクロカラムを使用した陽イオン・陰イオンのイオンクロマトグラフィー分離法を検討し、陽イオンでは Na+, Mg2+,NH4+など、陰イオンではCl-, SO42-, HSO3-, HS2O3-などを同定できた。
3)イオンクロマトグラフと超高分解能質量分析計を結合して、イオン化条件を検討した。小さな流速の溶離液では添加する補助有機溶媒が必要であり、陽イオンでは溶媒分子が多数付加したイオンが生成し、分子同定が難しいことが判明した。一方で、陰イオンでは化学進化において重要と考えられるイオウを含む新たなイオン性有機化合物を発見することができた。
4)異なる種類の有機化合物の光学異性体分離を２本のカラムを用いる２次元クロマトグラフィーにより行うことが可能となった。
5)炭素質小惑星物質および炭素質隕石について、含水鉱物量と水素同位体比の違いがグループ化され、それぞれ有機化合物分布とも関連していることが判明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

炭素質隕石試料を水抽出して得られる水溶性の陰イオンおよび陽イオン化合物を分析し、化学進化に重要と考えられる新たな有機化合物を発見できた。また、異なる種類の立体異性体化合物の同時分離する分析法も順調に進んだ。小惑星試料はまだ配布されていないが、研究目的を達成するための方法が概ね確立できたため。

Strategy for Future Research Activity

小惑星Bennuからのリターン試料が得られる予定なので、確立した手法を用いて水溶性イオン化合物を分析し、小惑星リュウグウ試料と比較する。また、炭素質隕石試料も複数分析して、炭素質小惑星と比較することによって、原始太陽系における化学進化を理解する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] Technische University Muenchen/Helmholtz Munich(ドイツ)
• [Journal Article] Abundant extraterrestrial purine nucleobases in the Murchison meteorite: Implications for a unified mechanism for purine synthesis in carbonaceous chondrite parent bodies (2024)
  • Author(s): Koga, T., Takano, Y., Oba, Y., Naraoka, H., and Ohkouchi, N.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 365 Pages: 253-265
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.10.024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical evolution of primordial salts and organic sulfur molecules in the asteroid 162173 Ryugu (2023)
  • Author(s): Yoshimura, Toshihiro; Takano, Yoshinori; Naraoka, Hiroshi and 84 more (Yabuta, H.は26番目)
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 5284-5284
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40871-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soluble organic matter Molecular atlas of Ryugu reveals cold hydrothermalism on C-type asteroid parent body (2023)
  • Author(s): Schmitt-Kopplin, Philippe; Hertkorn, Norbert; Harir, Mourad and 56 more (Yabuta, H.は15番目)
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6525-6525
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42075-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigating the impact of x‐ray computed tomography imaging on soluble organic matter in the Murchison meteorite: Implications for Bennu sample analyses (2023)
  • Author(s): Glavin, D.P., Eckley, S.A., Aponte, J.C., Berger, E.L., Burton, A.S., Dworkin, J.P., Elsila, J.E., Ferguson, F.T., Furukawa, Y., Graham, H.V., Koga, T., Liss, M., McLain, H.L., Naraoka, H., Oba, Y., Parker, E.T., Righter, K., Schmitt-Kopplin, P., Simkus, D.N., Takano, Y., Connolly, H.C.Jr., and Lauretta, D.S. et al.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 59 Issue: 1 Pages: 105-133
  • DOI: 10.1111/maps.14111
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polycyclic aromatic hydrocarbons in samples of Ryugu formed in the interstellar medium (2023)
  • Author(s): Zeichner S. S., Aponte J. C., Bhattacharjee S., Dong G., Hofmann A. E., ..., Tachibana S., et al
  • Journal Title: Science Volume: 382 Issue: 6677 Pages: 1411-1416
  • DOI: 10.1126/science.adg6304
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] CHN molecules related to hydrous mineral contents in carbonaceous chondrites (2024)
  • Author(s): Naraoka Hiroshi
  • Organizer: Solar-System Symposium in Sapporo 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Organic ingredients of primordial brines in carbonaceous asteroids (2023)
  • Author(s): Naraoka Hiroshi
  • Organizer: Brines Across the Solar System: Ancient & Future Brines Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 炭素質コンドライト中の含水鉱物の水素同位体比からみた水質小惑星の分布 (2023)
  • Author(s): 奈良岡浩, 圦本尚義
  • Organizer: 2023年度日本地球化学会第65回年会