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Estimation of Amino Acids Delivered to the Early Earth by Meteorites: Alteration of Organics in Small Bodies in the Solar System

Research Project

Project/Area Number 23K03561
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 17050:Biogeosciences-related
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

小林 憲正  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 名誉教授 (20183808)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 癸生川 陽子  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70725374)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsアミノ酸 / 核酸塩基 / ガンマ線 / 隕石母天体 / 星間有機物 / 生命の起源 / アストロバイオロジー / 太陽系小天体 / 変成
Outline of Research at the Start

隕石によりアミノ酸などの有機物が初期地球に運ばれ,地球生命のもとになった可能性が考えられる。しかし,現在の隕石中の有機物は,地球生命誕生時から約40億年たっており,実際に初期地球に運ばれたものと異なる。本研究では,まず星間や小天体内部を模擬した実験で「模擬隕石有機物」を合成する。これらや現在の隕石有機物が小天体や隕石中で放射線によりどのように変成したかを模擬実験(ガンマ線照射など)により調べ,隕石により初期地球に運ばれた有機物を復元する。また,初期地球上での有機物生成実験も行い,両者の比較を行う。

Outline of Annual Research Achievements

1.隕石有機物の生成の場の候補とされる小天体内部を模した実験により,星間起源の有機物(アミノ酸・アミノ酸前駆体・核酸塩基)の安定性・変成を調べる実験を行った。用いた出発物質は,種々のアミノ酸(グリシン,アラニン,α-アミノ酪酸,α-アミノイソ酪酸,バリン,イソバリン),模擬星間物質から陽子線照射により合成したアミノ酸前駆体(以後,CAWとよぶ),核酸塩基(アデニン,グアニン,ウラシル,チミン)である。
アミノ酸,CAW,核酸塩基を小天体内部環境を模したアンモニア水,もしくはホルムアルデヒド・アンモニアの混合溶液中で,コバルト60からのガンマ線を照射した。照射前後のアミノ酸(CAWは加水分解後)・核酸塩基の回収率を比較したところ次のことがわかった。
i) アミノ酸の回収率はCAWが最も高く,次いでGly, α-アミノイソ酪酸,イソバリン,バリン,α-アミノ酪酸の順であった。複雑な前駆体(CAW)の方が遊離アミノ酸よりも安定であった。また,遊離アミノ酸の中ではα-水素をもたない非タンパク質アミノ酸の方がα-水素を,もつアミノ酸よりも安定であり,前者が隕石中に多く検出されている理由のひとつと考えられる。
ii) 核酸塩基の中ではプリン塩基(アデニン,グアニン)の方がピリミジン塩基(ウラシル,シトシン)よりも安定であった。隕石中の検出量は,前生物的な生成可能性と隕石母天体中の安定性の両方に由来することが示唆された。
2.二酸化炭素, 一酸化炭素, 窒素, 水からなる模擬初期地球大気に太陽エネルギー粒子を模した陽子線を照射すると,アミノ酸前駆体が生成した。初期地球上での太陽エネルギーフラックス試算値から計算したアミノ酸生成量は「現在の」隕石中に存在するアミノ酸濃度から推定される地球外からのアミノ酸供給量よりも多いことが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

予定していた実験のうち,隕石母天体内部での有機物変成実験は当初の予定以上に進展し,現在の隕石中のアミノ酸や核酸塩基濃度との相関が見つかった。一方,星間環境を模擬した実験は,使用している東京都市大学のタンデム加速器の電流値が予定より低いため,次年度以降により高電流値の加速器の使用を検討する。

Strategy for Future Research Activity

1.隕石母天体中での有機物の変成は,液体(水溶液)が存在していた時期と,液体が消失した時期に分けて考える必要がある。前者は2024年度に進展したので,後者の検討も始める。また,隕石母天体中での変成による有機物濃度減少とは別に,隕石母天体中での有機物生成も調べる。また,隕石母天体中でのアミノ酸のラセミ化速度を調べ,現在の隕石中でのアミノ酸エナンチオ過剰率から40億年前の値を推定する。
2.隕石母天体中での主要な放射性元素(アルミニウム26, カリウム40, ウラン238など) からの線量を推定することにより,上記の変成実験の結果と,現在の隕石中のアミノ酸等の濃度から,40億年前の濃度を復元する。以上の結果をもとに,40億年前の初期地球上での有機物生成と隕石による有機物供給量との比較を行う。
3.現在の隕石有機物の変成実験を行い,その結果を逆方向に外挿することにより,40億年前の隕石有機物の復元をめざす。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (54 results)

All 2024 2023

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (43 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 4 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Gamma-Ray-Induced Amino Acid Formation during Aqueous Alteration in Small Bodies: The Effects of Compositions of Starting Solutions2024

    • Author(s)
      Ishikawa Akari、Kebukawa Yoko、Kobayashi Kensei、Yoda Isao
    • Journal Title

      Life

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 103-103

    • DOI

      10.3390/life14010103

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  • [Journal Article] 化学進化説の100年―オパーリン,ミラーから今日まで―2024

    • Author(s)
      小林憲正
    • Journal Title

      Viva Origino

      Volume: 52

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    • Author(s)
      Kobayashi Kensei、Ise Jun-ichi、Aoki Ryohei、Kinoshita Miei、Naito Koki、Udo Takumi、Kunwar Bhagawati、Takahashi Jun-ichi、Shibata Hiromi、Mita Hajime、Fukuda Hitoshi、Oguri Yoshiyuki、Kawamura Kimitaka、Kebukawa Yoko、Airapetian Vladimir S.
    • Journal Title

      Life

      Volume: 13 Issue: 5 Pages: 1103-1103

    • DOI

      10.3390/life13051103

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    • Author(s)
      Enya Keigo、Ymagishi Akihiko、Kobayashi Keinsei、Yoshimura Yoshitaka
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 12327 Pages: 66-66

    • DOI

      10.1117/12.2654536

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      HIRAKAWA Naoki、KEBUKAWA Yoko、SHIBUYA Takazo、UEDA Hisahiro、KOBAYASHI Kensei
    • Journal Title

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      Volume: 118 Issue: 1 Pages: n/a

    • DOI

      10.2465/jmps.220913

    • ISSN
      1345-6296, 1349-3825
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  • [Journal Article] Miller’s spark2023

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      Kobayashi Kensei、Kebukawa Yoko
    • Journal Title

      Nature Reviews Chemistry

      Volume: 7 Issue: 9 Pages: 598-599

    • DOI

      10.1038/s41570-023-00530-w

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    • Author(s)
      Enya Keigo、Yamagishi Akihiko、Kobayashi Kensei、Yoshimura Yoshitaka、Tasker Elizabeth J.
    • Journal Title

      Astrobiology

      Volume: 23 Issue: 10 Pages: 1099-1117

    • DOI

      10.1089/ast.2022.0148

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      M. Murai, H. Nakamura, K. Kobayashi, M. Kobayashi, S. Usami, Y. Goto
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      小林 憲正, V. Airapetian, 宇土拓海, 癸生川陽子, 高橋淳一, 柴田裕実, 三田肇, 福田一志, 小栗慶之
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      N. Imai, Y. Kebukawa, K. Kobayashi
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      富永宇,癸生川陽子,小林憲正,M. Zolensky, 山下翔平,高橋嘉夫
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    • Author(s)
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      K. Kobayashi, V. S. Airapetian, T. Udo, Y. Kebukawa, J. Takahashi, H. Shibata, H. Mita, H. Fukuda, Y. Oguri, N. Hagura
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      Origins 2023
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      H. Nakamura, M. Murai, K. Kobayashi, S. Usami, M. Yajima, Y. Goto, M. Kobayashi, M. Kato
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      藤森玄,高橋淳一,小林政弘,小林憲正,太田紘志,松尾光一,平義隆,加藤政博,中村浩章,癸生川陽子
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      池田伊吹,癸生川陽子,小林憲正,依田功
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      K. Kobayashi, I. Ikeda, A. Ishikawa, N. Imai, Y. Kebukawa, H. Mita, J. Takahashi, H. Shibata, I. Yoda, H. Fukuda, Y. Oguri , K. Nakagawa, I. Sakon, S. Yokobori, H. Yano, Tanpopo2 Research Team
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      櫻井悠貴,木村智樹,小林憲正,鳥越秀峰,寺田直樹,奥村宣明
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      清水 航介, 古賀優志,左近樹,小林憲正, 三田肇, 矢野創, 癸生川陽子
    • Organizer
      日本惑星科学会2023年秋季講演会
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  • [Presentation] 初期地球のハビタビリティに及ぼす太陽エネルギー粒子の影響2023

    • Author(s)
      宇土拓海,小林憲正,癸生川陽子,V. S. Airapetian, 羽倉尚人,福田一志,小栗慶之
    • Organizer
      日本惑星科学会2023年秋季講演会
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  • [Presentation] 火星地下空洞の有機物探査2023

    • Author(s)
      小林憲正,横堀伸一,春山純一
    • Organizer
      第66宇宙科学技術連合講演会
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  • [Presentation] アストロバイオロジーと月縦孔・地下空洞2023

    • Author(s)
      横堀伸一,小林憲正,春山純一
    • Organizer
      第66宇宙科学技術連合講演会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 生命の起源と放射線-模擬実験からのアプローチ-2023

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      2023年度日本アイソトープ協会シンポジウム
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 偏極量子ビーム照射と強磁場印可による生体有機分子への光学活性発現2023

    • Author(s)
      高橋淳一,小林政弘,藤森玄,小林憲正,太田紘志,松尾光一,加藤政博,平義隆,癸生川陽子,中村浩章
    • Organizer
      第37回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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  • [Book] 生命と非生命のあいだ2024

    • Author(s)
      小林憲正
    • Total Pages
      302
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      9784065356722
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  • [Book] 生命起源の事典2024

    • Author(s)
      藪田ひかるほか編,小林憲正ほか
    • Total Pages
      312
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254160789
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  • [Book] 教養の化学2023

    • Author(s)
      西原寛,中田宗隆,小林憲正,西田昌治,山口雅彦,黒田智明,西原祥子,堀井明,伊藤眞人,小木知子,薬袋佳孝,一本松正道
    • Total Pages
      216
    • Publisher
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807920419
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  • [Book] Encyclopedia of Astrobiology, Third Edition2023

    • Author(s)
      M. Gargaud et al. eds., K. Kobayashi et al.
    • Total Pages
      3376
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      9783662650929
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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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