2021 Fiscal Year Research-status Report
32億年前に縞状鉄鉱層を形成した微生物生態系の解明
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19K15486
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大友 陽子 北海道大学, 工学研究院, 招へい教員 (80612902)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Organic matter / Origin of life / Moodies Group / Great Oxidation Event / Graphene |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、32億年前の縞状鉄鉱層に含まれる炭素質物質の分析から大酸化イベント前の縞状鉄鉱層形成に関与した微生物及び共生微生物相を明らかにすることである。令和3年度の課題は令和2年度に引き続き炭素質物質の構造から微生物種に成約を与えることであった。令和3年は、令和2年度に行った炭素質物質のフーリエ変換赤外分光分析 (FT-IR)及び顕微ラマン分光分析についてデータを重ねて信頼性を向上させた他、データの解釈について共同研究者との議論を深めた。議論の争点は令和2年度末に行ったSTXM分析の過程で判明した炭素質物質の内部構造についてであった。走査型透過X線顕微鏡 (STXM)分析用に作成した炭素質物質の薄膜を電解放出型走査型電子顕微鏡 (FE-SEM)で観察したところ、炭素質物質の内部はサブミクロンサイズの粒子が隙間を残したまま接着した凝集体であり、それらが非常に薄い薄膜に内包される構造を示した。また透過型電子顕微鏡で得られた回折パターンは、この物質がアモルファス状物質であることを示した。観察された内部構造は先行研究で報告されている太古代の有機物-ケロジェン、微化石やバイオフィルムと大きく異なる (例えば微化石であれば強固な細胞壁の痕跡が見られる)。一方で、炭素・窒素同位体は炭素質物質が酸素を微生物由来であることを示しており、太古代の生物由来有機物が堆積・埋没後に何らかの岩石-流体作用で溶解再沈殿を起こし、特異な有機物を形成させた可能性が示唆された。
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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
理由
令和2-4年度前半の課題「炭素質物質の構造・同位体組成から微生物種に成約を与える」について、フーリエ変換赤外分光分析 (FT-IR)、顕微ラマン分光分析、透過型電子顕微鏡観察及びSTXM分析を行い予定どおり十分なデータを収得することができた。しかしながら炭素質物質の構造については予想外の結果が得られたため、令和4年度に共同研究者や学会参加を通した海外研究者との議論、文献調査等を行い、解釈を広げる必要が生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請の有機炭素分析から得られたデータが岩石記載や無機科学分析から得られた堆積場モデルと整合的かどうかを検証する。シェバBIFの堆積場モデルは共同研究者のグループが既に立てており、岩石試料のモード比組成分析から分析対象の炭酸塩BIF、マグネタイトBIFとも同じ深度で堆積したことが明らかになっている。堆積深度が同じであるにも関わらず鉄のホスト鉱物が異なることから、シアノバクテリアが卓越する環境では有機物の酸化分解が進んで海水中の炭酸水素濃度が上昇し、炭酸塩を沈殿させる一方、鉄酸化細菌が卓越する環境では有機物が酸化されず、鉄は水酸化物として沈殿した後マグネタイトとなったと考えられている。令和1年度の結果では炭酸塩BIFにフィラメント状有機物が、マグネタイトBIFにフレーク状有機物が卓越している様子が観察され、岩石タイプごとの炭素質物質の形態の割合が支配的な微生物種を反映していると解釈できる。しかしながら分光分析や電子顕微鏡観察の結果は炭素質物質が微化石に期待される構造を有していないことを示しており、したがって炭素質物質の外形は微生物の元の形を反映していない可能性が浮上した。このことから、令和4年は岩石が被った温度・圧力範囲において生物由来有機物が地殻内でどのような形態をとり得る、あるいはどの程度元の形を残存し得るかを、太古代特有の炭素サイクルを想定した上で関連研究者と議論を深め、論文執筆・投稿を行う。
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| Causes of Carryover |
令和1年初頭に本研究対象地域における国際掘削事業が採択されており、計画が順調であれば南アフリカでの野外調査や海外での研究打ち合わせを行う予定であった。しかしながらコロナ禍で関係国の研究費採択が遅れ、かつ海外渡航ができない状態となったため、旅費を本年に繰り越して海外調査費に充てる。掘削は今年1月から開始されているが、現地での掘削作業やロギングの様子の視察は難しいため、掘削終了後のドイツでのサンプリングパーティーに参加する予定である。海外調査が叶わない場合は国際学会参加に費用を充てる。
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