2023 Fiscal Year Final Research Report

Did Isomers of Nucleic Acid Bases Generated in Molecular Clouds, Primitive Planetary Systems, and Comets Contribute to the Evolution of Life

Research Project

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Project/Area Number	19K21885
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
Research Institution	Osaka Metropolitan University (2023) Osaka Prefecture University (2019-2020)
Principal Investigator	Hiroyuki Maezawa 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (00377780)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	川西優喜大阪公立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70332963)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	星間物質 / 大質量星形成 / 核酸塩基 / ダストプラズマ / 遺伝子・DNA / テラヘルツヘテロダイン分光 / 変異原性
Outline of Final Research Achievements	We conducted mutagenicity tests on nucleobases and structural isomers formed from dust plasma, simulating interstellar gas. The results indicate the potential for these compounds to contribute to the formation of DNA/RNA, as well as to mutations and evolution of DNA. Additionally, using a visible camera and spectrometer, along with our developed THz spectroscopy diagnostics, we elucidated the non-equilibrium physical and chemical states of the plasma and successfully captured the growth processes of aggregate dust. Furthermore, quantum chemical calculations allowed us to explore the formation pathways of structural isomers. These approaches provide crucial insights into the formation of nucleobases in the reductive environments of protoplanetary disks, the high-temperature gas/dust regions of comets and small bodies, and the understanding of habitable environments and the origin of life on Earth.
Free Research Field	天文学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	地球の生命がDNA/RNAにおいて現在の核酸塩基を採用した経緯や、宇宙でのアデニンの形成過程は未解明である。本研究は、星形成領域や原始惑星系円盤などでも高温の気相とダストが相互作用する環境を模して実際にダストプラズマを形成し、核酸塩基とその異性体の多様な形成過程と生物学的性質を探る斬新な取り組みとなっている。本実験で遺伝子の変異原も見つかり、宇宙での生命生存圏や、生命の起源・進化の理解にユニークなアプローチを提供する。開発したミリ/テラヘルツ分光システムによりダストプラズマの診断の突破口も開いた。今後の様々な応用が期待される。また、アグリゲート状有機ダストの成長過程を捉えることにも成功した。