• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2021 Fiscal Year Annual Research Report

Experimental Studies on Roles of Solar Energetic Particles in the Generation of Life on the Primitive Earth

Research Project

Project/Area Number 20H02014
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) 三田 肇  福岡工業大学, 工学部, 教授 (00282301)
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) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords太陽エネルギー粒子 / 銀河宇宙線 / 生命の起源 / 一酸化炭素 / 有機炭素 / アミノ酸 / 陽子線照射 / 紫外線照射
Outline of Annual Research Achievements

近年,太陽に似た恒星が巨大フレアを起こすことが観測され,若い太陽が高エネルギーかつ高フラックスの太陽エネルギー粒子(SEPs)を放出した可能性が示唆されており,これが生命誕生に寄与した可能性が理論的に示唆されている。本研究においては, SEPsが(1)地球のハビタビリティに与えた影響,(2) 原始大気からの有機物生成を促進した可能性,(3) アミノ酸のホモキラリティー生成との関連を中心に模擬実験を行っている。(1)では,窒素,水を含む混合気体から強力な温室効果を有する一酸化二窒素が生成することを陽子線照射実験により確認した。(2)では初期地球大気は二酸化炭素・窒素を主とするが,若干の一酸化炭素を含む可能性が高いことが示唆されているため,二酸化炭素・一酸化炭素・窒素(モル比9:1:10または10:0:10))および水蒸気を含む混合気体への陽子線照射(東工大・タンデム加速器使用)と紫外線照射(キセノンランプ)を行った。一酸化炭素を含まない場合は,陽子線・紫外線ともに有機物が生成したが,アミノ酸はほとんど生成しなかった。陽子線照射の場合,気相中に一酸化炭素の生成が確認された。一酸化炭素を含む場合は多種類のアミノ酸生成が確認された。この場合のアミノ酸のエネルギー収率,および初期地球においてSEPsエネルギーが銀河宇宙線エネルギーよりも数桁上回るという推定を用いると,SEPsにより隕石などにより地球に運ばれた量を上回るアミノ酸が生成したことが示唆された。(3)ではSEPsにより大気中で生じるスピン偏極ミュオンによるアミノ酸のエナンチオ過剰生成について理論的,実験的な検討を続けている。以上の結果より,SEPsが地球上での生命の誕生において極めて重要な働きを行ったことが示唆された。SEPsは極地などの地球極限環境や惑星間における有機物の安定性を考える上でも重要である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

1.初期太陽が現在よりも暗く,その場合,地球表層の水が凍り付き,生命誕生が不可能であった可能性が指摘されている(暗い太陽のパラドックス)。SEPsの効果を模擬した陽子線照射実験により,強力な温室効果ガスである一酸化二窒素の生成が実験的に確認された。また,二酸化炭素から一酸化炭素の生成も確認できた。
2.生命の誕生に必要とされるアミノ酸などの含窒素有機物の生成に関しては,原始地球大気が非還元型もしくは弱還元型の場合は地球での生成が不可能もしくは限定的とされ,地球外有機物の持ち込みが重要とされてきた。今回,模擬原始大気(二酸化炭素・窒素に微量の一酸化炭素を含む混合気体)への陽子線照射を行うことにより,アミノ酸の生成が確認され,SEPsにより初期地球大気から十分な量の(地球外からの供給量を超える)アミノ酸の生成が可能であることが示唆された。
3.生命の誕生に必要なアミノ酸はラセミ体ではなく,L体かD体の一方であることが必要とされ,地球ではL体のアミノ酸が使われている。その起源として,星間で生じたアミノ酸が円偏光紫外線によりアミノ酸のエナンチオ過剰(ee)が生じ,それが隕石などにより地球に運ばれた可能性が議論されており,地球上でのeeの生成は説明が難しかった。SEPsが大気分子と衝突した時に生じるミュオンは,パリティ非保存則から一方のスピンのものに限定されるため,これがアミノ酸のeeを生む可能性を実験および理論により検討を進めている。令和3年度はミュオン照射実験のマシンタイムが取れなかったが,次年度以降,実験の進展が期待できる。
4.SEPsを模擬した陽子線や重粒子線をアミノ酸などの有機物や微生物に照射した。惑星間環境や極地などの地球極限環境,月面などでの有機物の安定性,微生物の生存可能性を考える上でSEPsも考慮すべきファクターであることが示唆された。

Strategy for Future Research Activity

1.原始大気中でSEPsの働きで一酸化二窒素の生成が示されたが,その生成量および生成した一酸化二窒素が有機物(アミノ酸など)の生成に及ぼす影響について検討する。内標準ガスや安定同位体ガスを用いるGC/MSによる分析システムの改良を行う予定である。
2.鉄(II)の作用により,非還元型大気から陽子線照射でアミノ酸(前駆体)が生成する可能性が示された。この再現性を調べ,その効果を定量的に評価する。特に,二酸化炭素から一酸化炭素への還元を調べるが,GC/MSでの分析では窒素と一酸化炭素の質量電荷比(m/z)が等しく区別が難しいため,安定同位体の利用を試みる。また,紫外線により二酸化炭素の解離が起きるが,これとSEPsの効果とのシナジーによるアミノ酸生成の可能性についても調べる。
3.模擬原始大気実験生成物中のアミノ酸以外の分析も行う。対象となるのは,核酸塩基,糖,カルボン酸などで,それぞれの全有機炭素に占める割合が出発材料によりどう変わるか,また他のエネルギー源(紫外線・火花放電など)ではどうなるかを調べる。また,SEPsにより模擬初期地球大気から生じたアミノ酸前駆体がどのような分子であるかのキャラクタリゼーションを行う。ゲルろ過HPLC法,限外ろ過法,LC/オービトラップMS法などによる分子量の推定や,FT-IR法や熱分解GC/MS法などによる構造推定を行う。
4.SEPsにより生じたミュオンによりアミノ酸のエナンチオ過剰が引き起こされる可能性をさらに検証するため,J-PARCでの再実験を行う(マシンタイム申請中)。
5.地球極限環境(極地・砂漠)や地球外環境(月・火星)での有機物安定性におけるSEPsの影響についてこれまでの実験結果をもとにさらに考察を進める。

  • Research Products

    (30 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 9 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] UZUME計画:月縦穴環境での宇宙実験と有機物・微生物探査2021

    • Author(s)
      小林憲正,横堀伸一,春山純一
    • Journal Title

      第64回宇宙科学技術連合講演会講演集

      Volume: JSASS-2020 Pages: 4440 (6 pp)

  • [Journal Article] Space Exposure of Amino Acids and Their Precursors during the Tanpopo Mission2021

    • Author(s)
      Kobayashi Kensei、Mita Hajime、Kebukawa Yoko、Nakagawa Kazumichi、Kaneko Takeo、Obayashi Yumiko、Sato Tomohito、Yokoo Takuya、Minematsu Saaya、Fukuda Hitoshi、Oguri Yoshiyuki、Yoda Isao、Yoshida Satoshi、Kanda Kazuhiro、Imai Eiichi、Yano Hajime、Hashimoto Hirofumi、Yokobori Shin-ichi、Yamagishi Akihiko
    • Journal Title

      Astrobiology

      Volume: 21 Pages: 1479~1493

    • DOI

      10.1089/ast.2021.0027

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ホスファターゼ活性を用いた極限環境試料中の微生物活動評価2021

    • Author(s)
      小林 憲正、小川 麻里、吉田 聡、佐藤 修司、伊藤 有希、中本 早紀、栗塚 泰平、高野 淑識、大林 由美子、金子 竹男、癸生川 陽子
    • Journal Title

      Viva Origino

      Volume: 49 Pages: 7 (13 pp)

    • DOI

      10.50968/vivaorigino.49_7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Scientific Targets of Tanpopo: Astrobiology Exposure and Micrometeoroid Capture Experiments at the Japanese Experiment Module Exposed Facility of the International Space Station2021

    • Author(s)
      Yamagishi Akihiko、Yokobori Shin-ichi、Kobayashi Kensei、Mita Hajime、Yabuta Hikaru、Tabata Makoto、Higashide Masumi、Yano Hajime
    • Journal Title

      Astrobiology

      Volume: 21 Pages: 1451~1460

    • DOI

      10.1089/ast.2020.2426

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ポストたんぽぽ計画の進捗状況2022

    • Author(s)
      三田肇,矢野創,左近樹,小林憲正,癸生川陽子,横谷香織,中川和道,杉本学,T. Milojevic, 山岸明彦,横堀伸一,別所義隆,加藤浩,阿部智子,遠藤いずみ,木村駿太,オン碧,大森正之,藤田知道,鈴木利貞,浅野眞希,奥平恭子,今井栄一
    • Organizer
      第36回宇宙環境利用シンポジウム
  • [Presentation] 初期惑星のハビタビリティーと生命誕生におよぼす太陽エネルギー粒子の役割2022

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      第23回惑星圏研究会(SPS 2022)
    • Invited
  • [Presentation] スピン偏極ミュオン照射が生体有機分子の光学活性に与える効果II2022

    • Author(s)
      高橋淳一,坂元俊紀,柏原大樹,柴田裕実,久保謙哉,川﨑常臣,島達志,三宅康博, N. Globus , V. Airapetian , 癸生川陽子, 小林憲正
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
  • [Presentation] 隕石有機物やその模擬物質の宇宙曝露および紫外線照射による分子構造変化2022

    • Author(s)
      古賀優志,癸生川陽子,左近樹、小林憲正,三田肇,矢野創
    • Organizer
      第46回生命の起原および進化学会学術講演会
  • [Presentation] 太陽エネルギー粒子による初期地球大気からのアミノ酸前駆体生成2022

    • Author(s)
      小林憲正,宇土拓海,毛利駿介,癸生川陽子,高橋淳一, 柴田裕実, 三田肇,福田一志, 小栗慶之, V. S. Airapetian
    • Organizer
      第46回生命の起原および進化学会学術講演会
  • [Presentation] スピン偏極ミュオン照射による有機分子への不斉発現の可能性2022

    • Author(s)
      高橋淳一,坂元俊紀,柏倉大樹,癸生川陽子,小林憲正,柴田裕実
    • Organizer
      第46回生命の起原および進化学会学術講演会
  • [Presentation] たんぽぽ初号機成果概要2022

    • Author(s)
      山岸明彦, 橋本博文, 矢野創,横堀伸一, 河口優子, 小林憲正, 三田, 藪田ひかる,東出真澄, 田端誠,河合秀幸, 今井栄一
    • Organizer
      2021年度ISAS宇宙生命探査シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] たんぽぽ・たんぽぽ2計画におけるアミノ酸関連分子の宇宙曝露2022

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      2021年度ISAS宇宙生命探査シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] たんぽぽ2における小天体有機物の宇宙曝露実験2022

    • Author(s)
      癸生川陽子, 古賀優志, 松岡萌, 左近樹, 小林憲正, 伊藤元雄,山下翔平, 武市泰男, 高橋嘉夫, 三田肇,矢野創
    • Organizer
      2021年度ISAS宇宙生命探査シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] たんぽぽおよびポストたんぽぽ2計画での有機物の捕集と曝露実験2022

    • Author(s)
      三田肇,矢野創,左近樹,小林憲正, 癸生川陽子, 横谷香織,中川和道, 杉本学, Tetyana Milojevic, 山岸明彦, 横堀伸一,別所義隆,加藤浩,安倍智子, 遠藤いずみ, 木村駿太,オン碧, 大森正之, 藤田知道, 鈴木利貞,浅野眞希, 奥平恭子, 今井栄一, 浜瀬健司, 古庄仰, 中山美紀, 中島香織,白水まどか
    • Organizer
      2021年度ISAS宇宙生命探査シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] アミノ酸とそのホモキラリティの起源-模擬実験からのアプローチ2022

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      プラズマ科学のフロンティア2021研究会
    • Invited
  • [Presentation] アミノ酸薄膜の真空紫外線曝露2022

    • Author(s)
      中島佳織、三田肇
    • Organizer
      令和3年度物理化学インターカレッジセミナー兼日本油化学会界面科学部会九州地区講演会
  • [Presentation] きぼう曝露部を利用した液体反応用宇宙曝露装置2022

    • Author(s)
      三田肇, 白水まどか, 小栁陸希, 中川和道, 別所義隆、たんぽぽチーム
    • Organizer
      第46回生命の起原および進化学会
  • [Presentation] Possible roles of solar energetic particles in the formation of amino acids and their enantiomeric excesses in early Earth atmosphere2021

    • Author(s)
      K. Kobayashi, K. Naito, T. Sakamoto, Y. Kebukawa, J. Takahashi, H. Shibata, K. Kubo, H. Fukuda, Y. Oguri, V. Airapetian
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 宇宙に化学進化のミッシングリンクを探す2021

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      生命の起原および進化学会夏の学校
    • Invited
  • [Presentation] Roles of Solar Energetic Particles in Habitability of the Early Earth: Experimental Approaches2021

    • Author(s)
      K. Kobayashi, S. Mouri, T. Udo, Y. Kebukawa, H. Mita, H. Fukuda, Y. Oguri and V. Airapetian
    • Organizer
      EANA 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 太陽系小天体の表面過程の理解のための有機物の宇宙曝露実験2021

    • Author(s)
      癸生川陽子,古賀優志,松岡萌,左近樹,小林憲正,伊藤元雄,山下翔平,武市泰男,高橋嘉夫,三田肇,矢野創
    • Organizer
      日本地球化学会第65回年会
  • [Presentation] 初期惑星のハビタビリティーにおよぼす太陽エネルギー粒子の役割2021

    • Author(s)
      小林憲正,毛利駿介,内藤弘毅,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, N. Globus, V. S. Airapetian
    • Organizer
      日本惑星科学会2021年秋季講演会
  • [Presentation] たんぽぽ計画での有機物曝露実験のまとめと展望2021

    • Author(s)
      小林憲正,三田肇, 癸生川陽子,中川和道,金子竹男,大林由美子,佐藤智仁,横尾拓哉,峰松沙綾,福田一志,小栗慶之,依田 功,吉田 聡,神田一浩,今井栄一,矢野 創,橋本博文,横堀伸一,山岸明彦
    • Organizer
      日本宇宙生物科学会第35回大会
  • [Presentation] 生命起源の探求を目指すアストロバイオロジー研究2021

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      日本宇宙生物科学会第35回大会
    • Invited
  • [Presentation] たんぽぽ2計画における国際宇宙ステーションでの隕石有機物やその模擬物質の宇宙曝露実験2021

    • Author(s)
      古賀優志,癸生川陽子,左近樹,小林憲正,三田肇,矢野創
    • Organizer
      日本宇宙生物科学会第35回大会
  • [Presentation] 宇宙が語る生命の起源と未来2021

    • Author(s)
      小林憲正
    • Organizer
      化学フェスタ2021
    • Invited
  • [Presentation] 火星の縦孔における生命の可能性とUZUMEによる探査2021

    • Author(s)
      横堀伸一,春山純一,小林憲正
    • Organizer
      第65回宇宙科学技術連合講演会
  • [Presentation] Formation and Robutness of Complex Amino Acid Precursors with Large Molecular Weights in Space2021

    • Author(s)
      K. Kobayashi, T. Sato, S. Kuramoto, Y. Kebukawa, H. Mita, H. Shibata, H. Fukuda, Y. Oguri, and K. Kanda
    • Organizer
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 地球外生命2021

    • Author(s)
      小林 憲正
    • Total Pages
      296
    • Publisher
      中央公論新社
    • ISBN
      978-4121026767
  • [Book] 太陽系と惑星 第2版2021

    • Author(s)
      渡部潤一、井田 茂、佐々木晶編,小林憲正ほか分担執筆
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      日本評論社
    • ISBN
      978-4535607613

URL: 

Published: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi