2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of multi-elements triple stable isotope measurements and its application
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20K04108
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
田中 亮吏 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (00379819)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 安定同位体 / 遷移元素同位体 / 物質反応過程 / 質量依存同位体分別 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安定同位体は、様々な化学・生物反応過程において、質量依存分別を生じるため、自然界における物質反応過程を解読する為の優れたトレーサーである。一方で、安定同位体は個々の反応過程において、平衡論的同位体効果(EIE)と速度論的同位体効果(KIE)を生じるが、２つの同位体（＝１つの同位体比）では、EIEとKIEを判別する術を持たない。これを解決するのが、３安定同位体法である。本研究では、申請者がこれまで開発してきた３酸素同位体解析法に加え、ケイ素、遷移元素等の安定同位体解析法を開発し、小惑星や初期惑星系における固液気相間反応過程、初期惑星表層における生命活動痕跡解読、初期地球表層温度推定等の研究に応用することを目的としている。
令和４年度には、マグネシウム同位体分析方法、ユークライト隕石の酸素同位体分析結果、小惑星リュウグウのアミノ酸の生成過程と炭素同位体との関係に関する論文をそれぞれ国際誌に発表した。さらに、クロムの３安定同位体分析方法を開発するために、高精度53Cr/52Cr同位体分析法の開発に取り組み、その結果を国際誌に投稿した。現在は、この成果に加え、すでに開発した非質量依存クロム同位体分析法を組み合わせることにより、３クロム安定同位体分析法の開発を行っている。クロムに加え、これまで私たちが開発してきたマルチ遷移金属元素同位体分析方法の統合化を図ることにより、極微量試料中からのマルチ同位体分析方法の開発を行い、令和５年度には、この成果を国際学会および国際誌で発表する予定である。令和４年度には、安定同位体を用いた代謝活動過程の解明を行うため、バクテリア培養実験と実験生成物の安定同位体分析方法の開発に着手した。令和５年度には、この研究を継続し、その成果を論文として発表することを予定している。
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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
① 令和４年度には、マグネシウムおよびリチウム同位体分析方法に関する論文、ユークライト隕石の酸素同位体分析結果を含む論文、小惑星リュウグウのアミノ酸の生成過程と炭素同位体との関係に関する論文を国際誌に発表した。
② クロムの３安定同位体分析方法を開発するために、高精度53Cr/52Cr同位体分析法の開発に取り組んだ。クロム同位体分析法は、表面電離型質量分析計（TIMS）とマルチコレクター誘導結合プラズマ質量分析計（MC-ICP-MS）を用いる方法があるが、本課題で対象とする天然試料で得られるクロム量は微量であるため、その分析が可能となるTIMS法を採用した。私は令和３年度に、非質量依存54Cr/52Cr同位体分析法を開発したが、令和４年度にはこれに加え、非質量依存5３Cr/52Cr分析法、ダブルスパイクを用いた質量依存53Cr/52Cr同位体分析法を開発した。前者の結果については論文執筆中であり、後者の結果について国際誌に投稿中である。今後はこれら全ての分析法を組み合わせて、３クロム安定同位体分析法を確立する。
③ これまで開発してきた同位体分析方法の統合化を図ることにより、極微量試料中からのマルチ同位体分析方法の開発を行った。令和５年度には、この方法を完成させ、国際学会にて発表し、国際誌に投稿する予定である。
④ 小惑星リュウグウ試料の水質変質過程を解明するため、特に３酸素同位体変動について、マルチ同位体（水素、酸素、炭素）用いて解析した。この結果は令和５年度に行われる国際学会にて発表し、国際誌に投稿する予定である。
⑤ 安定同位体を用いた代謝活動過程の解明を行うため、バクテリア培養実験と実験生成物の安定同位体分析方法の開発に着手した。これまでに、様々な条件におけるバクテリア培養を行うことにより、初期地球環境における生命活動過程と生命活動に必要な条件の推定を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終年度である本年度は、進捗状況②③④で示した、分析方法の開発とその応用研究で得られた成果を論文としてまとめ、これを国際学会および国際誌で公表する。これにより、本研究課題の目的の一つである、マルチ安定同位体システムの開発を確立する。さらに、現在も進行中である進捗状況⑤の課題について、本年度前期までには実験と同位体分析を終え、本年度中の国際学会及び国際誌への発表を目指す。この研究では、様々な条件におけるバクテリア培養実験を行い、生成物等のマルチ同位体分別過程を解析することにより、初期地球環境下における生物・非生物起源同位体物質反応解読のための基礎的データを得ることを目的とする。これまで遷移金属元素の安定同位体を用いた生物・非生物起源同位体分別過程の解読を行った研究はあるが、吸着や拡散などによる非生物起源同位体分別と代謝活動による同位体分別を判別することはしばしば困難とされてきた。今年度は、特に代謝活動による遷移金属元素３安定同位体分析を行い、上記の解読法が可能かどうかを判別し、その結果を論文としてまとめる予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究は令和４年度までの３年間での研究実施を計画し、当初の研究計画通りにおおむね順調に研究が実施された。しかしながら、本研究課題で得られた結果（進捗状況③および④）を、国際学会や論文発表することを令和４年度内に終了することは困難となったため、研究実施期間を１年延長した。従って、令和５年度には、これらの成果発表に係る経費を本研究費で使用する予定である。また、進捗状況⑤に記載した、安定同位体を用いた代謝活動過程の解明に関する研究について、当初計画していた実験に加え、より多様な条件を用いた実験を行う必要性が生じたため、令和４年度内に研究を終了することができないことが予測された。このため、本研究費を用いて、進捗状況⑤の研究を引き続き研究を実施し、令和５年度内に本研究課題を達成することが適当であると判断した。そのため、令和４年度には計画的に研究費を使用し、令和５年度にも研究を継続できるようにした。令和５年度には、本実験に係る消耗品費用および研究成果発表に係る経費を本研究費から支出する計画を立てている。
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