Frontier of organic astrochemistry: Exploring primordial organic molecular evolution in the Solar System

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21KK0062
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 高野 淑識 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), センター長代理 (80399815)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古賀 俊貴 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), 特別研究員(PD) (30912034) ; 坂井 三郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), 主任研究員 (90359175)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2026-03-31
• Keywords: 小惑星リュウグウ / アミノ酸 / キラリティ / 核酸塩基 / 可溶性有機分子群

Outline of Annual Research Achievements

今年度の上半期は、独自に開発した高精度な核酸塩基分析手法を駆使して、最古の太陽系物質である炭素質隕石（マーチソン隕石やタギッシュレイク隕石など3種）から、全ての生物のDNA・RNAに含まれる核酸塩基5種（ウラシル、シトシン、チミン、アデニン、グアニン）すべての同時検出に世界で初めて成功し、2022年4月27日（水）公開のNature Communications誌にhighlighting paperとして、公開された。同日、海洋研究開発機構、北海道大学、九州大学、東北大学、アメリカ航空宇宙局(NASA)らと共同プレスを行った。
今年度の下半期は、「はやぶさ２」が持ち帰った小惑星リュウグウ試料に含まれる可溶性有機分子を分析し、成果をScience誌に発表した（2023年2月24日 公開）。リュウグウは小惑星帯で最も多いC型小惑星に属する暗い始原的な小惑星で、炭素質コンドライト隕石のような含水鉱物に富んでいる。始原的な炭素質コンドライトにはアミノ酸を含む様々な可溶性有機分子が存在することが知られており、生命の誕生につながる前生物的有機分子を初期の地球や他の天体に供給した可能性がある。まず、1回目のタッチダウンサンプリングで得られたリュウグウ表面試料に含まれる有機分子を日米欧の研究チームで分析を行い、その結果、アミノ酸やアミン、カルボン酸、芳香族炭化水素、含窒素環状化合物など種々の有機分子が検出された。
さらに、小惑星リュウグウに核酸塩基とビタミンが存在することをNature Communications誌に発表した（2023年3月22日 公開）。本研究グループが培ってきた有機分子レベルでの精密分析技術や実証経験が、太陽系物質科学の統合的な理解に貢献できることを期待したい。本研究は、海洋研究開発機構・HMT株式会社・慶應義塾大学・東京工業大学の共同研究の一環として行われた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Science誌に2編、Science Advances誌に1編、Nature Communications誌に2編を含め、国際誌へ原著論文の成果を着実に公表している。

Strategy for Future Research Activity

今後、「はやぶさ2」プロジェクトだけでなく、米国主導の小惑星サンプルリターン計画「OSIRIS-REx」（＃1）や日本主導の火星衛星サンプルリターン計画「MMX」（＃2）など、厳選された地球外サンプルリターン計画が進行しており、直近では2023年9月にOSIRIS-RExが炭素質小惑星ベヌー（Bennu）のサンプルの受入準備を進める。
（＃1）小惑星サンプルリターン計画「OSIRIS-REx」 … 米国NASAが主導する国際共同ミッション。
OSIRIS-REx：Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorerの略称。概要は、こちら（https://www.youtube.com/watch?v=QunVAWABQSc）。
（＃2）火星衛星サンプルリターン計画「MMX」 … 日本JAXAが主導する国際共同ミッション。
MMX：Martian Moons eXploration missionの略称。概要は、こちら（https://www.youtube.com/watch?v=yiS6NdpEL2A）。

Causes of Carryover

当初は、2023年9月に小惑星ベヌー試料の到着を予定していたが、米国NASA側の事情と初期スクリーニング分析のスケジュール都合により、若干の時期シフト（日本到着）が想定されたため、次年度使用額が生じたことによる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology/University of Arizona(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology/University of Arizona
  • # of Other Institutions: 6
• [Int'l Joint Research] University; Grenoble Alpes/University; Paris-Saclay/University; Aix-Marseille(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: University; Grenoble Alpes/University; Paris-Saclay/University; Aix-Marseille
  • # of Other Institutions: 4
• [Int'l Joint Research] Helmholtz Munich/Max Planck Institute/Ludwig-Maximilians-University(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Helmholtz Munich/Max Planck Institute/Ludwig-Maximilians-University
  • # of Other Institutions: 3
• [Journal Article] Soluble organic molecules in samples of the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Oba, Y., Hamase, K., Furusho, A., Ogawa, N.O., Hashiguchi, M., Fukushima, K., Aoki, D., Schmitt-Kopplin, P., Aponte, J.C., Parker, E.T., Glavin, D.P., McLain, H.L., Elsila, J.E., Graham, H.V. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Pages: eabn9033
  • DOI: 10.1126/science.abn9033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Noble gases and nitrogen in samples of asteroid Ryugu record its volatile sources and recent surface evolution (2023)
  • Author(s): Okazaki, R., Marty, B., Busemann, H., Hashizume, K., Gilmour, J.D., Meshik, A., Yada, T., Kitajima, F., Broadley, M.W., Byrne, D., Furi, E., Riebe, M.E.I., Krietsch, D., Maden, C., Ishida, A., Clay, P., Crowther, S.A., Fawcett, L., Lawton, T., Pravdivtseva, O., Miura, Y.N., Park, J., Bajo, K.-i., Takano, Y. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Pages: eabo0431
  • DOI: 10.1126/science.abo0431
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The noble gas and nitrogen relationship between Ryugu and carbonaceous chondrites (2023)
  • Author(s): Broadley, M.W., Byrne, D.J., Furi, E., Zimmermann, L., Marty, B., Okazaki, R., Yada, T., Kitajima, F., Tachibana, S., Yogata, K., Sakamoto, K., Yurimoto, H., Nakamura, T., Noguchi, T., Naraoka, H., Yabuta, H., Watanabe, S., Tsuda, Y., Nishimura, M., Nakato, A., Miyazaki, A., Abe, M., Okada, T., Usui, T. et al.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 345 Pages: 62-74
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.01.020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extraterrestrial amino acids and amines identified in asteroid Ryugu samples returned by the Hayabusa2 mission (2023)
  • Author(s): Parker, E.T., McLain, H.L., Glavin, D.P., Dworkin, J.P., Elsila, J.E., Aponte, J.C., Naraoka, H., Takano, Y., Tachibana, S., Yabuta, H., Yurimoto, H., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A., Miyazaki, A., Yogata, K., Abe, M., Okada, T., Usui, T., Yoshikawa, M., Saiki, T. et al.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 347 Pages: 42-57
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.02.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PAHs, hydrocarbons, and dimethylsulfides in Asteroid Ryugu samples A0106 and C0107 and the Orgueil (CI1) meteorite (2023)
  • Author(s): Aponte, J.C., Dworkin, J.P., Glavin, D.P., Elsila, J.E., Parker, E.T., McLain, H.L., Naraoka, H., Okazaki, R., Takano, Y., Tachibana, S., Dong, G., Zeichner, S.S., Eiler, J.M., Yurimoto, H., Nakamura, T., Yabuta, H., Terui, F., Noguchi, T., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A. et al.
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Pages: 28
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01758-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uracil in the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Oba, Y., Koga, T., Takano, Y., Ogawa, N.O., Ohkouchi, N. et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 1292
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36904-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First asteroid gas sample delivered by the Hayabusa2 mission: A treasure box from Ryugu (2022)
  • Author(s): Okazaki Ryuji、Miura Yayoi N.、Takano Yoshinori、Sawada Hirotaka、Sakamoto Kanako、 et al.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Pages: eabo7239
  • DOI: 10.1126/sciadv.abo7239
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identifying the wide diversity of extraterrestrial purine and pyrimidine nucleobases in carbonaceous meteorites (2022)
  • Author(s): Oba Yasuhiro、Takano Yoshinori、Furukawa Yoshihiro、Koga Toshiki、Glavin Daniel P.、Dworkin Jason P.、Naraoka Hiroshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Pages: 2008
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29612-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ryugu particles found outside the Hayabusa2 sample container (2022)
  • Author(s): Nakato Aiko、Inada Shiori、Furuya Shizuho、Nishimura Masahiro、Yada Toru、Abe Masanao、Usui Tomohiro、Yoshida Hideto、Mikouchi Takashi、Sakamoto Kanako、Yano Hajime、Miura Yayoi N.、Takano Yoshinori、Yamanouchi Shinji、Okazaki Ryuji、Sawada Hirotaka、Tachibana Shogo
  • Journal Title: GEOCHEMICAL JOURNAL Volume: 56 Pages: 197～222
  • DOI: 10.2343/geochemj.GJ22017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 『火の鳥「はやぶさ」未来編』その26 ~リュウグウ帰還試料のキュレーション. (2022)
  • Author(s): 矢田 達, 安部 正真, 岡田 達明, 中藤 亜衣子, 与賀田 佳澄, 宮﨑 明子, 西村 征洋, 坂本 佳奈子ほか
  • Journal Title: 日本惑星科学会誌 Volume: 31 Pages: 153-164
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 火星衛星探査計画MMX・SAWTによる帰還試料の初期記載の検討 (2022)
  • Author(s): 深井 稜汰, 臼井 寛裕, 藤谷 渉, 高野 淑識, 馬上 謙一, 小池 みずほ, 三浦 弥生ほか
  • Organizer: 日本地球化学会年会
• [Presentation] 高速液体クロマトグラフ高分解能質量分析法による炭素質隕石中の尿素分子群の特徴とその意義 (2022)
  • Author(s): 古賀 俊貴, 高野 淑識, 大場 康弘, 古川 善博, 奈良岡 浩
  • Organizer: 日本地球化学会年会
• [Presentation] 火星衛星探査計画MMX・SAWT による帰還試料の 初期記載・初期分析の検討 (2022)
  • Author(s): 深井 稜汰, 臼井 寛裕, 藤谷 渉, 高野 淑識, 馬上 謙一, 小池 みずほ, 三浦 弥生ほか
  • Organizer: 日本惑星科学会年会
• [Presentation] Isotopic evidence of interstellar contributions to formation of polycyclic aromatic hydrocarbons from the Ryugu asteroid (2022)
  • Author(s): Zeichner, S., et al.
  • Organizer: Symposium on Next Generation Astrochemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular growth pattern of soluble CHN compounds from Ryugu (2022)
  • Author(s): Orthous- Daunay, F. R. et al.
  • Organizer: 53rd Lunar and Planetary Science Conference (LPSC)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 炭素質小惑星(162173)リュウグウの試料中の可溶性有機分子
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20230224/
• [Remarks] 小惑星リュウグウに核酸塩基とビタミンが存在
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20230322/
• [Remarks] 小惑星探査機「はやぶさ２」初期分析 揮発性成分分析
  • URL: https://www.jaxa.jp/press/2022/10/20221021-2_j.html
• [Remarks] 炭素質隕石から遺伝子の主要核酸塩基5種すべてを検出
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/2022/04/5-8.html
• [Remarks] 「はやぶさ2」サンプル収納コンテナの外に小惑星リュウグウ粒子を発見
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/8113/