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

2023 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), ポストドクトラル研究員 (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: 炭素質小惑星リュウグウ / 炭素質小惑星ベヌー / 有機分子の化学進化 / 地球帰還試料・初期分析

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は、はやぶさ2探査機により地球帰還した小惑星リュウグウの可溶性有機物について初期分析の総括を行った。はやぶさ2初期分析SOMチームは、2つの試料（A0106とC0107）と1つの粒状サンプル（A0080）をいくつかの高感度・高分解能分析法を用いて調べた。元素分析の結果、炭素（C）、水素（H）、窒素（N）、酸素（O）、硫黄（S）の総含有量は、有機物、含水鉱物、炭酸塩、硫化物からなる揮発性軽元素に富んでおり、最大で～23.7 wt%と評価した。有機溶媒抽出物からは、数多くの有機分子が同定された。フーリエ変換イオンサイクロトロン/質量分析計を用いて、メタノール抽出液中のC、H、N、O、Sからなる分子組成について、約20,000の分子を帰属した。この分子分布は、母体の低温水性変質を示唆している。水抽出物中には、グリシン、アラニンなどのタンパク性のものと、β-アラニン、α-アミノ酪酸、ノルバリン、イソバリンなどの非タンパク性のものを含む合計20種類のアミノ酸が同定された。非対称炭素を持つアミノ酸の光学異性体はラセミ体として存在した。核酸塩基の1つであるウラシルは、イミダゾールカルボン酸のような構造異性体とともに同定された。メチルアミンなどの低分子アミンや酢酸などのカルボン酸も水抽出物から検出され、これらの遊離アミンやカルボン酸は揮発性が高いため、リュウグウ表面に有機塩として保持されることを示した。有機溶媒抽出物からは、アルキルベンゼン、ナフタレン、フェナントレンなどの多環芳香族炭化水素（PAHs）が検出された。ピレンとフルオランテンの存在量の違いは、それらの溶解度の違いによるもので、母天体での水質変成を示唆していると考えられる。ナフタレン、フルオランテン、ピレンの 13C 同位体濃縮は、星間物質中の極低温反応（～ 10K）による生成機構を示している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究成果に示すように、順調に計画を進展させている。
国際共同研究をさらに推進するために、NASAのOSIRIS-REx（オサイリス・レックス）ミッションの有機分析チーム統括のダニエル・グラビン主幹研究員（NASA/GSFC）とエリック・パーカー研究員（NASA/GSFC）をJAMSTEC横須賀本部に招聘し、研究交流を深めた。OSIRIS-RExは、小惑星ベンヌ（Bennu）からサンプルを収集して地球に持ち帰ることを目的とした探査ミッション（OSIRIS-REx：Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorerの略）であり、サンプルカプセルは、2023年9月に地球帰還を達成した。

Strategy for Future Research Activity

OSIRIS-REx（オサイリス・レックス）の地球帰還後のサンプルプロセスは、NASAジョンソン宇宙センターのクリーンルームで開封され、初期記載が慎重に行われている。今後、サンプルの化学組成、鉱物組成、有機物の存在などの調査解析が進められる予定である。正確な化学情報を取得することで、太陽系の起源と進化に関する理解を深める手がかりとなる。また、サンプルの保有する物理的特性を調べることにより、小惑星ベヌーの初生的な形成過程、衝突履歴、表面のダイナミクスなどについて明らかになると考えられる。それらの上で、ミッションの目的である、# Origins（起源）: 太陽系の起源と進化を理解する、# Spectral Interpretation（スペクトル解析）: 小惑星の表面の物質を詳細に分析する、# Resource Identification（資源識別）: 将来の資源利用のために、小惑星に存在する資源性を評価する、# Security（安全）: 地球に衝突する可能性のある小惑星を研究し、衝突リスクを評価する、# Regolith Explorer（レゴリス探査）: 小惑星の表面の粒子試料（レゴリス）を直接探査するために、包括的な調査研究を行う予定である。

Causes of Carryover

米国ジョンソンスペースセンター（NASA/JSC）でのサンプルプロセスの一部について、スケジュールの遅延が生じたため。
次年度以降は、高分解能質量分析法を用いた分子解析に関する調査活動で使用する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アメリカ航空宇宙局（NASA）/カリフォルニア工科大学/カーネギー研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アメリカ航空宇宙局（NASA）/カリフォルニア工科大学/カーネギー研究所
  • # of Other Institutions: 10
• [Int'l Joint Research] ドイツ研究センターヘルムホルツセンター/マックスプランク研究機構（MPI）/ミュンヘン工科大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ドイツ研究センターヘルムホルツセンター/マックスプランク研究機構（MPI）/ミュンヘン工科大学
  • # of Other Institutions: 3
• [Int'l Joint Research] スイス工科大学（ETH）(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: スイス工科大学（ETH）
• [Int'l Joint Research] ロンドン大学/英国自然史博物館/インペリアルカレッジロンドン大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: ロンドン大学/英国自然史博物館/インペリアルカレッジロンドン大学
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] オーストラリア国立大学（ANU）/カーティン大学(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: オーストラリア国立大学（ANU）/カーティン大学
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 5
• [Journal Article] Abundant extraterrestrial purine nucleobases in the Murchison meteorite: Implications for a unified mechanism for purine synthesis in carbonaceous chondrite parent bodies (2024)
  • Author(s): Koga, T., Takano, Y., Oba, Y., Naraoka, H., and Ohkouchi, N.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 365 Pages: 253-265
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.10.024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Curation protocol of Phobos sample returned by Martian Moons eXploration (2024)
  • Author(s): Fukai, R., Usui, T., Fujiya, W., Takano, Y., Bajo, K.-i., Beck, A., Bonato, E., Chabot, N.L., Furukawa, Y., Genda, H., Hibiya, Y., Jourdan, F., Kleine, T., Koike, M., Matsuoka, M., Miura, Y.N., Moynier, F., Okazaki, R., Russell, S.S., Sumino, H., Zolensky, M.E., Sugahara, H., Tachibana, S. et al.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 59 Pages: 321-337
  • DOI: 10.1111/maps.14121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nitrogen K-edge X-ray adsorption near-edge structure spectroscopy of chemically adsorbed ammonia gas on clay minerals and the 15N/14N-nitrogen isotopic fractionation (2024)
  • Author(s): Sugahara, H., Yoshimura, T., Tamenori, Y., Takano, Y., Ogawa, N.O., Chikaraishi, Y., and Ohkouchi, N.
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 40 Pages: 781-789
  • DOI: 10.1007/s44211-023-00503-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] Polycyclic aromatic hydrocarbons in samples of Ryugu formed in the interstellar medium (2023)
  • Author(s): Zeichner, S.S., Aponte, J.C., Bhattacharjee, S., Dong, G., Hofmann, A.E., Dworkin, J.P., Glavin, D.P., Elsila, J.E., Graham, H.V., Naraoka, H., Takano, Y., Tachibana, S., Karp, A.T., Grice, K., Holman, A.I., Freeman, K.H., Yurimoto, H. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 382 Pages: 1411-1416
  • DOI: 10.1126/science.adg6304
  • 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] The spatial distribution of soluble organic matter and their relationship to minerals in the asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Hashiguchi, M., Aoki, D., Fukushima, K., Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Dworkin, K.E., Aponte, J.C., Elsila, J.E., Eiler, J.M., Furukawa, Y., Furusho, A., Glavin, D.P., Graham, H.V., Hamase, K., Hertkorn, N., Isa, J., Koga, T., McLain, H.L., Mita, H., Oba, Y., Ogawa, N.O., Ohkouchi, N. et al.
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Pages: 73
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01792-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ryugu asteroid sample return provides a natural laboratory for primordial chemical evolution (2023)
  • Author(s): Oba, Y., Takano, Y., Dworkin, J.P., and Naraoka, H.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 3107
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38518-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical evolution of primordial salts and organic sulfur molecules in the asteroid 162173 Ryugu (2023)
  • Author(s): Yoshimura, T., Takano, Y., Naraoka, H., Koga, T., Araoka, D., Ogawa, N.O., Schmitt-Kopplin, P., Hertkorn, N., Oba, Y., Dworkin, J.P., Aponte, J.C., Yoshikawa, T., Tanaka, S., Ohkouchi, N., Hashiguchi, M., McLain, H., Parker, E.T., Sakai, S., Yamaguchi, M., Suzuki, T., Yokoyama, T., Yurimoto, H. et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 5284
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40871-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soluble organic matter Molecular atlas of Ryugu reveals cold hydrothermalism on C-type asteroid parent body (2023)
  • Author(s): Schmitt-Kopplin, P., Hertkorn, N., Harir, M., Moritz, F., Lucio, M., Bonal, L., Quirico, E., Takano, Y., Dworkin, J.P., Naraoka, H., Tachibana, S., Nakamura, T., Noguchi, T., Okazaki, R., Yabuta, H., Yurimoto, H., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A. et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 6525
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42075-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A curation for uncontaminated Hayabusa2-returned samples in the extraterrestrial curation center of JAXA: from the beginning to present day (2023)
  • Author(s): Yada,T., Abe, M., Nishimura, M., Sawada, H., Okazaki, R., Takano, Y., Sakamoto, K., Okada, T., Nakato, A., Yoshitake, M., Nakano, Y., Yogata, K., Miyazaki, A., Furuya, S., Iwamae, A.S., Nakatsubo, S., Hatakeda, K., Hitomi, Y., Kumagai, K., Suzuki, S., Miura, Y.N., Ito, M., Tomioka, N. et al.
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Pages: 170
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01924-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigating the impact of x‐ray computed tomography imaging on soluble organic matter in the Murchison meteorite: Implications for Bennu sample analyses (2023)
  • Author(s): Glavin, D.P., Eckley, S.A., Aponte, J.C., Berger, E.L., Burton, A.S., Dworkin, J.P., Elsila, J.E., Ferguson, F.T., Furukawa, Y., Graham, H.V., Koga, T., Liss, M., McLain, H.L., Naraoka, H., Oba, Y., Parker, E.T., Righter, K., Schmitt-Kopplin, P., Simkus, D.N., Takano, Y., Connolly, H.C.Jr., and Lauretta, D.S. et al.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 59 Pages: 105-133
  • DOI: 10.1111/maps.14111
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 小惑星リュウグウ中の可溶性有機分子 (2023)
  • Author(s): 古賀 俊貴
  • Journal Title: Viva Origino Volume: 51 Pages: 6.
  • DOI: 10.50968/vivaorigino.51_6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Carbonaceous asteroid Ryugu is a natural laboratory for primordial chemical evolution (2024)
  • Author(s): Yoshinori Takano
  • Organizer: COPL (Centre for Origin and Prevalence of Life), ETH Zurich
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Organic Molecular Signatures of Aqueous Alteration at Ryugu (2024)
  • Author(s): Y. Takano, H. Naraoka, J. P. Dworkin et al.
  • Organizer: Solar System symposium in Sapporo 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hayabusa2: cutting edge technologies and future prospects (2023)
  • Author(s): Yoshinori Takano
  • Organizer: Frontier of Understanding Earth's Interior and Dynamics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nucleobases in Carbonaceous Meteorites and Returned Samples from Asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • Author(s): Y. OBA, T. KOGA, Y. TAKANO et al.
  • Organizer: Solar System symposium in Sapporo 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東洋経済オンライン特集記事
  • URL: https://toyokeizai.net/articles/-/715181
• [Remarks] JAMSTEC 海洋研究開発機構 ＼海と地球の研究所／
  • URL: https://twitter.com/JAMSTEC_PR/status/1747923556246364212
• [Remarks] 講談社ブルーバックス：リュウグウは有機宇宙化学のリアルな実験室
  • URL: https://gendai.media/articles/-/116126
• [Remarks] 小惑星リュウグウ：地球と海が出来る前の姿／多機関連携のシナジーが読み解いた記録（15:10～）
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=sUKmMk9wK_A
• [Remarks] 【プレスリリース】小惑星リュウグウから始原的な「塩（Salt）」と有機硫黄分子群を発見
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20230918/