フッ化型同位体分子計測による後期太古代の生物地球化学

• 研究課題/領域番号: 17H01165
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地質学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 上野 雄一郎 東京工業大学, 理学院, 教授 (90422542)
• 研究分担者: ジルベルト アレキシー 東京工業大学, 理学院, 助教 (20726955)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円); 2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2017年度: 26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円)
• キーワード: 安定同位体 / 同位体分子 / 環境計測 / 二重置換同位体分子 / 生物地球化学循環 / 二重置換同位体分子種 / 同位体分子種 / 地球史

研究成果の概要

本研究では、有機分子の13C-13C同位体分子計測という新たな分析手法を開発した。この手法は、分子のC-C結合のうち、炭素が２つとも希少な安定同位体である13Cに置換された分子の存在度を計測するもので、環境中の分子の由来を推定する追跡指標として使用することができる。特に、我々の研究によって、生物起源エタノールや炭化水素は特徴的な13C-13C存在度を示し、これは実験室や天然環境で非生物的に合成された分子よりも優位に高いことが示された。したがって、この新計測法は、分子の起源を判別するバイオマーカーとして有用である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で確立した新しい分析手法は、様々な宇宙・惑星環境での低級有機分子が、生物過程で形成した分子であるか否かを判別するための強力な手段となることが期待でき、今後の太陽系探査等における研究展開が期待される。また同手法は環境中に存在する有機分子の由来を判別するためにも応用可能であり、今後の環境計測技術としての発展も期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Western Australia(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of St Andrews(英国)
• [国際共同研究] U. Sciences and Technology in Masuku(ガボン)
• [国際共同研究] University of Western Australia(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Western Australia(Australia)
• [雑誌論文] Standardization for 13C‐13C clumped isotope analysis by fluorination method (2021)
  • 著者名/発表者名: Taguchi Koudai、Gilbert Alexis、Ueno Yuichiro
  • 雑誌名: Rapid Communications in Mass Spectrometry 巻: in press 号: 13
  • DOI: 10.1002/rcm.9109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple sulfur isotope chemostratigraphy across the Permian Triassic boundary at Chaotian, China: Implications for a shoaling model of toxic deep‐waters (2021)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Masafumi、Ueno Yuichiro、Isozaki Yukio、Yoshida Naohiro
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 30 号: 1
  • DOI: 10.1111/iar.12398
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracing sulfur sources in the crust via SIMS measurement of sulfur isotopes in apatite (2021)
  • 著者名/発表者名: Hammerli Johannes、Greber Nicolas D.、Martin Laure、Bouvier Anne-Sophie、Kemp Anthony I.S.、Fiorentini Marco L.、Spangenberg Jorge E.、Ueno Yuichiro、Schaltegger Urs
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: in press ページ: 120242-120242
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120242
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Organic Isotopologue Frontier (2021)
  • 著者名/発表者名: Gilbert Alexis
  • 雑誌名: Annual Review of Earth and Planetary Sciences 巻: 49 号: 1 ページ: 435-464
  • DOI: 10.1146/annurev-earth-071420-053134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical calculation of position-specific carbon and hydrogen isotope equilibriums in butane isomers (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu Qi、Yin Xinya、Zhang Yining、Julien Maxime、Zhang Naizhong、Gilbert Alexis、Yoshida Naohiro、Liu Yun
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 561 ページ: 120031-120031
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.120031
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Great Oxidation Event preceded a Paleoproterozoic “snowball Earth” (2020)
  • 著者名/発表者名: Warke Matthew R.、Di Rocco Tommaso、Zerkle Aubrey L.、Lepland Aivo、Prave Anthony R.、Martin Adam P.、Ueno Yuichiro、Condon Daniel J.、Claire Mark W.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 24 ページ: 13314-13320
  • DOI: 10.1073/pnas.2003090117
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A fluorination method for measuring 13C-13C isotopologue of C2 molecules (2020)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, K., Yamamoto, T., Nakagawa, M., Gilbert, A., Ueno, Y.,
  • 雑誌名: Rapid Communications in Mass Spectropetry 巻: 34 号: 11 ページ: 8761-8761
  • DOI: 10.1002/rcm.8761
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mission to Planet Earth: The First Two Billion Years (2020)
  • 著者名/発表者名: St?eken E. E.、Som S. M.、Claire M.、Rugheimer S.、Scherf M.、Spro? L.、Tosi N.、Ueno Y.、Lammer H.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 2 ページ: 31-31
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00652-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Loss and Fractionation of Noble Gas Isotopes and Moderately Volatile Elements from Planetary Embryos and Early Venus, Earth and Mars (2020)
  • 著者名/発表者名: Lammer Helmut、Scherf Manuel、Kurokawa Hiroyuki、Ueno Yuichiro、Burger Christoph、Maindl Thomas、Johnstone Colin P.、Leizinger Martin、Benedikt Markus、Fossati Luca、Kislyakova Kristina G.、Marty Bernard、Avice Guillaume、Fegley Bruce、Odert Petra
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 4 ページ: 74-74
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00701-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple Sulfur Isotope Records of the 3.22 Ga Moodies Group, Barberton Greenstone Belt (2020)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Masafumi、Nabhan Sami、Thomazo Christophe、Olivier Nicolas、Moyen Jean-Fran?ois、Ueno Yuichiro、Marin-Carbonne Johanna
  • 雑誌名: Geosciences 巻: 10 号: 4 ページ: 145-145
  • DOI: 10.3390/geosciences10040145
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogenation reactions of carbon on Earth: Linking methane, margarine, and life (2020)
  • 著者名/発表者名: McGlynn Shawn E.、Glass Jennifer B.、Johnson-Finn Kristin、Klein Frieder、Sanden Sebastian A.、Schrenk Matthew O.、Ueno Yuichiro、Vitale-Brovarone Alberto
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 号: 5 ページ: 599-608
  • DOI: 10.2138/am-2020-6928ccbyncnd
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intramolecular 13C isotope distributions of butane from natural gases (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Julien, M. J. Goldman, C. Liu, J. Horita, C. J Boreham, K. Yamada, W. H. Green, N. Yoshida, A. Gilbert
  • 雑誌名: Chem. Geol 巻: 541 ページ: 119571-119571
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119571
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mission to Planet Earth: The First Two Billion Years (2020)
  • 著者名/発表者名: Stueken E. E.、Som S. M.、Claire M.、Rugheimer S.、Scherf M.、Spro? L.、Tosi N.、Ueno Y.、Lammer H.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 3 ページ: 31-31
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00667-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemical and Metagenomic Characterization of Jinata Onsen, a Proterozoic-Analog Hot Spring, Reveals Novel Microbial Diversity including Iron-Tolerant Phototrophs and Thermophilic Lithotrophs (2019)
  • 著者名/発表者名: Ward, L.M., Idei, A., Nakagawa, M., Ueno, Y., Fischer, W.W., McGlynn, S.E.,
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 34 号: 3 ページ: 278-292
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME19017
  • NAID: 130007711439
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intramolecular isotopic evidence for bacterial oxidation of propane in subsurface natural gas reservoirs (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Gilbert, B. Sherwood Lollar, F. Musat, T. Giunta, S. Chen, Y. Kajimoto, C. J. Boreham, N. Yoshida, Y. Ueno
  • 雑誌名: PNAS 巻: 14 号: 14 ページ: 6653-6658
  • DOI: 10.1073/pnas.1817784116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Total Pressure Dependence of Sulfur Mass-Independent Fractionation by SO2 Photolysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Endo Yoshiaki、Danielache Sebastian O.、Ueno Yuichiro
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 号: 1 ページ: 483-491
  • DOI: 10.1029/2018gl080730
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variations in thermal state revealed by the geochemistry of fumarolic gases and hot-spring waters of the Tateyama volcanic hydrothermal system, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki Kaori、Ohba Takeshi、Aoyama Shinnosuke、Ueno Yuichiro、Sumino Hirochika、Kanda Wataru、Yaguchi Muga、Tanbo Toshiya
  • 雑誌名: Bulletin of Volcanology 巻: 81 号: 2 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1007/s00445-018-1264-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ analyses of hydrogen and sulfur isotope ratios in basaltic glass using SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K, Ushikubo T, Murai T, Matsu'ura F, Ueno Y
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: in press
  • NAID: 130007662306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recycled Archean sulfur in the mantle wedge of the Mariana Forearc and microbial sulfate reduction within an extremely alkaline serpentine seamount (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Shinnosuke、Nishizawa Manabu、Miyazaki Junichi、Shibuya Takazo、Ueno Yuichiro、Takai Ken
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 491 ページ: 109-120
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2018.03.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes of aliphatic C-H bonds in cyanobacteria during experimental thermal maturation in the presence or absence of silica as evaluated by FTIR microspectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Igisu Motoko、Yokoyama Tadashi、Ueno Yuichiro、Nakashima Satoru、Shimojima Mie、Ohta Hiroyuki、Maruyama Shigenori
  • 雑誌名: Geobiology 巻: 16 号: 4 ページ: 412-428
  • DOI: 10.1111/gbi.12294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geoelectrochemical CO production: Implications for the autotrophic origin of life (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitadai N., Nakamura R., Yamamoto M., Takai K., Li Y., Yamaguchi A., Gilbert A., Ueno Y., Yoshida N., Oono Y.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao7265
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple sulfur isotope constraints on microbial sulfate reduction below an Archean seafloor hydrothermal system (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Shinnosuke、Ueno Yuichiro
  • 雑誌名: Geobiology 巻: 16 号: 2 ページ: 107-120
  • DOI: 10.1111/gbi.12268
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ejection of iron-bearing giant-impact fragments and the dynamical and geochemical influence of the fragment re-accretion (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Genda, T. Sasaki, Y. Ueno, T. Iizuka, M. Ikoma
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 470 ページ: 87-95
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.04.035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple sulfur isotope geochemistry of Dharwar Supergroup, Southern India: Late Archean record of changing atmospheric chemistry (2017)
  • 著者名/発表者名: Mishima, K., Yamazaki, R., Satish-Kumar, M., Ueno, Y., Hokada, T. & Toyoshima, T.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 464 ページ: 69-83
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.02.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quadruple sulfur isotope records at the end-Guadalupian (Permian) at Chaotian, Sichuan, China: Implications for a role of bioturbation in the sedimentary sulfur cycle in the past. (2017)
  • 著者名/発表者名: Saitoh, M., Ueno, Y., Kawamura, T., Isozaki, Y., Yao, J.X., Ji, Z.S., Yoshida, N.
  • 雑誌名: Journal of Asian Earth Sciences 巻: 135 ページ: 70-79
  • DOI: 10.1016/j.jseaes.2016.12.009
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compound- and position-specific carbon isotopic signatures of abiogenic hydrocarbons from on-land serpentinite-hosted Hakuba Happo hot spring in Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Suda, K., Gilbert, A., Yamada, K., Yoshida, Y., Ueno, Y.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 206 ページ: 201-215
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.03.008
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Photochemical flux of ammonia and glycine from N2O and its implication for origin of life (2020)
  • 著者名/発表者名: Zang, X., Ueno Y.
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] フッ化型同位体分子計測：エタン、エタノールの13C-13C二重置換同位体分子計測法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田口宏大, Alexis Gilbert, 中川麻悠子, 上野雄一郎
  • 学会等名: 日本地球化学会年会
• [学会発表] 好熱性硫黄不均化菌の四種硫黄同位体指標 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中川麻悠子, 梅澤和寛, 小島久弥, 福井学, 吉田尚弘, 上野雄一郎
  • 学会等名: 日本地球化学会年会
• [学会発表] New constraints on atmospheric oxygenation (2020)
  • 著者名/発表者名: Warke M. R., Di Rocco T., Zerkle A. L., Lepland A., Prave A. R., Martin A. P., Ueno Y., Condon D. J., Claire M. W.
  • 学会等名: GSA Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A Development of SO2F2 Method to Measure Sulfate Isotopologues (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsuta T, Ueno Y, Nakagawa M, Aoki R, Yoshida N
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Iron-Rich Hot Springs in Japan, a Microbiogeochemical Guided Tour (2020)
  • 著者名/発表者名: Li-Hau F, Nakagawa M, Ward L, Ueno Y, McGlynn S
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The Great Oxidation Event Preceded a Paleoproterozoic "snowball Earth" (2020)
  • 著者名/発表者名: Warke M, Di Rocco T, Zerkle A, Lepland A, Prave A, Martin A, Ueno Y, Claire M
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Equilibrium and Kinetic Fractionation on S-O Clumping of Sulfate (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y, Nakagawa M, Katsuta T, Aoki R, Yoshida N
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] In situ Hydrogen Isotope Analysis of Pyroxenes in Precambrian Gabbro (2020)
  • 著者名/発表者名: Yagi H, Itoh S, Ishikawa A, Shibuya T, Ueno Y
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Iron Limitation Enhance Organic Matter Sulfurization within the Limestones of the Ediacaran Dengying Formation (2020)
  • 著者名/発表者名: MATSUuRA F, Nakada R, Ueno Y, Sawaki Y, Saitoh M, Kajitani I, Usui T
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Abundance of 13C-13C Bonding in Biotic and Abiotic Ethane Measured by a New C2F6 Method (2020)
  • 著者名/発表者名: Taguchi K, Yamamoto T, Nakagawa M, Gilbert A, Ueno Y
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] コマチアイトの強親鉄性元素地球化学?マントル進化史の解明に向けて? (2020)
  • 著者名/発表者名: 中野 隼, 石川 晃, 上野 雄一郎, 横山 哲也
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
• [学会発表] Revised kinetic parameters of the APS reductase enzyme: effect on microbial sulfur isotope fractionation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shawn E McGlynn, Tommy Po-Hsiang Wang, Mayuko Nakagawa, Yuichiro Ueno
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Jinata Hot Spring as an Analogue to Early Proterozoic Oceans (2020)
  • 著者名/発表者名: Fatima Li Hau, Mayuko Nakagawa, Lewis Ward, Yuichiro Ueno, Shawn E McGlynn
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of 13C-13C isotopologue of ethane and ethanol by a fluorination method (2020)
  • 著者名/発表者名: Koudai Taguchi, Tomonari Yamamoto, Mayuko Nakagawa, Yuichiro Ueno
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Reactive iron supply control dominant sulfur species in the limestones of Ediacaran Doushantuo and Dengying Formations (2020)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Matsuura, Yuichiro Ueno, Na, Iori Kajitani, Tomohiro Usui
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] A new method for measuring 34S-18O clumping of sulfate (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueno, T. Katsuta, T. Ishimaru, N. Yoshida
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, Barcelona, Spain.
  • 国際学会
• [学会発表] Photochemical synthesis of ammonia and amino acid (2019)
  • 著者名/発表者名: Zang, X., Kawade, M., Ueno Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, Barcelona, Spain.
  • 国際学会
• [学会発表] CO大気の光化学で生じるグリオキシル酸 (2019)
  • 著者名/発表者名: 磯田 健太、蔵 暁鳳、上野 雄一郎
  • 学会等名: JpGU
• [学会発表] The Late Archean CO-world or Hazy Atmosphere? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ueno
  • 学会等名: JSPS-DST Forum, Niigata Univ. Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Isotopic signatures of global-scale biological activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ueno and Shinnosuke Aoyama
  • 学会等名: PSA workshop, Tokyo, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CO as a key to understand Early Earth and Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ueno
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, Boston, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Extreme S and C isotope fractionations in atmosphere: A fresh insights into early Earth and Mars (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ueno
  • 学会等名: ISSI Workshop, Bern, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atmospheric S-MIF mechanism and application to Early Earth systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ueno
  • 学会等名: Exploration workshop、University of Western Australia, Perth、Australia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reducing early atmosphere and carbon cycle (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y
  • 学会等名: DCO workshop on global geodynamical models
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revisiting Redox State of the Early Earth's Atmosphere and Prebiotic Synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y, Endo Y, Zang X and Kawade W
  • 学会等名: XVIIIth International Conference on the Origin of Life
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Large 13C-depletion by solar UV CO2 photolysis and its implication to Late Archean ecosystem (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Decoding redox evolution before oxygenic photosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y
  • 学会等名: EON workshop "Cosmic perspective of Earth"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Late Archean Earth as a window to Astrobiology (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueno Y
  • 学会等名: IAU meeting Astrobiology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] ガス田の天然ガスを微生物が食べていた： 未知の大規模微生物生命圏の存在示唆
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2019/044078.html