光化学反応による有機硫黄化合物の分子進化と同位体的進化

• 研究課題/領域番号: 20K14549
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 菅原 春菜 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (50735909)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 硫黄 / 有機硫黄化合物 / 硫黄同位体比 / 有機分子進化 / 星間分子雲 / 原始太陽系円盤 / 原子太陽系円盤 / 分子進化

研究開始時の研究の概要

硫黄は-2から+6までの幅広い酸化数を持ち、金属元素や有機分子と反応して様々な化合物を生成する。そのため、硫黄は酸化還元環境に敏感なトレーサーであると共に、生命に不可欠な元素でもある。しかし、宇宙における有機硫黄化合物の多様性や分子進化についてはあまり理解が進んでいない。
そこで本研究では、星間分子雲から原始太陽系円盤、そして現在の太陽系に至るまでの太陽系進化の歴史の中で、どのような有機硫黄化合物が生成するのか、またその際に硫黄に同位体分別が生じるのか否かを模擬実験を通して明らかにする。

研究実績の概要

有機分子の主要な構成元素は、水素(H)、炭素(C)、酸素(O)、窒素(N)の4元素であるが、硫黄（S ）は-2から+6までの幅広い酸化数を持ち、反応性も高いため、有機分子や金属元素と反応して様々な化合物を生成する。また酸化還元環境に敏感なトレーサーとしても知られる。近年の研究から、隕石などの地球外物質中に多くの有機硫黄化合物が存在することがわかってきており、また、NASAの火星探査機キュリオシティーによる火星土壌のその場分析からも有機硫黄化合物の存在が示唆されている。しかし、他の有機化合物と比べて、地球外物質に含まれる有機硫黄化合物の研究例は少なく、あまり理解が進んでいない。
そこで本研究では、星間分子雲から現在の太陽系が形成されるまでの過程において、どのような有機硫黄化合物が生成しうるのか、また、そこで硫黄に同位体分別（34S/32S）が生じうるのかについて明らかにすべく研究を行う。
本年度は、始原的太陽系物質に含まれる有機硫黄化合物の多様性を明らかにするため、ガスクロマトグラフー質量分析計を用いて有機硫黄化合物の分析法の開発を行なった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2023年5月より育児休暇から復帰したが、育児のため、引き続き有機溶媒等の有害な化学薬品を使用した実験ができず、また、研究に必要な時間を確保するのも困難であったため、予定より進捗が遅れている状況となった。

今後の研究の推進方策

昨年度は育児のために、予定通りに研究を進めることができなかったため、次年度に繰越し、研究を継続する。
ただし、引き続き育児のために出張を伴う実験が困難なこともあり、本年度は所属機関にて実施可能な研究を中心に進める。具体的には、まずは始原的太陽系物質に含まれる有機硫黄化合物の多様性を理解することを目的として、隕石や小惑星リターンサンプルのような天然の試料を対象として、ガスクロマトグラフー質量分析計を用いて、試料中に含まれる有機硫黄化合物のキャラクタリゼーションを行う。

研究成果

• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Sugahara H., Yoshimura T., Tamenori, Y., Takano, Y., Ogawa N. O., Chikaraishi Y., Ohkouchi N.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 40 号: 4 ページ: 781-789
  • DOI: 10.1007/s44211-023-00503-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Curation protocol of Phobos sample returned by Martian Moons eXploration (2024)
  • 著者名/発表者名: Fukai R., Usui T., Fujiya W., Takano Y., Bajo K., 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., Sakamoto K., Abe M., Cho Y., Kuramoto K.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 59 号: 2 ページ: 321-337
  • DOI: 10.1111/maps.14121
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 宇宙における安定窒素同位体比の多様性とその起源解明に向けた実験的アプローチ (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅原 春菜
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 79
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 宇宙における有機分子進化と生命前駆物質の供給に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菅原春菜
  • 学会等名: 日本地球科学会 第70回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 15Nに富むアミノ酸の分子レベル安定窒素同位体比測定における分析精度の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅原 春菜, 高野 淑識, 滝沢 侑子, 力石 嘉人
  • 学会等名: 第38回有機地球化学シンポジウム