原始地球上での核酸合成に関する新展開：地球外からの材料供給の可能性に迫る

• 研究課題/領域番号: 21H04501
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大場 康弘 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (00507535)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円); 2024年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2023年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2021年度: 22,880千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 5,280千円)
• キーワード: 化学進化 / 核酸塩基 / 遺伝情報 / 地球外物質 / 生命の起源 / 核酸 / 複素環化合物 / 分子進化

研究開始時の研究の概要

本研究では，地球外物質によって原始地球上に供給された分子が原始地球上での生命誕生の材料となったという仮説について，とくに遺伝物質である核酸生成への地球外物質（彗星，炭素質隕石，惑星間塵：いずれも原始地球上への主要な有機物供給源）の寄与を，模擬彗星サンプルと隕石有機物の分析で明らかにする。
彗星に含まれる分子を模擬実験で作製し，反応生成物を模擬彗星サンプルとして扱うこととする。隕石有機物は現有の炭素質隕石から抽出する。
対象化合物は液体もしくはガスクロマトグラフ/質量分析計で分析する。

研究実績の概要

代表的な炭素質隕石であるマーチソン隕石から，生命の遺伝子の構成成分，核酸塩基を効率的に抽出するために，マーチソン隕石粉末から塩酸で煮出す手法を開発した。110℃の6M塩酸で12時間加熱し，上澄みを回収した。回収した上澄みは陽イオン交換カラムクロマトグラフィ－で分画され，無機金属イオンなど夾雑物が除去された。生成した抽出液は液体クロマトグラフ―超高分解能質量分析計で分析され，シトシン，ウラシル，アデニン，グアニン，チミンすべてが検出された。検出濃度は水のみを用いた抽出よりも数倍高く，本手法が微量地球外サンプルからの抽出法として理想的だとわかった。
2023年9月に小惑星ベヌーから回収されたサンプルが地球に帰還し，同サンプル中核酸塩基を分析する前に，回収サンプルの立体構造分析等での利用が検討されている，Ｘ線トモグラフィーが試料中有機物にどのような影響を与えるか，実際の炭素質隕石を用いて検証した。均一に粉末化したマーチソン隕石を等分し，一方に～180GyのＸ線を暴露し，もう一方は比較用として同操作はおこなわなかった。これら2種の隕石に含まれる核酸塩基を分析すると，それらの種類や存在量に大きな違いは見られず（5%以内），Ｘ線暴露の影響は無視できることが明らかになった。
小惑星ベヌーで回収されたサンプルの予備分析で，窒素を含む有機化合物が多いことがわかり，本来予定になかったサンプル（~18mg）が我々の分析チームに配分された。上記分析法を駆使し，ベヌーサンプル中から核酸塩基を含む多様な窒素複素環化合物を検出することに成功した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定では23年度中の分析は不可能と思われた小惑星ベヌーサンプルが配分され，大きな問題点なく分析が遂行できたため。

今後の研究の推進方策

小惑星ベヌーサンプルに含まれる核酸塩基など窒素複素環化合物を網羅的に解析する。さらに，24年夏以降に予定されているサンプル配分（~0.6g）の本番を見据え，分析環境の再確認，およびサンプル到着後の分析を効率的に遂行する。分析結果と小惑星リュウグウ・炭素質隕石分析結果や模擬実験結果と比較し，地球外物質中核酸塩基の生成メカニズム解明に資する。成果を速やかに論文にまとめ，準備が整い次第公表する。

研究成果

• [国際共同研究] NASA(米国)
• [国際共同研究] CSIC/INTA(スペイン)
• [国際共同研究] NASA(米国)
• [国際共同研究] グルノーブル大学(フランス)
• [国際共同研究] コロンボ大学(スリランカ)
• [国際共同研究] NASA/NRAO(米国)
• [国際共同研究] グルノーブル大学(フランス)
• [国際共同研究] INAF/ペルージャ大学(イタリア)
• [国際共同研究] ヴィクトリア大学(カナダ)
• [国際共同研究] マックスプランク宇宙物理学研究所(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Abundant extraterrestrial purine nucleobases in the Murchison meteorite: Implications for a unified mechanism for purine synthesis in carbonaceous chondrite parent bodies (2024)
  • 著者名/発表者名: Koga, T., Takano, Y., Oba, Y., Naraoka, H., and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 365 ページ: 253-265
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.10.024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The spatial distribution of soluble organic matter and their relationship to minerals in the asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashiguchi, Minako; Aoki, Dan; Fukushima, Kazuhiko and 51 more (Yabuta, H.は34番目)
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 号: 1 ページ: 73-73
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01792-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ryugu asteroid sample return provides a natural laboratory for primordial chemical evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Oba, Y., Takano, Y., Dworkin, J.P., and Naraoka, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 3107-3107
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38518-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical evolution of primordial salts and organic sulfur molecules in the asteroid 162173 Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, Toshihiro; Takano, Yoshinori; Naraoka, Hiroshi and 84 more (Yabuta, H.は26番目)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 5284-5284
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40871-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Determination of the Branching Ratio of CH₃OH + OH Reaction on Water Ice Surface at 10 K (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Atsuki、Hidaka Hiroshi、Sameera W. M. C.、Oba Yasuhiro、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 960 号: 1 ページ: 90-90
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acfb82
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polycyclic aromatic hydrocarbons in samples of Ryugu formed in the interstellar medium (2023)
  • 著者名/発表者名: Zeichner S. S., Aponte J. C., Bhattacharjee S., Dong G., Hofmann A. E., ..., Tachibana S., et al
  • 雑誌名: Science 巻: 382 号: 6677 ページ: 1411-1416
  • DOI: 10.1126/science.adg6304
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigating the impact of x‐ray computed tomography imaging on soluble organic matter in the Murchison meteorite: Implications for Bennu sample analyses (2023)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 59 号: 1 ページ: 105-133
  • DOI: 10.1111/maps.14111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface Reaction of Methyl Mercaptan (CH₃SH) with Hydrogen Atoms on Amorphous Solid Water (2023)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Furuya Kenji、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 944 号: 2 ページ: 219-219
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acafde
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Soluble organic molecules in samples of the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Naraoka Hiroshi、Takano Yoshinori、Dworkin Jason P.、Oba Yasuhiro、Hamase Kenji、Furusho Aogu、Ogawa Nanako O.、Hashiguchi Minako、Fukushima Kazuhiko、Aoki Dan ... Yabuta Hikaru ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 号: 6634 ページ: 9033-9033
  • DOI: 10.1126/science.abn9033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Uracil in the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Oba Yasuhiro、Koga Toshiki、Takano Yoshinori、Ogawa Nanako O.、Ohkouchi Naohiko、Sasaki Kazunori、Sato Hajime、Glavin Daniel P.、Dworkin Jason P. ... Yabuta Hikaru ... Hayabusa2-initial-analysis SOM team
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 1292-1292
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36904-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identifying the wide diversity of extraterrestrial purine and pyrimidine nucleobases in carbonaceous meteorites (2022)
  • 著者名/発表者名: Oba Yasuhiro、Takano Yoshinori、Furukawa Yoshihiro、Koga Toshiki、Glavin Daniel P.、Dworkin Jason P.、Naraoka Hiroshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 2008-2008
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29612-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diffusion Activation Energy and Desorption Activation Energy for Astrochemically Relevant Species on Water Ice Show No Clear Relation (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuya Kenji、Hama Tetsuya、Oba Yasuhiro、Kouchi Akira、Watanabe Naoki、Aikawa Yuri
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 933 号: 1 ページ: L16-L16
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac78e9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FAUST V. Hot methanol in the [BHB2007] 11 protobinary system; hot corino versus shock origin (2022)
  • 著者名/発表者名: Vastel C.、Alves F.、Ceccarelli C.、Bouvier M.、Jimenez-Serra I.、Sakai T.、Caselli P.、Evans L.、Fontani F.、Le Gal R.、Chandler C. J.、Svoboda B.、Maud L.、Codella C.、Sakai N.、Lopez-Sepulcre A.、Moellenbrock G.、Hanawa T.、Yamamoto S. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 664 ページ: A171-A171
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243414
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Maleimide index: a paleo-redox index based on fragmented fossil-chlorophylls obtained by chromic acid oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Asahina Kenta、Takahashi Satoshi、Saito Ryosuke、Kaiho Kunio、Oba Yasuhiro
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 12 号: 48 ページ: 31061-31067
  • DOI: 10.1039/d2ra04702k
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantifying the Chemical Desorption of H2S and PH from Amorphous Water-ice Surfaces (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuya Kenji、Oba Yasuhiro、Shimonishi Takashi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 2 ページ: 171-171
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac4260
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Misaligned Rotations of the Envelope, Outflow, and Disks in the Multiple Protostellar System of VLA 1623-2417: FAUST. III (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Satoshi、Codella Claudio、Sakai Nami、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 927 号: 1 ページ: 54-54
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac4cae
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of chiral CO polyhedral crystals on icy interstellar grains (2021)
  • 著者名/発表者名: Kouchi, A., Tsuge, M., Hama, T., Niinomi, H., Nakatani, N., Shimonishi, T., Oba, Y., Kimura, Y., Sirono, S.-. iti ., Okuzumi, S., Momose, M., Furuya, K., & Watanabe, N.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 505 号: 1 ページ: 1530-1542
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1173
  • NAID: 120007132042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transmission Electron Microscopy Study of the Morphology of Ices Composed of H2O, CO2, and CO on Refractory Grains (2021)
  • 著者名/発表者名: Kouchi, A., Tsuge, M., Hama, T., Oba, Y., Okuzumi, S., Sirono, S.-. iti ., Momose, M., Nakatani, N., Furuya, K., Shimonishi, T., Yamazaki, T., Hidaka, H., Kimura, Y., Murata, K.-. ichiro ., Fujita, K., Nakatsubo, S., Tachibana, S., & Watanabe, N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 号: 2 ページ: 45-45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0ae6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental and Computational Studies on the Physicochemical Behavior of Phosphine Induced by Reactions with H and D Atoms on Interstellar Ice Grains (2021)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 号: 2 ページ: 73-73
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0cf4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient formation pathway of methyl formate: The role of OH radicals on ice dust (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Atsuki、Hidaka Hiroshi、Oba Yasuhiro、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 921 号: 1 ページ: L13-L13
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac3005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Successive H-atom Addition to Solid OCS on Compact Amorphous Solid Water (2021)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 号: 2 ページ: 146-146
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2238
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] UV-induced formation of ice XI observed using an ultra-high vacuum cryogenic transmission electron microscope and its implications for planetary science (2021)
  • 著者名/発表者名: Kouchi Akira、Kimura Yuki、Kitajima Kensei、Katsuno Hiroyasu、Hidaka Hiroshi、Oba Yasuhiro、Tsuge Masashi、Yamazaki Tomoya、Fujita Kazuyuki、Hama Tetsuya、Takahashi Yukihiro、Nakatsubo Shunichi、Watanabe Naoki
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 9 ページ: 799851-799851
  • DOI: 10.3389/fchem.2021.799851
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enlightening the Chemistry of Infalling Envelopes and Accretion Disks Around Sun-Like Protostars: The ALMA FAUST Project (2021)
  • 著者名/発表者名: Codella C.、Ceccarelli C.、Chandler C.、Sakai N.、Yamamoto S.、The FAUST Team
  • 雑誌名: Frontiers in Astronomy and Space Sciences 巻: 8
  • DOI: 10.3389/fspas.2021.782006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analytical development of seamless procedures on cation-exchange chromatography and ion-pair chromatography with high-precision mass spectrometry for short-chain peptides. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Oba, Y., Furota, S., Naraoka, H., Ogawa, N., Blattmann, T. M. and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Inter. J. Mass Spectrom. 巻: 462 ページ: 116529-116529
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2021.116529
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] イオンペアクロマトグラフィー／電子スプレーイオン化質量分析法（LC/ESI-MS）による短鎖ペプチド類のマススペクトル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高野 淑識, 大場 康弘, 大河内 直彦
  • 雑誌名: Researches in Organic Geochemistry 巻: 37 ページ: 15-43
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Experimental Approaches for Reproducing the Distribution of N-Heterocyclic Molecules in Carbonaceous Asteroids (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, T. Koga, Y. Takano, N. Naraoka
  • 学会等名: Solar System Symposium 2024
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素質小惑星Bennuに含まれる窒素複素環化合物について (2024)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘, 古賀俊貴，高野淑識，奈良岡浩，A. Mojarro, J. P. Dworkin, D. P. Glavin
  • 学会等名: 次世代アストロケミストリー第4回全体集会
• [学会発表] Detection of nucleobases in extraterrestrial materials using liquid chromatography coupled with ultra high-resolution mass spectrometry (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba
  • 学会等名: JpGU2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemical evolution from molecular clouds to star-forming regions, and beyond (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba
  • 学会等名: Chemical Processes in Solar-type Star Forming Regions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organic molecules in the asteroid Ryugu and their potential formation pathways (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba
  • 学会等名: Sapporo-Colombo-Gothenburg Astrochemistry Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素質小惑星リュウグウに存在する窒素複素環化合物の分布 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘，古賀俊貴，高野淑識，奈良岡浩
  • 学会等名: 第40回有機地球化学シンポジウム
• [学会発表] Chemical evolution from the interstellar medium to the solar system: Insight from the analysis of asteroidal materials (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba
  • 学会等名: ISM2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SEARCH FOR PRIMORDIAL NITROGEN-HETEROCYCLES OF ASTROCHEMICAL INTEREST IN THE AQUEOUS EXTRACTS FROM THE ASTEROID (162173) RYUGU AND ORGUEIL CI-METEORITE (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba et al.
  • 学会等名: LPSC2023
  • 国際学会
• [学会発表] Nucleobases in Carbonaceous Meteorites and Returned Samples from Asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba et al.
  • 学会等名: Solar System Symposium in Sapporo 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Nucleobases in space: insights from meteorite analyses and laboratory experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘
  • 学会等名: 計算アストロバイオロジー2022
  • 招待講演
• [学会発表] Wide Diversity of Pyrimidine Nucleobases in Carbonaceous Meteorites (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba et al.
  • 学会等名: AbSciCon2022
  • 国際学会
• [学会発表] 星間塵表面における化学反応素過程研究の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘
  • 学会等名: 日本地球化学会第68回年会
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental studies on the surface reaction of atomic hydrogen with “exotic molecules” at low temperatures (2021)
  • 著者名/発表者名: Oba, Yasuhiro
  • 学会等名: Pacifichem2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炭素質隕石中ヘキサメチレンテトラミンの検出とその化学進化における役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大場 康弘、高野 淑識、奈良岡 浩、古川 善博、橘 省吾、グラビン ダニエル、ドワーキン ジェイソン
  • 学会等名: JPGU2021
• [備考] 研究室個人ホームページ
  • URL: http://www2.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index1.html