炭素質小惑星における水溶性塩と有機化合物の化学進化

• 研究課題/領域番号: 23H00148
• 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: 九州大学
• 研究代表者: 奈良岡 浩 九州大学, 理学研究院, 教授 (20198386)
• 研究分担者: 濱瀬 健司 九州大学, 薬学研究院, 教授 (10284522)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 47,970千円 (直接経費: 36,900千円、間接経費: 11,070千円); 2025年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2024年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2023年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円)
• キーワード: 小惑星物質 / 有機化合物 / 水溶性塩 / 化学進化 / 小惑星 / 立体異性体 / リュウグウ / 炭素質小惑星 / 隕石 / 立体異性体化合物

研究開始時の研究の概要

自然界では至る所に多くの種類の有機化合物が見出され、原始太陽系に存在した有機化合物は地球での生命の誕生に関わっている可能性があり興味が持たれている。本研究では炭素質小惑星の水溶性成分を分析して、無機・有機イオンと有機分子の状態を明らかにし、始原的小惑星の塩水組成などの水圏環境と有機物の化学進化を解明する。さらに、無機塩と簡単な有機分子が反応して生成する光学異性体を持つ有機イオン種の立体化学を明らかにする。リュウグウ試料と種々の炭素質隕石の研究と合わせて、原始太陽系で起こった水―無機イオン―有機物の化学進化を解析する。

研究実績の概要

本研究では炭素質小惑星物質の水溶性成分を分析して、無機・有機イオンと有機分子の状態を詳細に明らかにし、始原的小惑星の塩水組成などの水圏環境と有機物の化学進化を解明を目指している。本年度は研究準備と分析法確立を主に炭素質隕石試料を用いて行った。数十mgの試料を用いて、有機化合物分析専用のクリーンルーム中において分析条件の検討を行った。また、イオンクロマトグラフ装置を新たに設置し、水溶性の無機・有機イオンの分析法を検討した。
1)テフロン容器や石英容器を用いて、水抽出を行うことにより、分析バックグラウンドを低減化することができた。
2)無機イオン種をマイクロカラムを使用した陽イオン・陰イオンのイオンクロマトグラフィー分離法を検討し、陽イオンでは Na+, Mg2+,NH4+など、陰イオンではCl-, SO42-, HSO3-, HS2O3-などを同定できた。
3)イオンクロマトグラフと超高分解能質量分析計を結合して、イオン化条件を検討した。小さな流速の溶離液では添加する補助有機溶媒が必要であり、陽イオンでは溶媒分子が多数付加したイオンが生成し、分子同定が難しいことが判明した。一方で、陰イオンでは化学進化において重要と考えられるイオウを含む新たなイオン性有機化合物を発見することができた。
4)異なる種類の有機化合物の光学異性体分離を２本のカラムを用いる２次元クロマトグラフィーにより行うことが可能となった。
5)炭素質小惑星物質および炭素質隕石について、含水鉱物量と水素同位体比の違いがグループ化され、それぞれ有機化合物分布とも関連していることが判明した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

炭素質隕石試料を水抽出して得られる水溶性の陰イオンおよび陽イオン化合物を分析し、化学進化に重要と考えられる新たな有機化合物を発見できた。また、異なる種類の立体異性体化合物の同時分離する分析法も順調に進んだ。小惑星試料はまだ配布されていないが、研究目的を達成するための方法が概ね確立できたため。

今後の研究の推進方策

小惑星Bennuからのリターン試料が得られる予定なので、確立した手法を用いて水溶性イオン化合物を分析し、小惑星リュウグウ試料と比較する。また、炭素質隕石試料も複数分析して、炭素質小惑星と比較することによって、原始太陽系における化学進化を理解する。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Technische University Muenchen/Helmholtz Munich(ドイツ)
• [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] 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] Soluble organic matter Molecular atlas of Ryugu reveals cold hydrothermalism on C-type asteroid parent body (2023)
  • 著者名/発表者名: Schmitt-Kopplin, Philippe; Hertkorn, Norbert; Harir, Mourad and 56 more (Yabuta, H.は15番目)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 6525-6525
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42075-y
  • 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] 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
• [学会発表] CHN molecules related to hydrous mineral contents in carbonaceous chondrites (2024)
  • 著者名/発表者名: Naraoka Hiroshi
  • 学会等名: Solar-System Symposium in Sapporo 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Organic ingredients of primordial brines in carbonaceous asteroids (2023)
  • 著者名/発表者名: Naraoka Hiroshi
  • 学会等名: Brines Across the Solar System: Ancient & Future Brines Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素質コンドライト中の含水鉱物の水素同位体比からみた水質小惑星の分布 (2023)
  • 著者名/発表者名: 奈良岡浩, 圦本尚義
  • 学会等名: 2023年度日本地球化学会第65回年会