冥王代化学進化

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 冥王代生命学の創成
• 研究課題/領域番号: 26106003
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: クリーヴス ヘンダーソン 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (60723608)
• 研究分担者: 原 正彦 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (50181003) ; 藤島 皓介 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (00776411) ; 車 兪徹 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (40508420) ; 矢野 隆章 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90600651) ; フェアエンバック アルバート 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (40723680) [辞退] ; 金井 昭夫 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 教授 (60260329) ; 燒山 佑美 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60636819)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 化学進化実験 / ガンマ線照射実験 / 鉱物触媒 / 前生物的合成 / 原始地球

研究実績の概要

本研究の目的は、冥王代地球において如何にして単純な分子が複雑な高次構造体に進化し、全生物共通祖先群の誕生に至ったかをボトムアップ的に再現し理解するための前生物的化学進化実験を行うことにある。また、生体分子(アミノ酸等)と鉱物表面との相互作用をナノスケールで定量・定性分析し、生命進化反応における鉱物表面の触媒作用を解明、さらに化学進化における鉄硫黄化合物の重要性を実験的に実証することにある。平成30年度は、引き続き自然原子炉間欠泉環境を模したガンマ線照射実験を実施し、ヌクレオチド(シチジン三リン酸; CTP)前駆体のアンヒドロシチジンなどの化学進化時の基本構成分子の合成に成功した。また、2-アミノオキサゾールや数種のイミダゾールの合成を確認した。2-アミノオキサゾールはアンヒドロシチジンの合成に関与し、イミダゾールはヌクレオチドの活性化を通してそれらの重合に寄与する。これらの結果は、生命誕生場として自然原子炉間欠泉環境が有力であることを示唆する重要な証拠となった。さらに、原始地球環境に豊富に存在していた硫化鉄鉱物に着目し、その鉱物表面とチオール系生体低分子との相互作用（化学進化反応）によって鉄硫黄クラスターが形成される可能性を分光学的に検討した。鉄硫黄クラスターの形成能が高いと期待されるリガンドとして、グルタミン酸、システインおよびグリシンから構成されるトリペプチドのグルタチオンを使用し、pHを調整した溶液に硫化鉄鉱粉末およびその他の鉄含有物質を浸漬し、その反応物から、紫外可視分光法を用いて鉄硫黄クラスター構造が同定された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Ames/Harvard University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA Ames/Harvard University
• [国際共同研究] University of New South Wales(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of New South Wales
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Astronomy(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute for Astronomy
• [雑誌論文] Experimental and theoretical elucidation of catalytic pathways in TiO2-initiated prebiotic polymerization (2019)
  • 著者名/発表者名: Giovanni Barcaro, Luca Sementa, Vincenzo Carravetta, Taka-aki Yano, Masahiko Hara and Susanna Monti
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 21 ページ: 5435-5447
  • DOI: 10.1039/C9CP00167K
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Liquid Phase Pulsed Laser Ablation on Pyrite (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Motohashi, Y. Yakiyama, F. Mafune, H. Okajima, A. Sakamoto, T. Shimizu, Y. Minami, N. Sarukura, H. Sakurai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 48 ページ: 1-4
  • DOI: https://doi.org/10.1246/cl.190141
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radiolytic Synthesis of Cyanogen Chloride, Cyanamide and Simple Sugar Precursors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yi Ruiqin、Hongo Yayoi、Yoda Isao、Adam Zachary R.、Fahrenbach Albert C.
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: 3 ページ: 10169-10174
  • DOI: https://doi.org/10.1002/slct.201802242
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radiolysis of solid-state nitrogen heterocycles provides clues to their abundance in the early solar system (2018)
  • 著者名/発表者名: Hammer Phillip G.、Yi Ruiqin、Yoda Isao、Cleaves H. James、Callahan Michael P.
  • 雑誌名: International Journal of Astrobiology 巻: 1 ページ: 1-7
  • DOI: https://doi.org/10.1017/S1473550418000265
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical and experimental evidence of conformational transformation in stereoisomers of nucleoside analogues (2018)
  • 著者名/発表者名: Hernandez-Hernandez L.A., Ruiqin Yi, H.J. Cleaves II, Fuentes-Cabrera M., Sumpter B.G., Hernandez-Hernandez A., Rangel E., Vallejo E.
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 巻: 20 ページ: 25714
  • DOI: https://doi.org/10.1002/qua.25714
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of imidazole-activated ribonucleotides using cyanogen chloride (2018)
  • 著者名/発表者名: Ruiqin Yi, Yayoi Hongo and Albert C. Fahrenbach
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54 ページ: 511-514
  • DOI: https://doi.org/10.1039/c7cc08489g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Estimating the capacity for production of formamide by radioactive minerals on the prebiotic Earth (2018)
  • 著者名/発表者名: Zachary R. Adam, Yayoi Hongo, H. James Cleaves II, Ruiqin Yi, Albert C. Fahrenbach, Isao Yoda, Masashi Aono
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 265 ページ: 1-8
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-18483-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cysteine and cystine adsorption on FeS2(100) (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, T. Yano, M. Hara, and T. Ebisuzaki
  • 雑誌名: Surf. Sci. 巻: 674 ページ: 6-12
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.susc.2018.03.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Size-dependent affinity of glycine and its short oligomers to pyrite surface: a model for prebiotic accumulation of amino acid oligomers on a mineral surface (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Afrin, N. Ganbaatar, M. Aono, H.J. Cleaves, T. Yano, M. Hara
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 19 ページ: 365
  • DOI: (https://doi.org/10.3390/ijms19020365
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Radiolytic Synthesis of 2-Aminooxazole and 2-Aminoimidazole in a One-Pot Scenario (2019)
  • 著者名/発表者名: Ruiqin Yi
  • 学会等名: Winter Retreat 2019 at Brixen, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] 液中レーザーアブレーションによる鉄含有錯体の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 本橋優香、燒山佑美、櫻井英博
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会
• [学会発表] 分子修飾AFM探針を用いたアミノ酸－鉱物表面間の吸着相互作用解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野聡、矢野隆章、原正彦
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Synthesis of imidazole-activated RNA using cyanogen chloride (2018)
  • 著者名/発表者名: Ruiqin Yi
  • 学会等名: Gordon Research Seminar and Conferences
  • 国際学会
• [学会発表] RNA genesis from radiolysis-driven reaction networks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ruiqin Yi
  • 学会等名: ELSI 6th International Symposium
• [学会発表] Reconstitution of in vitro pre-tRNA splicing system in archaea and bioinformatics analysis of a putative RNA-regulating protein PF1614 (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai, M. Saito, A. Sato, M. Tomita, S. Tamaki, and A. Kanai
  • 学会等名: International workshop on “50th anniversary of Thermus thermophilus discovery”
  • 国際学会
• [学会発表] 液中レーザーアブレーションによる黄鉄鉱を用いた鉄錯体調製法の新規開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本橋優香、燒山佑美、真船文隆、岡島 元、坂本 章、清水俊彦、南 佑輝、猿倉信彦、櫻井英博
  • 学会等名: 錯体化学会第68回討論会
• [学会発表] 液中レーザーアブレーションを用いた鉄錯体形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本橋優香、燒山佑美、真船文隆、岡島 元、坂本 章、清水俊彦、南 佑輝、猿倉信彦、櫻井英博
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
• [学会発表] 含鉄鉱物表面における化学進化反応と鉄硫黄クラスター形成の分光分析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今村勇介、矢野隆章、原正彦
  • 学会等名: 日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いたアミノ酸と鉱物表面の吸着相互作用解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野聡、矢野隆章、原正彦
  • 学会等名: 日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Nano-Spectroscopic Approaches to Chemical Origins of Life (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Hara
  • 学会等名: AsiaNANO 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 冥王代生命学の創成 国際シンポジウム 2018
  • URL: http://www.hadean.jp/information/h30_int_sym-2.html