| 研究課題/領域番号 |
16K17782
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
島村 孝平 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (60772647)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 第一原理分子動力学法 / 衝撃波シミュレーション / アンモニア生成機構 / 隕石の海洋衝突 / 原初地球 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題の最初の目標は，近年提出された「原初地球における隕石の海洋衝突による有機分子合成仮説」において，生命にとって重要な窒素源分子であるアンモニアの生成機構を原子論的観点から明らかにすることであった．このため，隕石衝突時に発生する衝撃波を再現するMulti-Scale Shock Techniqueと第一原理分子動力学法を組み合わせたマルチスケール衝撃波第一原理分子動力学（MSST-AIMD)法に基づく計算機シミュレーションを行った．このシミュレーションでは，原初大気及び海洋に含まれる窒素分子と水分子，隕石に含まれる金属鉄から成る計算モデルを作成し初期原子配置としている．
シミュレーション結果の解析から，隕石の海洋衝突は３つのアンモニア生成機構を駆動しうることが分かった．２つは，鉄表面上における窒素分子による会合機構と解離機構である．会合機構では，まず窒素分子が水素化された後に窒素原子間の結合が解離しアンモニアが生成する．一方，解離機構ではその逆で，窒素原子間の結合の解離後に水素化されてアンモニアが生成する．前者はニトロゲナーゼ酵素，後者はハーバーボッシュ法で見られるアンモニア生成機構であり，大量のアンモニアを日々生命に供給している．最後の１つは鉄から離れたところで起き，窒素分子がヒドラジンを経由してアンモニアまで還元される機構であった．ヒドラジンはアンモニアの電気触媒合成法における重要な材料である．隕石衝突がに伴うこれらの多量なアンモニアを供給しうる複数の生産機構の出現は，生命の起源において重要な役割を果たしたであろうと考えられる．以上の生成機構及び生成量の概算結果を2編の論文にまとめて査読付き英文雑誌に投稿し掲載された．加えて，隕石衝突後に常温常圧に戻った時にアンモニアが壊れずに残留することもシミュレーションによって確かめており，この結果に関する論文を執筆中である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
隕石の海洋衝突によって誘発されるアンモニア生成過程の詳しい機構を解明することができた．しかしながら，今年度の到達目標の一つであった，生成したアンモニアが隕石衝突後に海洋中へ残存する可能性を検証したシミュレーションの結果をまとめた論文がまだ執筆中であることからこの評価とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
アンモニア残留に関する論文を早期にまとめるとともに，研究実施計画通りに，アンモニアの次の調査対象にしていたカルボン酸や炭化水素等の生命にとって重要な炭素源分子の生成機構のMSST-AIMD法に基づくシミュレーションによる調査を行う．ここでは，原初地球上での主たる炭素源であった二酸化炭素（もしくは海洋に溶けて生成する炭酸），水，そして金属鉄から成る計算モデルを用いる．先行研究によると，フィッシャー・トロプシュ法のような工業的に洗練された炭化水素合成法などに見られる生成機構との類似性が示唆されている。このような重要な知見を考慮に入れながら，シミュレーション結果を解析していきたい．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度は初年度ということもあり研究方法の確立を優先したため，論文投稿は行ったものの学会発表は少なく，特に国外での成果発表を行わなかった．昨年度残ったその旅費を次年度使用に変更した．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用分は，研究の加速のため多くの計算機が必要なことから外部計算機の利用のために使わせていただきたい．その他は大幅な使用計画に変更はない．
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