小惑星リュウグウの有機宇宙化学：２つの太陽系天体で探る始原的な有機分子レベル進化

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21KK0062
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 古賀 俊貴 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), ポストドクトラル研究員 (30912034) ; 坂井 三郎 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), 主任研究員 (90359175)
• 研究期間 (年度): 2021-10-07 – 2026-03-31
• キーワード: 炭素質小惑星リュウグウ / 炭素質小惑星ベヌー / 有機分子の化学進化 / 地球帰還試料・初期分析

研究実績の概要

2023年度は、はやぶさ2探査機により地球帰還した小惑星リュウグウの可溶性有機物について初期分析の総括を行った。はやぶさ2初期分析SOMチームは、2つの試料（A0106とC0107）と1つの粒状サンプル（A0080）をいくつかの高感度・高分解能分析法を用いて調べた。元素分析の結果、炭素（C）、水素（H）、窒素（N）、酸素（O）、硫黄（S）の総含有量は、有機物、含水鉱物、炭酸塩、硫化物からなる揮発性軽元素に富んでおり、最大で～23.7 wt%と評価した。有機溶媒抽出物からは、数多くの有機分子が同定された。フーリエ変換イオンサイクロトロン/質量分析計を用いて、メタノール抽出液中のC、H、N、O、Sからなる分子組成について、約20,000の分子を帰属した。この分子分布は、母体の低温水性変質を示唆している。水抽出物中には、グリシン、アラニンなどのタンパク性のものと、β-アラニン、α-アミノ酪酸、ノルバリン、イソバリンなどの非タンパク性のものを含む合計20種類のアミノ酸が同定された。非対称炭素を持つアミノ酸の光学異性体はラセミ体として存在した。核酸塩基の1つであるウラシルは、イミダゾールカルボン酸のような構造異性体とともに同定された。メチルアミンなどの低分子アミンや酢酸などのカルボン酸も水抽出物から検出され、これらの遊離アミンやカルボン酸は揮発性が高いため、リュウグウ表面に有機塩として保持されることを示した。有機溶媒抽出物からは、アルキルベンゼン、ナフタレン、フェナントレンなどの多環芳香族炭化水素（PAHs）が検出された。ピレンとフルオランテンの存在量の違いは、それらの溶解度の違いによるもので、母天体での水質変成を示唆していると考えられる。ナフタレン、フルオランテン、ピレンの 13C 同位体濃縮は、星間物質中の極低温反応（～ 10K）による生成機構を示している。

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

研究成果に示すように、順調に計画を進展させている。
国際共同研究をさらに推進するために、NASAのOSIRIS-REx（オサイリス・レックス）ミッションの有機分析チーム統括のダニエル・グラビン主幹研究員（NASA/GSFC）とエリック・パーカー研究員（NASA/GSFC）をJAMSTEC横須賀本部に招聘し、研究交流を深めた。OSIRIS-RExは、小惑星ベンヌ（Bennu）からサンプルを収集して地球に持ち帰ることを目的とした探査ミッション（OSIRIS-REx：Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorerの略）であり、サンプルカプセルは、2023年9月に地球帰還を達成した。

今後の研究の推進方策

OSIRIS-REx（オサイリス・レックス）の地球帰還後のサンプルプロセスは、NASAジョンソン宇宙センターのクリーンルームで開封され、初期記載が慎重に行われている。今後、サンプルの化学組成、鉱物組成、有機物の存在などの調査解析が進められる予定である。正確な化学情報を取得することで、太陽系の起源と進化に関する理解を深める手がかりとなる。また、サンプルの保有する物理的特性を調べることにより、小惑星ベヌーの初生的な形成過程、衝突履歴、表面のダイナミクスなどについて明らかになると考えられる。それらの上で、ミッションの目的である、# Origins（起源）: 太陽系の起源と進化を理解する、# Spectral Interpretation（スペクトル解析）: 小惑星の表面の物質を詳細に分析する、# Resource Identification（資源識別）: 将来の資源利用のために、小惑星に存在する資源性を評価する、# Security（安全）: 地球に衝突する可能性のある小惑星を研究し、衝突リスクを評価する、# Regolith Explorer（レゴリス探査）: 小惑星の表面の粒子試料（レゴリス）を直接探査するために、包括的な調査研究を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

米国ジョンソンスペースセンター（NASA/JSC）でのサンプルプロセスの一部について、スケジュールの遅延が生じたため。
次年度以降は、高分解能質量分析法を用いた分子解析に関する調査活動で使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] アメリカ航空宇宙局（NASA）/カリフォルニア工科大学/カーネギー研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アメリカ航空宇宙局（NASA）/カリフォルニア工科大学/カーネギー研究所
  • 他の機関数: 10
• [国際共同研究] ドイツ研究センターヘルムホルツセンター/マックスプランク研究機構（MPI）/ミュンヘン工科大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ドイツ研究センターヘルムホルツセンター/マックスプランク研究機構（MPI）/ミュンヘン工科大学
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] スイス工科大学（ETH）(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス工科大学（ETH）
• [国際共同研究] ロンドン大学/英国自然史博物館/インペリアルカレッジロンドン大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ロンドン大学/英国自然史博物館/インペリアルカレッジロンドン大学
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] オーストラリア国立大学（ANU）/カーティン大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: オーストラリア国立大学（ANU）/カーティン大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [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
• [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.-i., 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. et al.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 59 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] 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., and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 40 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] Soluble organic molecules in samples of the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu (2023)
  • 著者名/発表者名: Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Oba, Y., Hamase, K., Furusho, A., Ogawa, N.O., Hashiguchi, M., Fukushima, K., Aoki, D., Schmitt-Kopplin, P., Aponte, J.C., Parker, E.T., Glavin, D.P., McLain, H.L., Elsila, J.E., Graham, H.V. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 ページ: eabn9033
  • 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] Noble gases and nitrogen in samples of asteroid Ryugu record its volatile sources and recent surface evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Okazaki, R., Marty, B., Busemann, H., Hashizume, K., Gilmour, J.D., Meshik, A., Yada, T., Kitajima, F., Broadley, M.W., Byrne, D., Furi, E., Riebe, M.E.I., Krietsch, D., Maden, C., Ishida, A., Clay, P., Crowther, S.A., Fawcett, L., Lawton, T., Pravdivtseva, O., Miura, Y.N., Park, J., Bajo, K.-i., Takano, Y. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 ページ: eabo0431
  • DOI: 10.1126/science.abo0431
  • 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., Dworkin, J.P., Glavin, D.P., Elsila, J.E., Graham, H.V., Naraoka, H., Takano, Y., Tachibana, S., Karp, A.T., Grice, K., Holman, A.I., Freeman, K.H., Yurimoto, H. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 382 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] The noble gas and nitrogen relationship between Ryugu and carbonaceous chondrites (2023)
  • 著者名/発表者名: Broadley, M.W., Byrne, D.J., Furi, E., Zimmermann, L., Marty, B., Okazaki, R., Yada, T., Kitajima, F., Tachibana, S., Yogata, K., Sakamoto, K., Yurimoto, H., Nakamura, T., Noguchi, T., Naraoka, H., Yabuta, H., Watanabe, S., Tsuda, Y., Nishimura, M., Nakato, A., Miyazaki, A., Abe, M., Okada, T., Usui, T. et al.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 345 ページ: 62-74
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.01.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extraterrestrial amino acids and amines identified in asteroid Ryugu samples returned by the Hayabusa2 mission (2023)
  • 著者名/発表者名: Parker, E.T., McLain, H.L., Glavin, D.P., Dworkin, J.P., Elsila, J.E., Aponte, J.C., Naraoka, H., Takano, Y., Tachibana, S., Yabuta, H., Yurimoto, H., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A., Miyazaki, A., Yogata, K., Abe, M., Okada, T., Usui, T., Yoshikawa, M., Saiki, T. et al.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 347 ページ: 42-57
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.02.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PAHs, hydrocarbons, and dimethylsulfides in Asteroid Ryugu samples A0106 and C0107 and the Orgueil (CI1) meteorite (2023)
  • 著者名/発表者名: Aponte, J.C., Dworkin, J.P., Glavin, D.P., Elsila, J.E., Parker, E.T., McLain, H.L., Naraoka, H., Okazaki, R., Takano, Y., Tachibana, S., Dong, G., Zeichner, S.S., Eiler, J.M., Yurimoto, H., Nakamura, T., Yabuta, H., Terui, F., Noguchi, T., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A. et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 ページ: 28
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01758-4
  • 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, Y., Koga, T., Takano, Y., Ogawa, N.O., Ohkouchi, N. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 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] 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, M., Aoki, D., Fukushima, K., Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Dworkin, K.E., Aponte, J.C., Elsila, J.E., Eiler, J.M., Furukawa, Y., Furusho, A., Glavin, D.P., Graham, H.V., Hamase, K., Hertkorn, N., Isa, J., Koga, T., McLain, H.L., Mita, H., Oba, Y., Ogawa, N.O., Ohkouchi, N. et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 ページ: 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 ページ: 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, T., Takano, Y., Naraoka, H., Koga, T., Araoka, D., Ogawa, N.O., Schmitt-Kopplin, P., Hertkorn, N., Oba, Y., Dworkin, J.P., Aponte, J.C., Yoshikawa, T., Tanaka, S., Ohkouchi, N., Hashiguchi, M., McLain, H., Parker, E.T., Sakai, S., Yamaguchi, M., Suzuki, T., Yokoyama, T., Yurimoto, H. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 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, P., Hertkorn, N., Harir, M., Moritz, F., Lucio, M., Bonal, L., Quirico, E., Takano, Y., Dworkin, J.P., Naraoka, H., Tachibana, S., Nakamura, T., Noguchi, T., Okazaki, R., Yabuta, H., Yurimoto, H., Sakamoto, K., Yada, T., Nishimura, M., Nakato, A. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 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] A curation for uncontaminated Hayabusa2-returned samples in the extraterrestrial curation center of JAXA: from the beginning to present day (2023)
  • 著者名/発表者名: Yada,T., Abe, M., Nishimura, M., Sawada, H., Okazaki, R., Takano, Y., Sakamoto, K., Okada, T., Nakato, A., Yoshitake, M., Nakano, Y., Yogata, K., Miyazaki, A., Furuya, S., Iwamae, A.S., Nakatsubo, S., Hatakeda, K., Hitomi, Y., Kumagai, K., Suzuki, S., Miura, Y.N., Ito, M., Tomioka, N. et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 ページ: 170
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01924-2
  • 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 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] 小惑星リュウグウ中の可溶性有機分子 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古賀 俊貴
  • 雑誌名: Viva Origino 巻: 51 ページ: 6.
  • DOI: 10.50968/vivaorigino.51_6
  • 査読あり
• [学会発表] Carbonaceous asteroid Ryugu is a natural laboratory for primordial chemical evolution (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Takano
  • 学会等名: COPL (Centre for Origin and Prevalence of Life), ETH Zurich
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organic Molecular Signatures of Aqueous Alteration at Ryugu (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Takano, H. Naraoka, J. P. Dworkin et al.
  • 学会等名: Solar System symposium in Sapporo 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Hayabusa2: cutting edge technologies and future prospects (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Takano
  • 学会等名: Frontier of Understanding Earth's Interior and Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [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, T. KOGA, Y. TAKANO et al.
  • 学会等名: Solar System symposium in Sapporo 2023
  • 国際学会
• [備考] 東洋経済オンライン特集記事
  • URL: https://toyokeizai.net/articles/-/715181
• [備考] JAMSTEC 海洋研究開発機構 ＼海と地球の研究所／
  • URL: https://twitter.com/JAMSTEC_PR/status/1747923556246364212
• [備考] 講談社ブルーバックス：リュウグウは有機宇宙化学のリアルな実験室
  • URL: https://gendai.media/articles/-/116126
• [備考] 小惑星リュウグウ：地球と海が出来る前の姿／多機関連携のシナジーが読み解いた記録（15:10～）
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=sUKmMk9wK_A
• [備考] 【プレスリリース】小惑星リュウグウから始原的な「塩（Salt）」と有機硫黄分子群を発見
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20230918/