| 研究課題/領域番号 |
21J20802
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
末岡 優里 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 岩石ー水相互作用 / 蛇紋岩化反応 / 地下微生物 / 地球外生命探査 |
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| 研究実績の概要 |
生命が誕生した可能性が高い天体の一つである火星は、地球と類似した惑星の形成・進化過程を経ており、その地殻は地球の海洋地殻と類似した玄武岩質溶岩で構成される。地下深部には液体状の水の存在が示唆されており、生命の生存を支える岩石-水反応が起きていた可能性がある。現在火星では、生命探査を目的とした岩石試料のサンプルリターン計画が進行中であるが、岩石内部に生息する生命に対する知見や分析技術は、未だ乏しい。本研究では、地球における火星アナログ試料として海洋地殻上部の玄武岩質溶岩から得た玄武岩コアを用い、岩石内生命検出手法の開発・改良および岩石内生命の生態系について調査を行う。
本年度は、これまでの研究で新規に開発したDNA染色剤を用いた岩石内生命の検出技術をさらに発展させるため、玄武岩コア試料に対して赤外分光法を用い、複数のアプローチから、より簡便で信頼性の高い生命検出手法を検討し、岩石試料中の粘土鉱物/有機物と微生物の空間的分布および関連性を評価するための基盤を整えた。赤外分光分析は、試料中の蛍光物質による干渉を受けないため、ラマン分光分析では確認できない構造を検出できる利点がある。サブミクロンの高分解能を持つO-PTIRを用いて局所赤外分光分析を行ったところ、岩石薄片中で微生物細胞に特徴的なスペクトルを得ることができた。また、赤外顕微鏡を用いた分析では、岩石薄片中の鉱物分布および組成の差異を反映したスペクトルを得ることができた。これらの成果は、今後さらに詳細に行う微生物解析や鉱物解析において、生体分子の効率的な検出に加え、蛇紋岩化反応に伴う非生物学的有機物の生成が示唆される蛇紋石や、有機物を濃集する効果を持つ粘土鉱物を見分ける際に非常に有用であると考える。また、玄武岩コアの水簸試料からDNAを抽出して16S rRNA解析を行い、微生物の群集組成も並行して調査中である。
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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
新型コロナ感染症対策に係る規制により、マイクロX線CTによる岩石薄片内の空隙構造の分析など当初予定していた分析は一部行うことができなかったが、薄片内の粘土鉱物/有機物分布および微生物分布を明らかにする目標のもとでは、サブミクロンレベルの局所で赤外分光測定を行うことができる、0-PTIRを用いて薄片を分析することで、微生物が密集する領域と粘土鉱物が分布する領域でそれぞれ特徴的なスペクトル得ることに成功したため、概ね計画に沿って進展していると考える。今年度の成果により、粘土鉱物領域と微生物細胞領域を見分ける基盤を整えることができたため、今後より広域での粘土鉱物/有機物および微生物細胞の空間的な分布について調査に適用していく。
岩石内に生息する微生物生態系の解析については、当初計画していたメタゲノム解析まで行うことはできなかったが、粉末化した玄武岩コアの水簸試料から抽出したDNAを用いて16S rRNA解析を行い、群集組成を調査中である
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| 今後の研究の推進方策 |
微生物細胞の存在が確認されている玄武岩質溶岩試料を対象とし、岩石内に生息する微生物の生物学的特徴に関しては、代謝様式や始原的な特徴の有無を明らかにすることができるメタゲノム解析を行い、岩石の鉱物学的特徴に関しては、最先端の固体分析技術を駆使して、解析が困難な蛇紋石やサポナイトなどの混合層鉱物を同定することを目指す。
生物学的特徴を明らかにするために、蛇紋石を主要粘土鉱物として含むと考えられる玄武岩質溶岩コアに対して水ひ処理を行ない、得られた水ひ試料からDNAを抽出した後ショットガンライブラリー法によってDNA配列を決定し、ゲノムを構築する。次に、構築したゲノム配列情報を解析し、岩石試料内部に生息する微生物の生物学的分類、代謝様式および始原的な特徴の有無について明らかにする。
また、微生物細胞が密集する領域を、収束イオンビーム(FIB)加工技術で切り出し、NanoSIMSを用いて炭素、窒素、リン、硫黄 などの生体主要元素を細胞レベルでイメージングし、細胞密度を算出する。
次に、鉱物学的な特徴を明らかにするために、NanoSIMSで分析したFIB試料を150 nm 厚に処理し、EDS付属の透過型電子顕微鏡(TEM)で鉱物解析する。TEM-EDS解析では、制限視野電子線回折図形と高分解能観察を組み合わせて、混合層鉱物の有無について明らかにする。
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