リュウグウ試料から生命の材料分子を80種以上発見

【2024年7月18日 海洋研究開発機構】

リュウグウは小惑星帯に多く存在する炭素質のC型小惑星で、地球誕生以前の太陽系の化学組成を保っている始原的な天体だ。探査機「はやぶさ2」が地球に持ち帰ったリュウグウ試料の分析では、試料が炭素や窒素に富み、水の影響がみられるものなど多様な有機物を多く含むことがわかっている。しかし、水に溶ける有機物や水が存在する条件で生成や分解が進むタイプの有機物については、どんなものがどれだけ含まれているかがまだ不明だった。

海洋研究開発機構の高野淑識さんたちの研究チームは、リュウグウ試料から溶媒に溶ける成分を抽出し、分子レベルで高精度な解析を行った。

（A～F）1kmから100μmまで、様々なスケールで見たリュウグウの物質。（G～I）リュウグウ試料を溶媒に溶かした抽出液と底面に沈んだ固体物質の様子（提供：海洋研究開発機構リリース、以下同）

その結果、水分子と結合しやすい親水性の有機酸（シュウ酸、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、ピルビン酸、乳酸、メバロン酸など65種）と、窒素を含む分子（アルキル尿素などを19種）が新たに多数検出された。

今回見つかった分子の中には、非生命的な物質進化の源流ともいえるアミノ酸や核酸塩基、さらに生命がエネルギーを生み出す「代謝」反応の材料となる始原的な物質が含まれている。

たとえば、リンゴ酸は核酸塩基の材料となり、今回検出された尿素と反応することで核酸塩基の一種であるウラシルになる。またピルビン酸はアミノ酸の材料であり、細胞の中で起こっている「クエン酸回路」などの多くの代謝経路の出発物質でもある。クエン酸も、生命のエネルギー代謝の中心的役割を果たす機能性分子だ。さらに、メバロン酸は細胞や細胞内器官の様々な膜構造の材料になる。

リュウグウ試料から同定された代表的な分子。α-ヒドロキシ酸（グリコール酸、乳酸、2-ヒドロキシ酪酸など）、β-ヒドロキシ酸（グリセリン酸、3-ヒドロキシ酪酸、メバロン酸、ヒドロキシ安息香酸など）、ジカルボン酸ヒドロキシ酸（リンゴ酸、シトラマル酸など）、モノカルボン酸（バレリン酸、4-オキソ吉草酸、5-オキソヘキサン酸、チグリン酸、トルイル酸、クミン酸など）、ジカルボン酸（シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸など）、トリカルボン酸（クエン酸など）、ピルビン酸、他の含窒素化合物（たとえば、尿素、メチル尿素、グリコシアミン＝グアニジノ酢酸、6-ヒドロキシニコチン酸、イソバレリルアラニン、およびジヒドロキシインドール）。一番下は新たに同定された環状硫黄化合物（S6、S7、S8）。画像クリックで表示拡大

今回の分析で、生命の原材料であるアミノ酸や核酸塩基の元となる物質がリュウグウには確実に存在し、生命誕生以前の化学進化の記録として残されている明確な証拠が得られた。

また、今回見つかったジカルボン酸の一つであるマロン酸は、水分子が存在する環境の下で分子構造が変化したり元に戻ったりする「互変異性」という性質を持っている。そのため、マロン酸の量を測定すると、試料が水分子に富む環境にあったかどうかが推定できる。このマロン酸の分析から、リュウグウにかつて水が豊富に存在した強い証拠が得られた。

マロン酸の互変異性。上が分子構造、下が分子内の電子の分布を示す。マロン酸は水分子が存在すると、安定なケト体（左）から不安定なエノール体（右）へと分子構造が変化する。エノール体のマロン酸はさらに分解されて別の分子に変わるため、他のジカルボン酸に比べてマロン酸だけ含有量が少ないと、水質変成を受けた証拠になる

リュウグウで起こった水質変成の概念図。（左）水に満ちていた過去の様子。母岩と液体の水が共存した状態で、温度や乾燥度合いの変化が繰り返され、水・有機物・鉱物の間で複雑な相互作用が起こっていた。（右）水質変成と脱水が起こった後。多孔質で壊れやすい鉱物や様々な塩、二次鉱物が形成され、乾燥した岩脈などが残された

さらに高野さんたちは、リュウグウが着陸した2か所の試料それぞれについて、軽元素（炭素・窒素・水素・酸素・硫黄）の存在量や安定同位体の組成、可溶性有機物の性質などを調べ、水と有機物と鉱物の相互作用でどんな化学進化が起こっていたのかという「現場検証」の結果をまとめた。こうして得られた基礎データは、NASAの探査機「オシリス・レックス」が地球へ持ち帰った小惑星「ベンヌ」の試料と比較研究する上でも重要な役割を果たすだろう。

今回の成果は、太陽系で最も早い時期に軽元素や有機分子がどのように存在・進化したのかというヒントを与えてくれる。また、原初の地球で起こった非生命的なプロセスの源流となる分子の進化過程を明らかにする上でも重要な一次情報となる。

今回の研究成果のイメージイラスト。可溶性成分の高精度分析から、親水性の有機分子に記録された水質変成の決定的な証拠が見つかり、水と親和性の高い有機酸や含窒素分子が総計84種新たに発見された。リュウグウは、水―有機物―鉱物の相互作用を伴う初生的な分子進化が今も進行中と考えられる