[U-08] CO環境の生命惑星化学

[U08-09] COを含む惑星大気からのアミノ酸・核酸塩基の前生物的生成

*小林 憲正¹、Airapetian Vladimir^2,3、宇土 拓海¹、癸生川 陽子¹、高橋 淳一¹、柴田 裕実⁴、三田 肇⁵、福田 一志⁶、小栗 慶之⁶ (1.横浜国立大学大学院工学研究院、2.NASA Goddard Space Flight Center、3.American University、4.大阪大学、5.福岡工業大学、6.東京工業大学)

キーワード：一酸化炭素、アミノ酸、核酸塩基、太陽エネルギー粒子、初期惑星大気

1953年のMillerの放電実験[1]以来，CH₄を含む「模擬原始大気」を用いた実験が多数行われ，アミノ酸や核酸塩基の生成が報告されてきた。今日ではCH₄ではなくCOが主要な還元型炭素化学種と考えられている[2]。このため，COが生化学的に重要な化合物の生成に適した出発材料かどうかを調べることは重要である。火花放電（雷の模擬）が初期大気中での化学進化模擬実験で多く用いられてきた。これはCH₄-NH₃ または CH₄-N₂型混合気体からは効率的にアミノ酸を生成するが，CO-N₂ 型混合大気からのアミノ酸の生成は限定的である[3]。
われわれは，COを含む混合気体からのアミノ酸や核酸塩基の生成の可能性を調べてきた。CO-N₂ 型混合大気に銀河宇宙線(GCRs)や太陽エネルギー粒子(SEPs)の作用を模し，陽子線を照射するとCH₄-N₂型混合気体を用いた場合とほぼ同じ収率でアミノ酸が生成した[4]。同様の混合気体へX線[5]やγ線[6]といった高エネルギー光子を照射した場合もアミノ酸が生成した。また，CO-N₂-H₂O混合物の高温プラズマを急冷することにより種々のアミノ酸や核酸塩基が生成した[7,8]が，これは隕石衝突の模擬に当たる。これらの実験で，CO₂-CO-N₂ 型混合物を用いた場合は，収率は下がるものの，アミノ酸や核酸塩基の生成は可能であった[9]。このように，COは初期惑星大気（系外惑星を含む）中での前生物的有機物合成に適した炭素種であることがわかった。
近年，太陽に似た若い恒星が頻繁にフレアとコロナ質量放出を起こし，高フラックスの恒星エネルギー粒子(StEPs)を出していることが観測された[10,11]。われわれの陽子線照射実験により，若い太陽からのSEPsが弱還元型初期地球大気からの生体有機物生成にもっとも効果的なエネルギー源であることが示された[12]。若い太陽から頻繁に発せられるSEPsは太陽系初期6億年間，GCRsよりもはるかに高フラックスと推定されるため，SEPs高エネルギー陽子線は初期地球および系外惑星のCOを含む大気からの生体有機物の生成にもっとも有効なエネルギー源と考える。

引用文献
[1] Miller, S. L. (1953) Science 117, 528-529.
[2] Catling, D. C. and Kasting, J. F. (2017) Atmospheric Evolution on Inhabited and Lifeless Worlds, Cambridge University Press.
[3] Schlesinger, G and Miller, S. L. (1983) J. Mol. Evol. 19, 376-382.
[4] Kobayashi, K. et al. (1990) Orig. Life Evol. Biosph. 20, 99-109.
[5] Takahashi, J. et al. (1999) Appl. Phys. Lett. 74, 877-879.
[6] Kobayashi, K. et al. (1998) Orig. Life Evol. Biosph. 28, 155-165.
[7] Miyakawa, S. et al. (1998) Appl. Phys. Lett. 72, 990-992.
[8] Miyakawa, S. et al. (1999) J. Am. Chem. Soc. 121, 8144-8145.
[9] Miyakawa, S. et al. (2002) Proc. Nat. Acad. Sci. USA 99, 14628-14631.
[10] Maehara, H. et al. (2012) Nature 485, 478.
[11] Namekata, K. et al. (2022) Nat. Astron. 6, 241.
[12] Kobayashi, K. et al. Life, submitted.