[U-11] CO環境の生命惑星化学

[U11-P07] 初期の火星・地球大気における太陽高エネルギー荷電粒子照射によるペプチドの非生物合成

*櫻井 悠貴¹、木村 智樹¹、鳥越 秀峰¹、小林 憲正²、奥村 宣明⁴、福井 康祐¹、小木 菜々夏¹、吉村 弥生¹、寺田 直樹³ (1.東京理科大学、2.横浜国立大学大学院工学研究院、3.東北大学大学院理学研究科、4.大阪大学蛋白質研究所)

大気や海洋を有する惑星において、生命の発生に必要なアミノ酸やタンパク質の起源は未解明である。タンパク質の基礎となるペプチド、アミノ酸や、その前駆体の起源を解明することは、生命の起源や発生条件の理解をする上で最重要の課題である。これらの生命前駆物質が、大気へのエネルギー入射により大気分子から非生物的に合成されたとする説があり、様々な初期惑星大気とエネルギーの組み合わせで非生物的合成実験が行われてきた[e.g. Miller, 1953]。初期の火星や地球の大気は主に弱還元型（COまたはCO₂, H₂O, N₂）と強還元型（CH₄, H₂O, NH₃）の2種類が提案されているが、いずれの場合も太陽高エネルギー粒子(Solar Energetic Particles, SEP)を模した陽子照射室内実験により大気分子からアミノ酸や、構造が一定でないソリンと呼ばれる高分子の物質[Sagan and Khare, 1979]が生成されることが分かっている[Kobayashi et al., 1990, 2023]。しかし、先行研究はアミノ酸とソリンの合成までにとどまっており、アミノ酸の重合によるペプチド形成や、タンパク質への非生物的進化は未検証である。

そこで本研究は、初期の火星・地球の火山周辺に豊富に存在し、反応性の高い硫黄ガスに注目した。硫黄を含むアミノ酸が、他のアミノ酸と同様にSEPにより大気中で非生物的に合成されたと仮定し、それらを母物質としたペプチドの非生物的合成をプラズマ照射実験で検証した。実験室において初期の火星・地球大気から生成されるアミノ酸組成（グリシン74.6%、アラニン19.9%、セリン5.49%, Kobayashi et al., 1990）を模した粉体サンプルと、含硫アミノ酸（システイン）を含む粉体サンプル（グリシン73.3%、アラニン19.6%、セリン5.39%、システイン1.77%）へ、水素分子イオン（10keV, 7µA）を1時間照射した。高速液体クロマトグラフィー分析の結果から、含硫アミノ酸を含む照射サンプルのみから、アミノ酸より高分子量の物質が検出された。また、高分子量物質のN末端シーケンス解析結果より、生成した高分子量物質はペプチド結合を複数持つことがわかった。ペプチドの構成物質を精密質量分析した結果、生成したペプチドはグリシンやアラニンからなることが同定された。また、ペプチドは、地球上の天然のタンパク質を構成するアミノ酸以外のアミノ酸を含むことも明らかになった。このことから、含硫アミノ酸はアミノ酸同士の結合を促進し、ペプチドを形成することが明らかになった。これらは、初期火星・地球の火山付近の大気中において、ペプチドがSEPにより非生物合成されていることを示唆する。今後は、ペプチドのさらなる構造分析や、硫黄を含む大気分子への高エネルギープロトン照射実験により、気体からペプチドやタンパク質の非生物合成に取り組む予定である。