[B-CG04] 地球史解読：冥王代から現代まで

[BCG04-09] ガンフリント微化石の微量元素ナノスケール分析による初期原生代生命圏元素循環の推定

*石田 章純¹、笹木 晃平¹、掛川 武¹、高畑 直人²、佐野 有司² (1.東北大学 大学院 理学研究科 地学専攻、2.東京大学　大気海洋研究所)

キーワード：ガンフリント微化石、初期原生代、NanoSIMS、リン

本研究では初期原生代(約19億年前)のガンフリント微化石を対象として高空間分解能二次イオン質量分析計(NanoSIMS)を用いて分析を行い，微化石に含まれる炭素，窒素，硫黄に加え，リン，モリブデン等の生体必須元素の同定に挑戦した．ガンフリント微化石とは初期原生代の堆積層であるガンフリント層(カナダ)に産する数マイクロメートルから100マイクロメートル程度の大きさを持つ，形態バリエーションに富んだ微生物化石群の総称である．化石と名前がつきながらもその構造には有機物が残されることが知られており，形状の記載はもとより，個々の微化石単位での炭素同位体比の分析，NanoSIMSを用いた軽元素のマッピングなど様々な先行研究が行われている(例えばTyler & Barghoorn, 1954, Science; House et al., 2000, Geology; Wacey et al., 2013, PNAS; Williford et al., 2013, GCA)． 先行研究では炭素，窒素，硫黄など有機物の主要構成元素に注目した分析が行われている一方で，微生物の種類や活動，代謝様式を決定づける重要な要素の一つである微量元素については，測定と試料準備の困難さから検証がほとんど進んでいない．

本研究チームではGrey and Sugitani (2009, Precam. Res.)で紹介されている酸処理法を改良し，ガンフリント層堆積岩から微化石をほぼ非破壊で分離することに成功した．また，この試料に対しNanoSIMSを用いた炭素，窒素，硫黄のイメージングに成功し，複数種の微化石についてその元素分布の違いを明らかにしている(Sasaki et al., 2021, in prep.)．本研究ではこうした微化石試料に対して，NanoSIMSの1次イオンビームによるスパッタリング効果を利用し，微化石内部の元素濃度を深度方向の時間変化として捉える手法を開発し，リン，モリブデン等の検出を試みた．これにより初期原生代の微化石試料の有機物部分から初めてリンを直接検出することに成功した．また，極微量ではあるがモリブデンの検出にも成功した．本研究により約19億年前の生物が現代の生物と同様にリンを使用していたという直接的な証拠を初めて得ることができた． これはさらに，リン脂質細胞膜やエネルギー伝達物質であるATP合成などの機能を生物がこの時代までに獲得していたことを示唆する重要な発見である．また，窒素代謝酵素の中心金属であるモリブデンが有機物から直接検出できたことから，この時代の生命活動および生命圏の元素循環を間接的に規定できる可能性がある．