電気化学で拓く地球，そして宇宙における生命の起源

电化学探索地球和宇宙生命的起源

基本信息

批准号：
21H04527
负责人：
北台紀夫
金额：
$ 27.54万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年，我々は深海熱水噴出孔への電気化学調査を行い，噴出孔の内側から外側へ向かう定常的な電子の流れを発見した．熱水系は宇宙，少なくとも我々の太陽系に幅広く存在する可能性が示されており，その場がもたらす電気化学反応場は二酸化炭素(CO2)を還元し，種々の有機物を生成する原始代謝システムの発生を駆動した（している）可能性がある．この仮説を室内実験と熱力学計算から検証し，単純な無機分子から生体分子へ至る一連の化学プロセスに適した環境条件を特定することが，本研究の目的である．2022年度は，特にアンモニアの選択的濃集について進展があった．アンモニアは生体分子（例えばアミノ酸）の合成に必須な窒素源の一つである．先行研究から，海底熱水噴出孔環境で起こる様々な水熱・電気化学反応を模擬したアンモニア合成が示されてきたが，生じたアンモニアが海水へと散逸することなく噴出孔近傍にどのように留まり，有機化学反応に関与してきたかは不明であった．本研究では，硫化鉄（マッキナワイト）を電気還元することで，相間の鉄原子がゼロ価へと変化し（Fe2+ + 2e- → Fe0），アンモニアを選択的に結合する配位サイトが生じることを発見した．1mMアンモニアを含む模擬原始海水（1 M NaCl，CO2バブリングによりpHは弱酸性～中性）中での実験では，アンモニアの固液分配係数はマッキナワイトの電気還元により最大55倍に増大し，90%以上のアンモニアがマッキナワイトに濃集することが示された．本成果は論文にまとめ，国際誌で査読を受けていることろである．その他，研究テーマとして「深海熱水噴出孔環境を模擬した実験条件下での有機化合物合成」，「深海熱水噴出孔環境で生じる発電現象の再現」等にも取り組んだ．実験データを取得・整理し，学術論文としての成果報告を目指している．

最近，我们对深海热液喷口进行了电化学研究，发现电子从喷口内部稳定地流向外部。研究表明，热液系统可能广泛存在于宇宙中，至少在我们的太阳系中，这些系统产生的电化学反应场负责还原二氧化碳（CO2）并产生各种有机物质的原始代谢系统。这可能是导致疫情爆发的原因。这项研究的目的是通过实验室实验和热力学计算来验证这一假设，并确定适合从简单无机分子到生物分子等一系列化学过程的环境条件。 2022年，特别是在选择性浓缩氨方面取得了进展。氨是合成生物分子（如氨基酸）必需的氮源之一。先前的研究表明，氨合成模拟了海底热液喷口环境中发生的各种热液和电化学反应，但尚不清楚它是否仍然存在并参与有机化学反应。在这项研究中，我们证明，通过电还原硫化铁（mackinawite），相之间的铁原子变为零价（Fe2+ + 2e- → Fe0），从而形成我发现的选择性结合氨的配位位点。在含有 1mM 氨（1M 氯化钠，由于 CO2 鼓泡，pH 值由弱酸性至中性）的模拟原始海水中进行的实验中，通过马基纳维特的电还原，氨的固液分配系数提高了 55 倍，增加到 90。超过 % 的氨浓缩在 Mackinawite 中。结果已总结在一篇论文中，并正在国际期刊上接受同行评审。其他研究主题包括“在模拟深海热液喷口环境的实验条件下合成有机化合物”和“再现深海热液喷口环境中发生的发电现象”。我们的目标是获取和组织实验数据并将结果报告为学术论文。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A comprehensive predictive model for selenate adsorption on oxide minerals

氧化物矿物上硒酸盐吸附的综合预测模型

DOI：
10.2343/geochemj.2.0628
发表时间：
2021
期刊：
Geochemical Journal
影响因子：
0.8
作者：
Norio Kitadai;Kumiko Nishiuchi;Yuko Nakano
通讯作者：
Yuko Nakano

Hydrogen generation through interactions of ferrous saponite with H2S-rich fluids on early Mars: Implications for planetary climate, environmental evolution, and habitability

早期火星上亚铁皂石与富含 H2S 的流体相互作用产生氢气：对行星气候、环境演化和宜居性的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Natsumi Noda;Yasuhito Sekine;Yoshi Takahashi;Hiroshi Sakuma;Takahiro Kawai;Mayuko Nakagawa;Norio Kitadai;Krinsin Johnson-Finn;Shawn McGlynn
通讯作者：
Shawn McGlynn

Quantification of Polysulfide Species in Aqueous Sulfur Thermocell

水硫热电池中多硫化物的定量

DOI：
10.1246/cl.220486
发表时间：
2023
期刊：
Chemistry Letters
影响因子：
1.6
作者：
Wataru Takahagi;Norio Kitadai;Satoshi Okada;Hongyao Zhou;Ken Takai;Teppei Yamada
通讯作者：
Teppei Yamada

On the potential benefit of prebiotic chemistry to the habitability of the present Earth

论生命起源前化学对当前地球宜居性的潜在好处