Unique phosphorous cycle on the early Earth

早期地球上独特的磷循环

基本信息

批准号：
22H00163
负责人：
掛川武
金额：
$ 27.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

現在と初期地球を含めた生物が行う化学反応能力の中で最も重要なのがエネルギー蓄積・運搬能力であり、AT P(アデノシン3リン酸)が担っている。初期地球の前生物世界でATPを生成するためには岩石圏からリンを供給し、有機物と一体化させることが必要である。しかし初期地球におけるリンの供給源や元素サイクル、化学的状態に関しては不明のままである。本研究では,このリンの問題にフォーカスし研究を展開する。その中で初期地球表層環境中でリンが「特異的」元素循環を行い、その終着駅においてATP形成したことを示す。研究を遂行するために、以下の4つの課題を設定し鉱物学・地球化学・合成有機化学を融合した研究を展開する。第１の課題は前生物世界での特異的リン元素サイクルの解明である。特に大陸のなかった初期地球では海底の玄武岩がリンの元素循環のスタートであったことを示す。これは主に海外から採集された岩石試料の分析を通して行う。第２の課題では初期地球リン循環に対して隕石衝突の果たした役割を明らかにする。リン酸が還元的リンに変わりうることや、衝突で特有のリン鉱物を形成しうることを示す。この課題は名古屋大学との共同研究として行う。第３の課題の中で初期地球海水中に「リン酸」だけでなく「還元的リン」が存在していたのかを検証する。さらに前生物的世界の堆積物内部リン再循環を通して、リン酸がリボースなどと反応し、AT Pが生成された可能性を実験的に実証するのが第４の課題である。これら研究を介して生命の起源に関する新しいシナリオを構築する。

在生物的化学反应能力中，包括现在和早期地球上的生物，最重要的是储存和运输能量的能力，而ATP（三磷酸腺苷）负责这一能力。为了在早期地球的生命起源世界中产生ATP，需要从岩石圈供给磷并将其与有机物结合。然而，早期地球上磷的来源、元素循环和化学状态仍然未知。在这项研究中，我们重点关注磷问题。其中，我们证明磷在早期地球表面环境中经历了“特定”的元素循环，并在其终点站形成了ATP。为了开展这项研究，我们将通过设定以下四个主题来开展矿物学、地球化学和有机合成化学相结合的研究。第一个挑战是阐明益生元世界中特定的磷元素循环。特别是，这表明在早期地球上，当没有大陆时，海底的玄武岩是磷元素循环的开始。这将主要通过分析从海外收集的岩石样本来完成。第二项任务将阐明陨石影响对早期地球磷循环的作用。我们证明磷酸可以转化为还原磷，并且碰撞后可以形成独特的磷矿物质。该项目将作为与名古屋大学的联合研究进行。第三个任务，我们将验证早期地球海水中是否不仅存在“磷酸”，还存在“还原性磷”。此外，第四个任务是通过实验证明通过前生物世界沉积物中磷的循环，磷酸与核糖和其他物质反应产生ATP的可能性。通过这些研究，我们将构建一个关于生命起源的新场景。