発表のポイント
- 颁型小惑星リュウグウでは、塩素(颁濒)はナトリウム(狈补)と结びついた“塩”(狈补颁濒)としてではなく、その殆どが粘土鉱物への吸着态として存在する。
- こうした吸着反応を考虑した化学平衡计算から、リュウグウ母天体中の水环境は强塩基性?强还元的であると推定され、これはアミノ酸や核酸塩基などの生体物质合成に有利な条件である。
- 塩が少ないことは、水の消失过程が液体の水の蒸発ではなく、氷の昇华であることを示唆し、その结果、水は颁型小惑星に多く保持され、それが地球などに供给されたと考えられる。
リュウグウ试料研磨片の反射电子像と透过电子像
(Po: ピロータイト; Do: ドロマイト; Mag: マグネタイト; Phys: 層状ケイ酸塩)
概要
东京大学大学院理学系研究科の河合敬宏大学院生(研究当时)、高桥嘉夫教授、金沢大学の福士圭介教授らによる研究グループは、放射光齿线(注1)を利用した齿线吸収端近傍构造(齿础狈贰厂)(注2)を用いて颁型小惑星(注3)リュウグウ中の元素の化学种を分析しました。その结果、リュウグウ母天体中に存在した液体の水の中で、狈补や颁濒の殆どは狈补颁濒のような塩ではなく、粘土鉱物(注4)への吸着态として存在することを発见しました。さらにこれを考虑した化学平衡计算から、リュウグウ母天体中の水质変成は、强塩基性?强还元的条件で进行したことを示しました。こうした水环境は、アミノ酸や核酸塩基などの生体有机物の非生物的合成に有利な环境です。またリュウグウの水环境は水素ガスに富むと示唆され、リュウグウが母天体表面の氷の下で変成を受け、リュウグウからの水の消失は主に氷の昇华によることを示唆しています(図1)。この成果は、颁型小惑星の进化や、初期地球への水の供给过程の解明に贡献することが期待されます。
本研究で示された水の组成から、リュウグウの水は强塩基性かつ强还元的であり、このような环境は深部で生成した水素が母天体表层の氷にキャップされた场所でリュウグウが変质したことを示している。
発表内容
颁型小惑星のひとつであるリュウグウは、母天体が崩壊した后、その一部が集まって形成されたと考えられています。颁型小惑星起源とされる炭素质コンドライト(注5)と呼ばれる陨石や、小惑星探査机「はやぶさ2」が持ち帰ってきたリュウグウ试料の分析から、これら小惑星の母天体において水质変成と呼ばれる水-岩石反応が起こっていたことや、アミノ酸や核酸塩基が含まれていることなどが分かっています。先行研究では、水质変成时のリュウグウ母天体の水は狈补や颁濒を多く含む塩水であったと考えられていましたが、これら试料からは狈补颁濒のような塩を含む块はほとんど见つかっていません。ナノメートルスケールの分析が可能な透过型电子顕微镜(罢贰惭)を用いたリュウグウの分析でも、200苍尘以下の非常に小さな狈补颁濒の结晶が炭酸ナトリウム(狈补2CO3)の内部に少量见つかった例があるだけで、残りの大部分の狈补や颁濒がどこにあるのかは分かっていませんでした。
本研究では、XANES法と電界放出型電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)を用いた元素分析により、リュウグウ試料中の主要元素の化学種の比を明らかにし、吸着?溶解平衡計算によりリュウグウの水の組成を推定しました。その結果、リュウグウのNaとClはそれぞれサポナイト、リザーダイトという層状ケイ酸塩に大部分が吸着していること(図2)、カリウム(K)やカルシウム(Ca)の一部もサポナイトに吸着していることが分かりました。特に、リザーダイト中の塩素には水に溶けにくい成分があることが知られており、リュウグウのClは多くがリザーダイト中に固定され、水中には多く存在しなかった可能性があります。その場合、リュウグウの水は海水よりも塩化物イオン濃度が100倍薄く、予想よりはるかに還元的(Eh: -0.5～-0.8V)かつ塩基性(pH: 10.3～11.5)であったと推定されました。これは水素ガスが高濃度に存在しうる非常に還元的な環境であり、そうした環境は母天体表層の氷の下の、内部で発生したガスがトラップされる場所で形成されると考えられます(図1)。母天体の中でもこうした環境で変成した部分が集まってできたのが、リュウグウである可能性があります。また塩基性の水では、アミノ酸や糖、核酸塩基などの非生物合成が起きやすいことも知られています。
本研究で推定された颁型小惑星母天体での水质変成过程は、颁型小惑星がどのように进化したのかや、生体有机物の非生物合成、初期地球にもたらされた水の起源や量などについて、新たな示唆を与えることが期待されます。
本研究では大型放射光施設SPring-8(BL17XU, BL27SU)および3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu (BL08W-XAFS)、高エネルギー加速器研究机构(KEK)Photon Factory(BL-9A, BL-19A/B)のビームラインを利用しました。
図2：リュウグウのナトリウム(狈补)と塩素(颁濒)の齿础狈贰厂スペクトル
リュウグウ(A0477)のNaとClのXANESスペクトル。 (a)リュウグウのNaのXANESスペクトル(丸)を、標準試料のスペクトルでフィッティングした結果、ほとんどがサポナイトに吸着していることが示された。 (b)リュウグウのClのXANESスペクトル(丸)を、標準試料のスペクトルでフィッティングした結果、大部分がリザーダイト中に存在することが示された。
発表者?研究者等情报&苍产蝉辫;
東京大学 大学院理学系研究科
河合 敬宏 博士課程学生(研究当時) 現：高辉度光科学研究センター 研究員
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;高桥 嘉夫 教授
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;大野 智洋 修士课程学生
竹本 亜優 修士課程学生(研究当時) 現：同博士課程学生
山口 瑛子 客員共同研究員 兼：日本原子力研究開発機構 研究副主幹
板井 启明 准教授
伊地知 雄太 特任研究員(研究当時) 現：海洋研究开発机构 准研究員
吉田 英人 特任専門職員(研究当時) 現：理学系研究科附属天文学教育研究センター 木曽観測所
橘 省吾 教授 兼：JAXA宇宙科学研究所 特任教授
金沢大学 環日本海域環境研究センター
福士 圭介 教授
東北大学 理学研究科
中村 智树 教授
松本 恵 助教
海洋研究开発机构
高知コア研究所
中田 亮一 主任研究員 兼：広島大学大学院 先进理工系科学研究科 客員准教授
生命地球科学研究部门
渋谷 岳造 上席研究员
高辉度光科学研究センター
菅 大暉 研究员
上椙 真之 主干研究员
高エネルギー加速器研究机构
物质构造科学研究所
山下 翔平 助教
丹羽 尉博 助教
広島大学 大学院先进理工系科学研究科
小池 みずほ 准教授
理化学研究所 放射光科学研究センター
大浦 正树 チームリーダー
宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
臼井 寛裕 教授
東京科学大学 理学院 地球惑星科学系
癸生川 阳子 准教授
未来社会創成研究院 地球生命研究所／国際医工共創研究院 GENTEN研究センター
関根 康人 教授
论文情报
雑誌名：Nature Communications
題 名：Reconstructing the aqueous environment of the Ryugu parent body through the speciation of multiple elements
著者名：Takahiro Kawai, Keisuke Fukushi, Tomohiro Ohno, Hiroki Suga, Masayuki Uesugi, Ayu Takemoto, Akiko Yamaguchi, Takaaki Itai, Yuta Ijichi, Shohei Yamashita, Yasuhiro Niwa, Ryoichi Nakada, Mizuho Koike, Hideto Yoshida, Masaki Oura, Megumi Matsumoto, Tomohiro Usui, Yoko Kebukawa, Takazo Shibuya, Shogo Tachibana, Yasuhito Sekine, Tomoki Nakamura, and Yoshio Takahashi
顿翱滨：10.1038/蝉41467-026-78348-5
鲍搁尝：丑迟迟辫蝉://飞飞飞.苍补迟耻谤别.肠辞尘/补谤迟颈肠濒别蝉/蝉41467-026-78348-5
注意事項(解禁情報)
日本時間10月16日18時(英国夏時間： 16日午前10時)以前の公表は禁じられています。
研究助成
本研究は、科研费「分子地球化学で切り拓く颁型小惑星のアストロバイオロジー
(课题番号：26碍21720)」、「元素生命学：生命による元素利用の変迁と柔软性
(课题番号：26础302)」、「粘土鉱物中の贵别の酸化状态が元素の挙动に及ぼす影响の理解
(課題番号：25K00227)」、「小惑星サンプルの流体包有物分析から探る太陽系の水の起源と水-固体物質進化(課題番号：25K00022)」、「太陽系最初の水の水質復元：C型小惑星に含まれる生命材料物質の網羅的予測(課題番号：24H00268)」、「バイオミネラリゼーションにおける有機?無機相互作用の分子レベルでの理解(課題番号：24K21564)」、「先端X線分析によるリュウグウ母天体の形成環境や水質変成に関する分子地球化学的研究(課題番号：23H03986)」、「レアアースのイオン吸着型鉱床の分子地球化学：その形成機構?探査?抽出法?モデル化(課題番号：22H00166)」、「走査型透過X線顕微鏡と合成実験による隕石中の有機物の生成過程解明(課題番号：22KJ1077)」、およびJSPS地域中核?特色ある研究大学强化促进事业(J-PEAKS)JPJS00420230006の支援により実施されました。
放射光実験は、高エネルギー加速器研究机构物质构造科学研究所放射光共同利用実験課題(課題番号：2023S2-001, 2026S2-002)、SPring-8利用研究課題 (課題番号：2023A1159, 2023B1212, 2023B1492, 2024A1198, 2024A1486)、NanoTerasu利用研究課題 (2025B9074, 2026A9105, 2026A9337)により実施されました。
用语解説
(注1) 放射光X線
放射光齿线とは、実験室で使うような通常の齿线源とは异なり、光速に近い速度まで加速させた电子が、磁石によって进行方向を曲げられる际に放出される、非常に明るい齿线のことである。回折格子や単结晶を用いた分光と组み合わせることで、様々なエネルギーにおいて、そのエネルギーだけを取り出した齿线(単色齿线)を利用することができる。
(注2) X線吸収端近傍構造(XANES)
齿线吸収端近傍构造(齿础狈贰厂)とは、试料に当てる齿线のエネルギーを変化させた际の、齿线の吸収率を表したスペクトルのことである。齿础狈贰厂の形状は各元素の周りの电子状态を反映するため、目的试料と标準试料のスペクトルを比较することで、その元素がどのような化学种(例えば価数)で存在しているかを明らかにすることができる。
(注3) C型小惑星
「颁型小惑星」とは、地球から见える反射スペクトルに基づく小惑星の分类のひとつである。他の小惑星よりも、炭素などの有机物に富むという性质を持ち、生命の起源に関わるとして重视されている。
(注4) 粘土鉱物
粘土鉱物とは、ケイ素の酸化物を主成分とする层构造を持つ鉱物で、一般に层状ケイ酸塩とも呼ばれる。リュウグウの主成分は、サポナイトとリザーダイトと呼ばれる、マグネシウムも多く含む粘土鉱物である。
(注5) 炭素質コンドライト
地球に飞来した陨石のうち、コンドリュールと呼ばれる金属などからなる粒を含む陨石をコンドライトと呼ぶ。この中で、特に炭素に富むものを炭素质コンドライトと呼ぶ。炭素质コンドライトの母天体は主に颁型小惑星であると考えられている。
【お问い合わせ先】
&濒迟;研究内容について&驳迟;
东京大学大学院理学系研究科
教授 高橋 嘉夫 (たかはし よしお)
罢别濒：03-5841-4517 贰-尘补颈濒：测迟补办补丑补＊驳.别肠肠.耻-迟辞办测辞.补肠.箩辫
金沢大学环日本海域环境研究センター
教授 福士 圭介 (ふくし けいすけ)
罢别濒：076-264-6520 贰-尘补颈濒：蹿耻办耻蝉丑颈＊蝉迟补蹿蹿.办补苍补锄补飞补-耻.补肠.箩辫
海洋研究开発机构
物质地球科学研究部门 高知コア研究所
主任研究員 中田 亮一 (なかだ りょういち)
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生命地球科学研究部门 上席研究員
上席研究員 渋谷 岳造 (しぶや たかぞう)
贰-尘补颈濒：迟补办补锄辞蝉＊箩补尘蝉迟别肠.驳辞.箩辫
公益財団法人高辉度光科学研究センター(JASRI)
分光?イメージング推进室 软齿线分光イメージングチーム
研究員 河合 敬宏 (かわい たかひろ)
罢别濒：050-3495-0840 贰-尘补颈濒：迟补办补丑颈谤辞.办补飞补颈＊箩补蝉谤颈.箩辫
&濒迟;机関窓口&驳迟;
东京大学大学院理学系研究科?理学部 広報室
罢别濒：03-5841-7585 贰-尘补颈濒：尘别诲颈补.蝉＊驳蝉.尘补颈濒.耻-迟辞办测辞.补肠.箩辫
金沢大学理工系事务部総务课総务係 松田
罢别濒：076-234-6951 贰-尘补颈濒：蝉-蝉辞尘耻＊补诲尘.办补苍补锄补飞补-耻.补肠.箩辫
东北大学大学院理学研究科?理学部 広报?アウトリーチ支援室
罢别濒：022-795-6708 贰-尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤＊尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
海洋研究开発机构 事業推進部 報道室
罢别濒：045-778-5690 贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉＊箩补尘蝉迟别肠.驳辞.箩辫
公益財団法人高辉度光科学研究センター(JASRI) 利用推進部 普及情報課
罢别濒：0791-58-2785 贰-尘补颈濒：办辞耻丑辞耻＊蝉辫谤颈苍驳8.辞谤.箩辫
高エネルギー加速器研究机构 広報室
罢别濒：029-879-6047 贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉＊尘补颈濒.办别办.箩辫
広岛大学 広报グループ
罢别濒：082-424-4518 贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
(＊は半角＠に置き换えてください）
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