CO world: CO環境の生命惑星化学


Why CO world?

 本領域は、生命を生み出すのに必要な惑星環境を解明することを目的とし、一酸化炭素COから有機分子が生成する惑星環境(CO world)の研究を学際的に推進することでブレークスルーを生み出す研究計画である。
 これまでの天文観測や惑星探査によって、地球以外にも、生命活動の可能な天体が次々に発見され、これらの天体に、生命の痕跡を発見することを目指した観測がすでに始まっている。しかしながら、どのような惑星環境が生命の誕生に必要なのか?という根本的な問題は未解明である。本領域では、酸化還元状態に応じた主要な炭素の化学種(CO2/CO/CH4)の違いがもたらす惑星環境の多様性を俯瞰し、その体系化を目指す。なかでも、COに富む環境は、多様な有機分子を合成するのに適している。一方、微生物代謝を見ても、最古の炭素固定経路とされるアセチルCoA経路のみがCOを炭素源として利用できることも地球生命の初期代謝にとって極めて興味深い。さらに近年、初期の地球や火星の大気にCOが存在したことが理論的に予測され、その地球化学的な証拠も見つかっている。


惑星環境の多様性とCO world


Our Approach

この領域では、従来見過ごされてきたCO worldの研究を、4つの学問分野の融合により推進する。A01 理論班とA02 環境班は、それぞれ惑星大気・物質循環の理論モデルと同位体分子等の地球化学的な観測・実験から、初期の地球や火星、その他の系外惑星の大気にCOがどれだけ存在するのか、また、そのCOからどの種の有機分子がどれだけ生成するのかを明らかにする。一方、A03 生物班とA04 化学班は、そのような惑星環境の下で、どのような生態系と化学反応系が成立するのかを明らかにする。生命を生み出すには、材料となる有機分子が存在するだけでは不十分である。むしろ、それらの材料分子が常に生み出される反応のシステムが環境中に存在している必要がある。本領域は、COに着目することにより、生命代謝につながる化学系(前駆代謝系)が、現実の惑星環境において成立することを実証する計画である。また、こうした学際的取り組みを通し、今後の天文観測と惑星探査において生命活動の痕跡を判別するための具体的方法を提示することにより、当該分野の変革をもたらす。


領域概要


From Planet to Life

生命を生み出すにはどのような惑星環境が必要だろうか?現在の生物が持つ中心代謝と同様の化学系は、酵素の代わりに、最初は地球の用意した無機触媒によって駆動することが可能であったと考えられる。このような化学は前駆代謝と呼ばれる。CO worldにおいては、大気COから絶え間なく生成するアルデヒドや有機酸によって前駆代謝系を持続的に駆動することが期待できる。また、この反応系が、それを構成する分子の自身を生成すると、自己触媒サイクルが成立し、より効率的にアミノ酸等の分子が生み出される。さらにこれらが重合し、活性を持てば、無機触媒を置き換え、この化学系自身が環境から徐々に自立できる。本領域では、この例のように惑星環境中で成立し、生命に繋がる(もしくは繋がった)化学系を構築することで生命の起源に迫る。


作業仮説:CO worldで成立する前駆代謝



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