東北大と広島大、隕石衝突でDNA構成分子が生成することを解明

隕石衝突でDNA構成分子が生成
〜生命誕生前の核酸塩基の新たな生成過程〜


【概要】
　東北大学理学研究科　古川善博助教らは、物質・材料研究機構　小林敬道主幹研究員、広島大学大学院理学研究科　関根利守教授と共同で、生命誕生前の地球の海洋に隕石が衝突する（図１）際に起こる反応を模擬した実験を行い、無機物からDNAおよびRNA（注１）の構成物質である核酸塩基（注２）（シトシンおよびウラシル）や、タンパク質の構成物質である種々のアミノ酸が生成することを明らかにしました。

　※図１は添付の関連資料を参照


　核酸塩基はDNAとRNAの両方で合計５種類しかなく、遺伝情報を伝える重要な文字として働いています。また、タンパク質を構成するアミノ酸も生命の起源に重要な物質と考えられています。これまでの研究では、無機物で構成される生命誕生前の地球では、核酸塩基の生成が難しいと考えられてきました。
　今回の研究では、生命誕生前の地球の海洋に鉄を含む隕石が衝突する過程を模擬した衝突実験を行い、生成物を分析しました。その結果、鉄、水、重炭酸、アンモニアなどの無機物から、衝突反応により、最大２種類の核酸塩基および最大９種類のアミノ酸が同時に生成することが明らかになりました。このことは、生命誕生前の地球における遺伝物質の新たな供給源を示唆しています。
　本研究の成果は、平成２７年８月１７日（日本時間）公開の欧州科学雑誌「Earth　and　Planetary　Science　Letters」電子版に掲載されました。


【発表論文】
　・論文題目
　　Nucleobase　and　amino　acid　formation　through　impacts　of　meteorites　on　the　early　ocean

　・著者名
　　Yoshihiro　Furukawa（＊），　Hiromoto　Nakazawa，　Toshimori　Sekine，　Takamichi　Kobayashi　＆　Takeshi　Kakegawa
　　＊Corresponding　author（責任著者）

　・掲載誌
　　Earth　and　Planetary　Science　Letters　オンライン版

　・DOI番号
　　１０．１０１６／j．epsl．２０１５．０７．０４９


【詳細】
　１．　研究の背景
　生命の遺伝情報はDNAに記録されており、その情報はRNAを介してタンパク質の合成に使われ、タンパク質は生体内の様々な反応をコントロールしています。これらの物質を構成する核酸塩基やアミノ酸、リボースなどの有機物は生命起源にとって不可欠な物質ですが、生命誕生期の地球でこれらの重要な物質がどのように誕生したのかは分かっていませんでした。
　これに対して、中沢弘基博士（物質・材料研究機構名誉フェロー、元　東北大学教授）は鉄を含む隕石の衝突でこのような有機物が生成するという仮説を提案しました（参考文献１，２）。古川助教らの研究グループは、この仮説に基づき２００９年に隕石の衝突によりアモルファス炭素を炭素源として最も単純なアミノ酸であるグリシンが生成することをつきとめていました（参考文献３）。しかし、隕石の衝突を含めた他の環境でも、当時の地球で利用可能な無機物から核酸塩基を生成する反応や地質学的イベントはこれまで報告されていませんでした。

　２．　研究の内容と意義
　今回の研究では、当時の地球大気の主成分である二酸化炭素が海洋に溶解して生成する重炭酸に炭素源を変更し、約１km／sの超高速衝突実験を物質・材料研究機構において行い（図２）、東北大学で生成分子の分析を行いました。その結果、これまでに比べはるかに種類、多量のアミノ酸が生成し、さらに複数の核酸塩基も生成することを発見しました。
　このようにして生成された核酸塩基が最初の生命の遺伝情報の蓄積や伝達に使われるようになった可能性があり、この研究成果は地球上で最初の遺伝物質がどのようにして誕生したのかという問題解決に対して、重要な手がかりを与えてくれる可能性があります。隕石の衝突は刻々と変化する多様な環境を形成するため、全容の解明や当時の地球での生成量の詳細な見積りには今後の研究の進展が必要となります。

　※図２は添付の関連資料を参照


【用語の説明】
　注１）RNA
　生命がDNAに記録された遺伝情報からタンパク質を合成する際に情報を伝達する役割を担っている有機分子。核酸塩基、リボース、リン酸から構成される。

　注２）核酸塩基
　DNA、RNAにおいて遺伝情報を記録する文字の役割を担う有機分子。アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシルの５種類がある（図３）。

　※図３は添付の関連資料を参照


【参考文献】
　１．　中沢弘基　著　２００６年　生命の起源・地球が書いたシナリオ（新日本出版）
　２．　中沢弘基　著　２０１４年　生命誕生　地球史から読み解く新しい生命像（講談社現代新書）
　３．　Furukawa　et　al．，　Biomolecule　fomation　by　oceanic　impacts　on　early　Earth．　Nature　geoscience　２，　６２−６６（２００９）．


【謝辞】
　本研究は、JSPS科研費（Grant　Number：　２２６５４０６３　and　２４２４４０８４，　and　２３７４０４０２）の助成を受けたものです。