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微化石と堆積岩を対象とした新アプローチ法による初期原生代の生物進化の要因の解明

使用针对微化石和沉积岩的新方法阐明早期元古代生物进化背后的因素

基本信息

批准号：
20J14697
负责人：
笹木晃平
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では約20億年前の海洋における(1)微生物の多様化や真核生物の存在の実証、(2)当時の微生物の膜組成や代謝の制約、(3)進化の要因となったであろう異常な元素フラックスの実証、によって地球生命史の大転換点である初期原生代の特異的元素循環と生物進化との関係を明らかにすることを目指した。(1)約19億年前のガンフリント層微生物化石に対する顕微鏡及び電子顕微鏡による詳細な観察によって真核生物らしき形態を含む複数の新種を発見し、今まで以上の微生物形態の多様性を実証した。(2)ほぼ非破壊で母岩から分離したガンフリント層微化石に対して2次イオン質量分析計を用いた微小領域分析を実施し、炭素，窒素，硫黄だけでなく, リン，モリブデン等の特定の酵素や膜脂質に由来する元素を見出し、当時の微生物が現代と同様の酵素金属やリンを用いた代謝を行なっていたことを明らかにした。またこれは微化石の代謝様式の特定を可能にする新たな手法として有用であると考えられる。(3)原核生物の多様化や真核生物の登場した時代である初期原生代は超大陸形成に伴う全球規模の火成活動の存在及び、その地熱により大量の有機物が石油化した痕跡が世界各地で見られる。このような当時の特異的な地質現象は生命進化に何らかの影響を与えたのか。これを検証するため約20億年前ザオネガ層の堆積岩に対し地球化学的研究を行なってきた。特に段階燃焼窒素同位体比測定によって、石油状物質のフラックス変化に伴う堆積岩の窒素同位体比の正異常を見出した。これは20億年前後の火成活動によって石油化した再生産炭素および窒素が、栄養源として多量に生物圏に供給されリサイクルされるようなユニークな元素循環の存在を示唆している。このような特異性は初期原生代における生命進化の一つの要因となった可能性があり、初期生命進化の要因という大きな学術的命題の解決に寄与すると期待される。

This study focuses on (1) evidence of the existence of microbial diversity and eukaryotes in the ocean about 2 billion years ago,(2) evidence of membrane composition and metabolic constraints of microorganisms at that time,(3) evidence of the main causes of evolution, and the relationship between the unusual elemental cycles and biological evolution at the major transition point in the history of life on Earth in the early protozoic. (1)Microscopic and electronic microscopical observations of microbial fossils dating back about 1.9 billion years have revealed the morphological diversity of eukaryotes, including a number of new species. (2)In addition, the microfossils of the parent rock were separated from the parent rock and analyzed by mass spectrometry. The micro-domain analysis was carried out in the presence of specific enzymes such as carbon, phosphorus and sulfur, and the origin of membrane lipids. The elements were found in the metabolism of modern microorganisms and the same enzymes and metals. A new method for determining the metabolism of microfossils (3)Prokaryote diversification and eukaryote emergence era, early protozoic, supercontinent formation, the existence of global scale volcanic activity, and a large number of organic matter, petroleum traces, all over the world The geological phenomena of that time were unique, and they influenced the evolution of life. The study of geochemistry of sedimentary rocks formed about 2 billion years ago has been carried out A positive anomaly of isotope ratio of cumulated rocks was observed in the determination of isotope ratio of specific combustion phase and petroleum-like substance. The evolution of fossil fuels around 2 billion years ago shows the existence of a cycle of carbon and phosphorus, a source of nutrients, and a large supply of biomass. The main cause of the evolution of life in the early primitive generation is the possibility of solving the academic problem.