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關(guān)于地球外的海洋，推測生命必須的微量金屬的行為— 新聞發(fā)布會 2025.03.19 JAMSTEC 國立研究開發(fā)法人海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu) 1 .發(fā)表要點 土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯※1那么，在凍結(jié)的表面下存在地下海洋，可以孕育對生命重要的各種各樣的成分和生命海底熱液環(huán)境※2因為他的存在而備受矚目。 本研究通過實驗和計算推測了生命所必需的微量金屬元素在地中海的濃度和行為。 水中微量金屬的濃度由海水和巖石之間的化學(xué)反應(yīng)決定，特別是鈷和銅等部分金屬的濃度，已表明在恩塞拉達(dá)斯的地中海可能會非常低。 在恩塞拉達(dá)斯的地中海，即使生命所需的其他成分豐富，也可能因為部分微量金屬不足而限制了生命的活動。 此次，首次通過實驗驗證了外星海洋中生命所必需的微量金屬。 圖1土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯內(nèi)部的想象圖。 表面冰層下是地中海，海底由巖石構(gòu)成。 表面存在裂縫，海水從地中海噴出。 海底被認(rèn)為存在海底熱液環(huán)境。 研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然各種成分從海底巖石中溶出，但生命所需的金屬很難溶出，可能存在不足。 用語解說 ※1 土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯 土星的第二衛(wèi)星。 也稱為土衛(wèi)二或土衛(wèi)二。 被冰覆蓋的表面下，是由液態(tài)水的地中海和巖石組成的巖心。 ※2 海底熱液環(huán)境 海底下通過地?zé)峒訜崴?，向海里噴出的環(huán)境。 2 .概要 國立研究開發(fā)法人海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(理事長大和裕幸，以下稱為“JAMSTEC”。 )超先銚研究開發(fā)部門的丹秀也Young Research Fellow、涉谷岳造主任研究員等人通過與東京科學(xué)大學(xué)地球生命研究所關(guān)根康人教授的共同研究，明確了土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯的地中海中，對生命來說重要的金屬元素存在不足的可能性。 土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯內(nèi)部有液體的地下海洋，作為滿足生命可能存在條件的天體備受矚目。 本研究通過再現(xiàn)恩塞拉達(dá)斯在地中?；瘜W(xué)反應(yīng)的實驗和計算，調(diào)查了生命所必需的微量金屬元素的行為。 結(jié)果表明，生命必需成分中鈷等一部分微量金屬不足可能會限制生命活動。 通過本研究，首次通過實驗驗證了生命必需的微量金屬在地球外海洋中的行為。 本成果于3月19日(日本時間)刊登在《日本地理研究: planets》上。 本研究是在日本學(xué)術(shù)振興會科學(xué)研究費補助金(課題編號: 22k 21344、23h 00144、23k 13158 )的支持下實施的。 論文信息 標(biāo)題 metal limiting habit ability in Enceladus？ avail ability of trace metals for methanogenic life in hydrothermal fluids 作者 丹秀也1,2關(guān)根康人2澀谷岳造1 所屬 海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)超先進(jìn)研究開發(fā)部門 東京科學(xué)大學(xué)地球生命研究所 DOI 10.1029/2024JE008591 3 .背景 恩塞拉達(dá)斯是土星的衛(wèi)星之一，為了滿足生命所必需的條件——液態(tài)水、有機(jī)物和能量，受到了人們的關(guān)注。 從恩塞拉達(dá)斯的地下海水向宇宙空間噴出，美國航空宇宙局( NASA )的探測器通過將其采集并調(diào)查，明確了海洋中含有二氧化碳、氫、有機(jī)物等各種成分。 2015年，還發(fā)現(xiàn)存在海底熱液環(huán)境(見附件)文獻(xiàn)1-2)。 海底熱液環(huán)境作為地球生命誕生的可能性很高的地方備受矚目。 此外，2023年，包括本成果的研究小組在內(nèi)的國際共同研究表明，海底巖石中溶解了大量的磷( 1998年)文獻(xiàn)3)。 磷是與生命活動相關(guān)的各種成分的材料，所以是地球所有生命的必需營養(yǎng)素。 在地球上，一種叫做“產(chǎn)甲烷菌”的微生物以氫氣和二氧化碳為能源生存。 恩塞拉達(dá)斯的地下海洋含有豐富的氫氣和二氧化碳，因此推測只要是這樣的生命就可以生存。 因此，恩塞拉達(dá)斯被期待為地球外最有可能存在生命的天體之一。 但是，豐富的能源和磷并不一定是有生命的證據(jù)。 地球上的生命以消耗能源和營養(yǎng)素的形式生存著，但在恩塞拉達(dá)斯，豐富的能源和磷沒有被確認(rèn)實際消耗在生命中，也有可能是生命活動本身不活躍。 另一方面，能源和磷的存在本身為了支持生命生存的可能性，本研究從另一個軸對恩塞拉達(dá)斯的生命活動進(jìn)行了探討。 4 .成果 本研究關(guān)注了恩塞拉達(dá)斯地下海洋中微量的金屬元素，這是至今為止沒有被研究過的。 鈷、鎳、銅、鋅、鉬等微量金屬，包含在地球的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行生命活動所需的酶的成分等中。 這些微量金屬對人類等大生命來說也是生存必需的成分，在地球的海洋中，海底熱水環(huán)境成為供給源之一。 眾所周知，產(chǎn)甲烷菌如果缺乏這些元素，也就不能進(jìn)行活躍的活動。 但是，由于微量金屬正如字面所示是量很少的元素，所以至今為止沒有在恩塞拉達(dá)斯的海水中檢測到。 另外，恩塞拉達(dá)斯的其他外星海洋，作為重要因素，迄今為止也沒有受到關(guān)注。 在本研究中，模擬了恩塞拉達(dá)斯海水的含有二氧化碳等的水溶液和海底的巖石被認(rèn)為是相似的組成碳質(zhì)隕石※3通過使的粉末在高溫下反應(yīng)，進(jìn)行了模擬在恩塞拉達(dá)斯海底從巖石中溶出成分的實驗( )圖2）。 圖2實驗及其結(jié)果示意圖。 使用分別模擬恩塞拉達(dá)斯海水和海底巖石的水溶液和巖石粉末，通過使它們在高溫下反應(yīng)的裝置進(jìn)行了實驗。 與巖石反應(yīng)后的水溶液中，鎳等金屬溶解析出較多，而鈷和銅的濃度非常低。 結(jié)果表明，微量金屬中鎳、鋅、鉬較多地從巖石粉末中溶出，溶解到地球產(chǎn)甲烷菌所需的濃度。 另一方面，發(fā)現(xiàn)鈷和銅不能溶解到產(chǎn)甲烷菌所需的濃度。 微量金屬包含在實驗中使用的巖石中被稱為硫化礦物的成分中，海水中的濃度由從硫化礦物中溶出的化學(xué)反應(yīng)決定。 此外，通過計算還顯示，在恩塞拉達(dá)斯的海底熱水環(huán)境條件下，鎳的濃度可能高于海水中的濃度，但發(fā)現(xiàn)即使在海底熱水環(huán)境下，鎳也達(dá)不到產(chǎn)甲烷菌所需的濃度。 這被認(rèn)為是恩塞拉達(dá)斯的海底熱水環(huán)境與地球熱水環(huán)境相比，由于低溫而難以溶解，另外水質(zhì)呈堿性，含有大量氫，這也是鈷濃度降低的理由。 假設(shè)恩塞拉達(dá)斯的生命需要與地球產(chǎn)甲烷菌同等量的微量金屬，那么鈷和銅可能在海中短缺，這些微量金屬的短缺限制了生命活動。 結(jié)果，可以認(rèn)為現(xiàn)在恩塞拉達(dá)斯存在的豐富的能源和磷很少被生命消耗掉。 用語解說 ※3 碳質(zhì)隕石 隕石的一種，也被稱為碳質(zhì)球粒隕石。 含有大量太陽系誕生時的物質(zhì)，被認(rèn)為構(gòu)成了恩塞拉達(dá)斯等遠(yuǎn)離太陽的天體的巖石。 五.今后展望 在今天的地球上，像產(chǎn)甲烷菌這樣的生命常常因為在惡劣的環(huán)境下能源和營養(yǎng)素不足而限制其活動。 其中也發(fā)現(xiàn)了通過改變獲得能量的方法來適應(yīng)的微生物( 1998年)文獻(xiàn)4-5)。 另一方面，在恩塞拉達(dá)斯，盡管生命的能源和營養(yǎng)素充足，但由于一部分微量金屬不足，生命活動可能受到限制。 如果恩塞拉達(dá)斯有生命的話，可以預(yù)想它對于能源的不足也會做出與地球上的微生物不同的適應(yīng)。 在世界范圍內(nèi)，正在研究以恩塞拉達(dá)斯為對象的新一代探測計劃，討論發(fā)現(xiàn)生命及其身體成分的方法。 恩塞拉達(dá)斯生命所擁有的酶等成分，在所含微量金屬的種類等方面，可能與地球的產(chǎn)甲烷菌不同。 本成果是首次就地球以外的海洋，通過實驗驗證了與生命相關(guān)的微量金屬的濃度和行為的研究，可以說為今后的宇宙生命研究增加了新的軸心。 相關(guān)新聞稿 文獻(xiàn)1 新聞發(fā)布會土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯的地中海海底熱液活動！ -在宇宙中發(fā)現(xiàn)生命、可棲息環(huán)境- （https://www.jams tec.go.jp/j/about/press _ release/archive/2015/2015 03 12.pdf） 文獻(xiàn)2 新聞發(fā)布會土星衛(wèi)星恩塞拉達(dá)斯的巖石成分與隕石相似！ ？ -存在著與地球不同的獨特?zé)崴h(huán)境- （https://www.jams tec.go.jp/j/about/press _ release/archive/2015/2015 10 28.pdf） 文獻(xiàn)3 土星衛(wèi)星的海洋中生命必須元素磷異常濃集-在宇宙中尋找生命誕生的關(guān)鍵- （https://www.jams tec.go.jp/j/about/press _ release/2023 06 15 /） 文獻(xiàn)4 新聞發(fā)布會在地下深部的超極限環(huán)境中發(fā)現(xiàn)“超乎常識的微生物群”推進(jìn)地幔巖石和生命的關(guān)系以及地球初期生命進(jìn)化之謎的解開 （https://www.jams tec.go.jp/j/about/press _ release/archive/2017/2017 07 21 _2. pdf） 文獻(xiàn)5 新聞發(fā)布會在地下深部極限環(huán)境中發(fā)現(xiàn)不合常理的古細(xì)菌-產(chǎn)甲烷古細(xì)菌失去產(chǎn)甲烷能力的適應(yīng)性進(jìn)化- （https://www.jams tec.go.jp/j/about/press _ release/2024 06 14 /） 本研究的咨詢方式 國立研究開發(fā)法人海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu) 超先鋒研發(fā)部門超先鋒研發(fā)計劃 Young Research Fellow丹秀也 新聞發(fā)言人 海洋科學(xué)技術(shù)和戰(zhàn)略部新聞辦公室 |
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