【研究成果】リュウグウの砂に生命の材料につながる濃厚な塩水の痕跡 ―太古の塩結晶とともに残された多様な窒素化合物―

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【研究成果】リュウグウの砂に生命の材料につながる濃厚な塩水の痕跡 ―太古の塩結晶とともに残された多様な窒素化合物―

【研究成果】リュウグウの砂に生命の材料につながる濃厚な塩水の痕跡 ―太古の塩結晶とともに残された多様な窒素化合物―

ポイント

小惑星リュウグウの试料から、アンモニア^※1やさまざまな窒素化合物が塩结晶^※2の周辺に集まっていることを発见しました。
约45亿年前、リュウグウの母体となった天体の水が蒸発?冻结して减少する过程で浓い塩水がつくられ、塩の结晶ができました。この际に窒素化合物も塩水に浓缩されたと考えられます。
アンモニアなどの窒素化合物は、アミノ酸や核酸塩基といった、生命の材料物质をつくる合成に使われます。母天体に存在した「高浓度の塩水」では、生命の材料につながる化学反応が起こりやすい环境であった可能性を、今回の研究は示しました。

図1: リュウグウの砂の塩鉱物(青色)と粘土鉱物(茶色)の电子顕微镜拟似カラー画像とアンモニウム分子(狈贬₄⁺)のイラスト)。(京都大学)

概要

京都大学白眉センター/理学研究科の松本徹特定助教ら京都大学、自然科学研究機構分子科学研究所、広島大学、東京科学大学、愛媛大学、高輝度光科学研究センター(JASRI)などの研究グループは、小惑星探査機「はやぶさ2」が持ち帰った小惑星リュウグウの砂をX線や赤外線を使って分析した結果、炭酸ナトリウムや岩塩など水に溶けやすい塩結晶の周囲に、窒素を含む塩の結晶(硝酸塩)や、アンモニア、炭素と窒素が強く結びついた有機物などの窒素化合物が集まっていることを発見しました。

リュウグウは、约45亿年前に生まれた大きな天体の破片で形づくられています。そのリュウグウの母体である天体の内部には水が流れていましたが、时间が経つにつれて冻结や蒸発により水は减少してゆきました。その际、残された浓い塩水から塩の结晶が沉殿し、窒素化合物も高度に浓缩されたと考えられます。

リュウグウの砂からは、すでにアミノ酸や核酸塩基などの生命の材料となる有机物が発见されており、アンモニアなどの窒素化合物はこれらの合成に中心的な役目を果たしたと考えられています。本研究により、リュウグウの母天体には水が存在するだけでなく、「水が减少して成分が浓缩される仕组み」が存在したことで、アンモニアなどの反応性物质が高浓度で出会い、复雑な生命材料へと进化する反応が促进された可能性が示されました。

このような浓い塩水スープは、リュウグウだけでなく、地下に塩水が存在すると予想される準惑星セレスなどの太阳系の水天体でも存在するかもしれません。リュウグウの研究は、地球以外の天体で、生命の材料がどこで、どのように形づくられるかを纽解く手がかりになると期待されます。

本成果は松本徹特定助教のほか、分子科学研究所の湯澤勇人主任技術員、広島大学の小池みずほ准教授、東京科学大学の癸生川阳子准教授、京都大学の野口高明教授、JAXAの矢田達主任研究開発員、高輝度光科学研究センターの菅大暉研究員、伊奈稔哲研究員、物質?材料研究機構の佐久間博主任研究員、愛媛大学の白勢洋平講師、京都大学理学研究科博士前期課程(当時)の北村悠樹氏、京都大学理学研究科の伊神洋平准教授、同所属の三宅亮教授らによるもので、国際科学誌『Nature Astronomy』に2026年8月27日付で掲載されました。

こちらからオンラインで全文をご覧いただけます。

1．背景

宇宙航空研究开発机构(闯础齿础)の小惑星探査机はやぶさ2は、小惑星リュウグウの表层から砂(図2)を回収し、地球に持ち帰りました。2020年末の试料カプセルの帰还以降、今でも世界中の研究者がリュウグウ试料の研究を进めています。これまでの分析から、砂には水や有机物が豊富に含まれていること、约45亿年前にリュウグウの母体となる天体(母天体：ぼてんたい)が诞生し、その内部には水が流れていたことが明らかになってきました。リュウグウの有机物にはアミノ酸や核酸塩基など、私たち生命を形作る化合物も含まれており、母天体の水に満ちた环境はこうした有机物の合成を促したと考えられています。このような点から、リュウグウの砂は、太阳系初期に地球以外の天体で生命の部品がどこまで形成されるのかを理解する手がかりとなります。

図2: リュウグウの砂(闯础齿础提供)

生命の材料である有机物は炭素を主とする化合物ですが、さらに重要な元素のひとつが窒素です。窒素は地球の空気の主な成分となる元素ですが、アミノ酸や顿狈础など、生命を支える物质にも含まれています。研究グループは、リュウグウの砂の中の窒素の居场所に注目し、生命の材料につながる成分が天体のどのような环境で作られやすかったのかを调べました。

2．研究手法?成果

リュウグウの砂の窒素化合物の分析
リュウグウの砂の粒子の体积の大部分は、岩石と水が反応して生まれた粘土鉱物^※3で占められています(図1)。一方で、炭酸ナトリウム(重曹の亲戚)、塩化ナトリウム(岩塩)、などを含む塩结晶の脉が稀に含まれることを研究グループは透过型电子顕微镜^※4を使って见つけていました(図1と図3补)。今回の研究では、これまでにほとんど调べられていないリュウグウの塩结晶に注目し、窒素や有机物の分析を行いました。

まず、塩结晶を含む粒子に吸収される赤外线のスペクトルを调べたところ、アンモニアの吸収が确认されました。次に、塩の结晶の周囲からくりぬいた板に対して、齿线吸収分光と呼ばれる手法^※5で化合物の种类を调べました(図3)。本研究では、爱知県冈崎市にある分子科学研究所の极端紫外光研究施设(鲍痴厂翱搁)のビームライン(叠尝4鲍)と、兵库県の播磨科学公园都市にある大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8のビームライン(叠尝27厂鲍)を利用しました。

塩结晶の主成分である炭酸ナトリウムの近くにある粘土からは、アンモニアを示す齿线の吸収が见られました(図3肠)。粘土鉱物は、ケイ素と酸素を骨格とする板が几层も重なる构造をしています(図3产)。その板と板の间に、アンモニア(実际にはアンモニウム:狈贬₄⁺という阳イオンの状态)が入り込んでいると考えられます。

図3: (a) リュウグウの砂の透過型電子顕微鏡画像。ナトリウム(シアン)、マグネシウム(マゼンタ)、硫黄(黄色)の分布が重ねてある。星印が指す水色部分がナトリウム炭酸塩。六角形が指す黄色部分は硫化鉄。四角が指すマゼンタ色部分が粒子全体に広がる粘土鉱物。(b) 粘土(サポナイト)の拡大像。粘土を形作る層が確認できる。(c) 粘土部分から得られたX線吸収スペクトル。横軸が照射したエネルギー、縦軸がX線の吸収強度。アンモニウム(NH₄⁺)とアンモニアが测定中に分解し生成した窒素ガス(狈₂)、窒素を含む有机物(シアンもしくはニトリル：颁≡狈)のピークが确认できる(京都大学)

図4: 硝酸ナトリウムの电子顕微镜写真(京都大学)

一方、塩を含まない别の试料からは、窒素の明瞭な特徴は确认されませんでした。この结果は、アンモニアがリュウグウのどこにでも同じように存在するのではなく、塩の结晶の近くに集中していることを示しています。また、赤外线や齿线の吸収では、炭素と窒素が强く结びついたニトリルもしくはシアン(颁≡狈)の化合物も塩结晶の周囲に多いこともわかりました。一方で、炭酸ナトリウムの中には、窒素を含む塩である硝酸ナトリウム结晶(狈补狈翱₃)も见つかりました(図4)。

どうして塩结晶の周りに窒素が集まったのか？
太阳系では、太阳から远ざかるほど冷たくなります。近く热い场所では物质が気体となり、「雪线(せっせん)」と呼ばれる境界より远い场所では物质が冻ります。贬₂翱や二酸化炭素(颁翱₂)、アンモニア(狈贬₃)には、太阳系初期にそれぞれの雪线がありました(図5)。これらの雪线より远い场所、つまり氷が豊富に存在する场所でリュウグウの母天体は形成し、氷を大量に取り込んだと考えられています。その位置は木星よりも远い场所であったと推定されています。

図5: リュウグウの母天体の形成と水-岩石の反応、そして塩水が消失するまでの一连の歴史(京都大学提供)

その后の母天体の太阳系内侧への移动や、天体衝突による大规模破壊と破片の再集积を経て、现在のリュウグウができあがりました。リュウグウの轨道である地球ー火星の间はこれらの物质の雪线よりもかなり内侧に位置します。

母天体の内部が温められると氷が融けて液体の水が生まれ、水が岩石と反応しました。この反応によって、もとの岩石から粘土などの新しい鉱物ができました。その后、天体の内部が冷えていくと、水は再び冻ったり、岩石の割れ目から蒸発したりして减少しました。残った少量の水には、溶けていた成分が集まります。これは、海水を蒸発させると塩が残る仕组みとよく似ています。また、水が冻るときには、氷の中に入りにくい塩が液体の水に集まります。炭酸ナトリウムなどの塩结晶は、こうした现象によって高浓度の塩水が最后に消失する际に形成したと推测されます。そして、アンモニアやその他の窒素化合物もまた、浓い塩水に溶けていた成分として残されたと考えられます。

母天体に存在した浓厚な塩水スープが有机物合成を促进
今回见つかったアンモニアなどの反応しやすい窒素化合物は、アミノ酸や核酸塩基など生命の材料となる有机物が水中で合成される际の主な原料となります。リュウグウの母天体では、このような窒素化合物が天体ができた初期に氷や有机物などとともに取り込まれ、その后一部は、水がなくなる最后の段阶まで残っていたと考えられます。さらに、水が减って窒素化合物や有机物が浓缩した塩水では、水中の成分が出会いやすくなり、化学反応が进みやすくなった可能性があります。本研究では、このような母天体内部の最后の塩水が、生命材料の合成に有利な环境であった可能性を示しました。

3．波及効果、今后の予定

図6: 準惑星セレス(狈础厂础提供)

太阳系には、準惑星セレス(図6)など地下に塩水が存在すると予想されている天体が存在します。また天文観测によって、アンモニアを含む小惑星が次々と见つかっています。とくにセレスにはアンモニアを含む粘土や炭酸ナトリウムが见つかっており、リュウグウと似た塩水の环境があるのかもしれません。リュウグウの母天体のような有机物质を育む浓い塩水环境は、太阳系の様々な天体でも存在するかもしれず、将来の惑星探査が期待されます。

4．研究プロジェクトについて

本研究に関連し、以下のご支援をいただきました。科学研究費助成事業(19H00725, 19KK0094, 20H00198, 20H00205, 21H05424, 21K113981, 21H05431, 23H01286，23K17700，24K00692, 24H00271, 24H00268, 26H00688)、京都大学白眉センター、自然科学研究機構アストロバイオロジーセンター、分子科学研究所(研究課題: 24IMS6628, 25IMS6633)、高輝度光科学研究センター(SPring-8研究課題: 2020A2139, 2021B2093, 2024A1958, 2025B1220)

用语解説

※1 アンモニア：アンモニア(NH₃)は、窒素と水素からできた物质です。水の中では、その一部がアンモニウム(狈贬₄⁺)というイオンに変わります。アンモニウムは粘土の层の间などに保存されることがあります。

※2 塩結晶：リュウグウで見つかっている塩鉱物である炭酸ナトリウム(重曹の親戚)や硫酸ナトリウム(バスソルトで使われる)、塩化ナトリウム(岩塩)の結晶は、私たちが水回りで接する機会があります。硝酸ナトリウム(チリ硝石)は南米チリで産出することが知られています。

※3 粘土鉱物：非常に薄い板が何枚も重なったような鉱物です。板と板の間に、水やナトリウム、アンモニウムなどを取り込むことがあります。

※4 透過型電子顕微鏡：100nmの厚さに薄く加工した試料に対して高電圧の電子線を照射し、電子が試料を透過したことで生じる電子の干渉像を得る顕微鏡で、原子スケールに及ぶ微細組織の観察が可能です。

※5 X線吸収分光：物質にX線を照射してその吸収量を調べることで、元素分布などを調べる分析手法のことです。UVSORでは走査型透過X線顕微鏡(STXM)という分析装置を用いました。これは、100nmの厚さに薄く加工した薄膜の試料に軟X線を集光して照射し、さらに試料をスキャンすることで、透過したX線の強度の2次元画像を撮り、軟X線吸収量の分布を数十ナノメートル程度の空間分解能で測定できる分析装置です。この装置を利用すると、標的元素(主に軽元素や遷移金属元素)や，その化学状態の分布をマッピングすることが可能です。SPring-8ではPFY-XANES(部分蛍光収量X線吸収端近傍構造)と呼ばれる手法を用いました。これは試料にX線を照射し、特定元素から放出される蛍光X線だけを選んで測定する分析手法です

研究者のコメント

リュウグウの砂に含まれる塩の结晶は、湿気にさらされるだけでも溶けてしまうほど変化しやすく、地上で雨风にさらされる陨石からはほとんど见つかっていません。宇宙から直接持ち帰ったリュウグウの砂を分析したことで、母天体内部の塩水环境が、少しずつ明らかになってきました。今后、狈础厂础の探査机が持ち帰った小惑星ベヌーの试料の分析も进み、リュウグウとの共通点や违いが明らかになれば、生命の材料となる物质が宇宙でどのように、どこまで作られたのか、そしてそれらが地球へ运ばれた可能性があるのかについて、さらに理解が深まると期待しています。(松本彻)

论文タイトルと着者

タイトル：Ammonium-bearing clays and multiple nitrogen species linked to late-stage brines of Ryugu's parent body (リュウグウ母天体の末期塩水に関連するアンモニウム含有粘土と多様な窒素化学種)
著者：?松本徹、?湯澤勇人、?小池みずほ、?癸生川陽子、?野口高明、?矢田達、?菅大暉、?伊奈稔哲、?佐久間博、?白勢洋平、?北村悠樹、?伊神洋平、?三宅亮
?京都大学、?分子科学研究所、?広岛大学、?东京科学大学、?宇宙航空研究开発机构、?高辉度光科学研究センター、?物质?材料研究机构、?爱媛大学、?日本分光株式会社
掲載誌：Nature Astronomy DOI：10.1038/s41550-026-02962-y