日本学術振興会　科学研究費助成事業　国際共同研究加速基金（国際先導研究）22K21344

(RECONNECT Kakenhi project)

太陽系に広がる惑星環境における

前生命化学進化と分子システム誕生の

多様性の解明

Diversity of prebiotic chemistry and molecular systems

in planetary environments in the Solar System

Outline / 概要

我々の地球や私たち生命はいかにして誕生したのでしょうか？地球以外に生命を宿す星はあるのでしょうか？このような「宇宙における生命の起源と普遍性」に関する問いに答えようとするのが、本プロジェクトの目的です。

探査機「はやぶさ２」を始めとする小惑星の探査や、地球や火星の月の探査により、かつてない精度で地球や太陽系の誕生の歴史がひも解かれようとしています。火星では、探査車がかつての湖の上を走り回り、有機物を含む泥の堆積物を採取し、地球に持ち帰ろうとしています。木星や土星の氷衛星には地下海が存在し、その噴き出す海水から、海の水環境や有機化学が明らかになりつつあります。

我々は、国際連携ネットワークを通じて、このような「宇宙における生命の起源と普遍性」に迫る太陽系探査を推進するとともに、地球や惑星がどのような材料から成り、大気や海洋がどう形成したかを解明し、そのような惑星環境で生じうる化学進化や分子システムを予想する理論を構築します。地球や生命の起源を実試料に基づいて理解し、太陽系天体で見つかる有機物の意味を理論で解読して地球外生命に迫ります。

How did Earth and life form? Is there life beyond Earth in the Solar System? The goal of our project is to answer these fundamental questions.

Exploration of asteroids, including Hayabusa2, and exploration of the moons of Earth and Mars are unraveling the origins of Earth and the Solar System. On Mars, rovers are driving over lake sediments, collecting samples containing organic matter to bring back to Earth. On icy moons of Jupiter and Saturn, subsurface oceans exist, and plumes erupting from the oceans allow us to reveal the aqueous environments and organic chemistry.

Through constructing an international research network, we will promote Solar System explorations, describe what materials Earth and planets are made of and how their atmospheres and oceans formed, and develop theories that predict chemical evolution and molecular systems that can occur in planetary environments. We will construct scenarios for the origins of Earth and life based on actual samples, and obtain insight into life beyond Earth based on Solar System explorations.

Emergence of diverse planetary environments

Schematic diagram of the formation and evolution of planet–life systems (top) and relevant space missions (bottom). Planetary formation processes caused a diversification of environments. In such environments, prebiotic chemistry acted as filter selections, leading to the emergence of evolvable molecular systems.

Organization / 組織

本プロジェクトでは、国際連携ネットワークによって、理論と太陽系探査の両輪体制を構築し、上の目的に迫ります。理論については、東京科学大学・地球生命研究所(ELSI)を中核とし、東京大学・生物普遍性研究機構(UBI)と、これを補強する海外拠点(コートダジュール天文台、ニールス・ボーワ研究所等)と国際連携します。探査に関しては、JAXAや東京大学・宇宙惑星科学機構(UTOPS)による太陽系探査主要メンバーを中心としつつ、日本単独ではまだ行うことの難しい火星本体や木星や土星の氷衛星の探査について、NASAを始めとする海外宇宙拠点と強力な国際連携を構築します。

To achieve the above goal, an international joint research network will be established to build a tight link between theories and Solar System explorations. Earth-Life Science Institute (ELSI) of the Tokyo Tech., together with Universal Biology Institute (UBI) of Univ. Tokyo, is the core of the theoretical research, and international collaborations will be established with overseas centers (Observatory of the Cote d'Azur, Niels Bowa Institute, etc.) to reinforce this network. As for Solar System explorations, JAXA and UTokyo Organization for Planetary and Space Sci (UTOPS) has been leading and promoting this. We will build strong international collaborations with NASA and other space agencies for exploration of Mars and ice satellites of Jupiter and Saturn.

Sub-themes of our project

Connections & synergies among our sub-themes, showing their interactions. In Theme (a), we investigate the origin of diversity of planetary environments. In Theme (b), we tackle prebiotic chemistry and formation of molecular systems in planetary environments.

Fostering next generations / 若手育成

上記の目的の達成には、複数分野の融合や次世代の育成も不可欠です。本研究には研究代表者・分担者以外に、多くの若手研究者・大学院生が参画します。若手研究者は、関連テーマに対応した海外連携先に長期渡航し、国際共同研究のコアとして、高い学術的な価値のある成果の創出を行います。

さらに、分野全体の国際化・研究水準の高度化のため、代表者・分担者の所属機関に留まらず、全国から優秀な若手を集め、海外連携先への長期渡航を支援します。

これらにより、天文学・地球惑星科学から、化学・生命科学までがひとつなぎに連携した研究グループを構築します。既存の学術の枠にとらわれず、これを打ち破って新しい知の地平線を開拓できる国際的な人材を育成したいと考えています。海外派遣支援の公募は、本HP「join」及び「Call for ovearsea dispatch」を参照ください。

To achieve the above objectives, it is also essential to integrate the fields and foster the next generation. In addition to PI and Co-PIs, young researchers will participate in this research. The young researchers will be dispatched to oversea collaborators corresponding to the research topics for a long period (see figure below).

To internationalize the field as a whole, this research plan will gather excellent young researchers from all over Japan, and support their dispatch to overseas on a long-term basis. This will lead to the establishment of research groups that link from astronomy and Earth and planetary sciences to chemistry and life sciences, and to the development of researchers capable of breaking the discipline boundaries and pioneering new horizons of knowledge.

Organization of our project

Participating researchers and research themes. Related oversea institutes and researchers are shown. The oversea researchers listed here are examples of collaborators and include a number of researchers.