宇宙での生命の起原と進化
山岸明彦
東京薬科大学生命科学部

Are we alone in the universe?
生命は、宇宙で我々だけか？

2

アストロバイオロジー• 天文学• 惑星科学、地球物理学• 地球化学、化学進化• 地学的証拠• 生化学的研究• 熱水地帯の微生物生態• 遺伝子の証拠、分子進化学• 宇宙での微生物探査• 知的生命体探査3

生命の起源
地球上？
他の場所？
パンスペルミア仮説
地球から外へ行く？

パンスペルミア仮説

地球の生命

宇宙空間で微生物が生存可能かパンスペルミア仮説• 胞子が太陽の放射圧で惑星間を移動する(Arrhenius, 1908).
• 微生物や胞子は遮蔽されなければ、太陽光で死滅する(Nicholson etal., 2000; Horneck et al., 2010).
• 隕石の中に隠れていどうする。リ
ソパンスペルミア（岩石パンスペルミア）

凝集体で微生物が移動• 一層の胞子は死ぬが、多層だと死なない。
(Horneck et al., 1994, 1995; Mancinelli andKlovstad, 2000).
• 微生物のかたまりが大気中から発見された。
(Wainwright et al., 2003).
• 大気圏上空から単離した微生物Deinococcus
strains (ST0316 and TR0125)が生育するとき、凝集体を形成する(Yang et al., 2009).
• しかし、定量的な凝集体の耐性実験はこれまでない。

The earth’s atmosphere

Some extreme
conditions above
troposphere :1) High UV radiation
2) Extreme dryness
3) Low atmos. pressure4) Strong fluctuation oftemperature
5) Nutrient-depletion

背景
Panspermia hypothesis：生命の起源種が地球外からやってきた.
微生物は大気圏上空を垂直に移動する。台風、火山爆発、隕石衝突、人間活動.
大気圏上空で採取された微生物の性質を解析することから、上記可能性を調べる。

背景これまで、70年間ごく限られた微生物採集実験• Ｋ

たんぽぽ計画と高層大気での微生物探査

11これまでの大気圏微生物採集実験
年
実験 手法
1936 気球
1966 航空 機
1967 気球

高度 （km）
採集 方法
11-12km パラ シュー トで落下 す る
無菌 のサ ンプリ ング装置
3 km
溶解 性のゼ ラチン 泡フ ィ
ルタ ー
10-30km1976 気象 観測ロ ケ 48-78 km
ット

ポリ ウレタ ン泡フィ ル ターに よる空気 の吸引 濾過
フィ ルム上の栄養 培地

分離 菌
Bacillus sp.
Fungi
Fungi
Bacillus
Micrococcus
Micrococcus
Alternaria
Cladosporium
Micrococcus
Micobacterium

菌密 度
0.14 m-3
5-200 m-3

研究 者
Roge rs,L. A.,
Me ier, F.C.
Fulton, J. D.

0.8-0.02 m-3 Bruch, C.W.

31

Imshenetsky, A.A.
Lysenko, S.V.,
Kazakov, G. A.,
Ramkova, N. V.

• 微生物はどこまでいるか?
• 惑星間移動は可能か？

12

航空機を用いた微生物採集
Yinjie Yang, 板橋志保、横堀伸一、山岸明彦（東京薬科大学）

13

飛行機内部のサンプリング装置

14成層圏で採集した菌の電子顕微鏡写真

15

5株が採集された。それらの、菌の種類を遺伝子から決めた。
Clone
ST 0316
TR 0125
TR 0126
TR 1103-2
TR 1103-3

Altitude10-12
0.8-5.8
4.6-101.2-7.8
7.8-12.2

Related genus
Deinococcus
Deinococcus
Streptomyces
Bacillus
Paenibacillus

16

航空機で採集した株は非常に強い紫外線耐性を示した。これまでもっとも紫外線耐性が強い
Deinococcus radioduransと同じかもっと強い。

□Stratosphereclone△ Troposphere
Clone●Deinococcus
radiodurans

17

大気球を用いた、微生物採集
Yinjie Yang,
横堀伸一
山上隆正
斉藤義隆
福家義一
山岸明彦

18

気球飛行高度の軌跡

気球が飛んだ軌跡

22

気球で採集された菌
BL511

BL512

24

多く採集された菌種は胞子形成微生物とDeinococci (formerly classified as Micrococci)

宇宙での微生物探査27

国際宇宙ステーションでの有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）
2013年打上予定

28

たんぽぽ計画での課題
１．微生物採集.
山岸明彦（東京薬科大）２．微生物暴露.
横堀伸一(東京薬科大.)３．有機化合物分析.
小林憲正(横浜国大.)４．有機物暴露実験.
小林憲正(横浜国大.)
５．宇宙塵とデブリ採集.
矢野創(ISAS/JAXA)
６．ISS上でのエアロゲル試験.
河合幸 (千葉大）

有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）

火星

パンスペルミア：
生命の惑星間移動仮説
１．圏外で微生物採集
２．微生物の圏外生存実験

火星隕石

火山爆発、小天体衝突等
国際宇宙ステーション
きぼう曝露部有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）

彗星、C,P,D型小惑星
化学進化から生命へ:
生命の起源以前の宇宙由来有機物の地球到達の可能性
３．有機物の変成
４．有機物含有宇宙塵の採集

国際宇宙ステーション
きぼう曝露部

有機物含有宇宙塵

たんぽぽ：地球と宇宙空間の微生物と有機物の双方向伝播
火星

パンスペルミア：
生命の惑星間移動仮説
１．圏外で微生物採集
２．微生物の圏外生存実験
火山爆発、小天体衝突等

彗星、C,P,D型小惑星

火星隕石
有機物含有宇宙塵

地球生命圏
ISSきぼう曝露部 [宇宙環境]

化学進化から生命へ:
生命の起源以前の宇宙由来有機物の地球到達の可能性
３．有機物の変成
４．有機物含有宇宙塵の採集紫外線、宇宙線、高真空、微小重力等
流星群

宇宙開発利用の発展につながる、先端的技術開発：
５．高性能エアロゲル実証
６．微小デブリフラックス評価

たんぽぽミッションの目的

国際宇宙ステーションの暴露部で微生物採集

34

微生物採集の方法

2層式エアロゲル（中央部が0.01 g/cm3、外周部が0.03 g/cm3）35

問題点：微生物は宇宙で高速(０-16 km/s)で衝突
2段式ガス銃で微生物を高速でエアロゲルに衝突
火薬室

微生物 （Deinococcus radiodurans ）を粘土鉱物と混ぜて100μmの粒子にしたものを弾
36丸（サボ）に詰めて4 km/sに加速。

緑色蛍光色素で染色するとエアロゲル中の衝突痕（トラック）の末端部に緑色の蛍光（微生物）が検出された。

微生物採取可能37

微生物はどれくらいいるか？
＜LEO高度における地球起源微生物の捕集＞
・推定微生物密度：10-6〜10-4個/m3 （高度500km：先行する高々度微生物採集実験結果からの外挿）・推定微生物採集量（最大）：トレイ一枚当り104〜106個/年

サンプルホルダー
example• D. radiodurans R1, D. aetherius ST316 and D. aerius TR125).

紫外線照射装置• 172nm (Extreme UV)• 254nm (UVC)

図 星間有機物の生成と変成

宇宙空間での有機物の生成
水質変成 紫外線によ る 変成

隕石有機物

分子雲有機物

惑星間塵有機物

宇宙線に よ る 創生
紫外線に よ る 変成
彗星有機物

地球へ
41

宇宙塵(IDP)
数 μm

宇宙塵を国際宇宙ス
テーションで採集する

LEO Passive Measurements ofMeteoroid and Debris Flux in 1980’s -2000’s
1E-03

Cumulative Flux (/m^2/s)

LDEF

SFU

1E-04
1E-05
1E-06
1E-07
1E-08

LDEF-4pt Ave.(Earth/Spac e/E/W)
EuReCa S CA(Berthoud)
HST SPA(Berthoud)
HST SPA (Mandeville & Rival)

ISS

SFU PLU-2 Sun MLI

EuReCa

1E-09
1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

Fmax or Dh (Micron)•Retrieved Spacecraft：
LDEF(84-90, NASA/ESA), EuReCa(92-93, ESA), HST (89-93~,NASA/ESA), SFU(95-96、JAXA)•Space Station Attachment：
Euro-Mir (96-97, ESA), ODC (97-98,NASA), MPAC-SEED (02-05. JAXA)
HST

ISS/MPAC-SEED=Japanese Contribution

Intact Capture Media “Aerogels”
Manufactured in Japan・Amorphous SiO2・Low bulk density (0.003-0.35 g/cm3)
・Optically Transparent→suitable for hypervelocity particle capture
・Excellent thermal insulator(Thermal conductivity ~0.017 W/mK)→suitable for space utilization•Space Proven:
EuReCa, Euro-Mir,ODC, MPAC-SEED,
Stardust, etc.
• Original tiles
manufactured at
Chiba University inJapan宇宙塵をエアロゲルで採集できるか
２段式ガス銃

4 km/s
模擬宇宙塵

エアロゲル
有機物解
析

4 ㎞/ｓ
模擬宇宙塵

エアロゲル中の模擬宇宙塵

R-αABA
模擬宇宙塵（アミノ酸を含む）
１ｃｍ
１ｃｍ

アミノ酸分析結果

Fluorescence

αABA
アミノ酸入り模擬宇宙塵

アミノ酸無し
模擬宇宙塵

αABA

Retention time

結論
宇宙塵中の有機物をエアロゲルを使って、解析することができる

国際宇宙ステーションでの有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）
2013年打上予定
宇宙ステーションで1から3年間採集

49

国際宇宙ステーションでの実験提案
有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集（たんぽぽ）
東京薬大 山岸明彦、横堀伸一、Yang Yinjie
横浜国大 小林憲正、
宇宙研 矢野 創、山下雅道、奥平恭子、長谷川直、
筑波大 橋本博文
千葉大 田端 誠、河合秀幸
大阪大 中嶋 悟、癸生川陽子、鈴木彰子
福岡工大 三田 肇
岡山大 奈良岡浩
産総研 丸茂克美
たんぽぽＷＧメンバー

参考文献
Sevante Arrhenius, 1908 : Worlds in the making, Harper
Wayne L. Nicholson, Nobuo Munakata, Gerda Horneck, Henry J. Melosh, andPeter Setlow, September 2000 : Resistance of Bacillus Endospores to Extreme
Terrestrial and Extraterrestrial Environments, Microbiol. Mol. Biol. Rev. vol. 64
no. 3 548-572
Gerda Horneck, David M. Klaus and Rocco L. Mancinelli, March 2010 : Space
Microbiology, Microbiol. Mol. Biol. Rev. vol. 74 no. 1 121-156
G. Horneck, H. Bücker, G. Reitz, October 1994 : Long-term survival of bacterial
spores in space, Advances in Space Research Volume 14, Issue 10, Pages
41–45

Gerda Horneck, November 1995 : Quantification of the biological effectiveness ofenvironmental UV radiation, Journal of Photochemistry and Photobiology B:51
Biology, Volume 31, Issues 1–2, Pages 43–49

参考文献
Rocco L Mancinelli, , Melisa Klovstad, September 2000 : Martian soil and UV
radiation: microbial viability assessment on spacecraft surfaces, Planetary andSpace Science Volume 48, Issue 11, Pages 1093–1097

Narlikar, J. V., Wickramasinghe, N. C., Wainwright, M., Rajaratnam, P., 10 JULY
2003 : CURRENT SCIENCE, VOL. 85, NO. 1
Yinjie Yang, Shin-ichi Yokobori, Akihiko Yamagishi, 15 April 2009 : Bacterial
survival in response to desiccation and high humidity at above zero andsubzero temperatures, Advances in Space Research Volume 43, Issue 8,Pages 1285–1290

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