Res. Org. Geochem. 25, 85­90 (2009)〔有機地球化学会 30 周年記念事業 地球・環境有機分子検索マニュアル No.21〕

技術論文

メタン湧出点周辺堆積物中の C40 ビフィタンの GC/MS による解析 *荻原成騎 **（2009 年 7 月 3 日受付，2009 年 9 月 14 日受理）

2. 試

1. はじめに料

なつしま NT-06-19 航海（日本海直江津沖海鷹

近年，GDGT（グリセロール ジアルキル グリテトラエーテル）の分解生成物である海脚および上越海丘のメタン湧出海域）において，ビフィタンは，古細菌のバイオマーカーとしてのハイパードルフィンを用いた潜航調査を行った。

重要性が指摘されており，これらを用いた古細菌の対比が行われた（De Rosa et al., 1986）。Koga et

本調査潜航では深海底におけるガス放出の観察，堆積物柱状コア試料（push core）の採取およびニスal.（1998）は，嫌気的メタン酸化古細菌（ANME）

キン採水器による海水の採取を行った。研究に用いた試料は，第 600 潜航（海鷹海脚北部）PC3，海セロールにおける定性的脂質組成，すなわち，コア脂質，分類学的指標になりうることを指摘した。ここ

底がバクテリアマットに被覆された地点の試料である。試料採取地点の水深は 912 m，水温は 0.2で Koga et al.（1998）は，ビフィタンをコア脂質〜 0.3℃であった（荻原ら，2009）。

単糖，ホスホジエステル結合性の極性基が化学分析の補助として用いた。その後，還元環境でメタン酸化を行っている古細菌の大部分は，16SrDNA 解 析 に 基 づ い た 分 類 に よ っ て，ANME-1と ANME-2 に 分 類 さ れ た（ た と え ば Mills et al.,2003）
。Blumenberg et al.（2004） は，ANME-1 とANME-2 がそれぞれ卓越する海洋堆積物の有機地球化学分析を行った。その結果，ANME-1 の炭

3. 分析方法
正確に計り取った試料約 3 g を 50 ml テフロン製遠沈管に投入し，40 ml の溶媒（DCM/ メタノー
ル：93/7）を加えた。超音波洗浄器中で 60 分抽出，遠心分離機にて溶媒と堆積物を分離し，抽出溶媒はナスフラスコに移した。この操作を 3 回繰化水素画分からはクロセタンと飽和および不飽和PMI，エーテル結合性脂質からはフィタンのみでり返した。抽出溶媒はロータリーエバポレーター

ビフィタンは検出されなかった。ANME-2 については，炭化水素画分から飽和および不飽和 PME

フィーによって炭化水素画分，多環芳香族炭化水のみでクロセタンを含まず，エーテル結合性脂質からはフィタンと 3 種のビフィタンが検出された。

した。さらに，極性画分については，HI/LiAlH4

このように，ビフィタンはバイオマーカーを用いた古細菌の研究において重要性が増している。

フィタンについて分析を行った。この操作は，極性画分を乾固した後に 1 ml の 55% ヨウ化水素酸

本論では，日本海東縁海鷹海脚のメタン湧出地点を加え，100℃にて 2 時間還流してエーテル結合をによって濃縮し，シリカゲルカラムクロマトグラ
素画分，ケトン／エステル画分，極性画分に分画処理によりエーテル結合を切断し，放出されるビ近傍の堆積物から検出されたビフィタンについて切り，炭化水素鎖をヨウ化アルキル化した。これの GC/MS 解析結果を報告する。

を 50 ml のヘキサン / 蒸留水中に投入し，ヘキサ* GC/MS analysis of C40 biphytane isolated from the sediment near the methane seep site** 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻 〒 113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1 東京大学理学部 1 号館
Tel: 03-5841-4524 Fax: 03-5841-4555 e-mail: ogi@eps.s.u-tokyo.ac.jp
Shigenori Ogihara: Department of Earth and Planetary Science, Graduate School of Science, The University of Tokyo−85−荻原成騎

IntensityIIII

II66687072747678IV808284

Retention Time (min)Fig.1. The total ion chromatogram of biphytanes released from intact polar lipids by ether cleavage and subsequent
reduction. Mass spectrum of numbered peaks is given in Fig.2.

ン相を取り乾固した。これに 20 mg 水素化リチウ
ムアルミニウムを 1 ml テトラヒドロフラン（脱水）に湧出する n-アルカンの保持時間（min）である。
本研究では化合物 X はビフィタンである。に溶解した溶液を加え 2 時間還流して炭化水素と4. 結し，再びシリカゲルカラムクロマトグラフィーに果よって炭化水素を精製し，分析に用いた。この分析操作は Thiel et al.（2001）を改良したものである。

クロマトグラム（TIC）を示す。検出されたビフィ分析に用いた GC/MS は ThermoQuest 社製 Voyagerであり，注入口はオンカラム，使用カラムは HP-

タンは，I（0-ring），II（1-ring），III（2-ring）およびIV（3-ring）である。GC 保持指数は、I（0-ring）お5ms（内径 0.25 mm，長さ 30 m，膜厚 0.25 μm）である。分析条件は 40℃で 1 分保持し，3℃／分でよび II（1-ring）について，それぞれ、3512 および3642 であった。III（2-ring）と IV（3-ring）の GC 保300℃まで昇温した後，30 分保持した。カラムブ
リードの影響が大きい為，各化合物ピークの直前持指数は、求めることができなかった。
Fig.2 に 4 種のビフィタンのマススペクトルををバックグラウンドとして補正を行った。
また、試料に C35 から C37 までの n-アルカンを示 す。 開 裂 の 解 釈 は，Ventura et al.（2008）及 び
Schouten et al.（1998）を参考にした。I（0-ring）は，添加して、分析を行った。添加した n-アルカンの保持時間を用いてビフィタンの GC 保持指数の分布は n-アルカンのように分子量の増加に伴っ（Retention Index）を計算した。本研究では GC 保
持指数は，Kissin et al.（1986）に従い，以下のよる m/z 126/127, 196/197, 266/267, 322/323, 392/393 がう に 計 算 し た。KF（X）=（（n-1）+（RTX-RTCn-1）/（RTCn-RTCn-1）x100 ここ で，KF（X）は 化 合 物

Fig.1 に HI 処理後の極性画分のトータルイオン分子イオンは検出されない。フラグメントイオンて滑らかに減少するが，分枝点における開裂であやや高いピークとなって検出される。偶数が出現X の GC 保持指数，RTX は化合物 X の保持時間

するのは，開裂時の水素離脱に起因する。
II（1-ring）は，分子イオン m/z 560 が存在する。

（min），RTCn は化合物 X の直後に湧出する n-アルカンの保持時間（min），RTCn-1 は化合物 X の直前

特徴的なフラグメントイオンは，m/z 166/167 及び194/195 であり，それぞれ直鎖イソプレノイドのシ−86−

メタン湧出点周辺堆積物中の C40 ビフィタンの GC/MS による解析

577185I99 127141
169 197
211

266

100

250

50

150200322300392350400450500550579771 111
83

II125
194
166 195
165

137+393281

Intensity

50100150200

250300M560350400

450500

550

97111
83
5769III125137165 194
166 19516750100150+223 265 291
200

250

300

M558

362 390350

400

450500

550

350

400

450500

550

9783

IV

111
5569

165
164
125263
262
193
208
292

50

100

150200250300m/zFig.2. Electron impact mass spectra of biphytanes.

−87−

荻原成騎

Table Identification level of C40 biphytanes.
Peak
No.
I

Moleular Base
Identification
Compound FormulaDiagnostic fragment
Reference Papers
Weight peaklevelC40 biphytane
562
57 127 197 266 322 392
1DeLong et al. (1998) and Ventura et al. (2008)(0-ring) C40H82

IIC40 biphytane(1-ring) C40H80560

5757166 194 281 393

1DeLong et al. (1998), Schouten et al. (1998) andVentura et al. (2008)

III

C40 biphytane(2-ring) C40H78558

9797165 194 291 390

1DeLong et al. (1998), Schouten et al. (1998) andVentura et al. (2008)

IV

C40 biphytane(3-ring) C40H76556

9797165 193 263 292

1

DeLong et al. (1998) and Schouten et al. (1998)

1. Coincidence in mass spectral data in references.

A

タン環から伸びたイソプレノイド鎖の最初の分枝において，シクロペンタン環側と直鎖イソプレノイド側での開裂に起因する。m/z 390 及び 362 は，それぞれ m/z 165/166 及び 194/195 を生じた開裂の片側である。m/z 223 及び 291 は、m/z 390 のフラBグメントが、再度シクロペンタン環の左右で開裂Cすることによって形成される。III（2-ring）のマススペクトルは，II（1-ring）と非常に良く似ている。
3-ring マ ススペ クトル の 解 釈 は，2000 年を 境D

Fig.3. The historical transition of the identified structureof C40 biphytane with 3-rings.
Fig.3 The historical transition of the identified structure of C40 biphytane with 3-rings.

界として変化した。3-ring を 3-シクロペンタン環との解釈した 20 世紀の報告（たとえば DeLong etal.,1998）に対して，Schouten et al.（2000）以降は，2-シクロペンタン環，1-シクロヘキサン環と解釈している。Fig.3 に示した A 及び B が 3-ring を 3-シクロペンタン環との解釈した構造である。C は 2シクロペンタン環，1-シクロヘキサン環の初期の解釈，D は現在用いられている解釈である。DeLonget al.（1998）では A と解釈し，Schouten et al.（1998）

Fig.4. Fragmentation of m/z 97 and 111 ions from C40
biphytane with cyclopentane ring(s).

では B と解 釈した 構 造 が，Schouten et al.（2000）
では C となり，Schouten et al.（2008）では D に変更されている。同様に Kuypers et al.（2001）ではC と 示 され た 構 造 が，Kuypers et al.（2002）で はD へ変更されている。これは Sinninghe Damsté et

クロペンタン環側での最初の分枝において，シクロペンタン側と直鎖イソプレノイド側での開裂に起因する。m/z 393 は m/z 166/167 を生じた開裂のal.（2002）による NMR を用いた研究において C とD の比較を行い，NMR のデータと D がよく一致片側である。なお，m/z 281 は，m/z 194/195 を生することを示した報告による。Sinninghe Damsté etal.（2002）では，将来マススペクトルの解釈を行うじた開裂の片側がもう一度分枝にて開裂して生じる。また，ベースイオン m/z 57 は，両端の最初のと述べたが，未だに報告されていない。本論では，D で示された構造を元に IV（3-ring）のマススペク分枝内側における開裂によって生じる。
III（2-ring）においては，分子イオン m/z 558 がオルを以下のように解釈した。特徴的イオンである m/z 164/165 は二つのシクロペンタン環が，それ検出される。特徴的なフラグメントイオンは，m/z165/166 及び 194/195 であり，それぞれシクロペンぞれ分子の内側の枝と開裂したシクロペンタン側のフラグメントである。シクロペンタン環が単独−88−メタン湧出点周辺堆積物中の C40 ビフィタンの GC/MS による解析で存在する側では，さらに内側の分枝における開裂によって m/z 193 のフラグメントが生じる。また，

Pancost R. D., Schouten S. and Sinninghe Damsté J.S.
(2001) Massive expansion of marine archaea during
a mid-Cretaceous oceanic anoxic event. Science 293,シクロヘキサン環と長鎖側枝の開裂によって，m/z262/263 と 292 のフラグメントが形成される。ここで，m/z 262/263 のフラグメントが分子の端の分枝でさらに開裂して，特徴的な偶数イオンである m/z92-94.
Kuypers M. M. M., Blokker P., Hopmans E. C., Kinkel
H., Pancost R. D., Schouten S. and Sinninghe Damsté

208 を形成すると解釈した。

J. S. (2002) Archaeal remains dominate marine organicII（1-ring），III（2-ring）および IV（3-ring）に 共

matter from the early Albian oceanic anoxic event 1b.

通して見られるフラグメントは m/z 97 及び 111 である。これを 3 つの化合物に共通する構造から推Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology

定した。Fig.4 に共通の構造と推定した開裂を示す。シクロペンタンの左右に伸びるイソプレノイド鎖の分枝において，それぞれ 2 箇所の開裂によって，m/z 97 及び 111 イオンを形成することができる。なお，III（2-ring）および IV（3-ring）にお185, 211-234.
荻原成騎・石崎 理・松本 良（2009）なつしま
NT-06-19 航海（直江津沖海鷹海脚および上越海丘）によって採取された堆積物柱状試料の有機地球化学分析，地学雑誌，118,128-135.
Schouten S., Hoefs M. J. L., Koopmans M. P., Bosch H.

いては，m/z 97 はベースイオンである。
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Kuypers M. M. M., Blokker P., Erbacher J., Kinkel H.,

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−89−

荻原成騎

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−90−