[論文レビュー] Stability of 20 Biogenic Amino Acids in Concentrated Sulfuric Acid: Implications for the Habitability of Venus' Clouds

Maxwell D. Seager, Sara Seager+2 more|PubMed|Jan 2, 2024

Planetary Science and Exploration参考文献 69被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、金星の雲層条件（81–98% w/w H₂SO₄、30–50 °C）における濃縮硫酸中での20種類の生物由来アミノ酸の安定性を調査した。4週間後、19種類のアミノ酸が骨格の完全性を保ち、わずかな側鎖修飾を除いて変化がなかった。これは、アミノ酸の構造が金星の酸性雲中に存在し得ることを示しており、従来の生化学的不相容性の仮定に反するものであり、硫酸を媒体とする生命の可能性を拡大するものである。

ABSTRACT

Scientists have long speculated about the potential habitability of Venus, not at the 700K surface, but in the cloud layers located at 48-60 km altitudes, where temperatures match those found on Earth's surface. However, the prevailing belief has been that Venus' clouds cannot support life due to the cloud chemical composition of concentrated sulfuric acid-a highly aggressive solvent. In this work, we study 20 biogenic amino acids at the range of Venus' cloud sulfuric acid concentrations (81% and 98% w/w, the rest water) and temperatures. We find 19 of the biogenic amino acids we tested are either unreactive (13 in 98% w/w and 12 in 81% w/w) or chemically modified in the side chain only, after 4 weeks. Our major finding, therefore, is that the amino acid backbone remains intact in concentrated sulfuric acid. These findings significantly broaden the range of biologically relevant molecules that could be components of a biochemistry based on a concentrated sulfuric acid solvent.

研究の動機と目的

• 模擬金星雲層条件下における20種類の生物由来アミノ酸の化学的安定性を評価すること。
• アミノ酸の骨格が、従来生命と不相容であるとみなされてきた濃縮硫酸中でも生存可能かどうかを特定すること。
• アミノ酸の安定性が、金星の雲層の居住可能性に与える影響を評価すること。
• どのアミノ酸が構造的変化を示し、その条件（酸濃度、温度）を同定すること。
• 将来的なミッションに貢献するため、金星の大気環境において長期間安定する可能性のある生物学的関連分子を同定すること。

提案手法

• 81%および98% w/wの硫酸溶液を用い、30 °Cおよび50 °Cで個々の生物由来アミノ酸を最大28日間暴露する。
• 露出後の未分解アミノ酸の定量に、高効率液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いる。
• 質量分析法を用いて反応生成物を分析し、側鎖修飾を検出する。
• 異なる酸濃度下での20種類のアミノ酸間における分解速度および構造的安定性を比較する。
• 温度および酸濃度の影響を分離して評価するための制御実験を実施する。
• アミノ酸群全体における生存率および修飾パターンの統計的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生物由来アミノ酸は、金星の雲層条件における濃縮硫酸中でも骨格構造を維持できるか？
• RQ2 81–98% H₂SO₄中で4週間経過した後、どのアミノ酸が分解または側鎖修飾を示すか？
• RQ3 温度および酸濃度は、この環境下でのアミノ酸安定性にどのように影響するか？
• RQ4 アミノ酸の構造的特徴（例：側鎖の親水性・電荷）は、硫酸中での安定性にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 アミノ酸の安定性は、金星の雲層に硫酸を媒体とする生化学的プロセスが存在する可能性にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 20種類の生物由来アミノ酸のうち13種が、4週間経過後も98% w/wの硫酸中で化学的に反応しなかった。
• 20種類のアミノ酸のうち12種が、4週間経過後も81% w/wの硫酸中で反応しなかった。
• 残りのアミノ酸についても、骨格は完全に保たれており、変化は側鎖の修飾に限られていた。
• 濃縮硫酸中におけるアミノ酸骨格の安定性は、長年にわたり広く信じられてきた「このような溶媒は生命関連化学と不相容である」という仮定に反する。
• この結果は、金星の雲層に広範な生物学的関連分子が存在し続ける可能性を示しており、代替的生化学の妥当性を支持する。
• 本研究の発見は、濃縮硫酸が宇宙生命の可能性のある媒体であると見なす範囲を著しく拡大する。