2025年度のアストロバイオロジーセンターのプロジェクト研究(AB0717)[注1]による成果が東京大学から発表されました！

 

【研究概要】

東京大学大学院理学系研究科の松永典之助教らの研究グループは、太陽に似た星（太陽類似星）の観測から、銀河の中でリンの含有量の増え方が銀河内の時期と場所によって異なることを明らかにしました。生命に必須の元素であるリンは、可視光観測では含有量の測定が困難でしたが、本研究では、近赤外線に現れる5本のリン吸収線を用いることで、高精度のリン含有量測定を実現しました。その結果、太陽類似星の年齢とリン含有量との間に明瞭な相関があることを世界で初めて示しました。太陽類似星の年齢は、単に「いつ生まれたか」を示すだけでなく、「銀河のどこで生まれたか」を反映する手がかりだと考えられています。最近の研究では、太陽が現在の位置よりも銀河の内側寄りで生まれ、長い時間をかけて今の場所まで移動してきたシナリオが示されています。今回の観測結果から、銀河の内側で早い時期に生まれた太陽は、現在の太陽近傍で生まれる太陽類似星と比べて、リンを多く含む環境で誕生したと考えられます。これは、太陽系が銀河の内側で生まれた結果として、生命をはぐくむための材料となるリン元素のボーナスを受け取っていたことを示す成果です。

本研究成果は、2026年5月20日にThe Astrophysical Journal Supplement Series誌に掲載されました。詳細は、以下の東京大学のリリースをご参照ください。

【リリース情報】

タイトル：太陽の「生まれ」が与えたリン元素のボーナス　ー太陽に似た星の観測から銀河におけるリン含有量の変化を解明ー（東京大学）

URL：https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/11140/

 

【論文情報】

掲載誌：The Astrophysical Journal Supplement Series

タイトル：High-precision Near-infrared Abundances of Solar Analogs in the YJ Bands

著者：Noriyuki Matsunaga, Takuji Tsujimoto, Daisuke Taniguchi, Hiroaki Sameshima, Shogo Otsubo, Tomomi Takeuchi, Yuki Sarugaku, Ilaria Petralia, Scarlet Elgueta, Matilde Coello-Guzman, Kei Fukue, Yuji Ikeda, Hideyo Kawakita, Valentina D’Orazi, Giuseppe Bono

DOI：10.3847/1538-4365/ae5a9d

[注1] アストロバイオロジーセンターでは、アストロバイオロジー研究の裾野を広げ、研究者コミュニティの形成を目的とし、「プロジェクト研究」として研究テーマを広く募集し、採択された研究を支援しています。プロジェクト研究の詳細は、以下サイトをご参照ください。

プロジェクト研究：https://www.abc-nins.jp/application/

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岡山大学の堀安範准教授がアストロバイオロジーセンター在籍時に実施した研究成果が発表されました。

【研究概要】

岡山大学の堀安範准教授（研究当時、アストロバイオロジーセンターに在籍）らの研究グループは、惑星の表面磁場強度の違いに着目し、木星と土星の周りの巨大衛星に関する謎を解くシナリオを提唱しました。形成直後のガス惑星の内部構造をシミュレーションし、惑星表面における磁場強度を計算しました。そして、惑星の周りのガスの流れを詳細に解析し、円盤状に回転するガスの中での衛星の形成とその軌道進化を国立天文台の「計算サーバ」を用いた数値シミュレーションによって研究しました。表面磁場強度が強い木星では、磁気圏降着という、木星の磁場に沿ったガスの流れが生じる一方、土星は磁場が弱いため、磁気圏降着が起きません。この違いが、惑星近くに４つの巨大衛星をもつ木星と、惑星から離れた位置にひとつだけ巨大衛星をもつ土星という、衛星系の違いの謎を解く鍵になります。この成果は、今後の系外衛星の探査において発見が期待される衛星系の構造の予想にも役立ちます。
本研究成果は、2026年4月2日に英国の国際学術誌Nature Astronomyにオンライン掲載されました。

詳細は岡山大学のリリースをご参照ください。

 

【論文情報】

掲載誌：Nature Astronomy

タイトル：Different architecture of Jupiter and Saturn satellite systems from magnetospheric cavity formation

著者：藤井悠里（京都大学）、荻原正博（上海交通大学李政道研究所）、堀安範（現所属：岡山大学、旧所属：自然科学研究機構アストロバイオロジーセンター）

DOI：10.1038/s41550-026-02820-x

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【発表のポイント】

• 阿寒湖のマリモは、湖が解氷した直後に低水温と強い日射にさらされることで、光合成能力が著しく低下する「光阻害」という深刻なダメージを受けていることを、野外調査により明らかにしました。
• 光阻害を受けたマリモは、その後20～30日かけて光合成能力を回復させる強靭な回復力を持つことがわかりました。
• 気候変動による結氷期間の短縮は、マリモが強光ストレスを受けやすい危険な期間を長期化させ、生存を脅かす可能性があることを示唆しています。

【概要】

北海道・阿寒湖に生息する国の特別天然記念物「マリモ」は、季節ごとに大きく変動する環境下で生きています。なかでも、冬の間に湖を覆っていた氷が解ける春先は、水温が低いまま強い日射にさらされるため、光合成機能に深刻なダメージを受ける危険性が指摘されてきました。

本研究では、アストロバイオロジーセンターの河野優 特任研究員、神奈川大学大学院の 小原晶奈 大学院生(当時)、岩元明敏 教授、東京科学大学の吉田啓亮 准教授、釧路市教育委員会マリモ研究室の尾山洋一 次長による研究チームが、野外調査と室内実験を組み合わせることで、この過酷な時期におけるマリモの光合成能力を詳細に評価しました。その結果、マリモは夏季や氷に覆われた冬季には健全な状態を保つ一方、春の解氷直後には光合成能力が著しく低下すること、そしてその後20～30日かけて自然に回復することが明らかになりました。

この成果は、マリモの保全において特に注意すべき「脆弱な時期」を科学的に特定した重要な知見であり、国際学術誌『Phycological Research』に2025年9月29日付で掲載されました。

【研究背景】

マリモ（学名：Aegagropila brownii）(注1・2)は、美しい球状の集合体を形成することで知られる淡水性の緑藻です。なかでも北海道・阿寒湖に生息する大型のマリモは、国の特別天然記念物に指定されており、世界でも極めて稀少な存在です。
　阿寒湖では、冬になると湖面が厚い氷と雪に覆われます。この氷雪は、マリモを冬の強い太陽光から守る「日傘」のような役割を果たしています。しかし、結氷の直前や氷が解けた直後といった季節の変わり目には、水温が低い（1～4℃）ままであるにもかかわらず、湖底のマリモにまで強い光が届くという、植物にとって非常に過酷な「低水温・強光（LT-HL）」環境(注3)が生じます。このような環境では、光合成に必要なエネルギーの利用効率が低下し、光合成を担う装置である光化学系II(注4)がダメージを受ける「光阻害」(注5)が発生する危険性があると指摘されてきました。しかし、自然環境下の湖において、マリモがこうした影響を実際にどの程度受けているのかは、これまで明らかになっていませんでした。研究チームによる先行研究では、実験的に低水温・強光の環境を再現し、マリモが深刻なダメージを受ける可能性が示唆されていました。本研究は、この実験的な予測を踏まえ、初めて自然の湖沼環境において、結氷の直前や解氷期のマリモが実際にどのような光合成応答を示すのかを実証的に調査したものです。

【研究成果】

本研究チームは、北海道・阿寒湖のチュウルイ湾において、季節ごとの水温や光環境のモニタリングを行うとともに、異なる季節にマリモを採集し、クロロフィル蛍光測定(注6)という手法を用いてその光合成能力を評価しました。
　その結果、夏（8月）および湖が完全に氷に覆われている冬の盛り（3月）に採集したマリモは、光合成能力の指標である光化学系IIの最大量子収率（F_v/F_m）(注7)が約0.6と高い値を示し、光合成の能力は健全な状態にあることが確認されました。
　一方、解氷直後（4月上旬）に採集したマリモでは、このF_v/F_mの値が太陽光にさらされた表面で約0.27まで著しく低下しており、深刻な光阻害が生じていることが明らかになりました。これは、冬の暗い環境に順応していたマリモが、突然強い光にさらされたことで大きなストレスを受けたことを示しています。
　しかしながら、マリモは強靭な回復力も持っていました。解氷から20～30日が経過し、水温が徐々に上昇し始めた5月上旬には、F_v/F_mの値が約0.55まで回復していたのです。この回復過程は室内実験でも裏付けられ、ダメージを受けたマリモの細胞を弱い光のもとに置くことで、光合成能力が回復し始めることが確認されました。

【今後の展望】

本研究は、春先の「解氷直後」が、マリモにとって脆弱な期間になり得ることを、野外データに基づいて初めて明らかにしました。この期間の環境変化は、マリモの長期的な生存に大きな影響を与える可能性があります。
　近年、気候変動の影響により、阿寒湖では結氷が遅れ、解氷が早まる傾向が報告されています。これは単に暖かい期間が長くなることを意味するわけではありません。春先の1～3月でも晴天時の日射は非常に強く、本来であれば分厚い氷と雪がマリモを保護しています。しかし、解氷が早まると、水温が低いままこの強烈な光にマリモが直接さらされる期間が長期化してしまいます。これにより、マリモが過酷な『低水温・強光（LT-HL）』環境にさらされる期間が延び、光によるダメージが蓄積しやすくなることが懸念されます。光阻害からの回復が追いつかなくなれば、マリモの個体群全体が衰弱し、将来的な存続が危ぶまれる可能性もあります。また、結氷期間そのものが湖の生態系全体を成り立たせる重要な要素であり、その短縮や喪失は、多様な生物の相互作用に甚大な影響を与えると考えられます。
　この貴重な自然遺産を未来へと引き継いでいくためには、生息地の物理的な環境を守るだけでなく、気候変動がマリモの生理に与える影響、特に、この脆弱な時期における光ストレスに着目し、科学的知見に基づく保全戦略を構築することが極めて重要です。本研究の成果は、阿寒湖のマリモという特定の生物群落にとどまらず、国内外の他の湖沼生態系で、気候変動のような複合ストレスに直面する希少な水生生物をいかに保全していくか、という普遍的な課題に対するモデルケースとしての意義も持っています。

本研究は、アストロバイオロジーの観点からも、重要な示唆を与えます。氷の下の暗闇から、解氷による突然の強光ストレスに耐え、回復していくマリモの生命戦略を解明することは、氷で覆われた天体のような地球外の極限環境に生命が存在するとすれば、どのようなメカニズムで生き延びているのかを理解する上で重要な手がかりとなります。また、地球の気候変動がこの特殊な生態系に与える影響を調べることは、劇的な環境変化を経験した惑星で、生命がどのように応答し、その痕跡を残しうるのかを考察する上での貴重な実例となるでしょう。本研究は、『極限的な惑星環境において、生命はどのように生き残り、進化するのか』というアストロバイオロジーの根源的な問いに、地球に生きる生命から迫る試みです。

用語解説：

(注1) 特別天然記念物「阿寒湖のマリモ」
阿寒湖は、阿寒カルデラおよび古阿寒湖の形成後、雄阿寒岳の火山活動によって分断されて生じた堰止湖です。湖の北部に位置するチュウルイ湾とキネンタンペ湾には、世界的にも極めて珍しい球状のマリモ（Aegagropila brownii）が群生しています。特に、直径30 cmを超える巨大な球状マリモが多数確認されている湖は、世界で阿寒湖だけです。
その希少性と学術的価値の高さから、阿寒湖のマリモは1921年に国の天然記念物、1952年には特別天然記念物に指定されました。2024年時点で、国の天然記念物に指定されている藻類は8種あり、そのうち特別天然記念物に指定されている藻類は阿寒湖のマリモのみです。

(注2) マリモの学名（Aegagropila brownii）
2023年に発表された分類学研究により、これまで広く使われてきた Aegagropila linnaei というマリモの学名は誤りであり、正しい学名は Aegagropila brownii であると再定義されました。この変更はマリモの生態や遺伝的特徴が変わったわけではなく、国際的な分類学ルールに則って「名前」が訂正されたものです。
学名変更の背景には、「タイプ標本」の再評価があります。A. linnaei の元となる記載（Conferva aegagropila）は1753年にカール・リンネによってなされましたが、その後に選ばれた標本（レクトタイプ）は、実際には海に生える別種の藻類であることがわかりました。命名規約に基づくと、A. linnaei の名は海産種に属するものであり、淡水性のマリモには使用できません。そこで、淡水マリモに最も早く命名され、有効とみなされる学名を再検討した結果、1809年にアイルランド北部で採集された標本に由来する Conferva brownii が該当すると判断されました。この結果、マリモの正しい学名は Aegagropila brownii に変更されました（Guiry & Frödén 2023）。
この変更はあくまで分類学的な見直しによるものであり、私たちが「マリモ」と呼ぶ生物の実体は変わっていません。生物学的な性質や保全上の重要性に影響を与えるものではなく、より正確な名前でマリモを理解し、保護していくための基盤となります。

(注3) LT-HL（Low Temperature – High Light）環境
低温かつ強光という、極域や春の解氷直後の湖沼に見られる特殊な環境条件。植物や藻類にとっては、光合成に対するストレスとなる可能性があります。

(注4) 光化学系II（PSII）
光合成において、光エネルギーを吸収して水を分解し、電子を取り出す最初の反応を担うタンパク質複合体。光合成の“エンジン”の一部であり、特に強すぎる光によって損傷を受けやすいという特徴があります。

(注5) 光阻害
植物や藻類が生きるために行う光合成は、光が強すぎると逆に能力が落ちてしまうことがあります。この現象が「光阻害」です。
光合成の仕組みを、太陽光をエネルギー源にして動く「栄養づくり工場」に例えてみましょう。この工場は、適度な量の光があれば元気に栄養を作り出せます。しかし、工場の処理能力をはるかに超える強すぎる光（(注3)LT-HL環境で解説）が降り注ぐと、エネルギー変換の最前線で働く機械（(注4)光化学系IIで解説）がダメージを受けて故障してしまいます。この“機械が故障して、工場全体の働きが鈍ってしまった状態”が光阻害です。
冬の間、暗い氷の下で静かに過ごしていたマリモにとって、解氷直後の強烈な日差しはあまりに刺激が強く、この「光阻害」を引き起こす大きな原因となります。

(注6) クロロフィル蛍光
植物の葉や藻類に含まれる光合成色素クロロフィルに光を当てた際に発せられる、ごく微弱な赤い光。この蛍光の強さやその変化を測定することで、光化学系IIの健康状態や光合成能力を、対象を傷つけることなく評価することができます。本研究では、この手法を用いて光阻害の程度を数値的に評価しました。

(注7)　光化学系IIの最大量子収率（F_v/F_m）
植物や藻類が行う光合成の「元気度」や「健康状態」を示す指標です。光合成を担う光化学系II（PSII）が、吸収した光エネルギーをどれだけ効率よく化学エネルギーに変換できるかを表しており、クロロフィル蛍光の測定によって算出されます。この値は0から1の間の数値で示され、健康な藻類や植物では一般的に0.6以上と高い値になります。数値が高いほど光化学系IIが健全に機能していることを意味します。一方で、強すぎる光などのストレスによって光化学系IIがダメージを受けると、この値は低下します。そのため、光阻害の信頼できる指標として広く利用されています。本研究では、このF_v/F_m値を測定することでマリモの健康状態を季節ごとに評価しました。夏期や結氷中は0.6前後の高い値を維持していましたが、解氷直後には太陽光が当たる表面で0.3以下まで著しく低下し、マリモが深刻な光ストレスを受けていることが明らかになりました。

研究サポート：

本研究は、科学研究費助成事業（課題番号：24K09493, 23H04961, 23H02498）および日本科学協会の笹川科学研究助成の支援を受けて実施されました。

関連リンク

神奈川大学プレスリリース

論文情報

雑誌：Phycological Research
タイトル：Photoinhibition Risk in Marimo (Aegagropila brownii) During Ice Transition Periods Based on Field Observations and Laboratory Assessments
DOI：https://doi.org/10.1111/pre.70013
著者：Masaru Kono, Akina Obara, Yoshihiro Suzuki, Akitoshi Iwamoto, Keisuke Yoshida, Yoichi Oyama

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発表のポイント：

• 原始惑星「ぎょしゃ座AB星b」に物質が落ち込んでいる（質量降着の）証拠を欧州南天天文台の8メートル望遠鏡（VLT）による分光観測で発見した。
• 惑星から光のスペクトルは、若い恒星への質量降着の証拠となるものと類似しており、原始惑星で質量降着を示す最初の発見。
• これは、数例しかない原始惑星の中でも、この惑星が円盤中に埋もれた最も若い原始惑星であることの強い証拠となる。

概要：

生命を育む地球のような小型岩石惑星や木星のような巨大ガス惑星は、太陽のような恒星のまわりで生まれます。その誕生の場は、原始惑星系円盤と呼ばれるガスと塵の薄い円盤状の天体です。原始惑星系円盤は、太陽質量に限らず、重い星や軽い星の若い段階において普遍的に見られ、すばる望遠鏡のような8m級望遠鏡（可視光・赤外線）やアルマ望遠鏡（電波）によって、その詳細な姿が2010年代から明らかになってきました。

しかし、円盤の中の微細な構造（隙間構造や渦巻腕構造）から間接的に惑星の存在が示される例は多数発見されていますが、円盤中に生まれたばかりの惑星（原始惑星）の姿を直接に捉えることは、PDS70 bやc、ぎょしゃ座AB星 b(AB Aur b)など、これまで数例でしか成功していません。これは、原始惑星の多くは原始惑星系円盤に埋もれているため、惑星によって円盤に隙間が出来て見易くなったり、あるいは、円盤の真上からでないと見えなかったりするためと考えられます。また、原始惑星は、周りの円盤から質量を集めて惑星に成長しつつある天体と考えられますが、埋もれている円盤からその質量降着の様子を詳細に分光観測した例はPDS70の惑星系しかありません。

今回、アストロバイオロジーセンター、米国テキサス大学サン・アントニオ校らの研究者を中心とする国際研究チームは、VLT望遠鏡に搭載されたた多天体分光器MUSE（ミューズ）を用いた分光観測により、AB Aur bからの水素原子輝線の検出に成功しました。この輝線は、原始惑星を取り囲む周惑星円盤への質量降着の証拠と考えられます。

背景：

太陽系を超えた遠方にある惑星 (系外惑星) は、1995 年の最初の発見以降、6000個以上も発見されています。その多くは、我々の太陽系にある8個の惑星とは大きく違った性質を持っています。そのような多様な系外惑星はどのようにして生まれ、どのように進化し、あるものは地球のような生命を宿す惑星になれるのでしょうか？　この謎を解明するためには、惑星が生まれる現場で、今まさに生まれている若い惑星をとらえることが不可欠です。しかし、観測的な困難さから、年齢が数100万年程度の若い惑星の観測は極めて限られていました。

生命を育む地球のような小型岩石惑星や木星のような巨大ガス惑星は、太陽のような恒星のまわりで生まれます。その誕生の場は、「原始惑星系円盤」と呼ばれる塵とガスの薄い円盤状の天体です。原始惑星系円盤は、太陽質量に限らず、重い星や軽い星の若い段階において普遍的に見られ、すばる望遠鏡などの8m級望遠鏡やアルマ望遠鏡によって、その詳細な姿が2010年代から明らかになってきました。しかし、円盤の中の微細な構造（隙間構造や渦巻腕構造）から間接的に惑星の存在が示される例は多数発見されていますが、円盤中に生まれたばかりの若い惑星（原始惑星）の姿を直接に捉えることは、年齢400万年のPDS70 bやc、年齢が200万年のAB Aur bなど、数例でしか成功していません。後者は、すばる望遠鏡によって2022年に発見されました(注１)。これは、原始惑星の多くは原始惑星系円盤に埋もれているため、惑星によって円盤に隙間が出来て見易くなったり、あるいは、円盤の真上からでないと見えなかったりするためと考えられます。また、原始惑星は、周りの原始惑星系円盤から質量を集めて惑星に成長しつつある天体と考えられますが、埋もれている円盤から原始惑星へ質量降着する様子を詳細に分光観測した例はありません。

研究成果：

今回、アストロバイオロジーセンター（ABC）、東京大学、国立天文台、工学院大学、米国テキサス大学サン・アントニオ校、北京大学らの研究者を中心とする国際研究チームは、VLT望遠鏡に搭載されたた多天体分光器MUSE（ミューズ）を用いた分光観測により、ぎょしゃ座AB星bからの水素原子輝線（Hα輝線）の検出に成功しました。図１は、その水素原子輝線の面分布を表したものです。

この輝線は、原始惑星を取り囲む「周惑星系円盤」への質量降着の証拠と考えられます。一般に、水素原子輝線は若い星やその周辺に多く見られます。とりわけ、原始惑星系円盤にも物質が降着しているため、円盤からの水素原子輝線が拡がっています。私たちが狙っているのは、その円盤にまだ埋もれている、もっと小さな原始惑星を取り囲む周惑星系円盤への物質の落ち込みです。多天体分光器は、天球上に面状に広がった天体の分光観測ができるため、円盤に埋もれた原始惑星の、円盤に起因する放射成分と惑星に起因する放射成分を同時に分光観測できる理想的な装置です。また、可視光で南米チリの良好なシーイングを活かした高解像度（最高で0.3秒角）かつ高い波長分解能（λ/Δλ～3000）の分光観測が出来る点がユニークです。この能力によって、原始惑星と原始惑星系円盤を明確に区別したスペクトルを得ることができました。

今回の観測で、まさにすばる望遠鏡で発見された原始惑星の位置に水素原子輝線が発見されました。そのスペクトルの形状（逆はくちょう座P星プロファイル（注２））は、同様の質量降着を起こしているTタウリ型星（注３）で見られるものと類似していました（図２）。このような形状の水素原子輝線が発見された原始惑星は、これまでAB Aur bだけです。これは、ぎょしゃ座AB星の年齢が約200万年と非常に若く、惑星のまわりにはまだ多量の物質が見られるため、このぎょしゃ座AB星周りの惑星、AB Aur b は、今まさに生まれつつある惑星、いわゆる「原始惑星」であることを強くサポートします。このようなスペクトルが得られている原始惑星は他にはPDS70 bとcしかなく、原始惑星系としては2例目、円盤中に埋もれた原始惑星としては初めての観測になります。（PDS70 b,cは円盤の空隙中にあります。）

AB Aur b は、木星の約4倍の質量をもち（注４）、主星から地球-太陽間距離の93倍も離れた軌道を公転しています。このような恒星から離れた巨大惑星は太陽系には存在しませんが、どのようにして生まれたのでしょうか？標準的な惑星系形成モデルでは、若い星のまわりの原始惑星系円盤で微惑星が成長し、それがさらに多量の物質を集めて木星のような巨大惑星が形成されるというモデルです。形成後に惑星が主星の近くや遠くに移動したり、散乱したりする可能性も示唆されています。しかし、今回の発見は、惑星移動が起こる間もない時期に、主星から遠く離れた位置で巨大な原始惑星が誕生したことを示しており、標準モデルでも惑星移動・散乱モデルでも説明できません。従って、今回の物質降着の証拠は、太陽系には無い種類の「遠方巨大惑星」は円盤中で自己重力により巨大惑星が形成されるという「重力不安定による惑星系形成」を強く支持します。

本研究成果は、米国の天文学専門誌『アストロフィジカルジャーナル・レター』に2025年9月2日付で掲載されました (Currie et al. "Images of embedded Jovian planet formation at a wide separation around AB Aurigae")。

用語解説：

(注１) すばる望遠鏡による、AB Aur の原始惑星の発見、および、そのまわりを取り巻く複雑な構造を持った原始惑星系円盤の詳細観測については、それぞれ2022年4月4日のアストロバイオロジーセンターとハワイ観測所および2011年2月17日のハワイ観測所プレスリリースをご覧ください。

(注２) 逆はくちょう座P星プロファイル：恒星表面から大量のガスが放出している「はくちょう座P星」という恒星のスペクトルが示す、輝線と吸収線が隣り合う特徴的なスペクトルを「はくちょう座P星プロファイル」と呼びます。「逆」はくちょう座P星プロファイルは、輝線と吸収線の順序が逆になっていて、恒星表面にガスが降着しているTタウリ型星(注３参照)でも見られるプロファイルです。

(注３)Tタウリ型星：恒星がガスの中で誕生し、周囲のガスが少なくなり可視光でも観測できるようになった若い恒星。まだ周囲のガスによる質量降着が進んでいるものもあり、1945年に新しい変光星として発表された恒星の典型がおうし座のT星であったため、このような若い恒星をTタウリ型星と呼びます。

(注４) 誤差を考慮すると、AB Aur b の質量は木星の約４〜９倍程度です。

発表雑誌：

雑誌名：Astrophysical Joural Letters
論文タイトル：”VLT/MUSE Detection of the AB Aurigae b Protoplanet with Hα Spectroscopy”
著者名：T. Currie et al.
DOI： 10.3847/2041-8213/adf7a0

関連リンク

• アストロバイオロジーセンター２０２２年４月５日プレスリリース
• 国立天文台ハワイ観測所２０２２年４月５日プレスリリース
• 国立天文台ハワイ観測所２０１１年２月１７日プレスリリース

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近年の天文観測の進展により宇宙には地球と同じように水を湛えた惑星が多数存在することが明らかとなり、そうした惑星における生命探査がまもなく始まろうとしています。このたび、自然科学研究機構アストロバイオロジーセンター/基礎生物学研究所および総合研究大学院大学の研究チーム（村上葵博士課程学生、小松勇特任研究員、滝澤謙二特任准教授）は、水面上に葉を広げる「浮遊植生」の反射スペクトルが、水の豊富な惑星における生命探査の有力な指標となる可能性について、培養実験と衛星観測を通じて検証しました。特にその周期的な変動を観測することの重要性を明らかにしました。本研究成果は、2025年2月24日に学術誌「Astrobiology」に掲載されました。

【研究の背景】
天文観測により現在までに6,000個近い太陽系外惑星が発見されており、惑星表面に液体の水が存在することが期待される生命居住可能（ハビタブル）な惑星も多数報告されています。宇宙生命探査は今世紀における最も重要な科学プロジェクトの一つであり、ハビタブル惑星の直接撮像観測の準備が進められています。

地球と類似した環境の惑星では陸上植物が示す特徴的な反射スペクトル（レッドエッジ）を生命の指標（バイオシグネチャー）として検出することが期待されていますが、地球よりも水が豊富で地表のほとんどが海洋で覆われた惑星では地球と同じような陸上植生の発達は期待できません。生命の誕生に不可欠な水が豊富にある海洋惑星における生命探査の可能性を広げるため、本研究では水面上に浮遊する植物による反射スペクトルの特徴とその検出可能性を検証しました。

【研究の成果】
本研究では浮遊植物の反射スペクトルを実験室での個葉の測定から衛星リモートセンシングによる湖沼植生の測定まで異なるスケールで調査し、その特徴を明らかにしました。

浮水葉の形態は種によって大きく異なるものの、一般的な傾向として、陸上植物と同等以上のレッドエッジを示しました。浮力を高めるための空気を多く含む葉肉組織や撥水性を高めるための表皮構造によりレッドエッジが強調されると考えられます。葉を水に浮かべた状態での反射率測定では、濡れることにより若干反射率が低下しますが、水中に沈む水草に比べて顕著なレッドエッジが確認できます(図1)。

しかしながら、実際の自然環境下での大規模な観測では、群落密度が低く水面に重ならずに葉を広げる浮遊植生のレッドエッジは、密度の高い陸上植生に比べて低下します。衛星リモートセンシング（Sentinel-2; ESA）による反射率画像から、正規化植生指数（NDVI）を指標としてレッドエッジの大きさを比較した場合、湖沼の浮遊植生は周囲の森林植生より低い値を示しました。温帯域にある日本では発達した浮遊植生は夏季にのみ存在し、冬季に消失するため、通年で平均化した場合、NDVIは更に小さく検出困難になります。一方で、NDVIの最小値と最大値の変動幅は浮遊植生の方が森林植生より顕著でした。そこで、NDVIの周期変動に着目して日本全国148か所の湖沼を対象とした大規模な解析を行ったところ、冬季と夏季でマイナスからプラスに変化する浮遊植生に特徴的な季節変動パターンが確認されました（図２）。浮遊植物は水に濡れることにより反射率が低下するものの、水自体の反射率がより低く安定しているために、植生の増減が高感度に検出できたと考えられます。

浮遊植生によるNDVIの季節変動は、単純にNDVIの最大値を指標として比較する場合よりも大気と雲による減衰を受けにくいことから、将来の太陽系外生命探査においても有効な手法となり得ることが示唆されました。

【今後の展望】
水面に浮遊する植物のような光合成生物の進化が地球以外の惑星においても普遍的であれば、植物の反射スペクトルを手掛かりとする生命探査の候補惑星を地球のように大陸を形成する惑星に限定せずに、より水が豊富な海洋惑星に拡大することができます。多様な惑星環境に適応して進化する生物の形態を予測するためには、生命の誕生・進化プロセスを惑星環境との共進化の中で解明していくことが重要です。

用語解説：
太陽系外惑星：太陽系の外に存在する惑星。将来の望遠鏡によって、植生など地表の反射特性を同定することが期待されている。

浮遊植物：湖沼に生育する水生植物のうち葉を水面に浮かべる植物の一般的な総称。ここでは自由浮遊植物に加え、葉を水面に浮かべる浮葉植物と茎葉を水上に伸ばす抽水植物の一部を含む。

レッドエッジ：赤色光と近赤外線の境界（700nm）で反射率が増大する植物に特有のスペクトル特性。

正規化植生指数（NDVI）：赤色光反射率（Red）と近赤外線反射率（NIR）を用いて次式から計算される；NDVI＝（NIR-Red）/(NIR+Red)。リモートセンシングにおいて植生の分布や生育状況を評価するために使われる。

研究サポート：
本研究は科学研究費補助金（学術変革領域研究「光合成ユビキティ」(24H02109)）のサポートを受けて行われました

論文情報
論文雑誌: Astrobiology
タイトル：Remote Detection of Red-Edge Spectral Characteristics in Floating Aquatic Vegetation
著者: 村上葵、小松勇、滝澤謙二
DOI:10.1089/ast.2024.0127
URL: https://doi.org/10.1089/ast.2024.0127

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プロジェクト公募の成果(AB0606)が東大でリリースされました！

発表概要

東京大学大学院理学系研究科の鈴木庸平准教授による研究グループと、国際宇宙空間研究委員会（COSPAR）火星帰還試料安全評価プロトコル策定作業部会（SSAP）の委員は、2022年に同作業部会が公開した安全評価体系の改良を行ってきた。改良の理由として、岩石と水が接触した部位から火星生命の痕跡が検出される可能性が極めて高いが、粘土の生成により生命痕跡のシグナルの取得が妨害される問題があげられるためだ。そこで、同准教授の研究グループが微生物の生息を発見した地球上の玄武岩中の粘土を含む部位を用いて、さまざまな分析手法を試験した。その結果、赤外線の照射により、粘土と微生物の同時検出に成功した。今後、火星帰還試料に類似した地球の岩石で分析法の適用性を評価することで、火星生命検出技術が飛躍的に向上すると期待される。

（東京大学のリリースより引用）

詳細は東京大学のリリースをご参照ください。

論文情報
論文誌：International Journal of Astrobiology

論文タイトル：Submicron-scale detection of microbes and smectite from the interior of a Mars-analogue basalt sample by opticalphotothermal infrared spectroscopy

著者：Yohey Suzuki*, Frank E. Brenker, Tim Brooks, Mihaela Glamoclija, Heather V. Graham, Thomas L. Kieft, Francis M. McCubbin, Mark A. Sephton and Mark A. van Zuilen
（*プロジェクト公募採択者）

DOI番号：10.1017/S1473550425000011

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2019年度のプロジェクト公募の成果が東京科学大学地球生命研究所(ELSI)からリリースされました！

ー海底下の超臨界CO2–水の二相環境で核酸前駆体のリン酸化を達成ー

近年提唱された新説である液体/超臨界CO2仮説に基づいて、地球生命研究所（ELSI）の田川翔大朗大学院生と藤島皓介准教授ら研究チームは、海底下の超臨界CO2–水の二相環境を高圧リアクターで再現し、生命の起源における同環境の機能的重要性を明らかにしました。同環境では水が超臨界CO2相に溶け込むことで脱水による分子濃縮を達成可能であること、またCO2流体と共在する水が酸性となりリン酸塩鉱物（アパタイト）から生命にとって必須なリン酸を溶出できることを確認し、結果的に60 ℃以上の高温環境で核酸前駆体（ヌクレオシド）のリン酸化が進むことが分かりました。本研究は、初期地球の海底下の超臨界CO2–水の二相環境が加水分解とリン酸枯渇問題の２つの問題を克服し、生命の起源にとって重要なリン酸を含む有機物を安定的に提供できる場であることを実験的に確かめることに成功しました。

（ELSIのリリースより引用）

詳細は東京科学大学地球生命研究所(ELSI)のリリースをご参照ください。

論文情報
論文誌：Astrobiology

論文タイトル：Prebiotic Nucleoside Phosphorylation in a Simulated Deep-Sea Supercritical Carbon Dioxide–Water Two-Phase Environment

著者：Shotaro Tagawa, Ryota Hatami, Kohei Morino, Shohei Terazawa, Caner Akil, Krisitin Johnson-Finn, Takazo Shibuya, Kosuke Fujishima*
（*プロジェクト公募採択者）

DOI番号：10.1089/ast.2024.0016

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日本を中心とする国際研究チームが、太陽に似た恒星を周回する新たな複数惑星系を発見しました。この系には、これまでに測定された中で最も高密度な惑星の一つである超短周期惑星が含まれています。11月8日にNature Scientific Reportsに掲載されたこの発見は、極端な環境における惑星の形成と進化に新たな光を当てています。

新たに発見されたK2-360系は、地球から約750光年離れた場所にあります。この惑星系は太陽に似た恒星を周回する以下のような2つの惑星で構成されています：

K2-360 b：地球の約1.6倍の大きさで、恒星を21時間で周回する超短周期の「スーパーアース（超地球）」（地球より大きいけれど海王星より小さい岩石でできた惑星）です。地球の7.7倍の質量を持ち、同種の惑星の中で最も高密度の惑星として特徴づけられます。
K2-360 c：地球の少なくとも15倍の質量を持つ、より大きな外側の惑星で、9.8日で周回します。この惑星は恒星の前を通過しないため、正確なサイズは不明です。
「K2-360 bは本当に驚くべき惑星です。地球とほぼ同じ大きさの球体に、地球の約8倍の質量を詰め込んでおり、鉛のように高密度です」と、研究リーダーであるジョン・リヴィングストン氏（アストロバイオロジーセンター）は述べています。「これにより、1日未満で恒星を周回する『超短周期』惑星の中で、[精密なパラメータが求められた]最も高密度な惑星として知られることになりました。」

この発見は、NASAのK2ミッションによって可能になりました。2016年に内側の惑星が恒星の前を通過(トランジット)するのを最初に検出されました。HARPSやHARPS-N分光器を含む地上望遠鏡による追跡観測により、惑星の性質が確認され、外側の伴星の存在が明らかになりました。

K2-360 bの極端な密度は、かつて大きな惑星だったものの中心核が残されたものである可能性を示唆しています。近くの恒星からの強い放射によって惑星の外層が失われたようです。「この惑星は、惑星と恒星が近接した世界の運命の一端を垣間見せてくれます。何十億年もの進化の末に、密度の高い岩石核だけが残されているのです」と共著者のトリノ大学のダヴィデ・ガンドルフィ氏は説明します。

外側の惑星K2-360 cは、この系にさらに興味深い要素を加えています。トランジットこそしないものの、恒星への重力的影響により、その最小質量を測定することができました。コンピューターシミュレーションは、この惑星が系の形成と進化に重要な役割を果たした可能性を示唆しています。多くの恒星の近くを回る惑星は、生まれた時の原始ガス円盤との相互作用で内側に移動したと考えられていますが、K2-360 bは違う方法で現在の軌道に至ったようです。

「我々の力学モデルは、K2-360 cが『高離心率移動』というプロセスを通じて内側の惑星を現在の近接軌道に押し込んだ可能性を示しています」と、ニールス・ボーア研究所の共著者アレッサンドロ・トラーニ氏は説明します。「これは重力相互作用によって内側の惑星の軌道が最初に非常に楕円形になり、その後、潮汐力によって徐々に恒星の近くで円形化するというプロセスです。あるいは、惑星の自転軸の傾きによって潮汐円形化が引き起こされた可能性もあります。」

研究チームの分析によると、K2-360 bは水星よりも地球に似た、鉄分の多い岩石組成を持っています。中心にある恒星の化学組成に基づくモデルを使用して、K2-360 bの質量の約48%を大きな鉄の核が占めていると推定されました。これは、極端な密度にもかかわらず、「スーパーマーキュリー（超水星）」というよりも「スーパーアース（超地球）」に近いことを示しています。

「私たちの内部構造モデルは、K2-360 bが岩石のマントルに囲まれた相当な大きさの鉄の核を持っている可能性を示しています」と、マギル大学の博士課程学生であるマヘシュ・ヘラス氏は説明します。「恒星からの強い熱を受けるため、その表面はマグマで覆われている可能性があります。このような惑星を理解することで、銀河全体のさまざまな条件下での地球型惑星の形成と進化の過程を組み立てる助けとなります。」

K2-360系の発見は、惑星系の構造とそれらを形作るプロセスについて貴重な洞察を提供します。K2-360 bのような超短周期惑星は比較的稀ですが、大質量の外側の伴星を持つものを発見したことで、その形成に関する理論の制約に役立ちます。「K2-360は、極端な環境での惑星の形成と進化を研究するための優れた実験室です」とリヴィングストン氏は結論づけています。

【論文情報】

論文雑誌: Scientific Reports

タイトル：”An ultra-short-period super-Earth with an extremely high density and an outer companion”

著者: John H. Livingston,  et al. 

DOI: 10.1038/s41598-024-76490-y

URL: https://www.nature.com/articles/s41598-024-76490-y

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元アストロバイオロジーセンター研究員の光合成に関する研究テーマが、スマート農業の新技術へと進展しました！

論文主著者の上妻氏がABCに在籍していた当時も実施していた研究の成果です！

小型センサで植物を見守るスマート農業の新技術を開発

〜クラウド連携でいつでも、どこでも健康状態のモニタリングが可能に〜

【発表のポイント】

• 植物の葉の裏面に取り付けて、葉の色の変化、クロロフィル^（注1）量、ストレス応答を検出する小型センサを開発しました。
• 開発したセンサは、耐水性でバッテリー駆動による長期連続測定が可能な上、測定データをクラウド経由でいつでも、どこからでも確認可能です。
• 比較的低コストで実現できるため、センサを多数設置することで、植物の健康状態の広範囲あるいは高密度でのモニタリングが可能になります。

【概要】

気候変動や人口増加の影響により、農業では効率的な資源管理と生産性向上が急務となっています。こうした背景から、スマート農業が注目されており、特に遠隔で植物の状態を把握できる技術が求められています。

東北大学大学院工学研究科の宮本浩一郎准教授、大学院生命科学研究科の上妻馨梨助教（現：京都大学大学院農学研究科）は、植物の健康状態を遠隔からスマートフォンなどの端末で確認できる新しい小型センサを考案・開発しました。このセンサは植物の葉の裏側に取り付けることで、太陽光を遮ることなく、葉の生理応答を正確に測定することが可能です。測定データはオンラインストレージで共有され、遠隔かつリアルタイムにモニタリングが可能です。また、葉色やクロロフィル含量、環境ストレスの検出も可能で、長期連続および多点同時測定システムの実現への道を拓きます。この小型センサはわずか数千円で作製可能で、農業分野などへの活用が期待されます。

本成果は、2024年9月24日にバイオセンシングに関する専門誌Sensing and Bio-Sensing Researchに掲載されました。

詳細は東北大学のプレスリリースをご参照ください。

【論文情報】

掲載誌：Sensing and Bio-Sensing Research 46(2024),100688.

タイトル：Analysis of plant physiological responses based on leaf color changes through the development and application of a wireless plant sensor

著者：Kaori Kohzuma, Ko-ichiro Miyamoto

責任著者1：東北大学大学院生命科学研究科　助教　上妻馨梨

（現所属：京都大学大学院農学研究科、旧所属：東京大学理学系研究科、自然科学研究機構アストロバイオロジーセンター）

責任著者2：東北大学大学院工学研究科　准教授　宮本浩一郎

DOI：10.1016/j.sbsr.2024.100688

URL：https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2024.100688

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アストロバイオロジーセンターのプロジェクト公募(課題番号AB0606)の成果が東京大学からリリースされました！

発表のポイント

• 南アフリカの地下に広がる20億年前の地層から、生きている微生物を採取することに成功した。
• これまで生きた微生物が見つかった最も古い地層の記録を、1億年前から20億年前まで一気に遡る成果である。
• 20億年間安定な岩石内部で微生物が進化してなければ、地球の生命の起源や初期進化に迫ると期待される。

（東京大学プレスリリースより）

詳細は東京大学プレスリリースをご参照ください。

論文情報

論文誌：Microbial Ecology

論文タイトル：Subsurface Microbial Colonization at Mineral-Filled Veins in 2-Billion-Year-Old Mafic Rock from the Bushveld Igneous Complex, South Africa

著者：Yohey Suzuki*, Susan J. Webb, Mariko Kouduka, Hanae Kobayashi, Julio Castillo, Jens Kallmeyer, Kgabo Moganedi, Amy J. Allwright, Reiner Klemd, Frederick Roelofse, Mabatho Mapiloko, Stuart J. Hill, Lewis D. Ashwal, Robert B. Trumbul
（*責任著者、プロジェクト公募採択者）

DOI番号：10.1007/s00248-024-02434-8

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