tayo conference vol.1 astrobiology オンライン要旨集 (スケジュールup!)

宇宙生物学（アストロバイオロジー）はNASAが再定義した”宇宙における生命の起源、分布、そして未来”を包括的に扱う学術領域です。
その中でも「生命の起源」は誰もが一度は疑問に抱いたであろう根源的な命題です。
一方で、地球では40億年以上も前に起きたイベントであることから、当時の環境の初期条件、存在していたであろう分子やエネルギー源、化学進化の異なる道筋など、さまざまな生命の起源シナリオが提唱されています。

東工大の地球生命研究所(ELSI)の私たちの研究グループでは1つのシナリオに縛られることなく、生命の一歩手前の高分子に注目しています。
現在の生命システムの根幹にあるのは生体関連高分子（DNA,RNA,タンパク質)ですが、一体どこで、どのようにこれらの機能性の高分子は誕生したのでしょうか？そして選択され、進化されてきたのでしょうか？そこで役に立つのが”作って調べる生物学”です。

近年の分子基盤技術の発展により、合成生物学と呼ばれる分子レベルでのモノづくりや進化実験が進みました。それにより過去にありえた分子、あるいは地球外のハビタブル環境に存在しうる高分子の多様性を実験室内で創り出すことが可能となりつつあります。
“合成生物学的な手法でアストロバイオロジーの命題に迫る”が私の研究グループの理念です。

地球外に知的生命はいるのか、人類は長い間想像してきました。太陽系の外の遠い惑星にもし我々のような文明があれば、電波を使った通信をしているだろう。そしてその電波を受信できれば、そこに文明があることがわかる。
これはSETI（Searching for ExtraTerrestrial Intelligence）という試みで、SFではなく立派な自然科学です。現在建設中の電波望遠鏡SKAは世界10カ国以上が参加する大規模国際プロジェクトで、完成すれば究極の感度を持つ電波望遠鏡となります。これを使えば数十光年先にある文明のレーダーの電波も検出することができます。広大な宇宙において、生命、そして文明は普遍的に存在するのか、それとも地球は特別なのか。この究極の問いに世界最大の電波望遠鏡を用いて挑みます。

私たちは「生命とはなにか？」を理解するために、分子を組み合わせて生命の持つ機能を一部有した人工物（人工細胞と呼ばれたりします）を作っています。

今までに、自発進化するRNA複製システムや、一部自律的なDNA複製システムを構築してきました。これらの研究を通して、生命の起源と進化を理解できると考えています。さらには生命の機能を一部有した人工物という新しいバイオテクノロジーを生み出したいと考えています。

生命の惑星である地球は，宇宙空間の塵が集まって太陽系が形成されると共に約46億年前に誕生し，約38億年前には最初の生命が生まれていたと考えられています。小惑星を起源とする隕石からはアミノ酸を含め多様な有機物が検出されており，太陽系の天体や太陽系のもととなる星間分子雲などからも様々な有機分子が検出されています。このように，宇宙には生命の原材料になるような有機物が多く存在しており，これらの一部が隕石や惑星間塵として原始地球にもたらされた可能性があります。

当研究室では，このような宇宙の有機物がどこでどのように形成・進化を遂げたのか，また，地球の生命起源やさらには地球以外の天体での生命の存在の可能性を探るため，分析化学をベースとした実験的研究を行っています。特に，星間や太陽系小天体の環境を模擬した実験や隕石など地球外物質の分析に力を入れています。また，JAXAの宇宙実験や探査にも参加しており，多角的な観点から宇宙における生命の起源・進化・分布・未来に関する学問分野であるアストロバイオロジーを推進しています。

当研究室では、人類から微生物まで全生物共通のルーツを探るための生命の起源と初期進化や、当時の地球環境を研究しています。さらに宇宙における生命起源の可能性も検討しています。 情報科学と合成生物学を融合した手法により、数億年～40億年前の遺伝子やタンパク質を復元し、生命の起源や40億年に渡る生物進化と地球環境の変遷を知ることが可能です。 また、生物機能を利用した環境や資源の問題の解決や、持続可能な人間社会の構築を目指し、

・環境に優しい生体触媒である酵素の改変 ・絶滅生物種が持った有用タンパク質の探索
・極限環境微生物が持つタンパク質を材料としたタンパク質工学の研究

をおこなっています。

◆現在の主な研究内容

・全生物共通祖先とさらにそれ以前のタンパク質や生物、生育環境の推定
・宇宙や原始地球に豊富に存在したと推定されるアミノ酸種のみからタンパク質の合成
・祖先タンパク質の復元による絶滅生物種が持った有用タンパク質の探索
・実用化に向けた極限環境微生物が持つ酵素
・タンパク質の改変

以下で研究室の紹介ビデオが閲覧可能です。 http://www.waseda.jp/prj-groupg-y2020/

【JAMSTECで研究する】 海洋研究開発機構（JAMSTEC）では、連携大学院制度に基づき、連携大学院の学生を研究生として受け入れて指導を行なっています。 https://www.jamstec.go.jp/j/about/hr_development/

JAMSTEC超先鋭研究開発部門の山本正浩研究員は、連携大学院である横浜市立大学大学院 生命ナノシステム科学研究科の客員教員として「深海生命電気化学研究室」を受け持っています。

普段はJAMSTEC横須賀本部（神奈川県横須賀市夏島町）で研究活動を行なっており、大学院の研究室に所属する学生もJAMSTECに通って研究の指導を受けていただきます。

【深海底の環境-生命の相互作用を電子の流れで捉える】
海洋-地球-生命の相互作用を明らかにすることは、人類共通の願いでもある壮大なテーマです。そのための有効な手法の一つとして、「電子の流れを追跡する」ことが挙げられ、電気化学がまさにこれに相当します。 深海熱水噴出域における特殊な環境条件は大きな電子の流れを作り出しており「天然の発電所」のような機能を備えていることを、私たちはこれまでに明らかにしてきました。私たちが独自に開発した深海電気化学の技術を駆使して、深海熱水域での発電現象にまつわる研究を行っています。

主な研究テーマは以下の通りです。

【電気による生命の起源と進化】 深海熱水噴出域は地球上の生命誕生の場の有力候補です。熱水活動によって作り出される電気のうねりよって様々な化学反応を仲介し促進させられると考えられます。深海の電気によって生命が誕生・進化したとする「深海熱水電気化学進化説」を検証する研究を行なっています。

【電気を食べる生態系】 微生物の中には電気エネルギーを食べて増殖できるものがいることが判ってきています。深海熱水域で発生する電気を利用する微生物生態系が存在していることを検証する研究を行なっています。

【深海熱水発電技術の開発】 深海熱水域に生ずる電気エネルギーを応用し、人工の海底発電ステーションや海底下熱水活動シグナル検知に利用する研究を行なっています。

【深海動物の飼育技術の開発】 JAMSTECと新江ノ島水族館との共同研究である「深海動物を水槽で長期飼育する技術の開発」に協力しています。深海電気化学の技術を応用して深海環境の検知や生物の行動の制御について研究を進めています。

【興味のある方はご相談を】 研究に興味を持たれた方、入学を希望される方は、まずはご相談下さい。一度JAMSTECに来訪され見学していただくのが良いと思います。

「生命は地球以外の惑星にも存在するのだろうか？」

太陽系外惑星の相次ぐ発見により、この問いかけは科学的に検証可能になりつつある。

太陽系近傍の系外惑星に地球と同じような“植物”が存在するとすれば、大気中の酸素の透過光スペクトルや植生特有の反射光スペクトルを次世代超大型望遠鏡により観測することができる。

太陽と異なり、可視光より赤外線を多く照射する赤色矮星のまわりや、陸地の少ない水惑星で進化する場合の光合成生物の特性を推定し、期待される生物指標を予測する。 東京都三鷹市の国立天文台に併設しているアストロバイオロジーセンターでは、地球近傍の赤色矮星周りに生命居住可能な（温暖で水が存在する）惑星を発見し、直接撮像により生命の痕跡を観測することを目標としている。 基礎生物学研究所に拠点を置く生物部門では太陽系外惑星上で検出可能な生物指標を予測するためのカギとなる光合成の研究を進めている。

◆主な研究内容

・赤外線利用型光合成の検証
赤色矮星の周りの光環境を詳細に検討すると、地表では近赤外線が豊富な反面、水中に到達する光は可視光のみとなり、大きなギャップが存在する。 最初の酸素発生型光合成生物が水中で誕生する場合、地球と同様に可視光を利用する可能性が高い。 酸素濃度の上昇によりオゾン層が形成された後、陸上への進化が期待できるが、水陸境界領域では激しい光強度とスペクトルの変化に曝されるため、近赤外線利用型への進化は上陸後になると予想される。

・植物形態の進化と光反射特性
可視光を吸収し赤外線を反射する植生由来の反射スペクトルは陸上植物の組織構造に由来する。 水面に浮遊する「浮草」が水棲藻類から進化することが可能であれば、陸地の少ない水惑星であっても植生の反射光を観測することが可能であるため、その可能性を探っている。

・野外光合成測定試験
太陽系外惑星での植物特性を検討する手がかりを得るため、様々な自然環境下で多様な植物の光合成反応測定を実施している。 可視光より近赤外線が多い林床において、豊富な近赤外線は光合成の生産性向上には寄与しないが、変動光への適応のために利用されている。

筑波大学筑波大学医学医療系 ゲノム生物学分野は2014年2月に新設され、DNA から RNA、そして遺伝子機能の発現へと至る過程をシステムレベルで理解するとともに、その知見と解析技術を医学研究と医療へ応用することを目標としています。

主な研究テーマ

◆宇宙生命科学分野のゲノム・エピゲノム解析（宇宙に滞在した、地球生命の環境応答の解析です）

研究グループとしてのエフォートでは、宇宙研究の比率がどんどん高まっています。JAXAのマウス宇宙フライトプロジェクト、宇宙飛行士を対象とした臨床研究をはじめ、様々な生物種、実験系を用いた地上実験にもゲノミクス解析支援を提供しています。NASA、ESAの研究者とも連絡を取りながら宇宙オミックス解析の国際コンソーシアム（ISSOP: International Standards for Space Omics Processing）の運営に携わっています。

◆微量臨床検体のゲノム・エピゲノム解析

◆マウスモデル解析を通した先端技術開発

JAXA/ISAS宇宙生命物質研究室（矢野研究室）は、「宇宙塵」をキーワードとする宇宙探査・実験によって可能となるアストロバイオロジーと宇宙物質研究を融合して、「惑星系」、「地球型惑星」、「生命」の起源と進化を実証的に解明することを目指すとともに、近隣の学際研究への応用・連携を通じて、スペースデブリ問題、有人宇宙活動、惑星保護対策、地球衝突問題など、人類社会の持続的なフロンティア拡大に関わる諸課題に貢献することを、研究室の理念としています。

具体的には、恒星、惑星系、海洋、生命全ての起源と進化に関わる宇宙塵を、観測・分析・理論・実験・探査を融合させながら研究してきています。近年は特に、太陽系小天体や海洋天体のサンプルリターンや宇宙塵計測・捕集に代表される深宇宙探査、国際宇宙ステーションや回収型衛星を用いた宇宙実験、超高速衝突銃や自由落下塔等を使った地上実験、微小地球外物質の物質分析に、力点を置いています。また、アストロバイオロジー探査に不可欠な惑星保護対策、彗星塵としての流星観測、地球近傍のスペースデブリのその場計測・モデル化、小天体の地球衝突問題等、幅広い関連分野の科学研究も推進しています。

植物はなぜ緑色なのか？

緑色の光をエネルギーとして使う生物はいないのか？

川に住む魚は何色を見ているのか？

海に住む魚はそれとは違う色を見ているのか？

チョウチンアンコウのチョウチンは何色に光るのか？

東京大学大気海洋研究所で微生物生態の研究をしている吉澤晋です。私はかつて”絵描き”をしていたこともあり、色と生物の関係に強い興味を持っています。 https://sites.google.com/edu.k.u-tokyo.ac.jp/susumu-yoshizawa/about-me

そのような背景もあり私の研究室で扱うテーマは、「様々な生物と光の関係を遺伝子解析を通して明らかにする」です。

◆主な研究テーマ
・微生物の新しい光エネルギー利用機構（ロドプシンの研究）
・生物はなぜ光るのか？（発光微生物の研究）
・新種の微生物を見つけろ！（微生物分類の研究）

高知大学海洋コア総合研究センターの奥村研究室では、堆積学・地球化学・微生物学の多彩な手法を用いて、微生物岩(マイクロバイアライト)の成因研究を進めています。

微生物岩は約 35 億年前から現世まで地球史を通して産出する化石であるとともに、火星でも同様の構造を持つ堆積物が発見されていることから、地球のみならず、火星を含めた初期生命圏の様子を記録するものとして注目されています。しかし、古い時代の多くの微生物岩では、有機物や微生物の細胞などが残ることは稀で、古い試料の成因理解のためには現世のアナログ試料で生じている、プロセスをもとに解釈する必要があります。

本研究室では、陸上の温泉や海底湧水で発達するアナログ堆積物を調べることで、化石を読み解く「鍵」を一つ一つ集めています。試料の分析・観察では、海洋コア総合研究センターに配備されている多彩な分析機器や設備をフル活用して、学際的な研究を進めています。

株式会社IDDKは、従来の顕微鏡の対物レンズや接眼レンズなどの光学レンズを使用した顕微観察装置に代わる、光学系を使用しない顕微観察装置「MID（マイクロイメージングデバイス）」を開発しています。今まで設備的・気候的・技術的に従来の顕微鏡を使うことが難しかった場所へ「MID（マイクロイメージングデバイス）」を届けることで顕微観察を可能にし、診断や観察、未知の病気の発見など、世界中の人々の未来をより良いものにしていくことに貢献していきます。

宇宙開発において、MID技術は、現時点で最も小さく、最も軽い、顕微観察技術です。
これからの宇宙開発、宇宙利用の中で顕微鏡に替わる新たな顕微観察プラットフォームになる事で人類の発展に貢献していきたいと考えております。

【宇宙向け培養システム開発】
　インターン及び採用について随時受付中

【その他】
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