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2017年08月08日
地球とは異なる光環境における光合成:系外惑星における生命探査の指標となる波長の新たな予測
共同発表機関

自然科学研究機構 アストロバイオロジーセンター
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
東京大学大学院理学系研究科
自然科学研究機構 国立天文台

 

発表者

滝澤謙二(アストロバイオロジーセンター 特任准教授/基礎生物学研究所 併任)
田村元秀(アストロバイオロジーセンター センター長/東京大学 教授/国立天文台 系外惑星探査プロジェクト室 室長)
成田憲保(東京大学 助教/国立天文台 併任)

 

【概要】
 地球のように生命を宿すことが可能な惑星(ハビタブル惑星)の探査の対象として、近年、赤色矮星(せきしょくわいせい、M型星)と呼ばれる太陽質量の半分以下の低温度星が注目されています。太陽に近い恒星の多くは赤色矮星であり、近い将来そのような惑星に生命が存在する兆候(バイオマーカー)を観測することが期待されています。

 太陽系外惑星の有力なバイオマーカーとして、陸上の植生が作るレッドエッジと呼ばれる反射スペクトルがあります。しかし、レッドエッジの位置(波長約0.7μm)は植生が光合成に利用する光の波長によって決まるため、これまでは恒星が照射する光の波長によって異なると考えられてきました。例えば、赤色矮星まわりの惑星では可視光よりも波長の長い近赤外線が卓越するため、レッドエッジも長波長側の近赤外線に移動すると予想されていました。

 自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターの滝澤謙二特任准教授・日下部展彦博士、基礎生物学研究所の皆川純教授、東京大学の成田憲保助教・田村元秀教授からなる共同研究チームは、赤色矮星まわりの生命居住可能惑星の光環境を想定した場合、レッドエッジが現れる波長はどこになるのかを光合成機構の観点から理論的に検討しました。その結果、赤色矮星まわりであっても水中で発生・進化して最初に上陸する光合成生物は、赤外線が水で吸収されるため地球と同じように光合成に可視光を利用し、その結果、従来の予想とは異なり、地球の植生と同じ位置にレッドエッジが現れる可能性が高いことを初めて提唱しました。本研究は、将来の系外惑星における生命探査観測において鍵となるバイオマーカーと波長を示す重要な指針を与えるものと考えられます。

 本研究の成果は、英国時間2017年8月8日午前10時(日本時間8日午後6時)に英国オンライン科学雑誌Scientific Reportsに掲載されます。

 

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図A これまでは、赤色矮星まわりの惑星では可視光よりも豊富な近赤外線を利用することで、レッドエッジが地球とは異なり、長波長側に移動すると考えられていた(図右上)。しかし、水深1m以下では近赤外線の量が激減するため、そこで誕生した光合成生物は可視光を利用していることが考えられる。そこから近赤外線を利用するようになるためには、変動する光環境に対応するための新たな仕組みが必要となり、上陸に障害となる(図右側)。一方、可視光だけを利用する場合、水中から陸上への速やかな移行が可能となり、少ない可視光を利用する植物が最初に陸上に進出すると考えられる(図左側)。そのため、最初に陸上に進出した植物のレッドエッジは地球と同じ位置にあらわれる可能性が高いことを初めて提唱した。