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| 名前 | |
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| IUPAC名
1-(3,7,12,16,20,24-ヘキサメチルペンタコシル)-2,3,4-トリメチルベンゼン
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| その他の名前
カイ、プサイ-カロタン
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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パブケム CID
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| プロパティ | |
| 身長40センチ体重74キロ | |
| モル質量 | 555.032 グラムモル−1 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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オケノンの続成作用最終産物であるオケナンは、紅色硫黄細菌であるクロマチア科のバイオマーカーです。[1]これらの無酸素性光合成生物は、光をエネルギー源として、硫化物を電子供与体および硫黄源として利用します。海洋堆積物中のオケナンの発見は、水柱が無酸素かつ硫化物であった過去の真酸素環境を示唆しています。これは過去の海洋条件を再構築する上で非常に重要になる可能性がありますが、これまでのところオケナンはオーストラリア北部の古原生代（16億年前）の岩石サンプル1つでのみ確認されています。[2] [3]
背景
オケノンはカロテノイド[4]であり、光合成生物全体に遍在する色素の一種である。これらの共役分子は、集光複合体の付属品として働く。600種以上のカロテノイドが知られており、それぞれが吸収スペクトルを変えるさまざまな官能基を持っている。オケノンは、可視スペクトルの黄緑遷移（520 nm）に最も適応しているようで、海洋プランクトンの下の光を捕らえる。この深さは、水柱の群集構造によって異なる。微生物ブルームの調査では、クロマチア科は深さ1.5mから24mのどこにでも生息しているが、75%以上が12m以上の深さで発生している。[5]さらにプランクトン性硫黄細菌は他のニッチを占めている。カロテノイドのクロロバクテンを生成する緑色硫黄細菌（Chlorobiaceae）は6mより上で最も多く発見され、イソレニエラテンを生成する緑色硫黄細菌は主に17mより上で確認された。古代の岩石でこれらのカロテノイドのいずれかが発見されれば、酸素状態から無酸素状態への遷移の深さを制限できるだけでなく、過去の生態系も限定できる可能性がある。オーストラリアの古原生代サンプルで発見されたオケナンとクロロバクタンは、一時的に浅い無酸素状態遷移、おそらく12〜25mの間であったという結論を導き出した。[2]
オケノンは、8属にまたがる12種のクロマチア科で合成される。他の紅色硫黄細菌は、リコピンやロドピンのような非環式カロテノイド色素を持つ。しかし、地球化学者がオケノンを研究する主な理由は、その構造が独特だからである。2,3,4トリメチルアリール置換パターンを持つ唯一の色素である。対照的に、緑色硫黄細菌は2,3,6トリメチルアリールイソプレノイドを生成する。[6]これらの構造の合成は、過去の環境の生態を区別できる生物学的特異性を生み出す。オケノン、クロロバクテン、およびイソレニエラテンは、リコピンの修飾を通じて硫黄細菌によって生成される。オケノンでは、リコピンの末端基がχ環を生成するのに対し、クロロバクテンはφ環を有する。[7]これら2つの色素の生合成の最初のステップは似ており、β-シクラーゼ酵素によるβ環の形成である。その後、合成は分岐し、カロチンデサチュラーゼ/メチルトランスフェラーゼ酵素がβ環末端基をχ環に変換します。その他の反応により、共役の延長、メトキシ基の追加、ケトンの挿入が行われ、オケノンの合成が完了します。ただし、最初の合成ステップのみが生物学的によく特徴付けられています。
保存
生物によって生成される色素やその他のバイオマーカーは、微生物や化学分解を免れ、堆積岩に残留することができる。[8]保存条件下では、環境は無酸素で還元的であることが多く、二重結合や水酸基などの官能基が化学的に失われる。続成作用中の正確な反応は十分に理解されていないが、オケノンがオケナンに飽和するメカニズムとして還元脱硫を提案する人もいる。 [9] [10]オケナンが非生物的反応によって生成される可能性は常にあり、おそらくβ-カロテンのメチルシフトによるものである。[11]この反応が起こっている場合、オケナンには複数の前駆体があり、バイオマーカーの生物学的特異性は低下する。しかし、2つのメチル基の異性体特異的な再配置が酵素活性なしに起こっている可能性は低い。大多数の研究は、オケナンが紅色硫黄細菌の真のバイオマーカーであると結論付けている。しかし、この解釈に反対する他の生物学的議論にも価値がある。[12]オケノンを合成した過去の生物は、紅色硫黄細菌の現代の類似体ではない可能性がある。また、今日の海には、特徴付けられていないオケノンを生成する他の光合成生物が存在する可能性がある。さらに複雑なのは、水平遺伝子伝播である。[13]クロマチア科が古原生代よりも最近にオケノンを生成する能力を獲得した場合、オケナンは紅色硫黄細菌を追跡するのではなく、元の遺伝子提供者を追跡することになる。これらの曖昧さは、数十億年前の岩石のバイオマーカーの解釈が、古代の代謝の理解によって制限されることを示している。
測定技術
GC/MS
分析の前に、堆積岩から有機物が抽出されます。通常、根源岩の熱熟成度により、抽出可能なのは 1 % 未満です。有機物含有量は、飽和化合物、芳香族化合物、極性化合物に分けられることがよくあります。ガスクロマトグラフィーを質量分析と組み合わせると、抽出された芳香族画分を分析できます。化合物は、質量電荷比 (M/Z)に基づいてカラムから溶出し、相対強度に基づいて表示されます。ピークは、ライブラリ検索、標準、相対保持時間に基づいて化合物に割り当てられます。一部の分子には、特定の質量電荷比で簡単に検索できる特徴的なピークがあります。トリメチルアリールイソプレノイドのオケナンの場合、この特徴的なピークは M/Z 134 で発生します。
同位体比
紅色硫黄細菌と緑色硫黄細菌の炭素同位体比は、他の光合成生物とは大きく異なります。紅色硫黄細菌 Chromatiaceae のバイオマスは、典型的な酸素発生型光合成細菌と比較してδ 13 Cが枯渇していることが多いのに対し、緑色硫黄細菌 Chlorobiaceae は豊富であることが多いです。[14]これにより、堆積岩に保存された生態系を特定するための追加の識別が可能になります。バイオマーカーであるオケナンの場合、δ 13 C は同位体比質量分析計で測定できます。
ケーススタディ: オーストラリア北部
現代の環境では、紅色硫黄細菌は部分循環（永久成層）湖[15]やシルドのあるフィヨルドで繁殖しており、いくつかの海洋生態系で見られる。黒海のような高塩分水は例外である。[16]しかし、数十億年前、海洋が無酸素で硫化物であったとき、光合成硫黄細菌にはより生息可能な空間があった。オーストラリア国立大学とマサチューセッツ工科大学の研究者は、古原生代の海洋の化学的条件を調べるために16億年前の岩石を調査した。約18億年前に縞状鉄鉱層が消失したため、この時代には深く浸透した有酸素水柱があったと多くの人が考えている。ドナルド・キャンフィールドの1998年のネイチャー論文を先頭に、水は真正であったと考える人もいる。当時の岩石を調査すると、紫色と緑色の硫黄細菌のバイオマーカーが発見され、キャンフィールド海洋仮説を裏付ける証拠が加わった。分析された堆積物の露頭は、オーストラリア北部のマッカーサー グループのバーニー クリーク層であった。サンプル分析により、Chlorobiaceae の 2,3,6 トリメチルアリール イソプレノイド (クロロバクタン) と Chromatiaceae の 2,3,4 トリメチルアリール イソプレノイド (オケナン) の両方が特定された。クロロバクタンとオケナンはどちらも、12 ～ 25 メートル下の硫化物および無酸素の表面状態を伴う、真正海洋を示している。著者らは、酸素は大気中に存在していたものの、古原生代の海洋は完全に酸素化されていなかったと結論付けた。[2]
参照
参考文献
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