海洋研究開発機構 JAMSTEC

博士たちが調べたのは、2006年に地球深部探査船「ちきゅう」で下北半島八戸沖約80kmの海底下219mから掘り出した46万年前の地層のサンプル、コアです(図1、写真2)。

図1:地層を掘り出した海域(かいいき)

写真2:コアを保管する冷蔵庫(れいぞうこ)(高知コア研究所)

そのコアに、炭素や窒素で化学的な印をつけた栄養分(グルコース、 酢酸(さくさん)、ピルビン酸(さん)、重炭酸(じゅうたんさん)、アミノ酸、メタン、アンモニア)を与えて、コア中の微生物に取りこまれる量と速さを、超高空間分解能二次(ちょうこうくうかんぶんかいのうにじ)イオン質量分析計(しつりょうぶんせきけい)という装置(そうち)で調べました(写真3)。

写真3:超高空間分解能二次イオン質量分析計

1つの細胞が栄養分を取りこむ速度は1日当たり約1京分の1(10^-16、なんと0.0000000000000001!)グラムときわめてゆっくり。ですが、メタン以外の栄養分が約8割の微生物に取りこまれたのです(写真4)!

写真4:栄養分が、微生物に取りこまれる!

中でも、グルコース、ピルビン酸、アミノ酸などを与えたときは、微生物の細胞は2つに分裂(ぶんれつ)して増(ふ)えていました。 さらに、炭素と窒素を取りこんだ割合は、炭素1.5に対して窒素が1でした。ふつう、海の微生物が炭素と窒素をとりこむ割合は、炭素6に対して窒素1くらい。この実験では、窒素の割合が格段に高かったのです。この理由を、博士たちは次のように考えました。「微生物は海底下では窒素が欠乏状態(けつぼうじょうたい)にあったので、実験で栄養を与えたとき窒素をたくさん取りこんだのでしょう。なぜ海底下で窒素欠乏状態にあるのかというと、微生物が窒素を取りこむために必要なATPというエネルギー物質が、海底下では不足しているからです」(図2)。このことから、「海底下の微生物はエネルギー物質を節約するために窒素の取りこみを減らして、最低限必要なものだけを選ぶことで、海底下の過酷な環境を生き抜いているのでしょう」と博士たちは予測します。

太古の地層からなる海底下深くの過酷な環境にも、実際には多くの生命が生きていたのです!

図2:研究者の考え

この成果は、炭素・窒素が地球をめぐる循環(じゅんかん)の中で、海底下の微生物がどんな役わりを果たしているのかを理解したり、海底資源(かいていしげん)を利用するための開発につながります。さらに、地球上の生命の進化や過酷な環境への適応能力(てきおうのうりょく)の解明への広がりも期待されます。それを目指して、博士たちは今日も実験にはげみます!