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海洋研究開発機構(JAMSTEC)は7月24日、地球深部探査船「ちきゅう」を用いて青森県八戸市沖の約80kmの地点(水深1180m)から採取した海底下2466mまでの堆積物コアサンプルを分析した結果、海底下に埋没した約2000万年以上前の地層に、陸性の微生物生態系に類似する固有の微生物群集が存在することを発見したと発表した。

同成果は、JAMSTEC高知コア研究所地球深部生命研究グループ・海底資源研究開発センター地球生命工学研究グループ(兼任)の稲垣史生 上席研究員のほか、産業技術総合研究所、高知大学、千葉大学、独ブレーメン大学、スイス連邦工科大学、米カリフォルニア工科大学、米マサチューセッツ工科大学、米クレイグベンター研究所などの研究者が参加する国際研究グループによるもの。詳細は米国科学誌「Science」オンライン版に掲載された。

近年の研究から、世界各地の大陸沿岸の海底堆積物環境には、1cm3あたり1万細胞以上の微生物が生息していると考えられるようになってきたが、どのくらいの深さまで生命圏が広がっているのか、どこから来たのか、炭素循環などの地球環境にどのような役割を果たしているのか、などについてはまだよくわかっていなかった。

今回の掘削調査では、海底下2466mまでの堆積物コアサンプルや地層流体・ガスサンプルの採取を実施。それらサンプルから現場固有の生命シグナルを抽出し、海底下深部の生命圏の限界と微生物生態系の実態解明を行ったという。

サンプルを調べたところ、海底下約1.5〜2.5kmの深度範囲に過去2000万年以上前に浅海〜湖沼環境で形成されたと推察される17の石炭層が確認され、同地がその時代、植物の生い茂る「森」や「湿地」であったことが示されたほか、温度センサによる探査により最深部2466m地点の温度は約60℃と、生命(微生物)が生息可能な温度の範囲内であることが示されたことから、堆積物中に含まれる微生物細胞の数を計測した結果、1cm3あたり100細胞以下ながら、微生物細胞が存在していることが確認されたという。また、微生物にとっての栄養源となる海底下1900〜2000mと2400m付近の石炭層には、1 cm3あたり1万細胞程度にまで微生物細胞数が増加していることも確認したとする。

さらにガスの分析から、2000万年以上前に形成された海底下約2500mまでの地層においても、現場の微生物の代謝活動による天然ガス生産が進行しており、その末端反応を担う微生物は、水素をエネルギー源とした二酸化炭素還元型のメタン生成菌であることも示唆されたほか、それらの堆積物コアサンプルから、メタン生成菌の生細胞の存在も検出されたという。

加えて、研究グループでは、海底下約2kmの石炭層に生息する微生物群集の培養を現場温度に近い約40℃の嫌気条件で試みた結果、メタノバクテリウム属に近縁なメタン生成菌を含む海底下微生物群集の培養に成功。これらを調べた結果、石炭層の熟成プロセスや天然ガスの形成プロセスに関与する微生物生態系が存在する証拠が示されたとする。

なお、研究グループでは、こうした海底下1.2〜2.5km程度の深部地層のバクテリアは、海底下365mまでの海洋性堆積物から得られる一般的なバクテリアはほとんど検出されず、陸域の森林土壌などに広く分布する固有のバクテリアが多く検出されたとしており、過去2000万年以上前に、「森」や「湿原」であった大陸縁辺の環境が、日本列島の形成に伴い、地質学的な時間を経て海底下深部に埋没してもなお、当時の森林土壌に由来する陸源性の微生物生態系の一部を保持し、依然として有機物を分解してメタンを作り出す「海底下の森」としての役割を果たしていることが示唆されたとし、これらの微生物がバイオマーカーとして、今後、研究を進展するにあたって、海底下生命圏における環境適応や進化プロセス、長期生存戦略といった多くの科学的疑問の解明につながることが期待されるとコメントしている。