マリアナの超深海に独自の微生物生態系

 

暗闇の中の超深海はまだよく知られていない。そこに独自の微生物生態系があった。世界最深のマリアナ海溝チャレンジャー海淵内の超深海(水深6000m以深)水塊に、上層に広がる深海水塊とは明瞭に異なる微生物生態系が存在することを、海洋研究開発機構の布浦拓郎(ぬのうら たくろう)主任研究員らが初めて見いだした。独自の超深海・海溝生命圏が水塊中にも存在することを示すもので、超深海生物研究に刺激を与える発見といえる。東京工業大学、横浜市立大学、東京大学との共同研究で、2月23日付の米科学アカデミー紀要オンライン版に発表した。

図1. マリアナ海溝チャレンジャー海淵の海底地形、赤丸が調査地点(提供:海洋研究開発機構)

水深約300mより深い海洋環境では太陽光が届かない。特に海溝内の水塊は未探査の領域として残されていた。研究グループでは2008年6月、北西太平洋の水深10300mのチャレンジャー海淵中央域で、表層から海溝底直上(水深10257m)までの海水を50~1000mおきに大深度小型無人探査機 「ABISMO」によって採取した。その化学成分や微生物・ウイルス数、遺伝子構成などを詳しく解析した。

図2. マリアナ海溝チャレンジャー海淵上の微生物群集構造(提供:海洋研究開発機構)

図3. 今回の研究でわかった超深海・海溝生命圏の概念図(提供:海洋研究開発機構)

海溝内超深海層と上方の深海層(水深4000~6000m)では、塩分、温度、栄養塩濃度などの物理化学環境、微生物数に明瞭な違いが見られなかった。この6000mまでの深海には、有機物を化学合成できる(つまり炭素固定できる)独立栄養の微生物が多かった。しかし、6000mより深い超深海の微生物群集は大きく変わった。深海層の微生物群集とはっきり異なり、環境中の有機化合物を利用して増殖する従属栄養の微生物が優占していた。

さらに、有機物分解により生じるアンモニアをエネルギー源とするアンモニア酸化菌、アンモニア酸化で生じた亜硝酸をエネルギー源とする亜硝酸酸化菌とも、深海層と超深海層では、優占種が変化していた。これらの結果は、超深海・海溝内水塊中の微生物生態系が、上層の深海層とは異なる有機物の供給源に依存していることを示した。6000m以深のマリアナ海溝で超深海特有の有機物源に依存する微生物生態系が存在していたのだ。

マリアナ海溝は日本‐小笠原海溝などから独立した閉鎖海溝で、潮流やほかの海溝からの有機物流入など、上層の水塊と完全に異なる有機物源は考えにくい。研究グループは「今回発見された海溝水塊独自の生態系は、いったん海溝斜面に堆積した有機物が、地震などによる海溝斜面の崩壊に伴って海中に放出される現象に支えられている。超深海・海溝生命圏は、海溝地形を形作る地球活動に支えられた生態系である」と結論づけた。

深海斜面の地崩れが深海水塊微生物生態系へ影響を及ぼす現象は、東日本大震災後の海底観測で観察され、そこでの微生物相の変化は、今回確認された微生物群集構造の変化と類似の傾向を示していた。マリアナ海溝底の堆積物には、地崩れが繰り返された跡のしましまの地質構造が観察されている。地震などの地殻変動の頻度を考慮すると、斜面崩壊で堆積物から海中に巻き上がった有機物が、相当程度の長期間、広範囲にわたり、物理的に隔離された海溝環境に濃縮して、水塊中の微生物生態系に影響を与えうることがうかがえる。

布浦拓郎主任研究員は「有機化学分析などを加えた学際的研究で、今回の結果の検証をまず目指す。超深海・海溝生命圏が堆積物から放出される有機物に支えられた生態系であることをより直接的に証明したい。海溝環境に共通な現象であるかどうかを探るため、ほかの超深海でも調査を展開していく」と話している。



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