2016/10/11

沖縄熱水海底下生命圏掘削により熱水孔下生命圏の限界を発見

 ~海底下の変動する高温環境が生命圏の限界を決定する〜

 

国立研究開発法人海洋研究開発機構

東京大学大学院理学系研究科

国立大学法人九州大学

国立大学法人高知大学

 

概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構(以下「JAMSTEC」という。)深海・地殻内生物圏研究分野の柳川勝紀ポストドクトラル研究員(当時、現九州大学大学院比較社会文化研究院学術研究員)らは東京大学、九州大学、高知大学、ドイツ連邦地球科学天然資源研究所と共同で、2010年9月に実施した中部沖縄トラフ熱水活動域での科学掘削(沖縄熱水海底下生命圏掘削:2010年10月5日既報)で取得した柱状試料(コアサンプル)を用いて、深海熱水噴出孔近傍の海底下に存在する生命圏「熱水噴出孔直下生命圏」の存在様式とその限界を明らかにしました。

これまでの深海熱水活動域の噴出熱水や熱水チムニー等を対象とした研究により、熱水噴出孔の海底下には地球内部エネルギー(還元的無機化学物質)に依存した超好熱性微生物の住処(熱水噴出孔直下生命圏)があることが強く予見されていました。しかし、科学掘削やその試料による直接的な証明に到った研究例はありませんでした。統合国際深海掘削計画第331次研究航海では、この熱水噴出孔直下生命圏の直接的証明とその実態を世界に先駆けて解明することを目的に、中部沖縄トラフ伊平屋北海丘において地球深部探査船「ちきゅう」による掘削調査を行いました。本研究では、その航海で取得されたコアサンプルの詳細な地球化学的分析と微生物学的解析を行い、微生物学、地球化学、鉱物学的手法を組み合わせた学際統合的な手法と解釈を通じて、海底下高温熱水溜まりの変動やその化学組成の変化に伴う生息環境の空間的・時間的変化に規制された「熱水噴出孔直下生命圏」の存在を明らかにすることができました。また、本研究は、海底下環境に生命圏と非生命圏の境界が存在することを世界で初めて明確に捉えることに成功し、その生息限界を決定づける物理・化学条件(今回の場合は高温)を明らかにした点で、地球における生命活動や生命圏の限界という根源的な科学命題に一つの答えを与える画期的な成果と言えます。

IODP第331次研究航海は、これまで掘削試料や掘削後調査を通じて、海底熱水鉱床研究開発やその成因に対する重要な科学的知見を提示するだけでなく(2010年10月5日既報および2016年2月25日既報)、科学掘削による環境変化が熱水化学合成生物群集に及ぼす影響の世界初の定量的評価(2015年4月23日既報)や今後の海底工学やエネルギー資源研究における新しい可能性(2013年9月3日既報)を提示するなど、多くの研究成果を挙げてきています。これら成果の原点である、本研究成果こそがIODP第331次研究航海の科学目標を達成すべき最も重要な成果と言えます。

なお、本成果は、国際微生物生態学会が発行する科学誌のThe ISME Journal(Nature Publishing Group)のオンライン版に10月11日付け(日本時間)で掲載されました。

 

図:掘削地点C0014 Hole Bでの生命圏分布と微生物群集組成。左から、(1)全菌数と16SリボソームRNA遺伝子数、(2)酢酸分解活性、(3)原核生物由来16SリボソームRNA遺伝子数とアーキア由来16SリボソームRNA遺伝子数の比、(4) 16SリボソームRNA遺伝子に基づく微生物群集組成。y軸上の白抜きのプロットは検出限界値以下を示す。微生物群集組成で星印の深度では、アーキア特異的プライマーを用いた場合にのみ遺伝子増幅が可能であった。生命圏限界に相当する深度には赤色帯で示した。

 

詳細については、海洋研究開発機構のホームページをご覧ください。
 

―東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室―