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Press Releases

DATE2025.02.04 #Press Releases

原子力機構の地下研究施設を活用して地下の未知微生物の働きを解明する

-微生物コミュニティから地下環境の長期安定性を推定-

発表概要

本研究では、地下深部の花崗岩や堆積岩環境において、未知微生物が非常に高い割合で存在し、両環境で微生物コミュニティが異なるにもかかわらず、代表的な代謝反応が共通していることを明らかにしました。また、調査対象とした堆積岩の地下環境では、検出された微生物ゲノムの約 3 分の 1 はほぼ同一のゲノムであることを明らかにし、微生物コミュニティから地下環境の安定性を把握できる可能性を提示しました。

地下深部には豊富な微生物が存在していますが、その多くはいまだ培養されたことのない未知微生物であり、地下での働きには未解明な部分が多く残されています。高レベル放射性廃棄物の地層処分などの地下空間の利活用においては、地下に生息する微生物が関わる現象について理解を深めることが重要です。

本研究では、花崗岩及び堆積岩の 2 種類の岩盤を研究対象として建設された原子力機構の地下研究施設(瑞浪、幌延)を活用しました。深度 140~400 m の地下水中の微生物について、コミュニティ全体のゲノムを解析する「メタゲノム解析」という手法を用いて、最長 4 年間にわたってモニタリングすることで、微生物コミュニティや代謝反応を網羅的に解析しました。その結果、花崗岩と堆積岩の微生物コミュニティは著しく異なっていたにも関わらず、水素、二酸化炭素(CO2)、窒素、硫黄およびメタンの代謝反応が共通した代表的な代謝反応であることを解明しました。特に、幌延の堆積岩地下では、有機物、CO2 や鉄が豊富であることに起因した代謝が活発であることが示されました。

幌延では、様々な深度に分布する地下水から、ほぼ同一の微生物ゲノムが全体の約 3 分の 1の割合で検出されており、同一のゲノムを有する微生物が地下の異なる深度に分布していることを明らかにしました。このことは、幌延の地下深部に存在する微生物コミュニティの一部は、地下深部まで比較的地下水が流れやすかった最終氷期(約 7 万~1 万年前)もしくはそれ以前の氷期の時代に地表から移動したものであり、その後の環境変化により地下水の流れが非常に遅くなった最終氷期終了時期(約 1 万年前)から現在まで、長期間地下深部にて移動が制限された可能性を示しています。

このような堆積岩地下における微生物コミュニティの特性は、地下水の流れが非常に遅い地下環境が地球化学的にも非常に安定していることを示しており、高レベル放射性廃棄物の地層処分だけでなく、水素や CO2 の地下貯留等の地下空間利用技術にとっても重要な知見として活用されることが期待されます。

なお本研究は、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長 小口正範)核燃料サイクル工学研究所 BE 資源・処分システム開発部の天野由記副主任研究員らの研究チーム、カリフォルニア大学バークレー校のジリアン バンフィールド教授らのグループ、東京大学大学院理学系研究科の鈴木庸平准教授によるものです。

本研究成果は、2024 年 12 月 18 日に国際学術雑誌「Environmental Microbiome」にオンライン掲載されました。


図:幌延地域の地下水の流れの概念図とそこに存在する微生物

関連リンク日本原子力研究開発機構(JAEA)

発表雑誌

雑誌名
Environmental Microbiome
論文タイトル

Diverse microbiome functions, limited temporal variation and substantial genomic conservation within sedimentary and granite rock deep underground research laboratories