知ろう!記者に発表した最新研究

2015年2月24日発表
超深海(ちょうしんかい)に、独自(どくじ)の生物集団(しゅうだん)を発見!

世界で(もっと)も深いマリアナ海溝(かいこう)超深海層(ちょうしんかいそう)で、独自(どくじ)の生物集団(しゅうだん)がいることが発見されました。

そもそも、水深1万メートルにも(たっ)する超深海層に、いったいどんな生き物がいるのでしょうか。そして、どんな独自の生物集団を形成(けいせい)しているのでしょうか。 今回は、 地球の活動を(ささ)えに命を(つむ)ぐ「微生物(びせいぶつ)」の研究をご紹介(しょうかい)します。

この研究成果のポイント!
  • 超深海層と()ばれる水深6,000メートルより深い海に独自の微生物集団がいた。
  • 独自の微生物集団は、地すべりによって()()る、海底(かいてい)にたまっていた微生物(びせいぶつ)の死がいなどの有機物(ゆうきぶつ)を食べて生きていると考えられる。

この研究論文(ろんぶん)を発表したのはジャムステック海洋生命理工学研究開発センターの微生物学者である布浦(ぬのうら) 拓郎(たくろう) 博士(はかせ)です(写真1)。

布浦博士

写真1 布浦博士

 

小学生のころは自宅(じたく)水槽(すいそう)に魚を()うなど、生物や植物が身近な環境(かんきょう)で育ちました。自然(しぜん)興味(きょうみ)矛先(ほこさき)は生物学へ向き、大学は生物を研究したいと農学部へ進学。そして研究テーマは微生物を(えら)びました。理由は「生命の起源(きげん)を知りたいと思ったから」。地球上のあらゆる生物に共通(きょうつう)する遺伝(いでん)情報(じょうほう)から、生命の起源(きげん)(やく)40(おく)年前に海で誕生(たんじょう)した微生物(びせいぶつ)だと考えられているためです。

現在はジャムステックで(はたら)き、時に有人潜水(せんすい)調査(ちょうさ)船「しんかい6500」に()()んで実際(じっさい)に深海へ行き(写真2)、さまざまな地球の活動と微生物がどう(かか)わっているのか、研究に(はげ)んでいます。

「しんかい6500」に乗り込む布浦博士

写真2 「しんかい6500」に乗り込む布浦博士

 
ところで、超深海層って何?

さて、今回、布浦博士らが 調査(ちょうさ)したマリアナ海溝チャレンジャー海淵(かいえん)図1)は、地球上でいちばん深い海底です。太平洋プレートがフィリピン海プレートの下に (しず)(はじ)める場所で、太平洋側(たいへいようがわ)の水深4,000〜6,000mの海底が、さらに5,000m以上も深く切り込む谷になっています。水深6,000メートルを ()える海を、「超深海層」と呼びます。

マリアナ海溝

図1マリアナ海溝

 

水深1万メートルにも達する海底には、太陽光も(とど)かない暗黒が広がります(図2)。水温は(やく)2℃、水圧(すいあつ)(やく)1,000気圧(きあつ)陸上(りくじょう)にくらべて1,000倍もの圧力(あつりょく)がのしかかります。人間から見れば、生物が生きるには過酷(かこく)環境(かんきょう)です。

図2 マリアナ海溝を横から切って見たイメージ

図2 マリアナ海溝を横から切って見たイメージ

そんな超深海層に、そもそも生物がいるの?

これまでの無人(むじん)探査機(たんさき)「かいこう」を使った調査(ちょうさ)から、マリアナ海溝にはたくさんの「カイコウオオソコエビ」(ヨコエビのなかま、写真3)がすんでいることや、海底(かいてい)にたまった(どろ)写真4)の中にたくさんの小さな生物(有孔虫(ゆうこうちゅう))がいることが報告(ほうこく)されています。

カイコウオオソコエビ

写真3 カイコウオオソコエビ

 
「かいこう」で海底にたまった泥をとる様子

写真4 「かいこう」で海底にたまった泥をとる様子

 

そんな中で布浦博士が疑問に思ったのが、「同じ場所でも、深さにより微生物の 集団(しゅうだん)は変わるのだろうか」、「微生物は、海の深さにどう 適応(てきおう)しているのだろうか」といった点です。マリアナ海溝の底の生物もよくわかっていませんが、上から下まで、どんな微生物がいるのかも連続(れんぞく)して知りたいと考えたのです。そこで布浦博士が、研究に (いど)みました。

超深海生命圏に迫る

2008年、布浦博士は大深度小型無人(こがたむじん)探査機(たんさき)「ABISMO」を使って、マリアナ海溝の海面から海底(かいてい)直上(水深10,257m)まで50〜1,000mおきに海水を採取(さいしゅ)しました(図3)。

図3 最大で水深11,000mまで潜る「ABISMO」

図3 最大で水深11,000mまで(もぐ)る「ABISMO」

とった海水は、 すぐ船上の冷凍庫(れいとうこ)保存(ほぞん)。ジャムステックの実験室(じっけんしつ)に持ち帰ってから、分析(ぶんせき)しました(写真5 ,6)。主な分析項目(こうもく)は、塩分(えんぶん)、化学成分(せいぶん)、微生物の数や分類(ぶんるい)などです。

顕微鏡をのぞいて微生物を観察

写真5 顕微鏡(けんびきょう)をのぞいて微生物を観察(かんさつ)

 
DNAの配列を調べる装置「DNAシーケンサー」。平井 美穂技術スタッフが分析しました。

写真6 DNAの配列を調べる装置(そうち)「DNAシーケンサー」。平井(ひらい) 美穂(みほ) 技術(ぎじゅつ)スタッフが分析しました。

 

海水の化学成分と微生物の数を分析したところ、深海層(水深4,000〜6,000m)と超深海層(水深6,000m以深)では、はっきりとしたちがいはありませんでした。

ところが、微生物の 遺伝子(いでんし)を調べた結果(けっか)、深海層と超深海層の水の中では、明らかに(こと)なる微生物の集団がすんでいることがわかりました。

いったい超深海層にどんな生物がいたのか?証拠その1

そもそも生物は、「身体をつくる有機物を自ら“つくる”生物」と「有機物を“食べて”自分の身体をつくる生物」に分けられます。

例えば、植物は、太陽光のエネルギーを利用(りよう)して「有機物を“つくる”生物」です。そしてその植物を草食動物が食べ、その草食動物を肉食動物が食べます。ヒトは、他の生物がつくった「有機物を“食べて”自分の身体をつくる生物」です。

海に話を戻すと、光の届かない深海では、プランクトンの 死がいや排泄物(はいせつぶつ)などの「有機物を“食べて”自分の身体をつくる生物」と 化学物質(ぶっしつ)のエネルギーを利用して自ら「有機物を“つくる”生物」に分かれます(図4)。

図4 「有機物を“つくる”生物」と「有機物を“食べる”生物」

図4 「有機物を“つくる”生物」と「有機物を“食べる”生物」

今回の分析では、水深200〜6,000メートルの中深層〜深海層では、自ら「有機物を“つくる”微生物」が多くすんでいました(図5)。

しかし、水深6,000〜10,000メートルの超深海層では大きく変化します。超深海層で 大きな割合(わりあい)()めたのは、「有機物を“食べる”微生物」でした(図5)。

図5 それぞれの深さにいる微生物

図5 それぞれの深さにいる微生物

いったい超深海層にどんな生物がいたのか?証拠その2

同じ深い海でも、深さによって微生物の集団が異なるのは、なぜでしょうか。どんな微生物がいるのかは、食べ物となる有機物と深く関係します。超深海層に 特有(とくゆう)の有機物が供給(きょうきゅう)されているのかもしれません。

そこで、布浦博士は微生物たちが何を食べているのかを調べました。 (とく)亜硝酸菌(あしょうさんきん)硝酸菌(しょうさんきん)に注目しました。亜硝酸菌は有機物が分解されてできるアンモニアを食べて亜硝酸をつくり、硝酸菌はその亜硝酸を食べる微生物です(図6)。

図6 有機物と亜硝酸菌と硝酸菌の関係

図6 有機物と亜硝酸菌と硝酸菌の関係

亜硝酸菌と硝酸菌について分析を進めたところ、超深海層で、濃いアンモニアが好きな亜硝酸菌グループと、濃い亜硝酸が好きな硝酸菌グループを見つけました。どちらの微生物も、超深海層よりも浅い海中ではそんなに多くはいませんでした。

そこで、()いアンモニアや亜硝酸が好きな微生物のグループがいる⇒そこにはアンモニアと亜硝酸がたくさんある⇒アンモニアと亜硝酸の(みなもと)である有機物がたくさん分解されている、と考えました(図7)。

図7 濃いアンモニアや濃い亜硝酸が好きなグループがいるということは…

図7 濃いアンモニアや濃い亜硝酸が好きなグループがいるということは…

いったい超深海にどんな生物がいたのか?証拠その3

では、その有機物はどこから来たのでしょうか。地図でマリアナ海溝の北側を見ると、 日本海溝(にほんかいこう)伊豆(いず)小笠原(おがさわら)海溝(かいこう)があります。本州の東北(おき)(ゆた)かな海で、プランクトンもたくさん育ちます。このプランクトンの死骸(しがい)などが日本海溝に(しず)むと、海溝の中を(つた)って小笠原海溝までは有機物が(ゆた)かな水が流れてくる可能性があります。

しかし、これらの海溝とマリアナ海溝は、現在はつながっていないので、プランクトンの死がいや排泄物などの有機物が(なが)()んでくる可能性(かのうせい)(ひく)いと言えます(図8)。

図8 深海の有機物はどこからきたのか。

図8 深海の有機物はどこからきたのか。

考えられるのは、超深海層だけで、 独自(どくじ)存在(そんざい)する有機物。

さらに、マリアナ海溝の海底から ()()した堆積物(たいせきぶつ)には、しましまの構造(こうぞう)があり、過去(かこ)に地すべりがくり返し起きていたことが(しめ)されていました。

こうした 証拠(しょうこ)をもとに布浦博士は、「深海斜面(しゃめん)()もれていた有機物が、地震による地すべりなどで飛び散って、超深海層の微生物たちが食べている可能性がある」と、この論文で 結論(けつろん)づけました(図9)。

2012年に発表された東日本大震災(ひがしにほんだいしんさい)(ともな)って起きた深海底の地すべりが深海の海水中の微生物に与える影響(えいきょう)の研究は、今回発見した微生物の変化と()ていて、このことも今回の仮説(かせつ)裏付(うらづ)けるものとなっています。

図9 地すべりにより飛び散る有機物

図9 地すべりにより飛び散る有機物

今回の研究により、マリアナ海溝の超深海層には独自の微生物集団がいる可能性が高まりました。布浦博士は、「(かぎ)りある少ない海水の 試料(しりょう)から、これだけの分析を行うのは大変だった。ただし、 直接的(ちょくせつてき)証明(しょうめい)はまだできていない。 今後さらに研究を(つづ)け、有機物と微生物の関係(かんけい)(たし)かめていきたい」と話します。

地球の活動を(ささ)えに命を(つむ)ぐ、超深海層の微生物たち。こうした研究を続けていくことで、生命の 起源(きげん)の答えに少しずつ近づくと期待されます。

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