海洋の窒素循環を解明する新たな研究 ～アナモックスの酸素同位体分別測定に初めて成功～
海洋研究開発機構
総合地球環境学研究所
国立環境研究所
京都大学
福島大学
北海道大学大学院工学研究院の岡部 聡教授、海洋研究開発機構（JAMSTEC）の小林香苗特任研究員らの研究グループは、嫌気性アンモニア酸化（アナモックス※1）反応における酸素同位体分別（18ε）※2 を求めることに世界で初めて成功しました。
海洋の窒素循環は、地球環境の維持に不可欠なサイクルであり、その仕組みを正確に理解することにより、気候変動対策や生態系の保全に大きく寄与することができます。しかし、その中で重要な役割を果たす嫌気性アンモニア酸化（アナモックス）による窒素除去のプロセスについては、まだ未解明な点が多く残されています。特に、アナモックスの酸素同位体分別（18ε）は、反応が複雑であるためこれまで全く研究が行われていませんでした。
本研究では、海洋性アナモックス細菌Ca. Scalindua sp.の高度に集積した培養液を用いて、アナモックス反応の酸素同位体分別（18ε）；(1) NO2⁻からN2への変換（18εNO2⁻→N2）、(2) NO2⁻からNO3⁻への酸化（18εNO2⁻→NO3⁻）、(3) NO2⁻酸化時の水由来の酸素（O）の取り込み（18εH2O）、の測定に世界で初めて成功しました（図）。さらに、Scalindua は、亜硝酸（NO2⁻）と水（H2O）の間での酸素同位体交換を、従来の非生物的な交換速度の約8〜12倍の速さで促進することが確認されました。その結果、NO2⁻中のO原子の約34％が、硝酸（NO3⁻）へ酸化される前にH2Oと交換され、さらに、NO3⁻への酸化過程で1個のO原子がH2OからNO2⁻に取り込まれることが確認されました。この反応により、亜硝酸酸化によって生成されるNO3⁻の酸素同位体比(δ18ONO3⁻)が、周囲の水の酸素同位体比（δ18OH2O）に急速に近づく現象が明らかになりました 。
本研究成果は、2025年6月2日（月）公開のThe ISME Journal誌に掲載されました。
図. 本研究で測定されたアナモックス反応の窒素（15ε）、酸素（18ε）同位体分別とNO2⁻とH2Oの間の酸素同位体交換速度（k eq. AMX）
アナモックス（嫌気性アンモニウム酸化）
酸素を必要とせずにアンモニウム（NH4+）を亜硝酸（NO2-）と反応させて窒素ガス（N2）を生成する微生物による代謝プロセス。アナモックスは、海洋の酸素が乏しい環境で、窒素除去の主要なプロセスの一つとして機能している。
酸素同位体分別（18ε）
生物や化学的反応や物理過程において、異なる酸素同位体（16O、17O、18O）の比率が変化する現象で、平衡同位体分別と動力学的同位体分別がある。平衡同位体分別は、反応物と生成物の間の化学的平衡によって同位体の分布が決まる。動力学的同位体分別は、軽い同位体と重い同位体の取り込み速度の違いによって決まる。
ε (‰) = [(kL / kH) – 1] ×1000
ここで、kLとkHはそれぞれ軽い同位と重い同位体の一次反応速度定数である。
詳細は 北海道大学のサイトをご覧ください。
海洋科学技術戦略部 報道室