JAMSTEC > 超先鋭研究開発部門 > 超先鋭研究プログラム > 過去の成果一覧 > 詳細

超先鋭研究プログラム

成果 (論文の内容紹介)

[2014年]

「Exp331とD-SUGARでの経験を通して、今思うこと」

九州大学大学院比較社会文化研究院
柳川 勝紀 学術研究員
D-SUGAR ポストドクトラル研究員

Microbial community stratification controlled by the subseafloor fluid flow and geothermal gradient at the Iheya North hydrothermal field in the Mid-Okinawa Trough (IODP Expedition 331).
Yanagawa, K., Breuker, A., Schippers, A., Nishizawa, M., Ijiri, A., Hirai, M., Takaki, Y., Sunamura, M., Urabe, T., Nunoura, T., and Takai, K.
Appl. Environ. Microbiol. , (2014) 80, 6126-6135.

※!今回は、高井分野長からの溢れんばかりの愛(合)いの手が要所要所に入っております。

 初めましてこんにちは。最後(?)は私、柳川がトリを務めさせて頂きます。
恒例となりました「自分の論文を褒めちぎってみる」のコーナーですが、今回でひとまず終了となるみたいですね、
どうぞよろしくお願い致します。
高井氏が以外とイケテル企画かも?!と言っているので、また時期を見て第2シリーズ始まるかも、、by編集者)

え? 誰だって?
メンバーに入っていないじゃないかって?

、、、、、、そうです。

タカイさんにクビチョンパの刑に処され、 今は九大に所属しております。


ーーーーーーー 高井註:以下のやり取りが真実です

柳川氏「九大で特任助手の応募があるので、応募していいですか?」
高井「JAMSTECの新しい公募もあるかもしれないけど、ないかもしれないし、将来のことを考えればどんどん応募すればいいと思います」
柳川氏「なぜ、引き留めてくれないの?私のカラダ(実験テクニック)だけが目的だったの?」
高井「オマエのカラダ(実験テクニック)はええで〜。でもJAMSTECの公募はあるかないか何とも言えんし〜。」

数週間後

柳川氏「九大、内定獲ったどー!オレ様の実力!オレ様はすごいんや」
高井「ハイハイよかったね」

1週間後

高井「JAMSTECの公募で出たで〜」
柳川氏「しどい。アナタ、私をだましたのね」
高井「オマエが九大に行くって言うたんやろが...」

ーーーーーーー 閑話休題


JAMSTEC/D-SUGARには,1年ちょい (2013年4月〜2014年6月)、ポストドクトラル研究員としてお世話になりました。

いきなり脱線しますが、私が学生時のD-SUGARグループは、それはそれは恐ろしくも高貴な存在でした。
当時の所属メンバー (以下、肩書きは2014年12月の現職)ですが、
我らが高井分野長を筆頭に、

高知コアの稲垣グループリーダー
東大の鈴木庸平 准教授
京大の中川 准教授
JAMSTECなんとかセンターなんとかグループの布浦グループリーダー
D-SUGAR 平山 主任研究員論文紹介第一弾の人ね

などなど超豪華な顔触れだったと記憶しています。

彼らは驚愕の速度で良質の論文を量産しており、例えば、今回紹介する論文の掲載誌 Applied and Environmental Microbiology (AEM) に2001-2006の6年間に10本もの論文を出しています(嫌らしく数えちゃいました...)。
そんなこともあり、AEMは当時の私の憧れの詰まったジャーナルと言えます。
しかし、2008-2013の成績は振るわず、わずか3本 ( (´・ω・`)しょぼーん)..もちろん、AEM自体の質の低下も叫ばれていますし、他のジャーナルの台頭も考慮すると、現D-SUGARをdisるのが妥当かわかりませんが、個人的には少し寂しい結果と言えます。

なんせAEMは青春ジャーナルで、SUGARは最強集団であって欲しいので..


高井註:ヤナガーさんの熱い想いも嬉しい限りですが、AEMが減ったのは研究指向性が多様化してきたのが大きいかな。
そのかわり、Angewandte Chemie International とか GCAThe ISME Journal が増えてるし。ヤナガーさんは PLoS One が増えてきているのを批判しているのかもしれませんが、それについてワタクシの考えを次回コラムで書いてみよう。

 

海底熱水系を掘る!

さて、そろそろ、論文の研究内容についての話題に移していきましょう。
この論文の舞台は伊平屋北という中部沖縄トラフにある海底熱水活動域です。
ここで、2010年9月 Integrated Ocean Drilling Program (IODP)という国際共同研究プロジェクトの一貫で海底掘削が行われました。(下記リンク先参照)

沖縄熱水海底下生命圏掘削プロジェクト

統合国際深海掘削計画(IODP)第331次研究航海の開始について (プレスリリース)

この掘削航海 (IODP Expedition 331) の主目的の一つは「熱水孔下生命圏の証明」です。 わかりやすく言うと、海底温泉の「源泉」や「源泉が作られる場所」に生息していると期待されている未知なる微生物を捕まえることです。 「ほんとにそんなところに微生物がいるの?」とお思いでしょう。いくつかの状況証拠があるんです

(1) 噴出熱水中に微生物はいます。元を辿れば,海底下からやってきたのでしょう!
それを知ったDemingさんBarossさん

Deep-sea smokers: Windows to a subsurface biosphere?
(熱水噴出孔って海底下生命圏の窓だよねー)

と言っています。
こういう考えから、モクモク湧き出る熱水を分析すれば、その下の環境が予想できそうです。ただし、純度100%の噴出熱水を取ることは技術的にほぼ不可能なので、周辺海水の微生物の可能性はどうしても拭いきれません。
ちなみに伊平屋北海域でも,京大のイケメン准教授が過去に噴出熱水を調査し,熱水孔下生命圏の存在を予想しています。


(2) 海底噴火後の深層水中や低温の噴出熱水から(超)好熱菌が検出されることがあります。こいつらはもっと熱いところに住んでいて、それが流されてきたのでしょう。


ここで、前回の高井さんによる論文紹介を、ブリリアントな休日の午後に読んだ強者は違和感を覚えるかもしれません。

「熱水生態系は熱水ー海水混合域に成立する」と教わりましたよね?

海底下は熱水しかないのでは?海水なんて混じり合わないでしょ?と直感的に思うでしょう。
だからこそ、海水の流入経路と規模というものをしっかり抑えておく必要があるんです。
海底からゴォーゴォーと噴き出る熱水ですが、究極的には

海底下に染みこんでいった深層海水が温められて(岩石との相互作用を経験して)出てきたもの

と言えるのです。
もし流入する海水と熱水の混合がダイナミックに起こるなら、海底下であっても熱水孔周辺と同様の生態系が発達しても良さそうです。海底下の構造や熱水循環を知るために物理探査を用いたいくつかのアプローチもありますが、結局、直接調べるのが一番手っ取り早いということになります。
そんな熱水孔下生命圏にアプローチしたがり欲求ムラムラ研究者は掘削というパンドラの箱を開けることになるのです。その一人が、私の指導教官であった浦辺徹郎先生でした。

浦辺先生はアーキアンパーク計画というプロジェクトを立ち上げ,BMSという海底設置型掘削装置を用いた海底掘削を実現させました(そこからいくつかの成果も生まれましたが、紙面と私の都合上割愛します..)、
この比較的コンパクトな装置は使い勝手がよく、非常に丁寧に穴堀りをしてくれるのですが、もっと深くまで掘らないと、海底熱水系というシステムの全貌はやっぱりつかめそうにありません
そこで出番になったのが「ちきゅう」です。高井さんが中心となって申請を行い、10年近く待ち続けた(らしい)結果、ようやく「ちきゅう」による沖縄掘削が実施されました。
それが IODP Exp. 331 なわけです。

(論文紹介の途中ですが、、、高井分野長の「愛と青春の探検物語」でもアーキアンパーク計画と「ちきゅう」による沖縄掘削の話題が出てます。こちらも香り高いアップルティーとビスケットを傍らにぜひお楽しみ下さい。by編集者)


 

始原的生態系は見つかるか?

私も乗船メンバーとしてこの航海調査に加わり、一ヶ月の船上生活を楽しみました。その間に、四箇所のサイトで掘削が行われました。熱水域での海底掘削は技術的に難しく、コアの回収率が著しく悪いものなのですが、さすがは「ちきゅう」の掘削技術(もちろん色々な試行錯誤の末ですが)、たくさんのコアを取ってくださいました。

そして,熱水が予想以上に遙かに広範囲に海底下で広がっていることがわかったのです。(リンク先参照)

船上では某国営放送の密着取材が入っており,(高井註:国営放送ではなくで、公営放送ねww始原的な生命の探査にフォーカスを当てた番組製作が行われていました。私の船上作業の一つとして、コア試料中の微生物を顕微鏡で観察しなければなりません。
サンプルが来るたびに、「原始生命いますか? ねえ、いないんですか?」
とすごいプレッシャーを与えてくるのです。
微生物がいることはいますが、それが直接生命の起源に繋がるわけではないですよ。下船後の分析しないと..
と伝えるとすごく残念そう..テレビ的なインパクトがないのでしょう。
(テレビマンの苦労が垣間見えるなぁ。)それでも私は丁寧に説明をし続けたと思います。

某マナブ研究員 (JAMSTEC/海洋地球生命史分野) なんぞは間隙水(泥の小さな隙間に詰まっている水)の塩濃度を測定していたとき、「塩の分析してるだけ」と説明にもならない説明をぼそっと冷たく言い放っていたのが印象的でした。

結局、彼らはそんな僕らに嫌気が指したのか内容を大きく変え、「沖縄に黒鉱発見!」と熱水鉱床をウリに面白い番組を製作していました。さすがは目利きのある人たち。
こうして、乗船中はセンセーショナルな報告をすることができなかった僕らですが、下船後に地道な解析を重ね、今回の論文を始めとするいくつかの発見をします。


ページ先頭へ戻る

海水ジャブジャブの場、発見(論文の中身)

本論文の対象は Site C0017 という熱水噴出孔から1550 m ほど離れたところになります。
この場所はマサキとかいう絶世の美女 (JAMSTEC/海底資源研究開発センター) によって、海水が海底にジワジワ染みこんでいっている場所だと予言されていました。

実際にここでは40m近く穴を掘っても温度が全然上がらず(普通は地温勾配があるので2-4度/100m上昇する)、海水の温度と変わりませんでした。それに、粗い軽石がゴロゴロ出てきました。これらのことから、

軽石の間の空間は、海底から染みこんだ海水に満たされている

と予想されます。
こうやって染みこんでいった海水が水平方向に移動し、高温条件下で岩石と化学反応を経験し、最終的に熱水噴出孔から出てくるのかもかもしれません。ここで見られた軽石の層は水平方向に広く分布していることが九州大学の辻さんの研究で示唆されているので、そういうこともさもありなんと。

さて、その染み込み海水の化学組成を調べると、酸素を含んでいる可能性が出てきました。普通、海底下みたいな(半)閉鎖系では、微生物が呼吸で酸素を消費するので、無酸素環境が形成されてしまうものです。
しかし、Site C0017 では海水の浸入する速度が比較的早いためか、酸素が絶えず供給されるのかもしれません。ここに生息する微生物を探ってみると、タウムアーキオータ (Thaumarchaeota) という海洋性アーキア (Archaea) が検出されます。こいつらの多くはアンモニアを酸化してエネルギ-を獲得する能力を持っています。我々が検出したものもアンモニア酸化に必要な遺伝子を有していることがわかりました。アンモニア酸化には酸素が必要なので、やっぱり酸素があるのでしょう。

今までの話は海底面から40m までの世界ですが、そこからさらに掘り進めて150m の深さになると、温度は90度まで上昇していました。さすがにここまで温度が上がると生息微生物も変化してきます。最深部にはHot Wataer Crenarchaeotic Group IV (HWCG IV)という未培養性アーキアが存在していました。このアーキアはまだ培養されておらず、どんな生き様なのかはわかりませんが、遺伝子解析結果からすると80度付近で生息するようです。しかも、図1で示したところからたくさん検出されていますので、伊平屋北熱水孔下生命圏の代表的メンバーと言えそうです。
(テレビマンはこういうキャッチーなのが欲しかったのかな??)


図1、「HWCG IVの分布」

こうした一連の変化は,全て「熱水循環」に支配されています。
熱水が噴き出るからこそ、海水の染み込みを誘導し、海底下の無酸素環境に酸素を持ってくる。そして酸素を使う海水中の微生物が繁茂する。

この一連のシステムをたった一本のコアで明確に示すことができたのが本論文です。
そういうつもりで書きました!!

こうした地殻内流体の挙動というのは、海洋地殻の風化とも関係があるかもしれません。実際、軽石がたくさんあるところでは鉄サビがたくさんあったので、こういう酸素を含んだ海水って結構悪さをするようです。

ということで、これらの内容でAEMに掲載されました。めでたしめでたし。 (前のウィルス論文がAEMにreject (不採択) を喰らったばかりだったので,リベンジできたよかった。ほっ。)

現在、Exp331 微生物班は以下の3本の論文を用意することになっています。
1航海で3本?せこい稼ぎ方をしやがって..と思うかもしれません。でも、無理に一つにまとめるより、一つ一つの重要性をしっかり伝える方が良いと判断した結果です。
まあ,悪の化身タッカイさんからは、砂利拾い、落ち葉拾いと罵られていますが..研究遂行能力の低い私にとっては、ヌノさん (JAMSTEC/海洋生命理工学研究開発センター) が砂利でも上手に料理するやり方と姿勢を叩き込んでくれたことは大変有り難いと感じています。

第一弾:「ちきゅう」の掘削試料が微生物解析に適切なものであるか評価した論文。
「海底掘削はコンタミネーション(掘削時のテクニカルな問題で微生物が外部から混入してしまう)との戦いの歴史と言っても過言ではない!」

Yanagawa K, Nunoura T, McAllister S, Hirai M, Breuker A, Brandt L, House C, Moyer CL, Birrien J-L, Aoike K, Sunamura M, Urabe T, Mottl M, Takai K.
The first microbiological contamination assessment by deep-sea drilling and coring by the D/V Chikyu at the Iheya North hydrothermal field in the Mid-Okinawa Trough (IODP Expedition 331).
Front. Microbiol. 2013. 4:327.


第二弾:今回紹介した論文。

第三弾:アツアツの熱水孔下生命圏の解析に挑んだもの。絶賛執筆中!乞うご期待!!


JAMSTEC/D-SUGARから離れて

もうここからは論文の内容と関係ないです!ただ書きたいので書きます。

私はもうD-SUGARに所属していません。それにもかかわらず高井さん直々に論文紹介の機会をくれました。これは現D-SUGARグループが、「アピールできる成果に困っている」、「柳川の重要性を再認識した」という客観的事実と言えるでしょう。
逼迫したタカイ帝国の現状を物語っているのかもしれませんね。
高井註:ここは全編にみなぎるヤナガー氏の「源氏物語の六条御息所的感情の見え隠れ」のクライマックスを楽しむところです!!

現在は九州大学大学院比較社会文化研究院で、「高度グローバル人材養成プロジェクト」を推進する学術研究員として勤務しています。
勤務内容はこれまで通り自由に研究やらせてもらえていますが、「グローバリゼーション」や「イノベーション」について考える機会は多いです。

自分は恐れ多くも昨今もてはやされるうような「グローバル人材」ではありませんが、今思えば、IODP Exp331 はグローバルな経験そのものでした。
また、様々な学問背景を持つ研究者から構成されるサイエンスパーティーとの議論は、イノベーションに繋がる最短の道だと思います。こういう経験をしたからといってグローバル人材になれるわけではありませんが。必要条件ではありますよね。

Exp331 のような国際共同研究では、下船後に得られた研究成果を乗船メンバーで見せ合い、誰と誰の成果を一緒にしてまとめるか、誰が研究のイニシアチブを取るか、などの議論(駆け引き?)が必要になります。その為に、ポストクルーズミーティングというものが設けられます、そこで私も良い経験をさせてもらいました。
海底下生命圏研究のスペシャリストの海外研究者大勢の前での Exp331 の成果をまとめて口頭発表するという大役です。(徹夜で新しいプレゼンを用意したなあ)
高井註:誰がハワイのホットなナイトを犠牲にして、それに付き合ったか言ってみろ。ヤナガーめ

聴衆の中には、すごーい怖い人がいまして..あのときに、色々と追い込まれて良かった。様々な経験が自分の血肉となったような気がします。そういう舞台が用意されていることも国際共同研究の醍醐味と言えるのかもしれません。それに、あれが契機となって憧れの高井さんの下で働けたのかもしれないですし。

それでは、IODPとJAMSTECでの経験を生かしつつ、「妥当D-SUGAR」で頑張っていこうと思います。
高井註:打倒ではなくて妥当なんでしょうか(笑)。わざわざ気合いをいれて承認してもらってお尻がむず痒いですが、ぜひヤナガーさんには打倒して欲しいです。


ページ先頭へ戻る



論文の内容紹介を読んでみて Q&A


★ 「軽石がたくさんあるところでは鉄サビがたくさんあったので、こういう酸素を含んだ海水って結構悪さをするようです。」と有りますが、酸素を含んだ海水が軽石の間を抜けて行く時に、その酸素が鉄をサビさせるって事ですよね?悪さと言っているのは何かサビさせることが環境とかに悪影響を及ぼしているという様な事でしょうか??

    「悪さ」って言ったのは、環境うんぬんではなく、化学的変質(つまり風化)をもたらすという意味です。
    この鉄酸化ですが、無機的反応のみならず、微生物も関与すると考えられています。
    実際、乗船研究者のクレイグおじさんは船上で鉄サビを見つけると、小躍りしていました。その試料から鉄酸化細菌を検出することに成功したとか?、しないとか?

★ 中部沖縄トラフの場合、Site C0017近辺で海底に染み込んだ海水は、どれくらいの時間を掛けて熱水として噴出してくると考えられているのですか?(もしくは一般的な知見があればそれを教えて?)

    うっ、知らんです..
    もちろんそういった水理学的な研究は非常に重要なので、どこかにいる専門の人に聞いたら、俺にもこっそり教えてください。
    海底熱水系の地下構造を知らないと正確な値は出せないのが難しいところだとは思います。見えない海底下を理解するために、物理探査が盛んに行われているので、ある程度の解釈できるのだろうか。
    そういうツールでリチャージゾーン(海水の染みこむところ)とディスチャージゾーン(熱水の噴き出るところ)のそれぞれの規模を知るところから始めないといけないのでしょうけど、そもそもリチャージゾーンをちゃんと見つけることすら難しいというのが、現状なのかもしれませんな。

★ 「遺伝子解析結果からすると80度付近で生息するようです。」と、ありますが、遺伝子解析で微生物の生育温度がわかるんですか?

    微生物の成育温度と遺伝子のGC含量は相関関係があるんでっせ。
    詳しくはリンク先参照
    ( 微生物の16S rRNA遺伝子のGC含量と生育温度には相関関係が合って、GC含量が高いと生育温度も高い、ということですね?!、、、って、なぜに質問者(編集者)が回答せなあかんの??著者の怠慢ですわっ!)

★ 海底下で海水の流れ(熱水循環)が有ると微生物とかも、その流れと共に流れる?様なイメージで、海水中、熱水、海底の地殻内の全部で同じ種類の微生物が存在する様に思うのですが、実際はそれぞれの場所で違った微生物相が見られているのはなぜですか?

    そりゃ、環境が違うからじゃないですか。
    流れているとは言え、各々の場所で物理的化学的条件が違うので、異なるニッチができあがっているんでしょう。

★ Exp331 微生物班の論文3部作の完結編はいつ頃、公開されるんでしょうか? また、そこには「原始生命いますか? ねえ、いないんですか?」??

    今でしょ!
    といいたいけど、いつでしょ?「執筆中」って書いてあるじゃん。
    皆さん、この編集者意地悪ですよー


ページ先頭へ戻る