深海熱水噴出孔近くで、電気をエネルギー源にする微生物を発見！ : サイエンスジャーナル

　多様なエネルギーを利用する生物たち

　熱・光・音・電気など、エネルギーにもいろいろあるが、生物が利用するエネルギーは何だろうか。植物ならば、光合成に必要な光エネルギー、そして動物ならば食物として取り入れる物質の化学エネルギーである。他のエネルギーはどうなのか？

　微生物の中で原核生物（バクテリアや古細菌）がエネルギーを獲得する手段は非常に多彩。従属栄養的に生育するバクテリアの中には環境汚染の原因となる石油中の成分や発ガン性物質など、動物ではとても分解できないような有機物（難分解性有機物）を分解してエネルギー源にできるものがいる。

　また有機物ではなく、水素や硫化水素、鉄イオンなどの無機物からエネルギーを獲得できるものさえいる。このような微生物は化学合成独立栄養生物と呼ばれ、太陽光が届かない深海においても、海底火山や熱水噴出孔から湧き出るエネルギー物質（無機物）をエネルギー源として生態系を構築する。

　今回、海洋研究開発機構（JAMSTEC）などのグループが、沖縄の深海熱水噴出孔の近くで生息する微生物が、電気エネルギーを用いて二酸化炭素（CO2）から有機物を作り出して増殖することを、実証実験で確認した。

　「光合成」の「光」を「電気」に置き換えたような合成反応であり、光や有機物が少ない環境でも微弱な電気を利用すれば、生命活動を維持できることを意味しているという。

　熱水噴出孔で発見された「電気合成」微生物

　地球を覆う岩盤であるプレートの境界がある深い海底には、しみこんだ海水が地熱によって温められ、高温の水となって噴き出す熱水噴出孔が存在する。噴出孔の周りには、冷えて析出した沈殿物が煙突状に堆積した「チムニー（煙突）」ができる。

　熱水が噴き出す深海熱水噴出孔の周りに沈殿した導電性の岩石は、硫化水素や水素から放出された電子を海水側に伝える。

　実験室で培養している微生物には、細胞内に取り込んだ電気をエネルギーとして、CO2から有機物を「電気合成」するものがいることが分かっている。ただ、自然環境で電気合成をしている微生物がいるのかははっきりしていなかった。

　果たして電気だけで微生物は増えるか実証実験

　JAMSTECの山本正浩副主任研究員（微生物学）らは、チムニー周辺で放電現象が起きており、約600ミリボルトの電位差（一般的な乾電池1.5ボルトの4割程度）が生じていることを2017年に実証している。同等の環境を実験室で再現し、有機物を除いた状況下でも深海熱水噴出孔の近くで採取した岩石片の微生物が増えることが分かれば、自然環境に電気合成微生物が生息することを証明できると考えた。

　培養液として用意した人工海水に岩石片をつけ、水温15度、CO2濃度を10％にした空気の下で電気を流し、1週間ごとに培養液内の微生物の種類や細胞増殖を観察した。すると、桿菌であるチオミクロラブダス属細菌SREC（スレック）-4株が増え、生存する微生物の中で一番多い割合を占めるようになった。

　増えたSREC-4株が本当にCO2を細胞内に取り込んで有機物に変換しているか調べるため、SREC-4株を蛍光染色してどこにあるか分かるようにした。二次元高分解能二次イオン質量分析装置（NanoSIMS）を用いて同位体で標識したCO2由来の炭素が細胞内に取り込まれた場所を照らし合わせると、染色場所が一致していた。SREC-4株が細胞内にCO2を取り込んで有機物に変換していることを示しているという。

　酸化還元境界にならばどこでも生息する可能性

　自然界の生命活動を支えるエネルギー源としては、植物が太陽光から有機物を作り出す光合成がおなじみだ。だが、電子の授受の起こりやすい「酸化還元境界」では電気合成が可能になる。

　山本副主任研究員は「潮干狩りで掘り進むうちに白い砂から黒い砂に変わる場所や、金属鉱物の取れる鉱山など、酸化還元境界は思いのほか身近にある」といい、「深海熱水噴出孔は酸化還元境界の最たるものだが、ほかにも自然環境下で電気合成をする細菌がいないか今後探していきたい」と話している。

　研究は、横浜市立大学や東京大学とともに行い、英科学誌「ISMEジャーナル」電子版に6月23日付けで公開された。