地球最古の地下水圏環境に生息する微生物群のゲノム進化と存続メカニズムの解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K20429
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 稲垣 史生 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 室長 (50360748)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 志野 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (10557002) ; 星野 辰彦 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30386619) ; 浦本 豪一郎 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 講師 (70612901)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 地下生命圏 / 微生物群集構造 / 生命居住可能性 / メタゲノム解析 / メタトランスクリプトーム解析

Outline of Annual Research Achievements

陸域や海底下深部において微生物生態系が存続するには、生命機能や生態系の維持に必要な最低限の水と栄養・エネルギー基質の持続的な供給が必要とされるが、その実態は不明の部分が多い。本研究では、世界最古（約24億年前）と推定されているカナダ・オンタリオ州のキッド・クリーク鉱山の地下約2.4 kmの地下水圏環境に生息する微生物群集を対象に、メタゲノム及びメタトランスクリプトーム解析を実施した。メタゲノム解析の結果は、PCR法により増幅された16S rRNA遺伝子配列に基づく微生物群集構造の結果と概ね相補的であり、北米大陸北東部のマーセラス頁岩における地下2.5 kmの水圧破砕法の影響を受けた地下環境から検出された群集構造と類似していた（Daly et al., Nature Microbiology, 2016）。具体的には、アルカンやBTEX等の炭化水素資化性を有するMarinobacter属やSphingohabdus属等に近縁な通性嫌気性のプロテオバクテリアが優占種であり、そのハロアルカン脱水素酵素やベンゼン・トルエン酸化酵素等の機能遺伝子群が高発現していた。また、マーセラス頁岩で検出されたFirmicutes門の優占種Candidatus Frackibacterに近縁な水素と二酸化炭素からのホモ型酢酸生成やベタイン分解を行う化学合成細菌や、水素や酢酸を基質として高アルカリ地下水圏環境でも生息可能な通性嫌気性Serpentinimonas属細菌、南アフリカの金鉱山でも検出されたSulfuricella属やThiobacillus属やThauera属等に近縁な硫黄細菌等も優占種として検出された。これらの結果は、（準）閉鎖的な地下水圏環境に生息する微小量の微生物群集が、アルカン分解や水素・炭素・硫黄・ヒ素化合物の酸化還元反応等の多様な地化学反応に寄与していることを示唆している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] トロント大学(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: トロント大学
• [Journal Article] Rapid metabolism fosters microbial survival in the deep, hot, subseafloor biosphere (2022)
  • Author(s): Beulig, F., Schubert, F., Adhikari, R. R., Glombitza, C., Heuer, V. B., Hinrichs, K.-U., Inagaki, F., Jorgensen, B. B., Kallmeyer, J., Krause, S. J. E., Morono, Y., Sauvage, J., Spivack, A. J., and Treude, T.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27802-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolution of (Bio-)Geochemical Processes and Diagenetic Alteration of Sediments Along the Tectonic Migration of Ocean Floor in the Shikoku Basin off Japan (2021)
  • Author(s): Koster, M., Kars, M., Schubotz, F., Tsang, M.-Y., Maisch, M., Kappler, A., Morono, Y., Inagaki, F., Heuer, V. B., Kasten, S., and Henkel, S.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 22 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020GC009585
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High Fluid-Pressure Patches Beneath the Decollement: A Potential Source of Slow Earthquakes in the Nankai Trough off Cape Muroto (2021)
  • Author(s): T. Hirose, Y. Hamada, W. Tanikawa, N. Kamiya, Y. Yamamoto, T. Tsuji, M. Kinoshita, V. B. Heuer, F. Inagaki, Y. Morono, Y. Kubo
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021JB021831
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Workshop report: Exploring deep oceanic crust off Hawai`i (2021)
  • Author(s): Umino, S., Moore, G. F., Boston, B., Coggon, R., Crispini, L., D’Hondt, S., Garcia, M. O., Hanyu, T., Klein, F., Seama, N., Teagle, D. A. H., Tominaga, M., Yamashita, M., Harris, M., Ildefonse, B., Katayama, I., Kusano, Y., Suzuki, Y., Trembath-Reichert, E., Yamada, Y., Abe, N., Xiao, N., and Inagaki, F.
  • Journal Title: Scientific Drilling Volume: 29 Pages: 69-82
  • DOI: 10.5194/sd-29-69-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] M2Mマントル掘削計画と951-フルプロポーザル: ハワイ沖ノースアーチの成熟した地殻掘削 (2021)
  • Author(s): 海野 進, 稲垣 史生, ティーグル デーモン, 山下 幹也, ムーア グレゴリー, イルデフォンス ブノア, ドント ステーブン, クリスピーニ ラウラ, 羽生 毅, ガルシア マイケル, 森下 知晃
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • Invited
• [Presentation] Exploring the deep biosphere-frontier beneath the ocean: A geobiological perspective on the oceanic crust and the underlying upper mantle (2021)
  • Author(s): 稲垣史生
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • Invited
• [Presentation] 海底下の微生物起源ガスシステムに関する 地球微生物学的考察 (2021)
  • Author(s): 稲垣史生
  • Organizer: 石油技術協会春季講演会
• [Book] 号外地球「海洋科学掘削によるマントル到達への挑戦ー地球最大のフロンティアに挑むー」 (2022)
  • Author(s): 稲垣史生, 倉本真一, 平朝彦
  • Total Pages: 151
  • Publisher: 海洋出版株式会社
• [Remarks] Fumio Inagaki, PhD| GEOMICROBIOLOGIST
  • URL: https://www.fumio-inagaki.com