蛇紋岩化反応に依存した原始的微生物の生態に基づく地球外生命探査の最適化

Research Project

Project/Area Number	22KJ0588
Project/Area Number (Other)	21J20802 (2021-2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2021-2022)
Section	国内
Review Section	Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	末岡優里 (2021, 2023) 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
Research Fellow	末岡優里 (2022) 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2023-06-29 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000) Fiscal Year 2024: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000) Fiscal Year 2023: ¥549,361 (Direct Cost: ¥549,361) Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000) Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	岩石ー水相互作用 / サポナイト / 鉄酸化細菌 / 蛇紋岩化反応 / 地下微生物 / 生命検出技術 / 地球外生命探査
Outline of Research at the Start	火星は、地下深部に液体状の水が存在しているため地球外生命を宿す可能性の最も高い天体の一つとされており、サンプルリターン計画が進行中であるが、岩石内部に生息する生命の知見や分析技術が不足している問題がある。そこで、本研究では火星アナログ岩石に対して開発した岩石内生命検出手法を用いて、岩石内部に生息する微生物の生態系を理解することを目的として、岩石内微生物の生物学的特徴および微生物の生息する岩石の鉱物学的特徴を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	本研究ではこれまで、海洋地殻を構成する形成年代の古い玄武岩質溶岩コア試料を火星岩石のアナログとして用い、岩石内部に生息する微生物生態系について鉱物学的手法および生物学的手法の両面から調査を行ってきた。玄武岩質コア内部では、炭酸カルシウムによって充填された亀裂付近に、低温・嫌気的環境下で、蛇紋岩化反応や玄武岩質溶岩と水の反応に伴って形成する、サポナイトと呼ばれる層状珪酸塩が分布することが確認された。さらに、DNA染色および赤外分光分析の結果、サポナイト周辺に微生物細胞が密集することが明らかとなり、サポナイトと微生物細胞の分布に相関があることが示唆された。サポナイトを含む粘土フラクションから抽出したDNAを用いて16S rRNA解析を行った結果、嫌気環境に生息する微生物の存在も検出されたことから、サポナイトは低酸素状態の岩石環境下おいて、微生物生息場として有望であると考えられる。サポナイトは、地球の海洋地殻だけでなく、火星の地殻や、リュウグウなどの水質変質を受けた炭素質コンドライト中にも主要な粘土鉱物として広く存在することが知られているため、サポナイトが微生物の生育場として機能する可能性を検討することは、地球外生命探査においても重要であると考える。よって、今後はサポナイトと微生物の相互関係に着目し、サポナイト構造中の二価鉄が、電子供与体として微生物の生育を支持するエネルギー源となりうるかどうかを調査していく。今年度は、サポナイトを用いた微生物培養実験に向けた準備として、培養環境の構築について検討した。二価鉄を多く含むサポナイトを分散させて作成した培地内に微好気的な勾配を作り、X線吸収微細構造解析を行った結果、培地内部の酸素勾配に伴ってサポナイト構造中の鉄の価数が段階的に変化していることが示され、微生物の培養に適した条件を構築することが可能であることが確認できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度は、サポナイトを用いた鉄酸化細菌の培養実験に向けた準備を目的とした。培地の条件検討およびX線吸収微細構造解析(XAFS)に基づいて、鉄酸化細菌の培養に適した条件を構築可能であることを確認した。よって、今後培養実験を進めるために十分な進捗を得た。
Strategy for Future Research Activity	今年度検討した培養条件をもとに、サポナイト中の二価鉄をエネルギー源とする鉄酸化細菌の培養実験を行う。サポナイト周辺に生息する微生物に適した酸化還元状態およびエネルギー源について制約を与えることを目指す。