数百万年にわたる海底下微生物の進化動態を追う

• 研究課題/領域番号: 17H03956
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境農学(含ランドスケープ科学)
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 浦本 豪一郎 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 特任助教 (70612901)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 海底下堆積物 / 微生物 / 微生物多様性 / 海底下微生物 / 進化 / 微生物生態 / 掘削化学 / 海底下生命圏 / IODP / 生物多様性 / メタゲノム解析 / ゲノム / 海底下 / 次世代シーケンサー / 堆積物 / 海洋堆積物

研究成果の概要

地球表面の７割を占める海底のさらにその下には海洋や土壌といった表層の生命圏とは異なる独自の生態系が存在し、莫大な数の微生物の存在が確認されている。本研究では、海底下という極低エネルギー環境において、どのようにその生態系が構築されたのかを、世界各地の海底下０－６００mから得られた堆積物を解析することで明らかにした。海底下の微生物群集構造は、嫌気・富栄養環境と好気・貧栄養環境で大きく異なり、前者におけるアーキア/バクテリア比は後者より有意に高いことがわかった。また、全堆積物中のアーキア細胞の割合は37%程度であると推算され、海洋中の割合と同程度であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

統一された高精度なDNA分析により、全地球レベルで海底下堆積物中の微生物群集の比較解析を世界で初めて行なった。我々の研究成果は、海底下の生態系がどのように構築されてきたのか、どの程度多様なのかという基礎的ではあるがこれまでに分かっていなかった問題の答えを与えるものである。また、本研究成果は、地上のエネルギーに満ちた環境とは全く異なる海底下という極限環境でどのように生命が進化・適応してきたのか明らかにするための進化学的研究の礎となるものである。

研究成果

• [国際共同研究] University of Rhode Island(米国)
• [国際共同研究] University of Bremen(ドイツ)
• [雑誌論文] Draft Genome Sequences of Penicillium spp. from Deeply Buried Oligotrophic Marine Sediments (2019)
  • 著者名/発表者名: Sobol Morgan S.、Hoshino Tatsuhiko、Futagami Taiki、Inagaki Fumio、Kiel Reese Brandi
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 8 号: 6
  • DOI: 10.1128/mra.01613-18
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cultivable microbial community in 2-km-deep, 20-million-year-old subseafloor coalbeds through ~1000 days anaerobic bioreactor cultivation (2019)
  • 著者名/発表者名: Imachi Hiroyuki、Tasumi Eiji、Takaki Yoshihiro、Hoshino Tatsuhiko、Schubotz Florence、Gan Shuchai、Tu Tzu-Hsuan、Saito Yumi、Yamanaka Yuko、Ijiri Akira、Matsui Yohei、Miyazaki Masayuki、Morono Yuki、Takai Ken、Hinrichs Kai-Uwe、Inagaki Fumio
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38754-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial dormancy in the marine subsurface: Global endospore abundance and response to burial (2019)
  • 著者名/発表者名: Woermer Lars、Hoshino Tatsuhiko、Bowles Marshall W.、Viehweger Bernhard、Adhikari Rishi R.、Xiao Nan、Uramoto Go-ichiro、K?nneke Martin、Lazar Cassandre S.、Morono Yuki、Inagaki Fumio、Hinrichs Kai-Uwe
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 2
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav1024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial Metabolism and Community Dynamics in Hydraulic Fracturing Fluids Recovered From Deep Hydrocarbon-Rich Shale (2019)
  • 著者名/発表者名: Morono Yuki、Wishart Jessie R.、Ito Motoo、Ijiri Akira、Hoshino Tatsuhiko、Torres Marta、Verba Circe、Terada Takeshi、Inagaki Fumio、Colwell Frederick S.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 10 ページ: 1-14
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.00376
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep-biosphere methane production stimulated by geofluids in the Nankai accretionary complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Ijiri Akira et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 6 ページ: 4631-4631
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao4631
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment of Capacity to Capture DNA Aerosols by Clean Filters for Molecular Biology Experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: Morono Yuki、Hoshino Tatsuhiko、Terada Takeshi、Suzuki Taketo、Sato Takahiro、Yuasa Hisashi、Kubota Yuji、Inagaki Fumio
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 33 号: 2 ページ: 222-226
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME18012
  • NAID: 130007393763
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abundance and distribution of Archaea in the subseafloor sedimentary biosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Tatsuhiko、Inagaki Fumio
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 13 号: 1 ページ: 227-231
  • DOI: 10.1038/s41396-018-0253-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ mechanical weakness of subducting sediments beneath a plate boundary d?collement in the Nankai Trough (2018)
  • 著者名/発表者名: Yohei Hamada, Takehiro Hirose, Akira Ijiri, Yasuhiro Yamada, Yoshinori Sanada, Saneatsu Saito, Noriaki Sakurai, Takamitsu Sugihara, Takahiro Yokoyama, Tomokazu Saruhashi, Tatsuhiko Hoshino, Nana Kamiya, Stephen Bowden, Margaret Cramm, Susann Henkel, Kira Homola, Hiroyuki Imachi, Masanori Kaneko, （他23名）
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 5 号: 1 ページ: 1-70
  • DOI: 10.1186/s40645-018-0228-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Methyl-compound use and slow growth characterize microbial life in 2-km-deep subseafloor coal and shale beds (2017)
  • 著者名/発表者名: Trembath-Reichert, E., Morono, Y., Ijiri, A., Hoshino, T., Dowson, K. S., Inagaki, F., and Orphan, V. J.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 114 号: 44
  • DOI: 10.1073/pnas.1707525114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atribacteria from the Subseafloor Sedimentary Biosphere Disperse to the Hydrosphere through Submarine Mud Volcanoes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshino, T., Toki, T., Ijiri, A., Morono, Y., Machiyama, H., Ashi, J., Okamura, K., and Inagaki, F.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 8 ページ: 1135-1135
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.01135
  • NAID: 120006383302
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Interaction between submarine landslides and subseafloor sedimentary microbiome: Chikyu SCORE Expedition 910 off Cape Erimo (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野辰彦、浦本豪一郎、藤内智士、諸野祐樹、井尻暁、鈴木志野、久保雄介、稲垣史生
  • 学会等名: JpGU2019
  • 国際学会
• [学会発表] Global diversity of subseafloor sedimentary microbiome (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Hoshino, Hideyuki Doi, Go-Ichiro Uramoto, Lars Woemar, Rishi R. Adikari, Nan Xiao, Yuki Morono, Steven D'Hondt, Kai-Uwe Hinrichs, Fumio Inagaki
  • 学会等名: Deep Carbon 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 次世代シーケンシングを用いた核酸定量法の環境影響評価への適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 猪又 健太郎, 北橋 倫, 西島 美由紀, 星野 辰彦, 下田代 雅文, 山本 啓之
  • 学会等名: ブルーアースサイエンス・テク2019
• [学会発表] Distribution of aerobic microbial activities in ultra-oligotrophic sediments of the South Pacific Gyre (2018)
  • 著者名/発表者名: YUKI MORONO, TAKESHI TERADA, MOTOO ITO, STEVEN D'HONDT, TATSUHIKO HOSHINO, FUMIO INAGAKI
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 国際学会
• [学会発表] 海底下深部生命圏から海水中への泥火山を通した微生物の拡散 (2018)
  • 著者名/発表者名: 星野辰彦、土岐知弘、井尻 暁、諸野祐樹、芦寿一郎、稲垣史生
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第32回大会
• [学会発表] クリーンフィルターはDNAエアロゾルを止められるのか？汚染除去効果の検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 諸野祐樹、星野辰彦、寺田武志、鈴木剛人、佐藤卓広、湯浅久史、久保田裕仁、稲垣史生
  • 学会等名: 極限環境生物学会2018年会
• [学会発表] 海底下堆積物中に残存する真核生物由来DNAの分布：古代生態系復元への応用の可能性を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 星野 辰彦、肖 楠、浦本 豪一郎、諸野 祐樹、Rishi Adhikari、稲垣 史生
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 国際学会
• [学会発表] 微小生命活動の現場を視る－X線マイクロ/ナノCTによる微生物細胞可視化の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 諸野祐樹、浦本豪一郎、上杉健太朗、竹内晃久、上椙真之、久保田健吾、星野辰彦、稲垣史生
  • 学会等名: 微小生命活動の現場を視る－X線マイクロ/ナノCTによる微生物細胞可視化の試み
• [学会発表] 海底下深部堆積物中の真核生物環境DNAによる古代生態系の復元 (2018)
  • 著者名/発表者名: 星野辰彦、伊達康博、肖楠、浦本豪一郎、諸野祐樹、稲垣史生
  • 学会等名: 第１回 環境DNA学会 東京大会
• [学会発表] Global diversity of subseafloor microbial community (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Tatsuhiko, Doi Hideyuki, Wormer Lars, Morono Yuki, D'Hondt Steven, Hinrichs Kai-Uwe, Inagaki Fumio
  • 学会等名: AGU fall meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of the sedimentary biosphere in Bengal Fan (IODP Exp. 354) (2018)
  • 著者名/発表者名: Adhikari Rishi, Heuer Verena, Elvert Marcus, Hoshino Tatsuhiko, Inagaki Fumio, Kallmeyer Jens, Morono Yuki, Wormer Lars, Hinrichs Kai-Uwe
  • 学会等名: AGU fall meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] The global survey of subseafloor sedimentary microbiomes (2017)
  • 著者名/発表者名: TATSUHIKO HOSHINO, HIDEYUKI DOI, LARS WORMER, YUKI MORONO, STEVEN D’HONDT, KAI-UWE HINRICHS, FUMIO INAGAKI
  • 学会等名: Goldschmidt 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Global microbial diversity in subseafloor sediment (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Hoshino, Hideyuki Doi, Lars Wormer, Yuki Morono, Kai-Uwe Hinrichs, Fumio Inagaki
  • 学会等名: The international society for subsurface microbiology 2017 conference
  • 国際学会
• [学会発表] The deep biosphere in Bengal Fan sediments (IODP Exp. 354) (2017)
  • 著者名/発表者名: R.R. ADHIKARI, V.B. HEUER, M. ELVERT, T. HOSHINO, F. INAGAKI, J. KALLMEYER, A. KITTE, L. WOERMER, K.-U. HINRICHS
  • 学会等名: Goldschmidt2017
  • 国際学会