生命エネルギー獲得の未解決反応から探る太古代のメタン・鉄循環

• 研究課題/領域番号: 17K18808
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 北九州市立大学
• 研究代表者: 柳川 勝紀 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (50599678)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: メタン / 酸化鉄 / 嫌気的メタン酸化 / アーキア / 鉄還元 / 水酸化鉄

研究成果の概要

嫌気的メタン酸化は海水環境での重要なメタンシンクとして研究が進められてきた．本研究では淡水環境での嫌気的メタン酸化による物質循環の解明を目的として，生物地球化学的研究を進めた．間隙水中の硝酸塩や硫酸塩は極めて微量であるが，メタンと鉄は高濃度で含まれている湧水域近傍の湖沼堆積物を研究対象とした．標的反応を担う微生物の多い堆積物深度数cmでは，嫌気的メタン酸化活性も顕著であった．本研究により，水酸化鉄の供給が顕著な表層堆積物では，嫌気的メタン酸化アーキアによる鉄依存的なメタンサイクルが活発であることが示唆された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

嫌気的環境下で発生したメタンの多くは微生物の働きによって大気に放出されることなく分解される．この反応は特に海洋環境でのメタン放出を抑制する生物学的機構として重要であるが，淡水環境においても同様のプロセスがあることが近年分かり始めている．この反応が卓越することが期待される自然環境として溶存鉄とメタンが豊富な湧水堆積物に着目したところ，水酸化鉄の供給が盛んな堆積物表層においてこの反応を担う微生物のシグナルが顕著に検出された．本研究は，鉄の酸化・還元に共役した形でメタン循環も活発に進行することを示唆していた．

研究成果

• [雑誌論文] Effects of low pH conditions on decay of methanogenic biomass (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun Meng、Liu Bing、Yanagawa Katsunori、Ha Nguyen Thi、Goel Rajeev、Terashima Mitsuharu、Yasui Hidenari
  • 雑誌名: Water Research 巻: 179 ページ: 115883-115883
  • DOI: 10.1016/j.watres.2020.115883
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Endolithic microbial habitats hosted in carbonate nodules currently forming within sediment at a high methane flux site in the sea of Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa, K., Shiraishi, F., Tanigawa, Y., Maeda, T., Mustapha, N.A., Owari, S., Tomoru, H., Matsumoto, R., Kano, A.
  • 雑誌名: Geosciences 巻: 9 号: 11 ページ: 463-463
  • DOI: 10.3390/geosciences9110463
  • NAID: 120006767886
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methanofervidicoccus abyssi gen. nov., sp. nov., a hydrogenotrophic methanogen, isolated from a hydrothermal vent chimney in the Mid-Cayman Spreading Center, the Caribbean Sea (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakai Sanae、Takaki Yoshihiro、Miyazaki Masayuki、Ogawara Miyuki、Yanagawa Katsunori、Miyazaki Junichi、Takai Ken
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 69 号: 4 ページ: 1225-1230
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.003297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ecological and genomic profiling of anaerobic methane-oxidizing archaea in a deep granitic environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Ino Kohei、Hernsdorf Alex W、Konno Uta、Kouduka Mariko、Yanagawa Katsunori、Kato Shingo、Sunamura Michinari、Hirota Akinari、Togo Yoko S、Ito Kazumasa、Fukuda Akari、Iwatsuki Teruki、Mizuno Takashi、Komatsu Daisuke D、Tsunogai Urumu、Ishimura Toyoho、Amano Yuki、Thomas Brian C、Banfield Jillian F、Suzuki Yohey
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 12 号: 1 ページ: 31-47
  • DOI: 10.1038/ismej.2017.140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gas hydrate estimates in muddy sediments from the oxygen isotope of water fraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kano Akihiro、Miyahara Reina、Yanagawa Katsunori、Mori Taiki、Owari Satoko、Tomaru Hitoshi、Kakizaki Yoshihiro、Snyder Glen、Shimono Takaya、Kakuwa Yoshihiro、Matsumoto Ryo
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 470 ページ: 107-115
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2017.08.027
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 鉄に富む淡水堆積物中での嫌気的メタン酸化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳川 勝紀, 菊池 早希子, 白石 史人, 狩野 彰宏
  • 学会等名: 日本微生物生態学会
• [学会発表] Microbial community composition in coal beds of northern Kyushu, Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiraoka, N. and Yanagawa, K.
  • 学会等名: KEYS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Iron-Mediated Anaerobic Oxidation of Methane in Freshwater Ferruginous Sediments. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa, K., Kikuchi, S., Shiraishi, F., & Kano, A.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 極限環境微生物による物質循環 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳川勝紀
  • 学会等名: 実践的火山専門教育拠点コロキウム
• [学会発表] メタンを喰らう―暗黒地下圏微生物の生き様― (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳川勝紀
  • 学会等名: 第7回広島大学・海洋研究開発機構合同シンポジウム ―生命地球科学の最前線―
  • 招待講演