高アルカリ炭酸塩形成環境における微生物活動と鉱化作用

• 研究課題/領域番号: 22K05014
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
• 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: 宮崎 征行 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(超先鋭研究開発プログラム), 准研究副主任 (50399573)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 炭酸塩 / カルサイト / マリアナ前弧域 / 蛇紋岩 / 強アルカリ / 炭酸塩形成 / バイオミネラリゼーション / 高アルカリ環境

研究開始時の研究の概要

本研究は微生物機能に着目したバイオミネラリゼーションについての研究開発である。炭酸塩形成に関わる微生物の存在は一世紀以上も前から知られており、その微生物はどこにでも存在する微生物である。深海底にはマントルを形成するかんらん岩と地球活動により地殻内を移動する水が反応することで蛇紋岩を形成し、その湧水はH2、CH4、Mg2+、Ca2+に富み、海底表面に湧き出て炭酸塩でできた環境が形成される。しかしながら、深海の炭酸塩形成に関する微生物についての研究はほとんど行われていないため、環境微生物学と微生物培養学を掛け合わせて現場環境に生息する微生物の実態をとらえ、炭酸塩形成に関わる微生物材料の開発を行う。

研究実績の概要

深海における炭酸塩形成に関する微生物についての研究は、サンプル採取の困難さからほとんど行われていない。そのため環境微生物学と微生物培養学を掛け合わせて現場環境に生息する微生物の実態をとらえ、炭酸塩形成に関わる微生物材料の開発を行うことを目的とした。
従来の研究から、尿素を用いた培養法で相模湾湧水、マリアナ蛇紋岩湧水地帯、沖縄トラフの熱水活動域から採取した深海サンプルを用いて培養を行った。これらのサンプルから炭酸塩を形成する細菌の候補株として25株の分離に成功した。ただ、培養に成功した株は相模湾及び沖縄トラフのサンプルで、マリアナ蛇紋岩湧水地帯のサンプルからは分離に至らなかった。要因としては炭酸塩形成に用いている培地のpH（pH 7.0程度）と実サンプルのpH（強アルカリ）の違いが考えられる。分離に成功した菌株は、菌種の決定を行っている。
メタンを含有する湧水域では、嫌気的メタン酸化反応から重炭酸イオンが生成し、海水中のカルシウムイオンと反応して炭酸塩が形成されることが知られている。船上での溶存ガス分析の結果から、相模湾湧水域はメタンを含有していることが確認された。このことから、本サンプルは嫌気的メタン酸化反応を利用した炭酸塩形成実験に適していることから、上向流式の嫌気的連続培養装置を製作し培養を開始した。本装置については、定期的に流入出水の化学分析を行い、培養装置内で反応の確認しつつ、炭酸塩形成に最適な条件を検討する。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

炭酸塩形成菌の分離について想定より遅れが生じている。これは炭酸塩の形成を確認してから次の植菌を行っているため、培養周期が１ヶ月と通常よりも日数がかかっていること。嫌気的連続培養装置については、培養開始後に酸素が混入してしまい、再培養が生じたことが挙げられる。また、研究棟の改装工事対応のため、研究機器等の移設が生じたため実験に着手できない期間が生じた。このことから、全体的な計画としてやや遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

尿素を利用して炭酸塩を形成する株については、析出した結晶からX栓回析法を用いた分析を実施し、形成した炭酸塩（カルサイト、ドロマイト等）について同定を行う。また、ウレアーゼ活性について測定し炭酸塩形成菌として古くから研究に用いられているSporosarcina pasteuriiと比較し、その性能確認すると共に、分類学的手法を用いて、その諸性質を決定する。嫌気的連続培養については、重炭酸イオンの生成を目標として培養条件の検討を行う。