純鉄に駆動される生命圏の可能性

公募研究

研究領域	水惑星学の創成
研究課題/領域番号	20H04610
研究種目	新学術領域研究(研究領域提案型)
配分区分	補助金
審査区分	理工系
研究機関	東京海洋大学
研究代表者	牧田寛子東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (40553219)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス	完了 (2021年度)
配分額 *注記	5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円) 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円) 2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード	純鉄 / 鉄酸化細菌 / 海洋環境 / 鉄利用 / エンセラダス / 鉄利用微生物 / 微生物生態
研究開始時の研究の概要	近年、これまで生命活動が困難であると考えられていた地球外にも、生命が存在し得る環境の存在が明らかとなってきた。特に土星の衛星エンセラダスでは、厚く覆われた氷の下に液体の海が存在し、さらに海底熱水活動を有することが明らかとなっている。また、エンセラダスは、岩石中に0価の鉄（純鉄）が含まれていると示唆されている。鉄は生物にとって重要なエネルギー源であるが、これまで純鉄を利用する微生物についてはほとんど明らかにされていない。そこで、本研究では、エンセラダス内部海環境等を模した条件下で、微生物が純鉄をエネルギー源として利用できるのかについて迫り、地球外の環境において、純鉄が駆動する生命圏を予測する。
研究実績の概要	本研究では、0価のFe(純鉄)をエネルギー源として利用できる海洋性の微生物の探索と、それら微生物の生化学的性状の解明を行い、得られた知見から、地球やエンセラダスのような地球以外の海洋環境下において生じうる純鉄を軸とした生態系の予測を目的としている。本年度は、純鉄を利用する微生物の単離を行い、それらの鉄利用能や代謝産物などについて調査した。海洋環境に設置した純鉄や鉱物表面に形成された酸化鉄、そして海底堆積物を植種源とし、純鉄をエネルギー源とした種々の環境条件の培養液にて単離を試みた結果、嫌気的環境下にて純鉄を鉄源とし、酢酸を炭素源とするグラム陰性細菌の単離に成功した。本菌は純鉄非存在下では増殖せず、また塩化鉄など他の鉄源では増殖が確認できなかったことから、純鉄の存在が増殖・代謝活動に必須であることが示された。また、本菌の増殖に伴い、培養液中に二価鉄とアンモニウムイオンの増加が確認されたことから、他の微生物のエネルギー源として利用できる物質を、本菌が提供可能であることが示された。さらに本菌は、海洋環境中に多く存在する微生物種（常在細菌）であったことから、純鉄利用能は海洋性細菌に普遍的に備わっている機構である可能性が考えられた。本研究によって、純鉄を利用して増殖する微生物が海洋環境中に普遍的に存在しうること、また他の微生物のエネルギー源となる物質が純鉄利用微生物の代謝産物として生産されることが示されたことから、純鉄を軸として駆動される生態系は予想以上に広がりを持つことが示唆された。
現在までの達成度 (段落)	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
今後の研究の推進方策	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。