生命の生存限界を探る：海底下高温高圧環境での活動的生命圏の限界と生き残り戦略

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00730
• 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: 諸野 祐樹 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 (30421845)
• 研究分担者: 井尻 暁 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 (70374212) ; 伊藤 民武 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (00351742) ; 伊藤 元雄 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), グループリーダー代理 (40606109) ; 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) ; 山村 雅幸 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (00220442) ; 若松 泰介 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 准教授 (60597938) ; 阪口 昌彦 大阪電気通信大学, 情報通信工学部, 准教授 (70749001)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 海底下生命圏 / 極限環境 / 生命存続限界

研究実績の概要

本研究では、生命の存続に必須の「栄養供給」と均衡する生命活動を明らかにするため、海底下地層環境を題材として、そこで連続的、経時的に変化する温度・圧力条件と生命およびその存続について観察することを目的としている。この観察により、地球内部での生命圏限界、または限界をもたらす物理化学的、生理学的因子を解明し、さらに限界生命圏の姿、生命の適応メカニズム、進化学的な議論を展開することを期待している。
本課題では、昨年度までは国際深海科学掘削計画（IODP)におけるグアイマス海盆掘削航海において、高温の熱水が循環し、有機物の現場分解による炭化水素の供給も活発な生命圏から得られた試料において、高感度の生命検出などの第一次分析、および地層試料を現場温度・圧力等、様々な条件で培養する高温高圧培養装置において純粋菌株を用いた培養を実施していた。メタン菌や硫酸還元菌など、高温高圧環境から取得された培養株を用いた試験を実施、常圧環境での培養との挙動の違いなどについての解析を実施したところ、高圧をかけると常圧で実施したこれまでの取得データと異なる培養特性を示した。これはその後の掘削試料を用いた培養の成否に関わる重要なポイントと判断し、研究期間を延長して純粋菌株での高温高圧検証実験を繰り返し、細胞の増殖を確認した。その後、掘削試料を用いた高温高圧実験を延長した研究期間から開始した。延長期間ではまず高温高圧環境下で非生物的に起こる反応の検証を目指し、滅菌済みの試料から炭化水素が遊離してくる様子が観察された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

高圧培養について、純粋菌株における培養実験を実施することが出来、掘削試料を用いた高温高圧実験についても滅菌済みの試料について非生物的な挙動の観察に成功している。

今後の研究の推進方策

長期の培養においても嫌気性を保持した高温高圧培養実験が可能であることを実証でき、さらに掘削試料から非生物的に遊離する物質の基礎的知見が得られたため、今後は掘削試料を用いた培養実験を行い、高温限界に至る生命活動の検出を狙う。

研究成果

• [国際共同研究] University of Rhode Island/Woods Hole Oceanographic Institution/University of North Carolina(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Rhode Island/Woods Hole Oceanographic Institution/University of North Carolina
  • 他の機関数: 5
• [国際共同研究] University of Bremen/GEOMAR/GFZ(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Bremen/GEOMAR/GFZ
• [国際共同研究] Ocean University of China/Hohai University/The Second Institute of Oceanography(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Ocean University of China/Hohai University/The Second Institute of Oceanography
• [国際共同研究] University Bourgogne/ULCO/IFREMER(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University Bourgogne/ULCO/IFREMER
• [国際共同研究] CICESE/UABC/UNAM(メキシコ)
  • 国名: メキシコ
  • 外国機関名: CICESE/UABC/UNAM
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [雑誌論文] Modelling the Shimokita deep coalbed biosphere over deep geological time: Starvation, stimulation, material balance and population models (2020)
  • 著者名/発表者名: Bowden, S. A., A. Y. Mohamed, A. N. F. Edilbi, Y. S. Lin, Y. Morono, K. U. Hinrichs and F. Inagaki
  • 雑誌名: Basin Research 巻: 32 ページ: 804-829
  • DOI: 10.1111/bre.12399
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature limits to deep subseafloor life in the Nankai Trough subduction zone (2020)
  • 著者名/発表者名: Heuer Verena B., Inagaki Fumio, Morono Yuki, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 370 ページ: 1230～1234
  • DOI: 10.1126/science.abd7934
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Global diversity of microbial communities in marine sediment (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshino, T., H. Doi, G. I. Uramoto, L. Wormer, R. R. Adhikari, N. Xiao, Y. Morono, S. D'Hondt, K. U. Hinrichs and F. Inagaki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 117 ページ: 27587-27597
  • DOI: 10.1073/pnas.1919139117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years (2020)
  • 著者名/発表者名: Morono, Y., M. Ito, T. Hoshino, T. Terada, T. Hori, M. Ikehara, S. D'Hondt and F. Inagaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 9
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17330-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EDTA-FISH: A Simple and Effective Approach to Reduce Non-specific Adsorption of Probes in Fluorescence <i>in situ</i> Hybridization (FISH) for Environmental Samples (2020)
  • 著者名/発表者名: Morono, Y., K. Kubota, D. Tsukagoshi and T. Terada
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 35 ページ: 1
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME20062
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deep microbial proliferation at the basalt interface in 33.5-104 million-year-old oceanic crust (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, Y., S. Yamashita, M. Kouduka, Y. Ao, H. Mukai, S. Mitsunobu, H. Kagi, S. D'Hondt, F. Inagaki, Y. Morono, T. Hoshino, N. Tomioka and M. Ito
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: 9
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0860-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 海底下の地層は微生物生命の楽園か、それとも永遠の牢獄なのか？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 諸野祐樹
  • 学会等名: マリンバイオテクノロジー学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of living microbes from the ancient subseafloor sediment up to 101.5 million years old: How is it possible for microbes to survive for such a geological timescale? (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Morono
  • 学会等名: 日本地球惑星連合 2021年大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 白亜紀の超貧栄養海底下堆積物から生きて発見された生命 (2021)
  • 著者名/発表者名: Morono Y, Ito M, Hoshino T, Terada T, Hori T, Ikehara M, D'Hondt S, Inagaki F.
  • 学会等名: 農芸化学会オンラインシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] EDTA-FISH：環境試料のFluorescence in situ Hybridization (FISH)において非特異的プローブ吸着を抑制する効果的かつシンプルなアプローチ (2020)
  • 著者名/発表者名: 諸野祐樹、久保田健吾、塚越大介、寺田武志
  • 学会等名: 第21回極限環境生物学会年会
• [学会発表] IODP Expedition 385: Guaymas Basin Tectonics and Biosphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Morono, Andreas Teske, Daniel Lizarralde, Tobias W Hofig, IODP EXPEDITION 385 SCIENTISTS
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Aerobic microbial life in oxic sediment of South Pacific Gyre persists up to 101.5 million years (2020)
  • 著者名/発表者名: Morono Y, Ito M, Hoshino T, Terada T, Hori T, Ikehara M, D'Hondt S, Inagaki F.
  • 学会等名: AGU Fall meeting 2020
  • 国際学会
• [備考] 白亜紀の海底堆積物で微生物が生きて存在していることを発見 ～超貧栄養環境下で眠り続けた生命？～
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20200729/