2022 Fiscal Year Annual Research Report
光合成細菌の誕生が初期地球化学合成生態系に与えた影響の実験的検証
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22J01624
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
河合 繁 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), 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | 光合成 / 温泉 / 群集構造解析 / 初期地球 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、古地球の生物群集において光合成の誕生がどのようなインパクトをもたらしたかについて、現存する原始的な微生物群集を用いてその効果を探るものである。高温だった初期地球表面と類似した温度環境を備える温泉では、原始的な代謝を持つ細菌生態系が発見されている。温泉環境では、高温の温泉水が地表面を流れながら冷却されることで温度勾配が形成され、そこに多様な好熱性細菌生態系が発達する。好熱性細菌群集は、還元的無機物を電子供与体として利用し、炭酸固定により独立栄養的に生育する光合成細菌や化学合成細菌と、それらが作る有機物を利用する共存細菌から構成される。温泉光合成水が75°C付近では乳白色の化学合成細菌群集が、65°C付近では緑色の光合成細菌群集（Chloroflexus属細菌が優占）がそれぞれ発達している。2種の細菌群集の中間(70°C付近)には、「光合成細菌と化学合成細菌が混ざった細菌群集」が発達する。そのような群集では、化学合成細菌と光合成細菌間での電子供与体の獲得競争や、生産される有機物種の変化に伴う共存細菌のニッチ変化が起きていると想定される。
本研究では主に85-77°Cおよび68-63°Cに発達する化学合成及び光合成微生物群集を対象に16s rRNA遺伝子を利用した群集構造解析を行い、Chloroflexus属細菌の存在量と相関関係にある微生物を特定した。その結果、硫黄不均化反応を行う微生物や硫酸還元反応を行う微生物など、硫黄代謝に関わる微生物量が正の相関を示した。Chloroflexus属細菌は嫌気的な環境中で硫化水素を酸化する酸素非発生型光合成を行うことが知られており、上記の硫黄代謝微生物はChloroflexus属細菌との硫黄共代謝に関連すると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度では化学合成及び光合成微生物群集の菌叢解析により、光合成細菌と共生する細菌を特定できた。一方で、76-69℃の微生物マットについては、環境操作による微生物マット形成が難航した。次年度は温泉水の流量調節などを工夫し、70℃前後の多様な微生物マットの発達を促すことに挑戦する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究で光合成細菌と硫黄代謝能を持つ共生細菌の環境中で共生育していることが示唆された。次年度は光合成細菌と化学合成が少しずつ入り交じるヘテロな微生物群集を対象に微生物叢を解析することで、光合成細菌の代謝変化に伴い共増殖する従属栄養性の微生物の検出を試みる。
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