2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24244091
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
高井 研 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, プログラムディレクター (80359166)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 龍平 独立行政法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (10447419)
山本 正浩 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, 研究員 (60435849)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | 電気合成 / 独立栄養微生物 / 電子伝達 / 深海熱水 / 微生物活動 |
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| Research Abstract |
近年、自然環境中で、金属硫化物や金属酸化物のナノ鉱物粒子を介在した電子伝達による遠隔的酸化還元反応が起きることが証明されている。本研究提案は、この遠隔的酸化還元反応によって生じる電子を直接的なエネルギー源とする微生物、電気合成微生物、によって支えられた深海・地殻内微生物生態系の存在を明らかにすることを目的とする。当該年度には、計画通り、沖縄トラフ伊平屋北熱水フィールドおよび中央インド洋海嶺の熱水フィールド、カリブ海中部ケイマン海膨の熱水フィールドから得られた新鮮な熱水チムニーや金属酸化物マットサンプルを用いて、電気合成独立栄養微生物の培養実験を行った。ポテンショガルバノスタットを用いた電気培養法により、500-1000mV 程度の電圧下で、電子そのものをエネルギー源とする電気合成独立栄養微生物の培養を行ったが、陽極側電極において明確な微生物の増殖は確認できなかった。本結果から、電気合成独立栄養微生物の増殖には、電極への微生物の吸着と微生物細胞表面に電子を受け取る導体が必要であることが考えられ、対象微生物を鉄酸化菌に絞る事でより最適な培養条件を設定した。一方熱水側での電子を生み出す酸化的熱水反応(陰極側反応)の多様性を検証した。高温高圧条件の自然環境中での陽極側電極を含めた電気化学特性を沖縄トラフ伊平屋北熱水フィールドでの現場実験によって明らかにした。直接的な電気合成独立栄養微生物の培養だけでなく、化学合成独立栄養微生物群集のバイオマスや生育速度に与える電気合成エネルギー代謝の影響評価実験についても実験を行い、マリアナ島弧の熱水フィールドから得られた金属酸化物マットにおいて、化学合成エネルギー代謝が電気培養系において促進されているとことが明らかになった。
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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
期間内に電気合成独立栄養微生物の培養の成功に至らなかったが、その理由についての条件が明確になり、次の実験系の構築に速やかに移行した。また当初の計画においても、電気合成独立栄養微生物の培養が成功しないことは十分考慮に入れており、本年度の結果を受けて、化学合成独立栄養微生物群集のバイオマスや生育速度に与える電気合成エネルギー代謝の影響評価実験も並行して行った。本年度にはその結果が得られつつある。以上の理由により、本研究は概ね順調に進展したと結論づける。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果から、期間内に電気合成独立栄養微生物の培養に成功することは極めて困難であると考える。引き続き電気合成独立栄養微生物の培養を行うとともに、化学合成独立栄養微生物群集のバイオマスや生育速度に与える電気合成エネルギー代謝の影響評価実験を進める予定である。また、近年研究代表者の研究グループによって示された太古代の強アルカリ高温熱水環境での電気化学的性質についても検討を進める。特に太古代の強アルカリ高温熱水環境では、チムニー状熱水構造物の特殊な鉱物の生成が認められ、特定の鉱物の構造が引き起こす触媒反応によって、大きな起電力や電気化学触媒反応が促進されていた可能性もあり、生命誕生以前の化学進化や初期生命進化を考える上で重要である。このような実験室内再現実験を推進する。また平成26年度は研究計画最終年度であるので、これまでに得られた研究成果の取り纏めに最大限努める。
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Research Products
(6 results)
