深海底熱水噴出孔で始原的な微生物を発見　－銅まみれの予想外の生態が発見の鍵－

2022-06-09

プレスリリース
高宮日南子（博士課程1年）、幸塚麻里子特任研究員、鈴木庸平准教授

発表のポイント

深海底熱水噴出孔は、生命誕生の有力候補場として、原始生命体の探索が盛んに行われてきた。金属硫化物チムニー（注1）の内部は、生命誕生から初期生命進化までを下支えした場として重要視されている。
岩石内部に生息する微生物を可視化する技術を高度化し、金属硫化物チムニー内部に、細胞が著しく小さい極小微生物（1 mmの1万分の1程度）が、生息することを発見した。
遺伝子解析の結果は、生命進化の初期段階で誕生した微生物が、チムニー内部で優占していることを示し、初期生命の生態を推定する上で重要な成果であるといえる。

概要

東京大学大学院理学系研究科の鈴木庸平准教授の研究グループは、海洋研究開発機構の無人潜水艇「ハイパードルフィン」を用いて、南部マリアナトラフ（図1A）の深海底熱水噴出孔から、金属硫化物チムニーを採取した（図1B-C）。金属硫化物チムニーのような海底面付近に存在する岩石内部の微生物は、海底での採取から船上へ引き上げる間に、岩石内に海水から微生物が侵入することで引き起こされるサンプルの汚染が問題となっていた。研究グループのこれまでの研究により、岩石内部の微生物を細胞単位で可視化するイメージング技術の開発を行い、海底火山で噴出した溶岩の亀裂中に、細胞密度が1 cm3当たり100億個体を超える微生物が生息することが明らかとなった（関連文献）。同じ手法を金属硫化物チムニーに適用したが、岩石内の空隙が小さく（図1D）、微生物細胞の大きさも小さいため、細胞の姿を観察できなかった。そこで最先鋭の電子顕微鏡解析技術を駆使して、岩石内部を観察した結果、酸化銅のナノ粒子にコーティングされた極小微生物が発見された（図1E）。通常、海水中に生息する極小微生物が岩石内部に侵入した場合、酸化銅ナノ粒子は海水に触れると速やかに消失する性質があるため、その体表面が粒子に覆われることはない。このことから、今回発見された極小微生物は汚染によって侵入したものではなく（図1F-G）、チムニー内部に生息していたものと考えられる。微生物の細胞が酸化銅ナノ粒子に覆われることで（図1H）、観察が可能になった点も今回の発見の重要な鍵である。細胞サイズの小さい生命はより始原的であり、岩石内部で優占する微生物は、生命進化初期に誕生したグループであることが遺伝子解析で明らかになった。そのため、本研究の成果により生命の誕生から初期進化に関する研究が進展すると期待される。