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

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。

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。