<プレスリリース＞
－光合成が支配的となる前の「鉄と酸素」による生命活動を再現－
リハウ大学院生（研究当時）が温泉で採水を行う様子 Credit: Natsumi Noda
【ポイント】
○日本各地の鉄分を多く含む温泉に生息する鉄酸化細菌を遺伝子解析し、太古の地球で微生物が鉄と微量な酸素をエネルギー源として利用していた可能性を示した。
○5か所の温泉から200以上の微生物ゲノムをメタゲノム解析し、鉄酸化細菌と光合成微生物、嫌気性微生物が共存する生態系を発見した。
○今回の成果は、約23億年前に起きた「大酸化イベント」に対して、生命がどう適応したのか、新しい見方を提案する。
【概要】
東京科学大学 理学院 地球惑星科学系のFatima Li-Hau（ファティマ・リー・ハウ）大学院生（研究当時）、上野雄一郎教授（同大学 地球生命研究所（ELSI）主任研究者）、ELSIのShawn Erin McGlynn（ショウン・エリン・マックグリン）准教授（ELSI主任研究者）らの研究チームは、鉄を豊富に含む日本の温泉を対象に微生物群集の解析を行い、太古の地球において生命がどのように鉄と酸素を利用していたかを明らかにしました。研究チームは、 東京都、秋田県、青森県の計5か所の温泉を調査し、酸素がほとんど存在しない環境で鉄を酸化する細菌が優勢であることを発見しました。また、メタゲノム解析によって200以上の高品質な微生物ゲノムを再構築し、炭素・窒素循環に加え、一部では硫黄循環の可能性も確認しました。この研究成果は、地球史上最大級の環境変化である「大酸化イベント」の理解を深めるものであり、生命の初期進化や宇宙生命探査にもつながる知見を提供します。
本成果は、７月23日に「Microbes and Environments」オンライン版に掲載されました。
温泉の源泉から海までの全景 Credit: Fatima Li-Hau
- 背景
地球が現在のように酸素豊富な惑星となる以前、約23億年前の「大酸化イベント」以前は、酸素は極めて希少であり、生物が主に化学エネルギーを利用していたのか、光エネルギーを利用していたのかは未解明です。当時の微生物は酸素を毒として扱う一方で、酸素を生み出す光合成微生物の存在が新しい代謝経路を切り開いたと考えられています。
- 研究成果
研究チームは、日本国内の５か所の鉄豊富な温泉を調査し、低酸素環境下で鉄を酸化する細菌が卓越していることを明らかにしました。これらの細菌は酸素を生み出す光合成微生物や嫌気性微生物と共存し、炭素・窒素・硫黄の循環を担う複雑な生態系を形成していました。 本研究は、光合成を主体としない微生物群集も活発かつ生産的であることを示しています。
- 社会的インパクト
本研究は、太古の地球における微生物群集の姿を現代の温泉を通して再現したものであり、生命の進化理解に大きな貢献を果たします。さらに、同様の地球化学条件を持つ惑星における生命存在可能性の評価にも役立ちます。また、本研究は温泉を単なる娯楽や保養の場としてではなく、科学的な驚異の場として捉え直す視点を提供します。
- 今後の展開
今後の目標は、各微生物群が環境に対してどの程度の生産性を持つかを定量化し、それぞれの進化史を解明するとともに、新しく発見された機能を産業利用へ応用することです。
赤色の鉄酸化物沈殿の近接写真 Credit: Fatima Li-Hau
冬季における温泉の源泉から湧き出すCO2の泡の様子 Credit: Fatima Li-Hau
温泉から流出した酸化鉄を含む湯が日本海に注ぎ込む様子 Credit: Fatima Li-Hau
【論文情報】
掲載誌：Microbes and Environments
論文タイトル：Metabolic Potential and Microbial Diversity of Late Archean to Early Proterozoic Ocean Analog Hot Springs of Japan
著者：Fatima Li-Hau, Mayuko Nakagawa, Takeshi Kakegawa, L.M. Ward, Yuichiro Ueno, Shawn Erin McGlynn
【研究者プロフィール】
Fatima Li-Hau（ファティマ・リー・ハウ）
東京科学大学 理学院 地球惑星科学系 大学院生（研究当時：2025年修了）
沖縄科学技術大学院大学 モデルベース進化ゲノミクスユニット 研究員
研究分野：微生物生態学、地球初期環境
上野 雄一郎（うえの ゆういちろう） Yuichiro UENO
東京科学大学 理学院 地球惑星科学系 教授
地球生命研究所 主任研究者
研究分野：地球化学、生命地球共進化
Shawn Erin McGlynn（ショウン・エリン・マックグリン）
東京科学大学 地球生命研究所 准教授
地球生命研究所 主任研究者
研究分野：微生物代謝、地球化学
【お問い合わせ先】
（研究に関すること）
東京科学大学 理学院 地球惑星科学系 教授
地球生命研究所 主任研究者
上野 雄一郎
Email: ueno@elsi.jp
【【取材申し込み先】
東京科学大学 地球生命研究所 広報室
Email: pr@elsi.jp
Tel: 03-5734-3163 Fax: 03-5734-3416