微生物生態系像は、近年、著しく変貌しています(図1)。従来の海洋水塊中の微生物生態系とは、海洋表層で珪藻やシアノバクテリア等が行う光合成により生産された有機物が、微生物や動物プランクトンに分解されつつ沈降し、最終的には深海域の生命圏を支えるというものでした。深海水塊に棲息する微生物の殆どは従属栄養生物であると認識されていました。ところが、近年の研究は、海洋表層で生産された有機物の分解等に伴って生じるアンモニアや硫黄化合物をエネルギー源として炭素固定(※2)を行う微生物が、深海水塊中の微生物生態系において、相当程度優占することを示唆しています。数十%を占めることがあり、また、エネルギー源となるアンモニアの供給量に応じて各アンモニア酸化アーキア系統群が棲み分けていることも指摘されています(布浦・木庭2014b)。微生物生態系を世界で初めて明らかにしました。栄養塩濃度や微生物・ウイルス数には、深海層と超深海に違いが観察されません(図3)。中深層から深海層にかけて、炭素固定能を有す化学合成系統群が優占するのに対し、超深海水塊には、従属栄養系統群が優占することが明らかになりました(図4)。有機物分解により生じるアンモニアをエネルギー源とするアンモニア酸化菌、アンモニア酸化で生じた亜硝酸をエネルギー源とする亜硝酸酸化菌とも、深海層と超深海層では、優占するグループに変化が生じることが示されました(図5)。上層の深海層とは異なる有機物の供給源が存在し、その有機物に強く依存した生態系が成立していることを示すものです。深海への有機物供給には、(1)当該海域海洋表層での日光に依存した光合成による一次生産(炭素固定)に由来する沈降有機物、(2)深海の潮流により他海域から運ばれた沈降有機物、そして、(3)堆積物から懸濁された有機物が考えられます。マリアナ海溝は他の海溝からは独立している為、(2)のような超深海独自の潮流による有機物供給はありません。(1)の海洋表層からの沈降有機物に単純に依存するならば、海溝の沈み込み深度である水深6000m付近を境界として、深海層と超深海・海溝とで異なる生命圏が存在していることの説明がつきません。従って研究グループは、他の状況証拠とも併せ(3)に示される海溝地形故に生じる地震等に起因する海溝斜面の崩壊と、それに伴う堆積物からの有機物放出が海溝内水塊中の微生物生態系を支えていると結論づけました(図6)。海溝地形を形作る地球活動に支えられた生態系であると考えています。観察された微生物群集構造の変化と類似の傾向を示していました。メカニズムに関する仮説を支持するものです。よる海底環境攪乱に伴う堆積物からの有機物放出の深海環境へ与える影響の程度、範囲等を考える上で、非常に重要な知見であると考えられます。堆積物から放出される有機物に支えられた生態系であることを、より直接的に証明する予定です。支える仕組み、そして微生物生態系が、海溝環境共通の現象であるのかどうか検証するため、マリアナ海溝だけでなく他の海溝環境においても調査・研究を展開していきます。生育に必要な炭素を得るために有機化合物を利用する生物を従属栄養生物といい、動物・菌類の全て、バクテリア・アーキアの多くもこれに属する。従属栄養生物は炭素を固定することができないので、他の生物が合成した有機化合物を得なければならない。これに対し植物は独立栄養生物である。植物や一部の細菌が光あるいは化学エネルギーを用いて、取り込んだ二酸化炭素から有機化合物を生産(固定)すること。前者を光合成、後者を化学合成という。有機物分解によって生じた還元的な物質(アンモニア、硫黄化合物等)をエネルギー源とする化学合成生物が重要な構成者として認識されている。赤丸が調査地点を示す。rRNA遺伝子タグ解析により示す。従属栄養系統群(Bacteroidetes、SAR406、Gammaproteobacteria)が優占する。)群集の組成変化この海域から検出されたアンモニア酸化菌(アンモニア酸化アーキア系統群及びBetaproteobacteriaに属すアンモニア酸化バクテリア)、亜硝酸酸化菌(Nitrospina及びNitrospira属)について、遺伝子レベルでの定量解析を行い、それぞれの系統群の各深度における分布量を割合で示した。Nitrospinaとなると考えられている。www.jamstec.go.jp^。