深海堆積物における垂直層状炭素固定とカップリングプロセス

科学分野:

• 海洋微生物学
• 生物地球化学
• 深海生態学

背景:

• 深海堆積物は地球の炭素循環にとって重要であるが、十分に理解されていない。
• 深海環境における微生物の炭素固定、その経路、およびドライバーは、依然として大部分が未解明である。

研究 の 目的:

• 南シナ海の堆積物における微生物の炭素固定とエネルギー代謝を調査する。
• 炭素固定経路の垂直分布とその環境的ドライバーを決定する。
• 堆積物の深さにわたる炭素固定に関与する微生物群集を特徴づける。

主な方法:

• 堆積物コア（0-690 cm）における微生物の炭素固定と関連するエネルギー代謝を分析した。
• 無機炭素とアンモニウムなどの環境要因の影響を評価した。
• メタゲノム解析を用いて、炭素固定経路、機能遺伝子、および微生物分類群を同定した。

主要な成果:

• 無機炭素とアンモニウム濃度が炭素固定と酸化還元プロセスの主要な駆動因子であった。
• 炭素固定遺伝子の多様性は深さと共に増加したが、ネットワークの複雑性は減少した。
• 経路の垂直的な連続性が観察された：表層堆積物ではカルビン・ベンソン・バッサム（CBB）と還元型グリシン（rGLY）、より深い層ではウッド・リューンダール（WL）。
• ガンマプロテオバクテリアとMethylomirabiliaが表層堆積物を占め、深部ではDesulfobacterota、Chloroflexota、Aerophobotaが優勢であった。
• 同定された炭素固定微生物のほとんどは混合栄養的なライフスタイルを示した。

結論:

• 深海亜表層の微生物群集は、かなりの炭素固定ポテンシャルを持っている。
• 本研究の結果は、深層生物圏における炭素フラックスと微生物の代謝戦略の理解を深める。
• 微生物群集と代謝経路の垂直層状化は、深海堆積物の重要な特徴である。