気候変動により熱が海洋水のより深い層に押し込まれるため、科学界は海洋生物の微妙なバランスが崩れることを懸念しています。しかし、新しい研究は、主要な深海微生物である海洋硝化細菌ニトロソプミルス・マリティムスが、この暖かく栄養に乏しい環境に静かに適応している可能性があることを示唆している。

地球温暖化と頻繁に起こる海洋熱波の複合的な影響により、温暖化はもはや海洋表面に限定されません。深さ1,000メートルの海水も温暖化しており、海洋の化学環境や生態系への撹乱に対する懸念が高まっている。しかし、イリノイ大学アーバナシャンペーン校などの研究チームは、鉄に依存し、アンモニアを酸化することで生きるニトロソプミルス・マリティムスなどの古細菌は、高温と金属供給量の低下という二重の圧力に適応するために生理学的戦略を調整しているようだと指摘した。研究者らは、温暖化が続く海洋では、海洋栄養塩の分布パターンを再構築する上で、それらがますます重要な役割を果たす可能性が高いと考えている。

関連する結果は最近、米国科学アカデミー紀要 (PNAS) に発表されました。 Nitrosopumilus maritimus とその関連微生物は、海洋微生物プランクトン全体の約 30% を占め、海洋の化学バランスを維持する上で重要な役割を果たしていると広く考えられています。これらの古細菌は、海水中のアンモニアを酸化することにより、窒素をさまざまな化学形態に変換することに関与し、それによって海洋食物網の基礎であり、海洋生物多様性にとって重要な微生物浮遊生物群集全体の成長に影響を与えます。

この研究の責任著者であり、イリノイ大学アーバナシャンペーン校の微生物学教授であるウェイ・チン氏は、これまでは水深1,000メートル以下の海水は地表温暖化の影響からほぼ「隔離」されていると一般に考えられていたが、現在では深海の温暖化がこれらの豊富な古細菌の鉄の利用方法を変えていることがますます明らかになっていると述べた。鉄は代謝プロセスに大きく依存する金属元素であり、この変化は深海の微量金属の利用可能性にさらに影響を与え、より広範な海洋生物地球化学プロセスに影響を与える可能性があります。

実際の海洋環境にできる限り近づけるために、研究チームは、金属汚染について厳密に制御された実験条件下で、ニトロソプミルス・マリティマスの純粋培養物に対して一連の温度および鉄濃度勾配実験を実施した。その結果、鉄の供給が限られている場合、気温の上昇によってこの種の微生物の生存能力は弱まらないだけでなく、むしろ微生物が鉄の需要を減らし、鉄の利用効率を向上させることが示されました。これは、海水が温まり、利用可能な鉄が減少するにつれて、ニトロソプミルス・マリティムスには一定の「自己調節」能力があり、より資源に制約のある深海環境においても代謝活動を維持、さらには最適化できることが示された。

実験に基づいて、チームはリバプール大学の海洋生物地球化学モデリングの専門家であるアレッサンドロ・タグリアビューと協力して、これらの生理学的データをシミュレーション用の地球規模の海洋生物地球化学モデルに組み込んだ。シミュレーション結果は、鉄が制限された広大な海域では、深海の古細菌群集が将来の温暖化シナリオ下でも「後退」しない可能性があるだけでなく、海洋窒素循環や一次生産支援における役割を維持、あるいは強化する能力さえも持つ可能性があることを示している。つまり、もともと脆弱だと思われていた深海域の多くにおいて、この小さな生き物たちが海の機能を維持する「適応力」となる可能性があるのです。

実験結果が実際の海洋システムにも当てはまるかどうかをテストするために、Qin Wei氏と南カリフォルニア大学地球変動生物学教授のDavid Hutchins氏はこの夏、海洋科学遠征を共同指揮する予定である。彼らは調査船シクリアクに乗船し、シアトルを出発し、アラスカ湾を通過し、亜熱帯循環地域に向けて航行し、ハワイのホノルルに立ち寄ります。複数の機関からの20人の科学者が船上で現地観察とサンプリングを実施し、温度と金属の制限のさまざまな組み合わせの下で自然環境の古細菌群集がどのように反応し、適応するかを評価することに重点を置く。

研究チームは、この研究が単一種の適応性の調査であるだけでなく、海洋窒素循環全体、微量金属循環、そして気候変動の文脈における深海の生態系の「回復力」にも関連していることを強調した。 Nitrosopumilus maritimus のような重要な微生物が実際に鉄の利用効率を高め、より温暖な深海環境でも活動を維持できるのであれば、温暖化によって引き起こされる化学的不均衡の一部をある程度緩和し、海洋生態系が調整するための貴重な時間を稼ぐことができるかもしれない。しかし科学者たちは、これは気候変動によってもたらされるリスクを無視できるという意味ではないことも思い出させます。温室効果ガスの排出を人間が制御することは、依然として海洋と地球生態系の健全性を保護するための基本的な手段です。

報道によると、この研究には国立科学財団、サイモンズ財団、中国国立自然科学財団、イリノイ大学アーバナシャンペーン校、オクラホマ大学が共同で資金提供した。研究リーダーの1人であるチン・ウェイ氏は、カール・ウース・ゲノム生物学研究所にも所属している。関連チームは、海洋温暖化における深海古細菌の役割の進化経路をさらに解明するため、今後さらに多くの海域と異なる季節で長期観測を実施する予定であると述べた。