イエローストーン国立公園の鮮やかな色の温泉に住む微生物は、主に燃料として水素を使用します。コロラド大学ボルダー校の研究者は、他の惑星の極端な環境での生命の前兆であり、人体内の細菌の理解を深めることができると述べています。
分子進化と微生物学の世界有数の専門家の1人であるNorman Pace教授が率いるCU-Boulder生物学者のチームは、今週の報告書「Proceedings of the National科学アカデミー。
チームの調査結果は、公園での数年間の研究に基づいており、硫黄が熱的特徴に生息する小さな生物の主なエネルギー源であるという一般的な考えに反論しています。
「水素が温泉の微生物の主なエネルギー源であるとわかったのは驚きでした」とペース氏は語った。 「このプロジェクトは、微生物学のコンテキストでも興味深いものです。なぜなら、生態系全体に関する情報を取得するために微生物を研究することができた数少ない事例の1つだからです。それはかつて可能ではありませんでした。」
この研究は、華氏158度を超える公園の機能で微生物群集を動かす代謝エネルギーの主な供給源を特定するために特別に設計されました。その温度を超えると光合成が起こることは知られていない。
3つの異なる手がかりの組み合わせにより、研究者たちは水素が主なエネルギー源であると結論づけました。温泉地域に住む微生物の遺伝分析により、すべてが水素をエネルギー源として好むことが明らかになりました。彼らはまた、微生物の生体エネルギーに十分な濃度ですべての温泉に遍在するH2を観察しました。フィールドデータに基づく熱力学モデルは、水素代謝がこれらの環境で最も可能性の高い燃料源であることを確認しました。
「この作品は、いくつかの興味深い関連質問を提示します」とレポートの主執筆者であるジョン・スピアは述べました。 「水素は宇宙で最も豊富な要素です。他に生命がある場合、それは水素がその燃料である可能性があります」とスピアは言いました。 「火星で水の証拠を目にしてきました。地球では、水素は光合成と発酵によって生物発生的に、または鉄を含む岩と反応する水によって非生物発生的に生成できることを知っています。非生物起源のプロセスが火星で水素を生成し、いくつかの微生物の生命体がそれを使用している可能性がある」と彼は言った。
Spear氏によると、水素を燃料として使用して、人体を含む極端な環境に生息する細菌の例は数多くあります。 「最近の研究では、潰瘍の原因となるヘリコバクターピロリ菌が胃内の水素で生存していることが示されています」とSpear氏は述べています。 「サルモネラは腸で水素を代謝します。極端な環境で水素を代謝している微生物には何種類あるのだろうと不思議に思います。」
CU-Boulderチームは、ラボで栽培された培養を利用する従来の微生物学の手法に頼るのではなく、Paceによって開発された方法論を使用して、微生物群集のフィールドでの組成を遺伝的に分析しました。 「私たちは培養皿で育つものを見ることはせず、フィールドから直接サンプルのRNAを見ました」と、スピアは言いました。
「イエローストーン温泉にどの微生物が生息しているのか、これまで知りませんでした。
新しい機器のスイートを使用してデータを収集しましたが、その一部はこれまでに収集されたことがありませんでした。 「この技術は約7年前まで存在していなかったため、これまで温泉の水素濃度を測定した人はいませんでした。水中の非常に低濃度の水素を検出できるようになりました」とSpear氏は説明しました。
「温泉にはたくさんの水素が見つかりました-バクテリアへの無限の供給」と彼は言った。水中のH2量の測定は、公園のさまざまな部分にあるイエローストーンの温泉、小川、地熱ベントで、さまざまな季節に記録されました。すべての環境には、エネルギー代謝に適した濃度がありました。
チームはコンピューター生成熱力学モデルを使用して、水素が本当に主要なエネルギー源であるかどうかを調べました。 「イエローストーンでは空気中の硫化物の臭いがする可能性があり、硫黄は温泉での生活のエネルギー源であるという考えが受け入れられました」と、スピアは言いました。そうではありません。水素、硫化物、溶存酸素濃度などの要因の現場測定に基づいて構築されたチームのコンピューターモデルによると、
スピア氏は、微生物の生態系を探索するのは難しいと語った。 「たとえば、すべてのインターレースシステムで、フォレストで何が起こっているかを説明するのに十分な時間を費やしています。微生物システムすら見えません。」
サンプル抽出は危険でデリケートな操作でした。温泉の微生物群集全体を正確に分析するために、槍は鉛筆消しゴムと同じくらいの量の材料だけを集める必要がありました。堆積物サンプルを特別なサンプルバイアルに入れ、微生物群集を維持するために液体窒素キャニスターですぐに凍結しました。
堆積物がなかった泉では、スピアはスライドグラスを水中に垂らして微生物を蓄積させることにより、浮遊性生物のサンプルを収集しました。 「細菌は私たちと同じです。彼らは一緒にいるのが好きで、表面に付着するのが好きで、彼らの食べ物（この場合は溶存水素）を彼らに持ってきてもらいたいのです。」
槍は、温泉の色はミネラルとプールに住む微生物との相互作用の結果であると説明しました。通常、熱湯はミネラルの色を示し、冷水は光合成色素のホストとなります。
「私がこの分析で見たものに基づいて、水素はおそらく多くの環境で多くの生命を駆動すると思います」とスピアは言いました。 「それは推測の一部ですが、水素を代謝している細菌の数と種類を考えると、それはおそらく非常に古い形の代謝です。
地球上の生命の歴史について教えてくれるので、それは重要です」と彼は言った。 「そして、それが地球上でこのように機能する場合、他の場所で発生する可能性があります。星を見上げると、宇宙にはたくさんの水素があります。」
元のソース：UCBニュースリリース
