バングラデシュやベトナムなどの多くの東南アジア諸国では、地下水がヒ素でひどく汚染されています。それは、堆積物中の鉱物から有毒元素を浸出させる微生物によって放出されます。研究者たちは現在、これらの微生物を詳しく調べています。彼らは、細菌と古細菌が有機物質を代謝するだけでなく、影響を受けた多くの水域で高濃度で発生するメタンガスも代謝することを発見した。
犯罪小説では、ヒ素はよく使われる毒物です。しかし、多くの人が毎日高濃度の危険元素にさらされています。ヒ素中毒はゆっくりと進行し、皮膚の病理学的変化や癌さえも引き起こします。特に東南アジアでは、人々が飲料水や田畑の灌漑に使用する地下水がヒ素で大量に汚染されています。その結果、お米も汚染されることが多くなります。もともとヒマラヤ山脈から産出されるヒ素を含む鉄鉱物から放出されます。これには微生物が重要な役割を果たしていることが古くから知られていました。しかし、関与する代謝プロセスが正確にどのように起こるかは不明でした。
ベトナムの堆積物サンプル
テュービンゲン大学のマルティナ・グロドフスカ率いるチームは現在、細菌の代謝の出発物質と産物をより詳細に調べている。研究チームは以前、ヒ素を放出する微生物は当初考えられていたように水面の有機物を餌にせず、堆積物のより深いところに餌を見つけることを実証していた。 「以前の研究に基づいて、私たちはそれらが堆積物上の有機堆積物を通じて代謝と成長を維持していると仮定しました」とグロドフスカ氏は言います。
今回の研究では、研究者らはハノイ市近郊のベトナムの村から採取した堆積物サンプルを使用した。 「そこで私たちは微生物によって生成された高濃度のメタンを観察しました。場所によってはメタン濃度が非常に高く、ガスが水から泡となって表面に出ているところもある」とグロドフスカ氏の同僚アンドレアス・カプラー氏は報告する。メタンは天然ガスの主成分であり、エネルギーを生成するために産業や家庭でよく使用されます。 「これにより、ヒ素を放出する微生物もヒ素を利用できるという考えが得られました」とグロドフスカ氏は報告する。
食糧源としてのメタン
研究室では、ベトナムからの微生物を含む堆積物のサンプルにメタンを添加しました。 125日後と220日後に、彼らは放出された鉄とヒ素の濃度を測定し、また遺伝子分析を使用して、どの微生物がどのような割合で存在するかを決定した。実際、実験の過程で、放出された鉄とヒ素の濃度は増加しました。また、メタンを代謝することが知られている微生物が特に増加した。
125 日後、Meticogaea oryzae 種とその近縁種の細菌が優勢になりました。これまで、これらの細菌はメタンを酸化するために酸素を必要とすると考えられていた。しかし、今回の実験では、それらの代謝プロセスは嫌気性条件下で行われた。研究者らは、細菌が酸素の代わりにメタンから鉄に電子を伝達し、この方法で鉄とヒ素の化合物を溶解できると結論付けている。 220日後、研究者らはメタンを代謝し、堆積物から鉄とヒ素を放出する多くの古細菌も発見した。
世界中の水域に関連する
「このようにして、ヒ素が蓄積するメカニズムを発見しました」とカプラー氏は言う。 「水面下では微生物がメタンを生成し、メタンイーターと呼ばれる他の微生物に鉄鉱物を溶解するエネルギーを提供し、それによってヒ素を分離します。世界中の多くの水系には大量のメタンと、ヒ素を生成する微生物が含まれています。」メタンの消費も広範囲に及んでいる。 「したがって、メタンを食べる細菌によるヒ素の動員は、多くの地域のヒ素汚染の重要なメカニズムである可能性があります」とカプラー氏は言う。グロドフスカ氏はまた、メタンが食糧源であることが特定され、重要な一歩が踏み出されたと信じている。次に、自然条件下でのヒ素の蓄積経路がどの程度であるかを判断する必要があります。
出典: Martyna Glodowska (テュービンゲン大学) 他、Nature Communications Earth & Environmental、 doi: 10.1038/s43247-020-00037-y
