メタンは強力な温室効果ガスであり、現在の地球の気温上昇の約 3 分の 1 の原因となっています。海底や多くの水域から放出されるこのガスは、特定のバクテリアがそれを阻止できなかった場合、おそらく気候にさらに有害となるでしょう。これらの微生物はメタンを吸収し、代謝でエネルギーを生成するために使用します。生物学者らは、この小さな益虫が酸素のない水の中でもどのようにしてこれを行うことができるのかを発見した。
メタンは、大気中で二酸化炭素に次いで最も有害な温室効果ガスです。地球の気温上昇の約 3 分の 1 が原因となっています。私たち人間は、たとえば畜産や埋め立て地を通じてそれを放出しますが、海や湖などの大きな自然発生源もあります。幸いなことに、これらには独自のメタンフィルターが装備されています。バクテリアは、その成長とエネルギー生成にメタンを必要とするため、ガスの一部が大気中に入るのを防ぎます。
スイスでの細菌漁
天然のメタン吸収源としての重要な機能にもかかわらず、このようなメタノトローフ細菌の正確なライフスタイルについてはまだ多くの未解決の疑問が残っています。これらの微生物の代謝プロセスについてさらに詳しく知るために、ブレーメンのマックス・プランク海洋微生物研究所のシーナ・ショーン率いる研究者らは今回、スイスのツーク湖で好気性メタン酸化細菌（MOB）を調べた。湖の深さはほぼ 200 メートルですが、永久に層状になっているため、深さ約 120 メートルからは水が無酸素になります。メタン酸化細菌は代謝を酸素に依存しているため、本来ならここには存在しないはずですが、それでもメタン酸化細菌はここに生息しています。彼らはこれをどうやって管理しているのでしょうか？
これらの細菌の秘密を明らかにするために、ショーン氏と同僚は海水サンプルを採取し、事前に重炭素原子で標識したメタン分子をサンプルに加えました。特殊な機器を使用することで、分子生物学を利用して、水サンプル中のさまざまな細菌がメタンをどのように代謝するか、また代謝するかどうかを追跡できるようになりました。これは、細長い細胞の形状によって認識できる特定のグループの MOB だけが、酸素のない水中で永続的に活動していることを示しました。 「驚いたことに、これらの細胞は有酸素条件下でも無酸素条件下でも、つまり酸素がある場合でも酸素がない場合でも同様に活性でした」とショーン氏は説明する。 「したがって、無酸素水中でメタン酸化の速度が低いことを測定すると、これはおそらく、そこにある特殊な棒状細胞が少ないためであり、細菌の活動が低いためではないでしょう。」
酸素欠乏症に対する代謝のトリック
研究者らは、微生物の遺伝子から、このグループの好気性メタン酸化細菌が酸素が不足している場合でもどのように繁栄するかを知ることができた。たとえば、彼らは脱窒に関するいくつかの遺伝子を発見しました。これにより、細菌はおそらく酸素の代わりに硝酸塩を使用してエネルギーを生成できるようになります。ショーン氏らはまた、特別なメタンベースの発酵のための遺伝子も発見した。この発酵は、酸素が欠乏するとメタンを酢酸塩や乳酸塩などの脂肪酸に変換し、水素に変換して細菌の生存を確保する。この形式の発酵中に、微生物は湖内の他の細菌によって利用され、細胞に取り込まれる可能性のある物質も放出する可能性があります。
「これは、もともと気候に悪影響を与えるメタンに由来する炭素が、湖中に長期間保持され、大気中に到達しないことを意味します。これは、これまで考慮されていなかった、無酸素生息地におけるメタン炭素の吸収源であり、将来的には計算に含める必要があるでしょう」とマックス・プランク海洋微生物研究所の主任著者ヤナ・ミルッカ氏は述べています。
出典: マックス・プランク海洋微生物研究所;技術記事: Nature Communications、 doi: 10.1038/s41467-024-49602-5
