光合成細菌の誕生が初期地球化学合成生態系に与えた影響の実験的検証

光合细菌诞生对早期地球化学合成生态系统影响的实验验证

基本信息

批准号：
22KJ3200
负责人：
河合繁
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3200/
关键词：
光合成温泉群集構造解析初期地球

项目摘要

本研究は、古地球の生物群集において光合成の誕生がどのようなインパクトをもたらしたかについて、現存する原始的な微生物群集を用いてその効果を探るものである。高温だった初期地球表面と類似した温度環境を備える温泉では、原始的な代謝を持つ細菌生態系が発見されている。温泉環境では、高温の温泉水が地表面を流れながら冷却されることで温度勾配が形成され、そこに多様な好熱性細菌生態系が発達する。好熱性細菌群集は、還元的無機物を電子供与体として利用し、炭酸固定により独立栄養的に生育する光合成細菌や化学合成細菌と、それらが作る有機物を利用する共存細菌から構成される。温泉光合成水が75°C付近では乳白色の化学合成細菌群集が、65°C付近では緑色の光合成細菌群集（Chloroflexus属細菌が優占）がそれぞれ発達している。2種の細菌群集の中間(70°C付近)には、「光合成細菌と化学合成細菌が混ざった細菌群集」が発達する。そのような群集では、化学合成細菌と光合成細菌間での電子供与体の獲得競争や、生産される有機物種の変化に伴う共存細菌のニッチ変化が起きていると想定される。本研究では主に85-77°Cおよび68-63°Cに発達する化学合成及び光合成微生物群集を対象に16s rRNA遺伝子を利用した群集構造解析を行い、Chloroflexus属細菌の存在量と相関関係にある微生物を特定した。その結果、硫黄不均化反応を行う微生物や硫酸還元反応を行う微生物など、硫黄代謝に関わる微生物量が正の相関を示した。Chloroflexus属細菌は嫌気的な環境中で硫化水素を酸化する酸素非発生型光合成を行うことが知られており、上記の硫黄代謝微生物はChloroflexus属細菌との硫黄共代謝に関連すると考えられた。

这项研究探讨了使用现有原始微生物群落的光合作用对古地生物群落诞生的影响。在温泉环境类似于地球早期表面的温泉中，已经发现了原始的代谢细菌生态系统。在温泉环境中，高温温泉水会在流过地球表面时冷却，从而产生温度梯度，并在那里形成多种热嗜热细菌生态系统。嗜热细菌群落由光合作用和化学合成的细菌组成，这些细菌使用还原性无机物质作为电子供体，并通过碳酸固定型自养生，并共存细菌，利用它们产生的有机物质。在约75°C左右，乳白化学合成的细菌群落已经发展出来，在65°C左右，绿色光合细菌群落（主要是氯弗氏细菌）分别发展出来。在两个细菌群落（约70°C）的中间，“结合了光合细菌和化学合成细菌的细菌群落”。在这样的社区中，假定对电子供体的化学合成细菌与光合细菌之间的竞争与共存细菌的利基变化以及伴随着产生的有机物种变化的竞争。在这项研究中，我们使用16S rRNA基因进行了社区结构分析，用于化学合成和光合微生物群落，这些群落主要在85-77°C和68-63°C下发展，并鉴定出与氯弗母牛肉细菌的丰富性相关的微生物。结果，涉及硫代谢的微生物，例如进行硫酸异化反应的微生物和进行硫酸盐还原反应的微生物，显示出阳性的相关性。众所周知，氯弗未素细菌会在厌氧环境中进行氧化硫化氢的非氧气型光合作用，并且上述硫硫代谢微生物被认为与硫酸硫酸含量与氯仿细菌有关。