研究者らは、深海における炭素固定において異栄養微生物がこれまで考えられていたよりも大きな役割を果たしていることを発見し、長年の仮定に挑戦した。UC Santa Barbaraのアリソン・サントロ氏が主導したこの研究は、アンモニア酸化古細菌がこのプロセスに予想よりも少なく寄与していることを明らかにした。Nature Geoscienceに掲載された結果は、暗黒の海洋水域における炭素と窒素サイクルの不一致を説明するのに役立つ。
海洋は地球の主要な炭素シンクとして機能し、人間由来の二酸化炭素排出量の約3分の1を吸収して地球温暖化を緩和している。科学者らは長年、光合成が起こり得ない太陽光の届かない深部で無機炭素がどのように固定されるのかに頭を悩ませてきた。伝統的に、専門家らはアンモニアを酸化してエネルギーを得る自己栄養古細菌が、この非光合成炭素固定を支配していると信じてきた。
しかし、深海水の炭素固定速度の測定値は、利用可能な窒素エネルギーが支えられる量を超え、微生物のエネルギー収支に不整合を生じさせた。この10年にわたる謎が、アリソン・サントロ氏とそのチーム、主著者のバーバラ・バイヤー氏を含むメンバーをさらに調査に駆り立てた。彼らは深海で実験を行い、アンモニア酸化菌を特異的に阻害し、他の微生物プロセスに影響を与えない阻害剤phenylacetyleneを使用した。
驚くべきことに、これらの古細菌を阻害した後も炭素固定速度は予想通り低下しなかった。「船で炭素固定を測定に出かけた人々が計測する値と、微生物のエネルギー源として理解されていたものとの間に不一致があった」とサントロ氏は説明した。結果は、他の微生物、特に腐敗した生物由来の有機物を消費する異栄養微生物が、無機炭素吸収の重要な部分を担っていることを示している。
「これが意味するのは、異栄養微生物が通常消費する有機炭素に加えて、大量の無機炭素を取り込んでいるということだ」とサントロ氏は語った。これにより、深海食物網の基盤に対する理解が変わり、これらの微生物が二酸化炭素を細胞に取り込み、より広範な生態系を維持するための有機化合物を潜在的に漏出させている。
この研究は、窒素の利用可能性と溶存無機炭素固定の推定値との間のギャップを埋めた。「今や数字が一致する。これは素晴らしい」とサントロ氏は述べた。将来的な研究では、鉄や銅などの他の元素サイクルとの相互作用や、固定炭素が食物網にどのように入り込むかを探る。協力者にはウィーン大学とウッズホール海洋研究所の研究者が含まれる。
