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イノセラムス / 化学合成生物群集 / バイオマーカー / 個別炭素同位体 / 炭酸塩ノジュール / 化学合成 / 硫黄同位体組成 / 炭酸塩炭素同位体組成 / メタン酸化古細菌 / 硫酸還元菌 / 脂肪酸組成 / 化学合成群集 / バイオマーカー分析 / 炭酸塩炭素同位体 / アラゴナイト殻

保存が良好な天塩中川産イノセラムス化石のバイオマーカー組成は、炭化水素画分において、n-アルカンの分布が特徴的である。n-C16とn-C17に頂点を持ち、n-C13からn-C21までのユニモーダルな分布である。CPI(C13-21）は0.79であった。n-アルカンの個別炭素同位体組成は、-30パーミルを下回らない。PMIやクロセタンは検出されなかった。脂肪酸は卓越するC16脂肪酸と-30パーミルを下回らない炭素同位体組成で特徴付けられる。芳香族画分ではペリレンが卓越した。化学合成群集との共生を直接的に示すバイオマーカーは検出されていないが、化学合成群集の可能性が示された。

バイオマーカー / 化学合成生物群集 / メタン生成古細菌 / 硫酸還元菌 / メタン湧出 / 冷湧水 / 炭酸塩岩 / バクテリアマット / 竜洋海底谷 / 黒島海丘 / エーテル結合性バイフィタン / クロセタン / ドルフィン3K / しんかい2000 / メタン細菌 / 個別炭素同位体組成 / メタン酸化菌 / エーテル結合性炭化水素

本研究では、培養菌および現世の海洋底のメタン湧出地点に生息するメタン生成菌、試料について分析を行い、バイオマーカーによる特徴付けを行った。これはメタン生成菌種をその脂質分析によって決定しようという試みである。その結果、メタン生成菌の化学組成分類であるANME-1の炭化水素画分からはクロセタンと飽和および不飽和PME,エーテル結合性脂質からはフィタンのみでビフィタンは検出されなかった。これに対して、ANME-2については,炭化水素画分から飽和および不飽和PMEのみでクロセタンを含まず,エーテル結合性脂質からはフィタンと3種のビフィタンが検出された。さらにANME-2については、C13およびC18のイソプレノイドケトンを特徴的に含むことが示された。この結果を用いて、北海道白亜系の5つの石灰岩、横浜市栄区の石灰岩(更新世)および稚内沖の炭酸塩クラスト(現世)についてバイオマーカー分析を行った。その結果、白亜系ではANME-1が卓越するが、特に下部白亜系においてはANME-1のみならずANME-2の共存が認められた。これに対して、横浜市栄区の更新世石灰岩では、ANME-2のみの活動が検出された。また、稚内沖の炭酸塩クラストでは、ANME-1が支配的であった。
さらにメタン湧出地点に観察される炭酸塩沈殿について、以下のような考察を行った。硫酸還元細菌とメタン生成古細菌の活動による嫌気的メタン酸化の結果であり、直接的には炭酸塩イオンで沈殿が促進されると共に、間隙水中では炭酸塩沈殿の妨害イオンである硫酸イオン濃度の低下とアルカリ度の上昇が生じるため、炭酸塩沈殿が生じている。
北海道白亜系の化学合成生物群集と共生するメタン細菌は、下部白亜系ではAMNE-1に近い種であり、上部白亜系さらに現世ではAMNE-2が卓越する。このように本研究の目的であった共生関係の進化を確認することが出来た。

化学合成生物群集 / シロウリ貝 / バクテリア / バイオマーカー / イノセラムス / 分子化石

本研究の第一歩として、現世の海洋底から得られた化学合成生物群集(御前崎沖竜洋海底谷よりシンカイにて採集)を有機地球化学的に分析した結果、3,7-dimethylalkaneとakylcycropenetaneが多量に検出され、これらはシロウリ貝類と共生するバクテリアを特徴付けるバイオマーカーである可能性が示された。ただし、GC/IR/MS分析による同位体測定から炭素同位対比は、それぞれ-24‰前後でバクテリアの生成物をしては重すぎる値が示された。また、長鎖のisoprenoidが多種含まれるが、深度と伴に急激に減少し、海面下10cm程度でほとんどがsqualeneに変化する。これによってisoprenoidは分子化石としては全てsqualeneの形で保存されている。n-alkaneはほとんど認められず、hopanoidはdiplopteneが卓越する。
さらに、古生物学的に非常によく研究されている横浜市港南台のシロウリ貝群集について同様の分析を行った。ここでは、炭酸塩によってセメントされた化石試料からの分子化石の抽出法を新たに開発した。その結果、現世の試料と同様に3,7-dimethylalkaneが検出された。これによって3,7-dimethylalkaneは、化学合成生物群集を特徴付ける化学化石であることが示された。これによって、化石群集の保存状態が悪く、伝統的な古生物学手法が用いることが出来ない場合でも、分子化石を用いて化学合成生物群集の認定を容易に行うことができるようになった。
北海道手塩中川町オソウシナイ沢産出白亜系二枚貝化石Inoceramus Orientalについて同様の分析を行った結果、同様の化合物が検出された。Inoceramusは、大型の個体が密集して産出し、その生態にはなぞの部分が多い。かりにInoceramusが化学合成生物細菌と共生していたと考えるとうまく説明ができるが、詳細な議論には今後さらなる分析が必要である。

【研究連携者】
重田康成	国立科学博物館	地学研究部	研究主幹	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
遠藤一佳	筑波大学	生命環境科学研究科	助教授	(Kakenデータベース)