地球の微生物、エンケラドスの海を模した実験で増殖

土星の氷の衛星エンケラドス。その海の化学環境を再現するために実験室で作った混合液の中で、地球の微生物が増殖した。同程度に強いアルカリ性にした実験用培地では、この生物は増殖しなかった。9月25日にScience Advancesで発表されたこの対照的な結果は、この生物には過酷すぎると従来考えられていた条件でも、成分の組み合わせによっては既知の代謝を支えられることを示す。

エンケラドスの氷殻の下には、岩石質の核と接する塩水の海がある。水と岩石の反応は水素を放出し、メタンを作る微生物のエネルギー源になり得る。探査機カッシーニが衛星から噴き出した物質から塩類、有機化合物、熱水活動の兆候を検出しているため、研究者はそれらの手掛かりを基に海の化学環境を実験室で再現できる。

実験を行ったのは、著者にヴァネッサ・ヘルムブレヒト氏を含むミュンヘン大学の研究者たちだ。水、塩類、炭酸塩、粉末状の岩石を組み合わせ、アルカリ性の条件と、水と岩石の間で水素を生む反応を再現した。そこに導入したMethanothermococcus okinawensisは、細胞核を持たない微生物である古細菌の一種で、日本と台湾の間にある沖縄トラフの熱水噴出孔付近で最初に分離された。その代謝は水素と二酸化炭素を利用してメタンを作り、光に頼らず、この過程からエネルギーを得る。

利用できる二酸化炭素の少なさは障害となる。この生物は、エネルギーを得る代謝にも、細胞を構成する物質を作るための炭素源としても、この化合物を必要とするからだ。ベルリン自由大学が公表した実験の説明によると、高いpHで溶存二酸化炭素が乏しい実験用培地では増殖しなかった。一方、エンケラドスを模した混合液では、強いアルカリ性に当たるpH 11まで増殖し、水と岩石の反応で生じた水素を使ってメタンを生成した。増殖が見られたのは数日間にわたる実験であり、単に細胞が生き残っただけの結果ではない。

遺伝子発現の分析からは、溶存二酸化炭素の不足への応答が明らかになった。混合液には無機炭素が高濃度で溶けていたが、二酸化炭素という形で利用できる量は少なかった。増殖中の細胞では、炭素固定経路の発現が増加していた。これは、この化合物の炭素を有機物に取り込む一連の反応を指す。この応答によって、極めて低い濃度でも二酸化炭素を利用できた。したがって研究は、観察された増殖を、この化合物の効率的な利用と、鉱物と水の反応から供給されるエネルギーに結び付けている。実証の範囲は再現された条件と数日間の実験に限られ、地質学的な時間の長さにわたって生物の増殖や代謝が維持されるかは試していない。