共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
水界生態系におけるメタン酸化細菌を経由する炭素フローの解明 |
| 新規・継続の別 | 新規 |
| 研究代表者／所属 | 山梨大学大学院医学工学総合研究部 |
| 研究代表者／職名 | 准教授 |
| 研究代表者／氏名 | 岩田智也 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
小島久弥 | 北大低温研 | |
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2 |
福井学 | 北大低温研 | |
| 研究目的 | 湖沼内におけるメタンの消費は、水面からのメタン放出を抑えるだけでなく、メタン酸化細菌を経由した食物網を駆動することで生物群集の維持に貢献している可能性がある。しかし、メタン酸化を担う細菌群やその機能的役割についてはよくわかっていない。そこで本研究は、分子生態学的手法を用いてメタンを消費する浮遊性メタン酸化細菌を特定するとともに、それらが微生物叢全体に占める割合を推定する。次に、安定同位体分析を用いてメタン酸化速度を推定し、メタン食物連鎖への炭素流入ポテンシャルを推定する。これらの分析結果をもとに、水界生態系におけるメタン酸化細菌を経由する炭素フローの実態を解明することを目的とする。 |
| 研究内容・成果 | 本研究は、山梨県北杜市みずがき湖において2006年3〜12月に採取した試料をもとに行った。分子生態学的解析として、10〜12月の採取試料を用いてタイプ1のメタン酸化細菌を対象とした16S rDNAのPCR-DGGE分析を行った。その結果、水柱の全層に渡ってメタン酸化細菌は分布していたが、表水層（0-20m）、躍層（25m）および深水層（30m以深）で群集構造が異なっていた。また、バンドパターンの季節変化もみられ、メタン酸化細菌の群集構造は、水柱内において時間的・空間的にダイナミックに変化していることを明らかにした。 次に、活発なメタン酸化活性が予想された水深20mの試料に対して、全バクテリアを標的とした16S rDNAのクローニング解析を行った。その結果、Methylobacter属に近縁なクローンが高い頻度（80クローン中16クローン）で得られた。このことは、全バクテリア中に占めるメタン酸化細菌の割合が高いことを示している。躍層付近では、メタン酸化が微生物群集の主要なエネルギー獲得経路である可能性を示唆していた。また、これらは低温環境に多いグループであることも特徴であった。 そこで、炭素安定同位体分析を用いてメタン酸化速度の推定を行った。深水層では、溶存メタン濃度の低下とともにその炭素安定同位体比は上昇する（図1）。まず、この溶存メタンの観測データに対して、水柱でのメタン酸化を考慮したレイリーモデルでフィッティングを行った。その結果、溶存メタンの観測値がよく説明できたことから（図2）、湖深水層のメタン動態は実質的にレイリー過程にほぼ従っていると考えることができた。そこで、モデルで推定したパラメータと水の拡散速度を用いて、水温躍層以深のメタン酸化速度を推定した（図3）。その結果、躍層直下の水深25-30m付近でメタン酸化が最も活発であることが明らかとなった。また、メタン酸化活性は深度方向や季節でも変化がみられ、群集構造と同様にダイナミックに変化することが明らかとなった。 これまで、淡水湖沼の浮遊性メタン酸化細菌についての研究例はごく限られており、堆積物に由来するメタンを水柱内部で同化する役割を担う微生物は不明であった。本研究により、メタン酸化細菌群集は湖沼内で動的に変化しており、メタン酸化活性もそれに合わせて変化している可能性が示された。メタン酸化を経由して食物連鎖へ流入する炭素のポテンシャルは1-850µmol/m3/dと推定され、これは表水層の植物プランクトンによる総生産速度（0-40mmol/m3/d）と比較してきわめて小さい。しかし炭素フローとしては小さいものの、大気へのメタン放出をほぼ抑えていることから、湖沼水柱でのメタン酸化はきわめて重要なガス代謝であると考えられた。 |
| 成果となる論文・学会発表等 | H. Kojima， T. Iwata， M. Fukui. DNA-based analysis of planktonic methanotrophs in a stratified lake. Freshwater Biology. 54. In press. 2009 |