有人潜水調査船「しんかい6500」
©JAMSTEC/NHK

「化学合成生態系(かがくごうせいせいたいけい)」とは,太陽光(光合成(こうごうせい))に依存(いぞん)せず,地球の内部から湧(わ)き上(あ)がる熱水(ねっすい)などに含(ふく)まれる成分(せいぶん)(硫化水素(りゅうかすいそ)やメタン)をエネルギー源(げん)にする化学合成細菌(ごうせいさいきん)による有機物(ゆうきぶつ)の合成(ごうせい)によって成(な)り立(た)っている生態系(せいたいけい)である。ユノハナガニなどのカニ類(るい)やイソギンチャク類(るい),二枚貝類(にまいがいるい),チューブワームなどが構成(こうせい)する豊(ゆた)かな生態系(せいたいけい)は深海のオアシスといえるだろう。

もっと詳しく※東京書籍 高等学校理科用教科書「生物」より引用

熱水噴出孔と古細菌

南西諸島海域・沖縄県西表島の北方約30kmにある鳩間海丘(水深約1,480m)の高さ約40mに及ぶビッグチムニーの頂上部©JAMSTEC/NHK

地球における生命の起源(きげん)については,まだ未解明(みかいめい)なことが多い。そのなかで,海底(かいてい)の熱水(ねっすい)噴出孔(ふんしゅつこう)の周囲(しゅうい)を初期(しょき)生命の誕生(たんじょう)や進化の場と考えて注目している研究者もいる。熱水(ねっすい)噴出孔(ふんしゅつこう)では,高温の熱水(ねっすい)や硫化(りゅうか)水素(すいそ),メタンなどが噴出(ふんしゅつ)している。

熱水噴出孔 ©JAMSTEC

このような場所には,硫化(りゅうか)水素(すいそ)やメタンを用いて有機物(ゆうきぶつ)を合成(ごうせい)する微生物(びせいぶつ)を中心とした生態系(せいたいけい)が形成(けいせい)されているこのような熱水(ねっすい)噴出孔(ふんしゅつこう)の周(まわ)りからは多様な古細菌(こさいきん)が見つかっていて,なかには100℃を超(こ)える高温で増殖(ぞうしょく)可能(かのう)な古細菌(こさいきん)が単離(たんり)され培養(ばいよう)されている。これらの古細菌(こさいきん)の分類学(ぶんるいがく)的(てき)検討(けんとう)は急速に進んでおり,熱水(ねっすい)噴出孔(ふんしゅつこう)に特異(とくい)的(てき)に存在(そんざい)する古細菌(こさいきん)の系統(けいとう)も明らかになりつつある。生育環境(かんきょう)が水深1000mを超(こ)える深海底(しんかいてい)であり,観察(かんさつ)や採集(さいしゅう)が極(きわ)めて困難(こんなん)な場所ではあるが,生命の起源(きげん)の研究や生物遺伝子(いでんし)資源(しげん)の探索(たんさく)などの観点(かんてん)から精力(せいりょく)的(てき)な研究が行われている。

化学合成

細菌(さいきん)のなかには,光に依存(いぞん)せずに,独立(どくりつ)栄養(えいよう)生活を営(いとな)むものもいる。これらの細菌(さいきん)は,無機物(むきぶつ)の酸化(さんか)反応(はんのう)で放出されたエネルギーを用いてATPを合成(ごうせい)し,炭酸同化(たんさんどうか)を行っている。このような反応(はんのう)を化学合成(かがくごうせい)といい,化学合成(かがくごうせい)を行う細菌(さいきん)を化学合成細菌(かがくごうせいさいきん)と呼(よ)ぶ。化学合成(かがくごうせい)におけるATP生産(せいさん)は,呼吸(こきゅう)や光合成(こうごうせい)の電子伝達(でんたつ)によるATP生産(せいさん)と,しくみとしてはそう違(ちが)わず,H+の濃度(のうど)勾配(こうばい)をまずつくり,この勾配(こうばい)に従(したが)うH+の流れを利用(りよう)してATPを合成(ごうせい)している。化学合成(かがくごうせい)を特徴(とくちょう)づけるのは,還元(かんげん)力の強い無機物(むきぶつ)が電子を与(あた)えるという点である。
化学合成細菌(かがくごうせいさいきん)の具体的な例(れい)をみてみよう。硝化(しょうか)細菌(さいきん)は無機窒素化合物(むきちっそかごうぶつ)を利用(りよう)する化学合成細菌(かがくごうせいさいきん)で,アンモニアを酸化(さんか)して亜硝酸(あしょうさん)にする亜硝酸(あしょうさん)菌(きん)と,亜硝酸(あしょうさん)を酸化(さんか)して硝酸(しょうさん)にする硝酸(しょうさん)菌(きん)がある。これらは土壌(どじょう)中に豊富(ほうふ)に存在(そんざい)し,陸上(りくじょう)生態系(せいたいけい)の窒素(ちっそ)循環(じゅんかん)において重要(じゅうよう)な役割(やくわり)を果(は)たしている。
硫黄(いおう)細菌(さいきん)は硫化(りゅうか)水素(すいそ)や硫黄(いおう),鉄細菌(さいきん)は鉄,水素(すいそ)細菌(さいきん)は水素(すいそ)の酸化(さんか)から,炭酸同化(たんさんどうか)のエネルギーを得(え)ている。海底(かいてい)の熱水(ねっすい)噴出孔(ふんしゅつこう)の周辺(しゅうへん)などでは,こうした化学合成細菌(かがくごうせいさいきん)が生産者(せいさんしゃ)である特異(とくい)な生態系(せいたいけい)が見つかっている。
  • シロウリガイ©JAMSTEC

  • コシオリエビ©JAMSTEC

  • ハオリムシ©JAMSTEC

化学合成細菌を基盤とする熱水噴出孔周辺の生物群集