新研究: 珪藻とバクテリアの共生が海洋の窒素の謎を解明

Tokyo科学者たちは、海洋で予想外の協力関係を発見しました。マックス・プランク研究所、アルフレッド・ウェゲナー研究所、ウィーン大学の研究者たちは、海洋の珪藻が成長に必要な窒素をどのようにして得るかを説明しました。この海洋珪藻と細菌の間の協力関係は、海に窒素を供給する重要な役割を果たしており、世界中の海洋生物に影響を与えています。

これはいくつかの理由で重要です：

• 窒素は、陸上と海洋の両方で植物の成長に不可欠な元素です。
• 大気中の窒素は使用可能な形であるアンモニウムに変換される必要があり、これは窒素固定細菌によって行われます。
• 一部の作物は窒素固定のためのリゾビウム細菌と共生していますが、海洋珪藻がどのように窒素を得ているかは今まで謎でした。

新しい研究によれば、通常ダイズのような植物と共生しているリゾビアが、海洋性珪藻とも共生することが明らかになりました。この発見は長年の疑問を解決し、農業の改善に役立つ可能性があります。

科学者たちは、以前はシアノバクテリアが海における主要な窒素固定生物だと考えていました。しかし、多くの地域で観測された窒素のレベルはこの考えに一致しませんでした。その後、研究者たちは他の微生物に関連する窒素固定遺伝子の断片を発見しましたが、どの生物がこの活動を行っているのか特定できませんでした。

2020年、ブレーメンと熱帯大西洋の科学者たちは海水サンプルを集めました。その後の3年間で、彼らはある謎の窒素固定細菌の遺伝子コードを精密に解析しました。この細菌は、リゾビウムに似ており、他の生物と共生している可能性があります。

関連記事:

今日 · 17:07

エリザベス朝ロンドン：多言語が紡ぐ秘密の物語

チームは、リゾビウムを自然環境で観察するためのツールを開発しました。それによって、この細菌が珪藻の内部に生息していることを発見し、Candidatus Tectiglobus diatomicolaと名付けました。nanoSIMS技術を用いることで、リゾビウムが固定窒素を珪藻に供給し、その見返りに炭素を受け取っていることが分かりました。この細菌は自己の必要以上に窒素を生産し、それが珪藻の成長を助けています。

研究者たちは、植物プランクトンの一種である珪藻とバクテリアの共生関係が、特にシアノバクテリアが少ない海域で一般的であることを発見しました。これは、彼らが窒素固定や海洋生産性において重要な役割を果たしていることを意味します。これらの発見は、海洋の生態系や海がどのように炭素を取り込むかを理解する手助けになります。

進化の観点から、この関係は興味深いものです。これは、シアノバクテリアの初期のオルガネラ形成に似ており、同様の進化的プロセスを示唆しているかもしれません。海洋リゾビアルスの小さなサイズとオルガネラに似た特徴は、工学的手法によって窒素固定植物を作り出すために利用できる可能性を示しています。

珪藻と根粒菌の協力関係が発見されたことで、長年の海洋の謎が解明され、農業において役立つ可能性があります。科学者たちはこの協力関係の研究を続け、海洋におけるさらに多くの例を探していく予定です。マックス・プランク海洋微生物学研究所、アルフレッド・ウェゲナー研究所、ウィーン大学がこの研究に関与しています。