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海洋研究開発機構と東大、スケーリーフットが身にまとう硫化鉄の生成機構を解明

2019/9/10 5:00
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発表日:2019年9月10日

スケーリーフットが身にまとう硫化鉄の生成機構を解明

1.発表のポイント

◆深海熱水活動域固有種スケーリーフットの鱗に含まれる硫化鉄が生じる過程を最新鋭の顕微分析により明らかにした。

◆スケーリーフットが硫化鉄を形成するメカニズムは、スケーリーフット本体が鱗に放出した硫黄と、海水から浸透してきた鉄イオンとが徐々に反応することで生じるという、他の生物による鉱化作用とは異なるものであることが明らかとなった。

◆このメカニズムは、スケーリーフットに限らず化学合成共生を行う生物が普遍的に硫黄などの代謝物の排出機構を持つ必要性を示唆しており、深海環境における生存戦略の新しい視点をもたらした。

2.概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構(理事長 松永 是、以下「JAMSTEC」という。)海洋機能利用部門 生命理工学センターの岡田賢 研究員は、国立大学法人東京大学(総長 五神 真)大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻の鈴木庸平准教授および大気海洋研究所の佐野 有司教授らと共同で、インド洋海域の熱水活動域でのみ生息が知られている腹足類「スケーリーフット」が硫化鉄結晶を鱗に保持する機構を明らかにしました。

スケーリーフットはインド洋中央海嶺の熱水活動域にのみ生息する腹足類で、軟体部表面に鱗を持つことが特徴です(図1)。これまでの研究により、鱗の内部には硫化鉄ナノ粒子が含まれていることは明らかとなっていましたが、硫化鉄が生物学的作用により生じたのか、またどのような過程を経て生じたのかについては明らかになっていませんでした。

そこで本研究グループは、鱗に含まれる硫化鉄について微小領域の元素分析(図2)と最新鋭の電子顕微鏡観察を行い、硫化鉄が生物起源であることを明らかにしました(図3、4)。特に、鱗の内部に含まれる硫化鉄は、スケーリーフットが体内から鱗へ硫黄を放出し、鱗の外部から浸透してきた鉄イオンと反応することで生じていることを明らかにしました。このメカニズムは、他の生物による鉱化作用とは異なるものです。

スケーリーフットは、食道腺の細胞内に硫黄酸化細菌を共生させるなど、熱水噴出孔の極限環境に適応した進化を遂げています。スケーリーフットが鱗に排出している硫黄には共生細菌の代謝物も含まれることを考えると、これは共生メカニズムの一部として進化した全く新しい生存戦略であり、同様の環境に生息している共生生物でも同様な代謝物の排出経路を持っている可能性が示唆されました。

スケーリーフットが生み出す硫化鉄には、半導体である黄鉄鉱(pyrite,FeS2)や磁性を持つグリグ鉱(greigite,Fe3S4)が含まれています。これら硫化鉱物の生成には一般的に高温が必要とされていますが、スケーリーフットは 10‐20℃の海水温下で生成しています。このことから、スケーリーフットが硫化鉱物を生み出すメカニズムを模倣することで、鉄に限らず広範な機能性無機材料の製造への応用が期待されます。

本成果は、米国科学アカデミーが発行する学術誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」に 9 月 10 日付け(日本時間)で掲載される予定です。また、本研究の一部は JSPS 科研費 JP16H07490、JP22540499、JP26287133 の支援を受けて行われました。

・タイトル:The making of natural iron sulfide nanoparticles in a hot vent snail

・著者:岡田賢(1)、Chong CHEN(2)、和辻智郎(3)、西澤学(2)、鈴木庸平(4)、佐野有司(5,6)、Dass BISSESSUR(7)、出口茂(1)、高井研(2)

1. 国立研究開発法人海洋研究開発機構 海洋機能利用部門 生命理工学センター 新機能開拓研究グループ、2. 国立研究開発法人海洋研究開発機構 超先鋭研究部門 超先鋭研究プログラム、3. 東筑紫短期大学食物栄養学科、4. 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻、5. 東京大学大気海洋研究所海洋化学部門、6.天津大学表層地球系統科学研究、7.Maritime Zones Administration&Exploration,Ministry of Defence and Rodrigues,Mauritius

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0518615_01.pdf

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