金属を食べてエネルギーにする細菌が偶然発見される（米研究） (2020年7月19日)

金属を食べてエネルギーにする細菌が偶然発見される（米研究）

2020年07月19日(日)09:00

金属を食べる細菌が発見される / Pixabay
　アメリカ・カリフォルニア工科大学の微生物学者ジャレッド・リードベター氏は、フィールドワークから数ヶ月ぶりに帰って、妙なものを見つけた。

　シンクに浸しておいたガラス容器に金属元素「炭酸マンガン」が付着していたのだが、本来クリーム色のはずなのになぜか黒くなっていたのだ。

　その黒い物質は「酸化マンガン」で、イオンが電子を失い、酸化したときに形成されるが、そのためにはきっかけが必要だ。

　電子を盗み出した泥棒がいるに違いない。

　「もしかしたら、100年以上前に予言されていた”細菌”の仕業かもしれない」そう思ったリードベター氏。果たしてその予感は的中する。
【犯人捜しがはじまった】

　まず本当に生物学的なプロセスによって起きた現象なのか確かめるために、炭酸マンガンを塗ったフラスコをいくつか用意して、その一部は蒸気で熱消毒した。
　
　消毒したフラスコの炭酸マンガンは1年が経過しても黒くはならなかった。

ところが、消毒しなかったものは黒くなったのだ。ならば、電子泥棒は熱い蒸気で破壊されるということだ。

　そこで今度はフラスコに付着している何者かを培養してみることにした。RNA解析からは70種の細菌がいることが判明し、さらに調査を続けて犯人候補を2種にまで絞り込んだ。

　それが「Ramlibacter lithotrophicus」と「Candidatus Manganitrophus noduliformans」だ。どちらの仲間も地下水や水道水の中に潜んでいる。

　Ramlibacter lithotrophicusを単離して調べてみると、炭酸マンガンを酸化したりはしなかった。となると、Candidatus Manganitrophus noduliformansが真犯人か、あるいは共犯である可能性がある。

　じつは後者は前者から単離されておらず、単独犯なのかどうか今のところはっきりしない。学名の「Candidatus」は、培養に成功していない原核生物の暫定的地位を示す名称だ。

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Candidatus image by:Hang Yu/Caltech
【細菌は金属元素マンガンのエネルギーを利用】

　だが、犯人がマンガンから電子を盗み出す理由は何なのだろうか？

　これにについて細菌が「炭素13」という炭素同位体を取り込むことが確認されている。このことは、細菌が「独立栄養細菌」であることを示している。

つまりエネルギー源を使って自分のエサを作り出せるということだ。

　細菌は金属元素のマンガンの電子から得られるエネルギーを利用して、二酸化炭素を利用可能な炭素に変換していたのだ。ちょうど植物が日光を利用して、二酸化炭素と水を糖と酸素に変える光合成のような感じだ。

　細菌によるプロセスは「化学合成」という。他の金属で化学合成を行う細菌なら知られているが、マンガンを使ったケースが確認されたのは初であるとのことだ。

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金属元素マンガン/iStock
【なぜか水道管をつまらせる不思議なマンガン】

　マンガンは人間にとっても不可欠な栄養素だ。

ナッツや葉物野菜などに多く含まれており、人体はそれを使って脂肪やタンパク質を処理したり、骨を形成したりする。

　じつはマンガンは地球上でもっとも一般的な元素の部類でありながら、その性質や地球での循環については謎が多い。

　たとえば、なぜか水道管をつまらせる。一体どのようにしてそんなところにマンガンが溜まるのか今のところミステリーだが、これをエネルギーとして利用する細菌の仕業ではと疑う科学者はいた。ただ、その仮説を裏付ける証拠がなかった。

　またマンガンは、どういうわけだかグレープフルーツ大の塊となって海底に転がっていることもあるし、炭素・窒素・鉄・酸素といった元素の相互につながりあった循環にも関与している。

　今回発見されたマンガンから電子を盗む泥棒の存在が、さまざまな現象を説明できる可能性があるのはそうしたわけだ。

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【地球でのマンガンの循環に関与している可能性】

　リードベター氏らによると、この細菌の細胞の倍増期間と酸化させる速度なら、地球上に存在する酸化マンガンに匹敵する量をわずか2年で作り出せるだろうという。

　この種の近縁種はいたるところに存在してるように思われる。そうだとすれば、地球におけるマンガンの循環に、彼らがとんでもなく大きな影響を与えていたとしてもおかしくはない。

この研究は『Nature』（7月15日付）に掲載された。