海底熱水系の生物地球化学 : 海底熱水の化学的多様性は熱水生態系を規定するか?(<特集>アストロバイオロジー)
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概要
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Seafloor hydrothermal systems are known to support a variety of biological communities that are sustained by primary production of chemolithoautotrophic microorganisms. The symbiotic and free-living chemolithoautotrophic microorganisms obtain energy from inorganic substances such as H_2S, H_2, and CH_4 derived from hydrothermal vent fluids. Thus, the diversity and abundances of the hydrothermal vent-endemic biological communities are considered to be controlled by chemical compositions of hydrothermal fluids. In order to elucidate biogeochemical relationships between chemolithoautotrophic microbial activities and hydrothermal fluid chemistry in seafloor hydrothermal systems, the amount of metabolic energy available for primary production by chemolithoautotrophic microorganisms is evaluated using geochemical models, and the model results are compared to observed variability in microbial community in seafloor hydrothermal vents. The results of our investigations clearly show that H_2 concentartions in hydrothermal fluids have a significant impact on wide range of not only anaerobic but also aerobic reactions. In addition, the concentrations of CH_4 and Fe^<2+> also affect their oxydation reactions. On the other hand, because almost all hydrothermal vent fluids contain sufficient amounts of H_2S, a variation in H_2S concentration of hydrothermal fluids has essentially no effect on sulfuroxydation reactions, except only under low-temerature conditions less than 25℃. We also present a comparison of potential chemolithoautotrophic microbial activities between modern and possible early Earth's seafloor hydrothermal vents. Assuming that early Earth's seawater had only very low O_2-levels, all aerobic reactions can not be available, and availability of some anaerobic reactions using SO_4 are confined to low-temerature condisions. In striking contrast, methanogenesis utilizing H_2 and CO_2 is essentially unaffected by a variation in seawater O_2-level, suggesting the importance of hydrogen and hydrogenotrophic methanogenesis for life on early Earth as well as other planets and moons.
- 2011-12-25
著者
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高井 研
独立行政法人海洋研究開発機構プレカンブリアンエコシステムラボユニット
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高井 研
独立行政法人海洋研究開発機構プレカンブリアンエコシステムラボユニット:独立行政法人海洋研究開発機構深海・地殻内生命圏研究プロジェクト
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中村 謙太郎
独立行政法人海洋研究開発機構プレカンブリアンエコシステムラボユニット
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高井 研
海洋研究開発機構
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高井 研
独立行政法人海洋研究開発機構(JAMSTEC)海洋・極限環境生命圏領域深海・地殻内生物圏研究プログラム
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