深部地球生物圏の炭素源を熱が活性化する仕組みを解明(Scientists Discover How Heat ‘Awakens’ Carbon Food Source for Deep Earth Biosphere)

2025-08-21 中国科学院(CAS)

中国科学院南方植物園の王法明教授ら国際研究チームは、深海堆積物中に眠る古代有機物が高温で微生物に利用可能な炭素源へと変化する仕組みを解明しました。太平洋・四国海盆で採取された約780万年前の堆積物を分析し、40℃以上で有機物が「目覚め」、35℃超でミネラル炭素ポンプが、55℃超で微生物炭素ポンプが逆転し、85℃では非生物過程が優勢となることを確認。これにより単純化合物が生成され、深部生物圏の微生物が利用可能となります。堆積物中の利用可能な炭素は全体の0.25%に過ぎないものの、その規模は約1500万ギガトンと、海水中炭素の3.9万ギガトンを大幅に上回ります。本成果は、高温環境下の微生物エネルギー源の解明に加え、地球炭素循環理解に新たな視点を提供するものです。

深部地球生物圏の炭素源を熱が活性化する仕組みを解明(Scientists Discover How Heat ‘Awakens’ Carbon Food Source for Deep Earth Biosphere)Coupling of abiotic and biotic processes in heated subseafloor. (Image by WANG et al)

<関連情報>

適度な加熱により、780万年前の堆積物中の有機物が生物利用可能となる Moderate heating renders 7.8-million-year-old sedimentary organic matter bioavailable

Shuchai Gan, Verena B. Heuer, Frauke Schmidt, Lars Wörmer, […] , and Kai-Uwe Hinrichs
Science Advances  Published:20 Aug 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adw8638

Abstract

Marine sediments are a large reservoir of recalcitrant organic matter and host microbes at subsurface depths exceeding 2.4 kilometers and temperatures up to 120°C, yet the mechanisms supplying bioavailable substrates remain unclear. Here, we investigated 7.8-million-year-old sediment from IODP Site C0012 off the Nankai Trough, Japan, through incubations at 20°, 35°, 55°, and 85°C to simulate burial temperatures. Using 3D fluorescence spectroscopy and ultrahigh-resolution mass spectrometry, we tracked changes in dissolved organic matter (DOM). At 35°C, humic-like DOM was released alongside metal ions, exhibiting low bioavailability. At 55°C, abiotic decomposition of humic compounds generated smaller, more bioavailable DOM, promoting fermentation. At 85°C, large nitrogen-containing humic compounds decomposed, producing labile H2 and acetate mainly through abiotic processes, bypassing fermentation. Our findings show how abiotic thermal processes activate the refractory organic matter pool, advancing our understanding of long-term carbon sequestration in marine sediments and its implications for global carbon cycling.

1702地球物理及び地球化学
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