深海の従属栄養細菌による炭酸固定を定量~Alteromonas属が暗所における無機炭素固定の約2割を担うと推定~

2026-10-14 北海道大学

北海道大学などの国際研究チームは、光が届かない深海において、有機物を利用する従属栄養細菌 Alteromonas 属が、無機炭素を有機化合物へ取り込む「炭酸固定」に大きく寄与することを定量的に示した。炭酸固定は植物や光合成微生物だけでなく、微生物の代謝反応によっても生じるが、深海における従属栄養細菌の寄与は十分に把握されていなかった。研究チームは、全球海洋の遺伝子データの解析に加え、太平洋・大西洋で採取した海水試料の培養実験と単細胞解析を実施。その結果、Alteromonas 属が補充反応(アナプレロティック反応)を通じて担う炭酸固定量は、深海全体の中央値で約17%、全球では年間約0.2ペタグラム炭素に相当すると推定した。この成果は、深海の炭素循環を支える微生物の役割を再評価するものであり、海洋における炭素の移動や地球規模の炭素収支を理解するうえで重要な知見となる。

深海の従属栄養細菌による炭酸固定を定量~Alteromonas属が暗所における無機炭素固定の約2割を担うと推定~

Alteromonas属による無機炭素の取り込みと、深海における炭酸固定への寄与

<関連情報>

深海における無機炭素固定への補充反応(アナプレロシス)の大きな寄与 Major contribution of anaplerosis to inorganic carbon fixation in the dark ocean

C. Amano, U. Willhelm, T. Koch, T. Reinthaler, R. L. Hansman, E. Sintes, G. J. Herndl, J. M. González & F. Baltar

Nature Communications  Published:15 June 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41561-026-02013-1

Abstract

While CO2 fixation by photo- and chemolithoautotrophs is a central process of the global carbon cycle, many organisms also incorporate inorganic carbon into organic compounds through anaplerotic carbon fixation, a process that replenishes intermediates of central metabolic pathways. However, the active drivers and quantitative importance of anaplerotic carbon fixation in the oceanic carbon cycling remain poorly understood. Here, through analysis of global ocean multi-omics datasets, we identified widespread expression of enzymes involved in this process, especially phosphoenolpyruvate carboxylase. The heterotrophic bacterial genus Alteromonas, a globally distributed marine taxon lacking genes for autotrophic carbon fixation pathways, exhibited particularly high transcriptional and proteomic activity for this enzyme. Laboratory incubations confirmed that Alteromonas assimilated dissolved inorganic carbon (DIC) into biomass, with rates regulated by temperature and organic matter availability. Single-cell tracer analyses of the deep ocean microbial communities quantified Alteromonas’s contribution at about 17% of total dark DIC fixation (median; confidence interval, 10–28%), equivalent to a potential global flux of about 0.2 PgC yr−1. These results reveal substantial DIC fixation via anaplerosis, indicating that dark carbon fixation is partly supported by heterotrophic metabolism and modulated by environmental conditions, with responses that may differ from those of canonical autotrophic processes.

1702地球物理及び地球化学
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