海洋生態系の理解を根本から覆す新しい光エネルギー利用機構　その直接測定に成功

2012年2月16日

吉澤　晋　（東京大学大気海洋研究所）
神取秀樹　（名古屋工業大学）
木暮一啓　（東京大学大気海洋研究所）

私たちの食卓に並ぶ“海の幸”。これらは食物連鎖をたどれば、最終的には全て、極めて小さな生き物である植物プランクトンや海洋細菌に行き着きます。そして、これらのプランクトンや細菌の活動に必要なエネルギーは、そのほとんどが海洋表層での光合成を通じて得られる光エネルギーに由来すると考えられていました。
ところが2000年にプロテオロドプシンという新たな光受容タンパク質が海洋細菌の間に広く分布していることが見つかり、さらに、その遺伝子を大腸菌に組み込むと光エネルギーによってATP（生物共通のエネルギー物質）が合成されることが確認されました。これは光エネルギーを使って炭酸ガスを固定するクロロフィル型の光合成とはまったく異なる光エネルギー利用のしくみです。この実験は大腸菌を利用し、さらに大腸菌に様々な物質を与えるなど実際の環境とは大きく異なった条件で行われたものではありますが、生物が光エネルギーを自らのエネルギーにする新しいメカニズムの存在が示唆されたのです。仮にこのメカニズムが正しく、この経路によって海洋生物が受け取るエネルギー総量が大きければ、これまでの海洋生態系全体のエネルギー収支を大幅に見直す必要が出てきます。
　今回私たちは、海洋細菌の分離株を用いて、プロテオロドプシンの機能を初めて直接測定することに成功しました。これにより、海洋細菌が実際にこの新しい光エネルギー利用機構を用いていること、またその量が海洋生態系のエネルギー循環に対して大きな割合を占めていることを明らかにしました。この成果は、海洋生態系についての理解を根本から覆すことに迫るものであると同時に、エネルギー循環は炭素循環と密接な関係があることから、地球温暖化に関連して注目が高まっている二酸化炭素濃度の変動の理解などにも、今後影響を与えていくと考えられます。

配付資料はこちら(470KB)

図1．PRの光エネルギー利用機構

図2．PRの光による水素イオン排出機能の測定

図3．細胞内PRの吸収スペクトル

図4．細胞内PRの作用スペクトル