深い

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1968 年に調査潜水艦アルビンがマサチューセッツ州沖で沈没したとき、乗組員の昼食は船とともに運ばれました。 ワックスペーパーに包まれたサンドイッチ、スープの入った魔法瓶数個、リンゴ 1 ～ 2 個が、伝説の探査船とともに安置されました。 そして、後に沈没船を回収するために戻ってきた科学者たちが驚いたことに、沈没船はそこに残っていて、1年近く地表から1キロ以上も下にあったにもかかわらず、ほとんど手付かずのままでした。

調理台の上に放置されたり、何気なく海に投げ込まれたサンドイッチは、腐ったり食べ尽くされるまでに 1 ～ 2 日以上持ち続ければ幸運です。 では、なぜアルビン一味の昼食を何かが食べなかったのでしょうか?

新しい証拠は、深海の極度の圧力が微生物の炭素分解を遅らせることを示唆しています。このプロセスは、サンドイッチを傷め、有機炭素を二酸化炭素にリサイクルする原因となるプロセスであり、炭素循環の重要なステップです。 新しい研究を支援する研究チームは、彼らの発見は、気候モデルで使用される炭素収支や、過剰な炭素を海底に貯蔵することを提案する将来の地球工学戦略に重要な影響を与える可能性があると述べている。 結果はNature Geoscienceに掲載された。

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科学者たちは何十年もの間、微生物の炭素分解が深海で抑制されているのではないかと疑問を抱いてきた。 しかし、この一見単純な質問に答えるのは難しいことが判明しました。

浅海の微生物は、太陽に照らされた表面から継続的に深海に落ちます。 これらの望ましくない侵入者は、圧力に適応していないため、おそらく深部ではよりゆっくりと炭素を分解すると考えられます。

ウィーン大学の海洋微生物学者ゲルハルト・ヘルンドル氏は、「これらの微生物は深海でもかろうじて生き延びている。しかし深海ではあまり快適ではない」と述べた。

しかし、他の微生物は圧力をあまり気にしません。 減圧すると死亡する人もいます。 これらの圧力を好むピエゾファイルの一部は、有機炭素を貪欲に食べているようで、一部の科学者は、深海での微生物の活動が実際にはかなり活発である可能性があると考えていますが、科学者がこれらの群集をサンプリングするとき、「私たちは単に隔離しているだけである」可能性があります急速に成長する『雑草』だ」と、新たな研究には関与していないスクリップス海洋研究所の海洋微生物学者ダグラス・バートレット氏は語った。

深層での作業は技術的に大きな課題となり、すべてがさらに複雑になります。 深海のサンプルを地表に上げた後、圧力下に保つには、国際宇宙ステーションの内外の圧力差の数百倍に耐えることができる丈夫なチタン製チャンバーが必要です。

「これはエンジニアリングにとって本当に難しいことです」とバートレット氏は言う。 そのため、科学者らは主に、地表に引き上げた減圧サンプルの深海の炭素分解速度を測定してきた。

しかし、圧力などの深海の自然条件下で測定を行う方法がなければ、研究者が減圧サンプルで行った観察が深海で何が起こっているかを反映しているかどうかを知ることは不可能です。

彼らは実験のために深海のサンプルを地表に持ち込むのではなく、実験を深海に持ち込んだのです。

圧力室を機能させるために何年も努力した後、ハーンドルと彼の同僚は別のアプローチを採用しました。 深海のサンプルを実験のために地上に持ち込む代わりに、実験を深海に持ち込むのです。

以前、日本の研究者らはハーンドル氏のグループと協力して、船から降ろして水中で測定できる装置を開発した。 この装置は水のサンプルを採取し、実験を行った後、サンプルに特殊な液体を加えて「固定」し、微生物を深海にいるときとまったく同じ状態に保ちます。 次に、サンプルは測定のために表面に運ばれます。

太平洋、大西洋、南洋でこの装置を使った実験により、微生物群集全体として、深さ4,000メートルでは地表よりも約3分の1の速さで炭素を消費することが判明した。

微生物のおよそ 85% は深さに関係なくほぼ同じ速度で炭素を消費し、海水サンプル中の微生物のうち圧力を好む圧電菌はわずか約 5% でした。 残りの 10% の微生物は圧力を嫌う微生物でした。 これらの生物群集は「圧力から解放されると非常に反応し」、深海よりもはるかに速く炭素を飲み込むとハーンドル氏は述べた。 これらの生物は海面圧力下でより活発になるため、深海の微生物群集の炭素分解速度に関するこれまでの推定値は「非常に過大評価されていた」と同氏は付け加えた。

この発見は、地球工学と、科学者が気候モデルを構築するために使用する炭素収支に重要な影響を与える可能性があります。

「今の時代の問題の一つは、気候への影響についてどうするかということです。」

「今の時代の問題の一つは、気候への影響についてどうするかということだ」とバートレット氏は語った。 大気中への二酸化炭素の排出は気候変動を引き起こし、創造的な炭素貯蔵ソリューションを考案する人もいます。 「人々は、より多くの粒子状の有機炭素を深海に運び込んで埋め、その炭素を隔離する方法を検討している」ため、微生物が深海で有機炭素を分解する速度を知ることは「非常に重要である」と同氏は述べた。

炭素予算に関してハーンドル氏は、この発見は長年の問題を解決すると付け加えた。 深海の炭素分解速度に関するこれまでの推定では、厄介な不一致が見つかった。地表から沈下する有機物の供給量は、その炭素を求める深海の微生物の食欲よりもはるかに少ないようだった。 もし本当に予算のバランスが崩れているのであれば、「明らかに私たちは深海の仕組みを理解していないことになる」とハーンドル氏は言う。

しかし、この研究で測定された新たな低炭素需要は、供給ときちんと一致しています。 Herndl 氏と Bartlett 氏は、この不一致は単に減圧サンプルの炭素分解速度を過大評価しただけの問題のようだと述べた。

「それは特効薬だったようだ。微生物海洋学者が長年にわたって回避してきた解決策であり、実際の深海の条件下で微生物の活動を測定するものではなかった」とバートレット氏は語った。

「深海における炭素処理の主な原因は微生物であることは間違いありません」とハーンドル氏は述べた。 「つまり、地球規模の炭素収支を[計算]するときに違いが生じます…深層の微生物の活動を正しく推定するかどうかで違いが生じます。」

—エリーズ・カッツ (@elisecutts)、サイエンス ライター

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