東南極の微生物、-20℃の極限環境で「空気を食べて」生存：水素サイクルへの多大な影響

東南極の過酷な環境に生息する土壌微生物が、マイナス20度という極低温下でも「エアロトロフィー（大気栄養）」と呼ばれるプロセスを通じて代謝活動を維持できることが明らかになりました。2022年から2024年にかけて実施された詳細な調査によれば、これらの微生物は大気中に微量に含まれる水素や一酸化炭素を酸化させることで、生命維持に必要なエネルギーを得ています。光合成に依存しないこの独自の生存戦略は、太陽光が一切届かない極夜の条件下で彼らが一次生産者として機能するために不可欠な仕組みとなっています。

驚くべきことに、これら南極固有種の代謝活性は、マイナス20度から最高75度という極めて広範な温度域で確認されており、その酵素システムが並外れた熱耐性を備えていることを示しています。2026年に向けて気候変動の影響が注視される中、こうしたエアロトロフィーのプロセスが地球規模で拡大することは、世界の水素サイクルを劇的に変貌させる可能性を秘めています。現在の推計データによれば、これらの微生物はすでに地球の大気中を循環する全水素の約82%を消費するという、極めて重要な役割を担っているのです。

ニューサウスウェールズ大学、クイーンズランド大学、そしてモナシュ大学の研究チームによる先行研究では、これらの細菌の遺伝子が空気中の水素、一酸化炭素（CO）、および二酸化炭素（CO2）を効率的に取り込む酵素を符号化していることが突き止められました。彼らはCOを酸化してCO2にする過程でエネルギーを抽出し、さらにそのCO2を利用して生体分子を合成するという、文字通り「空気を食べて」生きる能力を持っています。有機物が極端に乏しい環境での生存メカニズムの解明は、アストロバイオロジー（宇宙生物学）の分野においても、他の惑星の過酷な環境下で生命が繁栄する可能性を示唆する新たな知見をもたらしています。

地球の内部からは、毎年4,000万トンから1億3,000万トンに及ぶ膨大な量の水素が大気中へと放出されており、微生物はその循環と利用において中心的な役割を果たしています。莫大なエネルギー投入を必要とする工業的な水素製造プロセスとは対照的に、南極の微生物は極低温下で極めてエネルギー効率の高い水素消費を実現しています。このような自然界による水素の回収と利用は、地球の生物地球化学的な循環を支える根源的なプロセスとして、その重要性が再認識されています。

また、極低温下で細胞膜の柔軟性と機能を維持するため、これらの細菌は短鎖脂肪酸や不飽和脂肪酸を組み込むことで脂質の組成を動的に変化させています。この高度な適応能力により、通常の土壌微生物が活動を停止し休眠状態（アナビオーシス）に入るとされるプラス5度を下回る環境下でも、細胞を液晶状態に保ち、成長と代謝を継続することが可能となります。南極のエアロトロフ（大気栄養生物）は、微生物の生存限界を探る上でのユニークなモデルであると同時に、地球全体のガスバランスに対する目に見えない巨大な影響力を象徴する存在と言えるでしょう。