海洋の微生物が握る鍵：強力な温室効果ガスN₂Oの排出を制御する無酸素水域の謎

地球の気候バランスを維持する上で極めて重要な生化学的プロセスが、酸素を欠いた海洋深部の領域で進行しています。ペンシルベニア大学のシン・スン氏が率いる研究チームは、これらの無酸素（嫌気性）環境に生息する海洋微生物が、栄養素を亜酸化窒素（N₂O）へと活発に変換していることを明らかにしました。N₂Oは強力な温室効果ガスであり、二酸化炭素（CO₂）の約300倍もの熱を閉じ込める能力を持ち、さらにオゾン層の破壊にも寄与しています。

2025年に「Nature Communications」誌で発表された、東部熱帯北太平洋における6週間にわたる観測結果は、科学的な焦点を純粋な化学反応から微生物群集の動態へと移しました。研究者たちは、N₂O生成の主要な原動力となっているのは、化学的要因だけでなく、異なる種類の微生物間の競合であることを特定しました。酸素や栄養素の利用可能性におけるわずかな変動でさえも、この強力な温室効果ガスの放出を急激に増加させる引き金となり得ます。

この複雑なプロセスを説明するために、シン・スン氏は2種類の飲食店のアナロジーを用いました。硝酸還元経路（Nitrate Reduction Pathway）は、硝酸塩が豊富にある場合に効率的な「本格的なパン屋」に例えられます。一方、亜硝酸還元経路（Nitrite Reduction Pathway）は、「専門的な店」に似ており、海洋環境に少ない亜硝酸塩が偶然通りかかるかどうかに依存します。この比喩は、N₂O排出量が初期成分の存在量に直接的に依存していることを明確に示しています。

この調査はまた、酸素レベルの上昇がN₂Oの生成を単に「停止させる」わけではないことも明らかにしました。むしろ、酸素が豊富になると、ガス生成のプロセスを引き継ぐ優勢な微生物集団が交代します。スン氏が指摘するように、酸素は「舵取り役」を変えるのです。さらに興味深いことに、システムに過剰な栄養素を加えると、主要なN₂O生成微生物が排除され、ガスの放出がほぼ完全に抑制されました。この繊細な微生物生態系の相互作用こそが、排出量を調整するための鍵となります。

これらの複雑な相互作用を理解することは、正確な気候モデルを構築するために最も重要です。N₂Oは、大気中に最大114年間残留し続ける、主要な人為起源の温室効果ガス3種のうちの1つです。その濃度は、産業革命以前のレベルからすでに22%増加しています。海流とバクテリアの相互作用によって引き起こされる海洋無酸素水域の拡大は、海洋生態系を脅かすだけでなく、海洋のCO₂吸収能力を低下させ、地球温暖化を悪化させます。これらの微生物の動態をモデルに組み込むことで、人類の活動が地球の最も遠い隅々にどのように影響するかを、より正確に予測できるようになるでしょう。