本文根據日本海洋研究開發機構成果發佈編譯整理而成
日本國立研究開發法人海洋研究開發機構研究平台運用開發部門地函鑽探推進室的稻垣史生室長和超先銳研究開發部門高知岩芯研究所地球微生物學研究團隊的諸野祐樹主任研究員等人，與德國不來梅大學、美國羅德島大學和日本高知大學等合作，利用深海鑽探船「地球號」，從高知縣室戶岬海域的南海海溝隱沒帶頂端的海床（水深4776m、1.7℃）採集了深度最大爲1180m、溫度最高爲120℃的沉積物岩芯樣本，詳細分析了棲息在海床環境中的微生物的分佈情況、間隙水中的化學成分、沉積物的物理性質及溫度等資料，由此明確了室戶岬海域的地質環境和溫度條件下的海床生物圈實態及其極限。
圖1：IODP第370次研究航海對高知縣室戶岬海域南海海溝隱沒帶頂端位置實施鑽探的地點（地點C0023）。以前利用美國鑽探船喬迪斯·決心號實施過國際海洋鑽探計畫（ODP）第131次研究航海（地點808）和第190及196次研究航海（地點1174），報告了詳細的地質結構以及地殼熱流量比周邊區域高的現象。
以往的研究表明，在地質學時間尺度上形成的海底沈積物中棲息着尚未被培育出來的固有微生物。這些微生物活動被認爲在全球的物質循環中發揮着重要作用，比如海水中埋藏的有機物質的分解和甲烷水合物的形成。不過，有很多根本性的疑問一直沒有獲得解釋，包括生物圈在海床的蔓延深度，以及決定其極限的環境因素等。
綜合海洋鑽探計畫（IODP）的介紹影片（youtu.be/QWj3tFQnl5o）
爲解開這些科學謎團，2016年綜合海洋鑽探計畫（IODP）利用深海鑽探船「地球號」和高知岩芯中心的研究設施，實施了第370次研究航海「室戶海域極限生物圈鑽探調查：T-Limit」。由此發現，沉積物上部的低溫~常溫環境中的微生物細胞密度會隨着溫度（深度）的升高而降低，溫度達到約45℃以上時，每立方厘米的細胞數量減至100個以下。另外，還在40-45℃的深度區間和75-90℃的深度區間發現了內生孢子的密度局部增加的現象。此外還發現，在45℃以上的高溫環境中，板塊邊界斷層下部的90-100℃的環境中存在未檢測到微生物細胞的深度區間，由於沒有微生物消耗，該區域存在高濃度的乙酸。而在更深的110-120℃沉積物-基底岩邊界區域發現了表示存在超嗜熱微生物生態系統的多種特徵，比如表示乙酸生成了甲烷的化學成分濃度變化和碳同位素成分變化，以及細胞密度增加等。
圖2：IODP第370次研究航海從鑽探地點C0023採集的沉積物岩芯樣本中含有的微生物細胞和內生孢子的密度及環境因素的垂直度剖面圖。（A）利用螢光染料（SYBR Green I）染色的微生物細胞的密度圖。細胞密度高於定量下限值的圖用●表示，低於定量下限值的圖用○表示。（B）透過對內生孢子的獨特性生物標誌物二吡啶甲酸進行定量分析推算的內生孢子密度圖。（C）沉積物間隙水中的鹽分濃度、溫度和沈積學特徵的概略圖。鹽分濃度沿底岩方向增加，表明受到底岩（玄武岩）蝕變影響的流體被送向沉積物一側。灰色區間表示沒有透過螢光染色法和二吡啶甲酸明顯檢測出微生物細胞及內生孢子的深度（570-633m及829-1021m）。
此次的研究結果表明，不僅是現場溫度及營養和能量狀態，室戶岬海域南海海溝隱沒帶頂端部分的地質學隊形變換程序和流體行程程序還對海床深處環境中的生命棲息條件（適居性）產生了重要影響。另外，在海洋板塊隱沒帶，即使是在最高120℃的沉積物-底岩邊界區，也檢測出了生命訊號，表明生物圈在地球上最遠可能延伸到了海洋板塊隱沒帶之外以及蔓延到沉積物下方的岩石圈（海洋地殼和上地函）。
論文資訊
題目：Temperature limits to deep subseafloor life in the Nankai Trough subduction zone
期刊：Science
URL：science.sciencemag.org/content/370/6521/1230.abstract
日語發佈資料
編譯：JST客觀日本編輯部
