由日本的國立遺傳學研究所的村上匠特任研究員和森宙史副教授、山梨大學綜合分析實驗中心的瀨川高弘講師、千葉大學理學部的竹内望教授、豐橋技術科學大學應用化學與生命工學系的廣瀨侑助教等人組成的研究團隊宣佈，透過對棲息在極地和亞洲山地冰河中的微生物集合體「冰塵（Cryoconite）」實施宏基因體分析明確了多樣性，發現不同地區的冰塵中所含的細菌種類及其代謝能力存在很大差異。這種差異被認爲反映了各地區冰河環境的差異，該成果有助於闡明易受氣候變遷影響的冰河生態系統。相關内容已經發布在國際科學期刊《Microbiome》3月23日號上。
圖：根據宏基因體分析結果推測的極區冰塵與亞洲冰塵的差異
冰塵外層（綠色部分）被藍藻包裹，光合作用活躍，在這一點上極地和亞洲相同。但外層藍藻的類型和可以利用的光的範圍在極地和亞洲之間存在差異。亞洲冰塵内部（棕色部分）有充足的氮氧化物供應，會透過細菌進行反硝化，而氮氧化物供應有限的極區冰塵被認爲幾乎不會發生反硝化。（供圖：資訊系統研究機構 國立遺傳學研究所）
冰河雖爲極端環境，但具有由適應低溫的微生物群集構成的獨特生態系統。「冰塵」是一種普遍存在於各地冰河中的粒狀岩理體，藍藻是利用發光能量從二氧化碳中合成有機物的初級生產者，吸收周圍的礦物質和有機物質成長。衆所周知，藍藻的數量增多後會覆蓋住冰河表面並吸收陽光，從而加速冰河解凍。另一方面，此前「冰塵」只在部分微生物中調查過，尚不清楚其實態。
此次，研究團隊從格陵蘭島和南極半島等極地冰川，以及喜馬拉雅和天山山地等亞洲山地的共11處冰河中採集了「冰塵」樣本，透過實施宏基因體分析，首次進行了全面的基因分析。
由此，成功掌握了「冰塵」中含有的細菌的類型及其攜帶的各種基因。明確了各地區的細菌是如何獲得能量的。
尤其是負責反硝化作用的基因，存在很大的區域差異。亞洲的樣本中大量檢測出這種基因，而極地的樣本中幾乎沒有檢測到。終極因數被認爲是亞洲的山地冰河嚴重受到了來自城市地區等的沉降物的影響。
另外，藍藻的分佈也存在明顯差異。在極地，只有單一的藍藻種（Phormidesmis priestleyi）參與「冰塵」的形成，而在亞洲，多種完全不同的藍藻種參與了冰塵的形成。
此外，透過獲得與各地區的藍藻吸收發光能量有關的基因資訊發現，極地主要利用紅光。而亞洲不僅利用紅光，還利用綠光，或者分別使用這兩種顏色的光進行光合作用。在亞洲，除2了沉降物會提供相對比較豐富的營養供應外，似乎還可以透過擴大物種間的光照選擇，實施多種藍藻的共存。
由於冰河生態系統的環境非常惡劣，此前一直認爲多樣性比較低，但此次發現，不同地區形成了雜異化的生態系統。目前全球各地都報告了冰河等比縮小的情況，急需闡明這個生態系統的實際情況。
村上特任研究員表示：「今後，我們希望透過對其他地區的冰塵也進行全面調查，在全球範圍闡明冰塵存在什麼樣的多樣性。另外，還透過繼續操作調查，還想了解冰塵是如何受氣候變遷影響的。極端環境中的微生物環境與海洋和人體等目前正積極開展宏基因體分析的領域相比尚處於發展階段，期待能有新的發現。」
【論文資訊】
雜誌： Microbiome (2022) 10, 50
論文： Metagenomics reveals global-scale contrasts in nitrogen cycling and cyanobacterial light harvesting mechanisms in glacier cryoconite
DOI: 10.1186/s40168-022-01238-7
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
