深海での新発見：石の中で育つミミズ！

制作：中国科学普及協会

著者: 張昭

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国科学普及の最先端科学技術プロジェクトは、最先端科学技術の最新動向を理解するために、「トップ科学ジャーナルの理解を助ける」と題する一連の記事を開始しました。これは、権威あるジャーナルから優れた論文を選び、できるだけ早く平易な言葉で解釈するものです。トップジャーナルを通して科学の視野を広げ、科学の楽しさを味わいましょう。

深海の「未知の領域」

地球上には知られていない場所があるのでしょうか？

今日の人類は陸上の最高峰、海洋の最深部、さらには月や火星まで探検してきましたが、地球上の広大な海については未だに多くの未知の部分があります。米国大気海洋庁の推定によれば、人類が探査した海洋は約 5% に過ぎず、つまり 95% の領域は未だ人類にとって未知の領域である。

広大な太平洋の奥深くには、東太平洋海嶺という神秘的な海底山脈が隠されています。ここは2つの大きな地殻プレートが出会う場所であり、ここで新たな地殻が形成され、年間70 mmの割合で押し出されています。これにより、火山活動も活発化し、多数の熱水噴出孔が形成されました。熱水噴出孔は海底の「温泉」のようなもので、海水が地殻に浸透し、マグマと接触して、多量の鉱物を運んで噴出します。温泉の中には、硫化物含有量が多いため色が黒くなっているものもあり、「黒い煙突」という名前が付けられています。

大西洋の深海熱水噴出孔「黒い煙突」

（画像提供：アメリカ海洋大気庁）

さらに印象的なのは、ここの独特の生態環境です。もともと生命の砂漠だと考えられていたこの場所は、予想外に「生き生き」している。長さ2メートルにもなる巨大なチューブワームや、「鉄の足」を持つカタツムリ、80℃の温度に耐えられるポンペイワームなど…その存在は従来の生物学的認識を打ち破り、極限環境で生命が生き残る方法を研究するホットスポットとなっている。

東太平洋海嶺の熱水噴出孔に生息する巨大なチューブワーム

（画像提供：アメリカ海洋大気庁）

しかし、1977年に海底熱水噴出孔の生態系が初めて発見されて以来、科学者たちは一般的に、これらの熱水噴出孔の下の海底地殻では微生物とウイルスだけが生存できると信じてきました。固い岩の下に他の生命が隠れているかどうかはこれまで不明でした。

その謎は最近解明されました。ウィーン大学の研究チームは、水中ロボット「SuB-astian」を操作して水深2,515メートルの熱水噴出孔エリアの探査を実施し、まったく新しい生命の世界を発見し、深海の生態系に関する理解を一新しました。

海の深さ2,500メートル

研究チームの当初の目標は、海底に小さな穴を掘り、巨大チューブワームの幼虫が熱水域でどのように定着するかを研究することだった。しかし、水中ロボットがノミを使って慎重に約2センチ幅の穴を彫っている間、科学者たちはリアルタイム映像で予想外の光景を捉えた。

この予期せぬ発見により、彼らはより大胆な対策を取ることになった。彼らはロボットを遠隔操作し、厚さ約10～15センチの火山岩の板を慎重に持ち上げた。岩の板をひっくり返すと、目の前に現れた光景に皆が衝撃を受けました。硬い岩の下には高さ約10センチの空洞があり、その空洞には生き生きとした深海生物がいっぱいいたのです。岩の下には「地下都市」が隠されています。

海底「ダンジョン」

この深海の「地下都市」の建築構造は非常に複雑です。複数階建ての駐車場ビルを想像してみてください。各階は厚いコンクリートの床で区切られており、各階はスロープでつながっています。海底の「地下都市」も同様の構造をしており、火山岩のプレートが何層にも重なり合ってできており、各層の間に高さ約10センチの空洞が形成されている。これらの空洞は岩の割れ目を通じて互いにつながっており、暖かい海水が流れています。

岩石の下の多層空洞構造

（画像出典：文学）

このユニークな地下世界では、巨大チューブワーム（Riftia pachyptila）が依然として文句なしの主役です。体長は50センチメートルにも達し、その巨大な体は野性味にあふれ、地下の木の根のように絡み合った空洞に満ちています。これらのチューブワームには口も消化器系もありません。彼らは体内の細菌と共生しており、細菌の力で硫化物を分解してエネルギーを得ています。科学者たちは、これらのチューブワームが地中で生き延びるだけでなく、地中で繁殖することさえできることを発見しました。

岩の下から上向きに成長する巨大なチューブワーム

（画像出典：文学）

巨大なチューブワームに加えて、より小さなチューブワーム（Oasisia alvinae）もいくつか存在します。特に、空洞の上部から突き出ている「岩の鍾乳石」の周囲に生育するのを好みます。体長が20cmに達する個体もあり、これまで海底表面で発見された同種のものより体長が長い。

チューブワームなどの「釘族」のほかに、移動可能な住民も「地下都市」に住んでいます。これらには、空洞の底にある白い微生物のマットを食べる多毛類の虫（パラルビネラ）が含まれます。

また、サンドワーム科のサンドワーム（Nereis sandersi）などの捕食動物も存在します。軟体動物もここで生息している。研究者たちは腹足類や半固着性の巻貝（Neomphalus fretterae）を発見した。

岩の下に生息する他の生物

（画像出典：文学）

これらの動物は、食物連鎖の下位から上位まで対応する種とともに完全な生態系を形成します。彼らは固定された状態で生活するか、自由に泳ぎ回ります。この未知の場所で、彼らは何万年、あるいは何億年もの間生き、増殖してきたのかもしれません。

「ダンジョン」の秘密

最初の驚きの後、科学者たちはさらに考え始めた。これらの生物はどのようにして「地下都市」で生き延びているのだろうか？

測定を通じて、科学者たちは、これらの地下空洞の環境が実際には海底表面の熱水域と非常に似ていることを発見しました。温度は約18℃に保たれ、pH値は約6.1で、硫化物が豊富で、酸素も十分です。このような環境は、海底の生物が地下で成長するための自然な条件を提供します。

実際、海底と岩の下の生態系はつながって一体化しているようで、それが巨大なチューブワームによく反映されています。地下空間では、チューブワームは岩の割れ目から海底に向かって上向きに成長したり、空洞の上部から垂れ下がって周囲の水から栄養分を得たりします。彼らの生活様式は海底のチューブワームと似ており、共生細菌を使って海水中の硫化物を分解し、エネルギーを得ています。

興味深いのは、彼らがどのように繁殖するかです。科学者たちは、チューブワームの幼虫はこれまで考えられていたように海水中を漂うのではなく、冷たい海水とともに地殻に浸透し、熱水系を通って地下空間を移動し、その後他の亀裂から噴出する可能性があることを発見した。岩の下のこれらの空洞や割れ目は、幼虫が住み着くのに適した場所であればどこでも利用して到達できる、広大な「地下鉄システム」のようなものです。

科学者たちは、海底の表面生態系と岩の空洞内の生態系の関係について推測している。巨大チューブワームの幼虫は地下の「輸送システム」を通じて移動する可能性がある

（画像出典：文学）

生命はどこにでもある

この発見が人類に与えた衝撃を一言でまとめるとすれば、「生命はどこにでもある」ということだろう。かつて、深海は「生命の砂漠」だと考えられていましたが、海底熱水噴出孔生態系の発見により、この見方は覆されました。

それ以来、岩の下に巨大な生命が存在することは不可能だと思われてきたが、この研究によって再び人々の思い込みが打ち砕かれた。この発見の重要性は、生命がこのような極端な環境に適応できるのであれば、同様の環境で生命を育むことは可能かどうかということです。

太陽系内にも同様の環境が存在し、その 1 つが木星の衛星であるエウロパ (別名エウロパ) です。この衛星は月よりわずかに小さく、地球に似た鉄ニッケル核とケイ酸塩殻を持っている可能性があります。最も重要なのは、その地殻が水と氷で構成されていることだ。数百キロメートルの厚さの氷の層の下には、液体の海が隠されている可能性がある。

科学者たちは、エウロパの海には地球の深海熱水噴出孔に似た環境があると推測しており、今日の研究は他の惑星に生命が存在する可能性を垣間見せてくれる。もし太陽系内に地球外生命体が存在するとしても、その生命は太陽光によって維持されている可能性は低い。

エウロパの画像、その内部構造、そしてエウロパの海にある可能性のある熱水噴出孔の想像図。

(画像提供: NASA、ケルビンソン)

さらに、この研究は生命の起源についての新たな考えも呼び起こしました。熱水噴出孔は、地球上の初期の生命誕生の可能性のある場所の一つであると長い間考えられてきました。現在、ここには単純な微生物だけでなく、はるかに複雑な細胞を持つ大型生物も存在することがわかりました。おそらく、地球上の生命の「ゆりかご時代」は、地下で「秘密裏に」行われていたのでしょう。

さて、おそらくこの記事の冒頭の質問に答えることができるでしょう。人間は度重なる「征服」から傲慢さを学んできたが、自然もまた私たちに謙虚さを絶えず教えてきた。深海の岩石の下の生命は私たちにこう告げています。「この惑星とそこに生息する生命について十分に知っていると思い込まないでください。」

（注：本文中のラテン語部分は斜体で表記してください）

参考文献:

[1]Bright、M.、Gollner、S.、de Oliveira、AL 他。深海の熱水噴出孔の浅い海底下の地殻に生息する動物。 Nat Commun 15、8466（2024）。

[2]ガルシア、マリア・コリンほか。 「熱水噴出孔と前生物化学：レビュー」 （2016年）。

[3]http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/

[4] ピーター・ロンズデール「海洋拡散中心の深海熱水噴出孔付近における懸濁物摂食マクロベントスの集積」、Deep Sea Research、第24巻、第9号、(1977年)。