中央ピレネー山地のDevaux氷洞における山岳永久凍土中の微生物群集と生体鉱化の可能性

消えゆく世界の隠れた生命

中央ピレネーの高地に位置するあまり知られていない氷洞「Devaux」は、気候変動により静かに縮小しています。この凍った洞窟内部では、何千年にもわたる可能性のある氷中に生息する豊かな微生物群集が発見されました。これらの微小な住人は恒常的な低温と暗闇の中で生き延びるだけでなく、過去の気候を記録する繊細な鉱物構造を生成する手助けをしている可能性があります。この隠れた生態系の仕組みを理解することは、山岳永久凍土の将来を知る手がかりを与え、他の過酷な環境での生命のあり方を示唆し、微生物を技術に応用する新たな発想を生むことにもつながります。

三種類の氷がある洞窟

Devaux洞は、年間を通じて空気温度がほぼ氷点付近で推移する標高の直下にあります。洞内は明確に区分されたゾーンで構成されています：入口付近の流れる河水と滴下水、毎年融解と再凍結を繰り返す季節氷、そして年を越えて持続する深部の永久氷体です。研究者らはこれら三つの生息地—液体水、季節氷、長期にわたる氷—の全てを採取し、それぞれの化学性と生物群集を比較しました。水が凍結しているか液体であるかがサンプルを分ける主要因であり、特に炭素や主要イオン成分において、流れる河水や滴下水は氷とは化学的に異なっていました。これは洞窟内の各領域が生物にとって異なる環境を提供していることを裏付けます。

微生物に形作られた奇妙な鉱物

Devaux洞には、凍結の際に溶解成分が残り液体の小さなポケットに押し込まれることで形成される、いわゆる低温起源の洞窟炭酸塩類と呼ばれる一連の異常な鉱物が見られます。濃縮した塩水中で、方解石、霰石、バテライト、マグネシウムを多く含む炭酸カルシウム、ネスクホナイトなどが結晶化します。高分解能の電子顕微鏡で観察すると、球状や針状の炭酸塩構造が見られ、これらは他の洞窟で微生物の影響が示唆されている鉱物形状とよく似ています。微生物の粘性層や細胞表面は、特にわずかにアルカリ性でカルシウムやマグネシウムに富む条件下で、鉱物結晶が核生成して成長する足場として働き得ます。これらの観察は、Devauxの鉱物が単なる凍結作用の産物ではなく、生物学的な活動によっても形成されていることを示唆します。

冷暗所で繁栄する群集

この凍結生息地に誰が暮らしているかを解明するために、研究者らは細菌、古細菌、微小真核生物（菌類や藻類を含む）からの遺伝マーカーをシーケンスしました。9,000を超える異なる遺伝変異体が検出され、特にProteobacteria、Actinobacteria、Patescibacteriaといった、寒冷で栄養の乏しい環境で一般的に見られる細菌群が優勢でした。入口付近の液体水や季節氷には、時折日光にさらされることと一致してシアノバクテリアや緑藻など光を好む生物が多く含まれていました。対照的に、より深部の永久氷は暗闇や資源欠乏に適応した微生物が豊富で、複雑な有機物を分解できるLysobacterのような属が多く見られました。PenicilliumやCladosporiumのような菌類属も多く、一見わずかな有機物をリサイクルしていると考えられます。注目すべきは、真核生物の配列の半数以上が既知の生物に一致せず、まだ記述されていない「微生物ダークマター」が大きく存在することを示している点です。

鉱物を作る代謝トリック

種の目録作成にとどまらず、チームは標的遺伝子調査と全メタゲノム解析の両方を用いて、これらの微生物が何をしている可能性があるかを推測しました。永久氷中では、炭素固定、発酵、メタン代謝、窒素および硫黄の循環に関連する遺伝子が見つかり、これらは洞窟内部の隠れた化学反応の重要な一部を担います。特に、鉱物形成を促進することが知られる酵素の遺伝子が同定されました：局所的にpHを上昇させるウレアーゼやアンモニアリアーゼ、二酸化炭素を炭酸イオンに変換する反応を促進する炭酸脱水酵素です。また、硝酸や硫酸の還元経路も検出され、これらは水の化学性を変えて炭酸塩や硫酸塩鉱物の沈殿を促進し得ます。これらの遺伝子の存在は量的には多くないため直接的な活性は測定されていませんが、顕微鏡下で観察された鉱物形態と合わせて、Devauxの微生物が長期にわたり微生物誘起性の鉱物沈殿を駆動しているという考えを強く支持します。

これらの凍った微生物が重要な理由

Devaux洞は、一見生命がなさそうな山氷の塊でさえ、複雑な微生物群集が生き残り周囲をわずかに変えることを示しています。流れる水、季節氷、古い永久氷という各生息地はそれぞれ固有の生物と化学条件を抱え、どの鉱物がどのように形成・成長するかに影響を与えます。専門外の人にとっての要点は、微生物が地下世界の静かな技術者として作用し、過去の条件を記録する鉱物の「指紋」を残しうるということです。永久凍土や氷洞が気候変動で縮小する中で、このような研究は気候史と生物多様性の消えゆく記録を捉えると同時に、同様の微生物—鉱物の連携が存在するかもしれない他の惑星や衛星の氷環境の類推例を提供します。

引用: Muñoz-Hisado, V., Bartolomé, M., Osácar, M.C. et al. Microbial communities and biomineralization potential within mountain permafrost of the Devaux ice cave in the Central Pyrenees. Sci Rep 16, 6232 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37305-4

キーワード: 氷洞, 微生物生命, 生体鉱化, 永久凍土, 低温起源鉱物