新しい生体エネルギーモデルが深海ハマグリとその硫黄酸化共生細菌の代謝を描き出す

太陽のない深海での生存

太陽光が届かない深海の暗い海底で、いくつかのハマグリは細菌との驚くべき共生関係によって生き延びています。本研究は、深海ハマグリ種Christineconcha regabとその鰓内に住む微生物がどのようにエネルギーを分配・交換しているかを探ります。両者の関係を詳細な数理モデルで構築することで、著者らはハマグリが安定した食料供給を維持し、化学物質に富む流体が海底から漏れ出すコールドシープの過酷で変動する環境に対処する仕組みを示します。

ハマグリの内部にある隠れた“農場”

C. regabは大西洋の深海底に生息し、メタンや硫化物が堆積物から噴出する斑状の集落で見られます。他の「化学合成」動物と同様に、この種は主にプランクトンや植物に依存しているわけではありません。代わりに、肥大した鰓は密な硫黄酸化細菌群集を抱え、硫化水素に含まれる化学エネルギーを有機物に変換します。ハマグリは足で泥から硫化物を取り込み、鰓を介して海水から酸素と二酸化炭素を取り入れます。見返りに、細菌は宿主の組織内で増殖し、ハマグリが一部を消化することで宿主に栄養を供給する、事実上の内部農場を形成します。

二者のエネルギー収支を構築する

この共生関係で誰が何をしているかを解きほぐすため、研究者たちは二つの「動的エネルギー予算（DEB）」モデルを開発しました。これらのモデルはハマグリを生きたエネルギー会計士と見なし、食物がどのように取り込まれ、変換され、成長や繁殖に使われ、熱や廃棄物として失われるかを追跡します。最初のより従来型のモデルはハマグリと微生物を一つのブラックボックスとして扱いました。二つ目の革新的な「飼育（farming）」モデルは宿主と細菌を個別に記述し、硫化物上での細菌の増殖、酸素や栄養素の利用、そしてそのバイオマスが宿主に食べられる過程を明示的に表しました。複数の深海サイトから得られた現地および実験室の測定値を用いて両モデルを調整し、観察された成長率、殻のサイズ、繁殖、化学輸送量をどの程度再現できるかを比較しました。

意外な安定摂食戦略

飼育モデルは予想外の摂食戦略を明らかにしました。食物が多いときに自らの摂取量を最大化するのではなく、ハマグリは低く安定した摂取量を維持しているように見えます。硫化物が乏しいとモデルは鰓内の細菌バイオマスが増大すると予測し、結果として共生体全体による硫化物利用量と宿主への食料供給が概ね一定に保たれます。実質的に、ハマグリの内部“群”は外部環境の変動を緩衝するために増減し、宿主が安定した速度で給餌を続けられるようにします。著者らはこれを新しい種類のホメオスタシス（恒常性）として解釈しています。すなわちハマグリは摂食速度を変えるのではなく、維持する共生体の数を調整しているのです。

酸素を誰が消費し、エネルギーはどこへ行くのか

飼育モデルにより、炭素、窒素、硫黄、酸素がハマグリと細菌のどちらによってどれだけ使われているかを分離して評価できました。典型的なコールドシープ条件下の成体ハマグリでは、細菌が共同体全体で使われる酸素の約99％を消費すると予測されました。ハマグリが同化する化学物質の大部分は「維持費」（細胞とイオンバランスの維持）に充てられ、新しい組織や繁殖を支える割合は小さくなります。対照的に、細菌は摂取した化学物質のより大きな割合を成長に投資し、最終的にそれが宿主への食料になります。モデルの成長率や多くの化学収率の推定値は、入手可能な測定値や関連種の既知の値と一致しており、主要な結論に信頼を与えています。

なぜこの深海の共生が重要か

両パートナーを明示的にモデル化することで、本研究はハマグリ–細菌の連合が調節された二種のエンジンとして機能することを示しています。ハマグリは化学物質と空間を供給して共生体を支え、細菌は環境中の硫化物変動を緩和し酸素需要の大部分を担いながら、ゆっくりだが確実な食料供給を宿主に与えます。これによりC. regabが化学エネルギーだけで駆動される不安定で低光の生息地で何年も繁栄できる理由が説明されます。この新しいモデルは、流体の流れ、酸素供給、堆積物化学が変化した場合に、こうした深海コミュニティが自然変動や人為的影響にどう応答するかを探る枠組みを提供します。

引用: Vandenberghe, M., Marques, G.M., Andersen, A.C. et al. A novel bioenergetic model outlines the metabolism of a deep-sea clam and that of its sulfur-oxidizing symbionts. Sci Rep 16, 14383 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41176-0

キーワード: 深海化学合成, 共生ハマグリ, 硫黄酸化細菌, エネルギー収支モデリング, コールドシープ生態系