国家研究开发机构、日本海洋地球科学技术机构（理事长：Kore Matsunaga，以下简称“JAMSTEC”）超先进研究开发部高知核心研究所全球微生物研究小组高级研究员 Yuki Morono 及其同事正在与美国罗德岛大学、高知国立先进产业技术研究所合作大学和日本海洋工作有限公司。我们通过实验室培养成功地复活了从地球收集的古代地质样本（430万至1015亿年前）中存在的微生物，并揭示了地质地层中的微生物不是生命的化石遗迹，而是存活下来的。
海洋覆盖了地球表面积的70%，其下方是一层积有海洋雪（浮游生物排泄物、尸体等）和灰尘的地层。在由细小颗粒组成的海底基质中，即使是微生物等微小生物也无法在沉积物中移动，人们认为自地层形成时起微生物就被捕获。
本研究中的南太平洋全球区域（南太平洋环流，以下简称“SPG”。*1，图1）我们将作为食物的沉积物（水深3,740m至5,695m）浸泡在沉积物中。如果微生物是活的，它们应该吸收（吃掉）你给它们的食物。当培养21天到一年半（图2、3、4）时，发现1015亿年前沉积的地质样本中高达991%的微生物开始摄食和增殖，这表明大多数微生物自古白垩纪沉积以来，已经在地质地层中生存了1亿多年。另外，在含有少量氧气的环境中培养时，微生物得以复活，但在无氧培养时，没有观察到微生物的显着生长。换句话说，氧气深入地质构造的开放海洋沉积环境（2015 年 3 月 17 日报道)表明，只有需要氧气才能生长的需氧微生物才能在地质时期中存活下来，同时保持其生物活性。
此外，这项研究综合国际深海钻探计划(IODP，*2) 在第 329 次“环南太平洋生命探索”考察期间收集核心样本(*3) 完成的。这项研究的一部分得到了日本学术振兴会科学研究补助金 JP24687004、JP26251041、JP15H05608、JP15K14907、JP17H03956、JP19H00730、JP19H05503 以及先进和下一代研究开发支持计划的支持（GR102）。
这一成果发表在英国科学杂志《自然通讯''将于7月28日（日本时间7月29日0:00）发布。
论文标题：好氧微生物在含氧海洋沉积物中持续存在长达 1015 亿年
（在氧化性海洋沉积物中存活了 1015 亿年的需氧微生物）
作者名：诸野由纪1·伊藤元雄1·星野龙彦1·寺田武2·堀智之3·池原稔4·史蒂文·德洪特5·稻垣文雄1
隶属机构：1 日本海洋地球科学技术机构、2 日本海洋工作有限公司、3 米乐m6官方网站、4 高知大学、5 罗德岛大学
1015 亿年前海底复活的微生物
海洋占据地球表面积的70%，其下方是洋底、洋底，洋底以下的地质环境约为29×1029细胞微生物 (※4)居住的“海底生物圈”的存在已被揭示。众所周知，海底微生物在靠近陆地、含有大量生物遗骸等有机物的海底环境中高密度生活，人们对其在地球元素循环中的作用进行了积极的研究，不仅在海洋雪等有机物的分解中，而且在天然气和甲烷水合物等海底碳氢化合物资源的形成过程中。
同时，远离陆地开阔的海洋(*5)中，由于矿物质供应不足等原因，海水中浮游植物减少，沉积物中的有机质减少。为了探索这些开放海域的海底生命，从 2010 年 10 月到 12 月，我们对地球上最表层的海水进行了研究。基本生产IODP第329次科考“环南太平洋生命探索”在以面积小（*6）和透明度最高的海域而闻名的SPG进行。2010 年 10 月 8 日报道10939_112002015 年 3 月 17 日报道）。
SPG 的海底沉积物地层位于岩石地层的更深处（在水流经的裂缝中观察到高浓度的微生物[2020 年 4 月 3 日报告]）是由远洋粘土构成的致密地质构造，由微生物大小的细颗粒组成。在这样的环境下，即使是微生物等小型生物也很难在地层中移动或被水流带走，并且认为地层形成时存在的微生物仍被捕获。在“肥大生物圈”的研究中，我们测量了微生物的数量，并根据沉积物中氧气浓度的变化来估计海底下层中微生物的呼吸速率，换句话说，就地测量。然而，目前还无法调查检测到的微生物是否仍然是活的生物体、死亡后的化石遗骸，或者它们是部分还是全部，并且被认为被困在古代地层中的微生物的生存状态仍然未知。
图 1：获取研究样本的海洋沉积物挖掘现场。蓝色：氧气可能从海底表面到达玄武岩的范围。浅蓝色：估计氧气从海底表面到达玄武岩的范围。黑点是 SPG 区域外的钻探地点。
在这项研究中，作为确认沉积地层中存在的微生物生存状态的方法，我们将食物物质渗透到沉积物中（图2）并检测到微生物将其吃掉（摄入/代谢）。为了检测食物物质（葡萄糖、乙酸、丙酮酸、碳酸氢盐、氨）的吸收，构成每个物质的碳和氮原子都很重稳定同位素（※7、13C，15N)代替的“重食”，使用了超高空间分辨率二次离子质谱仪（*8，NanoSIMS）并测量了摄取量（图3和4）。
图 2：沉积物培养。将核心样品放入密闭玻璃容器中，从上方浸入含有食品物质的溶液中进行培养（左）。右图为船上冷藏库内培养样本的制备。
图3：分析样品的制备方案。海底下的地质样品仅含有少量微生物细胞，而周围的泥浆颗粒占绝大多数，因此必须去除微生物细胞进行分析。首先，将含有微生物细胞的泥水置于由多层比水密度更大的溶液组成的重液体的顶部。密集的泥浆颗粒下沉，而小的微生物则漂浮到表面并被收集。然后，通过使用一种称为细胞分选仪的设备进一步分离细胞，就可以在约02毫米的面积内收集许多细胞。通过使用 NanoSIMS 对其进行分析，可以确定微生物是否摄入了食物。
图4：培养后的微生物观察图像。 A、b、c和d供给碳酸氢盐和氨，e、f、g和h供给氨基酸混合物。 a、e 是 DNA 染色的荧光显微镜图像，b、f 是碳目标，c、g 是针对氮的 NanoSIMS 图像，明亮的颜色表示已吃掉（吸收）所提供的食物的微生物。 d和h分别显示二次电子图像。吸收的碳酸氢盐不多，吸收了一些氨。氨基酸同时含有碳和氮，并且被非常活跃地吸收。
颜色条b、c、f和g显示吸收程度，数字表示吸收百分比（如果吸收了与细胞中原来相同数量的碳，则为1），越接近黄色吸收越多。
白条为 5/1000 毫米
根据“肥大生物圈”的研究结果，我们预测即使微生物存在，也处于生死边缘，不会轻易复活。然而，当我们实际测量细胞时，我们发现，在培养的第21天，食物已经融入到细胞中，包括来自1亿年前形成的地质构造的样本，而在第68天，许多细胞已经增殖到最初低细胞浓度的10,000倍以上（每平方厘米大约有100到1,000个细胞，与大陆沿海相比还不到1/100,000）沉积物），细胞分裂的平均天数约为 5 天（图 5）。这与下北半岛八户海岸附近的海底微生物相似，之前也曾在那里进行过类似的测量。2011 年 10 月 11 日报道) 平均快 5 倍。这是一个出乎意料的结果，因为我们认为下北半岛近海的海底区域靠近陆地，地层内有机质丰富，微生物活性比SPG海底区域要多。
图 5：显示微生物生长的图表。所有样品中添加食物后微生物数量均增加。细胞浓度表示每立方厘米样品中的细胞数量。灰色框表示样本采集位置（用 U 后面的四位数字表示）、距海底的距离（深度）以及地层形成的年份。
此外，根据摄取食物的微生物比例和增殖速度，我们计算了原始沉积物中存在的“仍然存活的微生物生命”的比例，发现平均为77%，在1015亿年前（白垩纪）形成的地层中最高为991%。被认为“濒临生死”、在古白垩纪沉积后一亿多年被困在营养极度贫乏的环境中的微生物，99%以上仍然活着，简直令人惊讶。另一方面，人们发现，所提供的食物不仅被微生物用作营养物质，而且还被微生物利用。复活的微生物还利用了核心样品中浓度极低的有机物作为营养物质，因此发现即使给予不同的食物，复活的微生物的种类通常也不会发生变化。
此外，在不加氧的情况下培养时，微生物几乎不摄取食物，也没有观察到细胞增殖的迹象。众所周知，海底地层中有许多在缺氧条件下活跃增殖的厌氧微生物，但在像SPG地区这样氧气深入地层的地层中，只有即使在低氧地区也需要氧气生长的需氧微生物，能够在永恒的地质年代中存活下来，同时保持其生物活性。
这些微生物是如何在营养极低的环境中生存一亿年的？当我们进行DNA分析时，我们发现几乎没有休眠的微生物物种，例如众所周知的微生物的长期生存形式孢子。
参考：船上样本采集（上图）和获得的岩心样本（下图）。
整个海洋的 9% 到 37% 是开阔的海洋环境，氧气渗透到海底和基岩层的底部。这些环境中存在的微生物不仅无法活动，而且处于匮乏状态，缺乏足够的营养，其生命活动极低，利用氧气的呼吸作用几乎不存在。这项研究表明，这些处于“生死边缘”的微生物，即使被困在古老的地质环境中一亿年，仍然存活下来。我认为生命活动可能已经减少到了极限，但如果是这样的话，伴随着生命活动发生的进化可能会以与地球上生命不同的速度发生。虽然本次研究中进行的DNA分析还没有足够的分辨率，但今后我们希望对本次研究中表现出增殖的微生物以及作为生长源头的核心样本中的微生物进行详细的分析，并希望对微生物能够长期生存的生存能力及其进化进行新的研究。