米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、日本地质调查所首席研究员片山康树、研究组组长吉冈秀吉、首席研究员金子正树、客座研究员坂田正、首席研究员高桥宏是日本石油天然气金属国家公司、国家研究开发机构。与国家量子科学技术研究所合作，甲烷水合物（以下简称“MH”）产甲烷菌并阐明了这些细菌的特性。同时，明确了从沉积物表面到MH富集区的甲烷生产潜力的深度剖面，并通过实验证明了产甲烷菌的生长温度是甲烷生产潜力的重要因素。由于南海海槽埋藏的甲烷被认为是由微生物活动产生的甲烷产生的，这项研究的发现通过阐明深海海底可能发生的微生物甲烷产生过程的一些条件，使我们更接近于阐明甲烷形成过程。此结果于2022年2月2日（英国时间）公布，ISME 期刊发表在杂志上。
生活在南海海槽海底沉积物中的各种产甲烷菌的荧光显微照片
培养时间长达 5 年。当产甲烷菌的细胞暴露在紫外线下时，它们会发出荧光。白色比例尺的长度为 10 µm。
天然气的主要成分是甲烷，燃烧时不会产生导致酸雨的硫氧化物，而且与石油和煤炭相比，其排放的导致空气污染的氮氧化物和导致全球变暖的二氧化碳也更少，因此作为清洁化石燃料的需求不断增加。目前，日本95%以上的天然气是通过从海外进口液化天然气（LNG）获得的，因此在日本附近海底发现的MH有望成为国内天然气资源。其中许多被认为是由生活在海底的微生物的活动产生的。然而，对于在 MH 存在的深海沉积物中活跃的产甲烷微生物（通常称为产甲烷菌）的类型和性质，人们知之甚少。了解海底微生物产生甲烷并导致 MH 形成的一系列过程将有助于更准确的资源评估和勘探。
AIST参与甲烷水合物资源开发研究联盟（MH21），负责研究和开发以实现甲烷水合物的商业化生产。目前，该联合体已在南海海槽东部进行了研究，该区域已被用作示范区，并显示出大规模开发的潜力。砂层型MH的集中区已被发现。开展钻探调查，明确该区煤层分布及储层物性，获取煤层形成及资源评价等基础数据。产业技术研究院利用从南海海槽东部第2号厚海山约1000米深处挖掘采集的海底沉积物岩心样本（图1）进行了微生物学研究。
本研究以经济产业省委托的甲烷水合物研究开发项目的成果为基础。这项研究的一部分还得到了文部科学省的科学研究补助金（JP15H05332、JP17K15183、JP18H05295、JP19H04261）的支持。
这次是关于南海海槽东部的岩芯沉积物样本无线电追踪方法，我们研究了从海底表面到MH富集区的沉积深度和微生物可以产生多少甲烷。经过约5年的培养实验，他们成功获得了共10株（7属、8种）产甲烷菌。迄今为止，根据气体同位素比分析，MH 被认为源自产甲烷菌产生的甲烷。然而，几乎没有证据表明海底沉积物中存在含有 MH 的活产甲烷菌。这一发现表明，甲烷产生细菌的系统发育和代谢功能比以前认为的更加多样化，存在于 MH 沉积物中（图 2）。获得的一些产甲烷菌是该地点深海海底沉积物环境中占主导地位的产甲烷菌种类。
当我们研究该优势菌株的温度特性时，我们发现它能够在获得真菌的沉积物样品的 4℃ 至 15℃ 的原位温度范围内产生甲烷。此外，在 45°C 以上时观察到甲烷生产率快速下降（图 3）。该产甲烷临界温度与目前报道的南海海槽微生物产甲烷潜力深度剖面一致，培养实验阐明了沉积物深度（温度）与微生物产甲烷能力之间的关系，是海底甲烷生成过程建模的核心问题。
除了从海底沉积物中的氢气和二氧化碳产生甲烷的途径之外，结果表明，除了该途径之外，之前被忽视的从甲醇产生甲烷的途径也很重要。该路径将被定位为未来新的研究目标，以更准确地评估甲烷生产潜力。
图1 南海海槽中MH的估计分布
强烈暗示可能存在 MH 浓度区的区域以红色显示，其他区域以蓝色显示。黑色圆圈是本次研究的研究区域中的第二个Atsumi Knoll。
图 2 培养产甲烷菌沉积物的系统发育分布、底物（食物）可用性和优势。
（左图）基于核糖体RNA基因序列的系统发育树
从含有 MH 的海底沉积物中培养的已知产甲烷菌以红色显示，本研究中培养的产甲烷菌以蓝色显示，其他产甲烷菌以黑色显示。系统发育树上的颜色编码表示每个菌株的底物利用率。到目前为止，只有两种从含 MH 的沉积物中培养的产甲烷细菌能够利用氢气产生甲烷，但我们新发现了一些产甲烷细菌，它们与这些细菌在系统上不同，除了氢气之外还使用乙酸和甲醇。
（右图）沉积物中培养产甲烷菌优势深度分布
当我们直接分析沉积物样本的基因序列时，我们检测到了与左图所示的 25XMc2 菌株、1H1Hc7 菌株和 MSS35 菌株相同的基因序列。其中，1H1Hc7菌株（蓝色）和25XMc2菌株（绿色）在不同深度的沉积物中检测到率很高，表明它们是主要的产甲烷菌。
图3 主要栖息地的产甲烷菌1H1Hc7 菌株和25XMc2 菌株的甲烷生产率的温度分布
未来，我们将根据产甲烷菌株培养实验的结果，建立海底沉积物中甲烷产生过程的精确模型，并基于模拟模型评估甲烷在海底环境中如何积累形成MH。明确微生物成因的形成条件，有利于微生物成因天然气资源的勘探和资源量评价。
已出版的杂志：ISME 期刊
论文标题：培养和生物地球化学分析揭示了生物天然气水合物地点深层海底沉积物中产甲烷作用的见解
作者：Taiki Katayama、Hideyoshi Yoshioka、Masanori Kaneko、Miki Amo、Tetsuya Fujii、Hiroshi A Takahashi、Satoshi Yoshida 和 Susumu Sakata