大西雄二 生态学研究センター日本学術振興会特別研究員（PD）、木庭啓介 同教授は、岡部聡 北海道大学教授、小林香苗 海洋研究開発機構特任研究員らと共同で、嫌気性アンモニア酸化（アナモックス）反応における酸素同位体分別（18ε）を求めることに世界で初めて成功しました。
海洋の窒素循环は、地球环境の维持に不可なサイクルであり、その仕组みを正确に理解することにより、気候変动対策や生态系の保全に大きく寄与することができます。しかし、その中で重要な役割を果たす嫌気性アンモニア酸化（アナモックス）による窒素除去のプロセスについては、まだ未解明な点が多く残されています。特に、アナモックスの酸素同位体分别（18ε）は、反応が复雑であるためこれまで全く研究が行われていませんでした。本研究では、海洋性アナモックス细菌 Ca. Scalindua sp.（以下「Scalindua」）の高度に集积した培养液を用いて、アナモックス反応の酸素同位体分别（18ε）（（1）狈翱2?から狈2への変换（18ε狈翱2?→狈2）、（2）狈翱2?から狈O3?への酸化（18ε狈翱2?→狈O3?）、（3）狈翱2?酸化时の水由来の酸素（翱）の取り込み（18ε贬2翱））の测定に世界で初めて成功しました。さらに、Scalindua は、亜硝酸（狈翱2?）と水（贬2翱）の间での酸素同位体交换を、従来の非生物的な交换速度の约8?12倍の速さで促进することが确认されました。その结果、狈翱2?中の翱原子の约34％が、硝酸（狈翱3?）へ酸化される前に贬2翱と交换され、さらに、狈翱3?への酸化过程で1个の翱原子が贬2Oから狈O2?に取り込まれることが确认されました。この反応により、亜硝酸酸化によって生成される狈翱3?の酸素同位体比（δ18ONO3?）が、周囲の水の酸素同位体比（δ18OH2O）に急速に近づく现象が明らかになりました。
既往の研究では、好気的な硝化反応（酸素存在下でアンモニアが硝酸に酸化される反応）によって生成される硝酸（狈翱3?）の酸素同位体比（δ18ONO3?）は、亜硝酸（狈翱2?）と水（贬2翱）の间の酸素同位体交换や、分子状酸素（翱2）や水からの酸素の取り込みによる同位体効果により、周囲の水の酸素同位体比に近づくことが知られていました。今回の研究成果では、これに加えて、無酸素（嫌気）環境下において、アナモックス細菌により亜硝酸が硝酸へ酸化される際も、同様の現象が起こることが確認されました。この結果は、海洋の窒素の損失量を評価するための地球化学的指標である δ18ONO3? や δ18ONO2? が水の酸素同位体比によって书き换えられ、アナモックスや脱窒の酸素同位体シグナルが消失する可能性があることを示しています。そのため、海洋の窒素循环を评価する际には、これらの指标の変动を慎重に分析する必要があります。
本研究成果は、2025年6月2日に、国際学術誌「The ISME Journal」にオンライン掲載されました。
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【书誌情报】
Kanae Kobayashi, Kazuya Nishina, Keitaro Fukushima, Yuji Onishi, Akiko Makabe, Mamoru Oshiki, Keisuke Koba, Satoshi Okabe (2025). Oxygen isotope fractionation during anaerobic ammonium oxidation by the marine representative Candidatus Scalindua sp.. The ISME Journal, 19, 1, wraf115.
