The Fe(III)-dependent anaerobic methane-oxidizing activity in a deep underground borehole demonstrated by in-situ pressure groundwater incubation

高圧培養による陸域地下深部におけるFe(III)依存性嫌気的メタン酸化代謝の解明

西村 大樹*; 幸塚 麻里子*; 福田 朱里*; 石村 豊穂*; 天野 由記   ; 別部 光里*; 宮川 和也   ; 鈴木 庸平*

Nishimura, Hiroki*; Kozuka, Mariko*; Fukuda, Akari*; Ishimura, Toyoho*; Amano, Yuki; Beppu, Hikari*; Miyakawa, Kazuya; Suzuki, Yohei*

地下深部の地下水は、微生物活動などにより酸素が消費され、一般に還元性になっている。幌延の深部地下水では、微生物活動による二酸化炭素還元反応により強還元雰囲気が維持されている。一方で、幌延深地層研究センター地下研究施設の一部のボーリング孔では、嫌気的環境にも関わらずメタン酸化機能を持つ微生物の存在が明らかにされている。局所的ではあるものの、地下深部の強還元雰囲気において進行する酸化反応機構の解明を目的として、本研究では、原位置の水質・水圧を模擬し、この嫌気的メタン酸化微生物の培養を行った。その結果、地下水中の懸濁物に含まれる非晶質鉄あるいは2八面体型スメクタイトに含まれる3価鉄が酸化剤として機能していることが分かった。このような酸化剤が地下深部に存在する要因の一つとして、ボーリングの掘削泥水などの掘削に伴う人為的影響が挙げられる。高レベル放射性廃棄物の地層処分において閉鎖後の処分場坑道周辺の酸化性環境は、周辺母岩中の鉱物との反応等により本来の還元性に戻ると考えられている。本研究で得られた知見は、この処分場閉鎖後の回復過程についてより正確な理解に繋がる成果である。

The family Methanoperedenaceae archaea mediate anaerobic oxidation of methane (AOM). We newly developed a high-pressure laboratory incubation system and investigated groundwater from 214- and 249-m deep boreholes at Horonobe Underground Research Laboratory, Japan, where the high and low abundances of Methanoperedenaceae archaea have been revealed, respectively. We incubated the samples amended with or without amorphous Fe(III) and C-labelled methane at an in-situ pressure of 1.6 MPa. After three to seven-day incubation, AOM activities were not detected from the 249-m sample but from the 214-m sample. The AOM rates were 93.740.6 and 27.737.5 nM/day with and without Fe(III) amendment. Suspended particulates were not visible in the 249-m sample on the filter, while they were abundant and contained amorphous Fe(III) and Fe(III)-bearing phyllosilicates in the 214-m sample. This supports the in-situ activity of Fe(III)-dependent AOM in the deep subsurface borehole.