鉄-日本地球化学会.PDF

放射光源X 線吸収分光法による分子スケールスペシエーションを 2C01 駆使した微生物－鉄－鉱物（岩石）相互作用研究 ○光延 聖（静岡県立大学） 鉄は、地球表層に豊富に存在する元素であり、ほぼすべての生物にとって不可欠な金属で ある。海洋地殻などの岩石圏や堆積物、土壌にも多くの鉄が含まれており、それらの環境に生 息する微生物は、鉄をエネルギーや生体成分として利用し、結果として微生物活動は地球上 での鉄循環の一翼を担ってきた。また、鉄酸化微生物によって生成される鉄バイオミネラルは、 その巨大な表面積と強い表面電荷に起因して、鉄以外の元素や有機物の環境動態へ大きな 影響を与えている。 演者はこれまで主に放射光源X 線分析法による化学状態分析（スペシエーション）を利用し て、地球表層での微生物－鉄－鉱物相互作用を解き明かす研究を進めてきた。とくにX 線吸 収微細構造法（XAFS 法）は、原子・分子スケールで化学状態（価数、配位環境、鉱物種）を非 破壊かつ元素選択的に調べられるため、微生物由来に限らず固相中で起きる鉄の化学反応 過程を動力学的かつ速度論的に議論するのに有効な手法である。また、近年では集光した X 線を利用して、μm からnm レベルの高い空間分解能で化学状態を調べられる最先端のX 線 顕微鏡装置が放射光施設に設置され、微生物のシングルセル（1 細胞）レベルでの化学種決 定まで技術的には可能となっている。講演では、演者が最近進めている以下の研究や研究動 向を紹介しながら、微生物－鉄－鉱物相互作用研究における分子スケールスペシエーション の有効性と今後の方向性について議論する。 (1) 鉄酸化細菌によるバイオミネラリゼーション研究 高空間分解XAFS 法（μXAFS 法）と細胞可視化技術である蛍光in situ ハイブリダイ ゼーション法（FISH 法）を組み合わせ、環境試料中の特定の微生物反応を高い空間分 解能（1 μm）で直接観察する手法を開発した。本手法を堆積物中でのバイオミネラル生 成に応用し、鉄酸化細菌が生成した水酸化鉄鉱物は、2 次元的な結晶構造を有し、無機 合成物にはないユニークな特徴を示すことを明らかにした（Mitsunobu et al., 2012） (2) 鉄酸化細菌によるバイオリーチング研究 軽元素の化学種決定に特化した走査型透過X 線顕微鏡（STXM）を新たに応用するこ とで、微生物1 細胞レベルの空間分解能（約50 nm）で元素化学種を分析する手法を確 立し、鉄酸化菌によるパイライト溶解機構の解明に応用した。その結果、鉄酸化菌が鉱 物付着面で金属錯生成能を有する細胞外有機物（酸性多糖）を大量産生し、鉱物溶解を 促進させるという生物触媒作用（Bio-catalysis ）機構を分光学的に明らかにした （Mitsunobu et al., 2015; submitted）。 Study on the microbe-iron-mineral interaction by synchrotron-based chemical speciation techniques. *S. Mitsunobu (University of Shizuoka) – 130 – 2C02 1,2 2,1 1 1 1 2,1 2,1 1 3 4 1 1 2 3 4 JAMSTEC