採掘予定海域の海底に広がる膨大なウイルス群
太平洋のクラリオン・クリッパートン海域の堆積物を調べた科学者らは、海底鉱物の採掘を目指す企業の強い関心を集めるこの海域で、1万1742種のウイルスを確認した。このうち1万1662種は、これまで記録されていなかった。新たに確認されたウイルスは全体の99％を超え、採掘によって攪乱されるおそれのある、生態系のほぼ未調査の一角が明らかになった。
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Nature Communicationsに掲載されたこの研究には、重慶大学のBowen Hou氏とLilan Zhang氏、中国の第二海洋研究所のDong Sung氏が参加した。研究チームは、ハワイとメキシコの間に位置し、水深が約6000メートルに達するこの海域から、2023年と2024年に採取された60点以上の堆積物試料を分析した。
ウイルスの大半は、海底で栄養素の再循環を助ける微生物のうち、細菌と古細菌という2つのグループに感染するよう適応しているとみられる。今回の発見が焦点を当てるのは、人間の健康に直接及ぶ脅威はほとんど見られない、遠隔地の生態系の仕組みだ。
研究者らが調査を進めるなか、2つの関連する課題が浮上している。採掘が海底の微生物群集をどう変えるのか、そして保護区が損なわれた生息地の回復に役立つのかという問題だ。別のコンピューターモデリング研究では、海域内の13カ所の保護区域の間で動物の幼生がほとんど移動しないことが示唆された。また、欧州の調査隊は、2021年の採掘機器試験が残した影響を調べている。
これらの調査は、解決の難しい保全上の課題を具体的な数値で示している。各国政府や企業が、生息地を取り除き周辺の堆積物を攪乱する活動を検討する一方で、科学者らは採掘区域に生息する生物の特定を続けている。
隠れたウイルスをどう見つけたのか
中国の研究チームは、2年間にわたる調査で採取した堆積物コアから、遺伝情報を担う分子であるDNAとRNAを抽出した。研究チームが用いたメタゲノム解析は、環境試料に混在する遺伝物質を読み取る手法で、生物を個別に実験室で培養する必要がない。
この手法により、科学者は少量の泥から、多数のウイルスの遺伝的痕跡を一度に探せる。既存の配列と比較することで、異なるウイルス群を特定し、どの生物に感染する可能性があるかも調べられる。
研究で確認されたタンパク質クラスターのうち、既存の世界的なデータベースに一致したのは約4％にとどまった。タンパク質は細胞やウイルス内のさまざまな働きを担い、研究者は似たタンパク質をまとめ、共通する機能や進化上の関係を探る。この一致率の低さは、深海の遺伝的多様性がほとんど記録されていないことを示している。
注目される2つの割合は、異なる測定値を表す。99％を超えるという数字は、これまで記録されていなかったウイルスの割合を指す。約4％は、タンパク質クラスターとデータベースの登録情報との一致率だ。どちらも、既存の科学的記録にほとんど反映されていないウイルス群の存在を示している。
海底でウイルスが果たす役割
細菌と古細菌は、深海の堆積物中で炭素、窒素、リン、硫黄、金属を循環させる化学反応を担う。太陽光の届かない場所では、こうした反応が地域の食物網を支え、物質が蓄積されるか放出されるかを左右する。
ウイルスは微生物の宿主に感染することで、こうしたプロセスに影響を及ぼす。一部のウイルスは補助代謝遺伝子を持ち、感染した細胞の栄養素の処理方法や周囲の環境への対応を変える遺伝情報を含んでいる。研究チームは、団塊が分布する海域のウイルスが、金属ストレスへの反応など、微生物の代謝に影響する可能性を示す遺伝的手がかりを見つけた。
こうした機能については、さらなる研究が必要だ。遺伝子配列は、どのような活動があり得るかを特定する手がかりになる。海底全域でその活動がどう機能するかを確かめるには、生きた生物群集を測定しなければならない。
研究者らはNature Communicationsで、調査の目的を次のように述べた。
将来の環境影響評価に向けた、微生物生態系の採掘前の重要な基準値
基準値とは、ある活動が始まる前の状態を記録したものだ。ここでは、今後の調査でウイルス群や宿主、そしてそれらが支える化学プロセスの変化を追跡するための出発点となる。
同じ海底に採掘業者が注目する理由
クラリオン・クリッパートン海域には、世界最大とされる多金属団塊の埋蔵域が広がる。団塊にはマンガン、ニッケル、コバルトなど、電子機器や電池を含む産業用途で求められる金属が含まれている。
ウイルス研究に付随する資料によると、国際海底機構は深海鉱物の探査契約を31件認可している。このうち17件はクラリオン・クリッパートン海域にあり、中国が5件を保有する。探査契約は鉱床や環境条件の調査を認めるもので、商業採掘には別途、規制上の手続きが必要となる。
団塊はまた、細かな泥に覆われた海底に硬い表面を提供している。動物が団塊に付着し、そうした動物の一部がほかの生物に隠れ場所を与える。そのため団塊を取り除くことは、鉱物資源だけでなく生息場所も失わせる。
採掘の影響を調べるSONNE号の航海で主任研究者を務める、GEOMARヘルムホルツ海洋研究センター・キールの生物地球化学者Matthias Haeckel氏は、団塊に生息する生物について次のように述べた。
通常、団塊1個につき、小さな生物が2〜3匹見つかります
団塊の成長速度は極めて遅い。Haeckel氏の調査隊の記録によると、成長は100万年で約1〜2ミリメートルにとどまる。速度は団塊の種類や場所によって異なるが、生息地の再形成には採掘事業の期間をはるかに超える、地質学的な時間が必要だ。
攪乱の影響は採掘機の走行跡を超えて広がる
採掘車両は団塊を取り除き、表層の堆積物をかき乱す。細かな粒子は水中に舞い上がり、漂流した後に再び沈み、採掘機のすぐ近く以外にいる生物も覆う可能性がある。団塊に付着した動物には、逃げる余地がほとんどない。
Haeckel氏は、沈降した堆積物がさまざまな動物に及ぼす影響について説明した。
自分で体をきれいにできる生物もいれば、できない生物もいます。水中から餌をこし取る生物も、影響を受ける可能性が非常に高いでしょう
ウイルス研究は、目に見える動物の下にある、もうひとつの攪乱の層を示している。堆積物が移動すれば、ウイルスと宿主の生息場所や互いに接触する機会、微生物群集が栄養素や金属を処理する方法が変わる可能性がある。著者らが引用した過去の攪乱実験では、団塊海域の堆積物に数十年にわたる影響が確認された。
研究チームは、部分的な回復につながる可能性のある要因も特定した。深層堆積物と表層堆積物の間で、ウイルス群と遺伝機能の一部が共有されていることだ。深層の群集が、攪乱後に表層の群集の一部を再形成する助けとなる可能性がある。その寄与の程度や、採掘がウイルスと宿主に及ぼす影響は、まだ分かっていない。
2021年の採掘試験現場に再び向かう
調査船SONNEのSO322航海は、ベルギー企業Global Sea Mineral Resourcesが2021年春に遠隔操作式採掘機を試験した、クラリオン・クリッパートン海域の地点を調べている。試験は水深4000メートルを超える場所で行われた。
機械は74時間にわたり約32キロメートルを移動し、5万4000平方メートルにわたって団塊を採取した。これは5.4ヘクタールに相当し、研究者が採掘機の走行跡と、試験の影響を受けた周辺の堆積物の双方を調べるのに十分な広さだ。
航海には、欧州7カ国の17機関から39人の研究者が参加している。装備には、遠隔操作型無人探査機KIEL 6000、自律型無人潜水機ABYSS、海底に設置する観測機器、堆積物採取装置が含まれる。調査は、2015年から採掘による影響の可能性を研究している「MiningImpact」プログラムの一環だ。
科学者らは、海底と水中の生息環境を調べ、堆積物のプルームによる影響がどれほど続くかを評価するほか、団塊が取り除かれた場所で人工の硬い表面が生物の再定着を支えられるかを調査する予定だ。
Haeckel氏は、残された生物の特定作業の規模について次のように述べた。
CCZの種の多くは極めて希少です。これまでに採取した種のおよそ90％は、まだ特定されておらず、名前も付いていません。今後どれほどの種が見つかるのかも、誰にも分かりません
この推定は調査隊の研究者が採取した種を対象とする。一方、ウイルス研究の99％という数字は、堆積物調査で新たに記録されたウイルスの割合だ。それぞれ、この海域で十分に記録されていない生物多様性の異なる側面を測っている。
保護区間の移動経路は限られる
Molly Kendall James氏らが主導し、Nature Ecology & Evolutionに掲載された研究は、クラリオン・クリッパートン海域にある13カ所の「特別環境保全対象区域」が、相互につながる保全ネットワークとして機能しているかを調べた。
海底動物の多くは、海流に運ばれる幼生の段階から一生を始める。幼生が保護区域の間を移動できれば、集団間で遺伝子がやりとりされ、別の場所に新たな個体を供給できる可能性がある。研究者らは海流データを使って移動をモデル化し、1回の計算につき6800万個以上の粒子をシミュレーションした。
粒子は海底近くを19日、35日、69日間漂う幼生を表す。シミュレーションは2019年と2023年の1月と7月を対象に行われた。最も長い期間でも、移動距離の中央値は100キロメートル未満にとどまった。保護区域間の距離は、およそ200〜800キロメートルある。
保護区間に想定される156通りの直接経路のうち、幼生の移動が確認されたのは5経路だけだった。ある保護区域から放出された幼生のうち、別の保護区域に到達したシミュレーション上の個体は0.02％未満で、保護区間の移動の99％超は3経路に集中していた。
このモデルでは、幼生が海底からおよそ10メートル以内にとどまると仮定した。この海域の幼生が実際に生存する期間はよく分かっておらず、異なる海流のある、より高い水深まで泳ぎ上がれば移動経路が変わる可能性もある。今回の結果は、こうした特定の条件下で見込まれるつながりを示しており、検証可能な出発点を計画担当者に提供する。
回復の可能性をどこに見いだすか
モデル上、採掘区域に沈着する幼生の76％は採掘区域内から供給され、19％は採掘区域外の非保護区域から、保護ネットワークからはわずか5％だった。したがって攪乱前は、地域の集団が幼生の補充の大部分を担っていた。
研究者らは次に、採掘区域が幼生を供給しなくなるシナリオを検証した。残った幼生のうち、採掘区域外の非保護区域から供給された割合は81％、保護区域からは19％だった。この変化は、指定保護区の外側にある生息地も、回復に大きく関わり得ることを示している。
研究チームは、既存の保護区を中間の生息地を経由して結ぶ可能性がある回廊候補を53区画特定した。各区画は100キロメートル四方で、合計面積は53万平方キロメートルとなる。
これらの区画を保護すると、モデル上では間接経路が151通り可能になり、保護区間の移動が406倍に増加した。ある保護区域から放出された粒子が別の保護区域に到達する割合は、約5556個に1個から、約14個に1個へと上昇した。
提案された回廊の面積のうち、既存の契約区域と重なるのは11％にとどまる。攪乱シナリオでは、拡張した保護ネットワークが採掘区域に残る幼生の36％を供給した。現行の配置では19％だった。
このモデルが検証したのは、幼生の供給源が失われる影響だ。採掘区域の境界を越えて広がる堆積物プルームや騒音などの影響は、さらなる評価が必要となる。実用面での貢献は、追加の生息地を保護すれば個体群間の移動経路を改善できる場所を特定したことだ。
調査が続くなか、決定の時期が近づく
現在、遺伝子調査、海流モデル、採掘試験現場の直接調査から証拠が集まりつつある。それぞれが、同じ判断をめぐる異なる側面に取り組んでいる。何が失われる可能性があるのか、攪乱はどう広がるのか、そして回復はどこから始まり得るのかという問題だ。
主な出来事と発表されている今後の予定は次の通りだ。
- 2015年：深海採掘の環境影響の可能性を調べる「MiningImpact」が始まった。
- 2021年春：Global Sea Mineral Resourcesがクラリオン・クリッパートン海域で採掘機を試験した。
- 2023年と2024年：ウイルス調査に使われた堆積物試料が採取された。
- SO322航海：科学者らが2021年の試験の影響と、生物が再定着する可能性のある経路を調査している。
- 2026年11月19日：発表された計画によると、米領サモア沖で米国の海底鉱区リース入札2件が予定されている。
米領サモアの計画が対象とするのは、クラリオン・クリッパートン海域とは別の太平洋の場所だ。提案されている2つの鉱区は合わせて3100万エーカーを超え、ローズ環礁海洋国定記念物に隣接する。知事のPulaali'i Nikolao Pula氏は、同領の海域で商業的な鉱物採掘を行うことに反対している。
米国の計画は、生態系の調査が続くなか、太平洋の海底鉱床を開発しようとする広範な圧力を示している。クラリオン・クリッパートン海域では、今回のウイルス目録が環境評価の具体的な手段となる。研究者は、動物や堆積物の化学組成、生息地間のつながりの変化に加え、これまで記録されていなかった数千のウイルス群に起きる変化も調べられるようになった。
保全計画に関して、これらの研究は2つの課題を並行して進める必要性を示している。科学者は海底の一画に生息する生物とその働きを把握し、規制当局はその一画と周辺地域とのつながりを検討しなければならない。団塊を取り除くことは前者に影響し、再定着の経路を損なうことは後者に影響する。
要点
- 研究者らはクラリオン・クリッパートン海域の堆積物から1万1742種のウイルスを確認し、そのうち1万1662種は未記録だった。
- 大半は細菌や古細菌に関係するとみられ、栄養素の循環や金属への反応に影響する可能性がある。
- 堆積物の攪乱は、団塊に生息する動物だけでなくウイルス群にも影響を及ぼす可能性がある。
- 海流モデルでは、13カ所の保護区域間で想定された156通りの経路のうち、直接つながる経路は5つだけだった。
- 提案された53の生息地回廊を加えると、モデル上のつながりは大幅に増加した。
- SONNE号の調査隊は、環境評価や規制に役立てるため、2021年の採掘試験が及ぼした影響を調べている。
