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東京大学大学院农学生命科学研究科の増田貴子研究員（現、チェコ科学アカデミー研究員）、古谷研名誉教授（現、創価大学教授）、同大学大気海洋研究所高畑直人助教、塩崎拓平准教授、佐野有司教授、ワシントン大学海洋学科の井之村啓介研究員、Curtis Deutstch教授、チェコ科学アカデミーのOndrej Prasil教授による国際共同研究チームは、窒素固定生物の窒素代謝が細胞間で不均一であり、この不均一が細胞群集としてエネルギー需要量を軽減して分布範囲を拡大できることを明らかにしました。本成果はNature Researchが提供するオープンアクセス?ジャーナルCommunications Biology誌に掲載されました。

窒素は海洋の一次生产の律速要因であるため、生态系による炭酸固定机能を明らかにするためには窒素収支を明らかにすることが重要です。海洋の窒素固定生物は生物が利用可能な窒素を系外から供给するため海洋生态系およびそれを介した生物地球化学循环の起点となります。分类学的に多様な窒素固定生物は広域に分布しており、必要なエネルギーを贿うために异なる环境では异なる戦略を持つと考えられますが、生理学的戦略が生态学的ニッチにどのように影响を与えるのかについてはほとんど判っていません。

研究グループは2种の単细胞性窒素固定生物Crocosphaera watsonii 笔厂0609、Cyanothece sp. ATCC51142を用いて培養実験およびモデル実験を行ない、これらのクローン株では炭素（C ）、窒素（N）の代謝が細胞間で不均一であり、この不均一性が細胞群集としてエネルギー需要量を軽減してより光の少ないところまで分布範囲を拡大できることを示しました。

上记の生物を同位体ラベルした¹⁵N₂ガスおよび贬¹³CO₃^-イオンのもとで培养し、これらの栄养分が细胞内にどのように取り込まれるかを调べました。二次イオン质量分析计狈补苍辞厂滨惭厂を用いてどの细胞が¹³颁や¹⁵狈を取り込んだかを観察することで、すべての细胞が窒素固定を行なっているわけではないことがわかりました。さらにモデル计算により、窒素固定をしない细胞が存在することにより、全ての细胞が窒素固定する场合に比べて、コミュニティとして消费する有机体炭素の量を减らすことができることを示しました。つまり窒素固定した细胞が排出した狈贬₄⁺イオンを别の细胞が利用することでエネルギー消费を减らすことができると考えられます（図）。さらに増殖速度が低いほど炭素の节约量が大きくなり、より光の少ない深いところまで生存することが可能になることがわかりました。

「この结果は、省エネで窒素を有効活用する优れた戦略を示していると考えられます」と増田研究员は话します。「このような代谢の不均一性が海洋で実际に起こっていれば窒素固定活性の见积もりが修正される必要があり、より正确な全球レベルの窒素循环研究の糸口となる可能性があります」と続けます。