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Jul 03, 2023

水素とダーク酸素は多様な地下水生態系における微生物の生産性を促進する

Nature Communications volume 14、記事番号: 3194 (2023) この記事を引用する 6805 アクセス数 135 Altmetric Metrics の詳細 人類の約 50% は飲料水源として地下水に依存しています。

Nature Communications volume 14、記事番号: 3194 (2023) この記事を引用

6805 アクセス

135 オルトメトリック

メトリクスの詳細

人類の約50％は飲料水源として地下水に依存しています。 ここでは、カナダの 14 の帯水層にある 95 個の監視井戸 (深さ 250 m 未満) から採取した 138 個の地下水サンプルの年代、地球化学、微生物学を調査します。 地球化学と微生物学は、多様な微生物群集によって大規模な好気性および嫌気性の水素、メタン、窒素、硫黄の循環が行われていることを示唆する一貫した傾向を示しています。 古い地下水、特に有機炭素が豊富な層を持つ帯水層には、若い地下水よりも平均してより多くの細胞（最大 1.4 × 107 mL-1）が含まれており、地下細胞量の現在の推定値は困難です。 我々は、古い地下水中にかなりの濃度の溶存酸素（0.52 ± 0.12 mg L−1 [平均 ± SE]; n = 57）を観察し、前例のない規模で地下生態系の好気性代謝をサポートしていると考えられます。 メタゲノミクス、酸素同位体分析、混合モデルは、微生物の不突然変異を介して暗酸素がその場で生成されることを示しています。 私たちは、古代の地下水が生産的なコミュニティを維持していることを示し、現在および過去の地球の地下生態系で見落とされていた酸素源に焦点を当てます。

地球の水資源の約 2% は地下水として存在し、その半分は塩水、残りの半分は淡水です1。 この地下の淡水は世界の淡水資源の約 30% を占め、これはすべての湖、川、大気を合わせた量の 60 倍であり、これを超えるのは、アクセスできず現在も凍っている極地の氷床だけです1。 帯水層や岩石の割れ目には、地球上の全微生物バイオマスの最大 30% が存在し 2,3、炭素固定に大きく貢献しており 4、幅広いライフスタイルを伴う未培養の古細菌、細菌、ウイルス 2,5 が高い割合で含まれている可能性があります 6。 地下水は地球規模で発生し、そこに存在するバイオマスの規模と多様性にもかかわらず、これらの隠れた水生生態系に生息する微生物群集の構成と活動に関する私たちの理解はまだ斑点があり、多くの場合、選択された少数の井戸または単一の帯水層のサンプルから開発されています。 特に、時空を超えて地下水の微生物群集を形成する地球化学的および生態学的プロセスは、十分に制約されていません7。

微生物群集と地下水の地球化学的特性との間の強固な関係を確立するには、各微生物群集サンプルに関連する包括的な環境インベントリを備えた大規模なデータセットが必要です。 この目的を達成するために、カナダのアルバータ州環境保護地域 (AEPA) が維持する地下水観測井戸ネットワーク (GOWN) は、さまざまな地球化学的状況を表す、さまざまな帯水層および地理的地域の監視井戸から得られた 250 以上の地下水の地球化学データを編集しました。そして地下水の老化。 各 GOWN 井戸は長年にわたって繰り返しサンプリングされており、中には数十年にわたるものも含まれます8。 2006 年以来、この包括的な監視プログラムは、定期的な水位と化学的水質情報、および水性および気体サンプルの同位体組成を系統的に収集してきました9。 アルバータ州はカナダ西部堆積盆地に位置しており、主要な石油、ガス、石炭のほか、硫黄、塩、石灰石、ドロマイトの鉱床が存在します10。 浅部と深部の地下は、石油と石炭の探査と開発の文脈で広く研究されてきました11(図1)。

a アルバータ州のエネルギー資源の範囲内で調査された地下水井戸の位置。 色は各井戸の地下水の年齢を示します (黄色: 若い水、赤: 中程度の年齢、青: 硫酸塩が豊富な古い水、紫: 硫酸塩が少ない古い水)。 円のサイズは、地下水サンプル中の平均微生物細胞数を表し、1 mL あたり 104 細胞 (最小の円) から 107 細胞 (最大の円) の範囲です。 この地図は、Arc-GIS v10.8 b を使用して作成されました。表層、水路、岩盤堆積物、およびアルバータ州の主要な地層における水の種類の相対的な割合。これは、地下水の地球化学が地層の年齢の増加とともに進化したことを示しています。 NAは評価されていない、HSCホースシューキャニオン、Gp。 グループ。