電子を食べる・捨てる「電気微生物」がいる！ 地球には第3の生態系「電気合成生態系」が存在しているのか？

この電気微生物は、これまで地球生物が生命を支える仕組みとして知られてきた「光合成」「化学合成」という生態系とは異なる、
「電気合成生態系」という第3の生態系を形成しているかもしれないといいます。
謎だらけのこの「電気微生物」について研究の最前線をうかがってみました。(取材・文:岡田仁志)

■微生物にも、ヒトにも共通のエネルギー通貨「ATP」
──生物が電子を食べたり・捨てたりすると聞くと、とても不思議なことのように感じます。
　鹿島さんが研究されている「電気微生物」は、ほかの生物とはまったく違う生き方をしているのでしょうか？

もちろん、ほかの生物と違うところはあります。
でも、生きるために電気を使うこと、言い換えると「電子が自発的に流れる現象」を使うこと自体は、実は不思議なことではありません。
というのも、多くの生物は、細胞内に持っている「電子回路」を使って「呼吸」をすることで、生命活動に必要なエネルギーを得ています。
具体的には、エネルギーの貯蔵や放出を行う「ATP」(アデノシン三リン酸)という物質を作るために電子回路を使うんですね。
正式には「電子伝達系」といいますが、その基本的な仕組みは、微生物から私たちヒトにいたるまで、ほとんど同じです。
※略

■電気微生物はどのように生きているのか
──では、本題の「電気微生物」はどんなやり方をしているのでしょうか。

私たち人間も含めて、ほとんどの生物は細胞内の電子回路を動かすために、電子を持つ物質や電子を回収する物質を外から細胞の中に取り込まなければいけません。
ところが、電気微生物は違います。ふつうは細胞内にある電子回路が、細胞外まで延びているんですよ。
これはいわば、細胞内の電子回路を延長コードで外部とつないでいるようなものです。電気微生物は大まかに2つのタイプが見つかっています。
その延長コードを使って電子を外から取り入れる「電子を食べる」タイプ、逆に、電子を排出することによって「電子を捨てる」タイプです。後者は「電気を作る」タイプともいっていいでしょう。

また、電子を食べることも、電子を捨てる(電気を作る)こともできる、両方できる微生物がいるという報告もあります。
ただ、これまで発見された電気微生物では、電子を食べるか捨てるかどちらか片方の能力のみ確認されているものがほとんどです。

■じつは、まだわからないことだらけの電気微生物
──そういう電気微生物が存在することは、昔から知られていたのでしょうか？

古いところでは、1911年にイギリスの王立協会紀要にマイケル・クレッセ・ポッターが、「糖を分解している微生物培養系に電極を入れると起電力が生じた」という論文を発表しています。
でも、この研究は当時あまり注目されていなかったようで、これに続く電気と微生物についての目立った研究の足跡は確認できません。

電気微生物の研究が本格化したのは、ずっと後の1980年代から90年代です。
地下や地上で鉄やマンガンなどの金属元素の挙動を地球科学的に調べている中で、これらを環境中で酸化還元している未知の反応がありそうだということがわかり、
それを微生物が行っているのではないかと考えられるようになったのです。
その仮説に基づいて研究が進められ、不溶性の鉄を還元するジオバクター菌やマンガンを還元するシュワネラ菌などが発見されました。
それらの微生物は、細胞内の電子回路から延ばした延長コードを細胞の外にある不溶性の酸化鉄や酸化マンガンにつないで、そこに電子を捨てることで、呼吸をしています。
鉄やマンガンは、電子をもらうことで還元されるわけです。

2000年頃からは、この電気微生物を使った微生物燃料電池を廃水処理などで実用化しようといった応用的な研究も進みました。
自然の鉱物の代わりに、人工的な電極に電子を捨てさせることで、発電が可能になるわけです。これが「電気を作る微生物」と言われる理由です。

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