平湯温泉にみられるバイオマットの形成とバイオミ ネラリゼーション

ネラリゼーション

著者 大野 源広, 田崎 和江

著者別表示 Ohno Motohiro, Tazaki Kazue

雑誌名 地球科学

巻 54

号 5

ページ 298‑309

発行年 2000‑09‑25

URL http://doi.org/10.24517/00061682

doi: 10.15080/agcjchikyukagaku.54.5_298

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止 http://creativecommons.org/licenses/by‑nc‑nd/3.0/deed.ja

地 球 科 学b4巻

，

298

・ −

_30Si：2〔川 り年）

Earth　Scie］1ce　^〔ChikyuKagaku 〕　^vD1

、

54

、

LtgS

−

_3〔上9

．

　LOO〔¹

平湯温泉 ^に み られ る

^バ

イオ

^マ ッ

ト の 形成 ^と

^バ

イ ^{オ ミ} ネ ^{ラ リゼ ー シ}

^ョン

大 野源広

 

^田 崎和江 ^{’ “ ・ ”“}

Biomineralization



in



Biomats



at



Hirayu



Hot



Springs Motohiro



Ohn げ

and 

Kazue



Tazaki

^＊

^{’ ．}

^{林 ＊}

Abstract  ^Colorful

　

biomats

　were 　

found

　at　

Obakoharanoyu

　

in

　

Hirayu

　

Ho1

　

Springs，



Gifu ，



Japan ^．



At

the upper 　stream　white　

biomats

^{were 　c}｛）mmonly 　

lbund ．

　whereas 　

brown

and 

green



biomats

occur atthe

down

stream

，

^accordillgto　change 　of　enyironmental 　conditions

．

such 　as　tempe τature

，



pH ，



Eh

_，

DO

_，

S2一

_，

photosyn−

thesisand water 們ow velocities

，

　

The

　

pH ^，



^{WT ，}



^{Eh ，}

^alld

DO

　

diagrams

　oll　the　

hot

　sprlng 　water 仕om 　upper to　

down

　stream 　

havc

　responded 　

to

　the　occurrence 　of　

biomats ．

　

White

　

b

｝omats 　Qccur 　

in



iQw

　

pH

（

6

」）

，

reducing

（ Eh

：

− 270mV

_）

，

^micro

−

_aerobic

（

DO

：

0． 3mg ／ D

^and

^high

temperature （

70L

℃）^conditlons

．



On

^the

other 　

hand ．

　

brown

　

biomats

　occur 　

hl

　wide 　ranges 　of　

pH

^〔

6． 57 ． 8

），　

Eh

　

C ^{． ． ． 125〜90mV}

）

，



DO _（ 2， 0 ^〜 5 ． Omg ／ 1

） and 

WT

_（

42−60

℃ ）respectively

．

　

In

　contrast

，

the　occurrcncc 　of　

green



bbma

［s　are　

high

　

pH

（

8， 4

）

，

^oxidizing

（

Eh

：

IOOmV

_）

．

　aerebic

（ DO

；

7 ． 5mg 〆 b

^{and 　middle 　Icmperamre} （

30

℃

） ．

　

Sulfur



^ions

are

detected



in

water on the　white 

biomats

_（

1−2ppm

_）

，　while 　not　

detected



fl ^’

^OM

both



brown

^and

_green



biomats ．



The

^white

biomats

comprising 　sausage 　shaped 　

bacteria

　contain 　abundant 　sulfur

，



The



_green



biomats

consist 　of　

filamentous bacteria

with 　abundant 　calcite

．



The

results　

have

revea 把

d

tha亡thecolor ofbiomats reflectstheenvironmental conditions

，

　

TEM

　and 

SEM

　observations 

indicate

　that　sulfur　

particles

^{adhere 　to　capsule 　on 　the　cell 　wall　of}

sausage 　shaped 　

bacterlaill

　white 　

biomats ．

　

Thc

^sulfur

par

^τ

icles

^might

bc

　

grown

^to　a

⁻

^{sul 角r　cr}｝

」

_{stals　of ］}

0

_μm ln　Slze

．

　 ^The

^resul亡s

^have

^{rcvealed 　thaしsulfur}

⁻ biominerali

^∠ation　ofsausage 　shaped 　

bacteria



in

white 　

biomats



is

a very

important

　

factor

　

fc

）r　sulfUr　removal 　

in

　

hQt

　springs

，

κの^{， ｝ゲ}o^厂

ds

^：

Hirayu

　

hot

　springs

，

^sausage

−

_shaped

　bac

^{｛eria，　whi しe}

^，



^brQwn

^and

　grecn 　biomats ^，

^sulfur

⁻ 　　　　　　　biolnineralization ^，

^capsule

^，

^sulfUr

particles

は

じめ に

　

^{地 球 上に生}命^が誕 生したのは

，

^{微 化 石 や炭}素 同位体^{比な ど}

の証 拠^か ら4〔臆 年前 頃^{だ と}

．

推定^され^ており

，

^{その後の生}命 進化^の歴 史^の鍵 を微 生 物^が握っ て^い る （

Bargh

（）orn

　

^aヱ／

d

Schopf ₁₉₆₆

^；

Sch

〔，pf

　

^and

　Barghoorn　

^{1967 ；Laberge}

1973

；

BeveI’ idge

　and 　Fyfe　1

． 985

；Byerly　et　al

． 1986

；

， 1

［

i

上 ほ か

1996

；平 石

・

_山本

1996

；渡 邊

200e

_）

．

こ の微 生

．

物の

進化過程^と過去^の地 球 環境 を知る という目的^で多^くの研

．

究^が

されて きた が

，

^{太 古のバ ク テ リア}化石^に残存^{す る}有機物を取 り出すこ と は容 易^では ない

．

し か し

，

^この研究目的^に適う対 象^がバ イ オ^マ ッ

F

（

biomats

）で ある （

Tazaki

 et al

， 1997

；田崎

1997

）

．一

般^にバ イ オマ ッ トは原 核

．

生 物 （Bac

−

teria

．

　

Archaea

） あるい は単細^胞真 核^生物 （真菌

，

原生 動 物

，

藻 類^）で構 成^{さ れる}膜 状^{ある い} は

．

層状^の構^造物^である が

，

_微生物^の増殖^{と と}も^にマ ッ ト^の厚 みが増 加 して肉 眼 的に も観察可能^{なサ イズとな り}

，

^かつ

，

環境^によ り様^々な色調 を も^{っ て}成 長して く る （

Tazaki

et　al

． 19 ．



97

：「1］崎 1997）

．

^バ

　 1999年^：11_月30_口

・

_受イ

・

_」

． ．

　2^‘）〔〕0年^L7 月24日受 理

、 　 ’

金沢 大 学 大 学 院 自然 科 学 研 究科

，

^〒920

−

₁₁₉₂

　

^{金 沢市角}間^町

，

　 _{＊ ＊} ^Graduate

^Scho〔〕

^10f

^{Natural　Science　and　Technology}

^，

^{Kanazawa　University}

^、

^Kakuma

^，

^Kanuzawa

^，

⁹²⁰

^．

^1192　Japan

^，

金 沢 大学理 学部地 球学科

，

^〒9

．

20

−

_{1192　 金沢市角間 町}

．

　

^{D・P・ ・tm・nt ・f1Ea・1・1・S・i・n・e・}

^，

^{K・ ・a∠awu 　U・i・ …sity}

^，

^{K・k・m ・}

^，

^K・n・zawa

^，

⁹²⁰

⁻

^1192・J、pan

，

s木 ＊

亅^ヒ陸

．

支音「i

、

（

14

）

「^Z湯 温 泉^{に み} ら れ るバ イ オ^マ ッ トの形 成と^バ イオ^ミネ^ラ リゼ

ー

_{ショ ン}

299

イオマ ッ トは

，

流水の中^で も岩 石や堆積物な どの表 面か ら剥 がれる こ とな く固着^し

，

微空

1

物 が死 ん だ後^も周化^{し てス トロ}

マ トラ イ ト様構造^を残^し

，

^{そこ か} ら過 去の環 境を推定^{す るこ}

とがで きる

．

_特に

，

高 温^の温泉水^に生息 する微 生物^{は そ の}種 類^が限られ^{て お} り

，

^{地 球の}初期環壇^のレ リ^クッス とも考 え ら れ

，

多^くの温泉地^や地熱 地 帯

，

^熱水噴^出孔^で研究^{が さ れて い} る

．

_例えば

，1

^」本^の約 40^カ所^の温 泉 や 鉱 山排^水

，

深海底^な

どに生成^{す るバ イ オマ} ッ ト^と生 体 鉱 物に^{つ い}て は カ ラ

ー

_写真

で報 告^がな され て^い る （

Moyer

and 　

Karl

1995；

Hl

崎^{ほ か}

lgg6

；田崎

1997

；

Tazaki

　et　al

． 1997

；俵^{ほ か} 1997 ；

Ohno

and

Tazaki

1998）

．

　

^フィルム状

，

被膜 状

，

^{マ ッ ト}状

，

^{テ ラ ス}状^{な ど の}様^々な 形 態の^バ イオマ ッ トの生存^{お よ び}繁栄 は

，

^その水質 ^（化学成 分

，

_pH

，

酸 化 還 元 電 位な ど）に大きく^ゆだ ね ら れ る と と も に

，

^その内 部^に金属^の沈積^と生体鉱物^の生成 （^バイ オ^ミネラ リ ゼ

ー

_{シ ョ ン〉が認め ら れる （田 崎}

1997

；田代

・

_田崎

1999

）

．

また

，

^{バ イ オマ} ッ トの生 成^は温 度 環 境に も大 き く左 右され

，

^{生 息す る微 生}物^の種類^も規 定^され る

．

例 えば

，

高^温 環 境 （

6

ぴ

C

以

D

で は好熱性 微^生物^のみが生息し

，

^{有 機 物}

が不足^{す る}環境^では硫 黄 や 水 素 を獲 得 する微 牛物^が優 占的^で あ る （赤 井ほ か

1995

；加藤^ほか 1997）

、

　

^{以 上の よ うに}

，

様^々な環 境 下^でバ イ オ^マ ッ トが生成^{さ れ る}

こ とが明 ら^かになっ て き た が

，

従来^の研究^は異^なる^バ イ オ^マ

ッ トを個^々に観 察 し

，

各 論 的に報 告^{さ れて き た}

．

^バ イオ^マ ッ

トの生成条件^を知る た めには

，

^同

一

_{の泉源を もつ生態系を連}

続 的^に検^{討 する}必要^{が あ る が}

，

^そのような研 究 はほ と んどさ れ^{て こ}な^{か っ} た

．

と^ころ が

，

本研 究^地域^である平 湯 温 泉で は

，

高温^の源 泉^の吹き出し 口 か ら流 出す る温泉^水が徐^{々 に}温 度を低 下^{す る}約

60m

の間^で

，

^{バ イオマ ッ トの}色調や生体鉱 物が連続^的に変化^{す る}

．

そこで

，

^{バ イオマ ッ トの色}調^や生体 鉱物の変 化 が どこか ら生じ

，

^生息^{す る}微生物^の変 化^に対 応し てい る の か

，

微 生 物^の種 類を繁栄^{し てい るのは どのよ}うな要 囚に よ る ものな^{の か} を知るため に平 湯温泉

・

_{おばこ原の湯の}

生態系^を検討^した

．

本 研 究^{で は}

，

^同

． ． ・

_{の源 泉に}

見^{られ るバ イ} オ^マ ッ トを ヒ流から ド流^{にか けて}詳細^な泉 質^の観測値^に照ら し合 わせ採 取し

，

^{た だ ち に}実験 室^に持^ち帰^{っ て}分 析

，

観 察 し

，

電 子 顕 微 鏡^{レ ベ ル}でそ^の差 異 を生み出^す要因^を明ら かに

した

．

ま た

，

高温環境^に生息す る微 生 物の細 胞 （夾膜 ）に雁 行 状に形 成さ れ る硫黄 粒 子^の存在^{を は じめ て}明^{らか に} し た^の

であ わせ て報告^{す る}

．

試料

お よ

び 実験方 法

　　 　　　 　　　 　　 　 試 料

　

^ユ

997

年

4

月^{か ら}

1999

年

8

月^{に か}け^て

，

^約

20

回

，

^{岐 阜 県 吉}

城 郡 上 宝 村 平湯 温 泉^にお^い て

，

^{現地にお け る水}質^の測定

，

^バ

イ オマ ッ トの分布^{につい て}調査を行^っ た

．

平湯 温 泉は［［皮阜 県

と長野県^の県境^{で あ}る安房峠^の西 側^に位 置 し （

Fig ． 1

）

，

^古

く^か ら多 く^の温泉 客に親し ま れ て き た

．

平 湯温泉周 辺^の基 盤

Fig

．

1

．

　Locality　mal _）ofIlirayu　Hot　Springs^ill〔｝ifuPrefecture

， Japan．

地質^は美濃帯 中^生層^であ り

、 ’

ド湯^コンプレ ックス と呼 ばれ^て

い る

．

^これ は チャ

ー

_{トなどの ブロ ッ ク を含む メ ランジであ}

り

，

^泥

一

_{シ ル ト質の基 質の年 代は ジュ ラ紀 中期で あ る}

  t

−

suka

1988

；原

rh

1990）

．

そ^の

．・

_{帯か らは40数ヶ所の さ まざ}

ま な泉 質^の源泉^{か ら}

，

毎分

13， eOO

リッ ト^ル の温泉水^が湧 出 してい る （岐阜 県^{衛 生}研^究所

1961

；岐 頃県

1970

；平 湯温 泉旅^{館 協}同組合 1994^）

．

そ^の周囲^{に は}

，

^泉質

，

温 度

，

^生息 微 生物^の違^{い に}よ り

，

^白色

，

^{緑 色}

，

^茶色

，

^{黒 色}

、

褐 色 など の

色調^を持^ち

，

芝状

，

房状

，

^シ

ー

_ト状

，

^オイ^{ル ス} リック状^のバ

イ オ^マ ッ トを 形成^{してい る}

．

　^{本研 究で用い た試}料^{は平 湯温泉おばこ原の湯か ら採}取^した 自

，

茶

，

緑 色^のバ イオ^マ ッ ト と表 層 を流 れ る温 泉 水である

（

Fig． 2

_）

．

こ こ に存在する^バ イオ^マ ッ トは

，

厚さ はいずれ も 数 ^mm か ら

2 ． ． 3cm

で あ り

，

^{上流か ら 下流に向か うに}従

い

，

^{バ イオマ ッ ト の表 層の水 温}

・

_pH

・

_{酸 化 還 元 電位}

（

EC

）

・

溶 存 酸 素 量 （

DO

）が変 化 する

．

^{ここ の}温 泉 水 は地 下 約

100m

か ら汲^{み 上げ}

，

^{い っ た ん水}槽^に集^{め ら れ}（

A

）

，

^そこ

か ら流^れ出^{し た}温泉水^{は トン ネル} 内^の側 溝^を流^れ（中央）

，

約

401n

で ト^ンネ^ルの外^へ と出る （

B

）

．

水 槽 内 （

A

）で は芝 状^の白色^バ イオ^マ ッ ト^が存在 し

，

ト^ンネ^ル内^の側 溝^では茶 色

バ イオマ ッ トが 分布^{し てい る}

．

そ して

．

ド^流部^{にあ た る トンネ}

ルの外^の側溝^{に は}

2

種^類の色調^が認^{められ る}

．

中央部^{に は}茶 色の

，

^また

，

^{側 溝の}両^端部には緑^{色バ イ オマ ッ トが分}布^する

（

B

）

，

なお

，

側 溝^の幅^は約3111で ある （

Fig．

2）

．

（

15

）

3〔即 大野 源 広

・

_田崎和

1 ^｝

white 

biomats

3

　m

Fig

．

2

．

　Schernalic

diagram

　indicate　^whitebi^（》1祖ats　〔A）

，

and

br〔〕wn 　and 　greenbion〕a亡s　^（B）　^{which 　are} 　

different

aquati じ

envlromllellLs 〔｝f　temperarure

．

　pll

．

　Eh　al／d　DO

．

　sho “

，

_{n　ill　Fig}

．

　il

．

実験方法

　 　 　 水 質 測 定

　^{現 地に おい て水 質 測 定を}

1997

_年か ら

1999

_年に か け て 8同 行^い

，

計78地 点^{に お} いて温 泉 水^の性 質^の指^{標 と な る}水温

， pH ，

^{酸 化 還元電 位 〔}

Eh

）

，

^{溶 存 酸 素 量 （}

DO

）

，

^{電 気}伝 導^度

（

EC

）の測 定^を行^{っ た} （

Fig． 3

_）

，

こ の水 質 デ

ー

_タ

ー

_の

一

_部

は大 野ほ か （

1998

）^に報告^{してい る}

．

そ れ ぞれ の測 定 機 器

に は

HORIBA

カ ス タ^ごニ

ーACT

　 pH ^メ

ー

_タ

ー − D −

12

， HORIBA

カスタ^ニ

ーACT

_pll ^メ

ー

_タ

ーD −

13

，



HORIBA

カ^スタ^ニ

ーACT

導 電率^メ

ー

_タ

ーES −12，



HORIBA

^ハ ンデ ィ溶 存 酸 素^メ

ー

_タ

ー OM −12

を用^いた

．

よ た温 泉水中^に含^ま れる硫 黄 イオ^ン （

S2

＞の検 出^には

GASTEC



No ， 211

を用^い た

．

　　　 　　　 ^{原 子 吸}光光度法^分析 （

AAS

_）

　

白色 茶 色^およ び緑 色^バ イ オマ ッ トヵS

’

存在^{す る表}層^の温 泉 水^{の う ら}

Na

_，　

K

につ い ては炎光^{光 度 法で}

，



Ca ，



Mg ，

^Fe

，

^Mn

， Zn

につ いて はフ レ

ー

_ム原 子 吸 光 光 度 法で

，

^{ま た}

， Cu

につ い てはフ レ

ー

_{ム レ ス原チ}1吸光^{光 度 法によ り}定^量分析^を行^っ た

．

炎 光光 度 法^{お よびフ レ}

ー

_{ム レ ス原}

一

f

吸光 光 度 法に は^セイ

コ

ー

_{電子⊥業 製}

SAS −727

を使 用 し

，

^{フ レ}

ー・

_ム レス 原子 吸 光 光 度 法には同 社 製

SAS −705V

を併 用 し

，

^電気金 属 加 熱 炉 を 使^Etjして測 定を行^っ た

．

測定^は炎光光度法

，

^フレ

ー

_{ム原子 吸} 光^{光 度法}

、

^{フ レ}

ー

_{ム レス原子吸 光 光 度法と も}

3

連で行っ た

．

分析波^長は

，

Na ：

589． Onm ，



K

：

766， lnm ，



Ca

：422

，

611m

，

八

lg

：285

．

^L）　nin

，



Fe

^：LU8

．

^3nm ，　

Mn

：279

，

^51m／　

Cu

^：

324． 7

m ／1

． Zn

：

213． 9nll1

で各元素^を測定^した

．

　　 　　　 　　 　　 光学顕微鏡観察

　^{現地か ら}採取^{し て き た}各^{々のバ イ オマ ッ トはただち に}

，

落 射 蛍 光

・

_{微 分十渉 顕 微 鏡 （}

NikOn

製

，



OPTIPHOTO −

₂

，i

LABOI

^）

HOT

2 ；落射 蛍光 装 置

EFD −

3お よび透^過型微^分 干渉装 置

NTF



2



A

）に よ り観^{察し た}

．

落射^{蛍 光顕微 鏡 観} 察^の際^{に は}

，

濃 度^〔〕

． Olptg ，

^，

「

ml の DAP 正〔

4 ’

t



6



diamidino

phcnylindole 　^〔！

ihydr

〔，chloride 〕染^{色 を施 し}

，

^{7 イ ル タ}

ー

（UV l

A

） を通^して観察を行^{っ た}

． DAPI

は牛物^の

DNA

を染色^し

．

蛍 光 顕微鏡下で は青色^を呈し

，

生物^{に クロ ロ} フ ィ ル や^バ ク テ リ オ ク^ロ ロ フ _ィルが存在^{す れば}

，

波長

5

（

10nm

前 後^の光 照射によっ て赤色 を呈 する

．

また

，

^{緑 色バ イ オマ ッ ト}

の断 面^の橘 造 を調^{べ る}ため に

，

^{縦 断 面 をシアノボン ドで岡 定}

し

，

樹 脂包埋 を施^し薄片試 料^{と した}

．

　　 　　　 　　

X

_{線粉 末回折分析 （}

XRD

_）

　^{平 湯温泉で採取 した}

3

種 類の^バ イ オマ ッ ト （白色

，

^{茶 色}

，

緑 色 ）^を室 温^で乾 燥^{さ せ}

，

乳 鉢^で粉 末^{に し た}後

，

^{蒸 留水 を加}

えて^ペ

ー

_{ス ト状にし て無反 射 板 〔}

Si

の単 結 晶）^に塗 布 した

．

含有^{す る鉱}物^の同^{定には 理}学電機製

R

［

NTI2

〔10型

X

線回折 装 置^{を使嗣 し}

，CuK

^{α 線を 用い て}

，

^電1ti40kN

，

^{電 流}

3

〔｝mA で測定 を行っ た

．

　　 　^エネ^ルギ

ー

_{分散型 蛍光}

X

線分 析 （

ED −XRF

） 　平湯温泉^で採取し た

3

_種類のバ イオ^マ ッ トを^エ ネ^ル ギ

ー

_分 散型蛍 光

X

線分析装置 （

JEOL



JSX −3201，



Rh −K

^α 線源〉 を用^い

，

^{加 速 電 圧}

30kV

でFP （^フ ァンダメ^ン タ^ルパ ラ メ

ー

タ ）バ ル ク法^に よ り定 性 分 析お よ び定 量 分 析 を行^っ た

．

各^々の試料^は粉末^にして自然 乾 燥 後

，

^{真空雰 囲気で分 析し}

た

，

　　 　　　 　^{走 査 型 電子}顕微鑼 擦 （

SEM

） 　　 　　お よ び^エネ^ルギ

ー

_{分 散 X 線 分 析 （EDX ）} 　^{現 地で}採取し た

3

_種類のバ イ オ^マ ッ トを カ

ー

_{ボン の両 面テ}

ー

_{ブで試料台に接着し た後}

，

凍結 乾燥法^を用い試料^を乾燥^さ

せ

，

^{炭 素 蒸着 を施し観 察 を行っ た}

．

走 査 型 竃 子顕 微 鏡 は

1

体 電 子製

JSM

^rコ20（）

LV

型 を用^い

，

加速 電 圧10

，

¹⁵

，

²〔lkV で

観 察^を行^い

，

^エ ネ^ルギ

ー

_{分散 分 析ほ}走 査 型電 子顕 微 鏡^に取 ^り

f

寸^りられ たフ ィ リップス製

EDAX

^PV

−9800

を用^い

，

加速電 圧1〔｝

，15，20k

^▽で定 性 分析 を行^っ た

．

　　 　　　 　 透過^型電子 顕破鏡観 察 （

TEM

） 　　 　　^および^エ ネ^ルギ

ー

_{分散 X 線分析 （}

EDX

_） 　現^地で採取^した白^{色バイ オマ ット は}蒸留水^に懸濁^{さ せ}

，

^ス

ポ イ トで

一

_{滴 吸い取 り}

，

^カ

ー

_{ボン で補 強し たマイクロ グリ}

ッ

ドにの せ観 察 試 料^{と し た}

．

透 過 型電子 顕微鏡には 日木^{電 子}製

（16 ）