下水処理場の曝気槽には、活気あふれる「微小な食の都市」があります。そこにはミシュランの星付きシェフも、フードデリバリーの配達人もおらず、出来合いの「弁当」もほとんどありません。活性汚泥中の独立栄養微生物は、この料理の中心地で最も型破りな「ダイナー」です。他の微生物が下水中の有機デブリを奪い合う中、彼らは頑固に自らの努力に頼り、「空気と石」からエネルギーを抽出し、無機物を巧みに「中華と西洋料理のごちそう」に変えます。今日は、これらの「自給自足の食事王」が、下水の中で「苦難の時代」を「豊かな二世」の生活に変える方法を明らかにします。
まず、少し背景を説明させてください。活性汚泥とは、簡単に言うと、数十億の微生物からなる「環境に優しいチーム」です。彼らの究極の使命は、汚染物質を分解して下水を浄化することです。このチームは、2つの主要な派閥に分かれています。従属栄養微生物は「大食漢」で、下水中のすぐに利用できる有機物（デンプン、タンパク質、グリースなど）を食べることを専門としています。彼らは食欲旺盛に食べます。一方、独立栄養微生物は「ハードコア職人」で、生来の「キッチンバフ」を備えており、それらの「残り物」を単に軽蔑しています。彼らは他人の残り物に頼ることを拒否し、自ら原料を調達し、「有機のごちそう」を一から作り上げることを主張します。彼らは傲慢だと思いますか？いいえ、彼らは「食べ物を奪い合う必要がない」というスーパーパワーを進化させました。下水の「資源競争」環境の中で、彼らは自らを養うための「自給自足」への道を切り開きました。
自給自足微生物の中で「トップクラスの美食家」といえば、亜硝酸菌ファミリーが間違いなく王冠を獲得します。これらの小さなやつらは「汚泥の化学シェフ」であり、「無機酸化」の技術に優れています。あなたは不思議に思うかもしれません。無機物？それには「ハードコア」なもの、つまり石、アンモニア、硫化物などが含まれますか？私たちが口に合わないものは、実は亜硝酸菌の目には最もおいしい原料であり、「仏跳牆」よりも魅力的です。
硝化細菌のファミリーには、2人の主要な「シェフ」がいます。アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌です。彼らは「完璧なデュオ」であり、レストランの前菜とメインコースのシェフのように、明確に定義された役割で働いています。最初に現れるのはアンモニア酸化細菌で、その「得意技」は下水中のアンモニア性窒素（NH3）を「前菜」として扱うことです。このアンモニア性窒素を過小評価しないでください。下水中に高濃度で含まれているわけではありませんが、強烈な「トイレの臭い」を放ちます。従属栄養細菌はそれを避ける傾向がありますが、アンモニア酸化細菌はそれを宝物として扱います。体内の「酸化酵素ツール」を使用して、アンモニア性窒素を徐々に「分解して酸化」します。このプロセスは、ライターで天然ガスに火をつけるようなもので、炎はありませんが、継続的なエネルギーを放出し、それが彼らの「調理燃料」となります。
しかし、アンモニア酸化細菌の「料理の腕前」は前菜の段階で止まります。アンモニア性窒素を亜硝酸（NO2-）に酸化した後、彼らは自分たちの空腹と渇きを満たし、残りの「半製品」である亜硝酸を「良き兄弟」である亜硝酸酸化細菌に渡します。この「メインディッシュマスター」はさらに手ごわく、亜硝酸を硝酸（NO3-）にさらに酸化することができ、別のエネルギー波を放出します。彼らは自分の利益のためだけに、これほどの苦労をすると思いますか？いいえ、これらの無機化合物を酸化しながら、彼らは密かに「副業に従事」しています。空気中の二酸化炭素（CO2）を「小麦粉」として使用し、下水から水（H2O）と無機塩（カリウム、リン、鉄など）を「調味料」として集め、体内でグルコースとタンパク質を「有機的な珍味」に合成しています。この操作は、他の人がマントウを奪い合っている間に、すでに小麦を育て、小麦粉を挽き、蒸しパンを作っており、微生物の世界で「自給自足の天井」を達成していることに相当します。
さらに印象的なのは、硝化細菌、つまりこれらの「マスターシェフ」が特に「頑丈」であるという事実です。彼らの「調理効率」はそれほど高くありませんが、有機物1グラムを合成するには、数十グラム、さらには数百グラムのアンモニア性窒素を酸化する必要があるかもしれません。彼らは「気取らず、競争しない」という性質を活かしています。活性汚泥では、従属栄養細菌が下水中の有機物をほぼ使い果たし、空腹になり、食べ物を「奪い合う」ことさえあります。一方、硝化細菌は、下水中の残留アンモニア性窒素と空気中の二酸化炭素を使用して、無機物を自らの糧に変えながら、ゆっくりと「結果を完璧にするためにゆっくりと作業」することができます。
まるでフードフェスティバルの後、他の人が地面からスナックのパンくずを拾うのに対し、彼らは代わりに自分たちの道具を取り出して、現場で「空気と石」をごちそうに変えるようなものです。そのような生存の知恵は本当に素晴らしいです。
硝化細菌の「化学調理学校」に加えて、活性汚泥には別のグループの独立栄養「美食家」がいます。シアノバクテリアや紫硫黄細菌などの光合成独立栄養微生物で、「太陽光シェフ」と呼ぶことができます。しかし、曝気槽内の光は豊富ではなく、曝気システムからの絶え間ない攪拌により、静かな日光浴を楽しむことが難しいため、下水処理場での彼らの役割は硝化細菌ほど目立っていません。しかし、これらの課題にもかかわらず、彼らは「前向きな考え方と熟練した手」で優れています。わずかな光でも、「特別な材料」である硫化水素（H2S）や下水中の第一鉄イオン（Fe²⁺）と組み合わせることで、「光合成2.0モード」を起動できます。通常の植物が二酸化炭素と水を使用して光エネルギーで有機物を合成し、その過程で酸素を放出するのに対し、これらの光合成独立栄養微生物はより現実的です。彼らは水を硫化水素に置き換え、光を使用して二酸化炭素と硫化水素を有機物に変換し、同時に硫化水素から硫黄を抽出し、体内に元素硫黄粒子として貯蔵することができます。これは、同時に「蓄積」しながら調理するようなものです。
このシーンを想像してみてください。曝気槽の隅に、かすかな光が差し込み、青い細菌はすぐに「活発」になり、「光合成の翼」（光合成層）を次々と広げ、まるで太陽光パネルを持った「小さなシェフ」のグループのように、日光浴をして充電しながら、汚水中の刺激臭のある硫化水素を「醤油」として、二酸化炭素を「米」として扱います。激しい操作で、おいしい「有機的な食事」を作り、悪臭のある汚染物質である硫化水素も処理します。つまり、食べる問題を解決し、環境KPIを達成することは、単に「米の乾燥作業に遅延がない」というモデルです。
しかし、話は変わりますが、これらの独立栄養微生物は「高度なスキル」を持っているものの、「異世界」ではありません。彼らは「有機的な食事」を作る際にも、鉄、マンガン、亜鉛などの下水から吸収されるミネラルなど、「微量元素の調味料」を必要とします。これは、私たちが料理に使用する塩やMSGに相当します。それらがなければ、彼らが作る「食事」は味がなく、微生物はそれ自体では成長しません。そして、彼らの「調理のリズム」は特に遅いです。従属栄養細菌は食事をするのに数時間しかかからないかもしれませんが、硝化細菌は「体を成長させるのに十分な食べ物と飲み物を摂取する」のに数日、さらには数週間かかるかもしれません。したがって、活性汚泥では、彼らは食べ物を奪い合う必要はありませんが、従属栄養細菌に「誤って危害を加えられる」ことを避けるために、控えめに発展する必要があります（結局のところ、従属栄養細菌は豊富で急速に増殖し、時には彼らの生活空間を占領します）。
しかし、これらの「ゆっくりとしたペースの料理人」を過小評価しないでください。彼らは下水処理場の「見えないヒーロー」です。考えてみてください。下水中のアンモニア性窒素は大きな問題です。処理しないと、川に排出されたときに水域の富栄養化につながり、大量の藻類ブルームや赤潮が発生し、魚やエビを毒殺する可能性があります。そして、硝化細菌などの「化学シェフ」のグループは、アンモニア性窒素を徐々に硝酸に変換し、その後、脱窒細菌によって窒素に変換され、空中に排出され、下水の「有毒廃棄物」を「無害なガス」に効果的に変えます。彼らがいなければ、下水処理場は「脱窒」タスクを完了することができず、私たちの川の水は長い間「緑色のスープ」になっていたかもしれません。
さらに興味深いのは、これらの独立栄養微生物が特に「団結」していることです。硝化細菌の2人の「マスター」であるアンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌は、決して「単独で戦う」ことはなく、常に協力して「硝化細菌コミュニティ」を形成します。アンモニア酸化細菌が生成する亜硝酸は、亜硝酸酸化細菌の「食べ物」になります。そして、亜硝酸酸化細菌は亜硝酸を食べ、環境中の亜硝酸の蓄積を防ぎ、ひいてはアンモニア酸化細菌を保護します（高濃度の亜硝酸はアンモニア酸化細菌に有毒です）。この「あなたが料理し、私が皿を洗い、あなたが生産し、私が消費する」という暗黙の了解は、単に微生物コミュニティの「モデルカップル」です。彼らが下水にしっかりと定着し、乾燥食品業界の「常緑樹」になるのも不思議ではありません。
時々、私はこれらの微小世界の「米食い」を本当に尊敬しています。彼らは目も口も脳も持っていませんが、必要な「原料」を正確に見つけ、最も原始的な化学反応を使用して無機物を有機物に変換し、下水を清潔で乾燥した水に変えることができます。彼らは従属栄養細菌のように、目につくものを何でも食べるのではなく、「自分で行い、十分に食べられる」ことを主張します。他の人が食べ物を奪い合っている間、彼らは静かに「料理の腕前」を磨き、最終的に活性汚泥の「微小な食の都市」で不可欠な場所を占めています。
実際、考えてみると、これらの独立栄養微生物の「乾燥食品哲学」は学ぶ価値があります。彼らは外部の「既製の資源」に頼るのではなく、独自の「コアスキル」を培い、自らの能力を通じて価値を創造し、自らの「食の問題」を解決するだけでなく、生態系全体（下水処理場）にも貢献しています。彼らは、下水の中で静かに働く職人のグループのようなもので、壮大さを求めるのではなく、自給自足、堅実さ、信頼性を求めています。
したがって、次回下水処理場のそばを通り、「消毒剤の臭い」がかすかにしたら、曝気槽の独立栄養微生物について考えてみてください。彼らはアンモニア性窒素を酸化したり、有機物を合成するために日光浴をしたり、仲間と「協力」して大きな食事を作ったりしているかもしれません。これらの目立たない「マイクロライス料理人」は、独自のやり方で下水における自給自足の伝説を書き、また彼らの「料理の腕前」を使って私たちの水環境を保護しています。これらの活性汚泥の「自給自足の乾燥米の王」に敬礼します。結局のところ、彼らは「空気と石」をごちそうに変えることができます。微生物コミュニティ全体を見ると、彼らだけがそれをすることができます！
