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2025-01-03 14:19:00
映画「グラウンドホッグ・デイ」のビル・マーレーのように、ウィスコンシン州の湖の細菌種は、ある種の無限ループの中にいて、揺るがすことができないように見えます。この場合を除けば、むしろグラウンドホッグイヤーに似ています。
によると Nature Microbiology の新しい研究、研究者らは、メンドータ湖の細菌のほとんどの個々の種が、1 年を通して、明らかに季節の劇的変化に反応して急速に進化したことを発見しました。遺伝子変異は世代を経て増減するが、何百もの個別の種は、ほぼ完全に、千世代ほどの進化圧力以前の遺伝学的状態のほぼコピーに戻るだろう。 （個々の微生物の寿命は季節全体ではなく、わずか数日です。そのため、科学者の研究には、時間の経過による種の変化を調べるために細菌のゲノムを比較することが含まれていました。）この同じ季節の変化が、あたかも進化が映画の上映会であるかのように、毎年繰り返されました。毎回最初に戻ってやり直して、どこにも到達しないように見えました。
テキサス大学オースティン校の博士研究員で共著者のブレット・ベイカー氏の研究室に所属するロビン・ローワー氏は、「細菌群集の大部分でこのような変化が起きていたことに驚いた」と語った。 「ほんの数個の素晴らしい例を観察したいと思っていましたが、文字通り何百もの例がありました。」
ローワー氏は、最初は博士課程の学生としてウィスコンシン大学マディソン校でトリナ・マクマホンのもとで研究を行い、その後UTで研究を主導しました。
メンドータ湖は季節ごとに大きく変化します。冬は氷に覆われ、夏は藻に覆われます。同じ細菌種内でも、ある環境条件によく適応した菌株は、ある季節に他の菌株と競合し、他の菌株は異なる季節に輝けるチャンスを得ます。
チームは 471 件のユニークなアーカイブを使用しました メンドータ湖から20年以上かけて採取された水サンプル マクマホン、ローワー、その他のウィーン大学マディソン校の研究者による、 国立科学財団の資金提供による長期モニタリング プロジェクト。 水サンプルごとにメタゲノムを組み立てた、細菌や他の生物が残した DNA 断片のすべての遺伝子配列。これにより、これまで自然系から収集された最長のメタゲノム時系列が得られました。
「この研究は、微生物群集が時間の経過とともにどのように変化するかを理解する上で、完全に状況を変えるものです」とベイカー教授は語った。 「これは、これらのデータが自然界における微生物の生態と進化について教えてくれることのほんの始まりにすぎません。」
メンドータ湖の細菌のほとんどの種は季節の変化とともに急速に進化し、20 年間にわたって毎年同様の状態に戻りました。青い点は、ナノペラギクス属内の個々の種が時間の経過とともにどれだけ遺伝的に変化したかを表します。黒い線は 6 か月の移動平均を表します。クレジット: テキサス大学オースティン校。
このアーカイブでは、より長期にわたる遺伝的変化も明らかになりました。
「何百もの細菌の中から、長期的に変化する細菌が 1 つか 2 つ見つかるかもしれないと思いました」とローワー氏は語った。 「しかし、その代わりに、5 人に 1 人はシーケンスに大きな変更があり、それが何年にもわたって影響を受けました。私たちは 1 つの種についてしか深く掘り下げることができませんでしたが、他の種の中にはおそらく大きな遺伝子変化があったものもあります。」
気候科学者らは、2012年にメンドータ湖で経験した暑く乾燥した夏など、今後数年間に米国中西部でさらなる異常気象が起こると予測している。
「気候変動は季節と平均気温をゆっくりと変化させていますが、より突然の異常気象も引き起こしています」とローワー氏は述べた。 「微生物が気候変動にどのように反応するか正確にはわかりませんが、私たちの研究は微生物がこれらの緩やかな変化と急激な変化の両方に反応して進化することを示唆しています。」
UTでの別の有名な細菌進化実験とは異なり、 長期進化実験ローワーとベイカーの研究には、自然界の複雑で絶えず変化する条件下での細菌の進化が含まれていました。研究者らは、次の場所でスーパーコンピューティング リソースを使用しました。 テキサス アドバンスト コンピューティング センター (TACC) 水サンプル中の DNA の短い配列から細菌のゲノムを再構築します。 TACC で完了するまでに数か月かかった同じ作業は、約 2,800 種の異なる種からの 30,000 以上のゲノムが関与し、ラップトップ コンピューターでは 34 年かかったと Rohwer 氏は推定しています。
「それぞれの種のゲノムが本であり、小さな DNA 断片がそれぞれ文章であると想像してください」とローワー氏は言う。 「各サンプルには数百冊の本が含まれており、すべてこれらの文に分割されています。各本を再構成するには、それぞれの文がどの本から来たのかを把握し、それらを順番に組み立て直す必要があります。」
新しい研究の他の共著者は、UT の Mark Kirkpatrick です。オルデンブルクのカール・フォン・オシエツキー大学（ドイツ）とストックホルム大学のサラヒ・ガルシア氏。と米国エネルギー省共同ゲノム研究所のマシュー・ケロム氏。
この研究への支援の一部は、米国国立科学財団、米国国立衛生研究所、米国エネルギー省科学局、米国農務省、サイモンズ財団、および E. マイケル & ウィノナ フォスター-WARF によって提供されました。ウィスコンシン・アイデア微生物学大学院フェローシップ。
#一部の細菌は季節とともに時計じかけのように進化する