2つの生命体が10億年に一度の進化イベントで融合

科学者たちは、2つの生命体が仲間がうらやむような能力を誇る1つの生物に融合するという、10億年に一度の進化の出来事が進行中であることを捉えた。 前回これが起こったとき、地球には植物が生えてきました。

その現象はと呼ばれます 一次内部共生、そしてそれは、ある微生物が別の微生物を飲み込み、それを内臓のように使い始めるときに発生します。 その代わりに、宿主細胞は栄養素、エネルギー、保護、その他の利点を共生生物に提供し、最終的には共生生物が単独で生存できなくなり、実質的に消滅します。 なる 宿主の器官、または微生物細胞の細胞小器官として知られるもの。

腎臓が実際に走り回る小さな動物であり、人間が手動で透析装置を通して血液をろ過しなければならないとしたら、想像してみてください。 そしてある日、ある男がどういうわけか腎臓の生き物の1つが詰まってしまいました…内部的に（誰がどのように判断するのでしょうか？）、そして自分の透析装置がもう必要ないことに気づきました。 彼の子供たちも同様ですが、最終的には私たち全員が心の中にこのような役に立つ小さな仲間を持って生まれます。 それがここで起こっていることのようなものです。

地球上の生命の40億数年の歴史の中で、一次的な内部共生は私たちが知っている限り2回しか起こっていないと考えられており、そのいずれもが進化にとって大きな進歩でした。 最初の現象は約 22 億年前に起こり、古細菌がミトコンドリアとなる細菌を飲み込んだときに起こりました。 この特殊なエネルギー生成細胞小器官により、基本的にすべての複雑な生命の進化が可能になりました。 それは今日に至るまで、「細胞の発電所」として宣伝され続けています。

2度目は約16億年前に起こり、より高度な細胞の一部が太陽光からエネルギーを収集できるシアノバクテリアを吸収した。 これらは葉緑体と呼ばれる細胞小器官となり、太陽光を集める能力と魅力的な緑色を、あなたも聞いたことがある生命体である植物に与えました。

そして今、科学者たちはそれが再び起こっていることを発見しました。 と呼ばれる藻類の一種 ブラアルドスファエラ ビゲロウィ シアノバクテリアを飲み込んだことが判明し、これにより藻類や植物全般が通常できないこと、つまり空気中から直接窒素を「固定」し、それを他の元素と組み合わせてより有用な化合物を作り出すことができるようになる。

窒素は重要な栄養素であり、通常、植物や藻類は、別々の状態にあるバクテリアとの共生関係を通じて窒素を摂取します。 当初はこう考えられていました B.ビゲロウィ はこの種の状況をUCYN-Aと呼ばれる細菌と結びつけていたが、詳しく調べたところ、科学者らは両者がはるかに親密になったことを発見した。

最近のある研究で、研究チームは、藻類と UCYN-A のサイズ比が、藻類のさまざまな近縁種間でも同様であることを発見しました。 それらの成長は栄養素の交換によって制御されており、連動した代謝につながるようです。

研究論文の著者であるジョナサン・ゼア氏は、「まさにそれが細胞小器官で起こっていることだ」と述べた。 「ミトコンドリアと葉緑体を見てみると、それは同じことです。それらは細胞に合わせて変化します。」

追跡調査では、研究チームと他の共同研究者は、強力な X 線画像技術を使用して、生きた藻類細胞の内部を観察しました。 これにより、宿主と共生生物の間で複製と細胞分裂が同期していることが明らかになり、一次内部共生が働いていることのさらなる証拠となった。

ヴァレンティナ・ロコンテ/バークレー研究所

そして最後に、研究チームは単離されたUCYN-Aのタンパク質を藻類細胞内のタンパク質と比較した。 彼らは、単離された細菌が必要なタンパク質の約半分しか生産できず、残りは宿主である藻類に依存していることを発見した。

「これは、何かが内部共生生物から細胞小器官に移行する際の特徴の1つです」とゼア氏は言う。 「彼らはDNAの断片を捨て始め、ゲノムはますます小さくなり、それらの遺伝子産物、またはタンパク質自体を細胞に輸送するために母細胞に依存し始めます。」

研究チームは、まとめると、これはUCYN-Aがニトロプラストという名前が付けられた完全な細胞小器官であることを示していると述べている。 これは約1億年前から進化し始めたようで、信じられないほど長い時間のように思えますが、ミトコンドリアや葉緑体に比べれば瞬く間に過ぎます。

研究者らは、ニトロプラストが他の細胞に存在するかどうか、またニトロプラストがどのような影響を与える可能性があるかを調べるために研究を続ける予定である。 考えられる利点の 1 つは、より良い作物を育てるために窒素固定を植物に組み込む新たな道を科学者に提供できる可能性があることです。

研究は雑誌に掲載されました 細胞 そして 科学。

ソース： バークレー研究所