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2025-01-04 16:28:00
同じ一連の出来事を何度も繰り返して、ループにはまってしまったと感じたことはありますか?映画のビル・マーレーのように グラウンドホッグデー、ウィスコンシン州のメンドータ湖の細菌は永遠のサイクルに陥っているように見えますが、この場合は「グラウンドホッグ年」と表現する方が適切です。
雑誌に掲載された研究によると 自然微生物学科学者たちは、湖のほとんどの細菌種が1年かけて急速な遺伝子変化を起こし、翌年にはほぼ同一の遺伝子状態に戻るだけであることを観察しました。
この周期的な進化は、微生物の生態と生物が環境にどのように適応するかについての新たな洞察を提供します。
湖沼細菌の進化サイクル
メンドータ湖の細菌種は、湖の劇的な季節の変化に応じて急速に進化しています。冬には湖が氷で覆われ、夏には藻が繁茂します。
こうした環境の変化により、ある季節には特定の細菌株が優勢になりますが、別の時期には、さまざまな条件により適した他の細菌株に取って代わられるだけです。この季節ループは毎年繰り返され、映画の巻き戻しと再生に似たパターンを作成します。
「細菌群集のこれほど大部分がこの種の変化を起こしていたことに驚きました」と、この研究の主任研究者で博士研究員のロビン・ローワー氏は語った。 テキサス大学オースティン校。
「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、ウィスコンシン大学マディソン校でトリーナ・マクマホンの下で博士課程を学んでいる間にこの研究を開始し、UT オースティン校でも研究を続けました。この研究は、自然の動的な条件下でのメンドータ湖の細菌の適応を理解する上で画期的な進歩をもたらしました。
細菌 DNA のユニークなアーカイブ
研究者らは前例のないデータセットを使用しました。それは、20 年間にわたって収集された 471 個の水サンプルです。 ウィスコンシン大学 – マディソン 科学者の一員として 国立科学財団-資金提供されたモニタリングプロジェクト。
これらのサンプルは、自然系からこれまでに収集された最長のメタゲノム時系列を提供しました。研究チームは、断片化したDNAから細菌のゲノムを再構築することで、世代間の遺伝的変化をマッピングした。
「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のかを理解する上で、完全に状況を変えるものです」と、共著者でありテキサス大学オースティン校の研究者であるブレット・ベイカー氏は述べた。 「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。」
これは、極端な環境が湖の細菌の持続的な進化的適応を促進する可能性があることを示唆しています。
気候変動への影響
気候モデルは、2012 年にメンドータ湖で見られた状況と同様の異常気象が米国中西部でより頻繁に発生すると予測しています。
ローワー氏は、この研究が微生物群集が緩やかな気候変動と急激な気候変動の両方にどのように反応するかを知る手がかりを提供すると信じている。
「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。 「私たちの研究は、これらの緩やかな変化と突然の変化の両方に反応して進化することを示唆しています。」
ゲノム研究における技術革新
チームが頼りにしたのは、 テキサス アドバンスト コンピューティング センターのスーパーコンピューティング リソースを利用して、約 2,800 種の 30,000 以上のゲノムを再構築します。このような技術がなければ、湖の細菌の分析には標準的なラップトップで 34 年かかったでしょう。
「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 Rohwer 氏は説明しました。
「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。」
湖のバクテリアが自然の複雑さを明らかにする
メンドータ湖の細菌の進化に関する研究は、微生物群集の複雑で回復力のある性質を浮き彫りにしています。
これらの細菌は寿命が短いため急速な進化を可能にしますが、驚くべき安定性も示し、環境圧力にもかかわらず元に近い状態に繰り返し戻ります。
この発見は、微生物生態の複雑さと、より広範な環境システムにおける微生物の役割を浮き彫りにしました。
気候変動により生態系が変化し続ける中、このような研究は生命がどのように適応するかについての重要な洞察を提供します。彼らはまた、自然界の秘密を明らかにする上での長期的な監視と高度な計算ツールの重要性を強調しています。
研究は雑誌に掲載されます 自然微生物学。
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#メンドータ湖のバクテリアは進化し続けるが決して変わらない