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2025-04-04 09:03:00
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微生物生物、特に細菌は地球上の生命を支配していますが、初期の歴史と、それらがどのように発達してきたかを追跡し、科学者がめったに化石化しないため、科学者が長い間逃げてきました。
しかし、本日、ジャーナルScienceに掲載された新しい研究では、古代の堆積物や岩石に保持されている成長をサポートできる利用可能な栄養素の化学的手がかりをつなぎ合わせることにより、バクテリアの進化を初めてマッピングします。
英国のブリストル大学の研究者を含む国際チーム、および日本の沖縄科学技術研究所（OIST）が率いることで、酸素が約23億年前に酸素が蓄積したときに、マイクロベスがどのように適応したかを解明するために、大きな酸化イベントを使用しました。
彼らは、機械学習の力を活用して詳細なタイムラインを構築しました。これは、光合成を通じてそれを生成する能力を獲得する前に、微量酸素を使用できることを示すものです。
シアノバクテリアおよび炭素沈着における酸素（酸素生成）光合成の発達によって大部分が引き起こされる大きな酸化は、今日のように、酸素の大気から酸素のほとんどが比較的存在しているものに根本的に地球の大気を根本的に変えました。
これまで、この極めて重要な移行の前、最中、後に細菌がどのように進化したかについての正確なタイムスケールを確立することは、化石の証拠と微生物群の最大年齢を決定するという課題のために困難でした。系統の大部分の唯一の信頼できる最大限界は、45億年前の月を形成する衝撃であり、惑星を滅菌した可能性があります。
ブリストル大学の分子進化の准教授であるトム・ウィリアムズ博士は、次のように述べています。「私たちの仕事は、機械学習を使用したゲノムからの微生物特性をモデル化することは、好気性代謝の広がりを研究するためにうまく機能することを示しています。
研究者は、地質学的および遺伝的DNA記録を同時に分析することにより、歴史的なギャップに対処しました。彼らの重要な革新は、バクテリアのほとんどの有酸素（酸素使用）枝がこのイベントよりも古いものではないと仮定して、地球（GOE）自体を時間境界として使用することでした。ベイジアン統計を使用して、データがサポートされているときにこの仮定をオーバーライドできるモデルを作成しました。
OISTのモデルベースの進化ゲノミクスユニットの准教授でありリーダーであるGergelySzöllősi博士は、次のように述べています。
しかし、このアプローチでは、どの系統が深い過去に好気性であるかについて予測する必要があります。チームは確率的方法を使用して、どの遺伝子が含まれているかを推測し、酸素を使用したかどうかを予測するために機械学習を行った。化石記録を最適化するために、それらは真核生物の化石を活用しました。真核生物は、そのミトコンドリアがアルファプロテオバクテリアから進化し、葉緑体がシアノバクテリアから進化し、好気性細菌が進化する方法と時期をよりよく推定しました。
彼らの結果は、少なくとも3つの系統がGOEの前に有酸素ライフスタイルを持っていたことを示しています – 9億年近く前には、酸素を使用する能力が大気中に広く蓄積するかなり前に進化したことを示唆しています。興味深いことに、これらの発見は、好気性代謝が酸素性光合成の進化のずっと前に発生した可能性があることを示しています。証拠は、光合成シアノバクテリアの祖先で最も早い有酸素遷移が発生したことを示唆しており、微量の酸素を利用する能力により、遺伝子の発達が中心から酸素生成光合成を可能にした可能性があることを示しています。
この研究では、すべての現代細菌の最後の共通の祖先が、44億から39億年前、ハデアまたは初期の古代時代に住んでいたと推定しています。主要な細菌門の祖先は、古細菌と原生代の時代（25〜18億年前）に配置されていますが、多くの家族は0.6〜07億5000万年前に遡り、陸上植物や動物植物が発生した時代に重なり合っています。
特に、GOE中に大気中の酸素レベルが上昇すると、好気性系統は嫌気性の対応物よりも急速に多様化し、酸素の利用可能性が細菌の進化の形成において大きな役割を果たしたことを示しています。
参照： DavínAA、Woodcroft BJ、Soo RMなど細菌の進化と酸素適応のための地質学的タイムスケール。 科学。 2025; 388（6742）：EADP1853。 doi： 10.1126/science.ADP1853
#分子時計は細菌の酸素代謝に光を当てます