2種の微生物が融合し10億年に1度の一次共生が現在進行形
 新たな研究によると、現在”10億年に1度の進化”が起きていることが判明したそうだ。

 10億年に1度の進化とはある種の微生物の細胞が別の種の微生物の細胞に取り込まれる「一次共生」と呼ばれるものだ。これが起きたのは40億年あまりの生命の歴史においてたった2回だけで、1回目ではミトコンドリアが、2回目では植物が誕生した。

 一次共生は生命の誕生に深くかかわる極めて重要なイベントで、そして今回、新たに10億年に1度の進化が確認されたのだ。それでは詳しく見ていこう。

過去に2度発生した10億年に1度の進化「一次共生」

 10億年に1度の進化とは、「一次共生」と呼ばれるものだ。

 ある生物が別の生物を飲み込んだとき、ごく稀にだが飲み込まれた側(共生者)が飲み込んだ側(宿主)の内臓のように働き始めることがある。

 するとその見返りとして、宿主が共生者に栄養やエネルギーといったものを与え始める。

 この協力関係に依存するあまり、共生者はもはや単独では生存できなくなり、実質的に宿主の器官(細胞小器官 / オルガネラ)となる。これが一次共生だ。

 これまで、地球の生命40億年あまりの歴史において、一次共生が起きたのはたった2回だけとされてきた。

 一度目は約22億年前に起きた。古細菌がとある細菌を飲み込んだところ、「ミトコンドリア」が誕生したのだ。

 "細胞の発電所"とも呼ばれるミトコンドリアは、今日存在するほとんどの真核生物の細胞内でエネルギーの生産を担っており、あらゆる複雑な生命体が進化できたのはこれのおかげだとも言えるくらい重要な器官だ。
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細胞内のミトコンドリアとその構造 / image credit:National Human Genome Research Institute

 二度目は約16億年前のこと。ある細胞が、太陽の光からエネルギーを作れるシアノバクテリアを飲み込んだことで起きた。

 そのシアノバクテリアは現代では「葉緑体」と呼ばれている。そう、植物が誕生した記念すべき瞬間だ。
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顕微鏡で見たコケの細胞。円形の緑色が葉緑体 / image credit:Des_Callaghan/CC BY-SA 4.0

現在3回目の10億年に1度の進化が起きている。

 驚くべきことに、今この10億年に1度の進化が現在起きているようなのだ。

 それは「Braarudosphaera bigelowii」という円石藻で発見された。

 円石藻(えんせきそう)は、細胞表面に円石と呼ばれる円盤型の構造を持つ植物プランクトンで、分類学上はハプト植物門に属する単細胞真核藻類である。

 この円石藻が飲み込んだ、シアノバクテリア(藍藻)「UCYN-A」は、空気から直接「窒素」を固定し、これをほかの元素と組み合わせてまた別の化合物を作り出すという、普通の藻類や植物ではできない芸当を可能にする。

 窒素は大切な栄養で、植物や藻類は共生関係にあるバクテリアの力を借りて、これを得ている。共生関係とはいっても、そのバクテリアはれっきとした独立した存在で、細胞内の器官と言えるほど融合しているわけではない。

 当初、円石藻とUCYN-Aもこうした関係だと思われた。ところが、よくよく調べてみると、両者は想像以上に一体化していることが明らかになったのだ。

 その証拠としてたとえば、円石藻とUCYN-Aの大きさの比率が、近縁の種同士でよく似通っていることが挙げられる。

 彼らの成長は栄養の交換によって制御されているらしく、それによって代謝がつながっていた。
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10億年に1度の進化が起きていると考えられる円石藻とシアノバクテリア / image credit:Tyler Coale

 これについてカリフォルニア大学サンタクルーズ校のジョナサン・ゼアー氏は、プレスリリースでこう説明する。
まさに細胞小器官で起きていることです。ミトコンドリアと葉緑体を見ればわかるように、それらは細胞のサイズと釣り合っています
 さらにX線撮像技術で円石藻の細胞内を観察したところ、宿主と共生者の複製・細胞分裂がシンクロしていることも判明した。これもまた一次共生のさらなる裏付けだ。

 ダメ押しとばかりに、UCYN-Aのタンパク質を調べてみたところ、UCYN-A自身は自分が必要とするタンパク質のほぼ半分しか作っておらず、残りは宿主によって作られていることがわかった。

 これもまた「共生者が細胞小器官へと変化する際の特徴のひとつ」であるという。

 宿主の細胞に依存する共生者は、一次共生前までは自作する必要があったものを細胞から受け取れるようになるので、DNAを少しずつ捨て、ゲノムがどんどん小さくなる。

 UCYN-Aはそのせいで、それまで自分で作っていたタンパク質を作れなくなったのだ。

新たな細胞小器官「ニトロプラスト」

 これらを踏まえると、UCYN-Aは円石藻の完全な細胞小器官であると考えることができる。

 この3度目となる10億年に1度の進化で誕生した器官には、「ニトロプラスト(nitroplast)」という名称が与えられている。
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X線で撮影した「Braarudosphaera bigelowii」。青緑の部分が「ニトロプラスト」。ほかに円石藻の核(青)、ミトコンドリア(緑)、葉緑体(紫)もある / image credit:Valentina Loconte/Berkeley Lab

 ニトロプラストができたのは、およそ1億年前のこと。大昔のことに思えるかもしれないが、ミトコンドリアや葉緑体に比べれば、かなり最近の出来事だ。

 研究チームは今後、ニトロプラストがほかの細胞にも存在するのかどうか、どのような働きがあるのかなどを調べる予定であるとのこと。

 これを農業に応用して、より良い作物を育てられるようになるとも期待できるそうだ。

 この研究は『Cell』(2023年3月28日付)と『Science』(2024年4月11日付)に掲載されている。

References:Scientists discover first nitrogen-fixing organelle / Two lifeforms merge in once-in-a-billion-years evolutionary event / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 20:04
  • ID:TRcIXCTZ0 #

ここから更に進化して自己再生、自己増殖、自己進化をするようになるのかもな

2

2. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 20:09
  • ID:H4mmzKgd0 #

これは「一次共生」の事例としてこれまでに確認されたのが
22億年前のミトコンドリア、16億年前の葉緑体、
1億年前のニトロプラストの3つだけということだよね。

研究が進めばしょっちゅう起きてる事象になると予想。

3

3. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 20:13
  • ID:co1yengv0 #

10億年レベルのとんでもねえ奇跡の産物なのに名前が馴染み深すぎるw

4

4. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 20:24
  • ID:pgL.e7qo0 #

どこかで聞いたことある名前だな

5

5. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 20:47
  • ID:UNQZL.780 #

あれ、つい最近そっくりな記事を読んだような
そっちだと4回目のイベントってことになってたような

6

6. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 21:05
  • ID:K.nCQGxF0 #

>>2
その可能性は大いにあるが、融合したとしても、それが生存し続けるかどうかは別なんだろうね

7

7. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 21:23
  • ID:H7D5eXpC0 #

10億年に1度の進化でこれが3回目
生命の歴史は40億年
計算が合わない…妙だな…

8

8. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 21:50
  • ID:hE0en9aZ0 #

この発見がなぜよりよい作物につながるのか凡人の私にはちんぷんかんぷんである
研究者さんがんばって

9

9. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 22:51
  • ID:KeI.pgc60 #

たぶん何回も起きてるけど人間に知られる前に消えていっただけだろ

10

10. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 23:39
  • ID:iXjnzWvn0 #

そうせざるを得ないほど現在の環境が過酷だって事なのでは

11

11. 匿名処理班

  • 2024年04月22日 23:39
  • ID:Pyi2Y1kK0 #

すごいなぁ、窒素固定
やっぱり内部共生するやつの持つ機能ってSSRだよね
葉緑体の炭素固定やミトコンドリアのATP合成も今の生態系に必須だし…

12

12. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 00:00
  • ID:io2ixjqw0 #

>>4
シュタインズゲートを作った会社だっけ

13

13. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 01:09
  • ID:KtuurOjw0 #

人間も早く窒素固定で省エネ時は呼吸するだけで生命維持できるようにならんかな

14

14. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 01:51
  • ID:WnqaPTjm0 #

>>6
単純計算で6から16億回、融合を試みてやっと1回成功するかどうかってことなのかな?(間違っていたらすみません
作物に応用するのはものすごく大変そうだなー

15

15. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 06:27
  • ID:y6xkcz4s0 #

>>7
人間が発見してないだけだろとか4回目じゃないんかっていうのは横に置いとくとして
植木算で計算は合うんじゃない?

16

16. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 07:10
  • ID:SKzZSsoz0 #

>>8
空気中の窒素から化学肥料を作る技術をハーバーボッシュ法と言う。
当然人が工場で作って畑にまく必要があるわけだけど、今回発見された生命体は言ってみれば体内にこのハーバーボッシュ法の化学肥料生産工場を持っているという事になる。
つまり理論的には、植物が自ら肥料を作り出せるようになる。水だけやれば何もしなくても勝手に育っていく野菜が作れるという事だと思う。

17

17. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 07:44
  • ID:1n4wjpKs0 #

君と融合したい 完全な統一だ。 君も私も相対は多少変化するだろうが、失うものは何もない。融合後に互いを認識することは不可能なはずだ。

18

18. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 08:30
  • ID:4ZYoR7cb0 #

>>8
窒素は植物にとってめっちゃ大切なんだけど、空気中の窒素を直接利用はできない。窒素固定菌が窒素化合物に変換したものを根から吸収している。現代の農業で使ってる肥料の三分の一はこの窒素肥料が占めるよ。

だから窒素固定菌が一次共生すれば、自分で空気中から窒素を取り込んで利用出来る作物ができるかもしれない。窒素肥料が大幅に減らせるかも

19

19. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 08:33
  • ID:SgWjwvm20 #

「「フュージョン」」👉💥👈

20

20. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 08:38
  • ID:ht2DskTt0 #

植物の窒素固定は、マメ科の植物と根粒菌の共生があるけど、今回のは単純な共生より上なんだ。しかし「ト」の有無で変わるもんだな。

21

21. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 08:59
  • ID:A02AP4U90 #

これが教科書にも載るようになるのかな
すごいね

22

22. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 09:09
  • ID:gQxUAbbF0 #

ニトロプラスか

23

23. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 11:08
  • ID:KPaoU.F20 #

>>13
さらにエネルギー源として光を利用できるようにしよう
シドニアの騎士で見たな…

24

24. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 11:08
  • ID:Uul0wXFL0 #

前々から思うのだけどこの「一次共生」って一代限り
なのが遺伝的に伝播する事で進化が起きるんだよね。

どういう条件で遺伝するんだろう?
あくまで一代限りの突然変異のほうが
多いと思うんだ。
生殖となると優性遺伝と劣性遺伝の兼ね合いから
欠点というか「今のまま」の方が優先されるでしょ

人間でもウイルス進化が起きたとしても
それが次の世代の子供にまで遺伝するのか?
精子や卵子ににまで影響及ばすのかね?
免疫系の兼ね合いとかもあるから
進化ってそんな簡単じゃないよな

25

25. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 11:25
  • ID:IOe08Iqi0 #

融合合体!

26

26. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 15:36
  • ID:noSfbTvH0 #

意味が分からん

発見が3度目となるだけで、10億年に1度の進化という根拠はないだろ

27

27. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 16:35
  • ID:PvQNWsMs0 #

>>17
「何だかそっちばっかりトクする様な気がするわ」
「私の窒素固定能力をもう少し高く評価して貰いたいね」

28

28. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 17:29
  • ID:1n4wjpKs0 #

>>27
リンとカリウムも、ちゃんと摂ってね💛

29

29. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 19:51
  • ID:JYX2MT3g0 #

>>9
確かにそうだろうね
そんな無数の消えていった共生関係の中で、ミトコンドリアと葉緑体だけは数億年の時を経て生き残り、今なお有用されている
今回の窒素固定系内部共生が同じように維持されるかはまだわからない
それも含めて10億年に一回のイベントなのでは?

30

30. 匿名処理班

  • 2024年04月23日 21:01
  • ID:dWWUrHYZ0 #

よく、突然超能力に目覚めたとか、特殊能力を持った世代があらわれるフィクションがあるけど、こういうことなのかもしれないね

31

31. 匿名処理班

  • 2024年04月24日 02:25
  • ID:4iAYzgix0 #

一次共生の回数に関しては人類が直接観測した訳ではなく、形態学、分子生物学、分子系統学、地質学、古生物学他、多岐にわたる分野での研究を付け合わせて現状科学的に分かりうる回数なので、無理解なコメントは控えた方が良いかと。

32

32. 匿名処理班

  • 2024年04月24日 06:30
  • ID:w3F1vQi00 #

窒素→化学肥料→亜酸化窒素(最強温暖化要因)となっているから、もし窒素だけでなく亜酸化窒素を取り込んで分解云々できるならば希望が見えるかもしれん

33

33. 匿名処理班

  • 2024年04月24日 06:53
  • ID:zM3PZ7O20 #

葉緑体ってバクテリアだったのか
他にも、この細胞の機能出来すぎてるだろってものも実は一次共生された元バクテリアだったりするのかな

34

34. 匿名処理班

  • 2024年04月24日 12:33
  • ID:o94HvBwT0 #

>>27
「これからどこへ行く? 単細胞生物のままでいるのか?」
「さあてどこへ行こうかしらねえ、ふふ…生命進化は広大だわ‥‥‥」

35

35. 匿名処理班

  • 2024年04月25日 00:40
  • ID:KCNWMwlV0 #

これって分類学的にはどこに納まるの?界?門?網?目?科?属?種?

36

36. 匿名処理班

  • 2024年04月25日 21:49
  • ID:O60apDDR0 #

>>28
その二つを合成できる強制が生まれたら完全生命体だな。
そこまでいったら逆に生態系を根底からぶち壊すだろうから火山爆発で宇宙に追放されるかもしれん

37

37. 匿名処理班

  • 2024年04月26日 09:41
  • ID:55yMxiWf0 #

>>14
6から16億「回」じゃなく
6から16億「年」

一年にいくつの細胞が別の細胞を捕食しているか(そしてそのうちの何%が「融合を試みている」と考えていいか)はわからんが、もうとにかく「兆や京といった単位では足らない、数えきれないほどの試行回数」の果てに「細胞小器官の成立」とかいう奇跡が起きる

ソシャゲキャラのレア度だと、虹(UR)飛び越えてなんかめっちゃキラキラしてる(LR+)やつだな

38

38. 匿名処理班

  • 2024年04月26日 09:54
  • ID:55yMxiWf0 #

>>36
あるいはそれを前提にした新たな生態系が「地球の生態系」の主になるかもしれない
かつて嫌気性細菌が光合成による酸素大発生で隅に追いやられたように、CNPKを無機物から確保できない生物が地球の片隅に…

いや、CNPKを無機物から確保できる生物を人類が飼って、いまより便利に暮らす可能性も案外あるな…

39

39.

  • 2024年05月02日 17:20
  • ID:mlFUHXao0 #
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