科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。
私たちの身の回りにある生物は大きく分けると動物と植物に分かれる。たいていの生物はどちらかに入るので問題はなかった。ところが最近はどちらともいえない生物が発見され混乱することが多くなった。

はじめに混乱するのは学校で教わる「ミドリムシ」である。この生物、緑色をしているので植物だと思う。ところが動物のようによく動くのに驚く。

調べてみると水中の微小生物の中には植物と動物の両方の性質をもつ生物がけっこういる。これならまだ動物と植物で説明できるのだが...。 

最近発見された生物には単に「動物」とも「植物」ともいえない不思議なものがある。それは食べなくても生存できるという、今までの常識を変える生物であった。その生物の名前は?

深海に住む「ハオリムシ」や「シマイシロウリガイ」である。深海は光が届かない世界である。そんな環境の中でも生物はたくさん生きている。光がないので植物ではないのだが、この動物、消化器官がほとんどない。

「シマイシロウリガイ」は名前の通り、貝の姿をしているが食べ物を取らないでも生きられる、不思議な動物である。果たして食べる事のない動物は動物といえるのだろうか?

海洋研究開発機構を中心としたグループが「シマイシロウリガイ」を調べてみると、「消化器官がほとんどなく、えらに共生する細菌から栄養を摂取している」ということがわかった。

この細菌は硫化水素をエネルギーに変えて有機物を作っているが、ゲノム解読の結果、宿主に栄養を送る機構がないこともわかった。「シマイシロウリガイ」は、細菌を体内に直接取り込んで栄養を吸収するとみられる。

熱水噴出口で発見された「ハオリムシ」も同じように共生する細菌から栄養をもらって生きている動物である。

この細菌のなかまは、葉緑体が光のエネルギーで有機物をつくるように、硫化水素の化学エネルギーを利用して有機物をつくるしくみを持っている。

こうした細菌と動物の共生関係は、葉緑体と植物の関係のように、微生物が別の生物に共生して細胞の一部になったとされる「細胞内共生」ににており、その仕組みの解明につながる可能性があるという。

今日は細胞内共生について調べる。(参考HP Wikipedia・海洋研究開発機構)
 

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深海の貝、シマイシロウリガイは細菌を「家畜化」


相模湾の海底で見つかったシマイシロウリガイに共生している細菌の全遺伝情報(ゲノム)を、海洋研究開発機構を中心としたグループが初めて解読した。

細胞分裂などに関係する遺伝子がないことがわかり、宿主であるシマイシロウリガイがこの細菌の増殖を制御して、「家畜」のように管理しながら栄養を得ていると考えられた。

成果は米科学誌カレント・バイオロジーに掲載された。
1000メートルを超す深海の冷水がわき出す場所に生息するシマイシロウリガイは、消化器官がほとんどなく、えらに共生する細菌から栄養を摂取している。細菌は硫化水素をエネルギーに変えて有機物を作っているが、ゲノム解読の結果、宿主に栄養を送る機構がないこともわかった。シマイシロウリガイは、細菌を体内に直接取り込んで栄養を吸収するとみられる。

こうした両生物の関係は、葉緑体と植物のように、微生物が別の生物に共生して細胞の一部になったとされる「細胞内共生」に似ており、その仕組みの解明につながる可能性があるという。 ( asahi.com 2007年05月21日)

細胞内共生とは何か?


細胞内共生説(さいぼうないきょうせいせつ)は、1970年マーギュリスが提唱した、真核生物細胞の起源を説明する仮説。ミトコンドリアや葉緑体は細胞内共生した他の細胞(それぞれ好気性細菌、藍藻に近いもの)に由来すると考える。

マーギュリスが唱えた説の内容は、

細胞小器官のうち、ミトコンドリア、葉緑体、中心体および鞭毛が細胞本体以外の生物に由来すること。

酸素呼吸能力のある細菌が細胞内共生をしてミトコンドリアの起源となったこと。
スピロヘータが細胞表面に共生したものが鞭毛の起源となり、ここから中心体が生じたこと。

藍藻が細胞内共生して葉緑体の起源になったことである。

このように、当初の説では鞭毛も共生由来としていたが、これには誤解がある(鞭毛自体にはDNAは見つかっていない)。しかし、当時はこれだけが特に不自然であるとは思われていなかったようである。

反対説としては中村運の「膜進化説」などがある。

細胞内共生の歴史

ミトコンドリアや葉緑体などの細胞小器官はその形態から共生由来ではないかとする考えが古くからあったが証拠はなかった。その後、これらの細胞小器官を囲む生体膜は二重であることが明らかとなり、好気性細菌や藍藻が細胞外から取り込まれそれらの膜が残ったと考えればそれらの機能からも説明しやすいことから、この説が提唱された。

さらにこれら、といった証拠から支持者が増加した。細胞小器官は独自のDNAを持ち、転写・翻訳機構が原核生物に類似する、またより新しい時代に藍藻が細胞内共生したと考えられる生物も存在する

細胞内共生説を支持する証拠

まず、細胞内の共生という現象はさほど特殊なものではない。原生生物に於いても共生の事例は数多い。藻類を細胞内共生させる繊毛虫や刺胞動物もある。鞭毛虫に於いて、一部の鞭毛が実はスピロヘータの共生しているものであった例も知られる。

他方、葉緑体やミトコンドリアは他の細胞器官と異なって、それぞれが分裂によって増殖し、しかも独自の遺伝子を持っていることが知られている。そのため、葉緑体やミトコンドリアによって生じる生物の形質には、メンデル遺伝に従わない例がある(細胞質遺伝)。

また、葉緑体自身がDNAを持っているので、それを元に蛋白質合成をするためのれに近いことも知られるようになったため、いよいよこれが本来は独自の生物であるリボソームも葉緑体に独自のものがある。

しかも、塩基配列の比較により、リボゾームRNAが細胞本体のものと異なり細菌の由来そとで考えられるようになったのである。

その後の展開

その後、細胞内共生説は、ほぼ定説とされている。 もちろん、変わった部分もある。まず、鞭毛については共生起源の可能性が否定された。他方、ペルオキシソームが新たに共生起源の可能性を示唆されている。また、真核生物の本体は真生細菌より古細菌に共通する点が多く、古細菌に近い生物に真正細菌が細胞内共生したのが真核生物の起源だとする考えが有力である。

そして、原生生物の中では、新たな形での細胞内共生の例が多数発見された。藻類の葉緑体は、高等植物のものと比べて、複雑な形のものが多く、それらの中には、二重膜ではなく、三重、四重の膜に包まれたもの、あるいはその中にはっきりとした核のような構造を持つものがある。

これらが、細胞内に葉緑体を持つ真核単細胞生物を、別の真核生物が取り込んだことから生じたものだということがわかってきた。すなわち、細胞内共生体を持つ細胞を、細胞内共生(二次共生)させているわけである。 なお一部の藻類、原生生物はさらに細胞内共生を繰り返して成立したといわれている。

昆虫と細菌との共生

後述するアブラムシとブフネラ(共生細菌)の例では、細菌はアブラムシの細胞内に生息しており、こういった共生形態を(真核細胞の起源とは別に単純に文字通りの意味で)細胞内共生と呼ぶ。

逆に細胞外に作られた構造体(粘液性物質や糖鎖などで作られる)中で共生する形態を細胞外共生と呼ぶ。細胞内共生微生物には単独では培養不能なものが多く、遺伝子の一部が宿主ゲノムに移行していることも多い。(出典フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』)
 

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