スイスツーク湖の奥では、「呼吸」する奇妙な方法で進化した微生物が泳いでいます。 研究チームは、単細胞真核生物（ゲノムを保有している核が明確に定義された有機体）と宿主のためにエネルギーを生成する細菌との間の新たなパートナーシップを発見した。 しかし、酸素を使用する代わりに硝酸塩を使用します。
「これは非常に異常です。 [newly discovered] ケルンマックスプランクゲノムセンターの生物学者であり、その結果、論文の選任著者であるJana Miluckaは 自然 3月初め。
チームは、細菌を Candidatus Azoamicus ciliaticola、「繊毛の購入の窒素友達」を意味します。 そのパートナーである繊毛は細胞壁の外側にある小さな毛状の突起である繊毛を使用して移動する微生物です。 宿主生物は、Plagiopyleaと呼ばれる島某君の一部です。
パートナーシップの検索
2016年の研究者は、遺伝学を見つけるためにツーク湖への旅行しました。 Miluckaと彼女の同僚は、ほぼ10年の間水域を研究してきました。 それは完全に成層されて上部に酸素が含有された水の層があり、床の近くに酸素がない層があります。 したがって深海で繁栄している生物は酸素なし生き残るために進化しなければならいました。
研究チームは、サンプルボトルを約190メートルまで下げ、サンプルのすべての生物のDNA塩基配列を分析した。 彼らは硝酸塩呼吸のための完全代謝経路を含む細菌ゲノムを発見した。 しかし、ゲノムは小さく、生存のために他の生物にピギーバックする必要がある生物に属していることを示唆することができる遺伝子が不足しました。 ゲノムは、昆虫の体に生息する共生微生物のゲノムと大きさが似ており、多くの遺伝的類似性を示しました。
しかし、昆虫は、湖の最も深いところで生存することができないので、このゲノムの存在を説明していませんでした。 細菌が他の生物に住んでいる明らかな質問は、「どのような生物？」でした。 研究者は、水を調査し始めた可能性がある候補である問題の繊毛を発見した。 2020年2月COVID-19封鎖との国境の閉鎖少し直前に、チームは最終的に湖に戻ってテスト用のサンプルを収集し、結果を確認した。
Miluckaは真核生物の体内で細菌が他の細胞のミトコンドリアと同様に作用すると述べた。 酸素を使用する代わりに硝酸塩を使用して宿主のためのATPを生成するという点を除けば、だ。
真核生物や細菌の間の共生は一般的なことです。 しかしMiluckaと彼女のチームが説明するパートナーシップはいくつかの場合で区別されます。 まず、細菌は、もはや離れて生きることができないほど十分に長い宿主と一緒に進化してきました。 これは完全に聞いたことがないわけではありませんがまれです。 細菌が宿主に直接ATPを提供する場合もまれです。 最後に、硝酸呼吸に依存して、酸素を使用能力が完全に失われた真核生物 – 細菌パートナーシップの証拠はありません。
Miluckaは「今日、私たちが知っている内分泌中、実際に同様の例がありません。
移動可能な力
真核生物は、繊毛周囲を飛び回ります。 これにより、他の真核生物や細菌を狩ることができるが、酸素が存在しない生態系でのエネルギー需要を増加させて硝酸呼吸を理想的な適応になります。 “移動します。 実際には非常に高速です。」とMiluckaが言いました。 「ロケットと同じです。 “
研究チームは、細菌が、過去のどこかで酸素を使用する能力があったが、酸素がない環境での生活に適応したため、酸素を失ったことがあると疑われます。 または偶然に遺伝子を失ったことがあります。 彼女は「意図的なのか、それとも偶然の遺伝子を失ったのかはよくわかりません。」と述べた。
とにかく、チームはDNA分析のよう遺伝子配列の比較を使用して、両方の微生物との間のパートナーシップが2億3億年前に開始され、その後、より深くなりました。 しかし、これは Candidatus Azoamicus ciliaticola ツーク湖は過去間氷期の期間中、約10、000年前に形成されたため、そのホストです。
微生物間のパートナーシップが形成されたか、どのくらいかを考慮すると、湖から始まったとは思わないとMiluckaは言った。 研究チームは、細菌と同様の遺伝子が存在することを確認し、最も近い配列がツーク湖のような段になった湖も存在することを発見した。 したがって、海が別のオプションですが、適応は、元の似たような湖から始まった可能性があります。 「少なくとも非常に類似した生息地に最も近い相対序列が発見されたパターンがあるようです。」と彼女は言いました。
この発見は、すべてのものの上であることをはるかに超える意味を持っています。 Endosymbiosisは、細胞が元のミトコンドリアをどのように得たの主な説明です。 数十億年前いくつかの情報源から14億5千万– 単細胞生物は、細菌を摂取、順番にエネルギーを供給し始めました。 結局、細菌は細胞の一部になりました。
ツーク湖の生物間のこのようなパートナーシップは、比較的新しいものです。 Miluckaによると、この発見は、過去にミトコンドリアがどのように形成されたかを垣間見ることができ、いくつかの面では、そのプロセスの初期の瞬間と似ています。
この研究では、宿主のためにエネルギーを生成する細胞器官になる過程で、私の共生細菌の最初の事例の一つとノバスコシアのDalhousie Universityの生化学的および分子生物学名誉教授であるMichael Grayは言った。 私共生について広範囲に書いたグレーによると、ミトコンドリアがどのように形成されたかの洞察を得ることは、歴史的に非常に困難でした。 したがって Candidatus Azoamicus ciliaticola 繊毛は、それがどのように起こったのかについて、比較的近代的な例を提供しています。
また、私の共生過程を理解することは、複雑な生活の起源を理解するために不可欠です。 「これは生物学ができることについて、私たちの目をより広く開いてくれた偶然の発見の一例です」と彼は言いました。
自然、2021. DOI： 10.1038 / s41586-021-03297-6 （DOI情報）。
Doug Johnson（こんにちは。）は、カナダのフリーランスの記者です。 彼の作品は、ナショナルジオグラフィック、アンダーク、ハカイマガジンなど載せられた。
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