目に見えない「暗黒菌」が世界を影から動かしている
私たちの周りの土地、水、空気には、科学者が特定できない菌類の DNA がぎっしりと詰まっています。
これが重要な理由: 私たちの周囲の土地、水、空気には、菌類学者が既知の生物と結び付けることができない菌類の DNA 断片がぎっしりと詰まっています。これらの滑りやすい存在は非常に広く普及しているため、科学者はそれらを「暗黒菌」と呼んでいます。これは、宇宙に浸透している同様にとらえどころのない暗黒物質と暗黒エネルギーとの比較です。それらの目に見えない実体と同様に、暗黒菌類は隠れた動き者であり、揺さぶる者であり、E.O.ウィルソンの言うところの「世界を動かす小さなものたち」の代表的な例です。
新しい生命体の隠された世界を発見したければ、暗い洞窟を探索したり、人里離れた熱帯雨林を苦労して歩く必要はありません。足元を見てください。当時大学院生だったアンナ・ロスリングが、特定の根を好む菌類の分布を地図に載せるためにスウェーデン北部を訪れたとき、彼女はさらに興味深いものを発見した。彼女の根のサンプルの多くには、未知の種に由来する DNA の痕跡が含まれていたのだ。さらに奇妙なことに、彼女は完全な生物に遭遇したことがありませんでした。畑の季節が終わったとき、彼女は生の遺伝物質の断片を分離するだけでした。断片は明らかに菌類界に属していましたが、それ以外のことはほとんど明らかになりませんでした。 「夢中になってしまった」と、現在スウェーデンのウプサラ大学で進化生物学の教授を務めるロスリングは振り返る。
それ以来、菌学者たちはそのような幻影がどこにでも存在することに気づきました。土の塊、水域、さらにはあなたが呼吸している空気を指さしてみてください。そこには、誰も見たことのないキノコ、カビ、酵母（またはその胞子）が満ちている可能性があります。海溝、チベットの氷河、そしてその間のあらゆる生息地で、研究者たちは未知の菌類からの DNA を定期的に検出しています。断片の配列を解析することで、彼らが扱っているのは、科学で知られているどの種とも遺伝的に異なる数千もの新種であることがわかります。彼らはその DNA を世界中で成長している有形の生物と照合することができません。
これらの滑りやすい生き物は非常に広く普及しているため、科学者はそれらを「黒い菌類」と呼んでいます。これは、私たちの宇宙の 95 パーセントを構成し、あらゆるものに多大な影響を与える、同様にとらえどころのない暗黒物質と暗黒エネルギーとの比較です。それらの目に見えない実体と同様に、暗黒菌類も隠れた動き者であり、揺さぶる存在です。科学者らは、それらが既知の菌類と同じ重要な機能を果たし、有機物を分解して栄養素をリサイクルするときに生態系を通るエネルギーの流れを指示すると確信しています。黒ずんだ菌類は、生物学者 E.O. ウィルソンが「世界を動かす小さなものたち」と呼んだものの代表的な例です。しかし、彼らの不可解なライフスタイルは、彼らがどのように運営しているかを正確に証明しようとしている科学者にとって、それを非常に困難な課題にしています。
地球規模の生物多様性の推定で予測されている数百万の菌類のうち、分類学者が記載しているのはわずか 15 万個であり、最近の発見では、残された菌類の大部分が日常的な生物学的調査には立ち入りが禁止されている可能性があることが示唆されています。スウェーデンのヨーテボリ大学の菌学者ヘンリック・ニルソン氏は、「まだ表面をなぞり始めただけだ」と語る。 「明らかに大多数が闇の人であることに賭けてもいいと思います。」私たちを維持する生命の網の中で菌類が中心的な位置を占めていることを考えると、菌類についてもっとよく把握する必要があると専門家は主張しています。
暗黒菌について私たちが知っていることはすべて、環境 DNA、つまり eDNA に由来しています。この用語は、すべての生き物から絶えず剥がれ落ちる DNA の構成要素である塩基対の文字列を指します。研究者は、これらの浮遊する二重らせんの破片を分析して、どの種がその地域に姿を現さずにうろついていたかを判断することができます。真菌を具体的に特定するために、科学者たちは内部転写スペーサー（ITS）と呼ばれる便利な遺伝マーカーに注目します。このマーカーは数百塩基対で構成されており、急速に進化するため種の識別に役立ちます。 ITS はゲノムのごく一部にすぎませんが、研究者はそれを選び出し、新型コロナウイルスの臨床検査で使用されているものと同じポリメラーゼ連鎖反応技術を使って増幅することができます。 ITS 配列が遺伝子データベース内の他のすべての配列と十分に異なっている場合、科学者がその物理的形状に注目しているかどうかに関係なく、それは新種を表すと考えられます。
2000 年代の変わり目に、種を発見する新しい方法として、eDNA シーケンスが急速に登場しました。クラーク大学の菌学者デイビッド・ヒベット氏らが2009年に書いたように、科学者たちは突然「データの洪水」に陥っていることに気づいた。その流入によって、暗黒菌の膨大さが明らかになった。現在、ヒベット氏は、「真菌類の多様性の豊かさについての私たちの理解は、これらの暗黒生物によって実際に深まりつつある」と述べています。
毎年、研究者は標準的なルートで約 2,000 個の新しい菌類を発見し、自然界または顕微鏡下でそれらを発見します。しかし、1 回の eDNA 研究で、それよりも 10 倍多くの暗色菌が登録される可能性があります。多くの場合、その断片は生態系の中で最も豊富な DNA サンプルの 1 つです。 「未知数が 30% 未満の環境配列研究を見たことがないと思います」とニルソン氏は言い、通常、その割合ははるかに高くなります。場合によっては、少数の DNA 配列だけが意味のある分類レベルで分類され、界 (この場合は真菌) から門、綱へと絞り込まれ、種にまで絞り込まれることがあります。
完全な標本を見つけるのは難しい場合があります。多くの真菌は微視的であり、さらには単細胞であり、生物学的物質の小さなサンプルには分離が困難な数百の菌類が含まれる場合があります。他の種は目に見えるキノコや根のような菌糸として成長しますが、それらは一時的であるため、見落とされやすいです。実験室培養で微生物を飼育する場合、適切な条件を提供するのは困難な場合があります。チェコの微生物学者チームは最近、「理論上、培養不可能なものは何もない」と主張したが、菌学は資金と人員に窮しているため、実際問題として、黒カビについての我々の洞察は通常、DNA断片で終わる。
しかし、私たちが知っていることは簡単ではありません。ロスリング氏は、「環境 DNA 配列には、単なる塩基対よりもはるかに多くの情報が存在します。」と述べています。菌学者は、既知の種との類似点を探すことで、黒っぽい菌類に最も近い近縁種を特定することができ、そこからその生活環や生態学的役割について多くのことを推測することができます。それでも、特に近親者がいない場合には、完全な標本なしで学べることには限界があります。 「それがレフトの外にあるものだとしたら」とヒベットは言う、「それはとても不思議なことだ」
ロズリングが大学院で DNA を発見した菌類のグループを考えてみましょう。数年後、彼女はそのうちの1つが1999年から長く忘れ去られていた文化の中で繁栄しているのを見つけて唖然とした。それは、世界中の土壌に生息する何百もの暗黒種からなる始原根菌類と呼ばれる綱の最初に知られているメンバーであることが判明した。参考までに、哺乳類はクラスです。 「私たちが知らないような規模のグループが存在します」とロズリングは驚きを込めて言う。
2011年、メレディス・ジョーンズという英国の微生物学者は、これまでは暗かった、クリプトミコタという適切な名前の新しい門の可能性を発見しました。 (参考までに、哺乳類の綱は脊索動物門のサブグループです。) このような発見は、生命の樹に対する単なる改訂以上のものです。クリプトミコタは、真菌の四肢に巨大な枝を追加することに加えて、かつてはすべての真菌の特徴であると考えられていた繊維状物質であるキチンを欠いているため、驚異的でした。そして、ロスリングのチームが発見して以来、古根菌類は潜在的なキーストーン種とみなされてきました。植物と共生関係を築き、有機分子を他の生物が利用できる炭素と窒素に分解するそれらが存在しなければ、生態系全体が崩壊する可能性があります。 DNA から完全なストーリーを読み取ることはできないのは明らかですが、それは出発点です。研究者が暗黒菌を追跡または培養するまで、それらは主に ITS 配列の大きな群として私たちに存在します。菌学者はこれらの配列を「バーコード」と呼びます。これは、遺伝物質と種を明確に結び付けるためです。世界中の DNA UNITE データベースにある 1,000 万件のバーコードのうち、多くは「未確認」のラベルの下で眠っています。
これらの分類学的孤児への関心を喚起することを期待して、ニルソン氏は、DNA は存在するが標本が存在しない最大の未確認系統を代表する「最も望まれている菌類トップ 50」のリストを作成した。いくつかは特定されているが、2016年に令状を発行して以来、残りの部分については十分な注目が集まっていないと彼は感じている。「誰もが論文を出したいと思っており、ここにチャンスがある」と彼は言う。 「すべてのデータはあなたのために集められました。行って見てみろよ、きっと何か見つかるはずだ。」ニルソン氏は、デジタル的にだけでなく物理的にも実行できることを意味しています。UNITE エントリには DNA 配列の地理的分布が含まれているため、誰もが現実世界で対応する種を探すことができます。
このリストには必ずしも経済的または生態学的に最も重要な暗色菌が含まれているわけではなく、門や綱などの最も高い分類レベルでさえまだ分類されていないそれらのグループだけが含まれています。それにもかかわらず、ニルソン氏は利益の可能性を迫られたとき、難なく応じる。真菌生物学の未踏の領域は、たとえば、貴重な化学物質や医薬品を生み出す可能性があります（ほんの一例を挙げると、ペニシリンや臓器拒絶反応の治療薬シクロスポリンは真菌に由来します）。 「これらの種のうちの 1 つまたは複数は、人類にとって非常に重要であることが判明します」と彼は言います。
最も重要なことは、暗黒菌は生物圏が適切に機能するために不可欠であるということです。それらは自然の残りの部分と完全に絡み合っています。それらとその根底にある複雑な生命維持プロセスを保存するために、研究者はそれらを一つ一つ突き止め続けなければなりません。 「その多様性を捉えることは、保護に関してより多くの情報に基づいた視点を持つのに役立ちます。」とロスリング氏は言います。
eDNA を扱う技術が進歩するにつれ、菌学者は暗い秘密を抽出する上でこれまで以上に有利な立場にあります。ハイスループット シーケンシングと単一細胞ゲノミクス (名前が示すとおり、単一細胞からほぼ全体のゲノムを収集できる) はどちらも、従来のバーコード シーケンシングに比べて劇的な改善をもたらします。このような方法を、環境サンプル中のレギオン細胞を選別して培養するための最先端技術と組み合わせることで、暗黒菌の謎めいた世界をより深く理解できる可能性がある。 「素晴らしい化学、生物学、生態学が起こっていることを想像してみてください」とニルソンは言います。 「これらすべてのやり取りについては、私たちはまったく知りません。その思いが私にエネルギーを与えてくれます。」
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