肉眼で見える巨大な細菌が微生物学の分野を揺るがす

肉眼で見える巨大な細菌が微生物学の分野を揺るがす
ある巨大な細菌が、生物学の基本モデルの予測とは異なる進化を遂げました。簡単に言えば、このようなバクテリアは存在しないはずなのです。

https://www.freethink.com/science/mega-bacteria

ピーター・ロジャース著
2022年12月23日
分野
動物
生物学
生態系
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出典：Jean-Marie Volland et al.、プレプリント
1977年、モネラ王国が崩壊した。わずか50年ほどの若い王国であった。バクテリアと類似の微生物で構成されるこの王国は、これまでで最も人口の多い王国でもあった。この崩壊は、アメリカの微生物学者で生物物理学者のカール・ウーズが、遺伝子解析によってモネラ王国の境界線が誤って描かれていることを発見したことに起因すると、学者たちはよく言う。

この発見は、王国を崩壊させただけでなく、地球上のすべての種の「家系図」である「生命の木」をも変質させた。その結果、かつての王国とその市民は、バクテリアとアーキアという2つのドメインに分離された。そして今、微生物学の分野を揺るがす新たな発見が、私たちが再び帝国を崩壊させる寸前であることを示唆しているのかもしれない。今回は、"マグニフィセント・サルファー・マルガリータ "と名付けられた、異常に大きなバクテリアの一種が原因である。

チオマルガリータ・マグニフィカ：存在しないはずのバクテリア
正確には、この種の大きなバクテリアはThiomargarita magnifica（「大きな硫黄の真珠」とも訳せるが、マルガリータの方がかっこいい）と名付けられている。しかし、数年前、この細菌には名前がなかった。その存在を知っていたのはほんの一握りの科学者だけで、しかもそれが細菌であることも知らなかった。

フランス領アンティル大学の海洋生物学者オリヴィエ・グロ氏は、水中のマングローブの葉に付着した1センチメートルほどの白い糸に気づいた。当時、彼はそれを菌類と疑ったが、その種類は分からなかった。そこで、グロ氏はサンプルを採取し、研究室に持ち帰った。グロ氏の大学院生であるジャン・マリー・ヴォランは、この珍しい生物の分析を始めた。そして、事態は奇妙になった。

この研究はまだプレプリントであり、専門家による検証を受ける必要がある。初期の実験では、この生物はバクテリア・ドメインの住人であると示唆されたが、これまでに発見された最大のバクテリアの50倍もあり、顕微鏡がなくても見えるほどの大きさであった。これは、バクテリアが栄養分の拡散速度によってサイズ制限を受けるとする拡散制約仮説に基づくもので、本来は不可能なはずのことなのだが、そのようなことはなかった。

この細菌は、長さ数センチメートルの白い繊維状に成長し、これまで発見された最大の細菌の50倍の大きさである。(出典：Jean-Marie Volland et al.、プレプリント）
バクテリアの生物物理学
拡散拘束仮説は、英語で言うと「もし細胞が何かを長い距離移動させたいなら、何らかの仕事をしなければならない」というものである。どれくらいの仕事が必要なのだろうか？それは、細胞の大きさによって異なります。

例えば、水を張ったグラスの縁に黒い染料を一滴垂らすとします。数秒後には、その染料はグラスの中心部まで広がっています。これが受動拡散です。これは、バクテリアのような小さな細胞にはとても効果的です。では、オリンピックサイズのプールの縁に黒い染料を一滴垂らすとします。スイマーがカップで染料をすくい上げ、プールの中心まで泳がせなければ、染料は中心まで到達するのに時間がかかりすぎ、希釈されすぎてしまうでしょう。これが能動拡散です。これは能動的な拡散であり、エネルギーが必要です。

しかし、バクテリアは怠け者ですから、受動的な拡散にしか頼りません。膜を通して栄養を吸収し、あとは物理法則に任せているのです。プールのように、バクテリアが大きくなりすぎると、栄養素が細胞全体に効率よく行き渡らなくなります。ヒトの細胞など、より大きく複雑な真核細胞は、栄養分を必要な場所に運ぶ精巧な輸送システムによって、この物理的な制限を克服している。しかし、バクテリアにはこのようなシステムは存在しない。

巨大な細菌はどのようにルールを破っているのか
この巨大な微生物は、拡散制約仮説を回避する方法を発見している。それは、細胞内に液体で満たされた袋を持ち、その袋が細胞内物質を細胞外壁に押しつけるからである。(例えるなら、プールに巨大な風船を入れると、すべての水がプールの端に押しやられるようなものだ。） つまり、栄養分はバクテリアの端に限定されるので、それほど遠くまで拡散する必要はない。

この巨大な微生物の内部には、液体で満たされた袋があり、細胞内内容物を外側の細胞壁に押しつけるようにしている。(出典：Jean-Marie Volland et al.、プレプリント）
この大型細菌は、もうひとつの大きなルールを破っている。それは、核に似たものをもっていることだ。核は、真核生物細胞の決定的な構造である、DNAを含む特別な区画である。核は、真核細胞の特徴的な構造であり、原核細胞（細菌と古細菌の領域）とより複雑な真核細胞とを分けるものであると、内部共生理論では考えられている。どういうわけか、これらの大型バクテリアは、既存のどの理論でも予測できないような、非常に奇妙な進化を遂げたのである。つまり、これらの巨大なバクテリアは存在しないはずなのだ。

生命の木」は間違っているのか？

出典：VectorMine / Adobe Stock
生命の起源を示す「生命の木」は、世界中の生物学の教科書で教えられている基本的な原理であり、その進化的な関係は、生命の起源までさかのぼることができる。それは間違っているのだろうか？

おそらく間違ってはいないだろう。しかし、巨大バクテリアは、生物の複雑性の進化に関する我々の理解が極めて不完全であることを強く示唆している。ビッグ・バクテリアは、巨大なウイルスと並ぶ存在であり、中にはバクテリアよりも大きなものもある。これらの変則的な微生物は、進化生物学の奥深くに謎が残されていることを示唆している。

この記事は、Big Think誌の許可を得て転載しています。