10億年前の陸上生活への第一歩としての「撥水性

生命の起源と進化
10億年前の陸上生活への第一歩としての「撥水性

https://astrobiology.com/2022/06/water-repellency-as-the-first-step-to-life-on-land-a-billion-years-ago.html

キース・カウイング著
ボン大学
2022年6月12日
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Filed under 進化
10億年前の陸上生活への第一歩としての撥水性
水滴は超疎水性バイオフィルム上で球状を保ち、ハッサリア菌の細胞フィラメントを分散伝播のために前方に輸送する。
水滴は転がり落ち、表面をきれいにし、例えば真菌の胞子の侵入を抑える。しかし、40年前にボン大学のヴィルヘルム・バルトロット教授が発見した「ハス効果」は、植物だけではありません。

陸上生物のシアノバクテリア（Hassallia byssoidea）も、水膜や競争相手から身を守るために、極端な撥水性を利用しているのである。これは、バースロット率いる研究チームが『Frontiers in Plant Science』誌に発表したものである。

植物をはじめとする生物は、5億年近くにわたり、陸上に植民するための構造や仕組みを進化させてきた。その際、環境との重要な物理的インターフェースである植物の表面は、主に水分の損失に対するバリアとして機能する。ボン大学の研究者らは、約4億年前に藻類が水中から陸上へ移行する際に、極めて高い撥水性（超疎水性）とそれに伴うセルフクリーニング（蓮華効果）がさらなる鍵になったことを示唆している。研究チームは、『Frontiers in Plant Science』誌に、「超疎水性は、陸上でのガス交換を促進し、水膜中の水生生物を排除します」と書いている。

材料科学や表面技術の分野でも、超疎水性は最も重要なバイオインスパイアード技術となっており、例えば、ファサードの塗料やワニスなどにおいて、水膜や汚染を回避することが可能になっている。この論文では、乾燥に強いシアノバクテリア「ハッサリア・バイソイデア」の極めて撥水性の高いバイオフィルムについて述べ、超疎水性の起源がこれまで考えられていたよりもはるかに古いという証拠を提示しています。超疎水性の起源は、約10億年から20億年前までさかのぼる可能性があります。

この多細胞細菌は、「藻のような」フィラメントを形成し、極めて高い撥水性を発揮して水の膜を防いでいる。短い細胞フィラメントは、巻き上がる水滴に付着したままであり、この細菌は "スプラッシュ・ディスパレーション "と呼ばれるタイプの水滴感染によって拡散する。浸水したバクテリアの芝生は、約1日後に濡れやすくなり、水中で成長を続ける。そして再び乾燥させると、陸上で生活するための撥水性に達するのだ。

「親水性から安定した超疎水性へと変化するシアノバクテリアの陸上バイオフィルムに関する確実なデータが得られました。そして、超疎水性は、陸上のほとんどすべての生物の移行において、進化的に重要な役割を果たしたと考えられます」とバースロット教授は言う。シアノバクテリアが、最古の化石であるストロマトライトに関与していることは偶然ではありません。ストロマトライトは、おそらくシアノバクテリアを主体とするバクテリアマットの薄い層で構成されており、一般に、このバクテリアが最初の陸上生活者であると考えられているのです。

この作品は、バクテリアから緑藻類、粘菌、コケ類、シダ類、そして最も原始的な顕花植物アンボレラを経てハスの葉へと超疎水性が進化してきたことを印象的に示している。今日、超疎水性バイオミメティックとして日常的に産業応用されている効果の背景には、10億年の進化があるのです。

出版物 Barthlott, W., Büdel, B., Mail, M., Neumann, K.M., Bartels D. & E. Fischer: 超疎水性陸上シアノバクテリアと陸上植物の変遷、Front. Plant.

宇宙生物学

キース・カウイング
SpaceRef共同設立者、エクスプローラーズ・クラブ・フェロー、元NASA、アウェイチーム、ジャーナリスト、宇宙・宇宙生物学、登山歴あり。