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Oct 20, 2023

10億年前に繁栄した初期微生物の「失われた世界」

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10 億年以上前、海洋は真核微生物 (写真は現代の真核細胞、人工的に着色) であふれていました。クレジット: Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library

オーストラリアのアウトバックの地下数百メートルにある岩石から、かつて世界の海に生息し、最終的には現代の動植物を生み出した可能性のある原始的な微生物の失われた世界への手がかりが得られた。

岩石から分離された脂肪状分子の分析は、それらが真核生物と呼ばれる、これまで発見されていなかった古代の生物集団によって作られたことを示唆しています。真核生物とは、通常、細胞に核やその他の内部区画が含まれる生物のグループです。 この分子は16億年前のもので、これまでの生化学的証拠が示唆していたよりもはるか昔に真核生物が豊富に存在し、広く普及していたことを示唆している。

マサチューセッツ州ウィリアムズタウンにあるウィリアムズ大学の古生物学者フィービー・コーエン氏は、「これまでの話では、真核生物は8億年前まで極めて稀だったということだった」と話す。彼はこの研究には関与していない。 「古生物学者たちはこれに激怒しました。それは私たちが化石記録で見ていたものではないからです。」 この発見は、2 種類の証拠の間のギャップを埋めるのに役立つと彼女は言います。

新しい結果は、6 月 7 日に Nature1 誌に掲載されました。

現代の真核生物のほとんどは、細胞膜を構築し、他の細胞機能を実行するために、コレステロールなどのステロールと呼ばれる脂肪様化合物に依存しています。 ステロールは真核生物の家系図全体に見られるため、現代のすべての真核生物の最後の共通祖先に存在すると考えられています。 そのため、古生物学者はこの化合物を、古代の岩石中の真核生物の存在を示すバイオマーカーとして使用してきました。

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しかし、8 億年前よりもさらに遡ってみると、ステロールの足跡は枯渇しています。 約10億年前の赤藻と緑藻（どちらも真核生物）の化石が存在しているにもかかわらず、研究者らはそれより古い岩石からこの化合物の痕跡を見つけることができていない。

この欠如により、8億年前までは真核生物は検出可能なステロールの痕跡を残せるほど豊富ではなかったのではないかという推測が生まれた。

ただし、もう 1 つの可能性としては、研究者が間違った分子を探していた可能性があります。 ドイツのブレーメン大学の地球生物学者ベンジャミン・ネッターシャイム氏、キャンベラのオーストラリア国立大学の古生物地球化学者ヨッヘン・ブロックス氏とその同僚らは、現代の真核生物がステロールを合成する際に作る短命の分子に焦点を当てることにした。 このような現代の中間体は、原始的な真核生物の最終産物であった可能性があります。

研究チームは世界中の岩石を精査し、これらの「プロトステロール」の広範囲にわたる痕跡を発見した。これは、それらを生成する真核生物が8億年から16億年前の水環境に豊富に存在していたことを示す証拠である。

これはこれまでの考えと矛盾するとネッターシャイム氏は言う。 可能性の 1 つは、より現代的なステロールを生成する真核生物が 10 億年から 8 億年前の間に選択的優位性を獲得し、最終的にはプロトステロールを生成する真核生物に取って代わられたということです。

マサチューセッツ州ノーサンプトンのスミス大学で微生物真核生物を研究する生物学者ローラ・カッツ氏は、今回の研究はなぜ科学者たちが化石記録を裏付ける生化学的痕跡を見つけられなかったのかを示す可能性があると語る。 「私たちは間違ったものを探していただけです。」

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しかし、カナダのハリファックスにあるダルハウジー大学で比較ゲノミクスと真核生物の進化を研究しているアンドリュー・ロジャーは、10億年前の化石化した赤藻と緑藻は生きている藻と驚くほどよく似ており、おそらく現代のステロールを作ったと指摘している。 それは、現代のステロールが、その前駆体だけでなく、8億年以上前の岩石にも存在しているはずであることを示唆している。 「この発見は、答えであると同時に多くの疑問も引き起こしています」と彼は言う。

また、プロトステロールが真核生物によって作られたと疑う理由はあるものの、研究者らはそれらが古代の細菌によって作られた可能性をまだ排除できていない、と同大学で初期の真核生物の進化に焦点を当てている古生物学者のスザンナ・ポーター氏は言う。カリフォルニア州サンタバーバラ州。

しかし、研究チームのアプローチ（生合成経路の進化に関する仮説を使用して古代生命の探索をガイドする）は、初期の生命についてさらに明らかにする可能性がある、と彼女は付け加えた。 「進化の観点からバイオマーカーの記録を考えています」とポーター氏は言う。 「そして、それが必要だと思います。」

土井: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01847-8

関連するニュースと見解を読む: 「ステロール生合成の長い初期段階」

ブロックス JJ 他自然 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06170-w (2023)。

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