DNAを組み立てれば、生命はつくることができるのか。生命活動の発動スイッチはどこに
高知コア研究所で保管されている海底下コア試料。このコア試料から見つかった微生物たちについて研究しているのが、海洋研究開発機構(JAMSTEC)超先鋭研究開発部門 高知コア研究所の星野辰彦主任研究員です。海底下には陸上と同等の多様な微生物世界が広がっていることがわかりました。しかし、栄養源のほとんど存在しない海底下では、1回の細胞分裂にかかる時間は数百年ではないかともいわれています。海底下の微生物から、生命現象とは何か？ という問いに迫ります。(取材・文:岡田仁志) 【写真】DNAを組み立てれば、生命はつくることができるのか
海底下の微生物は独自の進化しているのか
――ここまでのお話で、海底下生物圏も、地表の生物圏と同じぐらいの多様性があることがわかりました。だとすると、海底下でもやはり遺伝子のミスコピーから始まる進化のプロセスがくり返されているということでしょうか。 海底下の環境で、微生物がどのように進化して多様性を持つようになったのかは、まだよくわかっていません。地上や海洋の微生物は盛んに分裂して増えるので、突然変異やゲノム上の変化も起きやすいですよね。しかし海底下では微生物があまり増えないので、変異を起こすチャンスも少ないんです。 ――細胞分裂のペースは、地上と海底下でどれぐらい違うのでしょう。 たとえば大腸菌は、実験室の整った環境では20分に1回ぐらい分裂します。そのペースで、倍々ゲームで増えていくんですね。一方、海底下の微生物は、分裂するまでに1万年から100万年もかかるという計算結果もあるんですよ。 もっとも、その研究は海底下から採取した微生物を実験室で培養したものなので、もともとの環境とは異なります。その微生物が好まない餌を与えているから、そんなに時間がかかるのかもしれません。ほかの研究では、もっと短いスパンで分裂すると見積もられています。しかし、それでも10年、100年といったスケールでしか分裂しません。
陸地6：海底下4
――それは、やはり栄養源が少ないからですか？ そうですね。おそらく、自分自身のDNAが受けたダメージを修復しながら生き延びるだけで精一杯で、分裂して増殖するほどのエネルギーはなかなか得られないのではないかと考えられています。そういう環境で、どうやって微生物のコミュニティが変化するのかは、まだ全然わかっていないんですよ。 これまで僕たちが理解してきた生物進化のプロセスは、餌が豊富な環境でのものでした。盛んに分裂して増殖する中で、遺伝子の変異が現れ、環境適応したものが新種として生き残るわけですね。 でも、そういう理解が地球の全生物に当てはまるかどうかはわかりません。海底下生物圏は、地球全体の生物圏の中でもかなり大きな割合を占めています。地球全体に広がっていますし、バイオマスも大きいですからね。 微生物の数は、陸上とその地下にそれぞれ3×10の29乗いるので、合わせると陸地は6×10の29乗。それに対して海底下は、4.5×10の29乗です。陸地6に対して海底下は4.5ですから、すごく大きな生物圏ですよね。海洋中は1×10の29乗ですので、海底下生物圏は海洋よりも大きいんです。地球全体のシステムを理解しようと思ったら、ここで起きていることを無視するわけにはいきません。 そういう大きな生物圏における生物の進化プロセスがわかっていないのですから、ある意味で、人類はまだ地球生命の進化プロセスを全体的には理解できていないとも言えるでしょう。海底下は、生物学にとってとても重要な領域だと思います。
