テキサス大学オースティン校の研究者らが、一部のアスガルド古細菌が複雑生命の祖先の近縁種であり、酸素に耐え利用できることを発見した。この発見は、酸素依存性および酸素回避性の微生物が真核生物を生むパートナーシップを形成した方法に関する長年の謎を解明する。Nature誌に掲載された証拠は、大酸化イベント後に酸素環境で複雑生命が出現したことを示唆する。
数十年にわたり、科学者らは植物、動物、真菌を含む複雑生命が2つの異なる微生物、アーキオンとバクテリアの合併から生じたと考えてきた。主要な課題は、これらパートナーの酸素ニーズを調整することであり、一方は酸素を必要とし、もう一方は避けると考えられていた。現在、テキサス大学オースティン校の海洋科学および統合生物学准教授ブレット・ベイカー氏が率いる研究が、アーキオンパートナーが酸素を扱えた証拠を提供する。 研究は、真核生物の祖先の進化的いとことされるアスガルド古細菌に焦点を当てた。多くのアスガルドは深海熱水噴出孔などの無酸素環境に生息するが、チームは真核生物に最も近い系統が酸素豊富な浅海沿岸堆積物や水柱で繁栄することを発見した。「今日生きているアスガルドのほとんどは無酸素環境で見つかっている」とベイカー氏は説明する。「しかし、真核生物に最も近いものは酸素のある場所に住み...酸素を利用する代謝経路を多く持つ。これは我々の真核祖先もこれらのプロセスを持っていた可能性を示唆する。」 この発見は地球の地質史と一致する。17億年以上前、酸素レベルは低く、大酸化イベントで急上昇した。その直後、数万年後には最初の真核微化石が記録に現れる。「環境に酸素が出現し、アスガルドが適応した」とベイカー氏。「酸素利用にエネルギー優位性を見出し、真核生物へ進化した。」 主流モデルでは、アスガルドアーキオンがアルファプロテオバクテリアを共生的に取り込み、それがミトコンドリアへ進化したとされる。これを裏付けるため、研究者らは海洋堆積物から13,000以上の微生物ゲノムを配列決定し、アスガルド多様性をほぼ倍増させた。Heimdallarchaeiaなどのグループを真核生物に特に近いと特定した。 AIツールAlphaFold2を用い、タンパク質構造を解析したところ、Heimdallarchaeiaの酵素と真核生物の酸素代謝酵素に類似が見られた。共同著者のパスツール研究所博士研究員キャサリン・アプラー氏は「これらのアスガルド古細菌は低カバレッジシーケンシングでしばしば見逃される...大規模シーケンシング努力により...ゲノム拡大前に見えなかったパターンが明らかになった」と述べた。 本研究は酸素が複雑生命の台頭をどう助けたかを理解する上で重要だが、さらなる進化ステップには触れていない。