Research press release

生命は、鉄の多い温泉で誕生した

Nature Microbiology

Life began in an iron-rich hot spring

あらゆる生命の進化の出発点になった生物の重要な代謝特性と、その生物が住んでいた可能性の高い環境を突き止めたとの報告が寄せられている。ゲノムデータ解析によって、いわゆるLUCA(全生物最終共通祖先)が、温かく無機物が豊富な無酸素環境で生存できるよう適応していたことが分かったという。それはおそらく、現在の地球上で見られる温泉に似た環境だろう。

あらゆる細胞のLUCAという概念は、初期進化や生命の起源の研究では重要である。しかし、LUCAがどのような場所でどのような仕組みで生きていたのかについては、ほとんど情報がない。William Martinたちは、LUCAに起源を持つ可能性のある古代の遺伝子を探すため、原核生物(単細胞)のタンパク質コード遺伝子610万個の進化上の関係を解析した。

Martinたちの厳しい基準に適合したのはわずか355個のタンパク質群だけだったが、これだけでも十分に、LUCAは嫌気的(成長に酸素を必要としない)で、高温を好み(比較的高温で繁殖する)、二酸化炭素、窒素、水素を利用して代謝経路を維持していることを明らかにできた。また、LUCAは鉄などの遷移金属やセレンなどの元素をも必要とすることが分かった。これらの進化上の関係性に基づいて、著者たちは、現在生存している生物の一部、例えばクロストリジウム(細菌)やメタン生成菌(古細菌)などが、LUCAとよく似た生活様式を持つと結論付けている。これらの知見は、地球の現在の生物が、熱水環境中の独立栄養生物(CO2のような無機物から栄養となる有機物を作ることができる生物)の子孫であることを裏付ける新しい証拠である。

同時掲載のNews & Views記事では、James McInerneyが、「推定されたこのLUCAの代謝を見ると、細菌と古細菌の分岐よりも前から、地球に有力で極めて効率の良い代謝系が存在したのを見る思いだ。この研究は、40億年も昔の生命について、非常に興味深い手掛かりを与えてくれる。」と述べている。

Key metabolic features of the organism from which all life evolved, and the type of environment in which it likely lived, are identified in a paper published online this week in Nature Microbiology. The genomic data analysis finds that the so-called last universal common ancestor (LUCA) was adapted to survive in warm, oxygen-free, mineral-rich environments, perhaps similar to hot springs we see on Earth today.

The concept of a LUCA for all cells is central to the study of early evolution and the origin of life. However, little information exists about how and where LUCA lived. William Martin and colleagues analysed the evolutionary relationships of 6.1 million prokaryotic (single-celled) protein-encoding genes to search for ancient genes that may have originated from LUCA.

Although only 355 protein groups met their strict criteria, they found this was enough to determine that LUCA was anaerobic (did not require oxygen for growth) and thermophilic (thrived at relatively high temperature), and used carbon dioxide, nitrogen and hydrogen to sustain its metabolic pathways. The authors find LUCA was also dependent on transition metals such as iron, and other elements such as selenium. Based on these evolutionary relationships, they conclude that some organisms alive today have similar lifestyles to LUCA, including the clostridia (Bacteria) and methanogens (Archaea). This work provides new evidence to support the theory that life on Earth today is descended from autotrophic organisms - which create nutritional organic substances from inorganic substances, such as CO2 - in a hydrothermal environment.

In an accompanying News & Views article, James McInerney writes: “When we look at the inferred metabolism of LUCA, we are looking at the dominant and most successful kind of metabolism on the planet before the Bacteria and Archaea diverged. This new study provides us with a very intriguing insight into life four billion years ago.”

doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.116

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