砂糖も食べません。この菌はどれくらい好き嫌いが激しいのでしょうか?

なぜ人々はキャンディーを食べるのが好きなのでしょうか?砂糖は甘いから。なぜ人々は砂糖が甘いと思うのでしょうか?

実際、味は食べ物自体の特性ではなく、人間の舌によって完全に決まります。同じ野菜でも苦いと感じる人もいれば、苦くないと感じる人もいます。一般的に言えば、人々が何かの味がおいしいと思う理由は、歴史的に人間の体がそれを必要としてきたからです。もちろん、現在では「過剰な砂糖」が新たな問題となっていますが、これは砂糖自体が人間の生理機能にとって重要であることには影響しません。

結局のところ、砂糖はエネルギーに変換されやすいからです。すべての生物は生き続けるために常にエネルギーを必要としますが、必要なエネルギーは比較的穏やかです。エネルギーが強すぎると生物の構造が破壊されるため、火を燃やしたり電線を接続したりしても人間は生き残ることができません。

砂糖は最高のエネルギー源です。砂糖は酸素とともに、数十の酵素の触媒作用によって一連の複雑な化学反応を起こし、少しずつ内部のエネルギーを人間が利用できるように放出します。緊急事態では、人体はエネルギーを生成するために他の化学物質も使用しますが、通常、糖が常に主流となります。これは人間だけでなく、地球上のほぼすべての生物に当てはまります。

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研究からの新たな発見:

砂糖を食べない微生物

しかし、生物界には常に例外が存在します。 Nature Communications は最近、Helicopteran と呼ばれる微生物について報告しました。砂糖は食べず、砂糖水に浸しても何も見ていないかのように振る舞います。研究により、体内で糖を代謝する能力を完全に失っており、他の生物が糖を反応させるのに必要な酵素を基本的にすべて失っていることがわかっています。

ではそのエネルギーはどこから来るのでしょうか?それは非常にわかりにくいチャネル、アルギニン加水分解です。このチャネルには 3 つの酵素しか必要ありませんが、エネルギー効率は大きく異なります。理論上、グルコース 1 分子は生体内で最大 38 個のエネルギーを生成できますが、実際には通常 30 ～ 32 個のエネルギーを生成します。しかし、アルギニン 1 分子では、ほんの少しだけ多くのエネルギーしか生成できません。こんなに小さなエネルギーで生き残れるなんて本当にすごいですね。

では、なぜこの菌はエネルギー効率が優れているのでしょうか?おそらく体の他の部分から捨てられるものはすべて捨ててしまったからでしょう。グルコースを代謝するのに使われる数十種類の酵素のほとんどが廃棄されただけでなく、他の重要な成分のほとんども廃棄されました。

生物の重要な情報のほとんどは遺伝子に保存されています。人体には、酵素やその他のタンパク質をコードする遺伝子が 20,000 個以上、さまざまな調節機能を担う遺伝子が 10,000 個以上あり、合計すると 40,000 個未満になります。そしてこの細菌にはたった 359 個の遺伝子しか残っておらず、これは人間の遺伝子のわずか 1 パーセントに過ぎません。

どうやって生き残るのでしょうか?

ここまで合理化された生物はどうやって生き延びているのでしょうか？答えは、独立して生きているのではなく、深海の八放サンゴの中に住んでいるということです。

深海サンゴとクモヒトデ類の共生生物。科学者たちが研究したバクテリアは、同様のサンゴの中に生息している。画像出典: wiki

私たちがよく知っている熱帯の浅い海のサンゴのほとんどは、体内の共生藻類の光合成によってエネルギーを得ています。しかし、深海には太陽光がほとんどなく、ここに生息するサンゴは基本的に捕食者であり、他の小動物や有機物の残骸を食べて生きています。体内には他の生物も存在します。私たちはまだこれらの生物についてほとんど何も知りません。今回発見された菌類はまさにその好例だ。

細菌は人の体内に住むと何をするのでしょうか？明らかな利点の 1 つは、自分で栄養素を作るのではなく、すぐに入手できる栄養素を使用できることです。人類がこれまでに発見した最も単純な独立生物にも、1,100 個の遺伝子があります。結局のところ、どんな生物でも生きている限り、何らかの基本的な代謝を実行し、基本的な体の部分のグループを生成する必要があります。しかし、これらの部品を外部から入手できる場合は、自分で作る必要はありません。

独立した生物にとって、広大な海の中で偶然にこれらの部品を見つけるのは極めて困難であり、まったく希望がありません。しかし、それが他の生物の体内に直接生息するのであれば、ほとんどの部品はすぐに入手可能となるでしょう。

サンゴはどのようにして体内にそれを生息させているのでしょうか?

でも待ってください、それは単に他人から「盗む」ことではないですか?はい、多くの寄生微生物は盗みます。しかし、この場合は、深海のサンゴとその中にいるバクテリアは調和しているようです。前者はそれを追い払う気配を見せなかった。一般的に言えば、これは菌類がサンゴに良いことをして、相互に利益のある関係になることを意味します。この関係はもはや寄生関係ではなく、共生関係です。

それで、この菌はサンゴにどんな良い影響を与えるのでしょうか?研究者たちはまだ完全には確信していないが、論文では2つの可能性を提案している。1つは防衛、もう1つは廃棄物処理だ。

「防御」とは、菌が他の寄生虫を追い払うことができることを意味します。科学者たちは、細菌の中にCRISPRと呼ばれる非常に活発なDNA切断システムを発見した。 CRISPR は現代のバイオテクノロジーにおいて非常に重要な遺伝子編集ツールです。しかし、その本来の機能は侵入者の遺伝子を破壊することです。おそらくこの細菌は CRISPR を使って他の有害な寄生虫を排除することができ、その代わりにサンゴは細菌にいくらかの栄養分を供給する役割を果たすことになるだろう。これはネズミを捕まえるために猫を飼うのと少し似ています。猫も餌を与える必要がありますが、ネズミが引き起こす害は猫が引き起こす害に比べれば微々たるものです。

「老廃物処理」とは、先ほど述べた細菌のエネルギー源であるアルギニンのことを指します。アルギニンの加水分解は、砂糖を食べることに比べるとはるかに劣る、非常に非効率的なエネルギー源です。なぜこのエネルギーが選ばれたのか理解するのは難しいように思えるかもしれませんが、もしそれが意図的なものだったとしたらどうなるでしょうか?もしこれがサンゴにとって最善の利益だとしたらどうでしょうか?すべての生物はアミノ酸を分解する必要があります。サンゴがこの作業をバクテリアに引き渡し、その過程で放出されるエネルギーがバクテリアに与えられる可能性は十分にあります。一方、バクテリアはアルギニンの分解に重点を置いており、貴重な糖分をめぐってサンゴと競争することはありません。こうすることで、再び双方にメリットのあるシナリオになります。

もちろん、上記の 2 つの可能性は矛盾しないかもしれません。

細菌は地球上の生化学の真の達人であり、想像を絶する無数の生化学的代謝経路を発明してきました。比較すると、大型動物と植物の生化学的代謝はほぼ同じです。このため、細菌は現代の生物学研究において極めて重要な役割を果たしています。この細菌の奇妙な代謝は、おそらく、人々が糖を制御するのに直接役立つことはないだろう。結局のところ、糖代謝は完全に無視するには重要すぎるからだ。しかし、生化学的プロセスに対する理解を深め、生物学研究のための強力な研究ツールを提供する可能性もある。

菌類には脳はないかもしれないが、何十億年にもわたる試行錯誤を通じて菌類が開発してきた多くの技は、必ずしも数十年をかけて人間が編み出した想像力に劣るものではない。

参考文献

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-024-53855-5

企画・制作

著者: 方剛、人気科学作家

査読者: タオ・ニン、中国科学院生物物理学研究所准教授

企画丨Xu Lai

編集者：イヌオ

リンリンによる校正

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