終末後の夜に、ホタル、キノコ、バクテリアで地球を照らしましょう！

フランスのサンス市の川岸には、細菌が詰まったチューブが立ち並び、淡い青緑色の光を放っている。

川岸のほのかな緑の光｜Glowee

まぶしい光とは異なり、この青緑色の光は非常に柔らかいです。ホタルの発光と同様に、電気を必要とせず、海洋細菌の自然な代謝によって光を発するため、生物学的照明の一種となります。

川岸に沿って設置されたこれらの光るチューブは、フランスのバイオ照明会社 Glowee による初の屋外バイオ照明設備です。さらに、Glowee はワクチン観察エリアにもこのタイプのライトを設置し、人々は穏やかな青緑色の光を浴びながら、静かに時間が過ぎるのを待つことができるようにしました。

Glowee は、都市の照明の使用方法を変えることを目指して、生物発光照明装置を製造するフランスのスタートアップ企業です。また、この青色蛍光生物発光ライトの普及に向け、フランスのいくつかの町とも協力関係を結んでいる。グローウィー

Glowee ラボでは、これらの生物発光インスタレーションはさらに夢のようです。実験室では、海洋細菌が詰まったさまざまな容器が青緑色の蛍光を発し、人々にマトリックスに入り込んだかのような錯覚を与える。

研究室のマトリックス｜Glowee

蛍光灯の下には、花や植物、木々に装飾された椅子がいくつか置かれています。研究室の研究者たちは、ここをリラックスできる場所として利用し、自然な光を浴びながら、一緒に楽しい時間を過ごしています。

このライトは勤務時間中に眠るためのものなのでしょうか？｜Glowee

電気は不要、栄養と酸素で十分

Glowee の生物発光インスタレーションの主役は、生物発光する海洋細菌であるビブリオ・フィッシャーリです。

グロウィー氏はフランスの海岸でビブリオ・フィシェリを採取し、塩水を満たした試験管に保存し、その後「水槽のような」容器に移して培養した。

研究室で培養されたビブリオ・フィシェリ |グローウィー

容器内に栄養分と空気が注入されている限り、海洋細菌は好気条件下で関連する生化学反応を起こし、光を発することができます。 「電気を消す」場合は、空気を遮断して細菌を嫌気状態にすることもできます。

ビブリオ・フィシェリはなぜ光るのでしょうか？この細菌にはルシフェラーゼが含まれているからです。ルシフェラーゼは体内のエネルギー物質の化学反応に参加し、化学エネルギーを光エネルギーに変換し、最終的に波長約 490nm の青色蛍光を放出します。

この海洋細菌は、非常に不思議な深海生物である「光るイカ」から採取されたものです。ハワイアンダンジイカは、夜に餌を食べる夜行性の海洋生物です。ビブリオ・フィシェリは月と共存することができ、月明かりの明るさに合わせて光を発し、ダンゴイカの下の海域を照らし、捕食者の攻撃を避けるために「見えなく」します。

光ることができる生物は何ですか?青緑赤信号

自然界の生物は、青色光以外の光も発します。生物に含まれる蛍光分子は構造が異なり、さまざまな色を発します。

ほとんどの海洋発光生物は青緑色の光を発しますが、その光は波長が短いため、海中をより遠くまで到達することができます。例えば、渦鞭毛藻類の周囲の海水をかき混ぜると、臆病な渦鞭毛藻類は刺激を受けて青い光を発します。しかし、大量の渦鞭毛藻がかき乱されると、海面に青い光が広がる大きな領域が現れ、見事な蛍光ビーチが形成されます。

蛍光ビーチ、渦鞭毛藻は波や船などの刺激を受けて青い光を発します。 |エレノア・ハミルトン

キノコの中には緑色に光るものがある。例えば、発光菌類ロリドミセス・フィロスタキディスは、中国とインドの科学者による共同調査で初めて発見された。インド北東部のメガーラヤ州に生育します。光るのは茎だけであり、枯れた竹にしか生えません。光るのは、昆虫を引き寄せて胞子を拡散させるため、あるいは動物に食べられないようにするためかもしれません。地元の人々はこのキノコを食べませんが、キノコの付いた枯れた竹を集めて天然の「たいまつ」として使います。

茎だけが光るキノコ |参考文献[7]

夜行性の動物で、紫外線にさらされると毛皮が鮮やかなピンク色に蛍光するトビウサギ（Pedetes capensis）など、さらに鮮やかに光る生き物もいます。科学者たちは、なぜこのような鮮やかな赤色を発するのかよくわかっていません。紫外線に敏感な捕食者を混乱させ、その命を救うために使われるかもしれません。

結局のところ、あなたの目には紫外線が備わっていないので、この赤色は肉眼では見えないかもしれません。 |参考文献[2]

生物発光は本当に私たちの都市を照らすことができるのでしょうか?

生物学的照明は自然を利用し、環境保護、省エネ、再生可能など多くの利点がありますが、照明方法としては依然として大きな課題に直面しています。

最も致命的な欠点は、生物学的照明が十分に明るくなく、照明時間も非常に短いことです。

Glowee の現在のバイオデバイス照明は 1 平方メートルあたり 15 ルーメンしか達成できませんが、公園の公共照明には少なくとも 1 平方メートルあたり 25 ルーメンが必要であり、家庭用 LED ライトは 1 平方メートルあたり約 111 ルーメンを生成できます。また、安定した電気照明とは異なり、細菌にはライフサイクルがあり、生物学的照明装置は数日から数週間しか持続しません。

光束を表す物理単位。ルーメンが大きいほど、光は明るくなります。 Glowee の視覚効果マップでは、街はあまり明るくありません。 |グローウィー

第二に、細菌の増殖には、注意深い培養、十分な栄養、清潔な生活環境、適切な温度が必要です。これらの作業には専門の担当者による定期的なメンテナンスが必要であり、多くの人的資源、資材、資金を消費します。

寒い冬であれば、細菌の増殖が完全に停滞し、生物照明が麻痺する可能性があります。しかし、細菌の正常な生命活動を維持するために温度を上げると、大量のエネルギーが消費され、コストに見合いません。

したがって、現時点では、生物学的照明は電気照明に取って代わることはできず、せいぜい補助的な役割しか果たせません。

遺伝子編集を試してみませんか？

細菌の培養には多くの制約があるため、細菌の発光物質であるルシフェラーゼを直接抽出し、細菌自体が光るようにする方法を選択する研究者もいます。

カナダのニョカ・デザイン研究所は、細菌を使わず、生きた細菌よりも維持しやすい抽出された発光タンパク質を直接使用する分解可能な蛍光スティックである生物学的照明装置を開発した。

ニョカ研究室が開発した蛍光スティックは蛍光タンパク質を使用しています。一般的な蛍光スティックには、過酸化物、エステル化合物、蛍光染料が使用されています。振ったり曲げたりすると、過酸化物とエステル化合物が反応し、反応エネルギーが蛍光染料に伝達され、最終的に蛍光を発します。 |ニョカ

しかし、生分解性のグロースティックは音楽フェスティバルなどの目的でのみ使用でき、使用後は廃棄されます。照明システムを交換することはできません。もっと持続的な方法はあるのでしょうか?

一部の科学者は遺伝子編集技術に注目している。

30年前、科学者キース・ウッドはホタルの遺伝子を使って最初の生物発光植物を作り出した。彼は、この技術がLEDなどの人工照明をある程度置き換えることができると考えています。

2012年、ウッド氏のチームは、深海エビ（オプロフォラス・グラシリロストリス）のルシフェラーゼの遺伝子構造を変更することで、その明るさを250万倍に高めることができ、その結果得られた酵素はホタルのルシフェラーゼの150倍の明るさになることを発見した。

ホタルルシフェラーゼ遺伝子を搭載した遺伝子組み換えタバコ植物 B21 |キース・ウッド

2020年4月、ロシアのチームが生物発光を維持する方法を発明した。彼らは菌類の生物発光遺伝子を植物に移植した。キノコと植物の組み合わせの効果は特に良かったです。植物から発せられる光は以前よりも10倍明るくなり、持続時間も長くなりました。

キース・ウッドは、室内で光る植物を作ることに重点を置いた会社、ライトバイオも設立しました｜light-bio.com

しかし、これらの植物が街灯になるまでには、まだ時間がかかるかもしれません。アテネの設計者たちは、発光植物1本あたり約57ルーメンの光を発することができるとすれば、照明の需要を満たすには道路の両側に30メートルごとに40本の植物を植える必要があると考えている。

もちろん、生物学的照明装置は電気照明に取って代わる必要はなく、代わりに自然な輝きとしてあなたと私の間に流れることも可能です。

夜になると、眩しいほど派手な LED ライトが消え、広場が淡い緑や青の光で照らされる様子を想像してみてください。緊張していた人々の視覚と精神がほぐれ、都会でホタルを見たことがなくても、改めて自然とのつながりを感じることができるようになります。

これが生物発光がもたらす、人間と自然との心地よい関係なのかもしれません。

Glowee 生物発光装置には、「自然を研究し、未来を探求する」と書かれています。翻訳すると、レオナルド・ダ・ヴィンチの名言「自然をよく観察しなさい。そこにあなたの未来がある。」になります。｜Glowee

参考文献

[1]Visick KL、Stab EV、Ruby EG。永続的な共生：ビブリオ・フィシェリがイカのパートナーを見つけ、その自然宿主内で存続する方法。ナショナル・レヴ・マイクロバイオール2021年10月;19(10):654-665.土井: 10.1038/s41579-021-00557-0。 Epub 2021年6月4日。PMID: 34089008; PMCID: PMC8529645。

[2]オルソン ER、カールソン MR、ラマヌジャム VMS、シアーズ L、アンソニー SE、アニッチ PS、ラモン L、ハルストランド A、ジュレヴィッツ M、ガンネルソン AS、コーラー AM、マーティン JG。夜行性のトビウサギ（トビウサギ科）で鮮やかな生体蛍光が発見されました。 Sci Rep. 2021年2月18日;11(1):4125.土井: 10.1038/s41598-021-83588-0。 ID: 33603032; PMCID: PMC7892538。

[3]Ow DW、DE Wet JR、Helinski DR、Howell SH、Wood KV、Deluca M.植物細胞および遺伝子組み換え植物におけるホタルルシフェラーゼ遺伝子の一過性および安定的な発現。科学。 1986年11月14日;234(4778):856-9.出典：10.1126/science.234.4778.856. PMID: 17758108。

[4]ベビラクアVR、松橋T、オリベイラG、オリベイラPSL、平野T、ヴィヴィアーニVR。 Phrixotrix ルシフェラーゼと 6'-アミノルシフェリンは、より大きなルシフェリンフェノレート結合部位を明らかにし、バイオイメージングの目的のための新しい遠赤色の組み合わせを提供します。 SciRep.2019年6月21日;9(1):8998.土井: 10.1038/s41598-019-44534-3。 PMID: 31227722; PMCID: PMC6588592。

[5]Karunarathna SC、Mortimer PE、Tibpromma S、et al. Roridomyces phyllostachydis（ハラタケ目、ミケナ科）、北東インド産の新しい生物発光菌[J]。植物分類学誌、2020、459(2):155–167。

[6] DUTTA、AK、PALOI、S.、HU、Y.、BAURAH、G.、AXFORD、S.、MARCINIAK、C.、... & LUMYONG、S. (2020)。 Roridomyces phyllostachydis（ハラタケ目、ミケナ科）、インド北東部に生息する新しい生物発光菌類。植物分類群、459(2)、155-167。

[7] 照明が生きているフランスの町https://www.bbc.com/future/article/20220407-the-living-lights-that-c​​ould-reduce-energy-use

[8] ミティオウチキナ T、ミーシン AS、サマーマイヤー LG、マルキナ NM、チェプルニ TV、ググリャ EB、カラタエワ TA、パルキナ KA、シャホバ ES、ファクラヌロワ LI、チェコバ SV、ツァルコワ AS、ゴルベフ YV、ネグレベツキー VV、ドルグシン SA、シャラエフ PV、シュリコフ D、メルニク OA、シプノワ VO、デエフ SM、ブビレフ AI、プーシン AS、チョーブ VV、ドルゴフ SV、コンドラショフ FA、ヤンポルスキー IV、サルキシャン KS。遺伝子組み換えにより自己発光する植物。ナショナルバイオテクノロジー。 2020年8月;38(8):944-946.土井: 10.1038/s41587-020-0500-9。 Epub 2020年4月27日。Nat Biotechnolに訂正あり。 2020年6月4日;: PMID: 32341562; PMCID: PMC7610436。

著者: ヤクシー

編集者：シャオタオル、ユー・シヨウ

AI

海洋細菌も育てれば光るAIになれる！

この記事はGuokrからのものであり、許可なく複製することはできません。

必要な場合は[email protected]までご連絡ください。