生命の起源に関する新たな発見：共通祖先「ルカ」は私たちが想像していたよりもはるかに複雑だった！

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「生命はどこから来るのか？」人間が考えることを学んで以来、人間が問い続けてきた究極の問いの一つです。今のところ、この質問にうまく答える能力は私たちにはありません。しかし、この疑問に答える鍵は、単細胞細菌から極めて長寿のセコイア、巨大なシロナガスクジラ、そして私たち人間に至るまで、すべての生物が実は驚くべき類似点を持っているということだと分かりました。そのため、ダーウィンは 1859 年に出版した著書「種の起源」の中で、「すべてのものは同じ起源を持つ」、つまり地球上に生息したすべての生物は共通の祖先を持つという有名な概念を提唱しました。

1999年、生物学者のパトリック・フォーテルは初めて「最後の共通祖先」という言葉の頭文字を組み合わせて、この仮説上の祖先生物に「LUCA」と名付けました。生命の樹の根源であるルカは、後に細菌、古細菌、真核生物を含む生命体系に分化しました。それ以来、数え切れないほどの科学者たちがルカの「真の体」を探す旅に乗り出しました。

2024年7月12日、Nature Ecology & Evolution誌に発表された新たな研究により、科学者たちはこの道をさらに一歩進めました。彼らは、ルカが以前の推定よりも早く出現し、より複雑な構造を持っていたことを発見した。

研究チームのメンバーは、350 グループの古細菌と 350 グループの細菌のゲノムを比較し、それらの共通点を探し、どの特徴が最初に現れたかを判断しました。研究者たちは、これらの古細菌と細菌のそれぞれにおける個々の遺伝子と遺伝子ファミリーの進化パターンを追跡し、個々の遺伝子の進化の歴史を種の遺伝子の進化の歴史と比較することで、どの遺伝子が重複し、失われ、または水平遺伝子伝播を受けたかをより詳しく調べることができました。

上記の方法に基づいて、研究チームは生命の起源についていくつかの重要な推論を導き出しました。

まず、生命の共通祖先「ルカ」が出現したのは約42億年前で、これまで考えられていた38億年前よりはるかに古い。地球は約 46 億年前に形成されたことが分かっています。つまり、最も初期の生命体は地球形成後すぐに出現したということです。これは、生命が誕生した環境がこれまで考えられていたよりも単純だった可能性があることを示唆しています。

第二に、ルカはかなり大きなゲノムを持っています。どれくらいの大きさですか？研究により、ルカのゲノムには少なくとも250万塩基対が含まれており、2,600種類のタンパク質がコード化されていることが判明した。これは以前の推定よりもはるかに複雑であり、既存の原核生物とほぼ同じくらい複雑です。

それで、ルカは初期の地球でどうやって生き延びたのでしょうか?科学者たちは、ルカが水素と二酸化炭素を餌としていることを発見した。光合成器官が発達していなかった時代、水素は「化学的な太陽光」に相当し、ルカ自身の代謝に無限のエネルギーを供給し、その代謝産物（メタンなど）は他の生命体の栄養分になる可能性がありました。そのため、科学者たちは、この化学的な水素循環システムが単純な生態系を支えることができ、当時の生命体はルカだけではなく、他の生命体も絶滅し、子孫を残すことができなかったと考えています。

この研究では、ルカの体内にウイルスの侵入に抵抗する遺伝子があることも示されており、生命は誕生後すぐにウイルスと戦う能力または潜在能力を持っている可能性があることを示唆している。

科学者たちはまた、ルカの体内に紫外線によるダメージから身​​を守る遺伝子を発見した。これは、ルカが深海の熱水噴出孔ではなく、大気から二酸化炭素と水素を捕らえて生きられる表層水に生息している可能性を示している。一方、好熱菌によく見られる酵素「逆ジャイレース」も含まれているため、ルカは海底火山の噴出孔の周囲でも繁殖できる可能性がある。

初期生命の起源を探る研究において、一見矛盾するこのような発見は珍しいことではありません。科学者の中には、重力の影響により、38億年前に多数の小惑星や隕石が地球の表面に衝突したと考える者もおり、この時期は「重衝突期」と呼ばれています。激しく頻繁な衝突により、地球の表面に液体の水は存在できず、初期の生命は出現できなかったと考えられます。

生命が誕生した時代まで遡ってその光景を自分の目で見ることはできないので、このような矛盾した研究結果を理解するのは難しくありません。さらに、ルカのような小さな構造しか持たない生命体は、長い地質活動の中で化石を形成し、決定的な証拠を残すことはできません。私たちにできるのは、既存の生物学的手段と技術的手段を使って、できる限り真実に近い推測を行うことだけです。この研究の結果はほんの始まりに過ぎません。複数の分野のデータと手法を統合しているにもかかわらず、生命の起源という巨大なパズルのほんの一部しか明らかにされていないようです。 「生命はどこから来たのか？」という人類の究極の問いを探求するには、まだ長い道のりが残っています。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。著者: 劉森

査読者: 北京師範大学生命科学学院教授 梁千金

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司