陸地に初めて定住した古代バクテリアの一種

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2023年9月11日
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生物学 進化論
生物学 細胞・微生物学
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陸地に初めて定住した古代バクテリアの一種

https://phys.org/news/2023-09-ancient-bacteria-species-kind-colonize.html

エマ・カトン（自然史博物館

陸地に初めて棲息した古代バクテリアの一種
シアノバクテリアLangiella scourfieldiiの新しい化石は、微生物がどのように陸地に定着したかを解明するのに役立っている。クレジット：Strullu-Derrien、2023年

4億700万年前に生息していたバクテリアの一種は、初期の陸上植物に混じって繁栄していただろう。

スコットランドで発見された化石の詳細な3D復元は、微生物がどのように初期の陸上生態系に影響を与えたかについて、科学者たちの理解を深めている。

シアノバクテリアは、地球の歴史の初期に進化し、我々が知っているような生命を形成する上で重要な役割を果たした。

これらの小さな微生物は、海洋の岩石でよく記録されているが、科学者たちは、彼らがどのように最初に陸地を植民地化したかについて、より深く理解しようとしている。

Langiella scourfieldiiは藍藻類の一種で、ハパロシフォン科に属し、4億年以上前の初期デボン紀に初期の陸上植物に混じって成長した。

iScience誌に掲載された新しい研究により、L. scourfieldiiは陸地に定着したことが知られているハパロシフォン科の最古の種であることが明らかになった。この種は、土壌、淡水、温泉で繁栄していただろう。

この研究の主執筆者である同博物館の科学アソシエイト、クリスティン・ストリュル＝デリアン博士は、「3D復元によって、ハパロシフォン科シアノバクテリアの特徴である枝分かれの証拠を見ることができました。これは、陸上で発見されたこのタイプのシアノバクテリアの中で最古のものであることを意味するので、とてもエキサイティングです。"

シアノバクテリアとは？
シアノバクテリアは太古の微生物群である。シアノバクテリアの化石は、これまで発見された中で最も古く、広く認められている最古のものは約20億年前のものである。

今日、シアノバクテリアはバクテリアの中でも最大かつ最も重要なグループのひとつである。海、淡水、湿った土壌、さらには南極の岩石など、地球上のほぼすべての場所で水生環境とその周辺に生息している。

シアノバクテリアは小さく、通常は単細胞であるが、肉眼で確認できるほど大きなコロニーを形成することが多く、水面を青緑色に染める大繁殖で知られている。

この小さな生物は、生命の進化を形作る上で重要な役割を果たしてきた。植物と同じように光合成を行い、酸素の豊富な大気の形成に貢献している。

約24億年前、光合成を行うシアノバクテリアの大量発生によって、大気中の酸素がメタンなどの他のガスに取って代わる「大酸素化現象」が起こった。これにより、嫌気的な生活に適応していた生物が死に絶え始め、多くの科学者が地球初の大量絶滅と表現した。

シアノバクテリアの起源はおそらく淡水環境であり、そのため科学者たちは、シアノバクテリアがその歴史の初期に陸地を植民地化し始めたと考えている。

「デボン紀前期のシアノバクテリアは、現在と同じ役割を果たしていました。「一部の生物はシアノバクテリアを食用にしていますが、シアノバクテリアは光合成にも重要です。私たちは、植物が最初に陸地に植民地化し始めたとき、バクテリアはすでに存在しており、植物と場所を争っていた可能性さえあることを学びました" とクリスティンは言う。

古代のバクテリアは、初めて陸地に定着したバクテリアの一種
現代の3D顕微鏡は、新しい化石と1959年に発見された化石が、すべてLangiella scourfieldiiという1つの種であることを発見するのに役立った。クレジット：Strullu-Derrien、2023年

Langiella scourfieldiiはどのようにして発見されたのか？
L. scourfieldiiは1959年、アバディーンシャーのライニー・チャート化石発掘現場で発見された岩片から、他の2種とともに初めて発見された。

当初の記述は博物館の所蔵標本に基づくものであったが、最近になってパリのソルボンヌ大学の所蔵標本から同様の標本が発見され、同種であることが判明した。

「1959年に記載された3種のシアノバクテリアは、写真撮影や研究が非常に難しい小さな岩片から記載されたものでした」とクリスティーヌは言う。

"幸いなことに、私たちは共焦点顕微鏡を使ってより詳しく研究できるシアノバクテリアを含む新しいサンプルをライニー・チャートから見つけました。"

このタイプのバクテリアの主な特徴のひとつは、"真性分枝 "と呼ばれるものの存在である。これは、個々のバクテリアが互いに並んで成長し、いくつかのラインが異なる方向に分かれて枝分かれ構造を作るときに起こる。

シアノバクテリアの遺骸はライニー・チャートに比較的多く見られるが、その多くはこのような真の枝分かれを示していない。L.scourfieldiiからこれを発見したことで、研究者たちはこのバクテリアがこの生態系に存在していたことを確認できた。

デボン紀前期のライニー・チャートはどのような姿をしていたのか？
4億年以上前、アバディーンシャーの風景は現在とはかなり違っていただろう。

地球の陸地の多くは南半球に位置していた。スコットランドは赤道のすぐ南に位置し、熱帯から亜熱帯の気候であった。

一方、ライニー・チャートは、淡水から汽水の浅い水溜りがある砂の平地であった。この地域の火山活動と温泉は、おそらく現代のイエローストーン国立公園に似ていただろう。

とはいえ、デボン紀前期は森林や脊椎動物が陸上で優勢になる前であったため、その生物多様性は大きく異なっていただろう。

その代わりに、生命の中心は水たまりの近くの湿った岩にあっただろう。それらはバクテリア、藻類、菌類からなる微生物マットで覆われていただろう。

当時の土壌は深くなかったため、植物は複雑な根系を持たず、代わりに根粒と呼ばれる小さな構造で付着した微生物マットの上で成長した。

ある時点で、温泉から放出されたシリカが有機物の周りに沈殿し、微細な結晶質の石英であるチャートに急速に保存された。これらの有機物の保存状態が非常に優れているため、ライニー・チャートは科学者にとって世界的に重要な場所となっている。

「ライニー・チャートは4億年前のもので、この時代の環境の多くが保存されているため、象徴的な場所です」とクリスティンは言う。

「植物、動物、菌類、バクテリア、藻類など、すべての生物の痕跡が一緒に残っている唯一の場所です。植物、動物、菌類、バクテリア、藻類など、すべての生物の痕跡が一緒に見られる唯一の場所なのです」。

詳細はこちら： Christine Strullu-Derrien et al, Hapalosiphonacean cyanobacteria (Nostocales) thrived among emerging embryophytes in an early Devonian (407-million-year-old) landscape, iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.107338

ジャーナル情報：iScience

提供：自然史博物館

この記事は自然史博物館の提供により再掲載されたものです。原文を読む

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