びせいぶつ

原核生物と真核生物の違い!例はそれぞれ何?特徴や転写は?

原核生物と真核生物には、どんなのがいるんでしょうか?
聞いたこがありそうなの中心に、例を挙げてみましたよ。

そして、
原核生物と真核生物。
この2つの違いは、いったい何なのでしょう?

大腸菌とヒトの違いだよって言われれば、それは違うなってなる。
でも、乳酸菌と酵母の違いでもありますからね。

そんな原核生物は、どんな構造?特徴は?
真核生物の方はどう?

最後に、
原核生物と真核生物の転写や翻訳の違いのお話も。

原核生物って、
見方によってはかなりかっこいい生き物です。

真核生物は、
もう少し分けてほしいと思うくらい多彩。

ではまず、
多くの人が気になる原核生物と真核生物の例から!

原核生物の例

原核生物にはこんなのがいます。

ドメイン 例(分類名・俗名など含む)
細菌
(バクテリア)
  • 乳酸菌
  • 大腸菌
  • ビフィズス菌
  • 枯草菌(納豆菌)
  • シアノバクテリア(藍藻)
  • ユレモ
  • ネンジュモ
  • アオコ
  • ピロリ菌
  • コレラ菌
  • ブドウ球菌
  • 放線菌
  • グラム陰性菌
  • グラム陰性菌
  • 緑膿菌
  • 腸炎ビブリオ菌
  • 桿菌
  • 球菌
  • クロストリジウム
  • 硝酸菌  など
古細菌
(アーキア)
  • メタン菌
  • 超好熱菌
  • 高度好塩菌  など

 

細菌は、例を上げるときりがないですね。。

一方、古細菌は本当にマイナー。
でも、仕方ないんです。
身近にはなかなか、いないから。

 

古細菌は、
普通の細菌が持っていない能力をもってます。

それで、
普通住めないような塩湖なんかに住んでる。

 

なので、
実質、原核生物は細菌だけといってる本もあるほど。

 

そんな原核生物に比べて、真核生物の多いこと。

2つにわけるなら、
同じくらいのボリュームにしてくれてもいいもの。

なんで、こんなに違うんでしょう?

とにかく次は、
真核生物の例をご紹介しますね。

 

真核生物の例

真核生物には、こんな生物がいます。

分類名 例(別名、分類名含む)
動物
  • ヒト
  • ホニュウ類
  • は虫類
  • 節足動物
  • 脊椎動物 など
植物
  • コケ植物
  • 被子植物
  • 裸子植物
  • シダ植物
  • オオカナダモ など
菌類
  • カビ
  • 酵母
  • キノコ
  • 酵母菌(=酵母)
  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 不完全菌類
  • 地衣植物 など
原生生物
  • 原生動物
  • 藻類
  • ミドリムシ
  • アメーバ
  • ゾウリムシ など

 

ハンパない数なんですよ、本当に。

それもそのはず、

  • 細菌
  • 古細菌

以外は、すべて真核生物。

なので真核生物は、

  • 動物
  • 植物
  • 菌類
  • 原生生物

なんですけど、やっかいなことが。

 

これがわかってればいいと思いきや、
さらに生物単品の名前で聞かれることが。

 

しかも、
学問上の正式名称じゃないので書かれてたりして。

例えば、酵母菌?
酵母菌て、微生物学的には「酵母」なんです。
医療系を目指す人とか、
大学とかで覚え直さないとになっちゃうやつ。

 

とにかく、

原核生物の3つ以外は、全部真核生物!

例は、覚えてもいいけど、
優先順位でほどほどに^-^

暗記って、それが出なかったら終わりで、費用対効果悪いから。

 

真核生物と原核生物って、
定義も言わずに、いきなり使っちゃったけど。

この2つは、いったい何なんでしょう?

 

次は、多くの人が気になる部分。
原核生物と真核生物の違いをお話します。

一体、どこで分けたんでしょうか?

知れば知るほど、
ここで分けなきゃいけないと悟ります。

 

原核生物と真核生物の違い

原核生物と真核生物はどこが違うの?

2つを分けているのは何なんでしょうか?

 

後で一つずつ見ていきますが、違いは3つほど、

  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

おまけで、2つほど、

  • 生きている年数が違う
  • 多細胞生物か単細胞生物か

今回は、お話ししたいなと思います。

 

核があるかないか

 

原核生物は、核がないです。
だから、DNAがそのまま細胞の中に浮いてます。

一方、真核生物には核があります。

 

この核とは、DNAを閉まっている丸いもの。
で、このDNAには、大切な遺伝子が載ってます。

 

ここで余談ですが、
この丸いものが、細胞の中にあるのが発見されたのは1802年。

なんと、植物の画家さんが見つけたそうです。
植物の学者を差し置いて見つけちゃったとか。。
絵を描くのに、めっちゃ観察したんでしょうね。

 

話は戻りますが、

では、真核生物のDNAは、
どうやって小さい核の中に納まるんでしょう?

 

それは、
DNAがヒストンていうのと、くっつくのがミソ。

このヒストンはタンパク質。
だから、比較的しっかりしてます。
で、DNAはこのヒストンと、ひも状になる。

例えば、細い糸も何本か重ねるとしっかりしません?

それと同じ原理で、束ねやすくなるってわけです。

 

ではそもそも、
なんで真核生物は核にDNAを入れたんでしょう?

その理由は、
単純にDNAの長さが長すぎるから

 

例えば、
原核生物である大腸菌のDNAは、400万塩基対。
一方、真核生物であるヒトのDNAは?
なんと、30億塩基対もあります。
その差なんと750倍。

 

こんなに違うんじゃ、確かに真核生物は整理しないとかも。

DNA以外に、オルガネラも入りますからね。

断捨離できないから収能力UPしかない!!

 

ちなみに、DNAの形も違うんですよ。

原核生物は、ほとんどが輪っか(環状)です。
でも真核生物は、全生物が真っ直ぐ(直鎖状)

これも、核に閉まった理由に関係してるんでしょうかね?

 

細胞の中身が複雑か簡単か

原核生物はシンプルです。
一方、真核生物の細胞内は複雑。

なぜなら、
原核生物には、核以外のものがほとんどない。
でも、真核生物にはオルガネラがたくさんある。

 

このオルガネラとは、
細胞の中にある、膜で包まれた器官のこと。
これらは、それぞれ特別な働きをします。

例えば、
ミトコンドリアや葉緑体、ゴルジ体、小胞体なんかがあります。

 

原核生物にも、
リボソームなど、生きていく上で必要な機能はあります。
でも、
膜で包まれた器官であるオルガネラはありません。

似ているのはあるんですが、
オルガネラと呼べるものは無いんですね。
(リボソームは、正確にはオルガネラじゃないので)

 

細胞の大きさが違う

原核生物と真核生物では、細胞一個の大きさが違います。

 

それぞれ種類の振れ幅がすごいので、
大きさもまちまちですけど、

  • 原核生物が1~2μmくらい。
  • 真核生物が数十μmくらいなんだとか。

その差は、10倍以上です。
(1㎛=0.001㎜です)

 

この差、そんな無いように思いますか?

では、これを体積の差にしたらどうでしょう?

体積は直径の約3乗です。
だから、体積は1000倍くらいになる計

 

そう考えると、
なかなか大きな違いです。

大腸菌とヒトって、見た目の大きさも大分違う。
でも、細胞1個ずつでも、
これだけの違いがあるんですね。

 

ちなみに、
原核生物の細胞の大きさは、
真核生物のオルガネラと同じくらいです。

 

このことは、細胞共生説の根拠になってる。

その辺は、あとで詳しく話しまが、

簡単に言うと、
真核生物が、他の原核生物を体に取り込んだ。
そして、自分の機能の一部にした。
みたいな感じです。

 

真核生物の大進化のうらには、
原核生物のスペック化があったんですよ。。

ということは、
今後ヒトが、
何かの原核生物をスペック化して!
新人類になる可能性もありますね~。

 

進撃の巨人風の未来とかいやだな~。
自分が生きているうちは平和でありますように。。

 

生きてる年数が違う

これは、本当にただの違いですけど。

原核生物は、約35億年以上前から地球にいらっしゃいます。

かたや、真核生物は、
約10億年前にやっと誕生した新米さん。

 

すでに約3倍、命をつないできてる

この事実は、尊敬に値します。

 

人間社会でも、
新しくできた会社が、10年後生き残ってるのは20%くらいだそう。
続くって大変。
そして、本当にすごいことです。

 

多細胞生物か単細胞生物か

 

多細胞生物と単細胞生物ってわかりますか?

ひとつの細胞で生きている生物は単細胞生物。
2つ以上の細胞なら多細胞生物ですよね。

 

この分け方で見ると、

 

原核生物は、シンプルに単細胞生物だけ
まれに、集まって生きてるのがいますが。
これは集まってるだけで、別々の個体です。

 

でも真核生物は、
単細胞生物も多細胞生物も両方存在します。

真核生物の単細胞生物は、
原生生物のアメーバなんかがそうです。

 

いろんな面で、
原核生物は理解しやすいですね。

でも、
何個もの細胞で、ひとつの個体を作る多細胞生物。

こんな生物を作り出したのは、
真核生物の大快挙じゃないでしょうか。

 

ちなみに、注意すべきことが。
あくまで今見つかってる生物の中での話。

 

見つかってない微生物はすごい数いる予想なので、
これがひっくり返る事だってあります。

そう、日本史みたいに。
自分の子供が習う頃には変わってるかもです。

 

ちなみに、

生きるための栄養の摂り方に、
独立栄養生物、従属栄養生物がありますよね。

これは、真核生物も原核生物も、
どっちにも、
独立栄養、従属栄養の両方が存在します。

 

だから、多細胞の原核生物ももしかしたら??
そんな日が来たら、世紀の大発見になるんでしょうかね?

 

と、原核生物と真核生物の違いがわかったところで。
次は、
そもそも、原核生物って何なのか?のお話です。

 

 

原核生物とは?

原核生物は、どんな作りになっているのでしょう?
細胞の中身を見ていきます。

 

細胞の構造は、とってもシンプルです。

その特徴は、真核生物との違いでもお話ししましたね。

  • 核がない
  • 核以外のものが少ない
  • 一つの細胞がとても小さい

 

原核生物は、
遺伝情報を載せているDNAが核膜に包まれていません。
原核生物には核がないんです。

 

ということは、DNAは細胞の中に浮いている状態です。

まるで、海の中にクラゲが浮いているかのように。。
本当にイメージはそんな感じなんですよ。

原核生物のDNAは、ほとんどが輪っか(環状)じゃないですか。

でも、フラフープみたいにしっかりした輪で浮いてない。
紙を丸めたみたいに、くしゃくしゃってなって浮いてる感じ。

 

顕微鏡で見ると、もちろん核はない。
でも、もやっと真ん中らへんにあるんです。

核様態っていうんですけどね。
あ~、これっぽいな~。
と、はっきりしないけど周りと区別がつくというか。

 

そんなDNAが存在するほかには?
少ないといっても、何か知らあります。

 

だって、DNAだけじゃ生きられない。

  • 遺伝情報からタンパク質を作る機能
  • エネルギーを作り出す機能

なんかが、細胞にぷかぷか浮いてます。

他にも、封入体やプラスミドを持ってる細菌もいるそうですよ。

 

でも、よく間違うんですが、
膜に包まれた器官はもっていません。

つまり、オルガネラにあたる器官は1つも持っていないということ。
ここは、意外とポイントです。

 

と、こんな感じの細胞構造です。

で、原核生物は単細胞生物しかいないので、
この細胞1つだけで生きていると。

んでもって、1つが1~2㎛くらいしかない。

 

本当にシンプルですよね。

 

そうそう、
原核生物の細胞にはミトコンドリアはないです。
でも、細菌の仲間には、光合成をする細菌がいます。

名前は、シアノバクテリア。
日本では、ラン藻ともいわれます。

彼らは、地球上の歴史的生物です。

何をしたかというと、
地球に酸素を作り、オゾン層を作ったんですよ。

 

なんでも最近、人工的に光合成ができるようになった!??
みたいなこと聞きました。

でもシアノバクテリアは、それを32億年前からやってる。

単細胞の原核生物、あなどるなかれ!

 

彼らは、植物と同じ光合成色素を持っています。
で、葉緑体と遺伝子が似ているとのこと。
だから、葉緑体の祖先ではないか説が有力です。
細胞共生説っていいますが。

 

で、このシアノバクテリア、
光合成だけじゃなくて、窒素固定もできる。
ヒトはどっちもできないから、化学で出来るように頑張ってます。

 

と、たくさん話したいんですが、
詳しくは、別の記事に書くことにします。

 

長くなりましたが、次は真核生物のお話。

これは、私たち人間のお話でもあります。
私たちの細胞って?
どんな起源をたどってきたの?

ご存じですか?

真核生物とは?

ここでは、真核生物の特徴やヒストリーなんかをお話しします。

真核生物の仲間は、

  • 動物
  • 植物
  • 菌類
  • 原生生物(原生動物)

でしたね。

そして、真核生物の細胞には核があり、
その中に、遺伝情報の載ったDNAが入っているんでした。

 

でも、正直同じところはそんなに多くないです。

人間とカビ、同じ真核生物です。

見た目、全く違うし。
大きさも、食べるものも、住んでる場所も。。
全然違う。

細胞だけ見ても、違いはいろいろあります。

 

例えば、

真核生物のDNAは、染色体が複数あります。

でも、
ヒトは46本だけど、
カビの仲間のコウジカビは8本と少ないです。

 

細胞分裂すると、
これらの染色体のDNAが複製されて、娘細胞に分かれて入る。

 

この分裂できる回数は、動物の場合は決まってます。
つまり、細胞に寿命がある。

でも、微生物にはなくて、ずーっと分裂できるんだそうです。

 

それから、
植物には細胞壁がありますよね。
でも、動物にはない。
では、微生物は?
微生物には、細胞壁あるんです。

 

他にも、
植物には葉緑体があるけど、動物にはない。
などなど。。

 

そんな、
同じ真核生物だけど、全然違う私たち。
いったい、どうやって誕生したんでしょうか?

 

もともと、地球には原核生物しかいませんでした。
核を持つ真核生物はどこから?

何もないところからポッと生まれたというのは、メルヘンすぎる。

だから、こう考えられてます。

 

もともといた原核生物が進化した

具体的には、原核生物の細胞に原核生物が入り込み。。
そして、染色体を包み込みます。
これが、今の核膜に包まれた核にあたるそう。

 

うーん、やっぱり大義は誰かの支えが必要なんですね。
染色体を包み込んだ方の原核生物、グッジョブ!

 

この、核の進化以外にも、

ミトコンドリアは、
昔むかし好気性の細菌が細胞に取り込まれたもの。
好気性は、酸素を吸収してエネルギーを作り出すことです。

葉緑体は、
昔むかしの藍藻が取り込まれたもの。
藍藻は、光合成をする細菌ですよね。

 

こうやって、
真核生物はいろんなスペックを身につけて、
進化してきたと考えられてる。

 

これにはちゃんと根拠もあるんですよ!

 

実は、
ミトコンドリアと葉緑体は、自前のDNAを持ってます。
核外DNAっていうんですが。

細胞のオリジナルのDNA以外に、
同じ細胞内にいるミトコンドリアの中にもDNAがある。

 

そして、そのDNAは環状なんです。

DNAの形は?
原核生物が環状で、真核生物が直鎖状でしたね。

 

つまるところ、
環状のDNAをもつミトコンドリアたちは、
もとは、別の原核生物が、細胞の中に入り込んでオルガネラ化した。。
細胞共生説。

 

余談ですが、
真核生物が誕生したのは約19億年前ですよね。
でも、陸に上がったのって、約4億年前なんですよ。

だから、恐竜の時代ってすんごい前に思えるけど、
原核生物とか、海の生物からしたらつい最近の話。

 

だから、
ずーっと細胞の中で暮らしてたら、
あるときから、
もう細胞の一つの器官になっちゃってもおかしくない。

 

今度はそのほかのオルガネラのこと。

 

オルガネラは、細胞の中にある、核以外のもののこと。
これらは、ちゃんと仕事を持ってます。

 

そして、必ず何かのスペシャリスト。

  • ミトコンドリアは、エネルギーをATPって形で生産する職人。
  • リボソームは、遺伝子の情報からタンパク質を生産する職人。
  • 小胞体は、リボソームが働く工場として存在します。
  • そして、ゴルジ体は、タンパク質に糖をつける職人です。

 

みんな、核という棟梁のもとで、
しっかり自分の仕事をこなしてくれてます。

 

にしても、数十μmしかない細胞の一つ一つでそんなことが。。
本当に、大切な部分て見えないところに隠れてます。

 

さてさて、
さっき、遺伝子の情報からタンパク質を作るリボソームが出てきました。

 

私たちは細胞からできていて、その細胞は分裂します。
その細胞の全てにDNAが入っていて、タンパク質を作ってる。

 

この遺伝子を写して読み取ってっていう仕組みも、
真核生物と原核生物は違うって知ってますか?

 

原核生物に至っては、構造がシンプルすぎる。
一体、どうやってタンパク質作ってるんでしょう?

他にも、いろいろ違うんではないでしょうか?

 

 

転写は原核生物と真核生物で違いがある?

 

DNAの転写や翻訳も、真核生物と原核生物で違うところがある。

 

それは、例えばなんかの商品を、

  • 人間国宝の職人が作るか
  • 大きな工場で大量生産するか

の違いに似ています。

 

ちょっと表にまとめながら、

原核生物は職人、真核生物は工場長のコメントもつけてみました。
あくまでもイメージだけど、そうにしか見えなくなりました。。

 

 

違うもの 原核生物 真核生物
職人のコメント 工場長のコメント
転写と翻訳のタイミングと場所 転写も翻訳も核内で同時にする 転写は核内、翻訳は核外で別々にする
両方一緒にやらなきゃ集中きれるだろ。
わざわざ分ける理由がないけど。
そもそも分業で、違う工程ですから。
別の部屋の方が効率いいですね。
メッセンジャーRNA(転写産物)の加工 加工されな 加工される
職人の技、長年の勘てやつよ。
味がある一品ものだから価値があるんだ。
全部同じ規格でなきゃ困ります。
機械で大量に作るから価値があるんです。
1個のタンパク質を設計するDNAの領域 領域は途切れない 領域は分断されている
最初から最後まで一気にやるさ。
そっちの方がいい作品ができるだろ!
工程ごとに分担作業ですね。
そっちの方が効率的なので。
1本のメッセンジャーRNAの設計情報 複数持つことがある 1種類しか持たない
技術があるからな。
共通することなら大抵できるさ。
完全に分業なので。
1つのことだけ出来る方が助かります。
RNAポリメラーゼ(RNA合成酵素)の種類 1種類 最低3種類
道具なんて、これ一つで十分だ! 分業で、人も工程ごとにいますから。
最低でも3つは道具が必要です。
RNAポリメラーゼが転写するときの助っ人 必要なし 基本、転写因子の助けが必要
いや、だから俺一人でできるって。
下手に触らないでくれぃ。
分業ですんでね。
周りとのコミュニケーションが重要です。
調整DNA配列の位置 転写開始部位の近くにある 離れたところに複数個ある
なにせ、決めるのもやるのも俺だからな。
意思決定はすぐ反映されるぜ。
意思決定は上のものがするので。
現場に反映されるまで時間はかかります。

 

いや~。
結局、自己満な感じもしますが。

私にとっては、わかりやすい。
みなさんも、ストーリーで理解すると楽しいですよ。

 

しかも、気づいたことが。
やっぱり、どっちが優れてる劣ってるではないですね。

芸術品も大衆商品も、どっちも人間に必要なように、
原核生物も真核生物も、どっちも地球には必要なわけで。

 

て、またマイワールドに入った?

 

長くなっちゃいましたね。。

最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、原核生物の例。
細菌ばかりでしたね。

そして、真核生物の例。
多すぎました。

次に、原核生物と真核生物の違い。

  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

そして、そもそも原核生物とは何か。

  • 細胞には、DNAと必要最低限のものが浮いている
  • 原核生物にも歴史を動かしたシアノバクテリアがいる

で、真核生物とは何か。

  • 動物、植物、菌類、原生生物(原生動物)
  • 真核生物の細胞には核がある
  • 原核生物が進化して真核生物になった

最後に、DNAの転写や翻訳のお話。

真核生物と原核生物の違いを、芸術品と大衆商品を例に比較しました。

 

そういえば、最近気になる本があるんですよ。

あなたの体は9割が細菌

真核生物と原核生物の違いに当てはめると、ガゼン気になります!

 

今回の参考文献はこちら

根粒菌とは?窒素固定やマメ科植物との共生、菌根菌との違い

根粒菌は、普段はごく普通の細菌です。

それがひとたび、
マメ科植物と一緒になると?

  • すごい速さで
  • すごい量の

窒素固定を始めるんです。

しかも、
一緒にいる間ずーっと窒素固定し続ける。
面白いですよね。

人間だったら映画ができそう。
主人公の根粒菌が、ヒロインのマメ科植物に貢ぐ話。。

根粒菌の窒素固定は、とってもユニークで特徴的。

なので、今回は

  • そんな根粒菌の特徴
  • マメ科植物の共生の工夫

をお伝えします。

あと、菌根菌との違いもお伝えします。

基礎も抑えながら、
きっと、根粒菌にちょっと興味が湧くと思いますよ!

 

 

根粒菌とは?

根粒菌は、こんな感じです。

もう少し詳しい話をすると、
この根粒菌は、細菌(バクテリア)です。
細菌なので、原核生物にあたります。

 

原核生物は、ひとつの細胞(単細胞)で生きています。
そして、細胞分裂(スライムみたいに自分を二つに分ける)して増える。

また細菌のからだは、とっても小さい。
でも、有機物の分解とか、
とても大きなはたらきをしている、すごい奴らなんです。

 

窒素固定をする細菌は、根粒菌の他にも、

  • アゾトバクター
  • ネンジュモ
  • クロストリジウム

なんかがよく試験に出ますよね。

これらも、みんな原核生物の細菌です。

 

この根粒菌と他の窒素固定細菌の違いって知ってますか?

それは、
根粒菌は、マメ科植物の根粒の中でしか窒素固定しないってこと。
だから、
共生窒素固定生物とも言われてますよね。

 

根粒菌自体は、共生しないで単独でも土の中で生活できます。
なんですけど、その時は窒素固定をしないんですよ。

 

なんでなんでしょうね??
その答えはまだわからないみたいですが、
これを読むと少し推測したくなると思います。

 

根粒菌の窒素固定って?

まず、窒素固定って何かと言うと、
土の中の窒素を、使いやすいように窒素化合物に換えることです。
(窒素固定について詳しくはこちら

で、根粒菌は実際、こうやって窒素固定をしてます。

ニトロゲナーゼという酵素を使って、
窒素と水素から、アンモニアを作り出す。

窒素固定については大丈夫ですか?

この辺は、ほかの窒素固定細菌と共通する内容です。

では、根粒菌ならではの窒素固定の特徴を3つお伝えしますね。

 

コスパがいい!

根粒菌は、
他の窒素固定細菌より少ないエネルギーで窒素固定ができるんです。

 

1gの窒素を窒素化合物に換えるのに、
他の細菌は100g以上のグルコースが必要なのですが、
根粒菌は10gでいいと考えられてるとか。

同じサービスなら、100円より10円の方がいいですよね。。

ほんと、コスパがいい。
という事は、作れる量も変わってくるんでしょうか?

 

量がハンパない!

根粒菌は、他の窒素固定細菌より、
窒素固定量がハンパなく多いです。

多いと、一年に10a当たり40kgも窒素固定しているとか。

って言っても野菜作らないとイメージできない。。

とりあえず、根粒が十分ついてる状態では、
大豆だと約6割、クローバーだと9割以上を補えるんだとか。

肥料なしで育てられるのは理想的ですよね。
うーん、どうしたら根粒がいっぱいついてるかわかるんでしょう?

 

根粒の中は、レグヘモグロビンで真っ赤!

窒素固定が盛んな根粒の断面は、赤くなっています。
一方、たいして頑張ってない場合は、緑色。

これは、ニトロゲナーゼが関係してるんですけど、

窒素固定に必要なニトロゲナーゼは、とにかく酸素に弱いです。
酸素に触れたら、数分で再生不能になります。

だから、窒素固定細菌はみんな独自の構造を持ってる。
自分の酸素呼吸と、ニトロゲナーゼの両方を守れるように。

 

根粒菌の場合はどうなんでしょう??

根粒菌の場合、
ニトロゲナーゼがある付近は、
レグヘモグロビンの数がハンパなく多いんです。

ヘモグロビンて、人間でも血液中にあって、酸素をからだ中に運ぶ役割をしてますよね。
あれを、根粒菌も持っているんです。

そして、体積の小さなレグヘモグロビンに
少しずつ酸素を入れてせっせこ運びます。
そうすると、ニトロゲナーゼは
酸素を感じないで仕事が出来るってわけ。

 

根粒菌とマメ科植物の共生

まず、共生とは、
お互いにメリットのある同士が一緒に暮らすことです。

片方だけにメリットがある場合は、寄生って言いますよね。

 

根粒菌とマメ科植物のメリットは、

根粒菌は、窒素化合物をマメ科植物にあげます。
代わりに、
光合成産物をマメ科植物からもらって、自分の体をつくってます。

マメ科植物は、光合成産物を根粒菌にあげる。
その代わりに、
窒素化合物を根粒菌からもらって、自分の体をつくってます。

 

こんな感じの共生関係があるんですね。

では、なぜ根粒菌はマメ科植物とだけ共生関係するのでしょうか??
ここでは、マメ科植物と共生するメリットを3つお伝えします。

 

ストライクゾーンが狭い

女性なら、僕には君だけだ的なのって、案外嬉しいものです。

根粒菌とマメ科植物にそんな感情はないですが、
結果的にそんな感じになっています。

 

マメ科植物は、共生しようとする側をしっかり確認することが分かっている。

 

ま、当たり前ですよね。

根粒菌だって、細菌です。
細胞分裂で、一気に増殖できる細菌です。

オレオレ詐欺じゃないけど、
変な細菌が侵入したら植物は枯れちゃいますから。

お互いに信号を出し合って、
確認が取れたら共生を受け入れるとのこと。

 

ちなみに、よく知られていることですが、

マメ科の植物の中でも、
例えば、

  • ダイズにはダイズの根粒菌
  • レンゲにはレンゲの根粒菌

と、共生できる根粒菌に種類があることがわかっています。

間違った組み合わせにしてしまうと、根粒を作らないんです。

という事は、それぞれこの信号が違うのか!?
そこまではわかっていないようですが、ついそんな気がしてしまいます。

 

さて、これで晴れて理想の相手同士で共生が出来ました。
すると根粒を、お互いに嬉しい状態に作り上げます。

お互いの利益を最大にするスペック

根粒菌とマメ科植物が共生するメリットは何でしたか?

 

お互いが作る窒素化合物と光合成産物を分け合うことですね。

なので、それをしやすくするために、
根粒内の輸送の管(維管束)を極太にします。

極太にすると、お互いより簡単に、大量の物々交換が出来ます。

 

と、お互いWIN-WINの関係のようにみえます。
が、どうやら、
マメ科植物の方が若干、主導権を握っている感じみたいなんです。

 

マメ科植物は根粒菌に甘い

最近、以下のことがわかっています。

  • 根粒菌は、マメ科植物からアミノ酸が届かないと窒素固定をやめる
  • 根粒菌は、共生するとリンゴ酸(即エネルギーになる良質な光合成産物)しか食べなくなる

 

これ、ペットに言い換えると、
ご飯をもらなければ何もしないし、そのご飯は超高級ペットフードのみ!

超わがままになっちゃってる気がしますよね。
でも、実はマメ科植物のほうが主導権を握ってるんですって。

 

どういうことかと言うと、
リンゴ酸とアミノ酸を与え続けると、
根粒菌は、窒素固定をしまくって、
窒素化合物をどんどん外に出します。

根粒菌て従順(じゅうじゅん)。。。

と、なんだかどんどん擬人化して説明してしまいましたが、
もちろん根粒菌にもマメ科植物にもそんな感情はないです。

でも、
お互いに生き延びるために工夫してきた結果なんだなって思います。

 

ちなみに余談ですが、
根粒菌と同じように、植物の根にくっついて共生する菌をご存知ですか?

これが、菌根菌という名前なので、名前も紛らわしくて違いを知りたい。
と思うのは、わたしだけでしょうか?

知らないと、根粒菌なのか菌根菌なのか、区別が出来ないと思って。
なので、菌根菌について、簡単にご説明します。

 

菌根菌との違い

菌根菌は、糸状菌という菌です。
(糸状菌についてはこちら!)

糸状菌は、細胞が糸のように繋がった形をしていることが由来。

糸状菌がついた植物の根を菌根といいます。
そして、菌根を形成する糸状菌のことを菌根菌といいます。

 

この菌根菌も、共生ってことは、何か植物にメリットがあるはずです。

 

菌根菌は、菌糸を土の中にクモの巣のように張り巡らせます。
そして、その菌糸から主にリン酸を吸収して共生している植物に供給しています。
(窒素固定する菌根菌もいるみたいです!)

菌根菌の代表的な菌は、

  • アーバスキュラー菌根菌
  • 外生菌根菌

です。

 

アバスキュラー菌根菌は、
ほとんど全ての草と一部の木に共生します。

外生菌根菌は、なんとビックリ、マツタケがそうなんだそうです!
つまり、キノコは菌根菌なんですね。

と、菌根菌のプロファイルをした結果、

共通点は、

  • 植物にとっていい菌である
  • 植物の根に着く

違うところは、

  • 植物に供給する物質が、窒素か、主にリン酸か
  • 共生する植物の種類が、マメ科だけかたくさんか

でしょうか。

 

今後、マメ科植物以外を育てるときは、菌根菌に期待してしまいそうです。

 

なんか、こうやって勉強していくと、菌も楽しいですよね。
もっと、いろいろ書いていきますよ!

それでは、最後に今までのまとめをして終わりにします。

 

まとめ

今回はこんなことをお話してきました。

根粒菌は原核生物である。

マメ科植物の根粒の中でしか、窒素固定をしない。

 

そして、根粒菌だけの特徴が3つありました。

  1. 他の窒素固定細菌の10分の1のエネルギーで窒素固定ができる
  2. 窒素固定量は、他の窒素固定細菌と比べ物にならないほど多い
  3. 窒素固定が盛んな根粒の断面は、赤くなっている

さらに、マメ科植物と共生するメリットを3つお伝えしました。

  1. マメ科植物は、共生相手をしっかり確認してから共生を許す
  2. 輸送の管(維管束)を極太にするので、大量の物々交換が出来る
  3. マメ科植物が、リンゴ酸とアミノ酸を与えると、根粒菌は、窒素固定をし続ける

 

と、根粒菌とマメ科植物の共生メカニズムは、ここまで分かってきました。

また、菌根菌の紹介もしました。
菌根菌は、主にリン酸を供給してくれて、マメ科以外の植物にも共生するんでした。

うーん、何を育てようか、楽しみになっちゃいますよね。

 

今回の参考文献はこちら

菌類と細菌類の違い!子のう菌類など4つの分類と例も紹介!

細菌て菌類ですよね?
この質問、正解?不正解?

私の場合は、
相手の知識レベルによって正解になります。

例えば、小さいころから知っている菌は何ですか?

ばい菌、大腸菌、カビ。。。
この辺の話で使っているなら、正解。
広~い意味で、菌たちってニュアンス。
菌類=微生物は一般的です。

でも、学問としてなら話は別。不正解。

そして勉強する上で、この先入観はちょっとやっかいです。
これまでの菌の知識、きれいさっぱり忘れましょう!

菌類を、本当に正しく使うと、
微生物の中の、あるグループだけを指す言葉に変わる。

真の菌類とは?細菌と違うの?種類は?

そんな菌類のお話でございます。

 

菌類と細菌類の違いは?

 

まず最初に、
意外と多くの人が疑問に思うこと。

菌類と細菌類の違いについて。

 

細菌は菌類ですよね?の答えから。

正しく答えると、間違いです。

これ、順に説明しますね。

まず、
菌類も細菌も微生物です。

 

微生物 菌類
細菌

 

そして、
微生物は、原核生物と真核生物に別れます。

微生物 原核生物
真核生物

 

それぞれどんなのがいるかと言うと、

原核生物には、細菌と古細菌。
真核生物には、菌類と原生生物。

 

微生物 原核生物 細菌
古細菌
真核生物 菌類
原生生物

 

どうでしょう?

細菌と菌類は同じレベルの分類名なんです。
だから、どっちかがどっちかに含まれたりしません。

 

では、本題に入っていきます。
菌類と細菌の違いでしたね。

 

菌類と細菌は、眼に見えない微生物です。

正直、共通していることはこれだけ。
といってもいいくらい、全く別の生物です。

菌類と細菌の違いは?

  • 真核生物と原核生物に別れる
  • 大きさが全然違う
  • 生殖方法のバリエーションが違う

などなど

 

中でもやぱり、
真核生物と原核生物に分かれるというのが、1番大きいです。

菌類が真核生物。
細菌が原核生物。

 

この、真核生物か原核生物かの違いは、
染色体が核に包まれてるかどうかです。

 

なんですけど、

この違いの結果はすごく表れてます。
地球上の生きものの進化。
真核生物の圧倒的な勝利じゃないですか。。

 

これは、染色体の収能力のおかげでもある。

というのも、
真核生物のDNAって、原核生物のに比べてかなり長い。
だから、収納するとメリットありまくりなんです。

 

染色体の収能力、今回はホースで例えてみます。

 

ホースってあれ、
しまう時そのままだと超ジャマですよね。
だから、最近は収納する機能がついてます。

この機能ついてないと、床面積だいぶ使います。
土間の立体利用必須!

ついてると、クルクルと収納されて、次出すとき絡まらない。

 

このホースが染色体だとしますよ。

 

細菌の染色体は、収納できないからぐちゃぐちゃ。
だから、細胞の中に他の器官が超少ない。

 

でも菌類は、
収納上手なので、他にもいろいろ器官が備えられる。

 

器官は具体的には、

  • 核膜
  • 80Sリボソーム
  • オルガネラ(ミトコンドリアなどの細胞小器官)

を、菌類(真核生物)は持っています。

でも、細菌(原核生物)は持っていません。

 

細胞内に色んな器官があると、
その器官を使って色んなことが出来ますよね。

 

いろんな器官がある。
ここから生まれる差ってどんなのがあるでしょう?

たくさんあるんですけど、

例えば、
ミトコンドリアが有ると、無い生物より20倍のエネルギーが作れます。
なので、何でも20倍のエネルギーでいけちゃいます。

どんどん進化できるし、増えられるし、いい事づくめ。

 

それでは次に、大きさが全然違う件

 

これも、かなり面白いです。

というのも細菌の大きさは、
真菌のオルガネラ(ミトコンドリアなど)と同じくらい。

 

全然違いますよね。

 

これは、有名な仮説があって。

真核生物の細胞内にあるミトコンドリアや葉緑体。
これらの祖先は、独立した細菌だった。

その名も、細胞内共生説。

 

そりゃ、細菌=細胞小器官になりますわ。

 

で、最後に
生殖方法のバリエーションが違う件。

 

細菌は、無性生殖しかできないんです。
でも真菌は、無性生殖と有性生殖の両方ができる。

こうやって、両方できるのも強いですよね。
環境の変化に強くなりますから。

 

と、違いをみてきましたがどうですか?
全く違う生き物でしょ?

 

確かに、違いは分かった。
でも、具体的にはどんなのがいるの?

その前に、菌類ってどんな生物?

そうですよね、そこ大事です。

なので、次は菌類について。

 

菌類とは?

さて、菌類とはどんな微生物でしょうか?

菌類の中には、

  • カビ
  • 酵母
  • キノコ

が含まれます。

 

また、
菌類ではなく、真菌と呼ばれることもあり。
実は、こちらが正式名称。
菌類は、俗称なんですよ。

真菌の名前は、

  • 細菌と区別するため
  • 正真正銘の菌類という意味で

付けられたという参考書がいくつかありました。

 

ちなみに、
正直、カビと酵母とキノコが一緒??
全然違う気がするなと思いませんでしたか?

 

これが、驚きなんですよ。
見た目は違うけど生態が似ていて分けられなくて
だから、同じグループになってます。

さらに実は、酵母とキノコは、
世代の中でカビとして生活するときがある。
そんな種類が存在するんです。

 

一世代って、胞子が発芽して大きくなって胞子を作るまで。

 

だから例えると、

私のおばーちゃんとママは酵母だったの。
もうじきできる娘も酵母っぽいんだよね。。
でも、わたしだけカビなんだ。
みたいなノリです。

 

と、雑談が長くなってしまいました。

 

話を戻して、本題に入っていきましょう。
菌類とは何なのか?

菌類は、今見つかってるのだけでも9万種以上。
でも、世界にはこの10倍以上の未知の菌類がいるとか。

 

ま~目に見えないので。
人にプラスかマイナスか、関係するものしか見つかりにくいですしね。
病気とか、新薬とか、発酵食品とか。

 

菌類のほとんどは、自然の中(土や水など)にいて、
その胞子(卵のようなもの)は、いたるところの空中をただよってます

 

でも菌類は、カビでも3~10㎛(1㎛=0.001㎜)しかないです。
集まれば、肉眼で見えますが、1個はとうてい見えません。
当然、その胞子はもっと見えない。

そんなこと言われると、
そんなにいろんなのが、そこら中に!?
と、少し怖くなりますが。

そこは大丈夫です。

アメリカの実験で、
一般家庭で見つかった菌類の
ほとんどが無害だったという報告があります。

 

とはいえ、
菌類は、微生物の中でも病原菌が多い方だそうです。
動物にとっても植物にとっても。。
農家さん的には、菌類は厄介者なんだとか。

 

でも、
カビも酵母も、チーズやパン、ビール作りに必要です。
キノコなんて、そのまんま食べてます。

とにかくたくさんの種類がいるので。
その中には、いいヤツも悪いヤツもいるんです。

 

では、その生態を見てみましょう。

彼らは、真核生物です。

 

細胞の中にミトコンドリアなどのオルガネラもあります。
(オルガネラは細胞小器官のことです。)
なので、私たちの細胞と基本的に同じです。

 

増え方はどうでしょう。

私たち人間は、オスとメスがある有性生殖ですね。
でも、真菌は、無性生殖と有性生殖の両方ができます

 

簡単に言うと、
すんごい小さいので、環境の影響をもろに受けます。
なので、快適なら有性生殖、そうじゃなきゃ無性生殖。
最悪、胞子のまんまで、いい環境をひたすら待つ!!!

 

そんな真菌の一生は。。

私たちは、人生100年とか言われてますけど、
酵母は2つの細胞になるまで2時間です。
つまり、一生が2時間ちょっとで終わっちゃうことも。

 

そんな短いなら、快適な環境で生きたいですよね~。

 

では、彼らに快適な環境は?

  • 増えられる温度が、0~40℃
  • 最適な温度は、25~30℃
  • 増えられるpHが、2~8.5
  • 最適なpHは、4.5~6.5

だそうです。

 

かなりの広範囲で生き続けられますよね~。
そんなに増えないけど、死にもしない範囲が広い。

 

と、菌類の基本的な特徴はこんな感じです。

 

が、次にもつながる意外と大事なお話が。

私、何度も「菌類って種類がいっぱい」とお伝えしてますよね。。

実は、菌類に分類されるのは、
他の生物に分類できないものです。

 

どういうことかと言うと?

とりあえずよくわかんない真核生物の微生物を発見。
するとまずは、菌類に入ります。そして、少しずつ詳細がわかってきます。
で、結果的に菌類の特徴から外れてしまった。。
すると、菌類から別の生物へお引越ししていきます。

こんな感じのことが行われてます。

 

例えば、

変形菌類って種類があります。
名前に菌類ついちゃってるのに、最近、原生生物にお引越ししました。

理由は、一生の中でアメーバになる時期があるから。
アメーバは原核生物なので、まー納得。

これからも、見つかってはお引越ししてとなることでしょう。

 

そんな菌類は、どのように分類されているんでしょうか?
また、それぞれ種類はどんなのがいる?

 

実は、私たちが慣れ親しんでいるこちら。
カビ、酵母、キノコ。
この分け方は、正式な分類法ではありません。

見た目から分けられた俗称なんでしたね。

そして正しくは、4つに分類されています。

 

そこでは、カビ、酵母、キノコは、もうごっちゃ混ぜですよ。
想像できると思いますが。

 

簡単に、菌類の4つの分類についてまとめますね。

 

4つの分類と代表例

 

菌類の分類って、生殖方法で分けてます

 

生殖方法って、子を作る方法のことで、

  • 有性生殖
  • 無性生殖

があります。

 

この二つの違いは?

有性生殖は、
オスとメスの区別がある。
2体の半分ずつが遺伝するから、環境変化に強い。

無性生殖は、
一匹だけで子を残せる無性生殖。
親とまったく同じ遺伝子の子しか出来ないから、
環境変化に弱い。

 

菌類の場合、
有性生殖の方法が見つかってるか?
これで、分類してます。

 

有性生殖の方法が分かれば、

下の3つに分けられる。

  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 接合菌類

それか、別の原生生物にお引越し。

 

そして、分からなければ、
とりあえずわかるまで不完全菌類

 

不完全菌類は、
中には有性世代がないのもいるでしょうね~。

その種類にとっては、不完全は少しかわいそうですけど。

 

では、それぞれがどんな菌類なのかを簡単にまとめます。

 

子のう菌類

 

子のう菌類は、
有性生殖で、子のう胞子をつくります。

だから子嚢(のう)菌類。

そのほかの特徴は、菌糸に隔壁がある。

 

このグループには今、菌類の約64%くらいが属してます
なかなかの大派閥です。
なので、俗にいうカビ、酵母、キノコを全部含みます。

だから、代表的なのも有名なのが多いです。

  • アオカビ属
  • アカパンカビ属
  • サッカロマイセス属

なんかは、ノーベル賞を取った研究の主役たちです。

普通に生きてて耳にする、身近な名前だと、

  • コウジカビ
  • パン酵母
  • トリュフ
  • 冬虫夏草

なんかがそうです。

 

また、菌は、
植物や動物を病気にするのもいます。
菌類の病原菌は、多くがこのグループです。

でも、ペニシリンて薬がありますよね。
これも、子のう菌類から発見されました。

 

つまり。。
本当にいろんなのがいるグループです。
共通するのは、胞子ですよ~。

 

担子菌類

 

担子菌類は、
有性生殖で、担子胞子を作ります。

だから、担子菌類。

担子菌類も、菌糸に隔壁があります。

このグループの仲間はとってもわかりやすいです。
いわゆるキノコの集まりです。

 

今知られてる菌類の約34%が属していて、
中には、フケの原因になるのもいます。
だから、キノコだけじゃないんですけどね。

 

  • シイタケ
  • マツタケ
  • サルノコシカケ

なんかがこのグループです。

 

そういえば、
キノコの値段の秘密って知ってますか?

 

だいたい高いのってなかなか数が取れないからです。

 

でも、
シイタケみたいに切り株で育てればいいじゃない。
そう思ったことありませんか?

 

実は、キノコには「生きてる木でしかならない」キノコがあるんです。
だから、切り株でどんどん育てるのができないんです。

 

不完全菌類

 

不完全菌類のメンバーは、

  • 無性世代で分類された菌類
  • 有性世代がまだわかってない菌類

がいます。

 

あれ?菌類って
有性生殖で分類してんじゃなかった?

いやー、するどい!

そうなんですよー。

 

有性世代が見つかって、お引越しした菌は

  • コウジカビ属
  • アオカビ属

と有名どころも含んで、約1万6000種。

皆さま不完全菌類のご出身です。
で、無性世代と有性世代でそれぞれ学名がついちゃう。

 

だから実は、メンバーの二重登録が起きてます。

最近は、だいぶ無くなってきてるみたいですが。
子囊菌類にも不完全菌類にもいる。
みたいな菌がいます。

とはいえ、
新しい菌類が見つかって、とりあえず入れておけるグループがあるのは助かる。

 

だから、
今後もずーっと大事にされるグループです。

 

接合菌類

接合菌類は、

有性生殖で、接合胞子を作ります。

だから、接合菌類。

もうひとつの大きな特徴が、菌糸に隔壁がない。

やっと出てきた、隔壁なしのグループ。

ただ、この接合菌類は、
最近分類の見直しがあって。

 

落ち着くまで、深く書かないでおきたいです。

 

とここまで、菌類についてお話しでした。
最後に、少しまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、菌類と細菌類の違いについて。

  • 細菌と菌類は、まったく別の生きもの。
  • 菌類は真核生物で、細菌は原核生物
  • 菌類の細胞小器官が、細菌と同じ大きさ
  • 細菌は無性生殖だけだけど、菌類は有性生殖もする

次に菌類についてのお話。

  • 他の生物に分類できない生物の集まり
  • カビ、酵母、キノコは生態が似ていて分けられない

最後に、4つの分類について。

  • 菌類は、その生殖方法で分けられる。

有性生殖が分かっている種類は、胞子の形状で、

  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 接合菌類

有性生殖が不明、または無い種類は、

  • 不完全菌類

今回は、正式な菌類の正式な分類についてお話しました。
でも、俗名でもいい場面もある。

正しい間違ってるよりも、TPOで使い分けるものおしゃれですよね。

 

今回の参考文献はこちら

窒素固定とは?窒素固定細菌など復習!

窒素は、空気中に8割もあります。

でも実は、空気中の窒素を私たちは吸収できない。
酸素と違って、空気中にあってもダメなんです。

これを使えるのは、窒素固定を出来る生物だけ。

だから人間は、窒素固定が出来る装置まで作りました。
これ、20世紀最大の発明らしいですよ。

 

最近、酸素を人の手で作れるようになった!?って話を聞きました。
光合成を人工的にやる。。

これは、なんかすごい神懸かってる気がしませんか?

でも、窒素固定も光合成と同じくらい凄いんですよ。

 

地球上に窒素固定があるから、私たちは生きている。
そこんとこを含めて、超簡単に復習します。

では、早速いきましょう!

 

窒素固定とは?

 

窒素固定とは?

参考書とかには、だいたいこんな感じで書かれてますよね。

空気中の安定な状態の気体窒素を、反応性の高い窒素化合物に変換すること。

 

化学式はこう。

空中のN2  →  NH4+

あ、そうだった!ってわかった方は素晴らしいです。

でもなぜ?だから何?ってなるのも普通です。

なので、それを復習していきます。

この窒素固定を理解するには、
窒素がどれだけ大切か?を知ると、
すーっと頭に入ってきたりします。

だから、窒素が大切だって話から始めますよ!

 

窒素を意識し始める話

それでは、主役を窒素に移します。

私たち人間も含めて、生物のからだには窒素元素が絶対に必要です。

なぜかというと、
例えば、体をつくっている

  • タンパク質
  • アミノ酸
  • 核酸

などには窒素が含まれてるからです。

そっか、そういえば。

え、地球上に窒素がないと、やばい。

でも、ありがたいことに窒素は空気中に80%もあります。

なんだ、全然大丈夫じゃん!
と思うんですが、残念なお知らせが。

 

地球上のほとんどの生物が、
空気中の窒素をそのまま使えない(T_T)

 

え、吸い込めばよくない?
いえ、呼吸では酸素しか体の中に取り込まれない。
窒素は入ってくるけどそのまま出ていっちゃうんです。

 

では、どうやって窒素を体内にゲットしているのでしょう?

わたしたちは、食物(植物や動物)を食べることで窒素を得ています。
動物はみんなそうですね。

植物はどうでしょう?
植物は、土壌の中から窒素を得てるんですね。

じゃあ、

  • 土壌の中の窒素
  • 空気中の窒素

は違うものなの?

だって、空気中のが吸えないなら土の中のもダメでしょ。

そうなんです。
鋭いですね!

動物が、呼吸しても大気中の窒素を取り込めないように、
植物も、大気中の窒素をそのままでは取り込めません。

 

もしや、ここで登場か?!

 

そうです。
ここで登場するのが窒素固定なんです。

 

窒素固定がありがたくなる話

 

さてさて、

 

生物は、生きるために絶対に窒素が必要なんだけど、
ほとんどの生物は、空気中の窒素をそのまま使えないという話をしました。

どうして空気中の窒素は、そのまま使えないんでしょうか??

 

それはですね、
空気中の窒素が、とても安定している元素だからです。
なので、なかなか他の元素と仲良くくっついたりしてくれません。

仲良くくっついたりしてくれないので、アミノ酸や核酸などが作れないんです。

安定は素晴らしことなんでしょうが、こちらとしては使いづらい。
でも使いたい。

 

だからその窒素元素を、使いやすいように窒素化合物に変換しましょ。
って、これが窒素固定です。

 

冒頭で書いたこれです。

空気中の安定な状態の気体窒素を、反応性の高い窒素化合物に変換すること。

 

いやー、やっと理解できました、窒素固定。

 

ちなみに、窒素化合物とは、
アンモニア、硝酸塩、二酸化窒素などです。

仲良くくっついて、離れて、交換してってやってくれそうな方々ですね。

土壌の中の窒素も、窒素化合物なら、植物も取り込みやすくなります。
ん?でもこの窒素固定ってどうやってやるんですかね??

 

窒素固定はどうやってやるの?といいますと、

  • 自然の方法
  • 人口的な方法

の2通りがあります。

 

なので、先に自然の方法を復習します。

 

窒素固定細菌とは?

 

自然の方法は、菌や細菌がやってくれます。

 

菌や細菌なら、みんな出来るのかと言うと、
窒素固定を出来るのはほんの一部です。

それらをまとめて、窒素固定細菌と呼んでます。

 

種類はどんなのがいるの?

 

窒素固定細菌とは?

といったら、根粒菌が有名なんですけど、聞いたことありますか?

 

この根粒菌は、マメ科の植物との共生とかで紹介されますよね。

 

この場合は、共生っていうくらいですから、メリットある同士が同居してますので。
窒素固定したらまず、マメ科の植物が窒素化合物をゲットします。

 

じゃあ、他の植物は吸収できないじゃないか!と思ったんですけど、
そんなことなくて、ちゃんと残ってました。

詳しくは、根粒菌の記事もご覧ください。

 

ただ、問題があって、
この根粒菌は、マメ科植物と同居した時しか窒素固定をしないんだそうです。

マメ科植物の前でしか、実力を発揮しないとか。。
どんだけー。

 

でもそんな根粒菌の他にも、窒素固定してくれる生物はいらっしゃいます。

この方々は、単独でバリバリ仕事してくれるみたいですよ。
よく紹介されている細菌だとこんな感じです。

<土壌に広ーく生息してくれている細菌>

  • アゾトバクター(好気性なので光合成もします)
  • クロストリジウム(嫌気性なので光合成しません)

<水中に生息してくれている細菌>

  • ネンジュモ

 

ちなみに、
重要なのかわかんないですけど、
窒素固定をする細菌はみんな、原核生物(単細胞の生物)。

ちっちゃいのにすごい能力ですよね。。

さらに余談ですけど、
根粒菌の固定する量は、他の生物と比べて圧倒的に多いんだそうです。
さっき紹介した生物は、常に固定してくれるけど、量は少ない。

なおさら、何でマメ科植物と同居してるときだけ??
って思っちゃうのはわたしだけでしょうか?

少ない量でもしっかり仕事してくれる方々に日々感謝です(笑

 

そんな窒素固定細菌はどんな仕事をしてくれているんでしょう?

 

窒素固定はどうやってるの?

 

どんな仕事をしてるかと言うと、

冒頭で書いたこれです。

空中のN2  →  NH4+

 

ここはもう、化学式なんでささっと行っちゃます。
ごめんなさい。

もう少し詳しく書くとこんな感じ。

空気中の窒素と水素を取り込んで、
ニトロゲナーゼという酵素を使って
アンモニアにします。

でもアンモニアって、大体アンモニウムイオンで存在することが多いので、NH4+

ここで思うのが、
なんだ窒素固定ってニトロゲナーゼがあればできるんだ!
じゃあ、みんなニトロゲナーゼ持って進化すれば良かったのに。って。

そう思ったので調べてみたら、やっぱりそれなりの理由がありました。
このニトロゲナーゼはとにかく酸素に弱い
酸素に触れると数分で機能停止します。
しかも、そこから再生不可能なほど壊れちゃう。

 

なかなか究極ですよね。
酸素を吸わないと生きていけないし、
窒素を吸収しないと生きていけない。

 

だから、この窒素固定できる細菌は、
酸素からニトロゲナーゼを死守してるみたいですよ。
隔離するしくみを持ってるらしいです。
大変そうですよね。
そりゃ、窒素は別で取ればいいからとにかく呼吸!!ってなるかも。

そう考えると、なおさらありがたい!
是非ともじゃんじゃん窒素固定していただきたいですよね。

 

とは言っても、
自然の方法だけでは、今は全然足りません。
なにしろ、作物を作る量が多すぎて。

 

菌や細菌だけでは、窒素固定が間に合いません。
つまり、土壌が窒素不足になっちゃいます。

だから肥料をまくんです。農業は。
わたし、知らなかったー。

 

知ってました?
あれ、窒素固定して作られた窒素もまいてるんです。

 

じゃぁ、肥料はどうやって作るのか??
人工的な方法で窒素固定をして作っています。

だから、この方法が発見されたから、作れる作物が増えて、結果、世界の人口が一気に増えたんですって。

 

人が開発した方法(ハーバー・ボッシュ法)

 

窒素固定によく使われているのが、ハーバー・ボッシュ法です。

ハーバー・ボッシュ法は、ハーバーさんとボッシュさんによって1906年に開発されました。
それからもう100年以上、窒素固定の最前線で活躍されている方法です。
作り方は、ちょっと難しいのでハショります。
でも、原理みたいなのは一緒です。

500℃と1000気圧っていう高温高圧の中で、
窒素と水素からアンモニア(窒素化合物)を作ります。

それも大量に。

 

この方法で、農業の化学肥料を作っています。
他にも、工業の世界でも活躍してるみたいです。

 

ちなみに余談ですけど、
この発見でハーバーさんは「空気からパンを作った男」って言われてるんですって。
何でなんでしょうね??

(詳しくはおいおい書く予定です)

 

この、ハーバー・ボッシュ法は本当にすごい技術ですよね。

そうなんですけど、
アンモニアを作るのに、相当エネルギーを使います。
なんてったって、高温高圧ですから。

 

凄い技術で、
今の世界には絶対必要なんですが、
やっぱり環境問題とかも心配されてるみたいです。

 

そう考えると、
やっぱり窒素固定細菌はすごいエコな生き物なんだなーって思います。
自然の力ってやばい。

 

でも、人間の脳みそも負けてません!
って、全然競ってないですけど。

 

最近、すごいことを研究してる方々がいらっしゃるみたいです。

 

どんな凄い研究かというと、
作物に能力を与えて、
作物が自力で窒素固定できるようになる。。みたいな。

 

例えば、イネが窒素固定もできる!みたいな?
肥料いらないじゃないですか!
いらないってことはないけど間違いなく減るし。

 

そんな未来が来たらすごい!

 

ただ、多分そうとう簡単じゃない。
だって、窒素固定するニトロゲナーゼって酸素があると消えちゃぃすよね?
植物って光合成するからめっちゃ酸素作るし。。

 

いろんな課題が立ちはだかってますけど、是非とも!
応援しています!

 

と、なんだか長くなっちゃいました。

 

長かったのでまとめますね。

 

まとめ

まず、

生物のからだには窒素元素が絶対必要でしたね。

生物のほとんどは、空気中の気体窒素を使えない。
理由は、気体窒素は安定していて反応しにくいから。
でも窒素化合物になれば、反応しやすくなって使えるんでした。

窒素固定とは、

空気中の窒素を、
植物が利用しやすい窒素化合物に変換すること。

 

次に、窒素固定できる生物。

根粒菌、アゾトバクター、クロストリジウム、ネンジュモが有名なんでした。

 

そして、窒素固定の仕組み。

  • ニトロゲナーゼを使って、空気中の窒素と水素からアンモニアを作ること。
  • ハーバー・ボッシュ法などの人工的な方法もある。

 

自然の力って本当にすごいですよね。

 

さて、今回は、窒素固定の復習でした。

でももしかしたら、窒素同化と混乱しちゃってる人がいるかも。

窒素同化もみてみてください。

 

今回の参考文献はこちら