嫌気性

シアノバクテリアとは?葉緑体の祖先?光合成や種類を簡単に

シアノバクテリアは葉緑体の祖先て本当でしょうか?
本当に、植物と同じような光合成をするんでしょうか?

だって、かれらは細菌です。

にわかに信じがたい事実ですので、
どういうことなのか簡単にお話します。

また、そのとっても小さな細菌が、
実は、地球に大革命を起こしました。

そのおかげで、私たちホモサピエンスが誕生した!?

今回は、そんなシアノバクテリアのお話です。

他にも、

  • 光合成細菌との違い
  • シアノバクテリアの種類

なんかにも触れていきます。

 

シアノバクテリアが葉緑体の祖先て本当?

シアノバクテリアは、細菌です。
でも、光合成ができちゃいます。
しかも、光合成で酸素を作れる、唯一の細菌

他にも光合成細菌はいるんですが、彼らは酸素を作らないんです。
(そこついては、後ほど)

 

つまり、
細菌の中で唯一、植物と同じ光合成ができちゃう

 

ここがなかなかのポイントです。

 

だから、
シアノバクテリアは葉緑体の祖先だと考えられてます

 

え。。葉緑体って、
植物の細胞の中にあるオルガネラの1つですよね?
いやいやいやいや。
1つの器官に祖先とかないでしょ。

と思う人もいるかもですが。

 

祖先である説が有力なんです。

進化には、
想像を超えることが起こるもんなんですね~。

 

これは、細胞共生説っていうんですけど。
しっかりと、根拠も存在する
しかも同じ考え方で、ミトコンドリアにも祖先がいます。
(詳しくは、真核生物の記事にあります)

 

ちなみに真核生物の起源も、
原核生物が、他の原核生物を取り込んで生まれた説が有力。

 

そして私たちの体にも、
オルガネラ化はしていないにしても、たくさんの細菌が住んでます。

一度は聞いたことがありますかね?
常在菌てやつです。

 

それらの細菌が、
いろんな働きをしてくれて、私たちは生きれているんです。

CMなんかでもおなじみですが、
腸内細菌を活性化!とか。
腸内細菌を育てましょう!とか。

あれです。

 

だから葉緑体の場合も、
最初はシアノバクテリアが真核細胞の中に共生してた。

でも、
長~い時間一緒にいたから、細胞の一部になっちゃった
みたいな感覚です。

 

オシドリ夫婦の話かと思うわ~。

ってことは、
今いるシアノバクテリアと葉緑体は兄弟?従兄弟?ってことか~。

 

では次は、
光合成に注目してみてみます。

葉緑体とシアノバクテリアの光合成は一緒ってこと?

 

シアノバクテリアの光合成の特徴は?

先ほどの細胞共生説によると、
葉緑体とシアノバクテリアは同じ家系図に載りそうです。

 

そうなると、
植物とシアノバクテリアの光合成は一緒ということ?

少なくとも、

  • 光合成色素にクロロフィルαを持っている
  • 光エネルギーが必要
  • 水を酸化して酸素を作る

というところは一緒です。

逆に言うと、
シアノバクテリアは、他の光合成細菌と違う

 

例えば、紅色イオウ細菌という細菌がいます。
彼らも光合成をする細菌。

でも、シアノバクテリアと違って

  • 光合成色素にバクテリオクロロフィルを持っている
  • 硫化水素を酸化してイオウ酸化物を作る(酸素は作らない)

 

実は、彼らの存在を知るまで私は、
光合成は酸素を作るもんだとばっかり思ってました。

そしたら違うんですね~。

 

光合成の名の通り、
大事なのは光を使うかどうかだったんです。

ちなみに当然、
光合成細菌に対して、光を使わない化学合成細菌てのがいます。

 

細菌の生きるための進化にはたくさんあって。
本当に、苦労されたんだなって思います。

 

苦労といえば、
シアノバクテリアってかなり強いんですよ。
細菌の中で。

だって、
特技が光合成だけじゃない。

 

実は、窒素固定もできるんです。
(できないのもいますが。)

ただ、
この特技については、あまり皆さん興味がないらしく。

なので、
ちょっとだけ。

 

窒素固定って、
植物も動物もできなくて。

でも、絶対に誰かがしてくれないとヤバい。
そんなお仕事なんですね。

この辺については、
詳しくは別の記事に書いてます。

 

今言いたいのは、

  • 光合成と
  • 窒素固定の

両方ができるシアノバクテリアは最強だってこと。

これは言い換えると、

  • 炭素源(空気の中の二酸化炭素)も
  • 窒素源(空気の中の窒素)も

自分で作れるってことなんです。

だから極端な話、

シアノバクテリアは、

  • 光と
  • 空気

さえあれば、どこにでも住める。

例えば、

  • ミネラルしかないような水の中
  • 栄養なんて全くない残念な土

 

どれも、
ライバルが少なくて、競争率低そうな物件ですよね~。

でも別に、
ハワイとか、シンガポールとか。
競争率高いとこにも全然いける。
(なぜか私が行きたいところ)

 

ということで実際、
地球のいたるところにシアノバクテリアはいます。

だから、
そんな最強なところを利用できないかと。
いろいろ研究に使われてるそうですよ。

 

でもこの強みは、
地球を生物の住みやすい惑星に大変身させてしまったほどの代物。

 

利用するなんて。。おこがましい。。

 

次はそんな偉大なシアノバクテリア様の、
その他の特徴について。

シアノバクテリアとは?

シアノバクテリアの日本語名は、
藍藻(らんそう)です。

でも最近は日本でも、
シアノバクテリアがメジャーになりつつあるようです。

 

で、シアノバクテリアって、
光合成ができるじゃないですか。

だから、昔は藻類の仲間に入ってたんです。

 

でも、

  • 単細胞生物だし
  • 原核生物(核がない)だってこともわかったし

ということで、
今は、細菌の仲間ってことになってます。

 

で、この原核生物の細胞って、
普通はかなりシンプルなんですね。
(詳しくはこちら

でも、シアノバクテリアって

  • 光合成ができて
  • 窒素固定もできる

じゃないですか。

 

だから、
ちょっと他の原核生物よりギミックが多い方

具体的には、、

  • チラコイド膜(光合成用)
  • カルボキシソーム(炭素用)
  • シアノフィシン(窒素用)

なんかが備わっているそうですよ。

 

そんな、
シアノバクテリアは大革命家

 

どんな革命を起こしたかっていうと、
大気中の主成分を変えちゃったんです。

具体的には、
地球の酸素がほぼ0(ゼロ)のところから、
今の酸素濃度の約1/100くらいまで増やしました。

 

その結果、

  • 大気の主成分が、窒素と酸素になり、
  • 好気性生物(酸素呼吸する生物)が誕生。
  • さらに、オゾン層もできたので、
  • 紫外線が減って、生物が陸に上れた。

 

すごくないですか?

これ全部、シアノバクテリアのおかげ。
偉大過ぎる。

 

しかもですよ、
シアノバクテリアってなんで酸素を出すか知ってます?

要らないからなんですよ。

自分が捨てたものが、他の生物の役に立つとか。
どんだけ~。

 

さらに、
尊敬すべきは他にもあって。

シアノバクテリアって、
今から32億年くらい前に誕生したんですね。

で、そこから酸素革命が始まるんですが。

 

まずは、海の中を酸化するんです。
それで、海を制覇した酸素が、大気に出ていった。

 

海の制覇って、かなり難儀そう。
海ってかなり広いですから。

 

そうそう昔、
友達が言っててかっこよかったんですけど。

その子はサーフィンが得意で。
よく海外にも波乗りに行ってたんです。

で、

サーフィンするようになったら、地図で陸を見なくなったw
海ばっか見てる。

って言ったんですよ~。

 

そう言われて世界地図みたら?
いや~、新感覚でしたねあれは。

大陸だけじゃなくて、海も目に入ってきた瞬間。

 

シアノバクテリアは、
まさに、この陸と海の両方を酸化させた生物です。

 

では、
なんでそんな大義ができたのか?

それは、前にお話したこれ。

  • 炭素源(空気の中の二酸化炭素)も
  • 窒素源(空気の中の窒素)も

自分で作れるから、

  • 空気と
  • 水さえあれば

どこででも生きられる。

 

やっぱりいつの時代も、
自分でできる力って強いんですね。

 

私も、自給自足できる人凄いと思うし。

そんなシアノバクテリアは、
私たちにとっては素晴らしい革命家です。

 

でも一方で、革命には犠牲がつきもの。
この酸素革命も例外ではありません。

 

地球が酸化されたことによって、絶滅した生物も多い。
それは、嫌気性の生物。

嫌気性については、
別の記事で詳しくお話していますが。

 

簡単に言うと、
酸素があると生きられない生物達です。

実は酸素は、
とっても毒性が強い。
だから、
その解毒できる酵素が必要なんです。

その酵素がないのに酸素に触れると?
生物は死んでしまいます。

 

こうして、
それまで地球にたくさんいた嫌気性の生物は絶滅していきました。

 

ただ、
酸素があると酸素呼吸ができる。

これは、
嫌気呼吸よりも約20倍の効率でエネルギーが作れます。

だからその後、
好気性生物はすごい速さで進化していきます。

 

生物の進化を考えると、
やっぱり、必然だったんでしょうかね?

壮大すぎて、
もう何を言ってるのかわからなくなってきましたが。

 

では最後に、
シアノバクテリアの種類について。

32億年前からいるシアノバクテリア。
今は、どんなのがいるんでしょうか?

 

種類はどんなのがいる?

シアノバクテリアには、こんなのがいます。

  • アオコ
  • アナベナ
  • シネコシスティス
  • スピルリナ

ちなみに、
スピルリナは、家畜のエサとして。
また、
アナベナは、イネを作るのに大事な細菌です。

 

なにしろシアノバクテリアのファミリーは、

  • 光合成と
  • 窒素固定

両方ができますから。

私たちの身近では特に、
農業と関わりのあるのが多いですね。

 

そんな中、
一風変わってアオコ。
アオコって藻類だと思ってませんでしたか?

昔の私ならひっかかるな~これ

 

そして、アオコといえば富栄養化。
環境問題の1つですよね。

これについても、別に記事を書いてるんですよ!
若干大作。。
良かったら見てみてくださいね。

 

では、最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、シアノバクテリアは葉緑体の祖先かについて。

  • 細菌の中で唯一、植物と同じ光合成ができる
  • 最初はシアノバクテリアが真核細胞の中に共生してた
  • 長い共生の間に、細胞の一部になった
  • 細胞共生説といい根拠もある

次に、光合成の特徴。

  • シアノバクテリアは、光合成で酸素を作れる
  • 他の光合成細菌は、酸素を作らない
  • 光合成と窒素固定ができる
  • 炭素源も窒素源も自分で作れる
  • 大気と水があればどこでも生きられる

そして、そのほかの特徴。

  • 単細胞で原核生物の細菌
  • 大気中に酸素を作り出した
  • 好気性生物の誕生と嫌気性生物の絶滅のきっかけになった

最後に、代表種。
アオコもシアノバクテリアでした。

 

シアノバクテリアが今後、どう利用されるのか楽しみですね!

偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌の違い!それぞれの特徴や種類は?

今回は、偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌について。

これは、簡単なイメージ

  • オールマイティになるか(ゼネラリスト)
  • 専門を極めるか(スペシャリスト)

みたいな感じです。

偏性嫌気性菌は、簡単に言うと、
酸素がない状態で生きることをとことん極めた微生物。

私たちと正反対です。

そして、通性嫌気性菌は、
酸素があってもなくても生きていける微生物。

両方いけるってこと。

そんな生き物が、地球上にはたくさんいます。
どこに、どんなのがいるんでしょうか?
実は、私たちの身近にもいるんですよ。

他にも、
絶対嫌気性菌と通性嫌気性菌とは何が違うのか。

とっても簡単にわかりやすくお伝えします。

 

偏性嫌気性菌とは?

まず偏性嫌気性菌(へんせいけんきせいきん)は、
酸素がないところでしか生きられない微生物です。

 

では、
酸素がどれくらい少なければいいんでしょう?

これが、少しでもあると死んじゃいます。

厳密には、
0.2%以下の酸素濃度で線引きされてるみたいです。

 

酸素があると死ぬ?
信じがたいですが、その理由をご存じですか?

それは、酸素が実はとっても有毒だからです。
なので、少しでも体内に入ってくるとアウトという。。

 

もう少し詳しくいきますね。

 

まず私たち人間は?
酸素を吸っても大丈夫。
むしろ、酸素がないと死んじゃう。

 

では、人間はなぜ酸素を吸いますか?
それは、エネルギーを作るため。
酸素を体に取り入れ、エネルギーに換えています。

 

ただ、エネルギーを作る過程で、過酸化水素というのが作られる。
この過酸化水素は、とっても毒性が強い。

なので、私たちは、この過酸化水素を除くための酵素を持っています。

 

そう、私たちは、呼吸をするために、
過酸化水素用の酵素を手に入れたのです。

 

進化って本当にすごいですよね。。

 

昔昔は、微生物はみんな嫌気性菌でした。
発酵や嫌気呼吸をしてエネルギーを作ってたんです。

でも、それはむしろ当たり前というか。
なぜなら32億年前までは、地球に酸素がなかったので。
むしろ、嫌気性菌の王国。

 

でも、光合成によって酸素を作る生物があらわれたんですよ。
あらま大変。

そこで、嫌気性菌は、究極の二択を迫られます。
(なぜかナレーション口調)

・酸素に適応する
・酸素がないところで生きる

 

このどっちもできなかった生物は絶滅しました。

そして、活性酸素用の酵素をもった生物が進化し。
私たち人間に至っているという。。

 

実際、嫌気性菌と人間の4つの塩基は同じです。
さらに、
酵素や代謝の方法なんかも、ほとんど同じなんだとか。

 

だから、今みつかっている偏性嫌気性菌は、
酸素がないところで生きるという選択をした微生物。

 

その中でも、
酸素がないところにたどり着いた微生物。

微生物は1㎛くらいでかなり小さいので、
1m移動するんでも大変な長旅なんです。

 

う~ん、そうなると、こんな疑問が。

じゃ、偏性嫌気性菌て、
地球のどこにいて、どんな種類がいるんでしょうか?

偏性嫌気性菌の種類

偏性嫌気性菌の代表的な微生物は、

  • 破傷風菌
  • ボツリヌス菌
  • クロストリジウム
  • メタン生成細菌

などでしょうか。

 

こうみると、細菌と古細菌ですよね~。
原核生物ばかりで、真核生物はいませんね。

でも、これはあくまでも今現在は。
まだ見つかってない微生物がうじゃうじゃいます。
どんなのが出てくるか分からないんです。

 

だって、偏性嫌気性菌て酸素がないところにいるんですよ。

代表微生物をみても、
沼の底とか、土壌の奥の方とか、動物の消化官の奥のほう。。
やっぱり深海にもいるんでしょう。

 

何か病原菌だとか、
逆に抗生物質になる代謝産物をつくるとか。

そういう探す理由がないと、誰も探さなそうじゃないですか?

 

趣味でも、なかなか。
てか、趣味レベルじゃ、酸素がないところに行く道具とかないですしね。

おそらく、まだ見ぬ偏性嫌気性菌はたくさんたくさんいることでしょう。。

 

と、ずっと偏性嫌気性菌って言ってきてますけど、
酸素があると死んじゃう微生物を表す名称は、
本によっては、何個か種類がありました。

 

ま、読者に伝わればいいんだと思うので、別にいいとは思います。
が、やっぱり聞かされる側からするとわかりづらい。

そこから、よく聞く疑問について。

 

絶対嫌気性は一緒ですか?

はい、一緒です。

 

ちなみに、

この偏性嫌気性菌と絶対嫌気性菌、
簡単に嫌気性菌とだけ呼ばれることがあります。

というのも、
もともと前の2文字(偏性と絶対)は、
通性嫌気性菌と区別するために付けているそうなので。

 

だから、
酸素があると死んじゃう微生物の呼び名は

  • 嫌気性菌
  • 偏性嫌気性菌
  • 絶対嫌気性菌
  • 絶対的嫌気性菌

などがありました。

分かりやすくしてるはずが、逆に複雑。。

 

というか、
そもそも通性嫌気性菌てのがあるから付けられただって?!

じゃ、通性嫌気性菌て何者ですか?となります。

 

ということで、
次は、通性嫌気性菌とは何かについてお話します。

通性嫌気性菌

通性嫌気性菌とは、どんな菌でしょう?

 

まず、通性嫌気性ってなんだかご存知ですか?

簡単に言うと、
酸素があってもなくても生きられるということです。

通性嫌気性菌は、そんな微生物。

 

この通性嫌気性に対して、

  • 酸素がないところでしか生きられない事を偏性嫌気性
  • 酸素があるところでしか生きられない事を好気性

っていいます。

 

ちょうど、呼吸の方法でも、
好気呼吸と嫌気呼吸っていいますよね。

好気は酸素を使う、
嫌気は酸素を使わない呼吸。

これと同じです。

 

で通性嫌気性は、好気性と嫌気性の中間らへん

 

中間らへんには、
他にも微好気性ってのもあります。

酸素があるかないかじゃなくて、
酸素が少しあるところで生きられる微生物。
乳酸菌なんかがそうです。

 

この、まぁまぁ真ん中へんには、他にもいくつか分類がありました。
でも、大体この辺がメジャーです。

 

そしてさらに、
通性嫌気性の中にも、また種類があります。
その辺は、次の代表例と一緒に紹介するとして。

 

そもそも、
なんで酸素に対する反応で細かく分けるの?
ちょっと、疑問に思いませんか?

これ、こうも取れるんです。
酸素というより呼吸の方法で分けてる

 

どういうことかと言いますと、
私たちが酸素を吸うのは、
エネルギーを作るのに酸素が必要だからです。

そして酸素を使えると、
使えない場合より効率よくエネルギーを作れます。

好気呼吸と嫌気呼吸の違いで、
その差はなんと20倍

 

だから、
生物は出来ることなら酸素を使って呼吸したい。
そうすれば、
20倍のエネルギーを使って、20倍の生き方ができる。

 

だから、酸素を使えるかどうかで分ける。
これは、

  • 進化を考えたり、
  • 微生物の能力を知る

指標になります。

では、この通性嫌気性菌。
エネルギーを作る方法で分けると、どんな種類があるんでしょうか?

というか、
通性嫌気性菌には、どんな微生物がいるんでしょうか?

 

通性嫌気性菌の代表種

通性嫌気性菌で代表的な微生物は、

  • パン酵母
  • 大腸菌
  • 脱窒菌(脱窒する微生物の総称)

などでしょうか?

 

偏性嫌気性菌だと、
細菌と古細菌の仲間ばかりでしたよね。

でも、
通性嫌気性菌の中には酵母が含まれます

この酵母は、真菌。
カビやキノコの仲間ですね。

 

何が言いたいかと言うと、
偏性嫌気性菌と違って、真核生物も仲間入りしてるってこと。

ただ、この酵母の性質も珍しいようで、
細菌と真菌の中間の存在だと言う専門家の方もいました。

 

この酵母は、酸素があれば呼吸をします。

そして、酸素がなければ発酵をします。
みなさんもよく知っている、アルコール発酵ですね。

つまり、
酸素があってもなくても生きれて、
かつ、
呼吸も発酵もできる微生物の代表種です。

 

では、
それ以外の代表種についても少し触れますよ!

 

次は、大腸菌。
消化管の中で、大腸って1番最後ですよね。

なのでさすがに、もう酸素無いんじゃないか。
酸素があっても生きられる能力必要なの?
と思ったので調べてみました。

 

そしたら大腸菌て、
動物の体の外に出てからも、生きられるんだそうです。

といっても、
胞子っていう状態でなら可能ってことらしいですが。
それなら、通性嫌気性菌であるにこしたことはない。

この大腸菌も、
簡単に言えば、酵母と同じで呼吸と発酵を使い分けます。

 

通性嫌気性菌は、本当に突っ込みどころがまんさいで。
脱窒菌については、もうあっぱれですよ。

脱窒菌て亜硝酸菌とか硝酸菌のことです。

 

この微生物は、
硝酸や亜硝酸があれば、生きていけちゃう。
酸素がなくても。
これを、硝酸呼吸っていいます。

 

すごい進化ですよね。

なんていうか、ニッチを攻めたなぁって思います。
そして脱窒菌がいるから、
地球の物質循環がスムーズなわけで。

 

人間の仕事に例えたら、
すんごい専門的な仕事だけど、絶対ないといけない仕事。
これからの時代、そんなポジション欲しいです。

 

そして、
代表種にはあげませんでしたが、
連鎖球菌も通性嫌気性菌です。

 

この連鎖球菌は、
酸素があってもなくても発酵だけをします。

 

つまり、今紹介したのをまとめると、

  • 酸素があると呼吸をし、ないと発酵をする
  • 酸素があると呼吸をし、ないと独自の呼吸をする
  • 酸素があってもなくても、発酵をする

というパターン。

 

もはや、なんでもあり。

そして多分ですけど、
本当はもっと色んな進化がりそうですよね?

 

ここから想像できることは?
恐らく今いる通性嫌気性菌は、
種の生き残り戦争に勝った微生物だってこと。

そして、
まだまだ見つかっていない微生物は沢山います。

なので、
もっと色んなパターンが今後出てくるかも??

 

これはあくまで、
私のただの推論で、なんの根拠もありません。

でも、
ある日突然ペニシリンみたのが見つかって。
世の中の役に立っちゃう。
そんな微生物がたくさん出てきてほしいです。

 

では、偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌がわかったところで。
これもよく聞く疑問。
両者の違いって何なんでしょう?

 

偏性嫌気性菌と通性嫌気性の違い

偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌。
この2つは、大分違います。

 

偏性嫌気性菌とは、
酸素がないところでしか生きられない微生物のこと。

一方、通性嫌気性菌は、
酸素があってもなくても生きられる微生物のことです。

 

だから、もはや全く別物。。

 

なので、
偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌の違いはどこか?

やっぱり1番は、
酸素があっても生きていけるか?でしょう。

 

そして、
その違いを作ってるのが、酸素に対する体のしくみ

 

  • 偏性嫌気性菌は、酸素があると死んじゃいます。
  • 逆に通性嫌気性菌は、あっても生きていける。
    なんなら発酵より効率のいい、呼吸まで出来ちゃう。

この違いってなんでしたっけ?

 

それは、
活性酸素を除くための酵素を持っているかどうか

 

残念ながら偏性嫌気性菌は、
その酵素を持っていないんですよね。。

ただ、
持ってないから劣っているかは、正直分かりません。

もしかしたら、長い目で見たら、
偏性嫌気性菌のほうが生きるのに適した地球になるかもしれない。。
今の地球は、大昔の環境に戻りつつありますからね。。

 

そう、進化は戦略でもあります。

違いという所からみると、
例えば住む場所も違うはずです。

でも、この辺は正直あんまり調べられていないというか。。
基本、人間に影響しないと誰も研究しないですからね。。

 

それぞれの微生物の生きるための戦略なんて、
とっても気になるところです。

もし、論文なんかで見かけたら、紹介できたらなって思います。

 

と、長々書いてしまいました。

最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず偏性嫌気性菌とは、

  • 酸素がないところでしか生きられない微生物
  • 活性酸素用の酵素をもたないので、酸素に触れると死ぬ
  • 嫌気呼吸・発酵でエネルギーを作る

そんな偏性嫌気性菌の代表種は、
破傷風菌、ボツリヌス菌、クロストリジウム、メタン生成細菌など

また、

  • 偏性嫌気性菌と絶対嫌気性菌は同じ
  • 他にも、いくつか呼び名がある

次に通性嫌気性菌とは、

  • 酸素があってもなくても生きられる
  • 好気性と嫌気性の中間らへん
  • 活性酸素用の酵素を持っているので酸素呼吸ができる

そんな通性嫌気性菌の代表種は、
パン酵母、大腸菌、脱窒菌など

偏性嫌気性菌と通性嫌気性菌の違いは、

  • 酸素があっても生きていけるか
  • 活性酸素を除くための酵素を持っているか

それにしても、
うらやましい能力を持った微生物が多い。
わたしカナヅチなので、
通性嫌気性菌とか尊敬しかないですよ。。

 

今回の参考文献はこちら