細胞呼吸について私たちが知っていたことを破壊した生物

人間は肺なしで機能できるでしょうか?そしてバッテリーのない車は？送電網に接続されていない工場ですか?そして、ミトコンドリアのない真核細胞は？生物学の基礎を学ぶとき、決して忘れられない基本的な概念があります。それは、私たちの細胞と同じように、真核細胞には核と他の細胞小器官があるということです。最も重要なものの 1 つは、細胞呼吸に必要な小さな機構であるミトコンドリアです。それがなければ、細胞はエネルギーを得ることができません。しかし、これが完全に真実ではなかったらどうなるでしょうか?研究者チームは、この小器官や相同な小器官の残骸がなくても機能できる真核細胞を初めて発見した。この生物はモノセルコモノイドと呼ばれ、酸素のない場所に生息しています。生命の仕組みについて、どんな新しい秘密が発見されるのでしょうか?

「細胞肺」

この発見がどれほど重要であるかを理解するには、ミトコンドリアとは何かを理解する必要があります。この細胞小器官は、単純に、すべての真核細胞にとって不可欠です (または少なくともそうでした)。それは細胞の「肺」として機能するからです。細胞組織には 2 つのタイプがあります。最も進化したものは、私たち自身の体を構成する細胞や動植物の細胞に相当し、真核生物と呼ばれます。最も進化が遅く、はるかに小さく単純で、明確な核を持たないのは原核生物です。細菌や他の微生物に相当します。しかし、真核細胞の話に戻ると、これまでは、細胞がエネルギーを生産するための機械としてミトコンドリアが必要であることが理解されていました。すべての動物において、酸素は生命にとって不可欠です。呼吸しない動物はいません。私たちの場合、肺は酸素を集め、血液のおかげで全身に酸素を分配します。それが分配されると、各細胞はそれを使用してさまざまな成分（脂肪や糖）を「燃焼」し、エネルギーを獲得します。

エンジンや焚き火を思い浮かべれば理解できるでしょう。燃料（ガソリンや薪）は酸化剤（酸素）がなければ発火できません。ミトコンドリアの場合、酸素は「電子受容体」として使われます。これは、私たちが常に行っているあらゆる活動を実行できるようにエネルギーを「蓄える」分子が生成される複雑なプロセスです。酸素がなければ、私たちはエネルギーを得ることができません。そして、ミトコンドリアがなければ、これらの反応を実行するために必要な機械が存在しません。確かに、原核細胞にはミトコンドリアがありません（必要ありません）。しかし、それはその極度のシンプルさと小型サイズによるものです。もちろん、これらすべての原核細胞は、機能するためにはるかに単純な細胞機構を備えた他の「酸化剤」（または酸素）を使用します。しかし、その代わりに、それらははるかにはるかに小さく、よりシンプルになります。真核細胞は非常に複雑であるため、「呼吸」するためにミトコンドリアが必要です。少なくとも今までは。

ミトコンドリアを持たないモノセルコモノイドと真核生物

ここでこの物語の主人公について話しましょう。面倒な詳細は省きますが、モノセルコモノイデスの場合は、ミトコンドリアが欠如しているというだけで特別ではありません。原生動物（真核生物）の一部の種にもこの細胞小器官がありません。しかし、その代わりに、ミトコンドリアの痕跡があります。つまり、「呼吸」機能を担うミトソームやヒドロゲノソームなどのミトコンドリアの残骸です。これらの生物は通常、酸素のない場所に生息する寄生虫または高度に特殊化した共生生物です。しかし、モノケルコモノイデスの場合は、これらの痕跡さえ欠如しているため、特別です。研究チームが発見したように、この生物はミトコンドリアを持たないだけではありません。また、それらの遺伝子マーカーもありません。つまり、DNAからミトコンドリアの存在の痕跡さえ消去しているのです。それで、どうやって呼吸するのですか？これもまた珍しい事実です。

モノケルコモノイデスの「肺」はもっと単純です。そして、細胞機械を介さずに直接エネルギーを取得します。それを理解するには、複雑な噴射エンジンの代わりに古い蒸気ボイラーを使用したかのようです。しかし、それはうまくいきます。これに加えて、体はエネルギー代謝の一環として一連の特別な硫黄含有タンパク質を使用します。彼の家族の他のメンバーも同じことをしているので、これは奇妙なことではありません。しかし、他の真核生物とは異なり、これらのタンパク質は細菌に由来すると思われます。つまり、モノセルコモノイデスは原核細菌のシステムを遺伝子レベルで「コピー」したのです。これは、起こり得ることですが、それ自体驚くべき事実でもあり、モノケルコモノイドや同じ科の他の細胞などの特殊な真核細胞を生み出しました。

この発見はどれほど重要ですか?

酸素のない世界ですべての複雑な生物が進化する可能性はあるでしょうか?モノセルコモノイデスとそのミトコンドリア (およびその痕跡) の絶対的な欠如の発見は、真核細胞にはミトコンドリアが必要であるという生物学で広く想定されているパラダイムに疑問を投げかけます。それは、私たちが学んだこと、そしてそこから派生するすべてのことの多くに疑問を投げかけています。もちろん、それは特殊なケースです。しかし、それは他の多くのものの最初のものである可能性があります。現時点では、実務レベルでは、教科書の変更以外に応用はできません。それはまた、このトピックについての議論を続けることにも役立ちます。たとえば、ミトコンドリアの喪失はその出現後に起こることがわかっています。具体的には、モノセルコモノイデスの祖先がミトコンドリアを持っていた時代がありました。しかし、彼らはそれらを永遠に失い、戻る可能性はありませんでした。これは、すべての真核細胞がそれらなしでも生きられることを意味しますか?すべての複雑な生物は酸素のない世界に向けて進化することができるでしょうか?その場合はどうなるでしょうか？しかし、より直接的な意味に目を向けると、これは私たち自身の機能についてもう少し詳しく教えてくれます。そして、新しい合成生物の開発に使用できる真核細胞の機能についても。つまり、生物学の最も重要な基礎のいくつかが取り除かれたばかりなのです。その結果がどうなるか見てみましょう。