窒素を固定する細胞小器官「ニトロプラスト」が発見される、生物学の教科書が書き換えられる新発見

2024年04月12日 13時36分 サイエンス

生物学の教科書には、生物界を三分する細菌・古細菌・真核生物のうち、空気中の窒素を生命が利用できる形に変換する窒素固定ができるのは一部の細菌と古細菌だけだと記されています。
新たに、真核生物に属する藻類の一種が細胞の中に窒素を固定する細胞小器官(オルガネラ)を持つことが判明したとの論文が発表されました。
ミトコンドリアや葉緑体のように、元は別々の生き物が共生関係を超えて細胞小器官へと進化したのは、長い生物の歴史の中でこれが4例目とされています。

Metabolic trade-offs constrain the cell size ratio in a nitrogen-fixing symbiosis: Cell
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00182-X

Nitrogen-fixing organelle in a marine alga | Science
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075

Scientists discover first nitrogen-fixing organelle
https://news.ucsc.edu/2024/04/nitrogen-fixing-organelle.html

Scientists discover first algae that can fix nitrogen — thanks to a tiny cell structure
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01046-z

今回の新たな細胞小器官の特定は、数十年来の謎に長年取り組んできた科学者らによる国際的な協力の結晶です。1998年、
カリフォルニア大学サンタクルーズ校のジョナサン・ゼア氏らは、太平洋の海水から未知の窒素固定シアノバクテリアのものと思われるDNA配列を発見しました。

ゼア氏らは、「UCYN-A」と名付けられた謎の生物の研究に何年も費やしましたが、その宿主であるBraarudosphaera bigelowiiという藻類の培養ができないため、研究は思うように進まなかったとのこと。

一方日本では、高知大学海洋コア総合研究センターの古生物学者である萩野恭子氏が、300回以上のサンプル採集と10年以上の歳月をかけて最終的にB. bigellowiiの培養に成功し、これが研究の突破口となりました。

本格的なUCYN-Aの研究に着手した科学者らは当初、UCYN-Aと宿主の藻類は共生関係にあると考えていました。しかし、2024年3月から4月にかけて科学誌のCellとScienceで発表された個別の研究により、
論文の著者らは「UCYN-Aは共生を経て宿主と共進化し、細胞小器官となるに至った」ことを解明し、その窒素固定細胞小器官を「ニトロプラスト(nitroplast)」と名付けました。

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窒素を固定する細胞小器官「ニトロプラスト」が発見される、生物学の教科書が書き換えられる新発見

生物学の教科書には、生物界を三分する細菌・古細菌・真核生物のうち、空気中の窒素を生命が利用できる形に変換する窒素固定ができるのは一部の細菌と古細菌だけだと記されています。新たに、真核生物に属する藻類の一種が細胞の中に窒素を固定する細胞小器官...

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