エネルギーは地球を動かします。それは、すべての生物が成長、発達、機能するために使用する通貨です。しかし、細胞が生きていくために必要なエネルギーはどれくらいなのでしょうか?海底下の堆積物に生息する微生物は、海自体に見られる微生物細胞よりも数が多い可能性がありますが、いくつかの驚くべき答えを提供しています.この生物は、科学者が生命のエネルギー需要について知っていると思っていたことに挑戦するだけでなく、生命とは何か、生命がどこにあるのかを定義する新しい方法を示唆しています。
先週の科学の進歩 、研究者は、海底の下にある奇妙で隠された生物圏のこれまでで最も完全な画像を提示しました。海洋掘削遠征は、これらの光のない深さを繰り返し調査し、表面の隣人よりも桁違いに少ないエネルギーを消費して、ほとんど仮死状態で生き残る細胞を発見しました。しかし、新しい研究で提示されたモデルは、このゾンビのような状態がおそらく海洋堆積物中の微生物の大部分に当てはまることを示しており、それらは通常、生命の理論上の最小値に近づくエネルギー収支で生きていることを示しています.
ロンドンのクイーン・メアリー大学の地球生物学者で、新しいモデリング研究の筆頭著者であるジェームス・ブラッドリーは、次のように述べています。
海底下の堆積物に生息する微生物について学ぶために、科学者は通常、掘削探検に出かけてそれらのサンプルを回収する必要があります。しかし、これらのミッションは困難で費用がかかります。また、地球の表面の 70% が海に覆われているため、「海洋堆積物をマッピングするために本当に必要な数のサンプルを取得できないことにすぐに気付きました」と Jan 氏は述べています。南カリフォルニア大学の暗黒エネルギー生物圏調査センターのディレクターであり、この論文の共著者である Amend 氏は次のように述べています。 「そのため、既存のデータを使用し、それらのデータをモデリング アプローチで拡張する必要があります。」
そのために、Amend 氏、Bradley 氏、および彼らのチームの残りのメンバーは、海を何十万ものセクションに分割し、数十年にわたる調査、研究室での実験、および理論モデルからのデータを使用して、それぞれの海域の若い堆積物の詳細なプロファイルを推測しました。彼らが推定した値には、堆積物の年齢、その中の細胞の密度と分布、それらの細胞がエネルギーを得る方法、細胞が利用可能な栄養素を代謝する速度が含まれていました。
これらの値から、研究者は各領域の細胞の消費電力を計算しました。これは、エネルギー自体の量ではなく、細胞がエネルギーを取得して使用する速度です。テネシー大学ノックスビル校の微生物学者で、今回の研究には参加していない Karen Lloyd 氏は、「これは重要です。なぜなら、生命のエネルギー論についてより正確に語ることができるからです」と述べています。 「時間は人生にとって本当に重要です。」
生命のゼプトワット
彼らは、海の堆積物に埋もれた細胞が信じられないほど低い電力レベルで動作することを発見しました。全体として、これらの堆積物中の微生物は、場所によっては海底から何キロメートルも下まで伸びている可能性がありますが、全体として、海の上 200 メートルで消費される電力のわずか 10 分の 1 パーセントしか使用しません。平均して、各細胞は、ロイドが言うように、「世界で最もエネルギー不足のいくつかのもの」よりもはるかに低い電力レベルで堆積物の埋葬を生き延びます。これまでに測定されたどの生物よりも桁違いに低いです。ラボ設定で。
この計算は、2015 年に生命に必要な電力の最小量を推定しようとしたチームのメンバーによる以前の理論的研究と一致していました。これは、深く休眠状態にある細胞でさえ、生き残るために必須分子へのランダムな損傷を修復しなければならないという前提に基づいています。彼らは、個々のセルの場合、この電力の最小値がゼプトワット、または 10 ワット前後で変動することを発見しました。これは、1 日に 1 ナノメートルの塩粒の 1000 分の 1 を持ち上げるのに必要な力に相当します。 (参考までに、人体は平均して約 100 ワット、つまり読書灯の電力を消費します。) 新しいモデルは、海底下の堆積物に住む細胞がそれよりもわずかに多くの電力を消費していることを示唆しています.
この種の測定は、以前は個々の海底下のサイトに対して行われていましたが、それらはやや孤立して存在する傾向がありました。 「私たちはあちこちで個々の穴を突っついてきましたが、この論文は実際にそれをまとめてグローバルな視点に入れています.
ステイシスの生物圏
この研究の推定の意味するところは、この地下生物群系には細胞分裂がほとんどないということです。そこにあるいくつかの個々の細胞は、1 億年前のものかもしれません。また、その間ずっと、これらの細胞はほとんど進化も変化もしていない可能性があることを意味します。スタシスを特徴とする生物圏です。 「本当に、ほとんどの細胞はかろうじてぶら下がっています」と Amend 氏は述べています。 「細胞がどのように進化するかという私たちの概念は、この信じられないほど大きな生物圏の窓から外れています。」
それでも、その数と生き延びてきた長い年月のために、これらの細胞はメタンの生成、地球最大の有機炭素プールの分解、およびその他の重要な役割を果たしています。プロセス。 「彼らは非常に力の弱い存在ですが、実際には地球に非常に大きな影響を与えています」とロイドは言いました。
全体として、「生命を維持するために多くの力は必要ありません」と彼女は付け加えました。そしてそれは、科学者がこれまで見たことのないような領域に生命が存在する可能性を開きます。たとえば、細胞はかつて海があった世界で、条件が改善するまで時間をかけて生き残ることができたのかもしれません.
このモデルは包括的ですが、まだ完全ではありません。約 260 万年前の若い地下堆積物に焦点を当てています。より深い堆積物にいる微生物はさらに少ない電力を使用する可能性がありますが、地球の地殻の岩石など、他の海底下の生息地にある細胞はより多くの電力を使用する可能性があります.
モデルの仮定も、さらに精査する価値があります。ロードアイランド大学の海洋学者で、この研究には関与していないスティーブ・ドント氏は、「ここには、調べる価値のある詳細がたくさんあります」と述べています。たとえば、好気性および嫌気性代謝の地理的分布に関する新しい研究の推定値の一部は、以前の調査結果と完全には一致していない、と彼は言います。
しかし、それは当然のことだと D'Hondt 氏は付け加えました。モデルはパターンを明らかにし、さらなるテストのために予測を行います。国立研究開発法人海洋研究開発機構の微生物学者である諸野由紀は、ブラッドリーと同僚によるモデリング作業が、深部堆積物の生命に関する彼自身の発見を補完し、いくつかの空白を埋めるのに役立つ可能性があることを発見しました.
辺境でのサバイバル
Morono と D'Hondt は、海底のはるか下にある 1 億年にわたる眠りに閉じ込められたバクテリアを復活させたことを 2 週間前に発表した研究チームのリーダーでした。彼らは、それらの堆積物中の休眠状態の細胞のほとんどを、より生きていると認識できる成長状態に戻すために、骨の折れる努力をしました。しかし、彼らが以前の研究で、より若く、より栄養豊富な堆積物を使って同じことを試みたとき、彼らは微生物のごく一部しか復活させることができませんでした. /P>
ブラッドリーの新しい論文のモデルは、考えられる説明を示唆しています.1億年前の堆積物が最初に形成されたとき、閉じ込められた微生物は実際にはより多くのエネルギーまたはパワーを持っていたかもしれません. Morono 氏によると、おそらくその初期状態に続いて、エネルギー レベルが急速に低下し、細胞がより深く埋もれるにつれて、どういうわけか長期生存の可能性が高くなったのでしょう。
彼は、研究者がより多くの研究からの情報をモデルに統合し続けて、この種の洞察を得ることを期待しています.しかしすでに、モデリングは、多くの科学者が疑っていたことを確認するのに役立っているようです。 「人生の余白とは？それが人生であるために何が必要ですか？」ロイドは言った。 「結局、あまり多くはありませんでした。」
