遺伝子分析により、地球上の複雑な生命の進化のタイムラインが再配置される

最近の科学的調査により、複雑な生命の発達のプロセスは、より遠い時代に始まり、これまで想像されていたよりも長期間続いたことが明らかになりました。この研究は、最初の生物の進化の本質的な状況についての新たな視点を提供し、この分野で広く受け入れられている科学概念に疑問を投げかけます。

ブリストル大学が実施し、12月3日に権威ある雑誌『ネイチャー』に掲載されたこの研究は、地球の大気中に大量の酸素が存在するずっと前に、複雑な生物が出現したことを指摘している。この発見は、大気中の酸素が複雑な生命の進化に不可欠な条件であるというこれまでの見解に矛盾する。

共著者であるオランダ王立海洋研究所の微生物・生物地球化学部門のアンジャ・スパン氏は、地球の年齢は約45億年であり、微生物の生命の最古の兆候は40億年以上前に遡ると詳しく述べた。彼女は、これらの初期の生物は細菌と古細菌に分けられ、これら 2 つの異なるグループは相互に関連しており、総称して原核生物と呼ばれると説明しました。

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何億年もの間、原核生物は地球上に存在する唯一の生命体であり続けました。この現実は、より精巧な構造を持つ真核細胞が発達し、藻類、菌類、植物、動物などの生物が誕生するまで続きました。

ブリストル大学生物科学部の系統ゲノミクス教授で、この研究の共著者の一人でもあるダヴィデ・ピサーニ氏は、最初の原核生物から複雑な真核生物への移行に関するこれまでの仮説はほとんどが推測であったことを明らかにした。同氏は、中間形態の欠如と決定的な化石証拠の不足により、時間予測には約10億年ばらつきがあると付け加えた。

しかし、共同研究に参加した科学者のグループは、これらの疑問を探求するための革新的な戦略を考案しました。彼らは、2 つの種が共通の祖先を持っていた期間を計算するために使用される「分子時計」として知られる方法論を改良しました。

バース大学生命科学部のトム・ウィリアムズ教授（共同筆頭著者）は、2 つの側面からのアプローチについて詳しく説明しました。同氏は、数百種から遺伝子配列情報を収集し、それを既知の化石記録と統合することで、高い時間分解能で生命の樹を構築することが可能だと説明した。この構造は、さまざまな遺伝子ファミリーにおける歴史的出来事のタイムラインをより正確に確立するために使用されました。

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研究チームは、多様な生物系に由来する100以上の異なる遺伝子ファミリーから証拠を収集し、真核生物と原核生物を区別する特徴に焦点を当て、複雑な生命の進化経路の再構築を開始することに成功した。

驚くべきことに、科学者たちは、この重要な移行が約29億年前に始まったことを示す証拠を発見した。これは、以前のいくつかの予測よりもほぼ10億年早い時期である。これは、細胞核および他の内部構造がミトコンドリアよりもかなり前に発達したようであることを示しています。

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沖縄科学技術大学院大学（OIST）のモデルベース進化ゲノミクスユニットのゲルゲリー・ソルジ室長は、「累積的な複雑化のプロセスは、これまで考えられていたよりもかなり長い期間にわたって続いた」と述べた。

収集されたデータは、その情報が既存の科学理論と完全に一致していなかったため、研究者らは、複雑な生命の進化である真核発生について提起されたいくつかの仮説を反論することができました。これを踏まえて、研究チームは、「CALM」複雑古細菌、後期ミトコンドリアと呼ばれる、複雑生命の出現に関する前例のない証拠に基づいたモデルを提示した。

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ブリストル大学生物科学部の准研究員であり、この研究の主著者であるクリストファー・ケイ博士は、この研究の違いは、遺伝子ファミリーの機能を詳細に分析し、タンパク質の相互作用を特定し、すべてが正確なスケジュール内で行われることにあると説明した。同氏は、この取り組みには複数の知識分野の統合が必要であると付け加えた。タイムラインを定義する古生物学、堅牢で有用な系統樹を開発する系統発生学、これらの遺伝子ファミリーの文脈を明らかにする分子生物学である。

ブリストル大学地球科学部古生物学教授で著者の一人であるフィリップ・ドナヒュー氏は、最も重要な発見の一つはミトコンドリアの出現が予測よりもはるかに遅い段階にあることだと述べた。同氏は、この時期が大気中への酸素の最初の顕著な添加と一致していると指摘した。

彼は、この啓示は進化生物学と地球化学的軌道との直接的な関係を確立すると説明して締めくくった。真核生物の始生代の祖先は、酸素が普及する約10億年前、海洋に酸素が完全に欠如していた環境で、すでに複雑な特徴を形成し始めていた。