宇宙最後の共通祖先LUCAとは

LUCA（最後の究極共通祖先）は、生命の木の根元に位置する生物です。プランクトミセス門の細菌として特定された LUCA は、生命の 3 つの領域、古細菌、細菌、真核生物の祖先です。その研究は地球上の生命の進化を理解するための基礎であり、他の場所での生物の起源についての新たな可能性を示唆しています。この「ワイルド＆グリーン」の記事では、最後の普遍的共通祖先である LUCA とは何か、それがいつ出現したのか、そしてその最も注目すべき特徴について学びます。

LUCA は、生命の木の重要なノードを表しています。この生物は、プランクトミセテス門に属する細菌として特定されており、私たちが知っている 3 つの領域、古細菌、細菌、真核生物の祖先です。ダミアン・デヴォスと彼のチームが率いる最近の研究は、生命の進化に関する伝統的な見解に疑問を投げかけ、LUCAが細菌に限定されない独自の特徴を持っていることを示唆し、その構造と機能がより複雑であることを示唆しています。

伝統的に、生命の樹は真核生物、細菌、古細菌の 3 つの枝に分かれており、その根幹には LUCA があると考えられていました。細菌と古細菌の違いは化学的および代謝的側面に見られますが、真核生物は核と細胞小器官を備えた細胞を発達させることによって重要な進化的革新を示しました。

LUCA 研究には宇宙生物学的な重要な意味もあります。熱水噴出孔など、LUCA が存在した可能性のある環境は、それぞれ木星の衛星であるエウロパやエンケラドゥスなどの場所によく見られます。これらの衛星に地下海洋が存在することは、それらが生命に必要な条件を提供している可能性があることを示唆しています。これは、太陽光ではなく化学エネルギーが生命の起源の基礎となったという結論につながります。最近の研究によると、LUCAは暗く鉱物が豊富な環境でも繁殖する可能性があり、地球外環境での生命探査に新たな可能性を開く可能性があるという。

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LUCA は約 42 億年前に存在していたと推定されており、これは地球と太陽系の形成後の比較的短い期間に相当します。この結論は、ブリストル大学のエドモンド・ムーディと彼のチームによる研​​究から得られたもので、彼らはさまざまな現生種の遺伝子を比較して、LUCA の祖先を共有して以来起こった突然変異を追跡しました。

LUCA の探索は、すべての現代生命は原始生物の子孫であるというチャールズ ダーウィンの考えから始まりました。科学が進歩するにつれて、特に 20 世紀に遺伝暗号が解読されてからは、この理論が支持されるようになりました。遺伝コードは地球上のすべての生物に共通であることが判明し、共通の祖先が存在することを示唆しています。

LUCAに関する研究は、この単細胞生物が、現代の酵素が行うのと同様に、遺伝情報の保存と化学反応の触媒の両方にRNAを使用していた可能性があることを示しています。さらに、LUCAは極端な条件に耐性があり、おそらく海底の熱水噴出孔の近くに生息していると考えられています。

最近の分析では、何百万年にもわたって、水平遺伝子伝達(LGT) として知られるプロセスを通じて、LUCA 遺伝子が異なる種間で再分配されてきたことも明らかになりました。研究者らは、LUCAから直接受け継いでLGTに罹患していないとみられる355個の遺伝子を特定することができ、彼らの生き方についての手がかりを提供した。

• 構造と組成:これらの特徴には、発達した内膜系、凝縮した DNA、膜の一部にステロールが存在することが含まれており、これらの特徴により、典型的な細菌よりも真核生物に近づいています。
• 初期の免疫システム:研究によると、LUCA には原始的な免疫システムがあり、42 億年前にも既にウイルスとの「軍拡競争」をしていたことが示唆されています。
• 相互接続されたエコシステム: LUCA はおそらく孤立して生きていたわけではありません。彼らの排泄物は他の微生物の栄養素として機能し、異なる種が共存し、互いに利益を得る循環生態系を作り出しました。
• 嫌気性および独立栄養性代謝:この生物は酸素を呼吸するのではなく、水素、二酸化炭素、窒素などの環境中の化合物から独自の食物を作ります。その代謝により、これらの元素をアンモニアなどの有用な化合物に変換することができました。
• 炭素固定経路: LUCA は、CO₂ を固定するための最も古くて簡単な経路の 1 つであるアセチル CoA 経路を使用し、金属が豊富な環境で効率的に炭素を同化できるようにしました。
• 広範なゲノム: LUCA は少なくとも 2.5 メガベースのゲノムを有し、約 2,600 のタンパク質をコードしていると推定されています。これは多くの現代の原核生物のゲノムに匹敵し、高レベルの遺伝的多様性を示唆しています。
• 極限環境への適応: 現代の 極限環境微生物に見られる「リバース ジャイレース」と呼ばれる酵素の遺伝子の存在は、LUCA が高温条件で繁栄したという考えを裏付けています。
• 遺伝的冗長性: LUCA には顕著な遺伝的冗長性があり、一部の遺伝子の喪失がその機能に劇的な影響を及ぼさないことを示唆しています。これは、現在の生物の系統発生におけるいくつかの異常を説明できる可能性があります。
• 分子状水素の生成: LUCA は、環境内で起こる化学反応の副産物である分子状水素をエネルギー源として使用したと考えられます。このプロセスはその代謝と生物活性の維持の基礎でした。

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