シラキュース大学の生物学者は、微生物の真核生物が地熱湖の過酷な環境でどのように繁栄するかを研究しています。地球上には約 870 万種の真核生物が存在すると推定されています。真核生物は、細胞内の核およびその他の膜に結合した細胞小器官によって特徴付けられます。人々は真核生物を動物や植物と関連付けることがよくありますが、これらの形態の真核生物は、実際には真核生物の 6 つの主要なカテゴリーのうちの 2 つだけを構成します。

オリヴェリオ氏とラパポート氏は夏の間、多くの熱水地形があるカリフォルニアのラッセン火山国立公園で現地調査を行った。出典: シラキュース大学

真核生物の多様性の大部分は、原生生物と呼ばれる単細胞微生物で構成されています。これらの生物を研究することで、科学者は真核生物の豊かな多様性と複雑さを説明する進化の経路を探ることができます。これらの研究を通じて、多細胞性の出現など、地球上の動物の発展について知ることができます。

研究者たちが地球の種の進化の背後にあるメカニズムをより深く理解しようと取り組んでいる一方で、微生物の真核生物が地球の極限環境にどのように適応するのかについては疑問が残っています。この疑問をさらに掘り下げるために、芸術科学大学（A&S）生物学部の科学者たちは現在、地球上で最も過酷な環境の一部、つまり極度に高温で酸性の地熱湖に生息する在来生物の研究を行っている。

カリフォルニア州ラッセン火山国立公園にある米国最大の地熱湖にいるA&S生物学者のアンジェラ・オリヴェリオ氏（左）とハンナ・ラパポート氏。画像出典: シラキュース大学

生物学助教授アンジェラ・オリヴェリオ率いるチームは最近、米国最大の地熱湖があるカリフォルニア州のラッセン火山国立公園から帰国した。

「この湖は酸性硫酸塩蒸気で加熱された地熱地形であり、これは非常に高温（約52°C/124°F）かつ酸性（約pH 2）であることを意味します」と、2022年からシラキュース大学で研究を始める予定のオリヴェリオ氏は語った。「このため、2つ以上の極端な条件（この場合は高温と低温）に適応する生物である多極端な好酸性生物を研究するのに非常にユニークな環境となっている」 pH。」

では、彼らはどうやってカリフォルニアの温泉湖で微生物の真核生物を探す方法を知ったのでしょうか?最近、オリヴェリオとオリヴェリオの研究室の研究者ハンナ・ラパポートは共同で研究論文を Nature Communications 誌に発表しました。この論文で研究チームは、極限環境における微生物真核生物の探索に関する先行研究を含むデータベースを構築しました。具体的には、同様の環境条件下でのさまざまな研究でどの真核生物系統が複数回検出されたかを分析しました。

Hannah Rappaport が光学顕微鏡を使用して撮影したアメーバ (背景の丸い灰色の塊) と紅藻類 (前景の 4 つの白い楕円形) の画像。サンプルはラッセン火山国立公園内の地熱湖から採取されました。画像出典: シラキュース大学

「極度の高温環境で発見される傾向のあるアメーバ株がいくつかあることがわかりました」とオリヴェリオ氏は語った。 「これは、これらの菌株の研究が、真核細胞が極度の高温環境での生命にどのように適応するかについて重要な意味を持つ可能性があることを示唆しています。」

オリヴェリオ氏によると、カリフォルニア州立大学のゴードン・ウルフ研究室が実施した特別研究で、チコはサーモメーバと呼ばれるアメーバの一種がラッセン国立公園の地熱湖に豊富に存在することを示したという。ただし、現時点ではこの生物のゲノムデータはありません。この生物がそのような極端な環境にどのように適応したのかを解明できれば、宇宙のどのような環境が生命に適しているのかについての理解が深まる可能性がある。

昨年の夏、オリヴェリオとラパポートは、この特別な原生生物についてさらに学び、他の新しい極限好性真核生物を探すためにラッセン国立公園を訪れました。湖の端で、研究チームは長いペンキ用の竹竿を使用し、その上に1リットルのボトルを取り付けてサンプルを収集しました。湖の水が華氏100度をはるかに超えていることを考慮すると、これは簡単な偉業ではありませんでした。その後、ボトルはシラキュース大学のオリヴェリオ研究室に返送され、研究チームは現在、ゲノム配列決定のために単一細胞を単離し、顕微鏡でアメーバの特徴を観察している。

シラキュース大学の研究者ハンナ・ラパポートさんは、ボトルを熱い湖に浸してサンプルを採取した。暖かい水温と不安定な地盤のため、研究者はサンプルを採取する際に安全な距離を保つ必要があります。画像出典: シラキュース大学

真核生物が極限環境にどのように適応するかについてはまだ不明な点が多いが、オリヴェリオ氏は、この研究が現在の知識のギャップを埋めるのに役立つことを期待している。

Hannah Rappaport が光学顕微鏡を使用して撮影したアメーバ (背景の丸い灰色の塊) と紅藻類 (前景の 4 つの白い楕円形) の画像。サンプルはラッセン火山国立公園内の地熱湖から採取されました。

「このアメーバの形態には、真核生物の系統での存続を可能にする特別な何かがあるのではないかと考えられますが、そのメカニズムは依然として不明です」と彼女は述べた。 「私たちの研究に基づいて、細菌からの水平遺伝子伝達（生物間の遺伝情報の移動）とゲノム刈り込み（ゲノムが必要のない遺伝子を削除する場合）、および特に有用な遺伝子ファミリーの拡大が、原生生物が極限環境で生き残るためのツールキットを獲得するいくつかの方法である可能性があるという仮説を立てています。」

チームのゲノムスケールの発見は、生命の木の再構築に重要な欠落データを提供するでしょう。 「これにより、地球上の生命の分布と進化についての理解がさらに深まるでしょう。」