生物史から、自然の摂理を読み解く

集団としての微生物

これまで細菌などの単細胞の微生物は、水中で分散した浮遊細胞としてバラバラに生きているのがふつうの姿だと思われていましたが、実は固体表面に多数がより集まって「バイオフィルム」を形成しているのがむしろ本来の姿で、環境条件や生育時期などに応じて、細菌は二つの状態を行きしていることが分かってきました。

微生物間コミュニケーションが密なバイオフィルム中では、バラバラの浮遊細胞には見られない遺伝子群を発現し、微生物群は「集団」として多様な極めて高い外圧適応力を発揮します。

　

［バイオフィルム－微生物の共同体］
バイオフィルムを電子顕微鏡で見ると多数の細胞が積み重なってできた、入組んだ高層建築群のような構造を見ることができます。個々の細胞を結びつけているのは、それぞれの細菌が菌体外につくり出す多糖類や、場合によってはポリペプチドや、DNAなどの粘着性の高分子です。

（写真はコチラからお借りしました）

固体表面に最初に付着した少数の菌は、粘着物質を分泌しながらゆっくり増殖してまず小さなコロコーをつくり、それが成長しながらつながってやがて巨大な集合体になります。一方、成熟した構造体の一部が崩壊して遊離した浮遊細胞は再び外部に拡散していきます。

バイオフィルム内部の空間は、多数の菌がたがいに助け合いながら、生きている、微生物の社会そのものです。バイオフィルムの内部は、外への物質の拡散がある程度制限されるために、メンバー同士が物質のやり取りをするのに好通合な場を形成しています。

［電線で結ばれた巨大なネットワーク］
中でも驚くのは、ある種の細菌がつくるバイオフィルムでは、菌の表面に生えている極細の線毛で互いにつなぎ止められて、しかもタンパク質でできているその線毛は導電性を持っていて、まさに電流を通す電線の役割を果していることです。

（写真はコチラからお借りしました）

この細胞がつくる「超微細電線（ナノワイヤー）」が初めてみつかったのは、水に不溶な三価の鉄を電子受容体にして嫌気的呼吸を行なう土壌細菌でした。その後まもなくして、このような「超微細電線（ナノワイヤー）」を発達させる能力は他の細菌にもあることが分かってきました。

それは、酸素を生み出す細菌で、光合成を最初に行なったともいわれる藍藻(シアノバクテリア)です。シアノバクテリアは、二酸化炭素の量が限られた状態にある場合、それに反応して導電性のナノワイヤーを発達させます。また、熱を好み、メタンを生成する微生物の集合体では、ナノワイヤーが異なる分類に属する生物どうしを結びつける役割さえ果たしているとみられています。

このように、種を超えた細菌が電線で結ばれた巨大な文字通りのネットワークをつくっているという、新しい微生物の姿が浮かび上ってきています。多様な細菌群が、電線で結ばれ、1つの複雑な集団となっている様子は、まるで神経ネットワークのようです。私たち人間の脳のような高度な神経系は、単純な回路ユニットが多数集まった集積回路からできていますが、これと同様に、単純なネットワークを高度なネットワークに”集積化”することによって、私たちが思いもよらない高度な機能を発揮しているのかも知れません。

（参考）
『見えない巨人―微生物』別府 輝彦 (著)
『電子の移動で通信：「微生物のネットワーク」と神経網』

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List　   投稿者 seibutusi ｜ 2016-01-22 ｜ Posted in ⑧科学ニュースより ｜ 2 Comments »　

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