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これは不気味です 難問: 胞子は生きているか死んでいるか?
カリフォルニア大学サンディエゴ校の生物学者 Gürol Süel は、あなたが死に投票したとしても、あなたを責めません。 何も起こっていません」と彼は言います。
しかし、胞子は実際には休眠している可能性があります。つまり、胞子がゾンビのように「目覚める」日まで、何百万年も続く可能性のある過酷な条件よりも長持ちすることを意図した仮死状態の深い状態で、成長する準備ができている可能性があります。 何年もの間、胞子がいつ復活するかをどのように知っているか、そして実際にどのようにそれを行うかという問題は、未解決の問題でした. の新しい論文 化学 その答えは、他の惑星での生命の探索から、食中毒を引き起こす危険な胞子と戦う方法まで、あらゆることに影響を与える可能性があります。
胞子は通常、新しい生物を作り出すことができる密に詰め込まれた内部を持つ単一細胞です。 多くの植物は種子を広げるためにバクテリアを生成しますが、バクテリアは極端な温度、乾燥、または栄養不足の時期に胞子を形成することもあります. その後、胞子細胞は本質的に、困難な時期を乗り越えて冬眠します。
Süel のグループは、周囲の環境が生存を助長するようになると、「ほとんど死んでいる」細胞が復活するという概念に興味をそそられました。 「大量の栄養素のように、胞子にたくさんの良いものを投げると、胞子がどのように生き返るかは明らかでした」と Süel は言います。 同様に、環境が非常に敵対的である場合 (たとえば、水が利用できない場合)、胞子は発芽しません。 しかし、ほとんどの環境はそれほど白黒ではないことにチームは気づきました。 たとえば、栄養素のL-アラニンの存在のような「良い」シグナルは、断続的に現れ、その後消える可能性があります. 眠っている胞子は、そのような微妙なヒントを感知して処理することができますか?
周囲を正確に読み取ることは、胞子にとって重要です。なぜなら、敵対的な環境で目覚めて発芽するために必要なエネルギーを浪費するのはもったいないからです。 それは成功した成長を妨げ、さらには死に至る可能性があります. 「適切なタイミングで生き返らなければなりません。そうしないと、すばらしい休眠状態が失われてしまうからです」と、Süel の研究室の前の学生であり、研究の共著者である菊地海人は言います。 「環境が十分に良好な場合にのみ、保護を破棄していることを確認したいと考えています。」
まず、科学者は、胞子がまだ冬眠している間にどの生物学的プロセスを使用できるかを特定する必要がありました。 これらのプロセスは、ATP (アデノシン三リン酸、または細胞エネルギー) を使用したり、細胞の代謝 (例えば、糖の分解) に依存したりすることができませんでした。
しかし、研究者たちは別の方法があるという仮説を立てました。胞子は、一種の覚醒アラームをトリガーするのに十分な信号が蓄積されるまで、環境の小さな累積的な変化を感知できる可能性があります。 これらの変化を誘発するメカニズムは、細胞外へのイオンの移動、具体的にはカリウムイオンです。
これらの動きは、栄養素の存在などのポジティブな環境信号によって引き起こされる可能性があります. イオンが受動輸送のおかげで細胞外に移動すると、細胞内と細胞外のカリウム濃度に差が生じます。 この濃度差により、胞子は位置エネルギーを蓄えることができます。 時間の経過とともに、胞子がより多くの正のシグナルを感知し続けるにつれて、より多くのイオンが細胞から移動します。 これはまた、イオンが出るにつれて、対応するカリウムレベルの低下を引き起こします. 最終的に、胞子のカリウム含有量は特定のしきい値まで低下し、細胞が目覚めても安全であることを示します。 それは蘇生と発芽を引き起こすでしょう。
言い換えれば、胞子は本質的にコンデンサー、または電気エネルギーを保持する装置と同様に機能すると Süel は言います。 「コンデンサは基本的に、電荷の濃度勾配を分離する絶縁体です」と彼は言います。 「細胞膜は非常に薄いため、この方法で実際に多くのエネルギーを蓄えることができます。」