光合成生物への進化

表紙

複数の貝類に対する染色物質の分布 H2S かメタンハイドレードが利用できる環境で生息する貝について.

液体クロマトグラフィーの結果 共生細菌によるピークが現れる. シロウリガイ, ヒバリガイからはエラからのみ検出. ハオリムシは全身から検出される. 消化機能をバクテリアに完全に異存.

貝に共生するバクテリアの系統樹 シロウリガイは親か子へ渡す ヒバリガイ, ハオリムシは周囲の環境から取り込む

共生進化の模式図

地球生命の進化時計

光合成に関する遺伝子による系統樹

光合成反応中心の進化 クロロフレクサス(緑色硫黄細菌)とクロロビュウム (紅色細菌がそれぞれもっていた光合成反応中心が, シアノバクテリア内で 1 つの反応中心に合体した. クロロフレクサスとクロロビュウムが持っていた反応中心では, エネルギーの低い電子しか利用できない.

光合成細菌の系統樹上での位置 シアノバクテリア内の反応中心が真核生物の葉緑体へ進化する.

光合成反応中心の拡大図 反応中心の周囲に集光装置のようなアンテナタンパク質がある.

光合成時に用いる光の波長 紅色細菌は長波長の光を用いている.

ロドプシン: 光エネルギーを生体エネルギーに変換する物質 クロロフィル(葉緑体)とはことなる変換物質

系統樹: CO2 固定サイクル CO2 固定サイクルはカルビン-ベンソンサイクル(普通の植物の炭素固 定サイクル)だけではない 逆 TCA サイクルは -COOH 基に CO2 をつなげるサイクル (動物の有機物分解の逆サイクル)

バクテリアの進化と地球史との関係

ミトコンドリアの取り込み

いろいろミトコンドリアの遺伝子の長さ ミトコンドリアは母親から遺伝される

ミトコンドリアの系統樹上の場所 バクテリアからみると比較的新しい位置にある

バイオマットの分布 イエローストーン 日本 アイスランド オーストラリア・ニュージーランド(未確認)

イオウシバの系統樹上の分布 環境に非常に影響されるため, 生息地域である程度分類できる. 大西洋中央海嶺 15,000 万年前に形成 イエローストーン 5,000 万年前に形成 アイスランドと日本 日本列島形成は 1,500 万年前 図中分岐点の数字は検定確率を表す. 横方向の枝の長さは「世代交替時間」の相対的長さ. 絶対時間ではない. 世代交替時間が異なる場合, 長さの比較は意味を持たない.

イオウシバの写真

染色物質として用いるキノンの化学式

温泉バイオマット なぜ温泉に注目するか? 海底の熱水噴出孔では, 多細胞生物がすでに進出している. 好熱性細菌は噴出孔のごく付近にしか存在しない. 温泉の方が原始的環境を観察しやすい. 温泉バイオマットのある場所には細菌しか存在しない. 温泉バイオマットは温度によって種類が異なる.

生物のいる温泉(熱水)分布 赤は化石の証拠

熱水系の模式図

熱水系の断面 (1)

熱水系の断面 (2) 熱水は海水が循環することで供給される 熱水中の鉱物成分は循環路のある海底岩石の成分を反映

岩石の分類

海底のバクテリア深度分布

海底サンプリング

OD21 の模式図

生態系の進化 (1) 化学合成生物だけが存在する時の生物生産量はあまり多くない 光合成を獲得することで生物生産量は急増する

生態系の進化 (2)

微生物の化石 (1)

微生物の化石 (2)

太古代の生態系の模式図

カビの化石 植物が上陸した時代の化石 植物の根に付着 (共生) していた 植物はカビを根に付けて, ともに上陸したと考えられている