原核生物と真核生物の中間の細胞構造をもつ生物の発見
The Discovery of an Organism with a
Cellular Structure Intermediate between
Those of Prokaryotes and Eukaryotes
山口正視

Masashi Yamaguchi
千葉大学・真菌医学研究センター
要旨

地球上には原核生物と真核生物の 2 つの種類の生物しか存在していない．両者の細胞構造の違いはあまりにも大きく，どのようにして真核生物が生じたかは，生物学上，最大のなぞの 1 つとされてきた．我々は伊豆諸島の深海から，電子顕微鏡を用いて，原核生物と真核生物の中間の細胞構造をもつ微生物を発見し，パラカリオン・ミョウジネンシスと命名した（一般名は「准核生物」）．この生物の存在は「共生説」を支持すると考えられる．

キーワード：原核生物，真核生物，准核生物，共生説，深海図 1 原核細胞（大腸菌，a）と真核細胞（ラットすい臓，b）の模式図．

真核生物の起源に関して，現在，主に 2 つの仮説が提出されて い る．1 つ は， ア メ リ カ の 女 性 科 学 者 マ ー ギ ュ リ ス が1970 年に提唱した「共生説」で，大きな原核生物が好気的な細菌を捕食し，これが何らかの理由で消化されずに長期間

1.

はじめに共生関係となって真核生物が誕生したというものである 1）．

地球上には，原核生物と真核生物の 2 つの種類の生物しかもう 1 つは，「膜進化説」と呼ばれるもので，原核細胞内の存在していない．原核生物は，バクテリア（細菌）とアーキ膜系が長い年月の間に少しずつ複雑化していって，核やミトアを含み，原核細胞でできている．真核生物は，動物，植物，コンドリアにまで進化したというものである 2,3）．この他におよび真菌などを含み，真核細胞からできている．原核細胞も，様ざまな仮説が提唱されており，現在も活発な議論がなは，通常，大きさは数マイクロメートルで，細胞壁，原形質されている．

膜，リボソーム，および線維状の核様体（DNA）からなる真核生物の起源を明らかにする方法の 1 つは，原核生物と単純な構造をもつ．これに対して真核細胞は，大きさは原核真核生物の中間の生物体を見つけ出し，その生物の細胞構造，細胞の約 1 万倍で，二重膜で囲まれた核をもち，粗面小胞体，遺伝子 DNA の塩基配列，構成する分子種などについて，詳滑面小胞体，ゴルジ体，ペルオキシソーム，ライソソーム，しく解析することである．これまで，そのような生物は発見エンドソーム，液胞などの複雑な膜系，中心小体，微小管，されていなかった．われわれは，そのような生物が棲息する微小線維などの細胞骨格系からなる．さらに，真核細胞は，可能性のある場所として，「深海」に着目した．深海に生息独自の DNA をもつミトコンドリアと葉緑体の一方または両するシーラカンスは，古生代のデボン紀から現在まで，その方をもつ（図 1）．

姿をほとんど変えずに生存し続けている．1 メートル以上も真核生物は原核生物が進化して誕生したと考えられているある生物が 4 億年もの間，姿を変えずに生き続けることがでが，上述したように，真核細胞と原核細胞の構造の違いは，きたという深海は，淘汰の圧力の非常に小さい安定した「極あまりにも大きく，真核生物がどのようにして原核生物から限環境の一つ」と考えられ，20 億年や 30 億年前の原始的な進化したかは，生物学上，最大のなぞの 1 つとされてきた．

微生物が生き残っている可能性が極めて高いと考えられる．
2.

〒 260–8673 千葉市中央区亥の亥鼻 1–8–1
E-mail: yama@faculty.chiba-u.jp
2013 年 4 月 9 日受付
124

准核生物の発見

2010 年に，海洋研究開発機構の研究船「なつしま」に乗船し，八丈島の南の明神海丘で，水深 1,200 メートルの海底
顕微鏡 Vol. 48, No. 2（2013）【著作権者：社団法人 日本顕微鏡学会】

から試料を採取した 4）．試料は船上でグルタルアルデヒド固が大きな体積を占め（図 2），リボソームと線維状構造から定した後，研究室に持ち帰り，再細切して，急速凍結置換固なり，一重の膜で囲まれていることがわかった（図 3g，i）．

定するという新しい方法 5）で観察を行った．全部で 420 個のこの「核様体膜」は，完全に閉じた膜ではなく，核様体はと試料ブロックをつくり，すべてのブロックについて連続超薄ころどころで細胞質につながっている（図 3i）．全 67 枚の連

6）切片を作製し ，1 つずつ毎日観察を続けた．観察を始めて続切片から，この生物をコンピュータ上で三次元再構築をし1 年経ったころ，蛍光板上に，数マイクロメートルの大きさてみると（図 4），図 2 で 4 匹いるように見えた共生体は，4）のカビのような生物を発見した（図 2） ．

実は，長いラセン状をしている 1 匹の共生体の断面だったこ

この生物は，しかし，真核生物にあるはずの二重膜に囲まと，共生体は，全部で 3 匹存在すること（図 4d），ストラクれた「真核」はなく，また全切片を探してもミトコンドリアトーム解析から（ストラクトームとは，「電子顕微鏡レベルもなかった．かわりにあったのは，細菌とよく似た「共生体」における細胞の定量的，三次元的全構造情報」のことであで，拡大するとリボソームと線維状構造からなる．しかし細る 7,8）），核様体は細胞の体積の 40 パーセント以上を占める胞壁は欠失していた（図 3a，b）．宿主の細胞質は，「核様体」こと（図 4b），細胞内膜系が発達していて，原形質膜の 1.7倍の面積をもつこと（図 4c），液胞（図 4e）や貯蔵物質と思われる構造（図 4f）をもつことなどが明らかになった．
この生物の特徴を表 1 に示す．
このように，この生物は，原核生物にも真核生物にもあてはまらない特徴を持っており，両者の中間に位置する生物である可能性があることから，発見地の名前にちなんで，われわ れ は， こ の 生 物 を パ ラ カ リ オ ン・ ミ ョ ウ ジ ネ ン シ ス（Parakaryon myojinensis）と命名した．また，一般名を「准（核生物（parakaryote）」と呼ぶことにした 4）．
これまで，細菌がより大きな細菌内に入り込んで溶菌する

図 2 パラカリオン・ミョウジネンシスの超薄切片像．大きな不定形の核様体（N），一重の核様体膜（NM），共生体（E）をもつこと，ミトコンドリアをもたないことに注意．CW，細胞壁．
PM，原形質膜．

例が，いくつか報告されている 9,10）．これらの例では，攻撃する側の細菌は，細胞構造がしっかりしていて，攻撃される側の細菌の細胞構造は壊れているのが特徴である．パラカリオン・ミョウジネンシスでは，宿主も，中に入り込んでいる共生体も細胞構造がしっかりしていて，どちらかがどちらかを溶菌しているようには見えない．また，パラカリオン・ミョ
ウジネンシスは，細胞壁を持っているので，細菌様共生体を，つい最近取り込んだとは考えにくい．また，共生体は，細胞壁を失っているので，この点からも，共生体がつい最近入り込んだとは考えにくい．宿主がまだ細胞壁を持っていなかっ図 3 パラカリオン・ミョウジネンシスの細胞成分の拡大像．
（a）と（b）最大の共生体（E1）で，リボソーム（R），線維状（F）の核様体（EN），膜（EM）をもつことに注意．PS，宿主のファゴソームスペース．CM，宿主の膜系．（c）2 番目に大きい共生体（E2）．（d）最も小さい共生体（E3）．（e）液胞（V）．
（f）貯蔵物質と思われる構造体（S）．（g）宿主の核領域．核様体（N）は，リボソーム（R）と線維状構造（F）からなり，核様体膜（NM）で囲まれている．（h）原形質膜（PM）．（i）核様体膜（NM）には切れ目（G）がある．

最近の研究と技術

図 4 パラカリオン・ミョウジネンシスの三次元再構築像．（a）
全体像．
（b）核様体．
（c）宿主の膜系．
（d）共生体．
（e）液胞の分布．（f）貯蔵物質と思われる成分の分布．（g）図 3（i）のトレース像．

原核生物と真核生物の中間の細胞構造をもつ生物の発見

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表1
1

パラカリオン・ミョウジネンシスの特徴

細胞のサイズ

2

核様体

3

核様体膜

通常の原核生物よりはるかに大きく，長さが 10 マイクロメートルで，体積は大腸菌（原核生物）の 100 倍，酵母（下等な真核生物）の 3 倍．
大きく不定形で，細胞の体積の 40 パー
セントを占める．原核生物型の DNA 線維からなり，核小体はない．
一重膜からなり，完全には閉じていない．

4

内部共生体

構造は細菌に似ている．細胞壁はない．

5

他のオルガネラ

リボソーム，細胞壁，原形質膜，複雑な膜系，多くの液胞，および貯蔵物質と思われる成分からなる．ミトコンドリア，葉緑体，色素体，ゴルジ体，ペルオキシソーム，中心小体，紡錘極体，微小管はない．

球上に生き残っている生物は，いろいろな試みをした結果，環境に最も適応できたものなのであろう．深海は，温度が低く（1 ～ 2°C），また栄養が極端に乏しいために，個体の増殖速度は，非常に遅く，微生物のあるものの世代時間は，数千年であろうという論文もある 12）．
このように考えると，今回発見した准核生物の他にも，原核生物と准核生物の間の生物，准核生物と真核生物の間の生物，地上の生物には見られない形態や構造をもった生物など，地上では，生存競争に負けて，絶滅してしまったけれども，深海では，進化途上の生物が，「生きている化石」として今も生き延びている可能性がある．現在，深海微生物の研究は，深海試料をさまざまな培地に培養して，生えてきた微生物について，微細形態や DNA や生化学的性質を研究している例が多い．しかし，微生物の 99 パーセントは培養が困難である 13） ということを考えると，このような方法では，ほとんどの微生物を見逃しているということになるであろう．われわれは，そうではなく，深海に生存している「すべての」微たころに，細胞壁をもった細菌を取り込み，長い共生関係を生物を，電子顕微鏡を用いて片っ端から探索していくという続けているうちに，宿主は細胞壁を形成し，共生体は細胞壁方法をとった．この方法は，非常に時間のかかる忍耐のいるを失ったと考えることはできないだろうか．この仮定が正しやり方ではあるが，存在する微生物の形態や様子を確実に捕いとすると，この生物は，正に，マーギュリスが考えた真核らえることができると考える．

生物の起源を示していると言えるかも知れない．

現在，地球外に生命は存在するかという研究にも，多くの関心が集まっている．火星のキュリオシティからは，鮮明な3.

今後の課題画像が送られてくるし，岩石の分析も可能らしい．生命が存現在，パラカリオン・ミョウジネンシスは 1 個体しか見つ在する衛星として，木星のエウロパや，土星のエンケラドスかっていない．この生物が，本当に，原核生物と真核生物のも注目されている 14）．このように最近活発になってきた宇宙中間に位置する生物であるかどうかは，さらに多くの個体をの生命探査に比べて，深海の微生物研究は，まだまだやるこ発見し，リボソーム DNA の塩基配列の決定，構成する分子とが多く，その意味で遅れていると言わざるを得ない．深海種の解析など，多くのデータを集めることが必須である．パは，地球の表面の 70 パーセントを占める広大な未知の領域

ラカリオン・ミョウジネンシスは，ゴカイの仲間であるウロである．しかし，ここにどんな微生物が棲息しているかにつコムシの脚に付着していた．したがって，明神海丘の海底にいては，ほとんど研究がなされていないのである．生存競争棲むウロコムシを採集して，その脚を丹念に調べれば，必ずに負け，地上には存在しない様ざまな「古代の微生物」が，2 個体目は発見できるはずである．実際，今年の 3 月に，明何億年もの間，深海で生きているとしたら，「生命とは何か」

神海丘のウロコムシを採集して，次の個体の探索を開始してという根源的な疑問に答えうる生物が，そこに待っているかいる．試料の一部は，生きたまま –80°C に，またはエタノーも知れない．深海は，生命と進化のなぞを解く「巨大な生きル固定して保存しているので，まずは，リボソーム DNA のた博物館」とも言える 11）．

塩基配列を決定したい．問題は，決定した塩基配列が，本当にパラカリオン・ミョウジネンシスのものであることを証明

5.

おわりにする必要があることであるが，これは，塩基配列をプローブ

真菌医学研究センターにいる私が，深海微生物の研究を始にして，電子顕微鏡レベルでのインサイチューハイブリダイ

めたのは，2008 年に NPO 法人「綜合画像研究支援」が主催ゼーションを適用することで解決したいと考えている．もちしたセミナーで，小塚芳道博士の講演をお聞きしたのがきっろん，パラカリオン・ミョウジネンシスを人工的に培養できかけであった．小塚博士には，海洋研究開発機構の調査船にるようになれば，一気に研究が進むであろう．この生物の培応募する方法や書類の書き方をご教示いただいただけではな養にもチャレンジしたい．

く，一緒に研究船に乗船していただき，試料作りや電子顕微鏡写真撮影にも参加していただいた．小塚博士の存在なしに

4.

深海の微生物研究

われわれは，生命は，連続した存在であると考えていは，本研究は不可能であり，ここに心から感謝したい．
最後に，本研究は，森裕子氏，岡田仁氏，植松勝之氏，る 11）．38 億年前に，最初の生命体が地球上に誕生してから，多米晃裕氏，古河弘光氏，丸山

生物は，実に様ざまな試みをしてきたに違いない．現在，地よび Cedric Worman 博士との共同研究であることを述べ，各126

正博士，横山耕治博士，お顕微鏡 Vol. 48, No. 2（2013）【著作権者：社団法人 日本顕微鏡学会】

氏に感謝の意を表したい．また，研究船なつしま NT10-08の乗組員と海洋研究開発機構の皆さまに感謝申し上げる．
文献1）Margulis, L.: Origin of Eukaryotic Cells, Yale University Press,New Haven (1970)
2）Raff, R.A. and Mahler, H.R.: Science, 177, 575–582 (1972)
3）中村 運：蛋白質核酸酵素，32，1019–1030（1987）
4）Yamaguchi, M., Mori, Y., Kozuka, Y., Okada, H., Uematsu, K., Tame,A., Furukawa, H., Maruyama, T., Worman, C.O. and Yokoyama, K.:
J. Electron Microsc., 61, 423–431 (2012)5）Yamaguchi, M., Namiki, Y., Okada, H., Uematsu, K., Tame, A.,Maruyama, T. and Kozuka, Y.: J. Electron Microsc., 60, 283–287(2011)
6）Yamaguchi, M., Okada, H. and Namiki, Y.: J. Electron Microsc., 58,

最近の研究と技術

261–266 (2009)
7）Yamaguchi, M., Namiki, Y., Okada, H., Mori, Y., Furukawa, H.,Wang, J., Ohkusu, M. and Kawamoto, S.: J. Electron Microsc., 60,337–351 (2011)8）Yamaguchi, M.: Current Trends Microbiol., 2, 1–12 (2006)9）Guerrero, R., Pedrós-Alió, C., Esteve, I., Mas, J., Chase, D. andMargulis, L.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 2138–2142 (1986)
10）Larkin, J.M., Henk, M.C. and Burton, S.D.: Appl. Environ.
Microbiol., 56, 357–361 (1990)
11）Yamaguchi, M. and Worman, C.: OUPblog, http://blog.oup.com/2012/12/deep-sea-microorganism-origin-eukaryotes/ (2012)12）Jørgensen, B.B. and Boetius, A.: Nat. Rev. Microbiol., 5, 770–781(2007)
13）Pace, N.R.: Science, 276, 734–740 (1997)
14）NHK サイエンス ZERO 取材班，高井 研，JAMSTEC（編）：深海で生命の起源を探る，NHK 出版，東京，109（2011）

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