●脳誕生への道:微生物のコミュニティ

 38億年前、核のない単細胞の原核生物=細菌(古細菌真正細菌)が誕生した。最も単純な生命である細菌はコロニーをつくり、細菌間のコミュニケーションにより協調して環境に適応しながら生存競争を生きのびたのだった。

 

●細胞間での最初の情報交換=遺伝子交換

 

 生命初のコミュニケーションは、細胞間での遺伝子の交換だ。細菌は、細胞分裂により増え続ける。細胞核が存在しないため、細菌間での遺伝子の交換が発生しやすく短期間に遺伝子が伝搬する。遺伝子の交換は、細菌の接合による交換だけでなく、死によっても拡散する。突然変異で生き残ったものと遺伝子交換が発生しやすく、群生するコロニーが原初生態系における遺伝子組み換えの実験場となり1種類の細菌から膨大な種類の細菌を派生させる進化の原動力となる。

 

●細菌のコロニー内でのコミュニケーション


 原初の細胞間での化学物質による情報交換は、栄養の乏しい場所でエネルギーを効率よく取得すための細菌のコロニーにおいて発生した。細菌の生存戦略は、ニッチな栄養源となる無機質と場所を開拓し、他の細菌を抗生物質により抑制し、それを防ぐ防護壁(細胞壁、粘液性の皮膜)を構築することにある。戦略選択の繰り返しは、自律的に複数種類の細菌による群生=コロニーを形成することとなる。初期のコロニーは、ある細菌の排泄物を別の生物が再利用ことにより発生する。これをつなげることによりエネルギー摂取の連鎖ができ、電子をやりとりする電子市場が構築される。例えば、メタン菌が水素と二酸化炭素からメタンを発生させ、別の菌がそのメタンを食べて二酸化炭素と水素を排出する。硫黄と水素で回るサイクルもある。異なるコロニーどうしが闘いあうこともあるが長期的には均衡状態を探り合うことになる。

 

 二酸化炭素、メタン、二酸化硫黄、硫化水素、窒素などの生産―消費連鎖をつくるが、再利用の環を完璧に均衡することは難しく、電子市場の効率性的な均衡を探索し続けることにより複雑化する。細菌のコロニーが複雑化するにつれて、細菌の進化により多様な無機質を養分として摂取するようになる。さらに、外部環境に適応した細菌からの遺伝子の供給により、コロニー全体が外部環境に適応するよう進化する。

 

微生物の社会[4]

 

 現代の微生物コロニーでは、微生物どうしで神経細胞が行っているようなイオンチャネルによる電気信号伝達を利用してコミュニケーションを行っている。血管や神経路の代わりに浮遊する分子によって情報伝達することにより、コロニー内の位置を把握し、周囲の環境の情報(浸透圧、pH、湿度など)を処理し、他の生物との競争に役立つ物質を合成してコロニーを防衛し、養分の再利用の効率を上げるように空間分布を修正する。微生物コロニーとしては、腸内や口内のフローラや、免疫や抗生物質に抵抗する細菌のバイオフィルムなどが知られている。

 

●粘菌集団による知的行動[5]

 

 粘菌は単細胞真核生物(アメーバ)だ。細胞性粘菌は、飢餓状態になると化学物質を放出して、それを合図として集合してキノコのような形の集合体となり、胞子を放出して拡散する。

 真正粘菌のモジホコリは、個々には独立している細胞が集合して1個体として探索行動を行う多核細胞のアメーバ状となり、細胞質の管のネットワークを通じて栄養を行きわたらせる。迷路の入口と出口にエサを配置して、粘菌を分散して配置すると、迷路全体に広がった後、効率の悪い経路や行き止まりに伸ばした体を引き上げ、最短距離となる経路だけを結ぶ1本の太い管を残す。関東の地図上36か所にエサを配置して東京に粘菌を配置する実験では、最終的に関東の鉄道網に近い形となったという。

 

 原初に発生した細菌コロニー内での化学物質による情報交換は、多細胞生物として巨大化していく過程で、体内細胞間での連携、血管や神経細胞を利用した情報交換へと受け継がれ進化してゆく。


フューチャー・リテラシー:インデックス

考えるって、どういうこと?


参考書籍:

[1]ポール・G・フォーコウスキー(2015), "微生物が地球をつくった -- 生命40年億年の主人公", 松浦俊輔訳, 青土社

[2]ベンジャミン・マクファーランド(2017), “星屑から生まれた世界 --進化と元素をめぐる生命38億年史--“, 渡辺正訳, 化学同人

[3]アントニオ・ダマシオ(2019), "進化の意外な順序", 高橋洋訳, 白揚社

[4]中西直人編(2017), "微生物の驚異 :マイクロバイオームから多剤耐性まで :細菌も電気通信で”会話”", 別冊日経サイエンス, p47, 日系サイエンス

[5]川上新一監(2017), "粘菌 知性のはじまりとそのサイエンス : 特徴から研究の歴史、動画撮影法、アート、人工知能への応用まで", 誠文堂新光社


tag : フューチャーリテラシ, 複雑系, メディア, ネット, 未来, 社会, 脳, 細菌, 微生物, クオラムセンシング

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佐藤基

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『フューチャー・リテラシー -- 過去・現在・未来、複雑系の未来を読み解く』
を執筆中。

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