南極について考えるとき、多くの人はペンギン、アザラシ、クジラを想像します。しかし、南極の科学的驚異の大部分は顕微鏡なしでは見ることができません。これらの微生物群集は南極生態系の基盤を形成していますが、ほとんどの訪問者にはほとんど見えないままです。
著者
- キャリー・ウォーカー
アングリア・ラスキン大学微生物学上級講師
- メロディ・クラーク
個人功績促進科学者、英国南極観測所
PNAS で発表された最近の研究では、南極の土壌に生息する一部の微生物が地球上の他の場所には存在しないように見えることが示されました。これは、微生物は容易に分散し、したがってどこにでも存在するという科学者の長年の信念に疑問を投げかけます。
南極は地球上で最も孤立した過酷な環境の一つです。その生物は、極度の寒さ、乾燥、強烈な紫外線、限られた栄養素に対処しなければならず、大陸特有の選択圧を生み出します。土壌温度は、夏には約 8 ℃、冬には -25 ℃未満になりますが、気温は -40 ℃を下回ることもあります。急激な温度変動は一般的であり、生命にとって特に困難な条件を作り出します。
極度の寒さは北極でも発生しますが、南極における寒さへの進化の特徴は、歴史的に地理的に孤立していることです。南極の生物種は、1,000万～1,500万年にわたり、周極海流によって地球の他の地域から寒冷地に隔離されてきたが、北極は依然として他の大陸とのつながりが強く、寒冷地であったのはわずか150万年ほどである。
研究者らは、南極の細菌アースロバクターの菌株を研究し、アタカマ砂漠、スヴァールバル諸島、チベット高原など、他の寒冷で乾燥した環境からのサンプルと比較した。彼らは、大陸上で孤立して進化したと思われる異なる南極株を発見し、南極の条件が長期間にわたって独自の微生物群集の発達を可能にしたことを示唆している。
南極が他のどこにも見られない生物の本拠地である可能性があるという事実は、進化、保全、バイオテクノロジー、特に温暖化が進む世界でこのような寒冷に適応した生物多様性をどのように保存できるかについての重要な疑問を引き起こします。
これらの微生物は単なる生物学上の珍品ではありません。それらは栄養循環において基本的な役割を果たし、南極の食物網の基盤を形成します。
南極の生物は、他の生物にとって破壊的な条件を生き抜くために、驚くべき生物学的解決策を進化させてきました。彼らは、恒久的に 0°C を大幅に下回る気温、年間降水量のない土壌の極度の乾燥、南極の夏の高レベルの UV-B への長時間の曝露にも耐えることができます。
南極の生物が生存できるようにするのと同じ適応が、重要な実用化につながる可能性がある。たとえば、2025年に発表された私たち自身の研究では、ナマコ、ヒトデ、イソギンチャクなど、南極の海洋無脊椎動物8種から培養した細菌の抗菌力の可能性を調べました。私たちは、これらの細菌の 2 つの菌株 (サイクロバクターとシュードモナス) が、流行性メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、黄球菌、カンジダ アルビカンスなどの臨床的に重要な微生物の増殖を阻害する可能性があることを臨床検査で発見しました。
南極大陸は新薬や酵素の潜在的な供給源であるだけでなく、地理的に孤立していることから生態系が保護されており、「最後の大自然」とも呼ばれています。観光や科学活動の増加といった人間の活動は、比較的孤立した状態で進化してきた南極地域に外来の微生物や病気を持ち込む危険性があり、外来生物に対する回復力が欠けている可能性があります。
私たちの研究室の最近の研究では、人間によって引き起こされる抗菌薬耐性（AMR）を監視しました。動物と人間の両方に影響を与える抗菌薬耐性は世界的な問題であり、これは感染症の治療に使用される一部の薬剤が効かなくなり、一部の感染症が治療不能になることを意味します。私たちの研究は、特に南極半島のロセラ研究基地（英国が運営）周辺のAMRの範囲に焦点を当てました。
全体として、私たちの研究は、処理された廃水が周囲の海洋微生物群集に限定的な影響しか及ぼさないことを示唆しています。
しかし、これらの細菌を研究室で増殖させたところ、この細菌は高温に容易に適応することがわかりました。これは、世界中で気温が上昇すると、これらの細菌が変化する可能性があることを示唆しています。これは、室温で効率的に機能する低温適応酵素など、私たちが利用できる潜在的な製品の一部が生成されなくなる可能性があることを意味します。酵素を使用する工業反応や化学反応の大部分は、それらを機能させるために大量のエネルギーを必要とすることがよくあります。これらの酵素の「低温適応」バージョンを特定し、大規模な生産プロセスに導入できれば、エネルギー必要量が削減され、正味ゼロエミッションに向けて進むことになるでしょう。
南極の微生物は、ペンギン、アザラシ、クジラほど世間の注目を集めていないかもしれませんが、南極大陸で最も特徴的な生物多様性の一部を代表しています。また、これらの人気のある動物が依存する主要な生態系プロセスも推進します。したがって、微生物の生物多様性の変化は、微生物自体をはるかに超えて影響を及ぼす可能性があります。
このほとんど目に見えない生物多様性を気候変動から守り、人間の活動を増やすことは、その生態学的価値と将来の可能性の両方を維持するために不可欠です。
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