How we think complex cells evolved - Adam Jacobson

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Takamitsu Hirono

What if you could absorb another organism

もし あなたが他の生物を取り込んで その生物のもつ能力を

and take on its abilities?

身につけることができたら？

Imagine you swallowed a small bird and suddenly gained the ability to fly.

想像してみて下さい　小さな鳥を一飲みし 突然 空を飛ぶ能力を身につけたり

Or if you engulfed a cobra

コブラを飲み込んで

and were then able to spit poisonous venom from your teeth.

歯から毒液を吐き出すようなことを

Throughout the history of life,

生命の歴史において―

specifically during the evolution of complex eukaryotic cells,

特に複雑な真核細胞の進化の過程において

things like this happened all the time.

このようなことが頻繁に起きていました

One organism absorbed another,

ある生命が他の生命を取り込み

and they united to become a new organism with the combined abilities of both.

一体となって 双方の能力を有する 新たな生命となったのです

We think that around 2 billion years ago,

約20億年前の地球に住んでいた生物は

the only living organisms on Earth were prokaryotes,

原核生物だけだったと考えられています

single-celled organisms lacking membrane-bound organelles.

これは膜で覆われた細胞小器官のない 単細胞生物のことです

Let's look closely at just three of them.

３つの例をじっくりと見てみましょう

One was a big, simple blob-like cell

１つ目は 大きな 単純な塊のような細胞で

with the ability to absorb things by wrapping its cell membrane around them.

細胞膜により他の生物を周りを包みこみ 中に取り込む能力を持っていました

Another was a bacterial cell

２つ目は 光合成により

that converted solar energy into sugar molecules through photosynthesis.

太陽エネルギーを糖分子に 変換することができた細菌の細胞です

A third used oxygen gas to break down materials like sugar

３つ目の細胞は 酸素を用いて糖などの物質を分解し

and release its energy into a form useful for life activities.

生命活動に必要なエネルギーを 取り出すことができました

The blob cells would occasionally absorb the little photosynthetic bacteria.

塊状のセルは 光合成を行う小さな細菌を 吸収することもあったことでしょう

These bacteria then lived inside the blob and divided like they always had,

このような細菌は塊のセルの中で 今まで通り分裂しながら生活を始め

but their existence became linked.

一方で互いに関連するようになりました

If you stumbled upon this living arrangement,

あなたが ふと この様相を目にしたら

you might just think that the whole thing was one organism,

これは１つの生命であって

that the green photosynthetic bacteria were just a part of the blob

緑色の光合成を行う細菌のことを 塊状の細胞の一部であり

that performed one of its life functions,

生存機能の一つを担っているのに 過ぎないと思うかもしれません

just like your heart is a part of you

心臓が血液を送り出す機能を持った

that performs the function of pumping your blood.

あなたの体の一部である考えるのと 同じようなことです

This process of cells living together is called endosymbiosis,

細胞達が一緒になるこのような過程 — 一方の生命が他の生命内で生きることを

one organism living inside another.

細胞内共生といいます

But the endosymbiosis didn't stop there.

しかし細胞内共生は それだけに留まりませんでした

What would happen if the other bacteria moved in, too?

他の細菌が入り込んできたら 何が起こるのでしょう？

Now the cells of this species started becoming highly complex.

この種の細胞がとても複雑になり始め

They were big and full of intricate structures

葉緑体やミトコンドリアといった

that we call chloroplasts and mitochondria.

複雑な構造体で満たされ より大きくなっていきました

These structures work together to harness sunlight,

このような構造体が協調し 太陽光を利用して

make sugar,

糖を作り出し

and break down that sugar using the oxygen

そして 地球の大気に 酸素が含まれるようになった頃には

that right around this time started to appear in the Earth's atmosphere.

これを用いて糖を分解するようになりました

Organisms absorbing other organisms

生命体が他の生命体を取り込むことは

was one way species adapted to the changing environmental conditions

周囲の環境の変化に 種が適応する

of their surroundings.

１つの方法でした

This little story highlights what biologists call the endosymbiotic theory,

このちょっとした考えは 生物学者が細胞内共生説と称するもので

the current best explanation of how complex cells evolved.

複雑な細胞へと進化を遂げた過程を 説明する 今ある最良の理論です

There's a lot of evidence that supports this theory,

この理論を支持する 多くの証拠が挙げられていますが

but let's look at three main pieces.

その内 主なものを ３つ紹介しましょう

First, the chloroplasts and mitochondria in our cells multiply the very same way

１つ目は 葉緑体やミトコンドリアが 細胞内で増殖する仕方は

as those ancient bacteria,

今も存在する 大昔の細菌のものと

which are still around, by the way.

全く同じであるということです

In fact, if you destroy these structures in a cell, no new ones will appear.

事実 細胞内のこのような構造体が破壊されると ２度と再生しません

The cell can't make them.

細胞は構造体を 作り出すことが出来ないのです

They can only make more of themselves.

細胞はそれ自身のみを複製します

Second piece of evidence.

２つ目の証拠は

Chloroplasts and mitochondria both contain their own DNA and ribosomes.

葉緑体やミトコンドリアは どちらも それ自身のDNAやリボゾームを有することです

Their DNA has a circular structure

これらのDNAは環状の構造をもっていますが

that is strikingly similar to the DNA of the ancient bacteria,

これは大昔の細菌の DNAの構造とそっくりな上

and it also contains many similar genes.

よく似た遺伝子も多く含んでいます

The ribosomes, or protein assembly machines of chloroplasts and mitochondria,

葉緑体やミトコンドリア内で タンパク質を製造するリボゾームも

also have the same structure as ribosomes of ancient bacteria,

大昔の細菌のリボゾームと 似た構造を持っていますが

but are different from the ribosomes

真核細胞内に浮かぶ

hanging around the rest of eukaryotic cell.

他のリボゾームとは 異なっています

Lastly, think about the membranes involved in the engulfing process.

最後は 他細胞の取り込みに関係する 細胞膜についてです

Chloroplasts and mitochondria both have two membranes surrounding them,

葉緑体とミトコンドリアは どちらも内側と外側の

an inner and outer membrane.

２つの細胞膜で包まれています

Their inner membrane contains some particular lipids and proteins

内側の細胞膜には ある種の脂質やタンパク質が含まれますが

that are not present in the outer membrane.

これは外側の細胞膜には含まれていません

Why is that significant?

それの意味するところは？

Because their outer membrane used to belong to the blob cell.

外側の細胞膜は塊状の細胞に 元来からあったものでした

When they were engulfed in the endosymbiosis process,

細胞内共生の過程で 他の細胞が取り込まれるとき

they got wrapped up in that membrane and kept their own as their inner one.

それは細胞膜により包み込まれ 取り込まれた細胞の細胞膜も内側に残りました

Surely enough, those same lipids

もちろん 大昔の細菌の―

and proteins are found on the membranes of the ancient bacteria.

細胞膜においても 同じ脂質やタンパク質が見つかっています

Biologists now use this theory

今では生物学者はこの説によって

to explain the origin of the vast variety of eukaryotic organisms.

非常に多種の真核生物が登場した 理由を説明しています

Take the green algae that grow on the walls of swimming pools.

プールの壁にへばりついて成長する 緑色の藻を採取してみましょう

A larger eukaryotic cell with spinning tail structures, or flagella,

回転する尾をもった より大きな真核単細胞生物である鞭毛は

at some point absorbed algae like these to form what we now call euglena.

ある時に藻を取り込み ミドリムシと呼ばれるものになりました

Euglena can perform photosynthesis,

ミドリムシは光合成を行ったり

break down sugar using oxygen,

酸素を用いて糖を分解したり

and swim around pond water.

池で泳ぐこともできます

And as the theory would predict,

理論から予測されるように

the chloroplasts in these euglena have three membranes

ミドリムシに含まれる葉緑体は 鞭毛に取り込まれる前に

since they had two before being engulfed.

２つの膜を持っていたので ３つの膜があるのです

The absorbing process of endosymbiotic theory

細胞内共生説が語る 取り込みの過程は

allowed organisms to combine powerful abilities

生物が素晴らしい能力を合体させて

to become better adapted to life on Earth.

地球における生存への適合性を 高めることを可能にしました

The results were species capable of much more

その結果 種はバラバラでいるよりも

than when they were separate organisms,

より多くの能力を得ました

and this was an evolutionary leap

これは飛躍的な進化をもたらし

that lead to the microorganisms, plants,

現在 目にすることが出来る

and animals we observe on the planet today.

微生物、植物や動物を 登場させたのでした