This deep-sea mystery is changing our understanding of life | Karen Lloyd

翻訳: Ryohei Tashiro 校正: Natsuhiko Mizutani

I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee,

私はテネシー大学の海洋微生物学者です

and I want to tell you guys about some microbes

今日はある微生物について話します

that are so strange and wonderful

とても不思議で興味深く

that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth.

地球上の生命とはどんなものかという これまでの考えを変えるものかもしれません

So I have a question.

質問します

Please raise your hand if you've ever thought it would be cool

もし潜水艦で 海底まで行けたら楽しいだろうなと

to go to the bottom of the ocean in a submarine?

思ったことがある人は 手を挙げてください

Yes.

そうですよね

Most of you, because the oceans are so cool.

ほとんど全員ですね 海は最高ですから

Alright, now -- please raise your hand

では次に 今 手を挙げた人の中で

if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean

海底に行きたい理由は そこに沈む 「ドロ」が素晴らしいからで

is because it would get you a little bit closer

to that exciting mud that's down there.

それに少しでも近づきたいから という人は手を挙げてください

(Laughter)

（笑）

Nobody.

誰もいない

I'm the only one in this room.

この部屋で私だけですね

Well, I think about this all the time.

私はいつもそんなことを考えています

I spend most of my waking hours

寝てる間を除いて ずっと

trying to determine how deep we can go into the Earth

生命はどれだけ地下深くまで存在するのか

and still find something, anything, that's alive,

それをどうやって見つけるかを 研究しています

because we still don't know the answer to this very basic question

地球上の生命には

まだまだ根本的な疑問があるからです

about life on Earth.

So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK,

1980年代 英国の科学者の ジョン・パークスは

was similarly obsessed,

似たようなことを考えていました

and he came up with a crazy idea.

そして あるクレイジーな考えに至りました

He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere

広大で深く広がる「微生物の生命圏」が

underneath all the world's oceans

海底よりさらに数百メートルの「地下」に 広がっているという考えです

that extends hundreds of meters into the seafloor,

which is cool,

素晴らしいですが

but the only problem is that nobody believed him,

唯一の問題は 誰も信じなかったということです

and the reason that nobody believed him

その理由はおそらく

is that ocean sediments may be the most boring place on Earth.

海底下の堆積層は地球上で もっとも退屈な場所だからでしょう

(Laughter)

（笑）

There's no sunlight, there's no oxygen,

光も酸素もなく

and perhaps worst of all,

おそらくこれが最悪で

there's no fresh food deliveries for literally millions of years.

文字通り何百万年も 食物の供給がないのですからね

You don't have to have a PhD in biology

生物学の博士号を持っていなくても

to know that that is a bad place to go looking for life.

生物を探しに行くには 適さない場所だとわかりますね

(Laughter)

（笑）

But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people

しかし2002年

スティーブン・ドントは 周囲の人々を口説いて

that he was on to something that he actually got an expedition

ジョイデス・レゾリューションという 採掘船に乗って

on this drillship, called the JOIDES Resolution.

調査の旅に出ました

And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark.

彼はデンマークのＢ･Ｂ･ヨルゲンセンと共に 計画を実行し

And so they were finally able to get

ついに 純粋な海底下の堆積層のサンプルを 手に入れました

good pristine deep subsurface samples

some really without contamination from surface microbes.

海底表面の微生物の混入のない 純粋なものです

This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean,

この船は 海底から さらに 何千メートルも下を採掘でき

and the mud comes up in sequential cores, one after the other --

海底の地盤から 一連の長いコアを取り出します

long, long cores that look like this.

コアはご覧のように

This is being carried by scientists such as myself who go on these ships,

私たち科学者チームが運んでいる パイプの中に入っています

and we process the cores on the ships and then we send them home

私たちは船上で そのコアを処理して

研究室に持ち帰り

to our home laboratories for further study.

さらに詳しい研究をします

So when John and his colleagues

ドントが仲間と共に

got these first precious deep-sea pristine samples,

その貴重な海底そのままのサンプルを

they put them under the microscope,

顕微鏡で調べてみると

and they saw images that looked pretty much like this,

このようなものが見えました

which is actually taken from a more recent expedition

これは正確には 博士課程の Ｊ・ボンジョルノが

by my PhD student, Joy Buongiorno.

別の調査で 採掘したものです

You can see the hazy stuff in the background.

背景のぼんやりしたものは 深海の泥です

That's mud. That's deep-sea ocean mud,

and the bright green dots stained with the green fluorescent dye

緑の蛍光色に染まった点々が

are real, living microbes.

実際の生きた微生物です

Now I've got to tell you something really tragic about microbes.

ここからは 微生物の 少々残念な話になります

They all look the same under a microscope,

顕微鏡で見ると すべて同じに見えるのです

I mean, to a first approximation.

ざっくり言えばですが

You can take the most fascinating organisms in the world,

本当におもしろい生物― たとえば

like a microbe that literally breathes uranium,

ウランで呼吸するものや ロケット燃料を生み出すものが

and another one that makes rocket fuel,

手元にいるとしましょう

mix them up with some ocean mud,

それもみんな 泥に混ざった状態で

put them underneath a microscope,

顕微鏡で眺めると

and they're just little dots.

ただの点にしか見えないのです

It's really annoying.

本当にがっかりしますよ

So we can't use their looks to tell them apart.

見た目では区別できないので

We have to use DNA, like a fingerprint,

指紋で見分けるように DNAで

種類を識別することにしました

to say who is who.

And I'll teach you guys how to do it right now.

その方法を説明します

So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real.

これは本物のデータではありませんが

This is to illustrate what it would look like

それぞれの生物が互いにまったく 別の種であった場合を

if a bunch of species were not related to each other at all.

表したものです

So you can see each species

それぞれの種ごとに DNA配列の要素として

has a list of combinations of A, G, C and T,

Ａ Ｇ Ｃ Ｔ が並んでる状態です

which are the four sub-units of DNA,

sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else,

まったくバラバラなので

それぞれの間に 何の関係もないことを示します

and these species are totally unrelated to each other.

But this is what real DNA looks like,

本物のDNAのデータだと

from a gene that these species happen to share.

共通の遺伝子配列があり こんな感じになります

Everything lines up nearly perfectly.

完全に近いぐらいに揃っています

The chances of getting so many of those vertical columns

これほどたくさんの縦の列で

where every species has a C or every species has a T,

ここはＣ ここはＴと揃うことが

by random chance, are infinitesimal.

偶然 起こる可能性は極めて小さいものです

So we know that all those species had to have had a common ancestor.

つまり すべてに同じ祖先がいて

つながりがあることを示しています

They're all relatives of each other.

So now I'll tell you who they are.

では何の DNA か見てみましょう

The top two are us and chimpanzees,

上の２列は 人間とチンパンジーです

which y'all already knew were related, because, I mean, obviously.

つながりがあるのはご存知のとおりですね

(Laughter)

（笑）

But we're also related to things that we don't look like,

しかし 私たちは たとえば マツの木や

like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease

アウトドアで生水をのんだときに

胃腸炎を引き起こす寄生虫 ジアルディアとも つながりがあるのです

you can get if you don't filter your water while you're hiking.

We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile,

さらには 大腸菌や

致命的な日和見菌である Ｃ・ディフィシル菌とも

which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people.

私たちは仲間なのです

But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes,

もちろん

産業廃棄物を分解する デハロコッコイデスのような良性の細菌とも

which cleans up our industrial waste for us.

つながっています

So if I take these DNA sequences,

このような DNA 解析をして

and then I use them, the similarities and differences between them,

すべての生物の類似性や違いをもとに

to make a family tree for all of us

おたがいの関係性がわかるように

so you can see who is closely related,

then this is what it looks like.

系統樹をつくると このようになります

So you can see clearly, at a glance,

一目見て

that things like us and Giardia and bunnies and pine trees

人間やジアルディア

ウサギやマツが

すべて兄弟のようなものだとわかります

are all, like, siblings,

細菌は遠い親戚ですね

and then the bacteria are like our ancient cousins.

つまり

But we're kin to every living thing on Earth.

私たち地球上の生物はすべて仲間なのです

So in my job, on a daily basis,

つまり 私は日々

サルトルの「実存的孤独」に対して

I get to produce scientific evidence against existential loneliness.

科学的な反証データを積み重ねています

So when we got these first DNA sequences,

私たちが初めて海底下の堆積層から

from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface,

DNAサンプルを手にしたときに 知りたかったことは

we wanted to know where they were.

それがどこに位置するかでした

So the first thing that we discovered is that they were not aliens,

私たちが最初に発見したのは

エイリアンではないことでした

because we could get their DNA to line up with everything else on Earth.

そのDNAは 地球上の他の生物と

同様の配列なのですからね

But now check out where they go on our tree of life.

ではその微生物群は系統樹の どこにあてはまるのでしょうか

The first thing you'll notice is that there's a lot of them.

まず気がつくのは

たくさん種類がいることです

It wasn't just one little species

厳しい環境で生き延びた 単一の生物種ではなかったのです

that managed to live in this horrible place.

It's kind of a lot of things.

むしろ たくさんと言えるでしょう

次ですが お気付きでしょうか

And the second thing that you'll notice,

hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before.

これまで知られている どの生物とも違うということです

それぞれは互いに違う種の生物で

They are as different from each other

as they are from anything that we've known before

これまでに知られているどの種とも違い

as we are from pine trees.

その隔たりは たとえばヒトとマツの違いほどです

So John Parkes was completely correct.

ジョン・パークスは正しかったのです

He, and we, had discovered a completely new and highly diverse

彼と私たちは 80年代以前は誰も知らなかった

まったく新しく多様性に富む

microbial ecosystem on Earth

that no one even knew existed before the 1980s.

微生物の生態系を発見したのです

So now we were on a roll.

そして これからが本番です

The next step was to grow these exotic species in a petri dish

次にやることは 培養皿で これらの未知の種を培養して

so that we could do real experiments on them

微生物学的にしかるべき実験に 進むわけです

like microbiologists are supposed to do.

But no matter what we fed them,

しかし どう頑張ってもそれらは繁殖しません

they refused to grow.

Even now, 15 years and many expeditions later,

15年を経て何度も採掘航海を行った 今に至っても

no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes

いまだかつて この海底下の微生物の培養に

成功した人はいないのです

to grow in a petri dish.

And it's not for lack of trying.

試行が足りないのではありません

残念に思えますが

That may sound disappointing,

but I actually find it exhilarating,

これ自体 未知の何かを意味するので ワクワクすることだと思っています

because it means there are so many tantalizing unknowns to work on.

Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea.

たとえば同僚たちと こんな良いアイデアを思いつきました

We were going to read their genes like a recipe book,

レシピ本を読むように遺伝子を読んで

find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes,

それらに必要な栄養を特定して 与えれば 繁殖するはずです

and then they would grow and be happy.

But when we looked at their genes,

しかし遺伝子から導き出された餌は

it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them.

すでに 私たちが与えた餌そのものだったので

So that was a total wash.

これは完全に失敗でした

There was something else that they wanted in their petri dishes

培養皿の上で必要なものは 与えられていない 何か別のものなのです

that we were just not giving them.

So by combining measurements from many different places

その後 世界中からさまざまなデータを集め

around the world,

USC の研究者である ダグ・ラロウと ヤン・アメンドは

my colleagues at the University of Southern California,

Doug LaRowe and Jan Amend,

were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells

ある量を推定することができました

微生物の細胞１つが １日に必要とするエネルギーは

requires only one zeptowatt of power,

たったの１ゼプトワットだということです

and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21,

スマホを出して調べる前に言うと

ゼプトというのは 10のマイナス21乗です

because I know I would want to look that up.

Humans, on the other hand,

人間には １日に100ワットのエネルギーが必要です

require about 100 watts of power.

人間には １日に100ワットのエネルギーが必要です

So 100 watts is basically if you take a pineapple

100ワットというのは

パイナップルを

and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day.

腰くらいの高さから地面に 881,632回 落とすことに相当します

腰くらいの高さから地面に 881,632回 落とすことに相当します

If you did that and then linked it up to a turbine,

それをタービンにつないで

that would create enough power to make me happen for a day.

取り出せるエネルギーが 人間の１日の消費カロリーです

A zeptowatt, if you put it in similar terms,

この表現で ゼプトワットを表しましょう

is if you take just one grain of salt

一粒の塩があるとします

and then you imagine a tiny, tiny, little ball

そして その1000分の1くらいの とても小さな粒を

that is one thousandth of the mass of that one grain of salt

想像してみてください

and then you drop it one nanometer,

それを １ナノメートル落とします

which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light,

１ナノメートルは 目に見える光の波長の100分の1です

once per day.

それを１日１回です

That's all it takes to make these microbes live.

それだけで この微生物たちは 生きていけるのです

That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life,

生命を維持するのに必要なエネルギーとして

想定されていたよりも ずっと小さなエネルギーです

but somehow, amazingly, beautifully,

しかしどういうわけか 驚くべきことに 見事に

it's enough.

それで十分なのです

So if these deep-subsurface microbes

もし地中の微生物にとっての エネルギーのレベルが

have a very different relationship with energy than we previously thought,

想定外のものであれば

then it follows that they'll have to have

「時間」のレベルも

a different relationship with time as well,

想定外になるはずです

because when you live on such tiny energy gradients,

わずかなエネルギー勾配で生きる生物に

rapid growth is impossible.

急速な成長は 無理でしょう

If these things wanted to colonize our throats and make us sick,

もしそれらが人間の喉に寄生しようとしても

they would get muscled out by fast-growing streptococcus

細胞分裂さえできず

急速に増殖するレンサ球菌によって 滅ぼされてしまうでしょう

before they could even initiate cell division.

So that's why we never find them in our throats.

したがって人間の喉には そういう微生物がいないということです

Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring

おそらく海底下が退屈な場所であることは

is actually an asset to these microbes.

微生物にとっては 強みであるでしょう

They never get washed out by a storm.

嵐に流されることはないし

They never get overgrown by weeds.

海藻に栄養を奪われることもない

All they have to do is exist.

そこにいるだけで いいのですから

Maybe that thing that we were missing in our petri dishes

おそらく培養皿の上に なかったものは

was not food at all.

栄養分ではなく

Maybe it wasn't a chemical.

物質でさえないかもしれません

Maybe the thing that they really want,

本当に必要なのは

the nutrient that they want, is time.

「時間」なのかもしれません

But time is the one thing that I'll never be able to give them.

でも 時間を与えることは不可能でしょうね

So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students,

もし 培養皿を学生らに引き継いで

who pass it to their PhD students, and so on,

彼らがまた 次の世代に引き継いでいったとしても

we'd have to do that for thousands of years

何千年もかけなければなりません

in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface,

海底下の環境を正確に再現し

不純物の繁殖を防ぐ必要があり 実施は不可能です

all without growing any contaminants.

It's just not possible.

But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes.

でも ある意味 私たちは 培養に成功していたのかもしれません

Maybe they looked at all that food we offered them and said,

食料を与えられて こう言ったのかもしれません

"Thanks, I'm going to speed up so much

「ありがとう 急いで新しい細胞を作るよ

that I'm going to make a new cell next century.

100年後に」

Ugh.

(Laughter)

（笑）

では逆に

So why is it that the rest of biology moves so fast?

なぜその他の生物は「速い」のでしょうか？

Why does a cell die after a day

なぜ細胞は１日で死に

and a human dies after only a hundred years?

人間は100年しか生きられないのでしょうか

These seem like really arbitrarily short limits

宇宙の時間を考えると

不自然なくらい短いと思いませんか？

when you think about the total amount of time in the universe.

But these are not arbitrary limits.

でもこれは不自然ではないのです

They're dictated by one simple thing,

この寿命はあるものによって決まるのです

and that thing is the Sun.

それは太陽です

Once life figured out how to harness the energy of the Sun

ひとたび 生命が 光合成で 太陽エネルギーを利用し始めると

through photosynthesis,

we all had to speed up and get on day and night cycles.

生命はすべて 昼と夜のサイクルに 合わせたものとなります

In that way, the Sun gave us both a reason to be fast

こうして太陽が

急ぐ理由とエネルギー源を

and the fuel to do it.

生命に与えました

You can view most of life on Earth like a circulatory system,

地球上の生物を 循環器系として見れば

and the Sun is our beating heart.

太陽は心臓にあたります

But the deep subsurface is like a circulatory system

でも海底下は違います

that's completely disconnected from the Sun.

完全に太陽からは 切り離された循環器系です

It's instead being driven by long, slow geological rhythms.

非常にゆっくりした 地質学のリズムによって動いているのです

There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell.

現時点では理論上 細胞に寿命はありません

As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit,

ほんの少しでもエネルギー勾配があれば

theoretically, a single cell could live

理論上１つの細胞は

for hundreds of thousands of years or more,

10万年以上 生きることができます

simply by replacing broken parts over time.

何年もかけて 壊れた部品を 交換していけばよいのですから

To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes

そういう生き方をする微生物に 培養皿で繁殖しろと望むのは

is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living,

忙しい太陽のリズムにあわせて 生きろということです

and maybe they've got better things to do than that.

もっと他にしたいことが あるかもしれないのに

(Laughter)

（笑）

Imagine if we could figure out how they managed to do this.

もしそのライフサイクルを 解明できたらと想像してみてください

What if it involves some cool, ultra-stable compounds

もしその過程に 生物医学や産業的に応用できる

that we could use to increase the shelf life

きわめて持続性のある化合物が含まれていたら

in biomedical or industrial applications?

Or maybe if we figure out the mechanism that they use

もしそのきわめて遅い成長のメカニズムを

to grow so extraordinarily slowly,

解明できたら

we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division.

それを がん細胞の増殖を遅らせるのに 使えるかもしれません

I don't know.

わかりませんけどね

I mean, honestly, that is all speculation,

正直 すべて憶測ですが

but the only thing I know for certain

ひとつ確実なのは

is that there are a hundred billion billion billlion

世界中の海底の下には

100の10億倍の10億倍の10億倍個もの

living microbial cells

微生物の細胞が生息しているということです

underlying all the world's oceans.

That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet.

その総量を重さで測れば

地球上の人類の重さの200倍になります

And those microbes have a fundamentally different relationship

そしてこれらの微生物が扱う 時間とエネルギーは

with time and energy than we do.

根本的に 私たちとは違うのです

What seems like a day to them

微生物にとっての１日は

might be a thousand years to us.

私たちにとっての1000年かもしれません

They don't care about the Sun,

太陽は関係ありません

and they don't care about growing fast,

成長を急ぐこともありません

and they probably don't give a damn about my petri dishes ...

私の培養皿なんて 気にもしてないでしょう

(Laughter)

（笑）

but if we can continue to find creative ways to study them,

でも 研究の手法を創造的に探し続けることで

then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth.

いつか生命の謎を

すべての生命の謎を

解明できるかもしれません

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）