一見すると、ストロマトライトとその近縁である微生物マットは、暗くて古い岩にしか見えないかもしれません。実際には、微生物によって作られた、ぎっしりと詰まった層状のコミュニティです。何十億年も前、動物や植物が存在する前に、ストロマトライトは地球の大気中に最初期の酸素を放出するのを助けました。現在、Current Biologyに発表された研究は、これらの珍しい構造が、地球の歴史におけるもう一つの主要な出来事、すなわち複雑な生命の出現の手がかりも保存している可能性を示唆しています。

UNSWシドニーの進化微生物学者であるブレンダン・バーンズ准教授は、これらの「生きた化石」の中で別の生物と密接に関連して生息する、これまで知られていなかった微生物を発見した研究チームの一員です。シドニー工科大学とメルボルン大学の研究者と共同で主導されたこのプロジェクトは、科学者が比較的単純な細胞がどのように協力し始め、最終的にははるかに複雑な生命体を生み出したのかという、基本的な進化の謎をよりよく理解するのに役立つ可能性があります。

「ストロマトライトは、初期の微生物生命が栄えた『単なる』生命の揺りかご以上のものかもしれません」とバーンズ准教授は言います。「それらは、複雑な生命が最初にどのように出現したかも教えてくれるかもしれません。」

ストロマトライトと微生物マットは数十億年前に最初に出現しましたが、消滅していません。それらは現在も、西オーストラリア州の世界遺産に登録されているシャーク湾で形成されています。そこで収集されたサンプルから、バーンズ准教授と彼の同僚は、最終的にアスガルド古細菌の一員を分離しました。これは、真核生物（すべての植物や動物、人間を含む細胞）の祖先に密接に関連していると考えられている珍しい微生物群です。

生物学における長年の考え方の一つは、最初の真核細胞が古代の古細菌と細菌の緊密なパートナーシップを通じて発達したというものです。この理論によれば、一方の生物が最終的にもう一方を飲み込み、その関係が最終的にミトコンドリア、つまり複雑な細胞内に見られるエネルギー生成構造を生み出しました。しかし、科学者はそのような初期のパートナーシップが実際にどのように見えたかを示す直接的な証拠を欠いていました。新しい研究は、アスガルド古細菌がナノチューブと呼ばれる極めて細い管状の接続を介して細菌と物理的に相互作用している最初の視覚的証拠を提供します。

「これは、この種のパートナーシップがどのように始まり、最終的に真核生物を形成したかの小さなモデルになる可能性があります」とバーンズ准教授は言います。

遺伝子配列解析により、生物のDNAがサンプルに存在することが示されましたが、研究者が直接研究できるように微生物を実験室で増殖させることははるかに困難であることが証明されました。「実験室で4、5年かかりました」とバーンズ准教授は言います。「多くの時間を費やし、最適化し、さまざまな影を追いかけました。」アスガルド古細菌は、自然の生息地から離れて培養することが非常に難しいことで有名です。研究者は生物を単独で増殖させることができず、バーンズ准教授はその困難さ自体が彼らの生物学について何か重要なことを明らかにするかもしれないと言います。「これらの生物を純粋培養にできなかったという事実は、おそらくそれらが常に他の生物に依存して生きているからです」と彼は言います。

研究者は最終的に、電子クライオトモグラフィー（100万分の1ミリメートルのスケールで構造を明らかにできる高解像度3Dイメージング法）を使用して進歩を遂げました。画像は、古細菌と細菌が細菌のナノチューブによって物理的に接続されていることを示しました。研究者はまた、古細菌が芽胞した小胞の連鎖と精巧な管状構造を生成しているのを観察しました。2つの微生物は化学的に互いに補完し合っているように見え、それぞれがビタミン、栄養素、水素など、相手が使用できる化合物を生成していました。

共著者であるメルボルン大学のデブナス・ゴーサル准教授は、アスガルド古細菌と細菌の間の相互作用を直接捉えたことは特に重要であると言います。「この発見は、複雑な生命の起源を理解するために、私たちを数歩近づけます。」