アスガルド古細菌：生命の起源の謎を解き明かす「失われた環」か？
私たちの体の細胞、そして動物や植物の細胞がどのようにして生まれたのか、その起源は生命科学における大きな謎の一つです。10年前にはその存在すら知られていなかった微生物「アスガルド古細菌」が、この謎を解き明かす鍵を握っているかもしれません。深海の熱水噴出孔近くで発見されたこの小さな生命体は、私たち真核生物と、より原始的な古細菌とをつなぐ「失われた環（ミッシングリンク）」である可能性を秘めているのです。この発見は、生命の系統樹を書き換えるかもしれないほど衝撃的なものでした。この記事では、アスガルド古細菌の驚くべき特徴と、それが私たちのルーツ解明にどのように貢献するのか、最新の研究成果とともにご紹介します。
10年前、アスガルド古細菌が存在することを知る人はいませんでした。しかし2015年、深海堆積物を調査していた研究者たちが、未知の新しい微生物の存在を示す遺伝子の断片を発見しました。研究者たちはコンピューターの助けを借りて、これらの断片をパズルのピースのように組み立て、全ゲノムを解読しました。その時初めて、彼らはこれまで知られていなかった古細菌のグループを扱っていることに気づいたのです。細菌と同様に、古細菌も単細胞生物です。しかし、遺伝的には、特に細胞の外被や代謝プロセスに関して、この2つのドメイン間には大きな違いがあります。さらなる探索の結果、微生物学者たちは対応する生物を特定し、それらを記述し、独立した古細菌のサブグループとしてアスガルド古細菌と分類しました。その名前は、北欧神話の神々の住まう天上の世界から取られ、ノルウェーとスヴァールバル諸島の間にある大西洋中央海嶺のブラックスモーカー「ロキの城」の近くで最初に発見されたことに由来します。
実際、アスガルド古細菌は研究にとって天からの贈り物のようでした。それらは古細菌と真核生物、つまり古細菌と、植物や動物のように細胞内に核を持つ生物との間の「失われた環」であることが判明したのです。
生命の樹から一本の枝が消える？
近年、研究者たちはアスガルド古細菌と真核生物との間に密接な関連性があること、そして後者が前者から進化した可能性を示す証拠を次々と発見しています。全ての生物を細菌、古細菌、真核生物の3つのドメインに分けるという従来の分類は、この驚くべき発見によって揺らぎ始めました。
一部の研究者たちは、真核生物をアスガルド古細菌内のグループと見なすことを提案しています。これにより、生命のドメインの数は3つから2つ、つまり真核生物を含む古細菌と、細菌とに減少することになります。
チューリッヒ工科大学では、マーティン・ピルホーファー教授（Martin Pilhofer）と彼のチームがアスガルド古細菌に魅了され、数年間にわたりこの謎に満ちた微生物を調査してきました。
2年前に科学雑誌Natureに掲載された論文で、ピルホーファー教授の研究チームはロキ古細菌オッシフェルムの細胞構造と構築の詳細を探求しました。このアスガルド古細菌は、スロベニアの汽水路の堆積物から、ウィーン大学のクリスタ・シュレーパー教授（Christa Schleper）の研究室の研究者たちによって分離されたものです。
その研究で、ピルホーファー教授と彼の博士研究員であるジンウェイ・シュー博士（Jingwei Xu, PhD）、およびフロリアン・ヴォルヴェーバー博士（Florian Wollweber, PhD）は、ロキ古細菌オッシフェルムが真核生物にも典型的に見られる特定の構造を持っていることを示しました。「私たちは、その種で真核生物に見られるタンパク質と非常によく似たアクチンタンパク質を発見しました。そして、それは今日までに発見されたほぼ全てのアスガルド古細菌に存在します」とピルホーファー教授は述べています。
最初の研究で、研究者たちはさまざまな顕微鏡技術を組み合わせ、このタンパク質、ロキアクチンと呼ばれるものが、特に微生物の多数の触手のような突起の中で線維状の構造を形成することを示しました。「それらは、アスガルド古細菌の複雑な細胞構造の骨格を形成しているようです」とヴォルヴェーバー博士は付け加えています。
アクチンフィラメントに加えて、真核生物は微小管も持っています。これらのチューブ状の構造は細胞骨格の2番目の重要な構成要素であり、多数のチューブリンタンパク質から構成されています。これらの微小なチューブは、細胞内の輸送プロセスや細胞分裂時の染色体分離に重要です。
これらの微小管の起源は、これまで不明でした。しかし、2025年3月21日に科学雑誌Cellに新たに発表された論文「Microtubules in Asgard Archaea（アスガルド古細菌における微小管）」で、チューリッヒ工科大学の研究者たちはアスガルド古細菌に関連構造を発見し、その構造を記述しました。これらの実験は、アスガルド古細菌のチューブリンが、真核生物の近縁種のものよりも小さいものの、非常によく似た微小管を形成することを示しています。この論文はオープンアクセスです。
しかし、これらの微小管を形成するのは、ごく一部のロキ古細菌の細胞だけです。そして、アクチンとは異なり、これらのチューブリンタンパク質は、ごく一部のアスガルド古細菌種にしか見られません。
科学者たちは、なぜチューブリンがロキ古細菌にそれほどまれにしか現れないのか、また細胞にとってなぜ必要なのかをまだ理解していません。真核生物では、微小管は細胞内の輸送プロセスを担っています。場合によっては、モータータンパク質がこれらのチューブに沿って「歩行」します。チューリッヒ工科大学の研究者たちは、アスガルド古細菌ではまだそのようなモータータンパク質を観察していません。
「しかし、私たちはこれらのチューブリンから形成されるチューブが一方の端で成長することを示しました。したがって、それらは真核生物の微小管と同様の輸送機能を果たしているのではないかと考えています」と、「Cell」誌の研究の共同筆頭著者であるシュー博士は述べています。彼は昆虫細胞を用いた細胞培養でチューブリンを生成し、その構造を調べました。
この研究には、微生物学、生化学、細胞生物学、構造生物学の分野の研究者が緊密に協力しました。「この学際的なアプローチがなければ、ここまで進むことは決してできなかったでしょう」とピルホーファー教授は誇らしげに強調します。
複雑な生命の進化に細胞骨格は不可欠だったのか？
いくつかの疑問は未解決のままですが、研究者たちは細胞骨格が真核生物の進化における重要なステップであったと確信しています。
このステップは何億年も前に、アスガルド古細菌がその付属器官で細菌を絡め取ったときに起こったのかもしれません。進化の過程で、この細菌は現代の細胞のエネルギー供給源として機能するミトコンドリアへと発達しました。時を経て、核や他の細胞小器官が進化し、真核細胞が誕生したのです。
「この驚くべき細胞骨格が、おそらくこの発達の始まりにあったのでしょう。それによってアスガルド古細菌は付属器官を形成し、細菌と相互作用し、そして細菌を捕獲して取り込むことが可能になったのかもしれません」とピルホーファー教授は述べています。
アスガルド古細菌を「釣り上げる」
ピルホーファー教授と彼の同僚たちは現在、アクチンフィラメントと古細菌チューブリン、そしてそれらから生じる微小管の機能に注目する計画です。
彼らはまた、研究者たちがこれらの微生物の表面で発見したタンパク質を特定することも目指しています。ピルホーファー教授は、彼のチームがこれらのタンパク質に正確に適合する抗体を開発できることを期待しています。これにより、研究者たちは混合微生物培養物の中からアスガルド古細菌を特異的に「釣り上げる」ことができるようになるでしょう。
「アスガルド古細菌については、特に真核生物との関係やその特異な細胞生物学に関して、まだ多くの未解決の疑問があります」とピルホーファー教授は言います。「これらの微生物の秘密を追跡することは魅力的です。」
画像；低温電子トモグラフィーのデータに基づくアスガルド古細菌の想像図。細胞体と付属器官には、核を持つ複雑な細胞に見られるような糸状の骨格構造が見られる。(Credit：Margot Riggi、マックス・プランク生化学研究所）
