単細胞生物
単細胞生物
直径が通常1～4センチメートル（0.4～1.6インチ）の藻類であるヴァロニア・ベントリコーサは、最大の単細胞生物の一つです

単細胞生物は、複数の細胞からなる多細胞生物とは異なり、単一の細胞からなる生物です。生物は、原核生物と真核生物の2つの一般的なカテゴリに分類されます。ほとんどの原核生物は単細胞であり、細菌と古細菌に分類されます。多くの真核生物は多細胞ですが、原生動物、単細胞藻類、単細胞真菌など、単細胞生物もいます。単細胞生物は最も古い生命形態であると考えられており、初期の生物は35～38億年前に出現しました。[ 1 ] [ 2 ]

一部の原核生物はコロニーを形成して生活しますが、それらは異なる機能を持つ特殊化した細胞ではありません。これらの生物は共存しており、それぞれの細胞が生存のためにあらゆる生命活動を行う必要があります。対照的に、最も単純な多細胞生物でさえ、生存するために互いに依存し合う細胞を持っています。

ほとんどの多細胞生物は単細胞の生活環段階を有する。例えば配偶子は、多細胞生物の生殖細胞である単細胞である。 [ 3 ]

細胞性粘菌（ Dictyostelium discoideum ）のように、部分的に単細胞性の生物もいます。また、単細胞生物であっても、Caulerpa、Plasmodium、Myxogastriaのように多核性の生物も存在します。

進化仮説

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生命の起源は依然として大部分が謎に包まれています。原始的な原細胞は、今日の単細胞生物の先駆者と考えられています。

RNAワールド仮説として知られる理論では、初期のRNA分子は有機化学反応と自己複製を触媒する基礎であったとされている。[ 4 ]

区画化は、化学反応をより起こりやすくするだけでなく、外部環境との反応を区別するためにも必要でした。例えば、初期のRNAレプリケーターリボザイムは、分離されていなければ、異なるRNA配列を持つ他のレプリケーターリボザイムを複製していた可能性があります。[ 5 ]通常のDNAゲノムの代わりにRNAゲノムを持つこのような仮説上の細胞は、「リボ細胞」または「リボサイト」と呼ばれます。[ 4 ]

脂質のような両親媒性物質を水中に置くと、疎水性の尾部が凝集してミセルや小胞を形成し、親水性の末端が外側を向きます。[ 6 ] [ 5 ]原始細胞は、化学反応と環境を分離するために自己組織化脂肪酸小胞を使用していた可能性があります。[ 5 ]これらの単純な膜はシンプルで水中で自己組織化する能力があるため、初期の生物学的分子の他の形態よりも古いものであった可能性があります。[ 6 ]

原核生物

原核生物は、ミトコンドリアや核のような膜で囲まれた細胞小器官を持っていません。[ 7 ]代わりに、ほとんどの原核生物は核様体と呼ばれるDNAを含む不規則な領域を持っています。[ 8 ]ほとんどの原核生物は単一の環状染色体を持っており、これは典型的には線状染色体を持つ真核生物とは対照的です。[ 9 ]栄養学的には、原核生物は硫黄、セルロース、アンモニア、亜硝酸塩など、代謝に利用するために幅広い有機物と無機物を利用する能力を持っています。[ 10 ]原核生物は環境中に比較的遍在しており、一部（好極限性生物として知られているもの）は極限環境で繁殖します

バクテリア

西オーストラリア州シャーク湾の現代のストロマトライト。ストロマトライトが5cm成長するには1世紀かかることがあります。[ 11 ]
カプセル内の細菌

細菌は世界で最も古い生命体の一つであり、事実上自然界のどこにでも見られます。[ 10 ]多くの一般的な細菌はプラスミドを持っています。これは細菌の染色体とは別の、短い環状の自己複製DNA分子です。[ 12 ]プラスミドは、現在非常に重要な抗生物質耐性である新しい能力を担う遺伝子を運ぶことができます。[ 13 ]細菌は主に二分裂と呼ばれるプロセスによって無性生殖します。しかし、約80種類の細菌は、自然な遺伝子形質転換と呼ばれる有性プロセスを経ることができます。[ 14 ]形質転換は、細菌がDNAをある細胞から別の細胞に移すプロセスであり、受容細胞のDNA損傷を修復するための適応であると考えられます。 [ 15 ]さらに、プラスミドは接合と呼ばれるプロセスで線毛を使用して交換することができます。[ 13 ]

光合成を行うシアノバクテリアは、おそらく最も成功したバクテリアであり、酸素を供給することで地球の初期の大気を変化させました。[ 16 ]ストロマトライトは、シアノバクテリアと関連のある群集が残した炭酸カルシウムと閉じ込められた堆積物の層でできた構造で、広範な化石記録を残しました。 [ 16 ] [ 17 ]ストロマトライトの存在は、始生代（ 40億～25億年前）、原生代（25億～5億4000万年前）、顕生代（5億4000万年前～現在）の何億年にもわたるシアノバクテリアの発達に関する優れた記録を与えてくれます。[ 17 ]世界中の化石化したストロマトライトの多くは、西オーストラリアで見つかります。[ 17 ]そこでは、約34億3000万年前に遡る最古のストロマトライトがいくつか見つかっています。[ 17 ]

クローン老化は細菌内で自然に起こり、外部ストレスがない場合でも起こりうる損傷の蓄積によるものと思われます。[ 18 ]

古細菌

ヨーロッパ北極圏の深海に生息する底生生物群集。[ 19 ]

熱水噴出孔は熱と硫化水素を放出し、極限環境微生物が化学無機栄養成長を利用して生存することを可能にする。[ 20 ] 古細菌は一般的に細菌と外観が類似しているため、もともと細菌として分類されていたが、膜構造とリボソームRNAにおいて特に顕著な分子的差異がある。[ 21 ] [ 22 ]リボソームRNAの配列決定により、古細菌は細菌から分岐して現代の真核生物の前身であり、実際には系統学的には真核生物に近いことが判明した。[ 22 ]その名前が示すように、古細菌はギリシャ語のarchaiosに由来し、元の、古代の、または原始的なを意味する。[ 23 ]

一部の古細菌は地球上で最も生物にとって過酷な環境に生息しており、これはある意味で、生命がかつてさらされていたであろう初期の過酷な環境を模倣していると考えられています。これらの古細菌の例を以下に示します。

メタン生成菌は古細菌の重要なサブセットであり、多くの極限環境細菌を含みますが、湿地環境や動物の反芻動物や後腸にも広く存在します。[ 28 ]このプロセスでは、水素を利用して二酸化炭素をメタンに還元し、エネルギーを利用可能な形のアデノシン三リン酸に放出します。[ 28 ]メタン生成能力を持つ唯一の既知の生物です。[ 29 ] DNA損傷を引き起こすストレスの多い環境条件下では、古細菌の一部の種が凝集して細胞間でDNAを転送します。[ 30 ]この転送の機能は、受容細胞内の損傷したDNA配列情報を、供与細胞からの損傷のない配列情報で置き換えることであると思われます。[ 31 ]

真核生物

真核細胞は膜で囲まれた細胞小器官を含んでいます。例としては、ミトコンドリア、核、ゴルジ体などが挙げられます。原核細胞は、おそらく20億年から14億年前に真核細胞に移行しました。[ 32 ]これは進化における重要なステップでした。原核生物とは対照的に、真核生物は有糸分裂と減数分裂によって繁殖します。性別は真核生物の普遍的で古くからの固有の属性であるようです。[ 33 ]減数分裂は真の性的プロセスであり、 DNA損傷の効率的な組換え修復[ 15 ]と、親のDNAを結合した後に組換えを行うことで、より幅広い遺伝的多様性を可能にします。[ 32 ]真核生物の代謝機能も、特定のプロセスを細胞小器官に分割することで、より特殊化されています

細胞内共生説によれば、ミトコンドリアと葉緑体は細菌起源である。どちらの細胞小器官も独自のDNAセットを持ち、細菌に似たリボソームを持つ。現代のミトコンドリアはかつてリケッチアに似た種であり、細胞内に寄生する能力を持っていた可能性が高い。[ 34 ]しかし、細菌が呼吸能力を持っていたとしたら、エネルギーと酸素の解毒と引き換えに寄生虫を生存させることは、より大きな細胞にとって有益だっただろう。[ 34 ]葉緑体はおそらく同様の一連の出来事を経て共生生物となり、シアノバクテリアの子孫である可能性が高い。[ 35 ]すべての真核生物がミトコンドリアや葉緑体を持っているわけではないが、ミトコンドリアはほとんどの真核生物に存在し、葉緑体はすべての植物と藻類に存在している。光合成と呼吸は本質的に逆の動作であり、光合成と組み合わせた呼吸の出現により、発酵単独よりもはるかに多くのエネルギーを利用できるようになりました。

原生動物

繊毛虫の一種、ゾウリムシ（Paramecium tetraurelia）は、口溝が見える

原生動物は、鞭毛、繊毛、仮足など、その移動方法によって主に定義される。[ 36 ]原生動物の分類については、その多様性ゆえにかなりの議論があるが、ある体系では現在、原生動物界に、ユーグレナ門、アメーボゾア門、チョアノゾア・センス・キャバリエ・スミス門、ロウコゾア門、ペルコロゾア門、微胞子虫類、スルコゾア門の 7 つの門が認められている。[ 37 ] [ 38 ]原生動物は、植物や動物と同様に、従属栄養生物または独立栄養生物と考えられる。[ 34 ]ミドリムシなどの独立栄養生物は光合成によってエネルギーを生成することができ、従属栄養原生動物は、口のような食道に食物を送り込むか、または擬足で食物を貪食する一種の食作用によって食物を消費する。[ 34 ]原生動物は主に無性生殖するが、一部の原生動物は有性生殖が可能である。[ 34 ]有性生殖能力を持つ原生動物には、病原性の熱帯熱マラリア原虫、トキソプラズマ・ゴンディ、トリパノソーマ・ブルーセイ、ジアルジア・デュオデナリス、リーシュマニア属が含まれる。[ 15 ]

繊毛虫（Ciliophora）は、移動に繊毛を利用する原生生物のグループです。例として、ゾウリムシ、ラッパムシ、ツリガネムシなどが挙げられます。[ 39 ]繊毛虫は、水があるほとんどすべての環境に広く豊富に生息し、繊毛はリズミカルに拍動して生物を推進します。[ 40 ]多くの繊毛虫は、獲物を捕らえるため、自分自身を固定するため、または防御のために放出される槍のような器官である毛嚢を持っています。 [ 41 ] [ 42 ]繊毛虫は有性生殖も可能で、繊毛虫に特有の2つの核、正常な代謝制御のための大核と減数分裂を受ける別の小核を利用します。[ 41 ]そのような繊毛虫の例として、ストレス条件下で受けたDNA損傷を修復するために減数分裂組換えを利用すると考えられるゾウリムシやテトラヒメナが挙げられます。

アメーボゾアは仮足と細胞質流動を利用して環境中を移動する。赤痢アメーバはアメーバ赤痢の原因となる。[ 43 ]赤痢アメーバは減数分裂を行う能力があると思われる。[ 44 ]

単細胞藻類

珪藻類の走査型電子顕微鏡画像

単細胞藻類は植物のような独立栄養生物であり、クロロフィルを含んでいます。[ 45 ]単細胞藻類には多細胞種と単細胞種の両方が含まれるグループが含まれます。

単細胞菌類

出芽中のオガタエア・ポリモルファの透過型電子顕微鏡画像

単細胞菌類には酵母が含まれる。菌類はほとんどの生息地で見られるが、ほとんどは陸上に見られる。[ 51 ]酵母は有糸分裂によって繁殖し、多くは出芽と呼ばれるプロセスを使用する。このプロセスでは、細胞質の大部分が母細胞に保持される。[ 51 ]サッカロミセス・セレビシエは炭水化物を二酸化炭素とアルコールに発酵させる。ビールやパンの製造に使われる。[ 52 ]サッカロミセス・セレビシエは真核生物であり培養しやすいため、重要なモデル生物でもある。細胞周期を理解するためだけでなく、ガンや神経変性疾患の研究にも使われてきた。[ 53 ] [ 54 ]さらに、サッカロミセス・セレビシエを使った研究は、減数分裂組換えのメカニズムや減数分裂の適応機能の解明に中心的な役割を果たしてきた。カンジダ属カンジダ症の原因菌であり、口や喉の感染症（カンジダ症として知られる）や膣の感染症（一般的には酵母菌感染症と呼ばれる）を引き起こします。[ 55 ]

巨視的単細胞生物

ほとんどの単細胞生物は顕微鏡的サイズであるため、微生物に分類されます。しかし、一部の単細胞原生生物や細菌は巨視的であり、肉眼で見ることができます。[ 56 ]例としては以下が挙げられます

関連項目

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