微生物生態学と多様性

微生物生態学と多様性は、微生物の驚くべき多様性、それらの進化的関係、そして生物圏全体のコミュニティや生態系において微生物が果たす役割を研究する学問分野です。

Definition

微生物生態学と多様性とは、微生物の多様性、それらの進化的関係、および微生物同士や環境との相互作用を研究する学問分野です。

Scope

この分野は、分子配列に基づく生命の3ドメインへの系統発生学的分類、細菌、古細菌、微生物真核生物の多様性、過酷な環境で繁栄する古細菌と好極限性微生物、微生物群集とバイオフィルムの構造と機能、宿主関連マイクロバイオーム、そして培養不可能な微生物の大部分を明らかにする培養非依存的分子手法を扱います。微生物を生物地球化学的循環と生態系機能の基盤として位置づけます。

Sub-topics

• Archaea and Extremophiles
• Microbial Communities and Biofilms
• Microbial Phylogeny and the Three Domains
• Microbiomes and Host Associations

Core questions

• 微生物は互いに、そして他の生命とどのように関連していますか？
• 微生物の生命の広大な多様性は何によって説明されますか？
• 微生物群集はどのように集合し、機能しますか？
• 分子手法は、培養できない微生物をどのように明らかにしますか？

Key theories

生命の3ドメイン説

リボソームRNA配列の比較により、生命が細菌、古細菌、真核生物の3つのドメインに分かれることが明らかになり、古細菌が独自の系統を形成していることが示され、進化的関係の理解が再構築されました。

微生物多様性の分子学的見解

環境からのリボソームRNA遺伝子の培養非依存的シーケンスにより、微生物多様性の大部分がこれまで培養されていなかったことが示され、微生物生命の範囲と構造に関する推定が大きく変わりました。

Mechanisms

微生物間の系統発生学的関係は、保存された分子配列、特に進化の年代測定器として機能するリボソームRNA遺伝子から推測されます。培養非依存的手法は、これらの遺伝子を環境サンプルから直接増幅・シーケンスすることで、培養なしに群集組成を明らかにします。群集内では、微生物は競争、協力、代謝交換を通じて相互作用し、バイオフィルムやマイクロバイオームのような構造化された集合体を形成し、生態系プロセスを駆動します。

Clinical relevance

微生物群集は、炭素、窒素、硫黄、その他の元素の地球規模の循環を駆動し、土壌の肥沃度と水質を維持し、植物や動物の生物学に影響を与える宿主関連マイクロバイオームを形成するため、微生物生態学は環境科学、農業、および健康関連研究にとって不可欠な分野です。

History

微生物生態学は、19世紀後半にウィノグラドスキーとベイエリンクによって創始されました。1970年代のカール・ウーズによるリボソームRNAの研究は、生命の3ドメインと古細菌の独自性を明らかにしました。その後、ノーマン・ペースらが分子手法を用いて、自然界の微生物多様性の大部分が未培養であることを示しました。

Key figures

• Carl Woese
• Norman Pace
• Sergei Winogradsky
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• woese1977
• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

なぜほとんどの微生物は培養不可能だと言われているのですか？

自然環境の分子調査では、研究室で培養できるよりもはるかに多くの微生物多様性が検出されます。これは、ほとんどの微生物が特定の、あるいは未知の増殖要件を持っているためです。培養非依存的シーケンスは、これらの生物が培養されていなくても、それらを明らかにします。

生命の3ドメインとは何ですか？

分子配列の比較に基づき、生命は細菌、古細菌、真核生物の3つのドメインに分けられます。古細菌は細菌とは異なる系統を形成する原核生物であり、この発見は進化的関係に関する見方を再構築しました。