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植物にはビタミンB12がない一方で、海苔などの藻類には豊富に含まれる。藻類の起源を探るため、細胞内共生説を概観する。
酸素発生型光合成を行う細菌や酸素呼吸を行う細菌が登場した後、ある古細菌が呼吸を行う細菌を取り込みミトコンドリアを獲得し、真核生物へと進化した。さらに、真核生物の一部は光合成を行う細菌を取り込み葉緑体を得て、灰色藻のような真核藻類となった。この真核生物が他の細菌を取り込んで共生する現象を一次共生と呼ぶ。
海苔のビタミンB12の謎を解く鍵は、このような藻類誕生の過程に隠されていると考えられる。
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藍藻の一種 *Synechococcus elongatus* が産生する希少糖7-デオキシセドヘプツロース (7dSh) は、植物のシキミ酸経路を阻害する。シキミ酸経路は芳香族アミノ酸や特定の植物ホルモンの合成に必須であるため、7dShは植物の生育を阻害する。この作用は除草剤グリホサートと類似しており、シロイヌナズナを用いた実験で生育阻害効果が確認された。7dShは酵母など他の生物にも影響を与える。微細藻類である藍藻の研究はこれまで困難だったが、急速な研究進展により、7dShのような新規化合物の発見につながり、除草剤開発などへの応用が期待される。
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植物は陸上に進出する際、強光による活性酸素の発生という問題に直面した。その対策として、キサントフィルサイクルという仕組みを獲得した。これは、強光下ではビタミンC（アスコルビン酸）を使ってキサントフィルという色素を変換し、集光効率を下げて活性酸素の発生を抑える仕組みである。逆に弱光下では、変換を逆向きに行い集光効率を上げる。ビタミンCを多く含む小松菜のような緑黄色野菜の存在は、このキサントフィルサイクルと関連づけて理解できる。このことから、作物栽培においてビタミンC合成に着目することで生産性向上につながる可能性がある。
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石垣の表面にオレンジ色の模様を作るダイダイゴケを接写で観察。高倍率撮影のできるOLYMPUS TGシリーズのカメラを使用し、肉眼では見落としてしまう細部まで捉えている。オレンジ色の正体は、以前観察した黄色い地衣類と同様に、アントラキノン系色素の可能性が高い。さらに拡大すると、ダイダイゴケの周辺にキラリと光るものが見える。これは花崗岩の風化で現れた石英ではないかと推測している。接写によって、普段は見えないミクロの世界を観察できる面白さを改めて実感している。
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健康食品として知られる緑藻クロレラは、藍藻（シアノバクテリア）とは異なり真核生物である。シアノバクテリアは原核生物で、体全体で光合成を行う。一方、クロレラのような緑藻は、シアノバクテリアを細胞内に取り込み共生することで光合成能を獲得した。この共生により葉緑体が誕生し、植物細胞の基礎となった。
クロレラはシアノバクテリアより多機能であり、塩類集積土壌への影響を理解するには、緑藻についての網羅的な知識が必要となる。
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岩肌に群生する黄色い地衣類は、ロウソクゴケの可能性がある。地衣類は菌とシアノバクテリア/緑藻の共生体で、ロウソクゴケの黄色は共生藻の色ではなく、ウスニン酸という色素による。ウスニン酸は抗菌性を持つため、地衣類はこれを分泌して岩肌という過酷な環境で生存競争を繰り広げていると考えられる。
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土壌再生において、藍藻類の役割に着目した記事を要約します。藍藻類、特にネンジュモは、塩類集積地などの荒廃土壌において、粘液物質（多糖類）を分泌することで土壌の物理性を向上させる効果があります。土壌藻である藍藻類は土壌粒子を包み込み、団粒構造を形成します。この団粒構造は、塩類集積地のような劣悪な環境でも形成され、植物の生育に適した環境を創造するのに貢献します。これは、従来の牛糞を用いた土壌改良とは異なるアプローチであり、荒廃土壌の再生に新たな可能性を示唆しています。
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藍藻類であるユレモは、シアノバクテリアに分類される微生物で、顕微鏡で見るとゆらゆらと動く。この動きは「滑走運動」と呼ばれ、体表の孔から分泌される粘液の反動で前進する。分泌される粘液は種によって異なり、毒性を持つものも存在する。ユレモの滑走運動は土壌理解の重要な要因となるようだが、詳細は次回に持ち越される。
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藻類は、酸素発生型の光合成をする陸上植物以外の生物の総称。土壌藻のような肉眼で見えるものから、微細藻類のような見えないもの、海藻のような大型のものまで含まれる。ただし、梅花藻のような水草は藻類ではないと思われる。藻類の光合成量は陸上の植物に匹敵し、気象への影響も大きい。土壌藻を理解するには、微細藻類や海藻を含む藻類全体の理解、ひいては海の理解が必要かもしれない。
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塩類集積地のような過酷な環境でも、藍藻類は光合成と窒素固定を通じて生態系の基盤を築く。藍藻は耐塩性が高く、土壌表面にクラストを形成することで、他の生物にとって有害な塩類濃度を低下させる。同時に、光合成により酸素を供給し、窒素固定によって植物の生育に必要な窒素源を提供する。これらの作用は土壌構造を改善し、水分保持能力を高め、他の植物の定着を促進する。藍藻類の活動は塩類集積地の植生遷移の初期段階において重要な役割を果たし、最終的には植物群落の形成に繋がる。このように、藍藻類は過酷な環境を生命が繁栄できる環境へと変える重要な役割を担っている。
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地衣類は、光合成を行うシアノバクテリアまたは緑藻と共生している菌類です。地衣類は、菌が光合成生物に必要な栄養を提供し、光合成生物が合成した産物を菌に返します。この共生関係により、地衣類は木の幹などの栄養分に乏しい環境でも生存できます。
地衣類の光合成にはマンガンが必要ですが、地衣類は宿主からマンガンを吸収していると考えられます。これは、死んだ幹に残った微量元素を活用している可能性を示唆しています。つまり、地衣類は木の残りを再利用することで、山の生態系における栄養循環に貢献している可能性があります。