[簡易復元] NASA ヒ素を食べて生きる細菌を発見！
- 2011/12/03 18:00
（この記事のオリジナルは2010年12月13日に書かれたが、ファイルが失われたため完全に新たに書き直す）
昨年の今日12月3日の読売新聞夕刊に、「猛毒ヒ素 食べる細菌」が発見されたとしてセンセーショナルに報道された（1枚目の写真）。もちろん、これまでに全く知られていなかった大発見であり、私も大変驚いたことを覚えている。ただ、この発見の面白いところは、私が推測するに、ほとんど誰もこれまでこの種の研究をしてこなかったことだろうと思う。そんなことがこの研究から垣間見えるから私には特に面白く思えた。
これまで私たちが知っている地球上の生き物には、炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄の6元素が必須であった。今回の発見はこの考えを覆すもので、リンの代わりにヒ素があれば生きられる生き物がいるということである。それを発見したのは、カリフォルニア州にあるNASAの合衆国地質研究所所属のFelisa Wolfe-Simon博士らのグループで、2枚目写真の左側のモノ湖の泥から発見した細菌類の中にそんな生き物が潜んでいたのである。右側はその研究に主たる役割を果たしたWolfe-Simon博士である（Science, Vol. 330, 1302, 2010）。
モノ湖は高い塩分濃度で知られ、しかもヒ素が高濃度で含まれている。
彼女たちはその泥から分離した細菌をリン元素を含まず、その代りにヒ素を加えた培養液で培養し続けても、遅い速度ではあるが分裂・増殖し続ける細菌が存在することを発見した。そして、通常ならリン元素を確実に含んでいるDNAやタンパク質などを特殊な方法で調べたところ、リン元素は存在せず、ヒ素元素が含まれていることを証明した。いまのところ、ヒ素元素が普通ならリン元素が存在する化合物に同様の化学結合で存在しているかどうかの証明はないが、多分リンの代役をしているのだろうと推測されている。
ヒ素がリンの代役をしているであろうと推測される主な理由は次のようなものである。学校の化学の授業で教えられ、未だに覚えている方も多いと思われるが、
いわゆる周期律表に関係することである。3枚目の写真はかなり前から文部科学省が一家に一枚の普及を目指している新しい、カラフルな周期律表である。この表の基本的に意味するところは、同じ族で縦に並んでいる元素は基本的に科学的性質が似ているということである。たとえば、第15族の上からN（窒素）、P(リン）、As（ヒ素）が縦に並んでいるが（その部分を拡大したのが4枚目の写真）、それらはよく似た性質を持っており、とりわけリンとヒ素はよく似ている。ヒ素が多くの生き物にとって猛毒である理由は、ヒ素がリンに代わって入った化合物の不安定性による問題と、ヒ素がリンと競合するためにリンを含んだ化合物の生成がうまくゆかないことの2つだろうと推測されている。
今回ヒ素がリンに代わって入った化合物の推測される不安定性についてはよくわからないが、その不安定性を担保する何か新しい機構が確保されているのかもしれない。
そのような問題については今後の解明を期待するが、不思議なことにその後まだ続編となるべき論文が発行されていない。このことについては、また新しい論文が出た段階で議論したいと思う。
私はこのブログの最初の辺りで、「この発見の面白いところは、私が推測するに、ほとんど誰もこれまでこの種の研究をしてこなかったことだろうと思う。」と書いた。それはこうゆうことである。つまり、そんなこと、つまり生き物にとって猛毒として知られているようなヒ素がリンにとって代わるなんてことはあるはずがない、一旦皆がそう思い込んでしまうと、滅多なことで誰も手を出さないのである。それは誰しもが陥る研究のエアポケットみたいなものである。
そのことに関連してもう一つ指摘しておきたいことは、4枚目の写真をもう一度見ていただきたい。第14族の下にはC（炭素）、Si（ケイ素）が並んでいる。この2つはよく似た性質を持っているが、炭素の代わりにケイ素で生きる生き物がいてもよさそうなものであるが、それを追究する活発な研究は行われていないといってよい。簡単に言えば、地表部分に存在する元素の割合を表現する尺度である「クラーク数」で表すと、ケイ素は第2位であるが（第１位は酸素、炭素は第14位）、それが生き物にとって有効に使われている証拠は存在しない。
それほど大量にある元素を生き物が使いきれていないとは、私はとっても信じられないのである。皆んなはそんなことはあるはずがないと思い込んでいる節がある。かってはその研究をした研究者がいたのであるが、今そんな話は聞かなくなっている。実は稲の茎などには多量のケイ素が蓄積していると言われているが、どんな役割を果たしているのかが分からない。また、トマトをケイ素を含まない培地で育てると実がならない、という重大な結果を出した研究者もいた。しかし、ケイ素の研究が本当に難しい理由は本当は別にある。それは、我々の周りにケイ素があまりにありすぎて、実験系の中からケイ素を除外してその影響を調べる実験が難しいからである。そんなことをトップクラスの分析化学者から聞いた私はその理由でこの研究には手を出さなかったが、簡単にケイ素を、たとえば水や試薬の中から除去する方法が見つかれば、研究は大いに進展するであろうと予想できる。私はその見通しがなかったから手を出せなかったのであり、もし生き物の世界における画期的なケイ素の役割が発見されれば、それはノーベル賞級の発見であろうと思う。私の生きている間にそんな成果を見たいものである。