日本語AIでPubMedを検索
海底に生息する有孔虫の嫌気性代謝
Anaerobic metabolism of Foraminifera thriving below the seafloor.
PMID: 32641728 DOI: 10.1038/s41396-020-0708-1.
抄録
有孔虫は単細胞の真核生物（原生生物）であり、環境・古環境指標や生物層序学的なツールとして、生態学的に重要な存在である。また、有孔虫は、底生生物群集の主要な構成要素である無酸素環境下でも生存することが可能である。しかし、有孔虫類の無酸素環境への細胞適応については、まだ十分に解明されていない。本研究では、ナミビア棚の海底堆積物中の酸化性-無酸素遷移帯をサンプリングし、有孔虫類群集を構成するボリビナ属とステインフォア属を同定し、メタトランスクリプトームを用いて異なる地球化学的条件における有孔虫類の代謝を明らかにした。無酸素堆積物中の有孔虫遺伝子の相対的な発現量は、10日間の培養実験で一桁の増加を示した。このことは、多くの有孔虫が無酸素環境下で生存しているだけでなく、繁栄していることを示唆している。また、これらの有孔虫の嫌気性エネルギー代謝は、糖やアミノ酸の発酵、フマル酸の還元、硝酸塩の還元などが特徴的であった。さらに、無酸素下では、有孔虫はリン酸クレアチンをATPの貯蔵庫として利用しており、嫌気性代謝中の急激なエネルギー需要に備えて高エネルギーのリン酸塩プールを維持していることが、遺伝子発現データから明らかになった。これは、ファゴサイトーシスやクラスリン媒介エンドサイトーシス（CME）に関与する遺伝子とともに共発現していた。有孔虫は、ファゴサイトーシスによる餌細胞の摂取に加えて、溶存有機物を炭素やエネルギー源として利用するためにCMEを利用している可能性がある。これらの嫌気性代謝メカニズムは、5億年以上前のカンブリア紀以降の化石記録に記録されている有孔虫の生態学的成功を説明するのに役立つ。
Foraminifera are single-celled eukaryotes (protists) of large ecological importance, as well as environmental and paleoenvironmental indicators and biostratigraphic tools. In addition, they are capable of surviving in anoxic marine environments where they represent a major component of the benthic community. However, the cellular adaptations of Foraminifera to the anoxic environment remain poorly constrained. We sampled an oxic-anoxic transition zone in marine sediments from the Namibian shelf, where the genera Bolivina and Stainforthia dominated the Foraminifera community, and use metatranscriptomics to characterize Foraminifera metabolism across the different geochemical conditions. Relative Foraminifera gene expression in anoxic sediment increased an order of magnitude, which was confirmed in a 10-day incubation experiment where the development of anoxia coincided with a 20-40-fold increase in the relative abundance of Foraminifera protein encoding transcripts, attributed primarily to those involved in protein synthesis, intracellular protein trafficking, and modification of the cytoskeleton. This indicated that many Foraminifera were not only surviving but thriving, under the anoxic conditions. The anaerobic energy metabolism of these active Foraminifera was characterized by fermentation of sugars and amino acids, fumarate reduction, and potentially dissimilatory nitrate reduction. Moreover, the gene expression data indicate that under anoxia Foraminifera use the phosphogen creatine phosphate as an ATP store, allowing reserves of high-energy phosphate pool to be maintained for sudden demands of increased energy during anaerobic metabolism. This was co-expressed alongside genes involved in phagocytosis and clathrin-mediated endocytosis (CME). Foraminifera may use CME to utilize dissolved organic matter as a carbon and energy source, in addition to ingestion of prey cells via phagocytosis. These anaerobic metabolic mechanisms help to explain the ecological success of Foraminifera documented in the fossil record since the Cambrian period more than 500 million years ago.