最高用量のヒ素

太陽光のエネルギーを利用するために、微生物はさまざまな戦略を開発してきました。陸上植物、藻類、シアノバクテリアは太陽エネルギーを利用して水を分解し、それによって 2 つの電子を獲得します。彼らはこれを利用して、空気中の二酸化炭素ガスを、生きるために必要な炭水化物やその他の有機化合物に変換します。シアノバクテリアはおそらく約 27 億年前にこの太陽エネルギーの効率的な利用を発明しました。その後、大気はこの形態の光合成の廃棄物である酸素を徐々に豊富にし始めました。酸素があって初めて、地球上の高次の生命への道が明らかになりました。

酸素のない環境では、細菌は別の方法で太陽光を利用することもあります。たとえば、赤色と緑色の硫黄細菌は、太陽光の助けを借りて硫化水素を硫黄または硫酸塩に酸化します。この形式の光合成では、炭水化物の生成に電子 1 つだけを使用できます。酸素発生型光合成よりも化学的に単純で、進化の観点からは古いと考えられています。

カリフォルニアのモノ湖には、ヒ素と硫黄が豊富に含まれた塩辛くて有毒な出汁が流れる池があり、その底は最もまばゆいばかりの色の生物膜で覆われています。クルプの研究者らは、この細菌も代謝にヒ素を使用しているのではないかと疑い、実験室で赤と緑のバイオフィルムのサンプルを調べた。ある実験では、単細胞生物に唯一の電子源としてヒ素を与えた。彼らは、微生物が光なしでは繁殖しないことを発見しました。光が存在すると、バイオフィルムはヒ素-III 化合物をヒ素-V と呼ばれるものに酸化します。彼らは、ヒ素を好むこの原生動物が、紫色細菌とシアノバクテリアのグループに属していることを発見した。

ヒ素代謝の進化の歴史は今、書き直される必要があるかもしれない。高度に酸化されたヒ素-V を食物源として使用する微生物は比較的広く普及しています。これまで微生物学者は、微生物は酸素光合成の発明後に初めて出現したと考えていた。これまでに知られているヒ素 V を生成できる唯一の細菌は、そのために酸素を必要とします。クルプ氏らは現在、ヒ素細菌のあらゆる変異体が早い段階から地球上に存在していたのではないかと疑っている。

この発見には実用的な価値もある可能性があり、専門家らは新たに発見された微生物の能力を利用して、ヒ素で汚染された飲料水を浄化できることを期待している。