私たちの地球上の広大な海には、さまざまな小さな微生物が生息しています。それらは肉眼では見ることができませんが、世界の海洋の健全性に重要な役割を果たしています。海水一滴の中には、数百種の異なる細菌が藻類や動物プランクトンとともに生息しています。主に従属栄養生物であるため、それらは死んだ有機物を食べます。科学者たちは、これらの従属栄養細菌の生活が厳密な昼夜のリズムに従っていることを発見しました。これまでは一部のシアノバクテリアでしか知られていませんでした。人間と同様に、体内時計が動物の代謝メカニズムを制御しているようです。細菌の体内の特定のプロセスに必要な遺伝子は、特定の時間にオンまたはオフになります。異なる種の日常生活は似ていますが、時間的にはわずかに異なります。
こうした生物学的活動の毎日のパターンを観察するために、ハワイ大学ホノルル校のエリザベス・オッテセン氏とその同僚たちは、浮遊ロボットを太平洋に配備しました。いわゆる環境サンプル処理装置（略してESP）は、北太平洋の環流の流れを3日間追跡し、従属栄養性のロゼオバクターやペラギバクター、さらに無機物質を利用するシアノバクテリアであるプロクロロコッカスなどの細菌性プランクトンがいっぱいの水サンプルを採取した。光エネルギーの助けを借りて、つまり2時間ごとに光独立栄養的に生きます。研究チームはハワイの海域から超能力者を釣り上げた後、実験室でサンプルを分析した。最新の配列決定技術を使用して、さまざまな細菌集団の遺伝子活性プロファイルが最終的に作成されました。重要なタンパク質を形成するために、どの遺伝子がいつ発現したかを示します。
時計の光？
たとえば、科学者らは、ロゼオバクターが、朝の利用可能な太陽エネルギーを効果的に利用できるように細胞を準備する遺伝子を夜の11時から午前4時まで発現させることを観察することができた。研究チームは、調査したすべての種について、特に高い代謝活動の周期的段階の後には常に代謝の回復時間が続くことも発見した。細菌の生活リズムを調節する要因はおそらく日光の有無だけではない。この結果は、他の基準も日常生活を決定することを示唆している、と研究者らは書いている。海岸近くのペラギバクター個体群は、外洋の個体群とは異なる行動を示しました。しかし研究者らは、細菌群集が生きている時計がどのように正確に機能するのかをまだ説明できていない。
しかし、1 つ確かなことは、さまざまな種の正確なタイミングでの代謝活動が海洋生態系にとって極めて重要である可能性があるということです。特定の細菌は、とりわけ海藻への栄養素の供給者としての役割を果たし、海藻は海の食物連鎖の基礎を形成します。多くの異なる種は相互依存しているため、それらの代謝も調整されることが適切であると考えられます。たとえば、研究者らは、従属栄養細菌集団の一日のリズムが、隣接する光独立栄養細菌のリズムと似ていることを観察しました。これらは従属栄養細菌の餌となる有機物質を生成します。 「特定の生物地球化学活動のこのような一時的な相互作用は、例えば海洋におけるエネルギーの分配などの重要な調節機能を果たす可能性がある」と研究者らは述べている。
