これらの知見を利用すれば、以下のような実験系によって任意の周期の体内時計を備えた株を得られるのではないかと考えた。シアノバクテリアを変異原で処理する。次に変異原で処理したシアノバクテリアを明暗サイクルの下で継代培養し続ける。このとき明暗サイクルの周期は、自分が得たい体内時計の周期にする。この条件では継代培養を続けると、外界の明暗サイクルの周期に近い体内時計を備えたシアノバクテリアが、他のシアノバクテリアを淘汰するため、望んだ周波数の体内時計を備えた株が得られると考えられる。この実験はシアノバクテリアの体内時計が外界の周期に合ったものに進化する過程を再現するという意味で面白いと考える。外界の周期と体内時計の周期を合わせることで適応度が上がるのは、どの範囲の周期までなのかを調べられるという意味でも面白いと考える。極端に短かすぎたり長すぎたりする周期の明暗サイクルの下では、周期に合った体内時計を備えた株よりも、明暗サイクルの周期に依存しない発現制御をした方が高い適応度になる可能性があると考えた。例として外界の周期を備えた時計タンパク質がつくり得ないという時計タンパク質の構造上の制約がある可能性が考えられる。このような場合は体内時計が外界の周期に合ったものに進化しない結果になると予想している。この実験では仮に外界の周期に合わないシアノバクテリアが最終的に得られた条件があったとして、それが培養時間の不足によるものなのか、明暗サイクルの周期に依存しない発現制御をした方が高い適応度になる条件であるからなのかは判断が付かないことに注意が必要になると考えられる。(1998).A:これは面白いアイデアだと思います。適応度の差が十分に大きければ、実際に面白い実験系になりそうですね。言うと、遺伝子の破壊というon/off(質的な)変化によって、異なる概日リズムという量的な変化を連続的に生み出せるのか、という問題はあるように思います。Q:今回は呼吸、光合成、エネルギーの関係について、そして培養中の表現型の変化について学んだ。今回授業中に提示されたSynechocystis以外にも、育成中になぜか表現型が変化してしまうシアノバクテリアは多く存在する。株によって走光性が真逆になっているほか、本来まったくもっていないはずの抗生物質耐性を獲得してしまうことなども起きる。継代培養によって野生株に変異が蓄積されていき、いつの間にか「野生株」が「野生株」としての働きをなしていないようにも考えられる。シアノバクテリアについて、他大学で出された論文を再現できないどころか同じ研究室で再現実験を行えないこともある。示すことのできる野生株を定義するため、シアノバクテリアを研究している多くのラボで「野生株」として扱っている株を提出し、そのDNAを解析することでお互いの研究室間でどの程度の差が生じているかを確認し、再度「野生株」の定義を行う必要があると考える。A:これはその通りなのですが、「お互いの研究室間でどの程度の差が生じているかを確認」することはできたとして、その後は、どのように「再度野生株の定義を行う」のかがよくわかりませんでした。Q:今回の講義中での実験データでは実際の自然環境とおおよそ同じである19時~7時の太陽が昇っていない時間帯で植物の呼吸を確認しており、Spinaciaの呼吸速度は光合成をおこなわなくなった瞬間が最も高く、次第に低くなっていくというデータが取れている。ここで、このデータが呼吸基質の量に依存しているというデータが示されていたが、概日時計の影響も考慮してみるのもよいのではないかと考えた。動物で存在を知られている概日時計だが植物にも存在しており、時計遺伝子により制御されている。私は光合成と呼吸もこの概日リズムの影響を何かしら受けているのではないかと考える。確かめるための実験としては、Spinaciaを12時間ごとの明暗サイクルにより育成する。その後、明状態の時間を一気に24時間にして呼吸速度を観察する。時計遺伝子により呼吸や光合成が制御されている場合は、明状態が12時間続いた後は呼吸速度及び光合成量のいづれかもしくは両方が落ちていくことが考慮される。A:きちんと考えられていますが、結論は、概日リズムの関与をフリーランの実験によって検証するということですから、ある意味で当たり前の実験になっている点が少しもったいない気がします。(1997)の実験結果のうち、グルコースの非添加条件下におけるWSとWLの割合が変化した結果について、これは必ずしも培養環境における「適者生存」の例とは言えないと考える。そもそも環境への適応度の違いがあるのであれば、未希釈時でもWLの比率は相対的に増加すると予測される。本実験では希釈時にのみWLの割合が増加しており、この結果からは、WLがWSと比較して希釈という撹乱への耐久性が高いため結果的に割合が変化したという可能性も考えられる。よって培養環境における「適者生存」を示すのであれば、シアノバクテリアの増加に伴い培地の水溶液量を徐々に増やし、攪乱による影響を減らしつつも個体数密度を保つような実験系にすべきと考える。A:おそらく、提案されているのは、連続培養実験でしょうね。希釈を繰り返すいわゆるバッチ培養に比べて、連続培養の実験の方が、余計な問題は生じないという点は、その通りだと思います。Q:シアノバクテリアの小進化について、考えうる研究にもたらす影響について記述する。講義では、シアノバクテリアで環境応答にかかわる1遺伝子の変異が生じることで、変異株が野生株と駆逐して優占する小進化が観察された例について解説をしていただいたが、例のように表現型に明瞭な差が出ず変異に気づかないことも十分あり得るし、その場合に、コントロールとして扱えない可能性があるためシアノバクテリアの研究ではその都度、配列の解析が必要ではないかと考え、論文でどういった記載がされているのか調べた。結果として、論文に記載されているのはシアノバクテリアの株名のみが多かった。実際、マウスやシロイヌナズナでも表現型に出ない変異は想定されるため、小進化の線引きは表現型に明瞭な差が出るかどうかであり、そこがコントロールとして扱えるかどうかの判断基準となっていると考えた。A:ここで述べられていることは案外重要で、たまにですが、「野生型」として使った株と、遺伝子破壊株の親株が異なったため、遺伝子破壊の影響ではなく、「野生化于/親株」の違いを見ていただけだった、という研究例が存在します。Q:構成呼吸係数が温度に依らないのは、一定の物質を作るのに必要なエネルギーは温度によらず一定であるから、というお話があった。これに加えて構成呼吸係数が一定であるのは、成長の観点に立った時、時間的?成長的?制御が大事になってくるからではないかと思った。植物が必要な確保しなければならないエネルギー量を考えた際に、植物が生育し始めた頃には構成呼吸の方が維持呼吸よりも大きく、成長限界を迎えた際には構成呼吸よりも維持呼吸の方が大きくなるのではないかと考えた。構成呼吸と維持呼吸量の分配は成長段階に応じて時間的な制御を受けることとなる。この時維持呼吸は植物体が大きくなればなるほど必要量が増えるので、他の化学反応と同じように温度上昇に伴って大きくなると考えた。一方で構成呼吸は成長に伴って必要量が減少するため、温度ではなく成長に関連するホルモンの分泌量など他の因子による調整を受ける方が重要なので温度依存性がないのではないかと思った。A:題材は非常に独自の視点があってよいと思います。ロジックとして、「他の因子による調節を受ける」ので「温度依存性がない」というところのつながりが理解できませんでした。調節を受けることによってある条件と別の条件で異なる反応速度を示すことは、それぞれの条件で温度を変化させたときに反応速度が変わるかどうかとは独立の事象であるように思われます。Q:構成呼吸と維持呼吸について考えた。呼吸速度と光合成速度の関係式において、維持呼吸は光合成に依存しないとして要素に組み込まれていたが、それのみを利用した場合、日焼けなどの外部刺激により失われていく細胞の置換頻度の変化に関係する呼吸量に関して、構成呼吸の計測に要素として含まれる可能性が残ってしまうため、成長と外界からの刺激による細胞の損傷が完全に比例しない限り定数の決定に支障が出てしまうはずである。この点において明確化をするのであれば構成呼吸と維持呼吸とは独立した評価が必要であり、その測定には種としての成長の限界を迎え、種子などの形での個体そのものの維持以外を目的とした栄養利用等がなくなった植物の呼吸について測定するといったことでデータを増やすことが必要と考えた。その場合には光合成量や乾燥重量と同じように、表面積を重視した変数が必要となると予想される。A:よく考えていますね。いう分類自体が、かなり恣意的なものですから、それを具体的な生理的メカニズムに当てはめる際には注意が必要です。最後の一文は、何やら面白そうなのですが、なぜそのように予想したのか、ぱっとわかりませんでした。説明が欲しいところです。Q:本講義では呼吸と光合成の関係、および研究室レベルで確認できたシアノバクテリアの進化について学んだ。世代を重ねる必要があるとはいえ、シアノバクテリアの繊毛による運動性の程度の変化や、講義で挙げられていた強光への耐性獲得とグルコース存在下での致死的影響など、研究室で行われる世代交代のレベルで小進化と呼べるような遺伝子変異が確認できる点が気になったため、この変異の起こる理由について考察した。そもそも微生物の細胞分裂時における遺伝子変異の頻度は、各遺伝子あたり10-7-10-8となっているが、研究として培養されている場合は微生物の個体数自体が大量に存在するため、遺伝子変異そのものが起きても不思議ではない。(1)本来遺伝子に変異があった場合でも、特定の変異が起こった個体がそのまま生存し、数を増やして集団として成り立つ可能性は低い。変異が起こった個体が、その環境により適応したものであるなら、個体数を伸ばし、集団として確立する。例としては薬剤耐性菌であり、耐性を持つ菌が優先的に生存するため、継続した薬剤使用環境下でそのような菌が発生しやすい。これを踏まえて研究室での小進化が多数確認される理由として、本講義で挙げられていた強光下というシアノバクテリアにとっての制限条件が、WL3株のような強光に耐性を持つ個体の発生を助けていると考えられる。研究室で実験生物として使用される以上、微生物を捕食するプレデターがおらず、たとえ変異が起こり、逃走のための移動能力が著しく低下したとしても、それは制限要因にならないという点も、変異の蓄積と集団内での個体数増加の一因となっていると考えられる。庸之助,化学と生物1965,3巻7号A:きちんとした論理展開になっています。発想自体はある意味で当たり前の所に落ち着いているように思いますが、このテーマの場合はしょうがないかもしれません。Q:シアン耐性回路の比較について考える。ホウレンソウとクワイズモの呼吸速度を比較すると、ホウレンソウは減少してからある値に収束しているのに対し、クワイズモはある値でおおよそ一定である。早い時間と遅い時間のホウレンソウ及びクワイズモのシアン耐性経路とシトクロム経路の吸収速度値を見ると、ホウレンソウは時間の経過によりシアン耐性経路の値がほぼなくなりシトクロム経路の値が増加しているのに対し、クワイズモは時間の経過によりシアン耐性経路の値がほぼなくなり同様のシトクロム経路の値を示している。この2つのグラフより、シアン耐性経路は一定となる呼吸速度と特定の時間(計測している時間)の呼吸速度の差に依存しているのではないかと考える。そのため、時間が経過し、ほぼ一定の値になると、シアン耐性経路の値がなくなるのではないかと考える。ホウレンソウはその差が大きく、クワイズモはその差が小さいことで、シアン耐性経路に関してもホウレンソウは大きく、クワイズモは小さいという結果に表れている。これを実験的に証明するためには細かい時間周期で連続的にシアン耐性経路の呼吸速度を測定することが必要である。その結果をグラフ化することで確かめることができる。シトクロム経路に関しては一定値が速い時間における呼吸速度になると考えられる。ホウレンソウとクワイズモの呼吸速度を比較すると、ホウレンソウは時間の経過によりシトクロム経路の呼吸速度が大きく増加しているが、クワイズモは時間の経過によりシトクロム経路の呼吸速度が変化していない。これは、シトクロム経路のエネルギーがシトクロム経路のエネルギーに変換されるのではないかと考える。ホウレンソウのシトクロム経路の呼吸速度が大きくなり、クロム経路の呼吸速度がほぼ変化していないことに矛盾していない。これを実験的に証明するためには、同様に短い時間周期で連続的にシアン耐性経路とシトクロム経路の呼吸速度を測定することが必要である。その結果をグラフ化することで確かめることができる。A:独自の考えによって論理を展開していてよいと思います。「シトクロム経路のエネルギーがシトクロム経路のエネルギーに変換される」といった部分は、意味が分かりませんでした。University。