コラーゲンを食べる微生物の台頭が化石記録の空白を説明するのに役立つ可能性

コラーゲンを食べる微生物の台頭が化石記録の空白を説明するのに役立つ可能性

研究者たちは、地球上の最も初期の動物の一部が、本質的に脆い「ゼリー状の塊」であったにもかかわらず、化石として一般的に保存されていた理由を突き止めたかもしれません。一方、その後の軟体動物は化石記録からほとんど姿を消しています。

ケンブリッジ大学が主導した研究者たちは、その理由がコラーゲン（動物組織に含まれる構造タンパク質）を分解できる微生物の進化にある可能性があると述べています。

地球上の動物の化石記録は非常に不完全です。殻、骨、歯のような硬い体の一部は、筋肉、臓器、皮膚のような柔らかい体の一部よりも保存されやすい傾向があるため、今日私たちが持つ化石の大部分は鉱物化された骨格です。

しかし、約5億7900万年から5億3900万年前の後期エディアカラ紀の化石は異なります。この時代の化石、これには知られている最も古い複雑な動物の形態が含まれていますが、これらの初期の動物は硬い体の一部を全く持っていなかったにもかかわらず、しばしば驚くほど詳細に保存されています。一部の場所では、エディアカラ紀の生態系全体が保存されており、初期の動物の進化への豊かな窓を提供しています。

数十年にわたり、研究者たちはそのような軟組織の一般的な保存がどのように可能であったかについて議論してきました。可能性としては、エディアカラ紀の海洋における異常な化学的条件、異なる組織組成、または海底全体を覆っていた微生物スライム層の影響などが考えられました。しかし、これらの説明は場所によっては有効ですが、どこにでも当てはまるものはありません。

しかし今、ケンブリッジ主導の研究者たちは、コラーゲン分解酵素として知られるコラゲナーゼを生成する微生物の進化が答えかもしれないと述べています。彼らの結果は、Current Biology誌に報告されています。

コラーゲンは全身の動物組織に強度と支持を与えます。生物が死ぬと、コラゲナーゼはこれらの組織を急速に分解し、化石化するのに十分な時間保存される可能性を低下させます。

「例えば、現代のクラゲを考えてみてください。ビーチに打ち上げられて腐敗に任せると、数日で分解されます」と、ケンブリッジ大学地球科学科の博士課程候補者であった筆頭著者フィリップ・ヴィクセボクセ氏は述べています。「それは決して化石にはなりませんが、同様にぐにゃぐにゃした半世紀前の動物は一般的に保存されていました。」

コラーゲンはすべての動物組織に含まれていますが、それを分解する酵素がなければ、現代のプラスチックのように残ります。「生体高分子を分解するには酵素が必要です。そうでなければ、それを実際に食べられるものが現れるまで、しばらくの間そこに留まります」とヴィクセボクセ氏は述べています。

ヴィクセボクセ氏と同著者は、700の細菌ゲノムを通して微生物生物におけるコラゲナーゼ遺伝子の進化を追跡し、時間とともに微生物がコラーゲンを分解する能力をどのように獲得したかを理解するために、時間で区切られた生命の樹と比較しました。

研究者たちは、コラゲナーゼは動物よりもはるかに古いことを発見しました。当初、それらは嫌気性（酸素を嫌う）微生物にのみ存在していました。そのため、エディアカラ紀の酸素化された水中の死んだ生物は、周囲の堆積物中の酸素が使い果たされるまでコラーゲンを保持し、生物が化石化する時間をより多く与えていました。

しかし、エディアカラ紀とカンブリア紀の間の遷移期頃に、コラゲナーゼはより広範な微生物グループに広がり始めました。それらは、現代の腐敗を引き起こすグループを含む、好気性（酸素を使用する）細菌に移行しました。このシフトは、軟体動物の化石数の大幅な減少と一致します。

「これらの軟体動物が化石化しなくなったこの重要な時期頃に、好気性細菌にコラゲナーゼが出現し始めるのを目にします。これは、コラーゲン含有組織を分解する能力が、動物の多様性が加速するにつれて新しい環境に広がり始めたことを意味します」とヴィクセボクセ氏は述べています。「コラーゲンが分解できるようになった今、腐敗に打ち勝つためにはますます速い化石化プロセスが必要になり、おそらく軟組織の保存という点での化石記録の量と質が大きく低下し始めたのはそのためです。」

例外的な状況では、動物がいつ、どこで死んだか、そしてその後に何が起こったかによっては、より若い岩石に軟組織が保存されることがあります。例えば、死後すぐに堆積物の雪崩の下に埋もれた死んだ動物は、よく保存され腐敗を避けることができますが、これらの例はまれです。

「これらの結果は、地球の歴史を通じて軟組織の化石記録を形作ってきた、包括的な生物学的メカニズムが存在する可能性を示唆しています」と同著者のアレックス・リウ教授（ケンブリッジ大学地球科学科）は述べています。「微生物が主要な酵素を獲得して、成長する食料源を利用したことが、軟組織の保存可能性を低下させた可能性があります。」

ヴィクセボクセ氏は、遠い未来には現代のプラスチックにも同様の反響があるかもしれないと述べています。古代のコラーゲンと同様に、プラスチックは分解できるものが現れるまで分解されません。「コラーゲンが存在しなかったとき、細菌にはコラーゲンを効率的に分解する理由はありませんでした」とヴィクセボクセ氏は述べています。「しかし、コラーゲンがより豊富になり、これらの微生物にとって新しい食料源となったとき、コラゲナーゼは増殖しました。おそらくいつか、微生物は同様の酵素を利用して、私たちが環境に投入している増加するプラスチックポリマーを分解するでしょうが、それは私たちの時代が終わったずっと後のことです。」

この研究は、Leverhulme Trust、Natural Environment Research Council (NERC)、およびUK Research and Innovation (UKRI)の一部であるBiotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC)からの支援を受けています。

参考文献：
Philip B Vixseboxse et al. ‘Temporal heterogeneity in the animal fossil record driven by proliferation of microbial collagenases.’ Current Biology (2026). DOI: 10.1016/j.cub.2026.09.045*