単細胞生物

単細胞生物
Valonia ventricosa は、直径が通常1～4センチメートル（0.4～1.6インチ）の藻類の一種で、

単細胞生物は、単細胞生物とも呼ばれ、複数の細胞からなる多細胞生物とは異なり、単一の細胞からなる生物です。生物は、原核生物と真核生物の2つの一般的なカテゴリに分類されます。ほとんどの原核生物は単細胞であり、細菌と古細菌に分類されます。多くの真核生物は多細胞ですが、原生動物、単細胞藻類、単細胞真菌など、単細胞もあります。単細胞生物は最も古い生命体であると考えられており、初期の原細胞は35〜41億年前に出現した可能性があります。^{[1] [2]}

一部の原核生物はコロニーで生活していますが、それらは異なる機能を持つ特殊化した細胞ではありません。これらの生物は一緒に生活しており、各細胞は生き残るためにすべての生命プロセスを実行する必要があります。対照的に、最も単純な多細胞生物でさえ、生き残るために互いに依存する細胞を持っています。

ほとんどの多細胞生物は単細胞のライフサイクル段階を持っています。例えば配偶子は多細胞生物の生殖単細胞です。 ^[3]さらに、多細胞性は生命の歴史の中で何度も 独立して進化してきたようです。

Dictyostelium discoideumのように、一部の生物は部分的に単細胞です。また、 Caulerpa、Plasmodium、Myxogastriaのように、単細胞生物でも多核になることがあります。

原始的な原細胞は、今日の単細胞生物の前身です。生命の起源は依然として謎に包まれていますが、現在主流となっているRNAワールド仮説と呼ばれる理論では、初期のRNA分子が有機化学反応と自己複製を触媒する基礎となっていたと考えられています。^[4]

区画化は、化学反応をより起こりやすくするだけでなく、外部環境との反応を区別するためにも必要でした。たとえば、初期のRNAレプリケーターリボザイムは、分離されていなければ、異なるRNA配列の他のレプリケーターリボザイムを複製していた可能性があります。^[5]通常のDNAゲノムの代わりにRNAゲノムを持つこのような仮想細胞は、「リボセル」または「リボサイト」と呼ばれます。^[4]

脂質のような両親媒性物質を水中に置くと、疎水性の尾部が凝集してミセルや小胞を形成し、親水性の端が外側を向きます。^{[2] [5]}原始細胞は、化学反応と環境を分離するために自己組織化脂肪酸小胞を使用していた可能性があります。^{[5]これらの単純な}膜は単純で、水中で自己組織化する能力があるため、他の形態の初期の生物学的分子よりも古いと考えられます。 ^[2]

原核生物には、ミトコンドリアや核などの膜で囲まれた細胞小器官がありません。^{[6]代わりに、ほとんどの原核生物には、}核様体と呼ばれる、DNAを含む不規則な領域があります。^[7]ほとんどの原核生物は、単一の環状染色体を持ち、これは通常線状染色体を持つ真核生物とは対照的です。^[8]栄養的には、原核生物は、硫黄、セルロース、アンモニア、亜硝酸塩など、代謝に利用するために幅広い有機および無機物質を利用する能力があります。^[9]原核生物は環境中に比較的遍在しており、一部（極限環境生物として知られています）は極端な環境で繁栄します。

細菌は世界で最も古い生命形態の 1 つであり、事実上自然界のあらゆる場所に存在します。^[9]多くの一般的な細菌はプラスミドを持っています。これは細菌の染色体とは別の、短くて環状の自己複製 DNA 分子です。^[11]プラスミドは、抗生物質耐性という現在極めて重要な新しい能力を担う遺伝子を運ぶことができます。^{[12]細菌は主に}二分裂と呼ばれるプロセスを通じて無性生殖します。しかし、約 80 種類の細菌は、自然な遺伝子形質転換と呼ばれる有性プロセスを経ることができます。^[13]形質転換は、細菌が DNA をある細胞から別の細胞に移すプロセスであり、受容細胞におけるDNA 損傷の修復のための適応であると思われます。 ^{[14]さらに、プラスミドは、}接合と呼ばれるプロセスで線毛を使用して交換することができます。^[12]

光合成を行うシアノバクテリアは、おそらく最も成功したバクテリアであり、地球の初期の大気に酸素を供給することで変化をもたらしました。^[15] ストロマトライトは、シアノバクテリアと関連する群集細菌が残した炭酸カルシウムと閉じ込められた堆積物の層で構成された構造で、広範な化石記録を残しました。 ^{[15] [16]}ストロマトライトの存在は、始生代（40億年前から25億年前）、原生代（25億年前から5億4000万年前）、顕生代（5億4000万年前から現在）にわたるシアノバクテリアの発達に関する優れた記録を提供します。^[16]世界中の化石化したストロマトライトの多くは、西オーストラリアで見つかります。^[16]そこでは、約34億3000万年前にさかのぼる、最も古いストロマトライトのいくつかが見つかっています。^[16]

クローン老化は細菌内で自然に起こり、外部ストレスがなくても起こり得る損傷の蓄積によるものと思われます。^[17]

熱水噴出孔は熱と硫化水素を放出し、極限環境細菌が化学栄養成長によって生き延びることを可能にする。 ^[19] 古細菌は一般的に細菌と外観が似ているため、もともと細菌として分類されていたが、膜構造とリボソームRNAにおいて特に顕著な分子的差異がある。^{[20] [21]}リボソームRNAの配列決定により、古細菌は細菌から分岐し、現代の真核生物の前身であり、実際には系統学的には真核生物に近いことが判明した。^[21]その名前が示すように、古細菌はギリシャ語のarchaiosに由来し、元の、古代の、または原始的なを意味する。^[22]

一部の古細菌は地球上で最も生物学的に過酷な環境に生息しており、これは生命がさらされていたと思われる初期の過酷な環境を何らかの形で模倣していると考えられています^[要出典]。これらの古細菌の好極限環境生物の例は次のとおりです。

• 好熱菌、最適生育温度は50℃～110℃で、ピロバキュラム属、ピロディクティウム属、ピロコッカス属、テルムス・アクアティカス属、メラノピルス属が含まれる。^[23]
• 好冷菌、最適生育温度が15℃未満、メサノゲニウム属やハロルブルム属など。^[23]
• アルカリ好性菌、最適増殖pHが8以上、ナトロノモナス属を含む。^{[23] [24]}
• 好酸性菌、最適生育pH3未満、サルフォロバス属、ピクロフィラス属など。^{[23] [25]}
• 好圧菌（好圧菌としても知られる）は、メタノコッカス属やパイロコッカス属などの深海環境など、130MPaまでの高圧を好む。^[23]
• 好塩菌は、0.2 M～5.2 M NaClの高塩濃度で最適に増殖し、 Haloarcula属、Haloferax属、Halococcus属が含まれる。^{[23] [26]}

メタン生成菌は古細菌の重要なサブセットであり、多くの極限環境細菌を含みますが、湿地環境や動物の反芻動物や後腸にも遍在しています。^[27]このプロセスでは、水素を利用して二酸化炭素をメタンに還元し、エネルギーを利用可能な形態のアデノシン三リン酸に放出します。^[27]メタンを生成できる唯一の生物として知られています。^[28] DNA損傷を引き起こすストレスの多い環境条件下では、古細菌の一部の種が凝集して細胞間でDNAを転送します。^[29]この転送の機能は、受容細胞内の損傷したDNA配列情報を、供与細胞からの損傷のない配列情報に置き換えることであると思われます。^[30]

真核細胞には膜で囲まれた細胞小器官が含まれています。例としては、ミトコンドリア、核、ゴルジ体などがあります。原核細胞は、おそらく20億年から14億年前に真核細胞に移行しました。^[31]これは進化における重要なステップでした。原核生物とは対照的に、真核生物は有糸分裂と減数分裂を使用して繁殖します。性別は、真核生物の普遍的で古くからの固有の属性であるようです。^[32]減数分裂は真の性的プロセスであり、DNA損傷の効率的な組換え修復^[14]と、両親のDNAを組み合わせて組換えを行うことによるより広い範囲の遺伝的多様性を可能にします。^[31]真核生物の代謝機能も、特定のプロセスを細胞小器官に分割することでより特殊化されています。^[要出典]

細胞内共生説では、ミトコンドリアと葉緑体は細菌起源とされている。どちらの細胞小器官も独自のDNAセットを持ち、細菌のようなリボソームを持っている。現代のミトコンドリアはかつてリケッチア^{に似た種であり、細胞内に侵入する寄生能力を持っていた可能性が高い。 [33]}しかし、細菌が呼吸可能であった場合、エネルギーと酸素の解毒と引き換えに寄生虫を生き延びさせることは、より大きな細胞にとって有益であっただろう。^[33]葉緑体はおそらく同様の一連の出来事を経て共生生物となり、シアノバクテリアの子孫である可能性が高い。^[34]すべての真核生物がミトコンドリアや葉緑体を持っているわけではないが、ミトコンドリアはほとんどの真核生物に見られ、葉緑体はすべての植物と藻類に見られる。光合成と呼吸は本質的には逆であり、光合成と組み合わせた呼吸の出現により、発酵単独よりもはるかに多くのエネルギーへのアクセスが可能になりました。^{[引用が必要]}

原生動物は、鞭毛、繊毛、仮足など、その移動方法によって大まかに定義される。^[35]原生動物の分類については、その多様性ゆえにかなりの議論があるが、ある体系では現在、原生動物界に、ユーグレナゾア、アメーボゾア、チョアノゾア・センス・キャバリエ・スミス、ロウコゾア、ペルコロゾア、微胞子虫、スルコゾアの7つの門が認められている。^{[36] [37]}原生動物は、植物や動物と同様に、従属栄養生物または独立栄養生物とみなされる。^[33]ユーグレナのような独立栄養生物は光合成によってエネルギーを生成することができるが、従属栄養原生動物は、口のような食道に食物を流し込むか、または擬足で食物を貪食する一形態によって食物を消費する。^[33]原生動物は主に無性生殖するが、一部の原生動物は有性生殖が可能である。^{[33]有性生殖能力を持つ} 原生動物には、病原性種である熱帯熱マラリア原虫、トキソプラズマ・ゴンディ、トリパノソーマ・ブルーセイ、ジアルジア・デュオデナリス、リーシュマニア属が含まれる。 ^[14]

繊毛虫は、繊毛を使って移動する原生生物のグループです。例としては、ゾウリムシ、ラッパムシ、ツリガネムシなどが挙げられます。^[38]繊毛虫は、水があるほぼすべての環境に広く生息しており、繊毛は生物を推進するためにリズミカルに拍動します。^[39]多くの繊毛虫は、獲物を捕まえたり、自分自身を固定したり、防御したりするために放出できる槍のような器官である毛嚢を持っています。 ^{[40] [41]}繊毛虫は有性生殖も可能で、繊毛虫に特有の2つの核、つまり通常の代謝制御のための大核と減数分裂を受ける別の小核を利用します。^[40]そのような繊毛虫の例には、ストレスの多い状況で受けたDNA損傷を修復するために減数分裂組換えを利用する可能性が高いゾウリムシやテトラヒメナがあります。^[要出典]

アメーボゾアは仮足と細胞質の流れを利用して環境内を移動する。赤痢アメーバはアメーバ赤痢の原因である。^[42] 赤痢アメーバは減数分裂が可能であると思われる。^[43]

単細胞藻類は植物のような独立栄養生物であり、クロロフィルを含んでいます。^[44]単細胞藻類には多細胞種と単細胞種の両方を含むグループが含まれます。

• ミドリムシは鞭毛を持つ単細胞藻類で、淡水に多く生息します。^[44]他のほとんどの藻類とは異なり、細胞壁を持たず、混合栄養性（独立栄養性と従属栄養性の両方）になることがあります。^[44]一例として、ミドリムシが挙げられます。
• 緑藻類は、主に淡水に生息する単細胞藻類です。^[44]緑藻類は陸上植物の進化に最も密接に関係していると考えられているため、特に重要です。^[45]
• 珪藻類は、珪質の細胞壁を持つ単細胞藻類です。^[46]珪藻類は海で最も豊富な藻類ですが、淡水にも生息しています。^[46]珪藻類は世界の一次海洋生産の約40％を占め、世界の酸素の約25％を生産しています。^[47]珪藻類は非常に多様で、約10万種が存在します。^[47]
• 渦鞭毛藻類は単細胞の鞭毛藻類で、セルロースで覆われているものもあります。^[48]渦鞭毛藻類は混合栄養性であり、赤潮の原因となる藻類です。^{[45]渦鞭毛藻類の中には、} Pyrocystis fusiformisのように生物発光するものもあります。^[49]

単細胞菌類には酵母が含まれる。菌類はほとんどの生息地で見られるが、ほとんどは陸上で見られる。^[50]酵母は有糸分裂によって繁殖し、多くは出芽と呼ばれるプロセスを使用し、そのプロセスでは細胞質の大部分が母細胞に保持される。^[50] サッカロミセス・セレビシエは炭水化物を二酸化炭素とアルコールに発酵させ、ビールやパンの製造に使用されている。^[51] S. cerevisiaeは、培養しやすい真核生物であるため、重要なモデル生物でもある。癌や神経変性疾患の研究や、細胞周期の理解に使用されてきた。^{[52] [53]さらに、} S. cerevisiaeを使用した研究は、減数分裂組換えのメカニズムと減数分裂の適応機能の理解に中心的な役割を果たしてきた。カンジダ属菌類。カンジダ症の原因となり、口や喉（カンジダ症として知られる）や膣（一般に酵母感染症と呼ばれる）の感染症を引き起こします。^[54]

ほとんどの単細胞生物は顕微鏡的サイズであるため、微生物に分類されます。ただし、一部の単細胞原生生物と細菌は肉眼で見えるほどの大きさです。 ^[55]例としては、

• 粘菌の一種であるブレフェルディア・マキシマは、厚さ1センチメートル、表面積1平方メートル以上、重さ20キログラムに達する例も報告されている^[56]。
• 有孔虫門に属する原生動物であるゼノフィオフォアは、知られている中で最大のもので、シリンガミナ・フラギリッシマは直径が最大20cm（7.9インチ）に達する^[57]。
• 貨幣石、有孔虫
• 緑藻綱の藻類であるバロニア・ベントリコサは、直径1～4cm（0.4～2インチ）に達することがある^{[58] [59]。}
• アセタブラリア、藻類
• カウレルパ、藻類、 ^{[60] [信頼できない情報源？ ]} 3メートルまで成長することがある^[61]
• グロミア スファエリカ、アメーバ、5 ～ 38 mm (0.2 ～ 1 インチ) ^[61]
• チオマルガリータ・マグニフィカは最大の細菌で、長さは最大20mmに達する。
• Epulopiscium Fishelsoni、細菌
• ラッパムシ、繊毛虫、通称トランペット小動物
• Bursaria、最大のコルポデア繊毛虫。