循環型エネルギーサイクルの源・
自然農法にも使われる驚異のスーパー藻類
「シアノバクテリア」を知っていますか？

 

皆様は、シアノバクテリアという光合成を行う細菌をご存知でしょうか?

シアノバクテリアは池や川や海、また陸の上にも至る所に様々な姿で生息しています。
食用のスピルリナや水前寺海苔、水面に大量発生するアオコ、
雨上がりの庭先に増殖するワカメのようなイシクラゲなどがありますが、
それらは皆、シアノバクテリアの仲間です。

今回は、太古の昔から連綿と生き続けているという、
「シアノバクテリア」に秘められた大いなるパワーについてご紹介したいと思います。

シアノバクテリアとは何者か

地球に初めて酸素をもたらした、生物史の革命児

シアノバクテリアは藍色細菌とも呼ばれ、かつては藍藻（ランソウ）として
植物のカテゴリーに分類されていました。
しかし近年の研究により、菌類と同じ原核生物（核膜がなく、核酸が細胞質に直接露出している生物）
であることが明らかになりました。

極めて強い生命力を持ち、過酷な環境でも生息出来るため、
極域から赤道域、海洋から砂漠に至るまで地球上のほぼ全ての環境下で繁茂しています。

また、その起源はとても古く、32億年前に遡ると言われています。
この気の遠くなるような太古の昔に発生した微生物は、
実は、生物史の要所要所において重要な役割を果たしてきました。

それではここで、時計の針を32億年前に戻してみましょう。

当時、地球上の酸素濃度は限りなくゼロに近く、生き物の生息場所は海の中。
海底火山の噴気孔や熱水孔、地殻の中などに生息するバクテリアが
地球のエネルギーや宇宙から降り注いでくる有機物を利用して細々と生命を営んでいる程度でした。

そんな中、新たな生命体として発生したシアノバクテリアは、一大事件を起こします。

太陽光線を利用して、海水に大量に溶け込んでいた多量の炭酸ガス（二酸化炭素）を分解し、
有機物と、（当時の生き物にとっては）有毒な酸素を放出するようになったのです。

ただし酸素は強力な酸化力を持っているため、元々酸素のない世界に生きていた他のバクテリア達は、
酸素の存在下では体が錆びてしまい、生命を維持出来ません。
彼らにとって、酸素は大きな脅威でした。
そんなバクテリア達を専門家は「嫌気性バクテリア」と呼んでいます。

一方、シアノバクテリアは酸素に対処する、いわゆる錆び防止の方法を早々に身につけていました。
これら酸素を苦手としない性質を持つバクテリアは「好気性バクテリア」と呼ばれています。

その後もシアノバクテリアは、嫌気性バクテリア達のことなどお構いなしにどんどん増え続け、
他の生き物達にとってはた迷惑な酸素を放出し続けていきました。

そしてそれから12億年ほど経った頃には、海中に溶けていた鉄分がほとんど酸化し沈殿して、
鉄鉱石というものになりました。
そして酸素を捕まえる鉄分が海中になくなると、酸素は鉄によって処理されず海水に溶け込み、
海から大気中へとボコボコと放出されていったのです。

この結果、地球の大気の酸素濃度は20%以上にも達してしまいました。
それが今から20億年ほど前のことです。

今地球に暮らす私達人類にとってはごく普通の快適な酸素濃度（21％）ですが、
この状況は、嫌気性バクテリアにとっては命に関わる、まさに悪夢そのものでした。

シアノバクテリアがもたらした酸素の元で生き抜くために生物は進化した

とはいえ、嫌気性バクテリア達は、ただおとなしく滅びの道を進んだわけではありません。

この生命の一大危機をチャンスに変えるバクテリア達が現れました。

確かに、シアノバクテリアが出す酸素は有害で迷惑なものですが、別の見方をすれば、
彼らは何もないところから太陽光線と炭酸ガスを使って有機物という食べ物を
酸素と共に大量に作り出してくれていたのです。

当時の光景を想像してみて下さい。

海底には有機物たっぷりのシアノバクテリアの残骸が堆積し、
海水や大気中には新鮮な酸素が無限と思えるほどに存在していました。
生命活動にそれを利用することが出来たなら、それこそ繁栄の道筋が開けるというものです。

シアノバクテリアのおかげで生命の危機に瀕し、生き残りを模索していた嫌気性のバクテリア達は、
こうした大量の有機物がエネルギーを持っていることに目をつけました。
そして堆積した有機物の中に潜り込み、これを分解することで生命活動に必要なエネルギーを
得る術を身につけました。
これは今私達がお酒を作ったり、漬け物を作る際に起こる
｢発酵｣という現象と、原理的には同じ働きです。

ただ、これで命は繋がったとしても、繁栄にはまだほど遠い状況でした。
なぜなら、肝心の酸素という有害物はそのままだったからです。

そこで現れたのが、この有毒な酸素を巧みに利用する新種の好気性のバクテリア達です。
彼らは、有機物だけでなく生きる障害になっていた酸素からも必要なエネルギーを取り出すことに成功したのです。

簡単に言えば、その時から生物は｢食料と酸素があれば生きられるようになった｣ということですが、
何だそんなことか…と思わないで下さいね。

この酸素を利用したエネルギー補給システムが備わることで、
生物は爆発的な進化を遂げることになるのです。

生物を大きく進化させた、
２種類のエネルギー補給の仕組み

酸素を巧みに利用する新種のバクテリア達の登場は生物の生命力を大きく進歩させたわけですが、
それは具体的には２つの仕組みによるものでした。

１つは｢有毒な酸素から身を守る仕組み｣、
もう１つは｢酸素を使ってエネルギーを効率的に作り出す仕組み｣です。

有毒な酸素から身を守る「抗酸化」の仕組み

太古の生物達は、シアノバクテリアによって大量に放出された酸素でいっぱいになった大気中で生き残るために、
体内で様々な抗酸化物質を利用するようになりました。

今この記事を読んでいるあなたも、もしかしたら抗酸化作用のあるサプリメントを摂っているかもしれません。

では、何故「抗酸化サプリ」が必要なのでしょう?

太古から生き続けているバクテリア達を始め、現在地球上い生息しているほとんど全ての生物は、
生きるために酸素を必要とします。
でも酸素の持つ強力な酸化力を上手く相殺出来なければ、体内で錆びが生じ、
有害な状態を引き起こしてしまいます。

ですので酸素を使って生きている限り、体が錆びないようにするためには
抗酸化物質が絶対に必要なものなのです。

“抗酸化力が強い“ということは、すなわち生命力のレベルが高いということであり、
厳しい環境を生き抜くことが出来ます。
また、抗酸化力を強めると、老化の進行を遅くすることも出来るのです。

生物は体の中で抗酸化物質を利用する術を身につけて酸素による害を克服することによって、
地球上における生命力をさらに高めていったのです。

酸素を使い、エネルギーを効率的に作り出す仕組み

酸素を利用すれば、嫌気性バクテリアがシアノバクテリアの残骸などの有機物を発酵させて得られるよりも
約20倍も多いエネルギーを手にすることが出来ます。

何故なら、発酵は有機物を完全に分解出来ないのに対して、
酸素を利用した有機物分解の場合は、最後の炭酸ガスになるまで完全に分解することで
有機物の持つエネルギーを100%利用出来るからです。

そして前者の発酵タイプのエネルギー産出の仕組みを｢解糖系｣と呼ぶのに対し、
後者を細胞内のミトコンドリアという器官で行われていることから、
｢ミトコンドリア系｣と呼びます。

生物が持つ、効率的な2系統のエネルギー工場

生物の細胞内では、上記の「解糖系」、「ミトコンドリア系」という
非常に効率の良い2つのエネルギー工場が稼働しています。

これら2つの工場によって生み出されたエネルギーは、
ATP(アデノシン三リン酸)という物質によって媒介され、蓄積されます。
ATPは言わば、体内で使うエネルギーが詰まった電池のようなものです。
バクテリアを含めて全ての細胞は、このATPが与えるエネルギーによって元気よく働くことが出来るのです。

解糖系とは？

有機物が糖に分解され、細胞内の解糖系でさらに分解されます。
解糖系で分解された糖はわずかなATPを産生した後、次にミトコンドリア系に移動して
様々な酵素によって幾つもの物質に変換されるTCA回路(クエン酸回路)という機関に取り込まれていきます。

ミトコンドリア系とは？

ミトコンドリアは生物の細胞内にある小器官の１つで、
エネルギー産生における中心的な役割を果たしています。
極小の「ミトコンドリア」は体中の全ての細胞に存在し、
特に筋肉や肝細胞には数百～数千個ほど、
ヒトの卵子には何と15～25万個のミトコンドリアがひしめいています。

ミトコンドリア系では、主にTCA回路(クエン酸回路)と呼ばれる物質変換による
エネルギーの生産システムが作動しています。

そしてここで作られるエネルギー、ATPの量は、解糖系の約20倍にも及ぶのです。
またミトコンドリア系では、糖質だけでなくタンパク質や脂質もエネルギーに変換することが出来ます。

このエネルギー産生システムのすごいところは、システムの最終産物が炭酸ガスや水として体外に排出され、
それをシアノバクテリアが再利用出来るという点です。

このおかげで、

・太陽光線と炭酸ガスと水を使って酸素と有機物を生成するシアノバクテリア

・その生成した酸素と有機物と水を使って炭酸ガスと水を生成する好気性バクテリア

が共存することが出来、お互いが必要なものを提供し合うことで、
生命体が循環型のエネルギーサイクルを持つことが可能になりました。
そして、これがその後の生態系の基本になって生命の大繁栄へと繋がったのです。

進化遺伝学の研究によると、光合成能を持つシアノバクテリアが他の好気性細菌と
共生的に合体することによって真核生物が生じ、
シアノバクテリアは後に細胞内で葉緑体に変化したと考えられています。

つまり、シアノバクテリアは今ある地球上の植物の原型を成した、
初期の重要なメンバーの一員なのです。

解糖系とミトコンドリア系、この２系統の工場で作られるATPは
エネルギーの利用率が恐ろしく良いことが知られています。

そしてこれに匹敵するエネルギー製造システムは、
現在の人間の頭脳の水準では作ることが出来ないと言われています。

その仕組みが既に30億年以上も前に、バクテリアによって発明されていたというのは
驚くべきことですね!

参考：長濱陽二『自然免疫力を高める！　～生命の底力がわかる新しい健康論～　』

シアノバクテリアが持つ大いなる可能性

近年、シアノバクテリアに関する研究が盛んに行われています。
各大学や研究機関において、農業やバイオマスなどの自然由来燃料、地球環境保全への取り組みに
シアノバクテリアが有用であると考えられ、様々な試みが成され、注目されています。

自然農法への応用

ピロール農法

シアノバクテリアを利用した「ピロール農法」という自然農法が存在し、
ミネラル分たっぷりの美味しいお米を生み出しています。
これは、遡れば江戸時代に端を発する長い歴史に裏打ちされた農法です。

江戸時代、美味しいお米を求めた福井の殿様は、ある地域のお米を特別に気に入り、
｢おひきどり米｣として納めさせていたそうです。
その｢おひきどり米｣を生産していた名残が福井市の灯明寺畷(とうみょうじなわて)という場所で見られ、
その地の水田を今から40年ほど前に寺島利夫農学博士が調査しました。

すると、その水田はミネラル含有量がとても高く、土が青緑色をしていることがわかりました。
寺島博士はその後、赤から青緑色に変わる現象とミネラルの因果関係に着目して更に研究を重ね、
赤から青緑色に土壌の色を変化させる物質の正体が土壌微生物、
藍藻(シアノバクテリア)であることを突き止めました。

ピロール農法では、数千種類もあるシアノバクテリアの中から
土壌に比較的良い効果を与えるものを増殖させ、作物を育てます。

シアノバクテリアを増殖させると、土壌に様々なプラスの変化が起こることが知られています。

例えば、シアノバクテリアは土の中で光合成を行います。

＜光合成の仕組み＞
二酸化炭素(co2) ＋ 水 ＋ 太陽光　→　酸素(O2) ＋ 有機物(糖類)

この光合成によって、土中に酸素と有機物が生み出されます。
酸素と有機物が増えることによって、作物の根が強くなる、土中が微生物の住みやすい環境に変わるなどの
メリットがあります。

そして、作物の根が強くなることで、連作障害や根腐れなどの心配が少なくなります。

強い根や微生物からはさらに有機酸が分泌され、カルシウムや鉄分などの金属を
キレート化(くるむ、包み込む)し、人間の体内にミネラル分を吸収しやすくしてくれる
という良い点もあります。

ピロール農法で栽培されたお米は、現在も福井県を中心に生産され販売されています。
江戸の昔、殿様を魅了したお米には、シアノバクテリアの働きによって
ミネラルと有機物がたっぷり含まれていたのですね。

バイオ燃料への応用

ガソリンや灯油などの原料になる石油、つまり化石燃料は近い将来枯渇しようとしており、
人類にとってはこれに代わるエネルギー源の確保は急務であると言われています。
そんな中、シアノバクテリア由来の持続生産が可能な第三世代バイオ燃料に注目が集まっています。

化石燃料に代わるエネルギー源の確保が課題とされる昨今，光合成効率が高いシアノバクテリアや藻類を用いた燃料生産は，食糧生産と競合せず，カーボンニュートラルである点で注目を集めている．特にシアノバクテリアは，ゲノムや細胞の構造が単純で遺伝子操作が容易，増殖が速い，光合成能が高いなど，燃料生産ホストとして有利な性質を備えている．

引用：© 2017 公益社団法人日本農芸化学会

現在有望視されている第三世代エネルギー生産系の１つとして、
“シアノバクテリアや真核藻類を利用したバイオ燃料生産“があります。

この燃料生産系には、

・水中で増殖する藻類を利用することから農業用の土地を奪うことなくエネルギー生産が出来る

・光合成によって固定された炭素を素材として燃料を生産するため、
カーボンニュートラル(二酸化炭素量を一定に保つ)である

という、2つの大きな長所があります。

平成23～27年度まで行われた科学技術振興機構(JST)のさきがけとなる研究、
｢藻類・水圏微生物の機能解明と制御によるバイオエネルギー創成のための基盤技術の創出｣においては、
様々な研究者達がシアノバクテリアや藻類を材料とした燃料生産系の開発を目指して実験を試み、
将来の実用化へ期待が持てる結果が得られています。

参考：多彩な戦略で挑むシアノバクテリア由来の燃料生産持続可能な第三世代バイオ燃料生産の最前線

農業用地を削ることなく、大気中の二酸化炭素量を上げることもない、
しかも効率の良い循環型のエネルギー生産系が実用化されれば、
将来必ず出てくるであろう世界のエネルギー問題に解決の糸口を見つけられるかもしれません。

酸素を生み出すシアノバクテリアの石
－ストロマトライト－とは？

シアノバクテリアが太古の昔から繁茂し続けている場所がある

地球上のほぼ全ての土地に広がって繁茂しているシアノバクテリアですが、
シアノバクテリアが太古の昔から途切れずに生き続け、
今も現役で盛んに酸素を生み出している地域があります。

西オーストラリアのシャーク湾内にあるハメリンプール海洋保護区というエリアには、
“世界最古の生物“シアノバクテリアが堆積して出来たストロマトライトの群生が見られます。

一見、石か珊瑚のようですが、生命活動を続けているれっきとした生物です。

このエリアの海水は通常の海水の2倍の塩分濃度があると言われており、
この塩分濃度のせいでストロマトライトの表面に生息するシアノバクテリアを
捕食する生物が寄りつかないため、生育を妨げられることなく成長出来てきたのではないかと考えられています。

途方もない年月をかけて成長するストロマトライト

シアノバクテリアは細胞から分泌する粘液で海水中に浮遊する微細なミネラルの粒子を捕らえ、
炭酸カルシウムと接合させて、ドーム状の石を作ります。これがストロマトライトです。

日中は光合成により酸素を発生させますが、夜は光合成を停止させ、粘液で堆積物を固着させます。
翌日、固着された堆積物の上でまた光合成をし、夜になると堆積物を固着させます。

この活動を毎日繰り返すことによって、シアノバクテリアはストロマトライトの表面で
外側へ向けて石の体積を増やしていくのです。
その速度は珊瑚礁が形成される速度の約1/10と言われ、1年間に平均0.4mmほどと見積もられています。

シアノバクテリアの大きさは、長さ1～10㎛(マイクロメートル=1mmの1/1000)、直径は約5μ㎜です。
高さ30cm、直径20cmのストロマトライトを作るには、1000～2000年の時が必要と推定されています。

ストロマトライトの成長は非常に遅いものの、中には数千年をかけて1.5mもの高さまで
成長したものもあるといいます。
また、西オーストラリア州のマーブルバーエリアという所では、
高さ約50m、直径30mという化石化した巨大なストロマトライトがあるそうです。
これらはおよそ30億年以上前に形成されたと考えられています。

30億年前と言えば、嫌気性バクテリア達を押しのけて、
シアノバクテリアが地球上で最も栄えていた時代と言えるかもしれません。
当時は地球全体が藍藻類の緑色に覆われていたのだろうな、と想像してしまいます。

太古から現在にかけて生き続ける生命の祖先、シアノバクテリア。
その壮大な旅路と生物の発展における革命的な働き、現代社会への貢献の可能性について、
今回はお話させていただきました。

シアノバクテリアは生命の大発展のきっかけを作った言わば素晴らしい発明家のような存在です。

今も自然農法や環境保全型のエネルギー生産に大きな期待を寄せられている通り、
将来の地球環境に影響を与える可能性は計り知れません。
アノバクテリアが私達人類と共に、再び地球の歴史の大きな転換点を作り出してくれるのではないかと、
期待が膨らみます。

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