シアノバクテリア（藍藻）とは：起源・特徴・光合成と大酸化イベントの影響
概要と特徴
シアノバクテリアは、光合成を行う細菌の一種です。かつてはアオコと呼ばれていたが、藻類ではない。細菌門で、約1500種が存在する。内共生説では、葉緑体（プラスチッド）はシアノバクテリアの子孫である。彼らのDNAプロファイルがその証拠である。
シアノバクテリアは単細胞から糸状、集合体（コロニー）をつくるものまで形態の幅が広く、細胞内に膜状のチラコイドを持って光合成を行います。主要な光合成色素はクロロフィルaで、加えてフィコビリプロテイン（フィコシアニンやフィコエリスリンなど）を含み、鮮やかな青緑や赤みを帯びた色を示すことがあります。いくつかの種は特殊な分化細胞（ヘテロシスト）を作って大気中の窒素を固定する能力を持ち、これが水域や土壌の窒素循環に重要な役割を果たします。増殖は主に二分裂ですが、休眠種子に相当するアキネートを形成する種もあります。
生息環境と有害事象
シアノバクテリアは海洋、淡水、湿地、土壌、熱水鉱床や砂漠の表面など多様な環境に広く分布します。栄養塩が豊富な湖沼や河川では大量増殖して表層に発生する「アオコ（藍藻類の赤潮やブルーム）」となり、水の着色や腐敗臭をもたらすだけでなく、マイクロシスチン、アナトキシン、シクロロスポルミンなどのシアノトキシン（藍藻毒素）を産生する種もあり、飲料水・養殖業・レジャー利用に重大な影響を与えます。こうしたブルームの発生は栄養塩ロード（富栄養化）や気温上昇と密接に関連します。
化石記録と古生代・原生代での役割
シアノバクテリアは、少なくとも35億年前から始まる非常に長い化石の記録を持っています。藍藻は、古生代と原生代のストロマトライトの主要な生物であった。
ストロマトライトはシアノバクテリアの微生物マットが堆積物を捕捉・固定して層状に成長してできる構造で、地質学的記録として非常に古いものが発見されています。これらの構造や炭素同位体比、微小化石はシアノバクテリアが地球上の初期の主要な一次生産者であったことを示しています。ストロマトライトの形成と保存は環境条件に依存するため、当時の海洋・大気の化学を解く手がかりにもなります。
光合成と大酸化イベント（大気中酸素の増加）
シアノバクテリアが酸素による光合成を行う能力は非常に大きい。初期の地球の大気は大部分が還元性で、つまり酸素がない状態でした。ストマトライトのシアノバクテリアは、光合成をして遊離酸素を発生させた最初の生物として知られていました。約10億年後、この光合成の影響で大気の大きな変化が始まりました。このプロセスは、大酸素化イベントと呼ばれ、長い時間がかかりました。最終的には、酸素の中では生きていけない生物のほとんどを殺してしまい、現在のような、ほとんどの生物が酸素を使い、酸素を必要としている環境の種類につながったのです。
現在の地質学的・生化学的証拠では、酸素の恒常的な増加（大酸化イベント）は約24〜23億年前に顕著になったと考えられています。シアノバクテリアによる長期的な酸素放出は、海中の溶存鉄と反応して縞状鉄鉱層（Banded Iron Formations）を形成したり、大気中の酸素濃度を上昇させオゾン層の成立をもたらし、紫外線から生命をある程度保護するなど地球環境に決定的な影響を与えました。一方で、多くの嫌気性生物は酸化ストレスにより大量絶滅を経験したと考えられます。酸素化の進行は一度で完了したわけではなく、その後の地球史でも段階的な酸素増減が起こっています。
現代の重要性と応用
シアノバクテリアは生態系サービス（一次生産、窒素固定）や地球化学サイクルに重要である一方、藻類ブルームや毒素問題で公衆衛生や経済に悪影響を与えることがあります。研究面では、モデル生物（例：Synechocystis、Prochlorococcusなど）は光合成の基本原理や生物地球化学を理解するために使われます。産業応用としては、バイオ燃料やバイオマス生産、バイオ肥料、バイオリアクターを用いた二酸化炭素固定、さらには医薬品や色素の生産などが研究されています。
まとめると、シアノバクテリアは地球史上で環境を一変させた重要な光合成微生物であり、現代でも生態系・人間社会に深く関わる存在です。監視・管理、基礎研究、利用の三面からの取り組みが続いています。
地球の大気中に蓄積された酸素の量。赤と緑の線は推定値の範囲を示し、時間は数十億年前のものを示しています。
シアノバクテリアの構造
藍藻の"ブルーム"、池の中で
光検出
シアノバクテリアには光を感知する方法がある。コンラッド Mullineaux、ロンドンのクイーン メアリー大学の言った、「それは光がどこにあるかを検出する方法を持っています;我々 はそれが移動する方向のために知っている」。
"単細胞の池のスライムでは、入射した光線が虫の球体の表面によって曲げられ、細胞の裏側のスポットに集中する様子を観察しました。その明るいスポットとは反対方向に沿ってシャッフルすることによって、微生物は光に向かって移動します。"
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質問と回答
Q: シアノバクテリアとは何ですか?
A:シアノバクテリアは、光合成を行うバクテリアの一種です。かつてアオコと呼ばれたこともありますが、藻類ではありません。細菌門の一種で、約1500種が存在する。
Q: シアノバクテリアの化石はいつからあるのですか?
A: シアノバクテリアの化石は、少なくとも35億年前から存在しています。
Q: 地球の初期の大気はどのようなものだったのでしょうか?
A:初期の地球は、酸素を含まない還元的な大気でした。
Q: シアノバクテリアの存在は、大気にどのような影響を与えたのでしょうか?
A: ストロマトライトにシアノバクテリアが存在したことで、シアノバクテリアは光合成を行い、酸素を作り出すようになりました。そして、「大酸化現象」と呼ばれるプロセスが起こり、時間とともに大気は変化し、ついには酸素環境では生きられないほとんどの生物が死滅しました。
Q: 共生内生説を支持する証拠は?
A: 葉緑体（プラスティド）はシアノバクテリアから派生したと考えられており、そのDNAプロファイルがこの主張の証拠となっています。
Q:シアノバクテリアの光合成は、何を可能にするのですか?
A:シアノバクテリアの光合成は、環境中の酸素を作り出すことを可能にします。
Q:光合成が始まってから、大酸素化現象が起こるまで、どのくらいの時間がかかったのでしょうか?A:シアノバクテリアによる光合成が始まってから、大立体化現象が起こるまでに約10億年かかりました。
