原核生物入門：定義・特徴・細胞構造と分類（バクテリア・古細菌）

原核生物の定義・特徴・細胞構造をわかりやすく解説。バクテリアと古細菌の分類や生態、進化的意義まで図解で理解。

原核生物（またはモネラ）は、最も単純な生物の一つである。原核生物は一般的に細胞核や核膜、細胞小器官を持たないが、少数の例外が発見されている。原核生物は単細胞生物である。

原核生物は構造が単純である一方、代謝や生態的多様性は非常に大きく、地球上のさまざまな環境に適応している。個々の細胞は一般に直径0.2〜10マイクロメートル程度と小さく、染色体は通常環状の一本鎖DNA（環状二本鎖DNA）として細胞質に存在する。多くはプラスミドと呼ばれる小さな環状DNAも持ち、これが抗生物質耐性などの遺伝的性質を伝えることがある。

多細胞生物のようなバイオフィルムを形成するものもあります。

バイオフィルムは単独の細胞ではなく、細胞外多糖やタンパク質などを含む集合体で、表面に付着して共同生活することで耐久性や代謝協調を高める。シアノバクテリア（藍藻類）の一部は糸状や集合体を作り、部分的に多細胞的な分化（例：胞子形成や気泡細胞）を示すこともある。

原核生物には核の他に、真核生物（真核を持つ細胞）が持っているものがありません。原核生物は、配偶子を融合させずに生殖を行う。原核生物は細胞内に膜を持たない。つまり、細胞内には液胞、ゴルジ体、網目内膜、その他の小器官がありません。しかし、真核生物よりも単純な種類のリボソームを持っています。真核生物の細胞には、かつて自由に生きていた原核生物の小器官が含まれています。

より具体的には、原核生物のリボソームは「70S」と呼ばれる小型のもので、真核生物の「80S」リボソームと比べて構造や抗生物質に対する感受性が異なる。分裂様式は主に二分裂（binary fission）で、短時間で大量に増殖できる。加えて、形態は球菌（コッカス）、桿菌（バシラス）、らせん菌（スピリルム）、湾曲菌（ビブリオ）など多様であり、細胞表面には莢膜や線毛、鞭毛など運動・付着に関わる構造を持つものも多い。

主な特徴

• 核がない：遺伝物質は細胞質中にあり、核膜で囲まれていない。
• 細胞小器官の欠如：ミトコンドリアやゴルジ体、膜で囲まれた真核の小器官は持たない（ただし例外的に膜構造を持つものが報告されている）。
• 小型リボソーム：70Sリボソームを持ち、翻訳機構が真核生物と異なる。
• 環状染色体とプラスミド：遺伝情報は環状の染色体にあり、可動性遺伝要素としてプラスミドが存在することが多い。
• 多様な代謝：光合成、化学合成（化学栄養）、有機物利用など多様なエネルギー獲得様式を持つ。

細胞構造の詳細

• 細胞壁：多くのバクテリアはペプチドグリカン（ムレイン）からできた細胞壁を持つが、古細菌（アーキア）は異なる構成の細胞壁（疑似ペプチドグリカンやS層タンパク質など）を持つ。
• 細胞膜：バクテリアの脂質二重層はエステル結合の脂肪酸で構成されるのに対し、古細菌はエーテル結合を持つ独特の脂質を持ち、これが高温や極端環境への耐性に寄与する。
• 付属構造：鞭毛（運動）、線毛や接着性のある被膜（付着や交流）、莢膜（保護や免疫回避）など。

代謝と生態的役割

原核生物は地球の炭素・窒素・硫黄などの物質循環において中心的役割を果たす。代表的な機能として：

• 窒素固定：一部のシアノバクテリアや根粒菌などが大気中の窒素を化合物に変換し、植物や生態系に供給する。
• 分解者：有機物を分解して栄養循環を促進する。
• 光合成：シアノバクテリアなどが酸素発生型光合成を行い、地球の酸素供給に寄与した。
• 極限環境の占有：古細菌の多くは高温、強酸性、高塩濃度などの極限条件に適応している。

分類と系統

1977年、カール・ヴェーゼは、原核生物を「バクテリア」と「アーカイア」（本来は「ユーバクテリア」と「アーカイア」）に分けることを提案しました。このような真核生物（「ユーカリヤ」とも呼ばれる）、バクテリア、アルアの配置は、従来の2エンパイア系に代わって、3ドメイン系と呼ばれています。

この3ドメイン系は分子系統学（主にリボソームRNA配列の比較）に基づくもので、古細菌（アーキア）はバクテリアとは独立した深い系統的分岐を示すと考えられている。古細菌内部でもメタン生成古細菌やハロフィルなど多様な系統群が存在する。

古細菌（アーキア）の特徴と生息環境

アルキアには、極端な環境で最初に発見された単純な生物が含まれています。それらのほとんどは、非常に高い温度または非常に低い温度で生存することができます。それらのいくつかはまた、非常に塩分濃度の高い、酸性またはアルカリ性の水の中で生き残ることができます。いくつかは間欠泉、ブラックスモーカーや油井の中で発見されています。

ただし、古細菌の生息域は極限環境に限られず、土壌、海洋、動物の消化管など多くの通常環境にも広く分布している。近年は深海堆積物や地下深部などからも新しい系統群が見つかっており、生態学的役割はますます注目されている。

人間との関わり

• 病原性：多くの病気を起こすのは主に細菌（バクテリア）であるが、すべての原核生物が病原体というわけではない。実験室や医療現場では抗生物質のターゲットとして原核生物の生化学が利用される。
• 工業応用：発酵、バイオリアクターでの有用物質生産、バイオレメディエーション（汚染物質の分解）などに利用される。
• 微生物叢（マイクロバイオーム）：ヒトや動植物に共生する原核生物は消化、免疫、栄養吸収などに影響を与える。

まとめ

原核生物は見かけは単純でも、生態系や地球化学サイクルに不可欠な多様な機能を持つ。バクテリアと古細菌という二つの主要なグループは構造や代謝、遺伝的特徴で異なり、現代生物学や応用技術の重要な研究対象である。

質問と回答

Q: 原核生物とは何ですか?

Q: 原核生物には細胞核があるのですか?

Q: 原核生物の遺伝物質とは何ですか?

Q: 藍藻類はどのような細菌ですか?

Q: 原核生物はどのように生殖するのですか?

Q:原核生物の細胞には膜があるのですか?

Q: 真核生物の細胞はどこから来たのですか?

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