ミトコンドリアの成り立ち:共生説

 今回は細胞質に多数ある小器官の1つであるミトコンドリアの成り立ちを考えてみます。

 授業で説明したように、ミトコンドリアには二重の膜があり、内部で酸素を利用してATPを産生しています。細胞内にありますから非常に小さいわけですが、実は小型の細菌と同じくらいの大きさです。

 いわゆる細菌(bacteria)は原核生物と言って、単細胞である上、内部に核の構造がありません。もちろん、遺伝子、DNAは持っています。これらを包み込む構造がないと言うことです。これに対して、動物や植物は真核生物と言い、核の構造を持っています。真核生物の細胞は、細菌である原核生物の細胞の1000倍もの容積を持っています。もちろん、この大きな「体」を支えるためにさまざまな工夫が必要で、細胞骨格もその1つです。

 さて、ある種の真核細胞は周囲の細菌を(食作用によって)飲み込んで、(リソソームの作用によって)分解することによって、自らの栄養源としていました。ところが、「ある日」飲み込まれた後、消化されることなく、そのまま細胞質内にとどまってしまった細菌がいます。この飲み込まれた細菌は、ATPを大量に産生できたため、細胞側にこのATPを提供して、安全な囲いと栄養分の提供してもらって、共生することになりました。

 共生した細菌は酸素を利用したATP産生能を有していたため、ATPの産生能力が高く、この細菌を共生させた真核細胞(宿主細胞)は他を完全に圧倒して生き残り、現在につながる動物や植物の基になりました。このような考え方を「共生説」と言います。実験で確かめることはできませんし、進化を再現することもできないので、いつまでたっても「説」ですが、間違いないでしょう。

 ミトコンドリアの起源になった細菌は、食作用によって飲み込まれたため、自らのもつ細胞膜の周囲は宿主となった細胞の細胞膜で覆われています。つまり、二重の膜で覆われた状態になっているわけです。

 ミトコンドリアには独自の遺伝子があり、独自にタンパク質を合成するためのリボソームをもつと説明しましたが、もともとが単独で生活できる生物であったと考えると理解することができます。

 植物の細胞には葉緑体があります。光合成によってATPを産生する植物独自の細胞小器官です。この葉緑体もミトコンドリアと同様に細菌の共生に起源をもつと考えられています。

 およそ15億年前、地球上の大気が酸素に富むようになり、この酸素を利用してATPを産生できる細菌が生まれました。この後に、それまで酸素を利用できなかった真核細胞と、酸素を利用できる細菌との間で始まった共生が、ミトコンドリアの起源であり、その後の生物の進化の道筋を決めました。