「バクテリアグリッター」は色素なしでもキラキラ光る

バクテリアは、ほとんどが顕微鏡でしか見えないほど小さいが、自然界では大きな存在だ。火災後の森林再生を助けたり、はるかに大きな生物の健康に影響を与えたり、絞り染めのシャツに似た複雑なコロニーで生息したりもする。バクテリアの中には、自然界のほとんどの色鮮やかな物体のように色素を使わずに光を反射して色を放つものもある。この性質が遺伝子レベルでどのように機能するかを調べるため、国際的な研究チームが実験を設計し、人工知能モデルを使用してその背後にあるメカニズムを研究した。彼らはいくつかの重要な生態学的つながりを発見し、その詳細は米国科学アカデミー紀要（ PNAS ）に最近発表された。この発見は、自然にヒントを得た、より環境に優しい染料の開発につながる可能性がある。

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蝶の羽や一部の鳥の羽に見られる虹彩色は、細菌を使って光を反射する小さな構造によって生み出されます。細菌のコロニーの中には、光の中で色を反射する色素を使うのではなく、キラキラ光る形を形成するものもあります。この性質を詳しく調べるため、研究チームはこの新しい研究で、構造的に色を帯びた細菌 87 種と無色の細菌 30 種の DNA の配列を解析しました。研究チームは、これらのキラキラ光る細菌コロニーの原因となる遺伝子を特定しました。研究チームはまた、細菌の DNA に基づいて虹彩色を生成する細菌を予測する人工知能モデルをトレーニングしました。

「このモデルを使って、国際的なオープンサイエンスリポジトリから25万以上の細菌ゲノムと1万4000の環境サンプルを分析した」と、研究の共著者でドイツのイエナ大学の生態学者バス・E・デュティル氏は声明で述べた。

驚くべきことに、羽や翼を反射性にするこれらの遺伝子は、太陽光をまったく受けない海の深部に生息する細菌にも存在します。

「構造色を司る遺伝子は主に海洋、淡水、そして潮間帯や深海域などの特殊な生息地に存在することを発見しました」とデュティル氏は言う。「対照的に、ヒトのマイクロバイオームなどの宿主関連生息地の微生物は、非常に限られた構造色しか示しませんでした。」

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研究結果から、カラフルなバクテリアのコロニー構造と形状は、太陽光なしでも生きる生物に存在することから、光を反射するためだけに使われているのではないことが分かります。研究チームによると、これは構造色がバクテリアにとって重要な機能を果たしている可能性を示唆しているのかもしれません。構造色はバクテリアを危険なウイルスから守ったり、バクテリアが海洋のより不毛な部分で生存するための浮遊する食物粒子に効率的に定着できるようにしたりするかもしれません。

将来的には、これらの発見は、合成構造ではなく天然構造に基づいた、より環境に優しい染料や材料、持続可能な技術の開発に活用される可能性があります。