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院長日記

ミトコンドリアが必要とされる理由

武本 重毅

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鉄の星地球、そして酸素に覆われた地球、その中で進化した生物はミトコンドリアが必要でした ミトコンドリアが必要とされる理由には、地球の生成や大気の変化が大きく関与しています。以下に、これらの情報を組み合わせた解説をまとめます。

 

  1. 地球の鉄と酸素の歴史 鉄の星だった原始地球 地球は元々鉄とマグマに満たされた環境でしたが、やがて火山活動と微生物の繁殖によって酸素が発生。この酸素が鉄と結びついて酸化鉄(錆)を作り、大気や海洋に酸素が蓄積されていきました。これにより環境は劇的に変化し、酸化ストレスに対応する新しい生命形式が必要になりました 。

 

  1. 酸素とミトコンドリアの出現 大酸化イベント(GOE)と好気生物の台頭 約23~24億年前の大酸化イベント(Great Oxidation Eventにより、大気中に酸素が大量に増加しました。この変化が、酸素を活用できる微生物、やがては真核生物の進化を促し、小胞生物が好気性バクテリアを取り込み共生するための環境が整ったのです 。

 

  1. ミトコンドリアはどうして必要なのか?

 ① 高効率エネルギー生成 ミトコンドリアは酸素を使って1分子のグルコースから約36個のATPを生成します(周囲の細胞では2個程度)。 → 巨大で複雑な多細胞生命体や脳・筋肉を維持するためには、この圧倒的なエネルギー効率が不可欠でした。

② プログラムされた細胞死(アポトーシス)の制御 ミトコンドリアは、細胞内からシトクロムcなどを放出し、自己破壊プログラムを発動させます。これはがん化する細胞の排除や組織の再構築に欠かせません 。

 

  1. 細胞内共生説の証拠 ミトコンドリアは古代の好気性バクテリア(アルファプロテオバクテリア)が宿主細胞に取り込まれて共生し始めたものとされています。
  • 自己複製(分裂)し、独自の環状DNAを持つ。

• タンパク質輸送に関わるTIM/TOM複合体など、バクテリア由来の機構を残す 。

 

総まとめ

 イベント・事象                            結果・意義

  大酸化イベント       酸素に満ちた大気が多様な生命への扉を開いた

  共生の起源            好気性バクテリアの取り込みがミトコンドリアの起源

  エネルギー効率      多細胞生物の復活にはミトコンドリアがあってこそ

  アポトーシス制御    がん化した細胞の除去や組織メンテに必須

 

 要約すると: 鉄と酸素の豊富な地球環境の中で、酸素を効率よく使える生命が求められました。その結果として登場したミトコンドリアは、エネルギー強化と細胞の制御機構を兼ね備えた「生命のエンジン」であり、酸素生物の進化と多様化を支える不可欠な存在だったのです。

Author:

武本 重毅

聚楽内科クリニックの院長、医学博士。