最古の体内時計が日の出を知らせた約22億年前のある日

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2025-05-20 分子科学研究所

分子科学研究所と福井県立大学などの研究チームは、シアノバクテリアが約22億年前に体内時計を獲得したことを明らかにしました。この時期は「大酸化イベント」と重なり、地球の酸素濃度が急上昇した時代に相当します。研究では、現代のシアノバクテリアに存在するKaiA、KaiB、KaiCという3つの時計タンパク質の進化過程を再現し、当時の体内時計が地球の自転周期に合わせて高速に動作していたことを示しました。この成果は、生命がエネルギー効率を高めるために時間を先読みする仕組みを進化させたことを示唆しており、Nature Communications誌に掲載されました。

最古の体内時計が日の出を知らせた約22億年前のある日図1. 祖先タンパク質を復元することで明らかとなった概日時計の進化のプロセス

<関連情報>

シアノバクテリアにおけるKaiタンパク質概日振動子の進化的起源 Evolutionary origins of self-sustained Kai protein circadian oscillators in cyanobacteria

Atsushi Mukaiyama,Yoshihiko Furuike,Kumiko Ito-Miwa,Yasuhiro Onoue,Kota Horiuchi,Kanta Kondo,Eiki Yamashita & Shuji Akiyama
Nature Communications  Published:15 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59908-7

Abstract

Light–dark cycles affect photosynthetic efficiency in autotrophic cyanobacteria; therefore, determining whether ancient cyanobacteria possessed a self-sustained circadian clock when oxygenic photosynthetic systems were established is an important issue in chronobiology. Here we examine the oscillation of the clock protein KaiC in modern cyanobacteria, as well as the function and structure of ancestral Kai proteins, to determine the evolutionary origin of the self-sustained Kai-protein oscillators. The results show that the oldest double-domain KaiC in ancestral bacteria lacks the factors functionally and structurally essential for rhythmicity. The ancestral Kai proteins have acquired these factors through molecular evolution that occurred around Global Oxidation and Snowball Earth events, and are eventually inherited as a self-sustained circadian oscillator by the most recent common ancestor of cyanobacteria capable of oxygenic photosynthesis. This autonomous Kai protein oscillator is further inherited by most freshwater and marine cyanobacteria present today as an autotrophic basis for time-optimal acquisition and consumption of energy from oxygenic photosynthesis.

生物工学一般
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