コレステロールはどのようにして進化したのでしょうか? 古代の岩石に閉じ込められた石油が手がかりを隠す

古代の生命体は10億年以上前に岩石に油性分子の痕跡を残した可能性があり、コレステロールの進化について新たな洞察をもたらしている。 今日『Nature』誌に掲載された分子化石は、コレステロールの前駆体に依存する初期の生物が古代の地球に広く生息していたことを示唆している。 その後、酸素レベルの上昇により、生物は今日私たちが知っている、そして時には嫌っている分子のより洗練されたバージョンを作ることができるようになりました。

コレステロールは心臓病における役割で悪く言われていますが、動物細胞はコレステロールなしでは生きていけません。 私たちの細胞膜はおよそ 30% がコレステロールです。 この分子は、さまざまな温度にわたって膜の柔軟性を保ち、他の細胞から信号を受け取る際に重要な役割を果たします。 コレステロールは、ステロールと呼ばれる類似した分子のファミリーに属します。 動物細胞は、37 段階の複雑なプロセスを経てコレステロールを生成します。 他の真核生物（複雑な細胞を持つ生物）は、植物のスチグマステロールや菌類のエルゴステロールなど、独自のステロールを生成します。

地球化学者や古生物学者は、古代の生態系に真核生物が存在した証拠として、これらのステロールの化石化した痕跡に注目しています。 研究者らは通常、8億年も前の岩石からそれらを発見しています。 しかし、古い岩石ではステロールの残骸が欠けているようでした。 少なくともいくつかの化石証拠と遺伝学的証拠は、真核生物が16億年前までに進化したことを示唆しているため、これは不可解だった。

生化学者コンラート・ブロックの古い考えが、1 つの潜在的な説明を提供しました。 細胞がコレステロールや他のステロールを生成するために使用する化学経路を解読した研究で1964年にノーベル賞を受賞したブロック博士は、この経路が時間の経過とともに進化するにつれて、初期の生命体は細胞内で中間化学生成物を使用したのではないかと1990年代に推測した。今日のステロールの代わりに膜を使用します。 彼はこれらの化合物を「プロトステロイド」または「ウルステロール」と呼んでいましたが、当時利用可能な技術を考えると、それらの証拠を見つけることが可能であるとは考えていませんでした。

しかしそれ以来、地球化学技術は進歩しました。 新しい研究では、オーストラリア国立大学の地球化学者ヨッヘン・ブロックスと彼の同僚は、これらの原始ステロイドのいくつかの化石化された残骸を探しに行きました。 まず、研究室でラノステロール、シクロアルテノール、24-メチレンシクロアルテノールと呼ばれるプロトステロイドを合成しました。 次に、熱と圧力にさらして化石化のプロセスを模倣しました。 そうすることで、科学者たちは、コレステロール経路の他の段階と区別できるこれらの分子の数十の誘導体を特定しました。

次に研究者らは古代の岩石からそれらの化合物を探した。 16億4千万年前に形成された堆積物から、ラノステロールとシクロアルテノールの誘導体と一致する化学物質が発見された。 そして、13億年前の岩石から、シクロアルテノールよりもステロール経路に沿って一歩進んでいる24-メチレンシクロアルテノールによって生成されるパターンと一致する誘導体を発見した。 古代の岩石には「これらの分子がにじみ出ていた」とブロックス氏は言う。 「コンラート・ブロックに電話して『見つけました！』って言えたらいいのに」（ブロックは2000年に88歳で亡くなった）。

8億年から7億2千万年前に形成された若い岩石では、研究者らは古いものと新しいものが混在していることを発見した。予想通り、コレステロールやその他の現代のステロールの痕跡が見つかった。 しかし、大量の原始ステロイドの化石も発見されており、原始ステロイドに依存していた生物がまだ絶滅していないことが示唆された。 原始ステロイドの割合は時間の経過とともに減少し、6億年よりも若い岩石では現代のステロールが優勢となった。

「データは美しいです」とイリノイ大学シカゴ校の有機地球化学者ファビアン・ケニッグ氏は言う。 「私たちはプロトステロールの世界から[現代の]ステロールの世界に移行しています。」

この研究は、「時間の経過に伴う[ステロール]の進化の最初の明確な例を提供する」とドレスデン工科大学の膜生化学の専門家であるジェームス・サーエンツは言う。 コレステロール合成の最終段階は細胞にとって高価であり、大量のエネルギーと酸素を必要とするが、明らかにそれだけの価値はある、と同氏は指摘する。

ブロックスと彼の同僚は、初期の地球で酸素が比較的不足していたとき、膜の中でプロトステロールを使用する真核生物が地球の海、川、湖を支配していたと提案しています。 約8億年前に酸素がより豊富になると、一部の真核生物はそれらの化合物を改変して新しいステロールを作り始め、これにより細胞に進化上の利点がもたらされました。 著者らによれば、最終的にはプロトステロールに依存していた生物は絶滅したという。

カリフォルニア大学サンタバーバラ校で初期真核生物を研究する古生物学者スザンナ・ポーター氏は、その可能性はあると語る。 しかし、プロトステロールを作ったのは初期の真核生物ではなく細菌だったという説など、他の説明もある、と彼女は言う。 「それが真核生物でなければならないと結論付けるのは少し飛躍です。」 それでも、「これらの分子に進化の歴史があると考えるのは素晴らしいことです」と彼女は言う。 「誰が何を作ったのかは決して分からないかもしれませんが、これについて考えてみるのは楽しいです。」