藍藻のソースを表示

{{生物分類表
|色 = lightgrey
|名称 = 藍色細菌門
|画像 = [[ファイル:Oscillatoria sp.jpg|220px]]
|画像キャプション = [[ユレモ属]]の1種 {{Snamei||Oscillatoria}} sp.
|地質時代 = PC
|地質時代2 = PR
|ドメイン = [[真正細菌]] {{Sname||Bacteria}}
|門 = '''藍色細菌門''' {{Sname||Cyanobacteria}}
|学名 = {{Sname|Cyanobacteria}}
|和名 = 
|下位分類名 = [[綱 (分類学)|綱]]、[[目 (分類学)|目]]
|下位分類 =
* [[クロオコッカス目]] {{Sname||Chroococcales}}
* [[プレウロカプサ目]] {{Sname||Pleurocapsales}}
* [[ユレモ目]] {{Sname||Oscillatoriales}}
* [[ネンジュモ目]] {{Sname||Nostocales}}
* [[スティゴネマ目]] {{Sname||Stigonematales}}
* [[グロエオバクター目]] {{Sname||Gloeobacterales}}
※分類は現在過渡期にあり混乱している
}}
'''藍藻'''（らんそう）は'''シアノバクテリア'''（藍色細菌）とも呼ばれる[[真正細菌]]の1群であり、[[光合成]]によって[[酸素]]を生み出すという特徴を持つ。単細胞で浮遊するもの、少数細胞の集団を作るもの、糸状に細胞が並んだ構造を持つものなどがある。また、ネンジュモなどの一部のものは[[寒天]]質に包まれて肉眼的な集団を形成する。

== 特徴 ==
藍藻類はその名の通り、青っぽい緑色、つまり[[藍色]]をした[[藻類]]である。あまり大きなものはなく、多くが顕微鏡的な大きさである。単細胞単体のもの、少数細胞が[[群体]]的に集まったもの、細胞列が糸状に並んだものなどがある。糸状細胞には、偽分枝するものと真の[[分枝]]をするもの（スティゴネマ類）がある。細胞外に寒天質の鞘などを分泌してより大きな集団を作る例も知られる。また、一部には休眠細胞（アキネート）、連鎖体（ホルモゴニア）、異質細胞（ヘテロシスト）、内生胞子 (baeocyte) などの細胞の分化が見られる。

== 細胞 ==
細胞には[[細胞壁]]（ペプチドグリカン）と脂質を含んだ外膜があり、グラム陰性菌に分類できる。[[鞭毛]]を持つものはないが、繊毛をもち単細胞で運動するものや糸状細胞が活発に滑走運動を行うものがある。[[ユレモ]]の名はこれに由来するが、その運動の機構は十分にはわかっていない。窒素固定をするものがあり、ヘテロシストを形成してその細胞だけで[[窒素固定]]をするものと、ヘテロシストのような特別な細胞分化をせずに夜間にすべての細胞が窒素固定するものなどがある。

[[原核細胞]]であり、細胞内には他の藻類に見られるような[[細胞小器官]]を欠く。細胞内には、光合成の明反応を行う[[チラコイド膜]]、[[炭酸固定]]を行う[[カルボキシソーム]]、有機窒素の貯蔵用の[[シアノフィシン]]、リン貯蔵用の[[ポリリン酸]]顆粒などが存在する。

== 分類 ==
形態分類と系統による分類が一致しないことが多く、混乱している。したがって、種小名は未決定(sp.)となっているものも多い。属名は、一応、フランスのパスツール株保存施設(PCC)<ref>http://www.pasteur.fr/ip/easysite/go/03b-000012-00g/research/collections/crbip/general-informations-concerning-the-collections/iv-the-open-collections/iv-iii-pasteur-culture-collection-of-cyanobacteria</ref>が整理しており、多くのデータベースがこれに準拠している。ここでは、大まかな分類群について述べる。

* [[クロオコッカス目]] - 単細胞性、窒素固定するものとしないもの、鞘状の多糖類を分泌するものとしないもの、桿状もしくは球状の細胞な形態を示すものがある。
* [[プレウロカプサ目]] - 単細胞性で、baecytes（内生胞子）を生じる。baecytesは、複数の細胞分裂によってひとつの細胞から2〜1000個生じる。このような分裂は原核生物では他に例を見ない。
* [[ユレモ目]] - 栄養細胞が一列につながった糸状体（トリコーム）を形成するが、窒素固定のためのヘテロシストなどの細胞分化をしない。
* [[ネンジュモ目]] - 細胞が一列につながって糸状体を形成し、必要に応じて窒素固定のためのヘテロシストを分化する。また、移動性のホルモゴニアや休眠性のアキネートを分化するものもいる。
* [[スティゴネマ目]] - 細胞はおおむね一列につながって糸状体を形成し、ヘテロシストやホルモゴニアを形成するなどネンジュモ目と似ているが、ときに細胞分裂の面が直交して糸状体が分枝する。
* [[グロエオバクター目]] - 形態的には単細胞であるが、細胞内にチラコイド膜が存在せず、16S RNA系統でももっとも古く分岐したとされる。1種類だけ知られている。

== 生態 ==
海水（海洋、沿岸）や淡水（河川、湖沼）中に多いが、砂漠も含めた陸上で増殖するものや動物や植物と共生するものもあり、地球上で非常に広く分布している<ref>{{Citation | ref = none |title =The Ecology of Cyanobacteria| author =B.A. Whitton and M. Potts, eds| publisher =Kluwer Acaemic| year =1999 | ISBN=0-09-941464-3}}</ref>。

夏場に淡水で発生する[[アオコ]]のなかにはシアノバクテリアが大量に発生した結果引き起こされるものもある。この中には悪臭の原因になったり毒性を持つ種も含まれる。海水に広く分布し、地球の光合成生産に大きな貢献をしている。海洋性の[[シネココッカス]] {{Snamei||Synechococcus}} や[[プロクロロコッカス]] {{Snamei||Prochlorococcus}} は、とくに暖かい海に多い。1988年に発見された[[プロクロロコッカス]]は地球上でもっとも多い光合成生物といわれている。[[赤潮]]を起こす種類（{{Snamei||Trichodesmium}} など）もある。

ネンジュモ属の[[イシクラゲ]]などは湿った地上に、[[キクラゲ]]のような姿で発生する。食用にすることもできる。この仲間は乾燥耐性が強く、何十年も乾燥状態で休眠できるものがいる。また、砂漠の砂土の表面でも増殖し、表土を固定する役割を果たしている。

温泉には、好熱性の種が生息している。知られているもっとも高い増殖温度は73℃という。また、南極や北極海でも生息が知られている。

一部の種は他の生物と共生している。アナベナはアカウキクサの葉に、ネンジュモ類は[[ソテツ]]や[[ツノゴケ類]]の配偶体などに共生して、窒素固定産物を供給している。また[[菌類]]と共生して[[地衣類]]を形成するものもある。1975年に発見された[[プロクロロン]] {{Snamei||Prochloron}} は[[ホヤ]]と共生しており<ref>{{cite journal |author=R.A. Lewin |title=Prochlorophyta as a proposed new division of algae |journal=Nature |volume=261 |pages=697-8 |year=1976}}</ref>、単独の培養はまだ成功していない。

== 系統 ==
かつて[[植物]]全体が[[単系統]]と考えられていた時代には、もっとも単純な藻類と考えられた。しかし、分類学の発展から原核・真核の区別が重視されるようになると、これが別の界（あるいは[[ドメイン (分類学)|ドメイン]]）におかれるようになった。また、[[細胞内共生説]]からは藍藻は藻類の祖先型ではなく、それらが持つ[[葉緑体]]の起源であると考えられるようになり、細胞本体に関しては系統上の連続性は認められなくなった。

葉緑体の[[リボソームRNA]]の[[塩基配列]]は単系統を示し、さらにシアノバクテリアの系統樹の中に含まれる。これは、植物や二次共生藻類のすべての葉緑体の直接の祖先がシアノバクテリアであること、さらに葉緑体を生じた細胞内共生が1回だけ起きたという仮説を支持している。シアノバクテリアの系統樹によれば、もっとも古く分岐したのは、チラコイド膜をもたない {{Snamei||Gloeobacter violaceus}} である。また、クロロフィル''b''をもつプロクロロンやプロクロロコッカスなどはシアノバクテリアの系統樹内に散在している。これはクロロフィル''b''をもつシアノバクテリア（元は原核緑藻とも呼ばれた）の出現が進化の中で比較的新しいことを示唆している。

このような経過によって、現在では藍藻より'''シアノバクテリア'''と呼んで細菌類の一部であることを強調することが多くなっている。細胞壁に外膜があり、グラム陰性菌ということになるが、大腸菌などを含むプロテオバクテリアとは系統的に非常に離れている。酸素非発生型の[[光合成細菌]]の光合成装置としては、光化学系Iに似た鉄硫黄クラスター型のものと、光化学系IIに似たキノン型が存在しているが、一つの種にはどちらか一方しか存在しない。したがって、シアノバクテリアの2種の光化学系は2種類の光合成細菌の融合（もしくは遺伝子の水平移動）によって生じたと考えられている。

系統解析も行われているが、他の真正細菌と同様、研究者によって見解が分かれている。キャバリエ＝スミスらはクロロフレクサス・デイノコッカス-サーマスが最も古くに分かれた系統であり、シアノバクテリアはその次に古いとしている<ref>{{cite journal |author=Cavalier-Smith T |title=Rooting the tree of life by transition analyses |journal=Biol. Direct |volume=1 |issue= |pages=19 |year=2006 |pmid=16834776 |pmc=1586193 |doi=10.1186/1745-6150-1-19 |url=http://www.biology-direct.com/content/1//19}}</ref>。グプタらの例ではグラム陽性菌が最も初期に分かれた系統で、次にクロロフレクサス、その後シアノバクテリアと他のグラム陰性菌が分かれたという<ref>{{Cite web|author=Gupta, R. S.|date=2006|url=http://bacterialphylogeny.info/reprints/McMasterSeminar2006.pdf
|title=Phylogeny of Bacteria- Is it a Tangled Web or Can this be Reliably Resolved?|language=英語|accessdate=2008-12-20}}</ref>。クロロフレクサスをシアノバクテリアの最近縁に置き、グラム陽性菌、デイノコッカス-サーマスを合わせた[[テッラバクテリア]]というクレードを挙げる者もいる<ref>Battistuzzi FU, Hedges SB (2009). "A major clade of prokaryotes with ancient adaptations to life on land". Mol. Biol. Evol. 26 (2): 335–43. doi:10.1093/molbev/msn247. PMID 18988685. http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/content/full/26/2/335.</ref>。

== 最初の酸素発生型光合成生物? ==
しばらく前には、35億年前の[[化石]]とされるものがシアノバクテリアに似ていることから最古の光合成生物といわれたこともあったが、現在ではこれは認められていない。確かな[[ストロマトライト]]の化石は27億年前のものである。これに対応して、地球大気の酸化的変化を示す[[縞状鉄鉱層]]が出現することも、このころ、酸素を発生するシアノバクテリアが既に出現していたことを窺わせる。

一方 真正細菌の[[16S_rRNA系統解析]]では[[緑色非硫黄細菌]]が光合成生物としてはもっとも初期に分岐したとされる。さらに光合成にかかわる[[遺伝子]]の[[塩基配列|配列]]解析では、[[紅色細菌]]がもっとも初期に分岐したという報告もある。このような知見が重なるとともに、[[生物]]間での遺伝子の移動がしばしば起こる現象であることが明らかになってきた（遺伝子の水平移動）。また、多くの[[光合成細菌]]の近縁には非光合成細菌が見つかることは、光合成機能が進化の過程で容易に失われることを示している。なお、シアノバクテリアの近縁種には、非光合成生物はまだ見つかっていない。とにかく、現生物の系統から光合成の[[進化]]を議論するには注意が必要であると認識されるようになった。

== 光合成 ==
植物の葉緑体と同じ酸素発生型の光合成を行う。チラコイド膜に存在するタンパク質複合体のほとんどは高等植物の葉緑体のそれとよく似ている。葉緑体とは異なり、シアノバクテリアのチラコイド膜では、光合成の電子伝達と酸素呼吸の電子伝達がプラストキノンなどを共有している。

多くの種では、光捕集アンテナ装置として[[フィコビリソーム]]と呼ばれる複合体を持つ。フィコビリソームの構造としてこれまでに様々なモデルが提唱されているが、典型的なフィコビリソームはコアとロッド構造を持ち、それぞれがテトラピロール色素結合タンパク質とそれらをつなぐリンカータンパク質から構成される。特に、ロッド部に含まれる赤色光吸収タンパク質（フィコシアニン）と緑色光吸収タンパク質（フィコエリスリン）の比率が赤色光と緑色光によって調節される現象は古くから知られており、Complementary chromatic adaptation（補色順化）と呼ばれている。

{{Snamei||Gloeobacter}} を除く他のシアノバクテリアは細胞内にチラコイド膜をもち、光化学系複合体などはおもにチラコイド膜に存在し、細胞膜にはほとんど存在しない。一方、原始的な {{Snamei|Gloeobacter}} にはチラコイド膜はなく、細胞膜上に光化学系複合体が存在し、フィコビリソームは細胞膜の内側表面に結合している。多くの遺伝子の系統解析も、{{Snamei|Gloeobacter}} がもっとも古く分岐したことを示しており、興味深い生きた[[化石]]といえる。

また、クロロフィル''b''やジビニルクロロフィルをもつ種ではPcbと呼ばれる特殊なクロロフィル''a''/''b''結合タンパク質をもつ種も存在する。''Acaryochloris marina''というシアノバクテリアはクロロフィル''a''の代わりにクロロフィル''d''を主要な光合成色素としてもっている。光化学系Iや光化学系IIの反応中心では、クロロフィル''d''が光励起で電荷分離する光化学反応を起こすことが最近判明した。

炭酸固定の基質として、細胞内に[[重炭酸イオン]] (HCO<sub>3</sub><sup>–</sup>) を大量に蓄積する。[[カルボキシソーム]]には[[ルビスコ]]（[[リブロース1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ]]）と[[炭酸脱水酵素]]が存在し、細胞内に蓄積した重炭酸イオンから脱水反応で二酸化炭素を生成し、ルビスコに供給している。カルボキシソームは真核藻類の[[ピレノイド]]とほぼ相同な器官といえる。炭酸固定の初期産物はホスホグリセリン酸で、C3型光合成といえるが、細胞内に大量に重炭酸イオンを濃縮するためほとんど光呼吸を示さない点はC4光合成に似ている。

{{Snamei||Anabaena}}、{{Snamei||Synechocystis}}、{{Snamei||Thermosynechococcus}} 等のシアノバクテリアからは、[[シアノバクテリオクロム]]と呼ばれる独自の[[フィトクロム]]様の光受容体が発見されている。これまでに青 / 緑色光、緑 / 赤色光を受容するシアノバクテリオクロムが報告されており、補色順化や走行性の制御に関わることが示唆されている。

== ゲノム ==
多くのシアノバクテリアのゲノム情報が決定されている。最初にゲノムが決定されたのは、{{Snamei||Synechocystis}} sp. PCC 6803である。これは、1996年に、かずさDNA研究所の田畑らのグループによって報告され、生物として4番目、酸素発生型光合成生物として初めてであった。この種は光合成の研究でもっともよく使われている典型的なモデル生物である。その後、田畑らのグループは、窒素固定をする {{Snamei||Anabaena}} sp. PCC 7120（2001年）、好熱性の {{Snamei||Thermosynechococcus elongats}} BP-1（2002年）、チラコイド膜をもたない {{Snamei||Gloeobacter violaceus}} PCC 7421（2003年）と次々と代表的な種のゲノムを決定した<ref>http://genome.kazusa.or.jp/cyanobase/</ref>。平行して、海洋性の''Prochlorococcus''や''Synechococcus''などが米や欧州の研究グループによって報告された（2003年以降）。さらに米・JGIや多くの機関で、モデル生物や生態学的に重要な種のゲノムが続々と決定されている。ゲノムサイズは小さいものは {{Snamei||Prochlorococcus}} 類で180万塩基対、大きいものは {{Snamei||Nostoc punctiforme}} でプラスミドを含めて900万塩基対を超える。これは7000個近くの遺伝子をもっており、真核生物の酵母や原始紅藻よりも多い。

== 細胞分化 ==
糸状性シアノバクテリアにはさまざま細胞分化を示す種があり、高等な真正細菌といえる。ただし、すべての糸状性シアノバクテリアが細胞分化を示すわけではない。

ヘテロシスト（異質細胞、heterocyst）：シストというが、休眠細胞ではなく、酸素がある条件で[[窒素固定]]を行うために分化した細胞。一部の糸状性シアノバクテリアで分化する。一度これに分化すると、再び栄養細胞には戻れない。また、窒素固定のための遺伝子を発現するために、染色体の不可逆的な組換をするものもいる。異質細胞の細胞壁は特別に肥厚し、酸素を発生する光化学系IIを失っており、酸素に弱い窒素固定酵素（[[ニトロゲナーゼ]]、nitrogenase）を酸素から守っている。

休眠細胞 (akinete) は細胞壁が肥厚して、休眠する。

連鎖体（単数：hormogonium、複数：hormogonia）は小型の細胞が連なったもので、寒天などの物体表面上をなめらかに移動する[[滑走運動]]を示す。光合成色素は少なく、細胞分裂はしない。新しい培地に植え継いだときなどに糸状性の栄養細胞から一時的に分化し、1日ほど運動した後、運動能を失い、通常の栄養細胞に戻り、増殖を始める。植物と共生する {{Snamei||Nostoc punctiforme}} の場合、植物の抽出物が連鎖体への分化を誘導し、新しい共生相手を探すことに貢献する。

== 毒素 ==
[[水の華]]、[[アオコ]]を形成するものには、[[毒素]]を生産するものがいる<ref>{{Citation | ref = none | title = アオコ| author =渡辺真利代、原田健一、藤木博太(編)| publisher =東京大学出版会| year =1994| isbn =4-13-066152-3| page =257}}</ref>。これらは総称して、[[シアノトキシン]]ともいう。とくに哺乳動物の肝臓毒性や神経毒性を示す毒素が有名で、汚染された水を飲んだ家畜や人が死亡した例もある。肝臓毒素としては、{{Snamei||Microcystis}} が生産するミクロシスチンや {{Snamei||Nodularia}} が生産するノジュリンなどの[[環状ペプチド]]や水の華を形成するアナベナ類が生産する神経毒のアナトキシン-aなどの[[アルカロイド]]、{{Snamei||Cylindrospermopsis}} が生産する神経毒シリンドロスパーモシンなどの[[ウラシル]]誘導体、貝毒としても有名な[[サキシトキシン]]などのアルカロイドなどが知られている。

== 利用 ==
=== 有機肥料 ===
藍藻は[[窒素]]固定能力を持つため、[[緑肥]]（有機肥料の1種）に使おうという向きもある。水田で緑肥に使われることがある[[アカウキクサ]]類は葉の内部に[[アナベナ]]を共生させている。

=== 食用 ===
[[image:Spirulina tablets.jpg|thumb|right|200px|スピルリナを使用した健康補助食品]]
一部の藍藻は、食用になり、伝統的に世界各地で食材とされてきた。オレゴン州クラマス湖に生息する[[ブルーグリーンアルジー]]は最近では免疫細胞への影響の面より研究が進められており、注目されている<ref>{{cite journal |first1=Gitte S. |last1=Jensen |first2=Donald I. |last2=Ginsberg |first3=Christian |last3=Drapeau |month=Winter |year=2001 |title=Blue-Green Algae as an Immuno-Enhancer and Biomodulator |journal=JANA |volume=3 |issue=4 |pages=24–30}}</ref>。

アフリカや中南米の塩基性の[[塩湖]]で採取されて食用にされてきた[[スピルリナ]]（学名：{{Snamei||Arthrospira}}、真正の{{Snamei||Spirulina}}はこれとは別種である）がよく知られるが、日本や中国といった東アジアでも食材としての利用が散見される。

[[万葉集]]に「あしつき」という食材を採る女たちの歌がある。
{{Quote|雄神河　くれなゐ匂ふ　をとめらし　あしつきとると　瀬に立たすらし}}
この「あしつき」とは、河川の[[ヨシ]]などの茎に付着生育する[[ネンジュモ目]]の藍藻で、今日でも[[アシツキ]]、あるいはカワタケの和名で呼ばれる（近縁の[[イシクラゲ]]の項参照のこと）。現在の日本でも、クロオコッカス目の[[スイゼンジノリ]]は[[懐石|懐石料理]]の高級食材として養殖され、その他の一部の藍藻も食べる地域がある。ネンジュモ目の[[髪菜]]は内陸アジアの[[ステップ_(地形)|ステップ]]地帯の地表に生育し、[[中華料理]]の高級食材であるが、乱獲による環境破壊により今日では採取が禁止されている。ただし、藍藻には有毒のものも多いため、素人判断の同定でむやみに食用とすることは危険である。

== アクアリウムにおける藍藻 ==
[[アクアリウム]]においては、水槽のガラス壁面に沿った形で繁殖する事が多い。富栄養化が進んでしまった水槽や硝化バクテリアのバランスが崩れた（[[硝酸]]が多くなる）水槽でよく発生する。外見も悪く悪臭を伴う。

対策として[[メダカ目]]の[[魚]]に食べさせたり、藍藻を除去する薬剤も販売されている。

== 脚注 ==
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* [[日本生態学会]]編 『生態学入門』（[[2004年]][[8月26日]]、[[東京化学同人]]） ISBN 4-8079-0598-8

== 関連項目 ==
{{Commons category|Cyanobacteria}}
* [[光合成細菌]]
* [[ストロマトライト]]
* [[スイゼンジノリ]] - 食用の藍藻
* [[スピルリナ]] - 食用の藍藻
* [[2-メチルイソボルネオール]]
* [[リングビア・マイユスクラ]]

{{デフォルトソート:らんそう}}

[[Category:真正細菌]]
[[Category:藍藻|*]]
[[Category:モデル生物]]
[[Category:光合成]]

{{Link GA|cs}}