“真核生物におけるミトコンドリアと有性生殖の進化の旅路” 寒冷気候の愛・私たち（母）のミトコンドリアと心より

思ったこと

“原核生物とは異なり、真核生物は通常、他のどんな真核生物とも遺伝物質を交換することはない。”下記の投稿より。遺伝子組み換え食品などで別の種の遺伝子を組み込んで食品を食べています。例えば、遺伝子組み換えの作物を食べた牛、豚などの肉を食べています。その遺伝子は人間に移転をするのかが問題になっています。ネットでは食べ物は腸で完全に分解されては排泄されると出ています。PUBMEDに下記の記事がありました。

完全な遺伝子は、食物からヒトの血液に受け継がれる可能性があります。

Complete genes may pass from food to human blood.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23936105/

完全な遺伝子を運ぶのに十分な大きさの食事由来のDNA断片が分解を免れ、未知のメカニズムによってヒトの循環系に入ることができるという証拠を報告する。

 寒冷気候の愛：私たち（母）のミトコンドリアと心より

 Our (Mother’s) Mitochondria and Our Mind

 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5761714/

 Love in a Cold Climate

 寒冷気候の愛

 Life on earth has existed for around 4 billion years (Dodd et al., 2017). For the first 2 billion, all creatures alive were single cells with no nucleus (Dacks et al., 2016). Then—according to a leading theory (Martin & Müller, 1998; Martin, Neukirchen, Zimorski, Gould, & Sousa, 2016)—certain bacteria invaded certain archaea, members of a separate domain of microbes. At the time, these archaea lived around volcanic ridges on the ocean floor and fed on carbon dioxide and on hydrogen from submarine hydrothermal vents. The bacteria lived in the vicinity, fed on organic compounds, and discharged as waste products precisely the carbon dioxide and hydrogen that the archaea made use of. Microbes do sometimes break into one another and the result is rarely a happy marriage. After tolerating the bacteria for a while, however, the invaded archaea evolved to take advantage of them and ended up integrating them for good. In the process, the bacteria became mitochondria, the milk cows of their hosts, and shed most of their genetic material (Lane, 2015; Lane & Martin, 2010). Thanks to their new milk cows, the hosts had plenty of energy ready for use and could afford to pick up parts of the discarded material, build a kind of control center out of it—a cell “nucleus”—and evolve from prokaryotes (organisms made of one cell with no nucleus) into eukaryotes (organisms made of one or more cells with a nucleus, like us).

 地球上の生命は約40億年前から存在している（Dodd et al.） 最初の20億年間は、生きている生物はすべて核を持たない単細胞だった（Dacks et al.） その後、有力な説によると（Martin & Müller, 1998; Martin, Neukirchen, Zimorski, Gould, & Sousa, 2016）、ある種の細菌が、微生物の別領域に属するある種の古細菌に侵入した。当時、これらの古細菌は海底の火山尾根周辺に生息し、二酸化炭素と海底熱水噴出孔からの水素を栄養源としていた。細菌はその周辺に生息し、有機化合物を餌とし、古細菌が利用した二酸化炭素と水素を廃棄物として排出した。微生物同士は、時として互いに侵入し合うことがあるが、その結果、幸せな結婚が実現することは稀である。しかし、侵入した古細菌はしばらくの間細菌に耐えた後、細菌を利用するように進化し、最終的には細菌と統合した。その過程で、細菌は宿主の乳牛であるミトコンドリアとなり、遺伝物質のほとんどを脱ぎ捨てた（Lane, 2015; Lane & Martin, 2010）。宿主は新しい乳牛のおかげで、使えるエネルギーがたっぷりあり、廃棄された物質の一部を拾い集め、そこから一種のコントロールセンター（細胞の「核」）を作り、原核生物（核を持たない1つの細胞からなる生物）から真核生物（私たちのように核を持つ1つ以上の細胞からなる生物）へと進化する余裕があった。

 Archaea　古細菌（アーキア

日本語では「古細菌」または「アーキア」が呼称されることが多い。「始原菌（しげんきん）」[5][6]も使われる。「古細菌」という名称は、「菌」および「細菌」を名前に含むが、菌類（真菌）や細菌（真正細菌）とは異なる　ウィキペディアより

古細菌の非常に大きな特徴は、細胞を包む細胞膜がエーテル脂質という特殊な脂質でできている事である。東京薬科大学より

 Prokaryotes　：原核生物

Eukaryotes　　真核生物

 Regardless of whether eukaryotes emerged this way (Lane, 2015; Martin & Müller, 1998) or a different one (Koonin, 2015), all eukaryotes contain either bacteria-like mitochondria with bacterial DNA or, in exceptional cases, remnants of it (Martin et al., 2016). Prokaryotes are sexless and reproduce by making copies of themselves. Occasionally, they exchange chunks of genetic material with one another (Hanage, 2016) and hand down the resulting mix to the next generation via cloning. Eukaryotes, on the other hand—including virtually all of those that can clone themselves—reproduce sexually at least some of the time (Speijer, 2016). Sex mixes up genes extraordinarily well and this bears various potential advantages. It forces parasites to constantly readapt (Tooby, 1982), for example, and it does in fact diminish their ability to break through host defenses (Auld, Tinkler, & Tinsley, 2017). Sexual reproduction involves passing on not only genes but also all the rest of the fertilized egg, including live mitochondria. Yet, although eukaryotic parents mix their genes, they avoid mixing their mitochondria; in the overwhelming majority of cases only one parent—almost always the mother—passes them on (Breton & Stewart, 2015). Why this should be so continues to be debated (see next section), but given that it is the case and that only eukaryotes have mitochondria, only eukaryotes have sex, and nearly all eukaryotes have sex at least some of the time, many agree that the evolution of sex is likely to have a lot to do with mitochondria (Lane, 2015; Speijer, 2016).

 真核生物がこのような方法で出現したのか（Lane, 2015; Martin & Müller, 1998）、それとも別の方法で出現したのか（Koonin, 2015）にかかわらず、すべての真核生物は、細菌DNAを持つ細菌のようなミトコンドリアか、例外的にその残骸を含んでいる（Martin et al.） 原核生物は無性で、自分自身のコピーを作ることで繁殖する。時折、遺伝物質の塊を互いに交換し（Hanage, 2016）、その結果できた混合物をクローニングによって次世代に伝える。一方、真核生物は、自分自身をクローン化することができるほぼすべての真核生物を含め、少なくともある時は有性生殖を行う（Speijer, 2016）。性交渉は遺伝子を非常によく混ぜ合わせるので、さまざまな利点が期待できる。例えば、寄生虫は常に再適応を余儀なくされ（Tooby, 1982）、宿主の防御を突破する能力が低下する（Auld, Tinkler, & Tinsley, 2017）。有性生殖では、遺伝子だけでなく、生きたミトコンドリアを含む受精卵の残りのすべてを受け継ぐ。しかし、真核生物の親は遺伝子を混ぜ合わせることはあっても、ミトコンドリアを混ぜ合わせることはしない。なぜそうなのかについては議論が続いているが（次項参照）、真核生物だけがミトコンドリアを持っていること、真核生物だけがセックスを持っていること、そしてほぼすべての真核生物が少なくとも何度かはセックスをしていることを考えると、セックスの進化はミトコンドリアと大いに関係がありそうだということに多くの人が同意している（Lane, 2015; Speijer, 2016）。

 Sexual reproduction　有性生殖

 Sexual reproduction complicates the lives of those involved considerably. Unlike prokaryotes, eukaryotes usually do not exchange genetic material with just any other eukaryote; they need to find a suitable mate that must be of the same species, opposite sex, and either won over to collaborate or forced to do so. Meanwhile they may face the risks of retribution (for example, in case of attempted rape), of contracting a sexually transmitted disease, and—especially if they are human females—of potentially fatal complications during labor. To ensure that genes and mitochondria are nevertheless passed on from one generation to the next, individuals must therefore somehow be compensated—“bribed,” in our species, with “intense erotic pleasure; presumably mild pleasure is not enough” (Lane, 2005, p. 206).

 有性生殖は関係者の生活をかなり複雑にする。原核生物とは異なり、真核生物は通常、他のどんな真核生物とも遺伝物質を交換することはない。彼らは、同じ種で異性でなければならず、協力するように仕向けられるか、そうせざるを得ないような、適切な伴侶を見つける必要がある。一方、彼らは報復のリスク（例えばレイプ未遂の場合）や性感染症にかかるリスク、そして特にヒトのメスであれば、出産時に致命的な合併症を引き起こす可能性があるリスクに直面するかもしれない。それにもかかわらず遺伝子とミトコンドリアが世代を超えて受け継がれるようにするためには、それゆえ、個体は何らかの形で補償されなければならない--私たちの種でいえば、「強烈なエロティックな快楽」で「買収」されなければならない； おそらく、軽い快楽では十分ではない」（Lane, 2005, p. 206

 Most of our DNA (including some 20,000 genes) sits in the nucleus of each of our cells, and this nuclear DNA regulates much of how our mitochondria function (Mattson, Gleichmann, & Cheng, 2008). Outside the nucleus, however, mitochondria have retained some DNA of their own (including, in humans, 37 genes) and this gives them a small degree of independence. Human mitochondrial DNA, unlike nuclear DNA, is passed on only from mothers (Pyle et al., 2015). So, any mutations in mitochondrial DNA are weeded out of the gene pool only if they harm women and not if they harm men; for mitochondria, men are just about dead ends, and their future makes no difference to mitochondrial future. Men and women have much in common, and what is harmful to men is usually also harmful to women, but there is at least one exception.

 私たちのDNAの大部分（約20,000の遺伝子を含む）は各細胞の核の中にあり、この核DNAがミトコンドリアの機能の多くを制御している（Mattson, Gleichmann, & Cheng, 2008）。しかし核の外では、ミトコンドリアは独自のDNA（ヒトでは37の遺伝子を含む）を保持しており、これによってミトコンドリアはわずかながら独立している。ヒトのミトコンドリアDNAは、核DNAとは異なり、母親からのみ受け継がれる（Pyle et al.） そのため、ミトコンドリアDNAに変異があっても、それが女性に害を及ぼす場合にのみ遺伝子プールから淘汰され、男性に害を及ぼす場合は淘汰されない。ミトコンドリアにとって、男性は行き止まりでしかなく、その将来はミトコンドリアの将来にとって何の違いもない。男性と女性には多くの共通点があり、男性に有害なものは通常女性にも有害であるが、少なくとも1つの例外がある。

 From digested food, mitochondria produce both adenosine triphosphate (ATP)—a chemical that cells use as fuel—and heat, which can be spent to maintain body temperature. The more heat, the less ATP and vice versa. People in cold climates are more likely than those in hot ones to have inherited mitochondria that produce relatively much heat (Ruiz-Pesini et al., 2000). For men, however, there is a catch, because they host one cell type that happens to be particularly sensitive to a loss in ATP: sperm. To be fast, sperm cells need to be small. Typically they accommodate only up to a few dozen mitochondria (there to provide swimming energy), whereas other body cells carry on average 300 to 400 and egg cells, which are huge, about 100,000 (Lane, 2015). If those few sperm mitochondria do not make enough ATP, fertility diminishes. But because only women pass on their mitochondria and women do not carry sperm, the genes of inefficient sperm mitochondria may become more frequent than they otherwise would have. Indeed, mitochondrial DNA associated with reduced male fertility has been found to be more common in men who live in colder climates than in those who live in warmer ones (Ruiz-Pesini et al., 2000): in Swedes (22%) more than in Germans (12%) and in Germans more than in the Druz from the Middle East (4%).

 消化された食物から、ミトコンドリアはアデノシン三リン酸（ATP）-細胞が燃料として使う化学物質と、体温を維持するために使われる熱の両方を作り出す。熱量が多ければ多いほどアデノシン三リン酸（ATP）は減少し、逆もまた然りである。寒冷地の人々は、暑い地域の人々よりも、比較的多くの熱を産生するミトコンドリアを受け継いでいる可能性が高い（Ruiz-Pesini et al.） というのも、男性には、アデノシン三リン酸（ATP）の減少に特に敏感な細胞のひとつ、精子があるからだ。精子である。高速で動くためには、精子細胞は小さくなければならない。通常、精子細胞は数十個のミトコンドリア（泳ぐためのエネルギー源）しか持たないが、他の体細胞は平均して300から400個、卵細胞は巨大で約10万個を持つ（Lane, 2015）。その数少ない精子ミトコンドリアが十分なアデノシン三リン酸（ATP）を作れなければ、生殖能力は低下する。しかし、ミトコンドリアを受け継ぐのは女性だけであり、女性は精子を運ばないため、非効率的な精子ミトコンドリアの遺伝子は、そうでない場合よりも頻度が高くなる可能性がある。実際、男性の生殖能の低下に関連するミトコンドリアDNAは、温暖な気候に住む男性よりも寒冷な気候に住む男性に多いことがわかっている（Ruiz-Pesiniら、2000年）：スウェーデン人（22％）ではドイツ人（12％）よりも多く、ドイツ人では中東のドルーズ人（4％）よりも多い。

 Unlike a cell’s nucleus that has just one set of DNA, each mitochondrion can carry several (e.g., Cavelier, Johannisson, & Gyllensten, 2000)—meaning up to hundreds or thousands of copies per cell. Each set is used in the production of the same proteins. Should one set no longer function properly, due for example to accumulation of mutations, another can compensate and this renders mitochondria much more resilient than they otherwise would be. The number of copies of mitochondrial DNA is not the same for everyone, though, and this is not an easy number to interpret. A smaller one should stand for reduced mitochondrial efficiency, and on such grounds reduced efficiency of body and brain (Cao, Zhao, Zhou, Chen, & Yang, 2012). Among healthy elderly women, in fact, those who do worse in a cognitive abilities test have fewer copies than those who do better (J. W. Lee, Park, Im, Kim, & Lee, 2010), and those who are depressed have fewer copies than those who are not (Kim, Lee, Kang, Kim, & Lee, 2011). However, healthy young adults with a history of either depression, anxiety, substance use disorder, childhood parental loss, or maltreatment have more DNA copies than people without such a history (Tyrka et al., 2016). Arguably, this increase could be an early compensatory response to adversity that is progressively overwhelmed as one gets older or sicker (Tyrka et al., 2016).

 細胞の核がDNAを1セットしか持たないのとは異なり、ミトコンドリアは1個につき数個（例えば、Cavelier, Johannisson, & Gyllensten, 2000）のDNAを持つことができる。それぞれのセットは、同じタンパク質の生産に使われる。突然変異の蓄積などにより、あるセットが正常に機能しなくなったとしても、別のセットがそれを補うことができるため、ミトコンドリアは他のセットよりもはるかに回復力がある。しかし、ミトコンドリアDNAのコピー数はすべての人が同じではないため、この数値を解釈するのは容易ではない。ミトコンドリアDNAのコピー数が少なければ少ないほど、ミトコンドリアの効率は低下し、身体や脳の効率も低下する（Cao, Zhao, Zhou, Chen, & Yang, 2012）。実際、健康な高齢女性では、認知能力テストの成績が悪い人は良い人よりもコピー数が少なく（J. W. Lee, Park, Im, Kim, & Lee, 2010）、うつ病の人はそうでない人よりもコピー数が少ない（Kim, Lee, Kang, Kim, & Lee, 2011）。しかし、うつ病、不安障害、薬物使用障害、幼少期の親の喪失、虐待のいずれかの既往歴がある健康な若年成人は、そのような既往歴がない人に比べてDNAのコピー数が多い（Tyrka et al.） 議論の余地なく、この増加は逆境に対する初期の代償反応である可能性があり、それが年をとったり病気になったりするにつれて徐々に圧倒されるのである（Tyrka et al.）