|
窒素固定細菌と緑藻の共生系を確立し、その共生機構を物質やエネルギーの授受に注目して解析した。可溶性窒素化合物欠乏条件で緑藻の生育を促進する窒素固定細菌として、シアノバクテリア、好気従属栄養性細菌、紅色非硫黄光合成細菌が有効であることが分かった。ただし、それぞれが効果を発揮できる条件は異なっており、その違いから共生関係成立のための要素を抽出することができた。シアノバクテリアの場合と異なり、好気従属栄養性細菌や紅色非硫黄光合成細菌との共生系には、有機炭素を補助的に添加することが必要であった。これら窒素固定細菌が細胞外に遊離するアンモニア量は限られていると考えられるため、種間の効率的な窒素源の授受には、細胞同士の近接が重要であることが示唆された。二種培養系において、緑藻の細胞周囲に窒素固定細菌が集合している様子が観察されている。さらに、菌体を通さない膜で隔てた二槽培養装置を用いて、二種を隔離して培養したところ、緑藻はその膜上に張り付いて生育したことからも細胞の近接が重要であると考えられた。また、緑藻と共培養することでシアノバクテリアの窒素固定に関わる酵素（ニトロゲナーゼ）の活性が上昇することが観察された。
このようにして得られた共生関係に関する知見をもとに、両者の細胞数変化を数理モデルを利用して解析した。分裂速度を、最大分裂速度、基質利用特性、生産能力（炭酸固定や窒素固定）、死滅速度、炭素や窒素の他種への供給能をもとに記述することで、両者の関係を示すことができた。これをもとに共生が成立するための条件、すなわち生育速度および生産能力等のバランスがとれた状態、を抽出することができた。
|
