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門田 明雄 教授

門田 明雄 教授

都市教養学部 理工学系 生命科学コース
門田 明雄 教授

キーワード:
光合成, 光, 植物

植物は光センサーを使ってまわりを見ている

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光合成しないと生きていけない植物

植物の成長にとって光は非常に大切です。植物は動物のように移動してえさを食べることができません。そのため、植物は光のエネルギーを使って二酸化炭素と水から炭水化物を合成し、それを栄養分として利用しています。この仕組みを光合成と言います。要するに、植物は自分たちで「食べ物」を作り、それを「食べて」いるのです。光の有無が植物の生死を左右すると言えます。

植物は光の方向に成長する

植物には、光の当たる方向に成長しようとする「光屈性」という性質があります。窓辺に鉢植えを置いておくと、光の入る方向に茎が曲がって成長する様子を見ることができます。植物に光が当たると、茎の先端にある「オーキシン」という植物ホルモンが、光の当たらない側に移動して成長を促進するため、茎の光の当たる側と当たらない側で成長がアンバランスになり、結果的に光の方に曲がってしまうのです。こうした性質から、植物には光を感じる仕組みがあるのではないかと長い間推測されてきましたが、最近の研究で、植物の葉や茎の細胞内にある光センサー色素の存在が明らかになってきました。光には波長によりさまざまな色があり、主に赤と青の光が光合成に使われますが、光センサー色素の「フィトクロム」は赤の光を、「クリプトクロム」と「フォトトロピン」は青の光を受容することがわかっています。

期待される光センシングの解明

こうした光センサー色素により、植物は光の色を見分け、さらに光の強さ、光の方向を知ることもできます。人間と違って目のない植物ですが、こうした仕組みにより生きていくうえで不可欠な光を取り込み、成長することができるのです。光センサー色素で受容した光情報がどのように植物全体に伝わるのかなど、詳しいメカニズムはまだよくわかっていません。さらに研究が進めば、光調節による効率のよい植物栽培技術の開発や、最終的には農産物の増産にもつながることが期待されます。

新発見!葉緑体は自前の移動装置を持っている

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葉緑体は光合成の場所

光合成とは、緑色植物が光のエネルギーを用いて、二酸化炭素と水から炭水化物を合成し、酸素を放出する仕組みのことです。光合成は主に葉の細胞の中にある葉緑体の中で行われますが、その際の葉緑体の動きを見ると非常に面白い現象が確認できます。 その現象とは、葉緑体がまるで動物のような動きをすることです。光合成は光が当たっていないとできないため、葉緑体は光を求めて細胞内を移動しますが、光の強さによって葉緑体の動きが変化することがわかりました。

植物は光合成の効率を考えている!?

弱い光のときは、光合成の効率を上げるため、光の当たりやすい植物細胞の中央付近に葉緑体が集まってきます。一方、真夏の直射日光のような強い光を浴びると葉緑体自体が壊れてしまいます。そのため、強い光が当たるときは、光から逃げるような動きをします。細胞の真ん中に集まっていた葉緑体が、細胞の側面へと移動するのです。 強い光からは逃げ、日差しが弱くなると、また細胞の中央付近に集まってきます。光合成をするための適当な光の強さがあればそちらに動き、光で強いダメージを受けそうになったら避難する、このように葉緑体は細胞の中で動くのです。

定説を覆す細胞内の新発見

こうした細胞の中の動きというのは、これまでは「アクチンフィラメント」と呼ばれる細胞の中の長い糸に沿って動くと思われていました。しかし最近の研究で、葉緑体はこの長いアクチンフィラメント上だけを動いているわけではないことがわかりました。これまで知られていない短いアクチンフィラメントの糸が葉緑体の周りにだけ見つかり、葉緑体はこの短いアクチンフィラメントを自前の装置として使い、細胞内を自由に動き回ることがわかってきたのです。 現段階ではそれ以上のことはわかっていませんが、従来の定説を覆す発見であったことは確かです。「葉緑体の不思議」を解明する今後の研究が期待されています。

高校生・受験生の皆さんへのメッセージ

最近の学生はまじめで、「人の役に立つ研究をしたい」とよく言います。しかし人の役に立つかどうかは、それぞれの価値観に大きく左右されるものです。また、価値観は時代とともに変化します。役立つかどうかというような不確かな基準にとらわれず、純粋に科学の真理を追究する面白さを知ってほしいと思います。
興味をもつきっかけはなんでもいいのです。私が生物学を研究することになったきっかけは、顕微鏡で見た細胞の美しさに魅せられたからです。今は顕微鏡越しにミクロの世界を見ながら細胞レベルの研究をしています。


夢ナビ編集部監修

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