今、私たちの課題は生物学を再統合することです。有機体をその環境の中に戻し、進化の過去とつなぎ直し、有機体、進化、環境が統一された複雑な流れを感じさせることです。生物学が非線形世界に入る時がきたのです。
Carl Richard Woese はアメリカの微生物学者にして生物物理学者でした。Woese は1977年に16S リボソーム RNA の系統発生学的分類法によって Archaea という生命の新しい領域を定義したことで有名です。この技術は彼が開拓したもので、微生物学に革命をもたらしました。彼はまた1967年に RNA 世界仮説を起源させました。ただし、その名前ではありませんでした。Woese はイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の Stanley O. Ikenberry 教授職を保有し、微生物学の教授でした。
人生と教育
Carl Woese はニューヨーク州 Syracuse で1928年7月15日に生まれました。Woese はマサチューセッツの Deerfield Academy に通いました。彼は1950年に Amherst College から数学と物理の学士号を取得しました。Amherst での在学中、Woese は生物学の授業を1つだけ取りました。生化学は彼の最終学年でした。そして、当時 Amherst の物理学の助教授だった William M. Fairbank に、Yale で生物物理学を追求するよう勧められるまで、「植物と動物に対する科学的関心がありませんでした」。
1953年、彼は Yale University で生物物理学の博士号を取得しました。そこでの博士研究は熱と電離放射線によるウイルスの不活化に焦点を当てていました。彼は Rochester 大学で2年間医学を学びましたが、小児科のローテーション開始から2日後に辞めました。その後、彼は Yale University で生物物理学のポスドク研究員になり、細菌芽胞を調査しました。1960年から1963年まで、彼はニューヨーク州 Schenectady の General Electric Research Laboratory で生物物理学者として働きました。1964年、Woese はイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の微生物学部に入職し、Archaea、ゲノミクス、分子進化を専門分野として焦点を当てました。彼はイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の Carl R. Woese Institute for Genomic Biology の教授になり、彼の死後の2015年に彼の名誉のために改名されました。
Woese は膵臓がんの合併症により、2012年12月30日に亡くなりました。
仕事と発見
遺伝暗号に関する初期の仕事
Woese は1960年の秋に General Electric の Knolls Laboratory でラボをセットアップしている最中に遺伝暗号に注意を向けました。1953年の James D. Watson、Francis Crick、Rosalind Franklin による DNA 構造の発見に続く10年間に、物理学者と分子生物学者の間で関心が20のアミノ酸と核酸塩基の4文字のアルファベットとの対応を解読することの周りに集まり始めていました。Woese はこのトピックに関する一連の論文を発表しました。その中で、彼は当時「可溶性 RNA」として知られていたものと DNA との間の対応表を、それぞれの塩基対比率に基づいて推測しました。その後、彼はウイルスが各アミノ酸をコード化するために1つの塩基ではなく三重項を使用したという仮説に関連する実験データを再評価し、18のコドンを提案し、プロリンの1つを正しく予測しました。他の仕事はタンパク質翻訳の機序的基礎を確立しましたが、Woese の見方では、遺伝暗号の進化の起源を後付けとして大部分において見落としていました。
1962年、Woese はパリの Pasteur Institute の客員研究員として数ヶ月間を過ごしました。それは遺伝子発現と遺伝子制御の分子生物学に関する激しい活動の中心地でした。パリにいる間、彼は Sol Spiegelman に会いました。Spiegelman は彼の研究目標を聞いた後、Woese に Illinois 大学への訪問を招待しました。この訪問で、Spiegelman は Woese に1964年の秋から始まる即座の終身在職権を伴うポジションを提供しました。生物学研究の主流外のより推測的な調査スレッドを忍耐強く追求する自由で、Woese は遺伝暗号を進化の観点から考慮し始めました。コドン割り当てと amino acid 配列への翻訳がどのように進化したかについて質問しました。
第3の領域の発見
20世紀の大部分を通じて、原核生物は生物の単一グループと見なされ、それらの生化学、形態および代謝に基づいて分類されました。1962年の非常に影響力のある論文で、Roger Stanier と C. B. van Niel は最初に細胞組織の原核生物と真核生物への分裂を確立し、原核生物を細胞核を欠く生物として定義しました。Édouard Chatton の一般化から改作して、Stanier と Van Niel の概念は急速に生物間の最も重要な区別として受け入れられました。しかし、彼らはそれでも微生物学者が細菌の自然系統発生分類を構築しようとする試みに対して懐疑的でした。しかし、すべての生命がギリシャ語の根 πρό pro-、前、正面に暗示された一般的な原核生物の祖先を共有していると一般的に仮定されるようになりました。
1977年、Carl Woese と George E. Fox は、生命の樹の基本構造に関する普遍的に支持された仮説を実験的に反証しました。Woese と Fox は「古細菌」Archaea と呼ぶ微生物生命の一種を発見しました。彼らは古細菌が植物と動物と同じくらい異なる生命の「第3の王国」を構成していると報告しました。Archaea を細菌でも真核生物でもない新しい「原始王国」後に領域として定義した後、Woese は分類学的な樹を描き直しました。彼の3領域システムは、明らかな形態学的類似性ではなく系統発生学的関係に基づいていて、生命を23の主な区分に分割し、3つの領域に組み込まれました：Bacteria、Archaea、および Eucarya。
Woese の系統発生学的に有効な分類の有効性の受け入れは遅いプロセスでした。Salvador Luria と Ernst Mayr を含む著名な生物学者は、彼の原核生物の分裂に異議を唱えました。彼に対するすべての批評が科学的レベルに限定されていたわけではありません。10年の労力を要する oligonucleotide カタログは、彼に「奇人」の評判を残し、Woese は Science 誌に掲載されたニュース記事によって「微生物学の傷ついた革命家」と呼ばれるようになりました。支持データの増加する機関により、科学界は1980年代半ばまでに Archaea を受け入れるようになりました。今日、統一された Prokarya という考えに固執する科学者はほとんどいません。
Archaea に関する Woese の仕事はまた、他の惑星での生命の探索への影響という点でも重要です。Woese と Fox による発見の前に、科学者たちは Archaea が私たちにより馴染みのある微生物から進化した極端な生物だと考えていました。今では、ほとんどの人はそれらが古代であり、地球上の最初の生物への強固な進化的つながりを持っている可能性があると信じています。極端な環境に存在する古細菌に似た生物は他の惑星で発展した可能性があります。そのうちのいくつかは、好極限性生物の生命に適した条件を含んでいます。
特に、Woese による生命の樹の解明は、微生物系統の圧倒的な多様性を示しています。単細胞生物は生物圏の遺伝的、代謝的、および生態学的ニッチの多様性の大多数を表しています。微生物は多くの生物地球化学的サイクルと生物圏の継続的な機能に不可欠であるため、Woese が微生物の進化と多様性を明確にしようとする努力は、生態学者と保全活動家に価値のあるサービスを提供しました。それは進化理論と生命の歴史に関する私たちの知識への主要な貢献でした。
初期細胞タイプの進化
Woese はまた、かなりの水平遺伝子移動が生物間で起こった急速進化の時代について推測しました。1977年の Woese と Fox による論文で最初に説明された、これらの生物、または原細胞は、非常に低い複雑性を持つプロトセルとして想像されました。これは、誤りが多い翻訳装置による「ノイズの多い遺伝子伝送チャネル」のためです。それは、細胞相互作用の特異性を制限し、ゲノムのサイズを制限した高い突然変異率を生成しました。この初期の翻訳装置は、単一のタンパク質ではなく、構造的に類似した、機能的に同等のタンパク質のグループを生成したであろう。さらに、この低下した特異性のため、すべての細胞成分は水平遺伝子移動の影響を受けやすく、迅速な進化はエコシステムのレベルで発生しました。
現代細胞への移行、「ダーウィン的閾値」は、生物が現代的忠実度レベルで翻訳メカニズムを進化させるときに発生しました。改善されたパフォーマンスにより、細胞組織は他の生物からの遺伝子が個人自身の遺伝子を置き換えることができなくなるレベルの複雑さと相互接続性に到達することができました。
後年、Woese の仕事は進化における水平遺伝子移動 HGT の重要性を明確にするためのゲノム分析に集中しました。彼は aminoacyl-tRNA synthetase の系統発生の詳細な分析と、生物間のこれらの主要な酵素の分布に対する水平遺伝子移動の影響に関する仕事に取り組みました。研究の目標は、第一細胞型 — archaeal、eubacterial、および eukaryotic — が RNA 世界での祖先の状態からどのように進化したかを説明することでした。
生物学に関する見方
Woese は Current Biology で生物学の過去、現在、未来に関する彼の考えを共有しました。
21世紀の生物学が直面する「重要な質問」はすべて、単一の質問、生物学的組織の性質と生成に由来しています。...はい、Darwin は戻ってきました。しかし、これまで以上に生物学の深みをはるかに遠くまで見ることができる科学者たちの仲間で。もはや「10,000種の鳥」という進化の見方ではありません。形式の行進として見られる進化。関心は現在、進化プロセス自体にあります。
今日、生物学的組織の問題が2つの顕著な方向を取っていると私は見ています。最初は、翻訳装置と遺伝暗号の進化、ならびに細胞プロセスの豊富さを微調整し、正確に相互に関連させる制御の階層の起源と性質を含む副問題を含む（タンパク質性）細胞組織の進化です。また、地球上に存在する異なる基本細胞型の数に関する質問も含まれています。すべての現代細胞は単一の祖先の細胞組織から来ましたか？
2番目の主な方向は、グローバルエコシステムの性質を含みます。...細菌は、この惑星上の主要な生物です。数で、総質量で、グローバルバランスへの重要性で。したがって、それは微生物生態学です。...最も開発が必要です。事実の観点から、それを理解するために必要なことと、それを解釈するための枠組みの観点から両方で。
Woese は生物学が社会における「すべて重要」な役割を持つと考えていました。彼の見方では、生物学は「エンジニアリングされた環境」の追求以上の幅広い目的を果たすべきでした。
物理学で正式に認識されたことは、今、生物学で認識される必要があります。科学は二重の機能を果たします。一方では、それは社会の召使であり、社会が提起する応用の問題に取り組んでいます。一方、それは社会の教師として機能し、後者がその世界と自分自身を理解するのを助けます。それは、後者の機能が今日実質的に欠けているものです。
栄誉と科学的遺産
Woese は1984年に MacArthur Fellow でした。1988年に National Academy of Sciences のメンバーに任命されました。微生物学の最高の栄誉である Leeuwenhoek Medal を1992年に受け取りました。National Academy of Sciences から1995年に Selman A. Waksman Award in Microbiology を受け取りました。そして、2000年に National Medal of Science の受賞者でした。2003年、彼は「生命の第3の領域の発見」に対して Royal Swedish Academy of Sciences から Crafoord Prize を受け取りました。2006年、彼は Royal Society の外国人メンバーに任命されました。
Pyrococcus woesei、Methanobrevibacter woesei、および Conexibacter woesei などの多くの微生物種は、彼の名誉のために名付けられています。
Stanford University の微生物学者 Justin Sonnenburg は「1977年の論文は微生物学と議論の余地なく、すべての生物学の中で最も影響力のあるものの1つです。それは Watson と Crick と Darwin の著作と並んで、微生物世界の信じられないほどの多様性のための進化の枠組みを提供しています」と述べました。
水平遺伝子移動を主要な進化プロセスとして Woese の仕事に関しては、University of Colorado at Boulder の Norman R. Pace 教授は、「私は Woese が Darwin を含む歴史上のいかなる生物学者よりも、大きな生物学のためにより多くのことを成し遂げたと思います...学ぶべきことはたくさんあり、彼は新しい話を見事に解釈しています」と述べました。
選択された出版物
本
- Woese, Carl 1967. The Genetic Code: the Molecular Basis for Genetic Expression. New York: Harper & Row. OCLC 293697.
選択された記事
- Woese, Carl R.; George E. Fox 1977. "Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 11: 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. ISSN 0027-8424. PMC 432104. PMID 270744.
- Woese, Carl R. June 1, 1987. "Bacterial evolution". Microbiological Reviews. 51 2: 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC 373105. PMID 2439888.
- Woese, Carl R.; O Kandler; M L Wheelis 1990. "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 12: 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. ISSN 0027-8424. PMC 54159. PMID 2112744.
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