40億年の時を動き続けるエネルギー産生機関、それが生命～「Why is Life the way it is?（邦題：生命、エネルギー、進化）」～

　生物学は現実の生物が「なぜ（Why）」そして「どのように（How）」どのように進化してきたのかを明らかにする学問だ。なので、理論的にエレガントであることよりも、現実の生物の在りようを上手く説明できる価値観が大切だと思う。

　生命の本質は何か？進化の原動力は何なのか？

本書は「エネルギーを生み出し続けるシステムとして進化してきたのが生命だ」と言っている。

これだと何のことだかサッパリだろう。

　生命活動のエネルギー源はATP（アデノシン三リン酸）だ。DNAの複製、タンパク質合成、細胞内での代謝反応、筋肉を動かすのに必要なのはATPに溜め込まれたエネルギーだ。このATPが無くなると生命活動は停止し、死に至る。よって、細胞は常にこのATPを作り続けなければならない存在と言える。では、このATPを作るためのエネルギーは何か？それが本書の核心である「化学浸透共役によるエネルギー産生」だ。

　ここで化学のおさらい。

　水素原子（H）は正電荷をもつ陽子（プロトン）と負電荷を持つ電子（エレクトロン）が１つずつセットになった原子で在り、電気的に中性、つまり、電荷は０である。水素原子から電子が放出され、陽子だけとなると正電荷を持つプロトン（H+）となる。

　全ての生命に共通する基本OSが、「化学浸透共役によるエネルギー産生」である。

　摂取した栄養素を分解して得られたエネルギーを使って、膜を越えてプロトン（H+）を汲み出し、プロトン（H+）濃度が膜外＞膜内となる濃度勾配を作る。そして、膜内に埋め込まれたタンパク質のタービン（ATP合成酵素）を通って戻るプロトン（H+）の流れが、ATP合成を促すのである。多少の違いはあるものの、全ての生命はこの「化学浸透共役によるエネルギー産生」システムにより、生命活動に必要なエネルギーを得ている。

　私たち真核生物の細胞でエネルギー産生を担っているのは細胞小器官のミトコンドリアである。実はこのミトコンドリア、遙か太古に真核細胞の祖先と共生したバクテリアである。細胞小器官と化したミトコンドリアには、もはや自由はない。ミトコンドリアゲノムの99％は核ゲノムに移行しており、細胞外では生きていけない。そもそも、細胞内での分裂についても核ゲノムの厳しい管理下にある。一見すると、核ゲノムにいいようにこき使われているミトコンドリアだが、何と細胞の殺生与奪までをも握っている。これではもう細胞の主導権が核とミトコンドリアのどちらにあるのかわからなくなってくる。

　本書の中で、この不思議な共生体であるミトコンドリアと核（宿主）が絶え間なくかつ効率的にエネルギーを産生するシステムを共に構築していく過程、すなわち、共進化の過程が考察されている。また、ミトコンドリアの共生により、超高性能リアクターを手にいれた祖先真核細胞のゲノム構成、細胞内構造の劇的な進化の過程の考察も読みどころだ。

　詳細は是非とも読んでほしいのだが、「エネルギー」を中心に展開される生命進化のロジックは説得力がある。高校や大学で生命進化について勉強した内容が片っ端から上書きされていく感覚はなかなかないものだろう。　

余談

　ニック氏の前著『ミトコンドリアが進化を決めた（みすず書房）』では、ミトコンドリアが共生したことで、生物に雄と雌の２性（性分化）が出現したことや、細胞の自殺プログラム（アポトーシス）の鍵を握る死の天使ミトコンドリアについて書かれている。こちらも読み応えバッチリなのでおすすめだ。

ミトコンドリアが進化を決めた

相反する2つのベクトルで駆動する幸運を蓄積するシステム〜生命というオートマタ（自動機械）〜 『生命のからくり』

　生命進化に関する考え方も様々である。前回に続いて生命進化に関する1冊。今回は、情報蓄積システムとしての生物進化だ。

  正直、本書で述べられている考え方は非常に衝撃を受けた。
生命を『情報を蓄積する動的システム』として捉えている点である。

  生命は矛盾を内包した存在だ。
  生命にとって『自分と同じものを作る』ことと『自分と違うものを作る』ことの相反する2つの性質が必須であるためだ。
前者は、種の存続のため自分と同じ子孫を残すこと、すなわち、『静』の性質。対して、後者は、サルから進化してヒトが出現したり、環境変化に適応したものが出現したりする、いわば『動』の性質。すべての生命はこの相反する2つのベクトルを抱え、今も少しずつ進化を続けている。生命はこれらの矛盾する『静』と『動』のベクトルにより駆動する“からくり”を持っている。

  本書では、この“からくり”の正体がDNA分子であると説く。
この二重らせん構造の生命の設計書DNAは『自分と同じものを作る』ことと『自分と違うものを作る』相反する2つの性質を備えた分子なのである。言い換えれば『情報の保存』と『情報の変革』の2つのベクトルを有する分子だ。子孫を残す際に、『情報の保存』と『情報の変革』ベクトルが繰り返し作用することで、生存にとって有用情報が蓄積されていくサイクルとなる。
  ざっくり言えば、基本的には親と殆ど同じ情報（情報の保存；種の保存）を与えるが、ほんの一部だけ違う情報（遺伝情報の変異；環境適応、進化の原動力）を子に与える。ここに、ダーウィンの言う自然選択が働き、環境に適応できた『幸運な変異体＝子』のみが生き残り、子孫を残す。このサイクルが何回も繰り返された結果、生存にとって有用な遺伝情報が蓄積されるのだ。
  しかもこのサイクルは閉じた円環ではなく、有用情報（幸運）を蓄積しながらが外に広がり続ける螺旋状のサイクルであるというのだから、読んだ時は胸が熱くなりました。

  今に生きる私たちすべての生命は、生命誕生以来数十億年という時間をかけて幸運を蓄積してきた存在でり、今もなお、幸運を貯めこむ“からくり”を動かしているのである。

  新書本でありながら膨大な情報が詰まっているにも関わらず、専門用語は少なく、“生命のからくり”システムを1つ1つ丁寧に説明しているため、理解しやすいオススメの1冊だ。生命進化分野における“コペルニクス的転回”と言っても過言では無いと私は思うのだ。

余談
『俺たちは、一分前の俺たちより進化する、 一回転すればほんの少しだが前に進む、 それがドリルなんだよ！』
本書を読み進めていくうちに、『天元突破‼︎グレンラガン』というアニメの最終話で主人公のシモンがラスボスに放ったこの台詞を思い出しました。

天元突破グレンラガン COMPLETE Blu-ray BOX(完全生産限定版)

地球の熱エネルギーが私たち生命を創った⁉︎ 『生命誕生〜地球史から読み解く新しい生命像〜』

　何故我々は存在しているのか？その理由を探求するのが哲学・宗教である。この分野については介氏にお任せするとしよう。
　対して、如何にして我々は今ここに生きるに至っているのか？を説明するのが科学である。宇宙の成り立ち、宇宙の法則を解き明かすのが宇宙物理学、量子力学などであり、生命の神秘について探究するのが生物学である。・・・と本書を読むまでは思っていた。

  『地球の進化とは、熱の放出によるエントロピーの低下による構造の秩序化である。（本文より抜粋）』

  いやぁ、考え方が変わりました。

  たとえ生命といえども、宇宙に存在する物質の集合体であり、これは地球や星々と全く同じである。ということは、宇宙の物理法則、エネルギーの流れに従うということであり、特別な存在ではない。宇宙を一つの反応系ととらえたとき、地球も我々を構成する細胞ひとつひとつもその反応系の一部である。

  大学で生命進化について、分子生物学的観点から学んではいたが、本書で説かれているような、地球のエネルギーを主体とした仮説は正直驚いた。地球のエネルギーの変遷の延長に生命の誕生及び進化があるというのである。乱暴な言い方ではあるが、要は、熱力学第2法則の帰結が生命と呼べる存在の発生と進化を生んだというのである。
誕生直後の溶岩の塊であった熱々の原始地球がエネルギーを放出し、徐々に冷えていくに従い、内部構造として地球核やマントル、地殻、地表には海、大気層の階層構造ができあがった。
   味噌汁を例に出そう。湯気立ち上る熱い味噌汁を観察すると、味噌の粒子が活発に対流しており、味噌汁溶液は均一であるように見える、これが誕生直後の熱々の地球である。味噌汁が冷えていくにつれ、味噌の粒子が底に沈殿して味噌汁が2層に分離した階層構造ができる、これが現在の冷えた地球にあたる。
  大事なのは熱放出に伴い、エントロピーが減少し秩序化すること。ここでの秩序化とは、生命を構成する軽元素が分子（アミノ酸や糖などの有機物）を形成することだ。
  こうして作られた軽元素分子ー生命の部品となるものーが在るだけでは生命とはならない。これら分子種が外界と空間的に分離された何らかの小さな反応系に隔離、濃縮され、かつ、連続して反応を持続させる状態がいかにして構築されたのか？本書では地球内部からの熱放出ーエネルギーの流れーが生命の部品から最初の細胞を生み出したとの仮説を述べている。この部分が最も面白いので是非とも読んでいただきたいところである。

 　どのようにして生命が誕生したのか？21世紀の今も解明されていない。現在、RNAワールド仮説など多く仮説が提唱されているが、そのもっと根本的な部分について、RNA分子や細胞膜などちった構造体は如何にして出来上がったかの納得のいく説明はまだ無い（大学の講義では聴かなかった、今の学生はその辺りについて聴いているのかもしれないが…）。本書は地球進化と生命進化を繋ぐ新たな知見を示す良書である。理系に進みたいと思う高校生には是非読んでもらいたい1冊だ。

  マクロな地球進化とミクロな生命進化、一見全く別物のようだが、その実、密接に関わりあっている。惑星進化も生命（細胞）進化もエネルギーの流れという観点からすれば、カタチは違えども同じものなのかも知れない。そう考えてみるのもロマンがあって面白いものだ。

マルコメ たっぷりお徳料亭の味 32食

生きるためのスクラップアンドビルドシステム『細胞が自分を食べる オートファジーの謎』

　今年、大隈良典博士が『オートファジー』の研究によりノーベル生理医学賞を受賞した。大学生の頃に細胞質中の不要なタンパク質等を分解するシステム程度にサラッと学んだ程度であった。折角の機会である、今一度、概要を学んでみようとこの本を手に取った。著者が大隈博士の門下生であるので、オートファジー研究の概要が非常に分かりやすくまとめられている。

　ーただの自食作用ではない、生きるためのスクラップアンドビルドシステムー
 細胞内に存在する様々な物質を分解するシステムがオートファージーである。ギリシャ語で自らを（Auto）食べる（Phagy）という意味だ。

　オートファジーの作用とは、細胞は栄養不足に陥ると、細胞質内に突如脂質膜でできた袋状の構造を構築し、不要なタンパク質やミトコンドリアなどの細胞小器官を呑み込み、生存に必要なアミノ酸に分解することである。細胞はこれらの分解したアミノ酸を活用して生命活動に必要なタンパク質の生合成を行い、リサイクルしている。
　飢餓状態でなくとも、低レベルでのオートファジーは常に起きており、細胞質内の浄化をしている。

　大学では、オートファジーは無差別にタンパク質を分解すると教わった、例えると、細胞という部屋をゴミを分別せずまとめて掃除機掛けするような具合である。最近の研究では、ある程度の選別がされているという結果が出てきているらしい。

　オートファジー関連遺伝子が酵母で初めて発見されてから、マウスやヒトでも発見された。これら遺伝子の発見により、遺伝子改変マウスを用いてオートファジーの詳細な簡単に調べることが可能となったことで、オートファジーにリサイクル以外の働きがあることがわかってきた。

 なんと、オートファジーが細胞の発生、分化、免疫成熟において重要な役割があるようなのだ。

　一例であるが、オートファジーが機能しないと、マウスの受精卵で発生が進まず死に至ってしまうこと。また、病原体を撃退する免疫の一部をオートファジーが担っていることも明らかになってきている。

　これまで、私自身オートファジーは細胞のリサイクルシステム程度としか理解していなかったが、どうも細胞の営みに与える影響はインパクトが大きいようである。
　本来分解されるべきタンパク質が細胞質内にダラダラの居残り続けると、細胞にとってはいろいろと不都合らしい。遺伝子の発現結果であるタンパク質が働く主な場所は細胞質であることを考えると、確かに必要ないタンパク質が細胞質中に残っているのはマズい。細胞質中でどのような代謝が起きているのかを研究する『細胞質生物学』なる分野があるできても面白いと思う。

　本書では最新（といっても、出版が2011年なので最先端ではなくなってはいるがあ）の研究成果や今後の展開が紹介されている。パーキンソン病やアルツハイマー病といった神経変性疾患患者でオートファジー関連遺伝子に異常が見つかっており、オートファジーこれらの病気に関係していることが徐々に分かってきた。となれば、オートファジーを正常化してやることができれば治療に繋がるのではないか？ということで、現在研究が進んでいる。
　しかし、オートファジーの基本的な作用メカニズム、特に、オートファゴソーム（オートファジーに先立って細胞質中に突然現れる脂質膜）がいつ・どこで・どのようにして作られてくるのかなど、未知な部分が多い。オートファジー分野の基礎研究は日本がリードしているようなので、今後の展開が楽しみである。


これだから生物学はおもしろい。