私の日記

日記帳18　化学進化

（H16年8月26日）　炭素12と炭素13

　 1）現在いちばん古い化石として認められているのは、34億年前とされるオンバーワクト地層中の化石（アフリカ）、35億年前とされるワラウーナ地層中の微化石（オーストラリア）である
　 2）グリーンランドのイアスから出る堆積岩は、38～39億年前のものと見られている。イアスの岩石に微化石は見つかってない。化学化石が調べられた
　 3）岩石中の炭化水素を抽出して、その炭素13の含量を分析すると、炭酸塩や大気中の二酸化炭素の炭素13含量よりかなり低かった（しかし、現生生物の炭素13含量よりはいくらか高い）。つまり炭素12含量が多かったことになる。岩石中の生物の遺骸の炭素は炭素12が多く、鉱物中には炭素13が多い。イアスの堆積岩のものは、生物由来とも考えられる
　 4）イアスの岩石中の炭化水素が生物由来とすると、生命の出現は地球誕生から8億年以内、海が形成されてからは、数億年で生命が誕生したことになる
　 5）それが、ひとたび生命と呼ぶ自己複製系が成立すると、その本質は保守的で、地球の生物圏は変化に乏しく安定した世界であって、進化速度が急速になったのは有性生殖が成立してからである（『人間への進化』31ページの図1配布予定）
　 6）タンパク質合成の基本形は35億年以上前に決まり、以来一貫して守られてきた。酸素呼吸は20億年前に獲得され、それも守り続けてきた。光合成も、35億年前に決まった形式を、現生の樹木も踏襲している
　 7）細菌は、時間だけを問題にするなら、ヒトよりメタンやアンモニアに近いといえる
2004年08月26日 15時55分51秒

（H16年8月25日）　真核細胞と原核細胞

　 1）真核細胞は、核をもち、そのなかに染色体を構成する
　 2）真核細胞のエネルギーは、ミトコンドリアが分担する。原核細胞は、細胞膜のATPアーゼが分担する
　 3）細胞の表層も違う。原核細胞は、ペプチドグリカンと呼ぶ網状の構造をもつ重合体で包まれ、細胞膜はその内側に存在する。ペプチドグリカンは、浸透圧に対抗する保護機構である。真核細胞には、ペプチドグリカンによる細胞壁はない
　 4）タンパク合成、エネルギー代謝、膜脂質なども区別される
　 5）1980年代に入って古細菌が注目を集めだした。この古細菌はペプチドグリカンがないことが分かった
　 6）ほどなく真核細胞は、古細菌から進化したとする仮説が出された
　 7）その根拠は、ATPアーゼのアミノ酸配列である。[『人間への進化』93ページ図5配布予定]。ミトコンドリアATPアーゼは真正細菌の細胞膜ATPアーゼときわめて類縁性が高く、真核細胞の液胞など単位膜系の細胞器官の膜ATPアーゼは古細菌の細胞膜ATPアーゼときわめて類縁性が高いのである
　 8）共通の祖先型から分かれてきたと思われる双子型のタンパク質か核酸を用いると、有根型の分子系統樹ができることが、ATPアーゼなどで見つかった（宮田隆、長谷川政美ら）（『人間への進化』96ページ）。その原理を用いて、リボソーム小サブユニットRNAの塩基配列から作った系統樹が、Essential440ページの図13-39、『人間への進化』97ページの図7である（配布予定）。これらの図からも、古細菌と真核細胞が類縁関係にあることが分かる
　 9）こうして細胞進化共生説がほぼ認知された。ただし、核の起源は不明のままである
2004年08月25日 10時26分06秒

（H16年8月24日）　熱水モデル

　 1）真核細胞はDNAを独立した区画（核）に収納する
　 2）細胞骨格やミトコンドリアがある
　 3）真核細胞、真正細菌、古細菌は、地球上の生命の歴史のごく初期に分岐したが、真核細胞の出現は、30億年前である
　 4）さまざまの特徴が、一度に獲得されて真核細胞となったのではない
　 5）Giardia（最も原始的な真核細胞の一種と考えられている単細胞生物。寄生性微生物である）は、進化の途中を示す生物である
[Essential25-26ページ参照のこと。図1-28、図1-29はこの項目にとって役立つ。同書439-440ページからも引用している。図13-39を利用する]。細胞骨格はあるが、ミトコンドリアも葉緑体もない真核細胞である
　 6）rRNAにもとづいて作った分子系統樹が先の図13-39である
　 7）この系統樹に出ているもので、Thermomicrobium、Aquiflex、好熱性生物とある三つが、真核生物、古細菌、真正細菌の共通の祖先に最も近い生物だと考えられている。[また、どうも、原始生命にもっとも近いものと考えられているらしい]
　 8）これらは、75℃～95℃[の熱水孔の近く]に住み、嫌気的環境に生息する
　 9）深海にある熱水の噴出口が、35～38億年前の地球環境に最も似ている
　10）Methanococcusは、高温環境に生息する古細菌の一種である。光や酸素ガスのまったくない環境で、噴出口（孔）から噴出す水素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガスを利用して、無機栄養だけで生息している。窒素に水素を付加してアンモニアに還元し、大量のメタンを放出する。[そしてさらにアミノ酸やヌクレオチドを合成する]。
　11）Methanococcusは、けっして簡単な微生物ではない。遺伝子は、1,800もある。[先のThermomicrobium、Aquiflex、好熱性生物とある三つの生存様式もおそらく、このMethanococcusと似たものだろうと、Essentialには出てないが、私は、その記述の雰囲気からそう推測した。Essentialには、生物出現時期の様相とここの4種の細胞との関係についても言及してないが、私は、Methanococcusの生存様式が原始生命の生存様式だとEssentialは述べているのだと、推測した]
2004年08月24日 16時32分43秒

（H16年8月24日）　核酸とタンパク質が一つの袋にとじこめられた

　 1）最初の原始生命が生まれる過程は、物質の世界の進化として理解され、今では、この過程は化学進化と呼ばれている
　 2）化学進化の考え方を用いて生命の進化を説明しようとする学説は、1930年代から広く受け入れられるようになった
　 3）しかし最初に行われた実験は1953年であった
　 4）ユーリーは、原始地球はメタン、アンモニア、水蒸気、水素を主成分とする大気に包まれていると仮定し、ミラーはそれにもとづいて実験装置を組み立てた。それらの気体を含んだ装置に対して放電実験し、水の中にグリシン、アラニンなどのアミノ酸ができていることを示した。この実験は、ユーリー＝ミラーの実験と呼ばれている
　 5）放電や紫外線などで二０種のアミノ酸、核酸の構成成分、有機酸、糖、ポルフィリンなどが合成されることが分かった
　 6）しかし現在は、原始地球は二酸化炭素、窒素、水蒸気からできているとする考え方が優勢である。二酸化炭素主体の大気から生体物質を合成することは、はなはだむずかしく、原始生命誕生解明の難関となっていることは、すでに述べた。[しかし、次の項の「熱水モデル」でその解決モデルを示す]
　 7）大気の状態がどちらであっても、原始の海には核酸に似た分子もタンパク質に似た分子もできていたに違いない。何かの天変地異に際して、核酸とタンパク質が一つの袋の中にとじこめられ、相互反応する系になった、という過程を経て細胞ができあがった、と考えられる
2004年08月24日 10時52分10秒

（H16年8月22日）　原始生命は海で生まれた

　 1）生命の地球外起源説のすべてをパンスペルミアと総称している。クリック（ワトソン・クリックのクリックである）が現代のパンスペルミアを提唱したのは有名である
　 2）しかし、ここでは、原始生命は地球の海で生まれたという立場をとる
　 3）微生物の化石を微化石という。生命の誕生は、最初の化石より前ということになる。そして30億年前の岩石に微化石が見つかった
　 4）微化石様の構造体が真に化石であるかどうかを見分けるにはいろいろあるが、主たるものは二つである。
　　 ①大きさの分布の統計
　　　生物は種によって固有の大きさがある。ある生物種を集めればガウス分布を示す
　　 ②細胞分裂中の化石を発見する
　 5）隕石に見られた微化石様構造体は微生物ではないと判定されるようになった
　 6）一方、地球の起源は46億年前とされるようになった。チリやガスが微惑星という塊となり、微惑星が衝突を繰り返しておおよそ46億年前（『人間への進化』22ページにこの数値は出ている）に誕生した
　 7）衝突のたびに熱を放つので、やがて地球の表面は高温になり、岩石がどろどろに融けたと考えられる。これをマグマ・オーシャンと呼ぶ（1950年代には、地球は、冷たい宇宙空間のチリやガスが集まったもので、地球の表面が1000℃を越える熱い時代はなかった、とされていた。この条件だと、大気はメタンやアンモニアが主成分となるのだろうと、私は考えた。それなら、ユーリー＝ミラーの実験が成立することになる）
　 8）地球表面が高温だと、噴出するガスは二酸化炭素と窒素が主成分となる
　 9）衝突の回数が減り、地球の温度が下がり、海ができた後も、二酸化炭素には温室効果があるので、気温は今よりも高かった
　10）二酸化炭素、窒素、水蒸気からできた大気で原始地球はおおわれていた、というのが、昨今の考えである
　11）二酸化炭素主体の大気から生体物質を合成することは、はなはだむずかしく、原始生命誕生解明の難関となっている
　12）深海底の熱水孔周辺には、熱エネルギーに依存した細菌の社会があって、メタンからアミノ酸が合成されている（『人間への進化』50ページ）。この細菌が原始生命のモデルになると期待されている[原始地球にはメタンはなかったと述べているのに、どうしてこの細菌がモデルになるのか？原始生命が誕生し、有機物を使ってメタンが作られるようになってからのモデルではないのか]。[そうではない。後述（「熱水モデル」）するところから分かるように、ここの「メタンから」以下は、「メタンが生成されることから分かるとおり、アミノ酸が合成されている、と読むのである]
　13）一方で、生命の素材は宇宙で作られた、という仮説も検討されている
　14）隕石にはアミノ酸などの固有の有機物が存在することが分かってきた。隕石が海に落ちるたびにアミノ酸を海中に放出しただろう。生命を生み出した原始の海の中の有機物は、いろいろの機構（宇宙からやってくる以外にどんな機構があるのだろうか？）で作られた化合物のまざりあったものだったのであろうと考えられるようになった。こうして原始の海は、熱いが有機物は作りにくく、薄いコンソメスープのようであった、と想像されている
2004年08月22日 18時07分08秒

（H16年8月20日）　研究の対象

　 1）聖書を代表として、多くの神話や経典に出てくる生命の起源は、「超自然説」としてまとめられるものが多い
　 2）自然科学は、自然に法則性があるということを前提にしているから、自然法則を超越した存在については、研究の対象とならない
　 3）生命が自然発生することを示す実験が多数回行われた
　 4）そしてパスツールにより、スープを滅菌し、雑菌と接触させなければ、微生物といえども発生しないことが実証され、古典的自然発生説は消滅した
　 5）しかし、パスツールの実験には誤まりがあった。彼の行った煮沸では微生物の胞子は死なないから、偶然、胞子がいなかったか、発芽しないという幸運に見舞われたにすぎなかった
　 6）パスツールの時代には、胞子が知られてなかったから、滅菌を完全なものにするにはもっときびしい条件が必要だとは思いつかなかったのである
　 7）正しい実験をするには、すべてを知っていることが必要である。だが、すべてを知っているなら、そもそも実験する必要ないはずである。だから、すべての実験は捏造である、とも言える
（ここの論理は飛躍がある。口頭でもう少し詳しく述べた方がよい）
2004年08月20日 16時23分52秒

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