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2019年10月

2019年10月26日 (土)

地球から細胞が生まれた2~深海の熱水噴出口が生命誕生の場所

引き続き、「生物の多様性と進化の驚異」リンクより転載。
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2.有機化合物ができる

地球上の生命は,どこかで誕生したものが飛来したのではなく,地球上で誕生したと考えられます.海ができて化学反応が可能になると,すぐに,無機物から有機化合物が合成されました.この過程を化学進化といいます.やがて誕生した生物が多様な変化をするのが,生物進化です.

生物の特徴は有機化合物

生物を構成する主な成分は水と有機化合物です.有機化合物とは,炭素を中心に,水素や酸素や窒素などが共有結合によって結合した,一定の原子集団からなる単位です.生物体を構成する代表的な有機化合物は,アミノ酸,糖質,脂質,核酸などです.重要なことは,現在の地球上に存在する有機化合物は,屍骸や排泄物を含めて,生物の体に由来する以外にはほとんど存在しないことです.つまり,地球上に有機化合物がみつかるとき,それは生物がいた証拠と考えられます.生物を物質的に特徴づけると,有機化合物が水とともに存在して一定の構造を作っているもの,ということができます.

有機化合物の非生物的合成を実証する

有機化合物が非生物的にできたのだろうとの考えは,すでにダーウィンがいっていたそうですが,具体的な考察としてはオパーリンが1920年代初頭に発表した『生命の起源』が有名なものです.画期的に重要なことは,遊離の酸素を作り出したのは生き物であって,原始の地球には遊離の酸素がほとんどなく還元的な環境にあり,この環境の中では,還元された炭素の化合物である有機化合物は,浅い海で比較的容易に合成できたのではないか,と考えたことです.還元的な環境下で有機物ができるというオパーリンの考えは,1953年になってミラーが,酸素のない原始地球大気を模した環境で放電のエネルギーを与えて,アミノ酸などの有機化合物を作ったことで最初の証明が得られました.有機化合物がひどく簡単にできてしまったのです.

しかし大気は酸化的だった

これまでみてきた原始大気が還元的であるとの考えは,地球が冷たいものであった歴史をもつという考えによるものです.しかし,現在ではできたての地球はマグマオーシャンがあって非常に熱く,次第に冷えてきて海ができた時にも,海水は120℃とか130℃という高温であったと考えられるようになりました.こういう経過を経た環境では還元的な大気はできず,水蒸気(H2O)のほかは炭酸ガス(CO2)や窒素(N2)など,酸化的な分子からなります.自由な酸素こそなかったと考えられますが,酸化されてしまった物質からなる環境であった,ということです.こういう酸化的な環境では,有機化合物は簡単にはできません.有機物誕生の話は,再び困難に陥りました.

深海の熱水噴出口が生命誕生の場所

1977年に,ガラパゴス諸島の北東320kmあたりの深さ2,600mを超える深海底で,熱水噴出口が発見されました.新しい海洋底が誕生する場所で,海底からしみ込んだ海水がマグマに熱せられ,周辺の岩石から金属イオンを大量に溶かし込んで,350℃にも達する高温の水になって海底に噴出する場所です.

周辺には,噴出する水素や硫化水素やメタンを餌にして,たくさんの硫黄細菌というバクテリアが生息しています.また,大量に存在するバクテリアを共生させたチューブワームをはじめ,それを餌として食べるエビやカニの仲間,さらにはサカナの仲間まで,たくさんの多細胞動物が棲み着いていることも発見されました.このような場所に棲むバクテリアは,光合成能力もなく酸素を利用することもない古細菌の仲間で,この環境下で大いに繁栄しています.

有機化合物を合成するのに必要な条件として,『外部から供給されるエネルギー』とこれまでみてきた『還元性』があります.深海底の熱水から供給できるエネルギーとして『高温と高圧』があり,また,噴出する水素(H2)や硫化水素(H2S)やメタン(CH4)やアンモニア(NH3)などは『還元性物質』です.有機化合物を作る条件はそろっています.もう1つの特徴は熱水が高濃度の『金属イオン』を含んでいることです.金属イオンは,有機化合物を合成する際の触媒として働く可能性が高いものです.熱水噴出口は,その構造からみて高温状態で反応が起き,反応物ができた後はすぐに周囲の低温の水に接するため,できた有機物は分解されにくくなります.現在の熱水噴出口の周辺では生き物が集まっていて,生き物が有機物を合成しているのですが,こういう環境では,生き物がいなくても有機物の合成が起きる可能性が高い,というところが重要です.

実験室内で有機化合物が合成できた

このような環境を実験室で再現する模擬海水をつくり,材料としてメタンや窒素を加えて高温高圧の条件を与えることによって,さまざまな種類のアミノ酸ができることがわかりました.アミノ酸やタンパク質など,生体を構成するさまざまな有機化合物が作れることがわかりました.

現在では,生物がいない環境で有機化合物が合成され,熱水噴出口周辺で次第に高濃度に蓄積していった,というシナリオが考えられています.

最も古い化石は熱水活動の盛んな場所からみつかっている

もう1つ,深海底の熱水噴出口が生命誕生の場であるという証拠は,最古の生物化石として35億年前のバクテリア様化石がみつかったのが,海底で噴出したマグマである枕状溶岩のすぐ上に堆積したチャート(頁岩)という堆積岩からであることです.マグマが海底で噴出する場所,すなわち熱水活動の盛んな場所付近であったと考えられます.

 

 

 

 斎藤幸雄
 

地球から細胞が生まれた3~細胞の原型、小胞の誕生

引き続き、「生物の多様性と進化の驚異」リンクより転載。
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3.高分子の合成と小胞の生成

生体を構成する有機化合物の大部分は高分子

生体を構成する分子のうち約70%は水で,残りの30%が有機化合物です.生体を構成する有機化合物の主なものは,アミノ酸,糖質,脂質,核酸で,有機化合物の90%は高分子です.低分子の単位は脱水的に重合して高分子(大きな分子)を作ります.アミノ酸がたくさん重合してできる高分子がタンパク質です.タンパク質の分子量は数万から数十万あります.タンパク質は,細胞の構造を維持する主成分であり,酵素のような機能を司る主成分でもあります.バクテリアや植物細胞の細胞壁,動物の結合組織には,単位となる糖(単糖)が重合した,高分子の多糖類があります.ヌクレオチドという単位がつながった高分子が,遺伝子であるDNAや,遺伝子が働く際に必要なRNAです.高分子の有機化合物こそが生命を特徴づける分子です.

タンパク質には膨大な種類があり得る

仮に,材料としてのアミノ酸が現在と同じ20種類であったとすると,アミノ酸10個からなるペプチド(小さなタンパク質をペプチドといいます)でさえ,配列の種類は2010種類という膨大なものです.小さなタンパク質でも数百,大きなタンパク質では数千個ものアミノ酸がつながっているので,20100とか203000といったとんでもない種類のタンパク質ができる可能性があるわけです.当時使えるアミノ酸が20種類だったかどうかわかりませんが,いずれにせよタンパク質の種類は,事実上無限に近い.

タンパク質の高次構造と機能

機能をもつタンパク質は,それぞれが特有の三次構造(高次構造)をもっています.最近の研究では,非生物的にタンパク質を合成する際に,反応条件によってできるアミノ酸の組成や配列に特徴あるいは偏りがあり,特定のアミノ酸組成からなる特定のアミノ酸配列ができやすいことがわかってきました.その結果できる特定範囲の一次構造をもったペプチドから,αへリックスやβシートその他の二次構造が自然に組み上がること(その方がエネルギー的に安定である),結果として特定の二次構造をもったタンパク質が高次構造(三次構造)にまで組み立てられたものは,安定で分解され難いことなどもわかりました.このようにしてできたタンパク質から,利用できるものを利用していった,というプロセスが想定されます.この当時に起きたできごとを推定し,機能をもったタンパク質の誕生過程を探る研究が現在盛んに進められています.まだまだ研究として未熟ではありますが,想像の世界から実証の世界へ入ってきたことが重要です.

小胞ができる

模擬環境でさまざまに条件を変えて有機化合物の合成を試みると,条件によって,膜をもった直径数μm程度の球状の物体(ミクロスフェアあるいはマリグラニュール)までが生成することがわかりました.水溶液のなかでタンパク質という高分子ができると,均一な水溶液から不均一な物体として分離し,それが集まってある大きさをもった小胞を作ることがあるというわけです.大きさ的には小型のバクテリアに近いもので,条件によっては,こうしてできた小胞が膜で囲まれた構造をもっていて,細胞のように外部からものを取り込んで次第に大きくなったり,分裂して数を増やしたりまでするのだそうです.細胞の原型としてオパーリンはコアセルベートという仮想的なものを想定しましたが,今日ではタンパク質の集合体として実際にそれを作り出せるようになったわけです.これで細胞ができた,とは到底いえないことは確かですが,生命誕生の初期の段階が,決してあり得ないものでも単なる夢想的なものでもなく,科学の方法で追いかけられる範囲に近づきつつある,というところが重要なことです.

 

 

 

 

 斎藤幸雄
 

2019年10月24日 (木)

地球最古であり大量の絶滅の痕跡を発見

単細胞も絶滅を経験していた!?


引用元:スプートニクスよりリンク
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スタンフォード大学、ワイツマン科学研究所、南京大学の学者らが、他の大規模な国外の大学と共同で、20億年以上前、地球上で単細胞生物の絶滅が起こったことを発見した。専門家によると、これは恐竜の絶滅を凌ぐ規模の、最古の絶滅だという。

新たな研究結果は、古代化石岩の分析に基づいている。


単細胞はいかにして絶滅したか

24億年前、地球の空気中の酸素は非常に少なかった。酸素は鉱物や水中に含まれるだけだった。しかしその後、光合成により酸素生成のために太陽光を使う藍色細菌が現れた。これがいわゆる酸素革命である。単細胞の全盛期であり、現在の地球大気の形成期だ。
学者らは、単細胞の大量絶滅はちょうど酸素革命後、つまり20億5千万年前に起こったと結論づけた。

この時期に酸素量は急激に減少していることが分かった。これは、細菌が酸素を生成しなくなったことを意味する。酸素生成量は少なくて5分の1、最大で200分の1に減少した。

このような崩壊は、藍色細菌の分布と発展に重要なファクターであるリンなどの重要な栄養物質が不足したために起こったのではないかと論文著者らは考えている。

歴史上の大量絶滅
学者らは、地球史上、大きな絶滅が5回起こり、またそれより規模は小さい絶滅が20回ほどあったと考えている。その結果、種の数が2割から5割少なくなった。直近の最も大きな絶滅は6500万年前に起こり、恐竜が姿を消した。

学者らは、そのような壊滅的な出来事は将来も起こり得るだろうと予測している。調査研究によると、2100年に大きな絶滅が始まる可能性があるという。その絶滅は、二酸化炭素の大気放出量が減らないという想定で、大気中の二酸化炭素量がクリティカルポイントを超えた時に始まるとされている。

 

 

 

 

 

地球最古であり大量の絶滅の痕跡を発見

単細胞も絶滅を経験していた!?


引用元:スプートニクスよりリンク
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スタンフォード大学、ワイツマン科学研究所、南京大学の学者らが、他の大規模な国外の大学と共同で、20億年以上前、地球上で単細胞生物の絶滅が起こったことを発見した。専門家によると、これは恐竜の絶滅を凌ぐ規模の、最古の絶滅だという。

新たな研究結果は、古代化石岩の分析に基づいている。


単細胞はいかにして絶滅したか

24億年前、地球の空気中の酸素は非常に少なかった。酸素は鉱物や水中に含まれるだけだった。しかしその後、光合成により酸素生成のために太陽光を使う藍色細菌が現れた。これがいわゆる酸素革命である。単細胞の全盛期であり、現在の地球大気の形成期だ。
学者らは、単細胞の大量絶滅はちょうど酸素革命後、つまり20億5千万年前に起こったと結論づけた。

この時期に酸素量は急激に減少していることが分かった。これは、細菌が酸素を生成しなくなったことを意味する。酸素生成量は少なくて5分の1、最大で200分の1に減少した。

このような崩壊は、藍色細菌の分布と発展に重要なファクターであるリンなどの重要な栄養物質が不足したために起こったのではないかと論文著者らは考えている。

歴史上の大量絶滅
学者らは、地球史上、大きな絶滅が5回起こり、またそれより規模は小さい絶滅が20回ほどあったと考えている。その結果、種の数が2割から5割少なくなった。直近の最も大きな絶滅は6500万年前に起こり、恐竜が姿を消した。

学者らは、そのような壊滅的な出来事は将来も起こり得るだろうと予測している。調査研究によると、2100年に大きな絶滅が始まる可能性があるという。その絶滅は、二酸化炭素の大気放出量が減らないという想定で、大気中の二酸化炭素量がクリティカルポイントを超えた時に始まるとされている。

 

 

 

 

土偶

2019年10月23日 (水)

生命も存在!?約110光年先の惑星で「水蒸気」を検出

生命も存在!?約110光年先の惑星で「水蒸気」を検出リンクから転載します。
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地球から約110光年離れた惑星の大気中から「水蒸気」を検出!ロンドン大学ユニバーシティー・カレッジの研究チームは11日、「太陽系外惑星の大気中から初めて水蒸気を検出した」と発表した。

水蒸気が確認されたのは、ハビタブルゾーン(生命居住可能領域)内にある「K2-18b」という惑星。地球から約110光年離れたしし座内の赤色矮星の周りを公転し、大きさは地球の約2倍、質量は約8倍。ケプラー宇宙望遠鏡が発見した数百個の「スーパーアース(巨大地球型惑星)」の一つで、2015年に発見された。

論文によると、2016年と2017年にハッブル宇宙望遠鏡が収集した分光データを基に、K2-18bの大気を通過した星の光をオープンソースのアルゴリズムを用いて分析。その結果、大気中にまぎれもない「水蒸気の痕跡」を確認。水蒸気の正確な量は明らかではないが、コンピューターモデリングでは濃度が0.1~50%であることが示されたという。

生命が誕生するためには、「液体の水」、「有機物」、「生きていくためのエネルギー源」が必要。過去には、別の複数の惑星で水が検出されたものの、生命を維持するには惑星が大きすぎる、あるいは高温すぎるという結論に至った。恒星と適度な距離にあり、酸素や水、オゾン層などが存在する地球こそ、むしろ「宇宙における変わり者」とも言える。

研究チームによると、現段階では未検出ながら「窒素やメタンなどの分子も存在する可能性もある」とのこと。生命の痕跡を探す取り組みにおいて「この惑星は太陽系外で見つかっている中では最有力候補だ」と説明している。

唯一の調査手段となるのが次世代宇宙望遠鏡大気の詳細を知るにはさらなる観測が必要だが、地球から約110光年離れた場所にあるため、直接探査は不可能。現在NASAは、ハッブル宇宙望遠鏡の後継で、宇宙の始まり直後に誕生した天体の観測を目的とした「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」を開発中。2021年打ち上げ予定のこの宇宙望遠鏡を使い、生命が排出したとされるガスが大気中に含まれているかを確認するというのが、唯一の調査手段。

現在、4000を超える太陽系外惑星が発見されているが、その組成と性質についてはほとんど分かっていない。今回の発見は大きな一歩で、近い将来に『地球は特別なのか?』という根本的な質問の答えに近付くことができるかもしれない。
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匿名希望

2019年10月19日 (土)

カンブリア紀以前、生命の爆発的な進化の“助走”がエディアカラ紀から始まっていた

哺乳類や魚類など現生動物の共通祖先となる最初の左右相称動物が登場したのは,生命が爆発的な進化をした古生代カンブリア紀だとされる。しかしカンブリア紀最初期の赤道域付近においては,そうした動物がすでにかなり多様性を持ち,大型化していたことが,当時の海底に刻み込まれた動物の活動の痕跡である「生痕化石」から明らかになってきました。

そこでカンブリア紀の前のエディアカラ紀の赤道域の海底の地層を調べたところ,当時,すでに左右相称動物が登場していたことを示す生痕化石が見つかった。赤道域においては,生命の爆発的な進化の“助走”がエディアカラ紀から始まっていたうようです。

ただし、ディアカラ生物群が、現在の動物(多細胞動物)の系統かどうかは、明らかはなっていません。

以下、「全球凍結後の生物進化」リンクより一部抜粋
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原生代後期の全球凍結後の動物進化

原生代後期、今から7億3000万年前~7億年前と6億6500万年前~6億3500万年前に2回目と3回目の全球凍結の時代がおとずれた。複数回の全球凍結は、そのたびに生物の大量絶滅をもたらした。現生生物の祖先たちは、度重なる大量絶滅の時代を生き抜いてきたわけであるが、大量絶滅のあとにはいつも生き延びたものの爆発的な進化が見られた。このことは、阿蘇の放牧地などで野焼きを行なうと、そのあと植物が勢いよく育つのと似ている。

最後の全球凍結「マリノアン氷期」が終わった6億3500万年前から始まり、5億4200万年前まで続くのが「エディアカラ紀」である。以前は6億3500万年前以前を一括して「先カンブリア時代」と呼んできた。時代区分の指標となる化石が見つからなかったからである。しかしながら、次第にそのような時代の化石が見つかるようになり、もっと細かく時代区分をする必要に迫られた結果、2004年になって国際地質科学連合(IUGS)は、先カンブリア時代最後のおよそ9300万年間を「エディアカラ紀」と呼ぶことにした。

全球凍結の時代を細々と生き延びた生物は、氷の時代が終わると多様な生物群としていっせいに現れた。これがエディアカラ生物群である。1946年に南オーストラリア・アデレードの北へ約500kmのエディアカラ丘陵で初めて化石として発見されたこの生物群は、それまでの生物にくらべて非常に大きく、なかには1mを超えるものもあった。また扁平で体積のわりに表面積が広いという特徴をもつ。

エディアカラ生物は、南極大陸以外のすべての大陸で見つかっており、その大部分は5億8000万年前~5億4100万年前のものであるが、最近になって中国貴州省の陡山沱(Dosuahntuoドウシャントウ)層から6億3500万年前~5億5100万年前のさらに古い化石が見つかっている。の進化にあったといえる。


カルニオディスクスは、植物の葉のようなかたちをしているが、サイモン・コンウェイ・モリスによると下に伸びた茎のような部分を海底に固定して、水に揺れながら広い葉状部で海中を浮遊する餌を食べていたという。彼によれば、このような動物は次のカンブリア紀の化石のなかにも見出すことができ、現在のウミエラにつながる系統だという。ウミエラはサンゴやイソギンチャクの仲間で刺胞動物門に分類される動物である。

またディッキンソニアは左右対称のからだをもち、この標本では前後がはっきりしないが、コンウェイ・モリスによるとしばしばはっきりした前部をもつという。もしもこの解釈が正しいとすると、ディッキンソニアは餌を求めて前方に移動する運動性を獲得した結果、前後の方向性が生まれ、左右相称になった最初の動物だったことになる。


しかしながら研究者のなかでは、一見左右相称に見えるこれらの構造は、その後の左右相称動物のものとは異なるものだという意見が多い。ディッキンソニアは一見左右相称に見えるが、よく見ると、左右の体節構造が中心線のところで互い違いになっており、厳密な左右相称にはなっていない。エディアカラ生物群が現生動物の系統かどうかも、よくわからない。

 

 

 

 斎藤幸雄
 

同一世代の雄が全滅するほどの性闘争本能を持つ哺乳類

オーストラリア大陸には、1回の繁殖期で同一世代の雄が全滅するほどの激しい交尾を行っている小型哺乳類が存在する。激しすぎる交尾によってホルモンバランスが乱れ、免疫系が崩壊して死に至る。
注目すべきは、同一世代が全滅することよりも、弱者であるが故に成体後の淘汰適応に可能性収束し、次世代が着実に継続して存続していることにある。

◇「極端な繁殖行動」で同一世代の雄が全滅か、小型有袋類カルタリンク
<AFP BB
News>より
////////↓↓転載開始↓↓////////
【9月6日
AFP】オーストラリア北西部の固有種の小型有袋類カルタは、1回の繁殖期に激しすぎる交尾を行い、同一世代の雄が全滅している可能性があることが分かった。研究チームが6日、報告した。

 カルタは乾燥したピルバラ(Pilbara)地域に生息し、大きさはネズミほど。研究者らは、交尾が原因で雄の免疫システムが破壊され、集団死が起きるとみている。

 カルタの雌は、繁殖期になるとさまざまな雄と頻繁に交尾する。「つまり、雄はたくさん交尾し、しかも良質な精子を(大量に)有していなければ、ライバルに勝てない」と、研究を率いた西オーストラリア大学(University
of Western Australia)のジュネビエーブ・ヘイズ(Genevieve
Hayes)氏は指摘する。「繁殖への非常に強い傾注は、雄の精巣が大きなことからも分かるが、これは雄にとって致命的とみられる」

 研究者らによると、カルタは雄の「一回繁殖型」の希少例と考えられる。一回繁殖型の生物では、しばしば子孫の誕生前に親世代が一斉死する。

 ヘイズ氏は、研究を通じて一定数の雄を定期的に捕獲できたものの「繁殖期直後は例外で、一匹も捕獲できなかった」と説明。「現地調査やラボでの研究結果と合わせて考えると、繁殖期が終わると雄が死ぬことを強く示唆している」と述べた。

 ただ、研究チームによればカルタは「極端な繁殖行動」のわりに種としては成功しているようだという。(c)AFP
////////↑↑転載終了↑↑////////

 

 

 

 

稲依小石丸

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