ニートが本気出して学んでみた

四十路間近で、学校で学び直すことを決めました。その学びの記録を綴っていきます

生命の誕生

今日は、地球上の生命の誕生について学んだ。

地球の誕生は約46億年前、最初の原始生物が誕生したのは、35~40億年前、28億年前に酸素発生型光合成細菌(シアノバクテリア)らしき生物出現、その後20億年ちょっと前にプロテオバクテリアが出現、その数億年後、真核生物が出現。酸素呼吸により大きなエネルギーを産生出来るようになったなった真核生物は、そのエネルギーを利用して多細胞生物に進化する(約10億年前、最初は海中植物)。これにより生物が複雑化、大型化、環境適応により、様々な生物へ爆発的な進化を遂げる。5~6億年前、現在の動物門を網羅する多様な生物が出現、4-4.5億年前にオゾン層が形成されたことに伴い、最初の陸上植物が出現し、それを追うように両生類が陸上進出を果たす。その後、海中、陸上問わず様々な生物が誕生し、約6000万年前に霊長類が出現したと言われている。現在の人類であるホモ・サピエンスは、約4万年前に出現した。

 

最初の有機物の生成

生物の誕生以前の問題として、生物を形成する有機物がそもそもどのようにして生成されたのかは現在でもはっきりとは分かってはいない。ユーリーとミラーは1953年、無機物から有機物の合成に成功し、かつての地球環境下で有機物が生成された要因の可能性を示した。

実験内容は、密閉した容器内を当時の地球環境に近いと考えられている高温高圧状態に保ち、同時に当時の地球に存在していた分子と言われるアンモニア、メタン、水素、水などを混合し、この状態で放電などの刺激を行った。すると、アミノ酸などの有機物が形成されることを証明した。これにより、当時の地球環境下で度重なる落雷や、海底の熱噴出孔付近での激しい外的要因により、次第に有機物が生成されていったと推測した。

このように、より複雑な物質が出来上がっていくことを、化学進化と呼ぶ。

 

有機物から生命へ

有機物が生成されたはいいが、ではそれがどのようにして生物になったかは、これまたはっきりとは分かっていない。

コアセルベート説・・・オパーリン(1894~1980)は、コアセルベートと名付けたコロイドに富んだ液滴により、生命の誕生を説明した。現在の生物に共通してみられる糖、脂質、タンパク質、核酸などの高分子化合物を水分子が覆うコロイドを作り、これらを激しく衝突させるなどすると、細胞のように境界を持ち、生物のような振る舞いをすると言った。具体的には、境界内部に独自の環境を作り出し、有機物を取り込んで濃縮し、化学反応を起こす。この反応が現在で言う代謝の原型となり、生物に発展したのではないかと考えた。現時点では最も有力な説。

ミクロスフェア説・・・フォックス(1923-1998)と原田(1927-2010)は、アミノ酸を原始地球環境に近い環境下に置くと、加熱重合でタンパク質に似たプロテノイドができ、さらに過熱溶解で細胞のような振る舞いをするミクロスフェアを生じさせた。このプロテノイド・ミクロスフェアは、脂質二重膜的な構造を持つと同時に増殖するという細胞のような特徴を持ち、触媒作用もあることから、これが生物の原型ではないかというミクロスフェア説を提唱した。

RNAワールド・・・ギルバートは、1986年、RNAは、それ自身がRNA合成の触媒として働くものがあることを発見し、これをリボザイムと名付けた。これにより、DNAが形成される以前の時代には、生物の基本的な活動がRNAに支配されていたとする考えを提唱した。その後、DNAを遺伝子媒体とする細胞に進化し、現在のDNAワールドが形成されたと考えられている。

DNAは、ホスホジエステル結合により鎖状につながったDNA鎖が、特定の塩基同士で水素結合して2本鎖を形成することにより、構造的に安定する。

細胞共生説・・・現在確認されている細胞小器官の一つであるミトコンドリア葉緑体は独自のDNAを持っている。マーギュリス(1938-2011)は1970年、ある細胞にプロテオバクテリアやシアノバクテリアが取り込まれ、共生するようになったことが始まりという考えを発表した。根拠の一つとして、これらミトコンドリア葉緑体には、細胞膜と同じ脂質二重膜を二枚重ねた膜で覆われていることが挙げられる。これは、取り込まれた際に宿主(という言い方が正しいかは分からないが)細胞の膜に包み込まれるようにして内部に入り込んだと考えることで、その可能性が高いと説明することができる。この説を覆す学説が今のところないので、最も有力な説として取り扱われている。

 

ドメイン説・・・ウーズ(1928-2012)は、地球上のすべての生物の大きな分類として、細菌、アーキア、真核生物の3つのドメインを提唱した。これは現在でも分類学上、最も大きな分類として扱われる。

アーキアは生物の進化の過程で最初に細菌と分かれたもので、真核生物はアーキアから進化したという考えが最も有力。