日経サイエンス2007年09月号

生命の起源 RNAワールド以前の世界

R. シャピロ

最初の生命がどうやって誕生したのか、現在もよく解っていないが、大きく分けると次の二つの仮説がある。

「レプリケーター起源説」は、RNAのような巨大なレプリケーター(自己複製子)が偶然に形成され、「RNAワールド」と呼ぶ自己複製分子の世界を作ったと説明する。

「代謝起源説」は、小さな分子どうしの化学反応のネットワークが(膜のような境界の中で)進化したと説明する。

レプリケーター起源説の弱点は、RNAのような巨大な分子が偶然に形成される確率が低いことだ。 その点、代謝起源説に立てば、宇宙のどこでも生命の発生が起こりうるという。 ただし、そのような化学反応ネットワークを、人工的に作ることにはまだ誰も成功しておらず、仮説の域を出ない。

だが、代謝起源説に基づいて、あちらこちらの惑星や彗星の表面上で生命が発生しているとしたら、かなり面白いのではないかと思う。

例えば、草や木はおろか、バクテリアのような生物すら見つからない太陽系外の惑星が、酸素を豊富に含む大気に包まれていたとしよう(SFのアイデアのようなものである)。 地球の大気中の酸素は、光合成細菌や植物が、光合成上の結果生成した「廃棄物」である。 つまり、酸素を多く含むような大気は、生物の関与なしに形成されないと思われる。

だが、その惑星の岩石の表面などで、「前生物」的な化学反応ネットワークによって酸素が形成されたとしたら?  そして、次の化学反応の段階、酸素を用いて有機物を酸化分解する過程が、有機物の不足によって止まっていたとしたら?  その惑星を訪れた地球人は、いい餌食になってしまうのではないだろうか?(だからSFだってば)

さらに、そのメカニズムを知った地球人は、地球のバクテリアを用いて、「前生物」的な化学反応ネットワークのカギとなる物質を分解してしまうとしたら……。 バクテリアを解き放てば、その惑星の「前生物」的な化学反応ネットワークは破壊され、もとへ戻すことは出来ない。 これは惑星規模の殺戮になるのだろうか?(生まれる前の生命を殺すことは罪か?)

……なんだか、誰かが書いていそうな話だねぇ*1

ちなみに、地球外で生命が誕生する確率も、RNA起源説と代謝起源説では異なる。 生化学者モノーによると、

「宇宙は生命に満ちてもいないし、人類の生活圏でもない。私たちは、モンテカルロのカジノで大当たりするような偶然から生まれたのだ」

ということになるが、生物学者カウフマンによると、

「もしこれがすべて本当ならば、生命は思ったよりもずっと誕生しやすいものということになりそうだ。私たちは宇宙の中に住んでいるだけでなく、まだ見ぬ仲間とその住処を共有している可能性が高い」

ということになる。 どちらの考えが正しいのかは、宇宙へ出てみないと判らない。

洪積世パーク構想

C.J.ドンラン

学生時代、自然保護環境保全についていろいろ考え、仲間と議論した。 その話題の中に、自然保護とは「人間が手を触れない」ようにすることなのか、それとも「現状を維持する(または、かつての状態に復元する)」ことなのか、というものがあった。

現在の日本の国立公園における「特別保護地区」は「人間が手を触れない」ことによって原生的な自然を維持しようというものだ。 ブナ林などのように極相(クライマックス)に至り、安定した生態系ならそれでもいい。 しかし、例えば湿原は、時間がたてば草原化し、森林になる。 このように「自然のままにおけば」変化してしまう場合、そのまま変化しておくに任せることが良いのだろうか、それとも、「湿原の状態を保つ」必要があるのだろうか。 もしも、「湿原の状態に保つ」ことが求められるのであれば、積極的な人間の関与が必要だ。

また、現在の日本の自然は本来の「自然な姿」ではない。 例えば、オオカミが欠けている。 シカやサル、クマやイノシシによる農作物への被害、人的な被害が発生する一つの原因は、日本の生態系の頂点に位置した大型肉食動物、オオカミの絶滅である(もちろん、山林の開発などにより生息地が奪われ、人里に出てこざるを得ない、というより大きな原因はあるが)。

「日本の本来の自然の姿」を取り戻すには、オオカミを復活させるしかないのではないか、なんていう議論を思い出した*2

数千年前に北米では絶滅した大型動物……ラクダ、ゾウ、ライオン、チーターなどを絶滅が危惧されているアジアやアフリカから導入しようという「洪積世パーク構想」は、オオカミ復活プロジェクトと似ている。 かつての生態系を取り戻すために、積極的な環境保全策をとろうとするものだ。

おそらく、カギの一つは、ハイテク・フェンス(柵)だろうなぁ、と考えていて、「マックスウェルの悪魔*3フェンス」というものを考えた。 管理区域をフェンスで囲み、要所要所に一方通行のゲートを設ける。 一方通行といっても、登山者や研究者は出入り自由だ。 ゲートに認識能力を持たせて、ヒトと他の動物を見分けさせるのである。

また、フェンスは電牧(でんぼく)(電気牧柵)のほうが良いだろう。 ただし、経験から言うと*4電牧は周囲の草木によって漏電するので、思うように効果が上がらないことも多い。 そこで、漏電したらその位置を通報するようなインテリジェントなフェンスが必要になる。 もちろん、電源は太陽電池だ。 かくして、テクノロジーが自然を守るのである。

染色体の端を守る“動く遺伝子”

藤原晴彦(東京大学)

動物や植物などの真核生物のDNAは、線状である。 つまり、二つの端がある。 細胞分裂の際、DNAは両端からほどけて複製される。

そのとき、DNA合成酵素(DNAポリメラーゼ)がファスナーのスライダーのように動きながら、ファスナーのもう一方のエレメント(歯)をつないで行くようにして、2本のDNAとなる。 ファスナーにスライダーを取り付けるときに端の金具が必要なように、DNAの末端にDNAポリメラーゼが取り付くときにも、プライマーと呼ばれる足場が必要だ。

片方のDNA鎖の末端にプライマーを取り付けてDNAを複製する。 すると、プライマーの長さの分だけ、新しいDNAは合成できない。 つまり、DNAを複製するたびに、プライマーの長さの分だけ、DNAが短くなってしまう。

DNAが短くなることを見越して、真核生物のDNAにはあらかじめ「削りしろ」が付いている。 その削りしろが、テロメア構造だ。

細胞分裂を何十回も行い、テロメアが短くなると、細胞は分裂しなくなる。 つまり、「細胞の寿命」であるヘイフリック限界に到達するのである。

この論文のポイントは、一部の昆虫にはテロメア構造がない、という驚くべきDNAの構成と適応戦略にあるのだが、それ以前にテロメアをめぐる生命の仕組みに、まずびっくりした。

体細胞(生殖細胞以外の細胞)には、細胞分裂の回数に限界がある。 しかし、生殖細胞の細胞分裂の回数には、限界がない。 これは、生殖細胞では、テロメア修復酵素(テロメラーゼ)によって、短くなったDNAの末端にテロメア反復配列*5が付け加えられる。

普通、体細胞では働かない(抑制されている)テロメラーゼが、なんらかの原因で暴走を始めることがある。 限りなく細胞分裂を続ける体細胞、すなわちガン細胞である。

さて、細菌などの原核生物の遺伝子DNAは、環状で端がない。 このようなDNAの場合、DNAを複製するときに「削りしろ」が必要ないので、短くなることがなく、細胞分裂の回数に制限がない。

真核生物の細胞内のミトコンドリアのDNAも環状で、端がない。 有限の寿命を持つ真核生物の細胞内に、無限の寿命を持つミトコンドリアが鎮座しているのも、また妙な感じだ。

やはり進化における重要な要因は、「偶然」なのだろうね。


*1 地球人が他の惑星の生物進化を阻害したことに対する報復……というテーマのSFに『時砂の王』などがある。
*2 オオカミの復活は、研究者を交えて真剣に検討されている
*3 気温の等しい二つの部屋のつなぎ口に居て、平均速度より遅い気体分子は通し、速い分子は通さない、という小さな悪魔。マクスウェルの熱力学に関する思考実験に登場する。この悪魔の働きの結果、一方の部屋の気温は下がり、一方の部屋の気温は上がる。
*4 牧場でアルバイトをしたことがあるのだ。一緒に働いたヤツは、電牧の見回りのとき、草を刈っていてフェンスに頭が触れ、ぶっ倒れかけた。ウシの逃亡を防ぐには、それくらいの高電圧が必要なのである(低電流だから、実害はないが)。
*5 脊椎動物ではTTAGGG、昆虫ではTTAGG、植物ではTTTAGGGというように、生物によって多少異なる。

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Last-modified: 2007-11-04 (日) 11:58:08 (4243d)