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第二章 海は生物のふるさと

      1 私たちの体は何からできているか top

 みなさんは、夏休みになると海水浴に出かけるでしょう。
 真っ黒に日焼けした体はとても健康そうですね。

 でも、あまり長いあいだ太陽にあたっていると、めまいや耳なりなどがしてきます。
 私たちヒトは哺乳動物ですから、体温を一定に保つようにつくられています。高い温度のところにいるときには、体温があがらないようにするため、体のなかの水分やそれに溶けている食塩やカルシウムなどが、汗になって体の外に出てしまうのです。
 生物の体に、一番多く含まれている物質は、なんといっても水です。植物がピソと立っているのも水があるからです。
 海にいるクラゲなどは、体の九〇パーセント以上が水ですし、私たちヒトの場合でも、体の六六パーセントぐらいは水です。
 私たちの体では、心臓がポンプの役になって、食塩やカリウムやカルシウムなどの化合物が水に溶けだ体液となって、体のたかをぐるぐるまわっています。
 私たちの血液はその一つです。いろいろな動物の体液に含まれている成分を調べてみると、海の水の成分によく似ていることがわかります。
 すると、みなさんのなかには、「それなら。海の水を飲めばいいじゃないか」という人もあるかと思います。
 でも、私たちだけではなく、海でくらしているクジラやイルカでも、海の水をそのまま飲むことはできません。
 動物の体液は海水に似ているとはいっても、海水にくらべれば、もっと薄い液なのです。
 私たちが塩からいものを食べたり飲んだりしたときには、血液のなかに塩が多くはいりすぎ、もとの濃さの血液に戻すためには、たくさんの水を飲まなければなりません。
 塩せんべいをたべると、のどかかわいて水が飲みたくなるのは、このためです。


動物の細胞の電子顕微鏡写真(倍率 ×11,500)


生物の体をつくっているいろいろな有機物の分子

 生物の体のなかにある水は、血液のような体液だけではありません。
 生物の体は、細胞とよばれる小さな部屋のようなつくりからできています。
 細胞は、普通は肉眼でみることはできません。
 花びらを顕微鏡で約一〇〇倍に拡大してみると、細胞がたくさん集まってできているようすがよくわかります。
 いったい、生物の細胞の中味は何でしょうか。
 細胞の中にも水がたくさんはいっていますが、体液とはちがいます。
 細胞の中には、アミノ酸がたくさん結びついてできているタンパク質や、タンパク質をつくるはたらきをする核酸などが水に溶けているネバネバした液がはいっています。
 くわしく調べてみると、細胞にはタンパク質や核酸のほかに、脂肪や炭水化物(糖類)なども含まれています、
 植物の細胞では、ぶどう糖がたくさん集まってできたセルロースやデンプンのほか、葉緑素のような色素も含まれています。

 このような細胞の中味は、薄い膜にとりかこまれています。
 この膜は、脂肪に似た成分とタンパク質からつくられていて、水を自由に通しても、水に溶けている物質は、なかなか通りにくいように作られています。
 これまでは、体のやわらかい部分のお話をしてきましたが、今度は、かたい部分のお話しをしましょう。
 骨や歯などのかたい部分には、リン(P)やカルシウム(Ca)などの無機物質(灰分)がたくさん含まれている、燐灰石(りんかいせき)という鉱物からできています。
 けれども燐灰石ばかりでなく、タンパク質や脂肪に似た成分、さらに糖類などといった有機物もふくんでいて、とても複雑な構造をしています。
 かたい部分といっても、骨ほどではないものに、爪や毛があります。
 これらは、ほとんどタンパク質からつくられています。
 生物の体をつくっている物質を有機物といって、昔ぱ生物だけがつくることができるものと思われていました。
 でも、今では生物ではなくても、実験室で有機物をつくりだせるようになっています。
 タンパク質や脂肪や炭水化物などの有機物が、どんな元素からできているかを調べてみると、炭素(C)、水素(H)、酸素(O)、窒素(N)、イオウ(S)など、ごく少ない種類の元素の原子が、組み合い方をかえて、さまざまな有機物をつくっていることがわかります。
 そして、これらの有機物は、炭素をふくんだ物質から、実験室でつくりだせるようになりました。

 しかも、これらの化合物の骨組が、炭素を中心にしてつくられているために、炭素化合物ともいわれています。
 すでにお話したように、地球のはじめの頃には、生物はいませんでした。
 しかし、生物が生まれるまえに、タンパク質や炭水化物のような有機物が地球上にできていなければなりまん。
 いったい、このような物質は、地球上では、どのようにしてつくられたのでしょうか。
 このことを明らかにすることが、生物の誕生を調べる鍵になっています。
 このことを説明するためには、ソビエトの生化学者オパーリン先生に登場していただかねばたりません。
 オパーリン先生は、すでに日本にも何回か来たことがあり、「生命の起原」という本を出版していることでも有名な人です。
 地球上で、最初の生物が誕生するまえに、無生物の状態から有機物がつくられ、それがしだいに複雑にたり、ついには生命のある状態になる、という考えが、今からおよそ五〇年前にオパーリン先生によって示されました。
 この考えがいまでも通用しているのです。そして、生物をつくる物質のはじまりは、原始地球の大気の中にあったと考えたのです。
 はじめの大気がメタン(CH4)やアンモニア(NH3)、水蒸気(H2O)といった還元大気であるなら、すでに、簡単な有機物(メタン)が大気中に存在することになります。
 その大気からどうして複雑な有機物ができたでしょうか。そのことを次にお話します。


オパーリン先生

    2 大気から生まれたアミノ酸 top


三原山火口


三原山

 日本でいまでも噴火をつづけている火山のひとつに、伊豆大島の三原山があります。
 最近では昭和二五年に大爆発をおこしました。
 爆発している三原山では、真っ赤な熔岩が、帯のようになって火口からあふれてました。
 この三原山が爆発をおこしていないときをえらんで、ある大学の探検部が、ワイヤーハシゴをおろして火口におりていきました。
 火口の底では、真っ赤な熔岩がたえず五〇メートルもとびはねて、濃いガスを吹きあげているようすがわかりました。
 日本列島は、大平洋をとりまく火山帯に属しています。
 日本は火山の国です。日本の国立公園には、ほとんどどこでも火山がみられます。

 最近でも、昭和四九年に海底から噴火がおこって新しい西之島ができたり、昭和二七年には明神礁 * ができたり、また昭和一八年には北海道の洞爺湖(とうやこ)の近くの麦畑に、突然、高さ四〇六メートルの昭和新山ができたり、といったように、今でもまだあちこちで火山活動がおこっています。
 * 明神礁 伊豆七島に新たな島ができたが、そのうち、沈んでなくなった。

 このような火山は、地下のたかい熱でどろどろにとけたマグマが、地下の割れめを通って地表にまで昇ってきてできたものです。
 生まれたばかりの地球が、一度火の玉のようになり、それが、やがて冷えて、卵のような構造になった四〇億年以上前には、地球の表面に近い部分は岩石となっていました。
 しかし、地球の中部には、まだマグマがあちこちにできていたでしょう。


昭和新山、これは地面が持ち上がってできた山


75年後の令和の昭和新山

 また、時どき地球の表面には大きな割れ目ができ、その割れめから、真っ赤なマグマが吹きだしたことでしょう。
 また、そのときマグマと一緒にふきだした噴煙で、地表はもうもうとなった、と思われます。
 そして、この噴煙が地球をとりまく大気となったのです。
 この最初の大気に、強い紫外線をもった太陽の光線・宇宙線・稲光りなどの力(エネルギー)がはたらいたと考えられます。
 また、地球内部からでてくるマグマの熱なども力のもととしてはたらきます。
 これらの力が大気に作用すると、メタンやアンモニアや水蒸気などをふくんだ大気は、そのままの状態ではいられません。
 大気の成分はおたがいに、反応して、新しい物質をつくった、というのです。
 オパーリン先生はこのように考えたのです。
 これは、ちょうど、光化学スモッグのできるようすとよく似ています。

 メタンやアンモニアや水蒸気の大気に、太陽からくる紫外線や、稲光りが作用して、複雑な有機物をつくったのです。
 そのなかには、私たちの体の成分であるアミノ酸や、遺伝をつかさどる核酸をつくるもとの成分になる化合物が含まれていたことでしょう。
 アメリカの有名な有機化学者ミラー先生は、大学院の学生だったとき、地球のはじまりのころの大気のようすを、実験室のなかでつくれないものだろうか、と考えました。
 そして、はじめの大気に、稲光りがあたったときのようすを実験してみたのです。
 メタンとアンモニアと水蒸気を一緒にして、ガラス管につめ、その中で長い時間、電気の火花を散らせる(放電させる)という実験です。
 放電をうけたガスは、ガラス管を通っているうちに冷やされ、水滴となって落ちてきます。
 下にたまった水滴は、沸とうさせて、またもとのガスの中におくりこまれる、というしくみです。
 このような状態を二週間ぐらいつづけると、下にたまった水滴は赤っぽくなります。
 これは、地球上の大気が雨となって降って海にはいり、また蒸発して大気にもどる、という水の循環のようすを、ガラス管の中でつくりだしたものなのです。
 こうして、最後に集められた赤っぽい水のなかには、おどろくほどたくさんの有機物ができていたのです。
 その中にはアミノ酸や酢酸のような化合物も含まれていました。
 このミラー先生の実験は、オパーリソ先生の仮説をみごとに証明したことになります。
 この実験がしめすように、できはじめの地球では、大気のなかで、稲光や太陽の紫外線などの作用で、生物のもとになる有機物がつくられたにちがいありません。


ミラーの実験

     3 最初の海は薄いスープ top

 新潟あたりの石油のとれるところでは、海に船をうかべて石油をとるボーリングをしています。
 ところが、太平洋のなかに船をうかべて、海底に深い穴を掘ろう、という計画を知っていますか。
 この場合は、石油をさがすことが目的ではありません。
 地殻の下のマントルとよばれる部分が、どのようになっているかを確かめるためなのです。
 地球は、卵のような構造をしていて、もっとも深い地球の中心部を核といい、その上の層をマントル、一番外側の層を地殻ということはまえにお話しました。
 地殻は、ちょうど卵の殻のように、地球の表面を薄くおおっているのです。
 このような地球内部の構造は、地震の波の伝わり方から推定されているのですが、もっとくわしく地殻をみてみましよう。
 地殻の底、すなわちマントルとの境目は、モホロビチッチ不連続面といわれます。
 この面は、ヒマラヤ山脈などの高い山脈のある大陸の下で、深さが三〇キロメートルから六〇キロメートルのところにあります。


わき出る温泉


海底ボーリング

 ところが、太平洋や大西洋などのような深い海の底では、地殻が薄く、モホロビチッチ不連続面は、海底から深さ五キロメートルから一〇キロメートルぐらいのところにあります。
 ですから、陸と海とでは、地殻の厚さが、ずいぶんちがうことになります。
 太平洋の北には、地殻の厚さが、わずか五・五キロメートルしがないところもあります。
 アメリカのルイジアナ州では、石油を取出すために掘った井戸で、深さが約七キロメートルもあるものが知られています。
 ですから、太平洋の底の地殻五・五キロなら、掘ることができる理屈になります。
 実際には、海の上でボーリングの作業をするのですから、大変な仕事なのですが……。
 海底にボーリングをして、マントルからの岩石が採集できれば、地球の内部のようすをこの目で確かめられるのですから、世界中の学者が注目するのも当然のことですね。

 ところで、このような大洋の海の水は、いつどのようにしてできたのでしょうか。
 そこで最初の大気をもう一度考えてください。最初の大気の成分はメタンやアンモニアのほかに、水蒸気が含まれていた、と考えられていましたね。
 大気の成分は、なんどか大きく変化しましたが、いつも水分が含まれていました。
 水蒸気は、上空で冷えて水滴になり、雨とかって、地上に降りそそぎます。
 おそらく、地球がはじまってまもない、今から四十数億年前の、火の玉になった地球が冷えてくるころにも、雨が降ったことでしょう。
 また、地下から温泉のように、熱い水が吹き出たところもあったでしょう。
 このようにしてできた地表の水は、低いところをもとめて流れ、やがて窪地に水たまりをつくったわけです。
 現在の海水は塩からく、ちょうど食塩水のようですが、溶けている成分は食塩(塩化ナトリウム)だけではありません。
 ナトリウム(Na)・カリウム(K+)・マグネシウム(Mg2+)・カルシウム(Ca2+)などの金属成分と塩素(Cl-)などの非金属成分が海の水の中にとけこんでいますし、有機物もとけています。
 これらのうち、金属成分は、地殻をつくっている岩石からとけだしたもので、おもに火山活動によるもの、と考えられます。
 また、塩素などは、火山ガスからとりこまれた、といわれています。
 ですから、現在のような海の水の成分は、地球が生まれてからの火山活動によって、長いあいだにできた、と考えられているのです。
 そこで、できはじめの海は、火山活動の歴史もあさいので、それほど、塩からくはなかったでしょう。
 しかし、生命の在存が化石で確かめられている、およそ三四億年前には、すでに今の海の水にちかい塩からさになっていた、と考えられます。
 ですから、海の水の量は少なかったけれども、いまのような海は四十数億年前までにすでにできていた、という学者もいるのです。
 海ができはじめると、大気の中でできたアミノ酸をはじめ、いろいろな有機物がとけこみ、新しい化学変化をおこします。
 そして、新しい有機物、たとえばアミノ酸がつなかってできたタンパク質のような大きな分子がつくられ、ついには、海はタンパク質・核酸などのとけた、熱くて薄いスープになった、というわけです。
 そして、海がこの薄いスープのころ、このスープのなかに生命が芽ばえはじめたのです。

     4 最初のタンパク質 top

 薬屋さんにいくと、たくさんの薬がならんでいます。かぜをひいたときに薬屋さんにいっても、いろいろの名前のかぜ薬があって、どれを飲んだらよいか迷ってしまいます。
 頭のよくなる薬はないか、とよく考えるのですが、いまのところ、そんな薬はなさそうです。
 まえに、グルタミン酸や・γアミノ酪酸というアミノ酸をのめば、頭がよくなったり、頭の病気がなおる、といわれたことがあります。
 もし、それが本当なら、味の素(グルタミン酸ナトリウム)をのめば頭がよくなることにたりますが、残念ながら効きめはないようです。


かんたんなアミノ酸

 脳のなかの細胞には、体の細胞よりアミノ酸が多くたくわえられていて、とくに、グルタミン酸・アスパラギン酸・γアミノ酪酸・グルタミンなどのアミノ酸が多く含まれています。
このようなアミノ酸は、脳のはたらきに大切な役目をしているのです。そのために、このようなアミノ酸のはいっている薬をのめば、頭がよくなるのではないか、といった希望がわいてくるわけです。でも、アミノ酸は、体の血液にたくさん含まれていても、脳にははいりにくいのです。
 お酒をのむとよっぱらいますが、これは、のんだお酒のなかのアルユール分か、脳に入りやすいためにおこるのです。


タンパク質のできかた(赤堀四郎原図・生命とは何か? 科学情報社)

 アンモニアや一酸化炭素のような毒性のガスも、脳にはいりやすい物質です。
 アミノ酸とは反対ですね。
 こんなわけで、よく「バカにつける薬はない」といわれますが、今のところ頭をよくする薬はない、ということになります。
 脳にたくわえられているアミノ酸は、タンパク質の形にはなっていないようですが、生物の体の中では、アミノ酸はほとんどが、タンパク質になっています。
 二つのアミノ酸がくっつくとき、水の分子が一つとれて、ペプチド結合とよばれる結びつきかたをします。
 そして次々に、アミノ酸がペプチド結合をして、長いアミノ酸の鎖になります。
 この鎖をペプチド鎖とよんでいますが、ペプチド鎖がひじょうに長くなって、分子量が一万をこすようになったものをタンパク質とよぶわけです。
 タンパク質には水にとけるものもあれば、爪や毛のように水にとげない、固いタンパク質もあります。
 目では見ることができませんが、タンパク質には、ペプチド鎖が糸まり状になったり、何本もの、ペプチド鎖が平行にならんだり、ラセン状になったり、いろいろな形のものがあります。
 お母さんがパーマをかけて、頭の毛をいろいろの形にしますが、これは、熱によってタンパク質が目にみえない形の変化をおこすためです。
 頭の毛はケラチンとよばれるタンパク質で、ペプチド鎖はラセソ形をしていますが、パーマで熱をかけてまっすぐなペプチド鎖にのばしてしまうのです。
 すると、目に目える髪の毛の形は、ウェーブした形になる、というわけです。
 タンパク質は、生物の体をつくっています。肉はもとより、骨や歯のなかにさえタンパク質があります。
 生物の体をつくっているタンパク質は、約二〇種類のアミノ酸からできています。
 一番、簡単な骨組のアミノ酸はグリシン(CH2NH2COOH)ですが、ほかのアミノ酸にもかならず、グリシンと同じ骨組(-CHNH2COOH)がそなかっています。
 最初の海にできた、一番はじめのタンパク質(ペプチド鎖)はどんなものだったでしょうか。
 今までは、はじめからいろいろなアミノ酸ができていて、それらがくっついて、タンパク質ができた、と考えられていました。
しかし、日本の赤堀四郎先生は、殼初にできたものは、もっとも簡単なグリシンだけのペプチドの鎖で、これが、最初のタンパク質だ、と考えました。
 そして、この鎖の、一つ一つのグリシンに、新しい骨組がくっついて、いろいろなアミノ酸ができ、それらのアミノ酸がさらに鎖のようにくっついて、普通のタンパク質になった、と考えたのです。
 いまでは、二〇種類のアミノ酸は全部そろっていて、生物の体のなかで、いろいろなアミノ酸が、次々にくっついてタンパク質が作りだされています。
 ですから、最初の海では、一番簡単なグリシンがあれば、ほかのアミノ酸がなくても、タンパク質はつくられる、と考えられるのです。

     5 生物は自然に生まれるか top

 冷蔵庫の中から、チーズやバターのような乳製品をとりだして、箱の表面を見ると Pasterized Process と書かれているのを知っていますか。
 これは、狂犬病の予防注射の薬(ワクチン)の発見でも知られているパスツール先生が、いまから一〇〇年以上も昔に発見した、熱を用いて黴菌を殺す方法(パスツール処理)がほどこしてあることを、示しているのです。
 パスツール先生は、最初、ブドウ酒の研究をし、ブドウ酒のはいっているビソのなかの、酸素をとりさってから熱すると、ブドウ酒の香りが変らないことを知りました。
 これは、ブドウ酒にはいりこんだ微生物が殺されてしまうからです。
 もし、この処理をしないでいると、ブドウ酒も、ビールも、牛乳も、チーズも、みんな徹生物のはたらきですっぱくなり、腐ってしまうのです。
 フランスで発見されたこの処理法は、そののち、世界中で用いられるようになりました。
 パスツール先生は、この処理法で特許をとったのですが、すぐにその特許をみんなが自由につかえるようにしました。
 そして、その処理法でもうけた人から、お礼のお金を受取ろうとはしなかった、ということです。


パスツール先生

 では、食べ物にウジがわくのはどうしてでしょうか。
 昔の人は、飲みものや食べ物に、ウジがわいたり、カビが生えたりするのをみて、生命をもたない物質から、自然にウジやカビが生まれるのだ、と信じていました。
 また、生物は土のなかから自然に生まれてくるものだとか、ヤギやガチョウなどの動物が植物にかわり、またその植物の実として子ヤギやガチョウの子が生まれる、などという話を信じていました
 このような考え方は、自然発生説といって、一七世紀までつづきました。


子ヤギの木


ガチョウの木

 パスツール先生は、フラスコの首をほそくのばして、S字型に曲げた装置をつくりました。
 その中にいろいろなスープ(培養液)をいれて、数分間沸騰させると、フラスコのなかの空気は細いS宇型の首をとおって外に出てゆきます。
 そして、フラスコを冷やすと、またフラスコの中に、外の空気が入りこんできます。
 ところが、S字型の首のところに消毒した綿をつめておくと、空気中のちりやよごれが綿にたまってしまい、フラスコのなかへは、きれいな空気がはいるというわけです。
 このようにしたフラスコを数ヵ月放っておいても、フラスコの中には、微生物はすこしも生まれませんでした。
 ところが、フラスコのS字型の首を切ってしまって、よごれた空気をフラスコのなかにいれると、すぐに微生物が生まれてきました。
 このことは、空気のなかの微生物が、フラスコのなかにはいって、スープの養分で育っていくことを示しています。
 これは、生物というものは、「生物からでないと生まれない」ということの証明です。
 パスツール先生のつくったフラスコは、いまでも、フランスのパスツール研究所にのこっていて、その中の液はきれいなままだそうです。
 この実験は、自然発生説を完全にうち破りました。「生物は生物から生まれる」という考え方が実験によって示されたわけです。
 パスツール先生のこの実験が発表された年の、三年前にあたる一八五九年に、チャールス・ダーウィン先生の「種の起原」が発表されました。
 ダーウィン先生は、生物は子孫になるにしたがって変わっていく、と考えました。
 その当時までの考え方は、地球上の生物は、みな別々に生まれたもので、おたがいになんの関係もない、と考えられていました。


パスツールのフラスコ

 また地球上の生物は、キリスト教の教える「ノアの洪水」でおぼれて死ななかった生物である、といった天変地異説も信じられていました。
 しかし、ダーウィン先生の登場によって、
 「地球のうえに生物がいろいろいるのは、生物が子孫になるにしたがって変化し、次々に新しい生物が生まれてきたからである」
 という進化の考えがうちたてられたのです。
 パスツール先生の実験は、生物が進化することの裏ずけにもなったわけで、それまでの生命にたいする人々の考えを大きくかえたわけです。
 ところで、パスツール先生にもダーウィン先生にも解決できなかった大きな問題があります。
 それは、最初の生物が、地球のうえに、どのようにして現れてきたかという問題です。
 生物は生物から生まれるといっても、できはじめの地球に、最初から生物がいたとは考えられません。
 といって、はじめは神様が生物をつくった、とするのは科学的ではありません。
 それでは、この地球のうえで、どのようにして最初の生物が生まれ、また、親が子を生むという生物の特徴は、どのようにしてできたのでしょうか。
 そのことは、まだ完全に解決されたわけではありませんが、最初に科学的な説明をあたえたのはソビエトのオパーリン先生です。
 生物は海で誕生した、ということは、オパーリン先生をはじめ世界中の学者が認めるところです。
 大気のなかで生まれた簡単な有機物が、海で大きな分子とたったところまでは、すでにお話しました。
 この章では、タンパク質のお話をしましたが、海ではタンパク質のほか、核酸のような生物を形づくる成分もつくられたはずです。
 そこで次に、そのような成分から、どのようにして生命のある状態のものになったか、という科学的説明をしなければなりません。

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