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NPO法人 さとうみ振興会

NPO法人 さとうみ振興会(さとうみしんこうかい)からのお知らせや、活動報告などを書いていきます。
当会のホームページはこちらです。
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「“科学”からの招待状(第2回)人類につながる生命進化」のまとめです! [2018年10月30日(Tue)]
先日、広島アメリカンスクールの高校2年生 渡邊森羅さんと一緒に「科学からの招待状(第1回)」を鑑賞しました。(海発生の起源)
渡邊さんが来局されたときの様子はコチラからご覧くださいわーい(嬉しい顔)
→ http://blog.canpan.info/nposatoumi/archive/470

今回は、第2回の「人類につながる生命進化」をまとめましたのでご覧いただければと思います。

■前回のまとめの概要
前回、地球誕生から最初の原始生命の誕生を見てきました。第2回は、その原始生命がどのような進化の道を辿って人類につながってきたのかを見ていきます。簡単に、おさらいすると46億年〜40億年の冥王代、地球は、微惑星の衝突の繰り返しで誕生しました。
原始地球は大気や海の無い裸の惑星でした。地球誕生1.5億年後、氷小惑星が飛来し2億年後、43億年〜42億年前に、現在のような海と大気に包まれた地球が誕生しましたが、当時の海の環境は猛毒で生物が生まれるような環境ではありませんでした。
最初の生命誕生は陸上でした。ウラン鉱脈が造る自然原子炉と間欠泉とが組み合って自然原子炉間欠泉を中核として物質とエネルギーが循環し融合して生命誕生に不可欠であるアミノ酸、リン酸 さらにもっと、複雑なRNAなどの有機化合物が合成されました。
それらが、膜に囲まれることにより原始生命体が誕生しました。
参考:人体を造っている元素として28種
@炭素C,水素H,酸素O,窒素N, 4元素、96.6%
AカルシウムCu,マグネシウムMg、カリウムK,ナトリウムNa,硫黄S,リンP,塩素CL,7元素 3.38%
B鉄Fe,銅Cu,マンガンMn,モリブテンMo,セレンSe,コバルトCo,クロムCr,ヨウ素I,フッ素F,バナジウムV,スズSn,ケイ素Si,ホウ素B,ルビジウムRb,チタンTi,臭素Br, 17元素 0.02%

■今回の概要
これまでのデータモデルを調べ、新たなデータをもとに、新たなモデルへと変えていく場合、重要なことは俯瞰的に見ることです。異なる学問領域を総合的、俯瞰的にみる研究手法は、地球はもともと複合されて出来ているので、異なる現象をどのようにつなげて行くかの幅広い視野が必要です。(名付けて俯瞰科学という)です。

■巨大化
原始生命が人間になるまでの進化(歴史)の本質を言えば『巨大化』です。
最初の生物の原始生物、原核生物と言われるものですが、その大きさは平均すると10ミクロン=100分の1mm程度、さらに、この原核生物(10ミクロン)が22億年前に巨大化し、
真核生物(体長1mm)体積では100万倍になります。さらに、もう1回、我々のような動植物になるためには、色々な大きさがありますが、10cmになるのには、さらに100万倍が必要で1兆倍にもなります。

■真核生物の誕生シナリオ
29億年前、大陸の周辺の浅瀬では,ある変化が起きていました。光合成をおこなう原核生物の出現「シアノバクテリア」です。光合成は、太陽のエネルギーを使って、水と二酸化炭素から、酸素と糖を合成します。酸素は体外に放出され糖は体内に蓄積されます。放出された酸素が徐々に、大気中に蓄積し地球の大気組成を変えていきました。
しかし、23億年前、地球を大きく変える事件が起こります。天の川銀河と矮小銀河の衝突で起こったスターバーストです。地球では大量の宇宙線が降り注ぎ、宇宙線は大気に触れると雲の核をつくる核生成作用により雲が地球を覆いました。

その結果、太陽のエネルギーが十分に地表に行き届かなくなり、赤道地域までも氷で覆われる時代が訪れます。
これが全球凍結です。有害な宇宙線と全球凍結により、生物は大量絶滅しました。しかし、厚い氷の下では、この環境に耐えた生命がわずかに存在しました。氷がベールとなって宇宙線から生命を守りました。そして、21億年前に全球凍結が終わると、大量絶滅から生き残った原核生物達は内部共生をさらに拡大し巨大化していきます。酸素を消費するミトコンドリアや酸素を発生する葉緑体を膜内にとりこみ、酸素により、より大きなエネルギーを使えるようになりました。
このように、膜内に共生するミトコンドリアは数千個を超えました。しかし、酸素は生命体にとって基本的に猛毒です。そこでDNAを守るため、それを包む核膜が生まれました。DNAはさらに巨大化し、より多くの遺伝子情報を持つようになりました。その結果、より複雑で多様な生命体を生み出すことが出来るようになりました。

こうして、真核生物が誕生しました。その大きさは原核生物の100万倍で、全球凍結による大量絶滅の危機が生命進化のスピードを速めました。(化石の証拠から判かります)
まさに絶滅と進化は紙一重なのです。

■突然変異による進化
生物学者の多くは徐々に生命進化が進んだものと考えていますが、分子生物を研究している人は進化の加速を突然変異の例として、どれぐらい増えるかを実験している人の試算によれば、原子生物から人間までの進化は150億年必要とされています。あるいはもっと必要だと言われています。
宇宙の年齢はかなりの精度で138億年と言われています。実際には人間に到達するのは40億年までと言われていますので全球凍結による進化の加速があったと言えます。

まず判っていることは全球凍結の時代に加速があったこと。しかし実際は2〜3億年の間、ずっと凍結したわけではないと判りました。数百万年単位で、全球凍結は極寒期と温暖期の繰り返しがありました。
また、地球には火山の場所など温かい場所に避難した生物達がいて、温かくなると拡大することが起きます。それの繰り返しであるので植物がダメージを受けると動物も死んでしまいます。そのことを、大量絶滅と呼んでいます。
全球凍結が起きた時代の進化の加速のポイントは、4〜5回繰り返しあったとする酸素濃度の極端な増減でした。
これは、遺伝子を傷つけるので、遺伝子が関連する突然変異と関係します。

今まで、お話してきました酸素というのは生物の体にとって、進化の直前には生物にとって毒なのです。
それは、有機物を酸化してガスにしてしまう。例えば、有機物に火をつけて焚火するのと同じです。ゲノムにとっては燃えるまでもなく、ジンワリと酸化しました。
酸素濃度の増減はゲノムに大きなダメージを与え遺伝子を傷つけ突然変異の確率を上昇させます。一方、全球凍結の原因は、宇宙のスターバーストからくる星の爆発的な誕生で、大進化の時期は丁度、この時期に対応しています。
この時期に大量の高エネルギーの粒子が宇宙から地球に降り注いだに違いありません。この高エネルギー粒子もゲノムを傷つけます。突然変異の確率が増える、この2つが進化の加速の原因と考えています。

■全球凍結と人類出現
地球史の長い40億年を超える時間の間に大規模な全球凍結は2回起きています。
そのあとは必ず生物の巨大化と大進化が進んでいます。酸素を上手く取り入れる酵素を使って生物が適応しました。全球凍結が、なかったら人類の出現はなかったと考えています。

6.4億年前 
再び全球凍結が繰り返す気候変動(マリノアン全球凍結)に耐えるため、原核生物や真核生物が集まり共生することにより互いの欠点を補う多生物共生体への進化です。(例:人間の腸には、細菌が存在する。)
新たな生物の可能性を大きく広げることになります。スポンジ状の生物の「海綿」が登場、生物のサイズは再び100万倍となり原核生物に比べ1兆倍に巨大化しました。

5.8億年前 
小規模な氷河期と温暖化気候を繰り返す中(ガスキアス小氷河期)、リン等が大量に海中に流れ込むと動植物が一斉に繁殖しました。エディアカラ動植物群です。
この時期の代表的な生物は「テッキンソニア」です。殻や骨格を持たない、軟体の生物で体長1mを超えていて大陸周辺の温かい浅瀬に生息していたと考えられています。

5.5億年前
大陸から栄養分の供給や酸素濃度がさらに増してきました。海中では、リンやカルシウムの濃度が増え、これを利用して外敵から身を守る鎧として、カルシウムを使った堅い骨格を持つ「ミクロデックティオン」の出現です。生物は生き残るために身近にある材料を使って進化していきます。

5.4億年前
地球は極端な熱さと寒さを繰り返す激変期を迎えました。これにより、エディアカラ動植物群は絶滅します。しかし、一方では、新たな生命進化が始まろうとしていました。
それは、超大陸ロディニアで起こっていました。大陸が分裂する場所では放射性元素に富むマグマが噴出、放射線が生物の突然変異を引起こし新種誕生を促し生命の枝分れを起こします。このような進化を「茎進化」といいます。
【注:茎進化・・・生物学者が遺伝子をもとに系統樹を描く方法(2つの大きな分かれ目)】
そして、分裂した小大陸が再び衝突して融合すると、大陸衝突の場では、生物の交雑が起きます。その新しい組み合わせにより様々なバリエーションの生物が生まれます。これを冠進化と言います。
【注:冠進化・・・一気に沢山、分化すること】
大陸衝突により地球上の環境が多様化、地中海のような閉鎖的な海もでき、そこに大量の栄養塩や硝酸が運ばれます。そして、カンブリア紀の生物の爆発的な進化を興しました。
35の門の生物を生み、現在につながる生物種の大元を造りました。生命の進化は宇宙や地球環境の変化と密接に繋がっています。

5.4億年〜2.5億年前
古生代と言われる時期に、生物の進化が行われたことを述べてみましょう。現在の5倍の塩分濃度を持っていた海水が6億年程まえから徐々に、その濃度を下げていきます。それは、巨大な大陸の出現や海水面の低下により岩塩として陸地に取り込まれた結果です。
また、一時的に海面が上昇しても堆積物が深くなり岩塩が海中に溶け出すことはありませんでした。塩分が下がったことにより、それまで淡水と海水が混ざる汽水域にいた生物が海洋に進出するようになりました。また、酸素濃度の上昇によって大気上層にはオゾン層が形成され、有害な紫外線が遮断され陸上は生物にとって安全な場所として整えられていきました。

5.4億年前
最初に陸地に進出したのは植物でした。浅瀬で繁栄していた藻類です。その後、昆虫も現れ植物と互いに依存しながら進化する「共進化」をおこしました。
同じ時期、海の中では脊椎動物が進化し魚類が誕生した。これが我々人間を含めた脊椎動物の共通祖先です。
魚類は進化を続け、両生類の祖先となる「イクチオステガ」を生み出します。
【参考:進化・・・ハイコウイクティス→ピカイア→ドレパナスピス→シーラカンス】
このころ、陸地では植物が大繁栄をしていました。植物が作り出す酸素で濃度は現在の1.5倍のもありました。そして、いよいよ肺の機能を獲得した脊椎動物が陸上に進出します。この両生類が、爬虫類や恐竜、そしてほ乳類へと進化し人類へと繋がっていきます。

2.6億年〜2.5億年前(顕生代)
太陽系は暗黒星雲と衝突し、その結果、大量の宇宙線が地球に降り注ぎ地球は極寒期に入りました。最初にダメージを受けたのは植物でした。死滅により酸素濃度が低下し、両生類、爬虫類、昆虫の過半数が絶滅しました。順調に進化したかにみえた生物は、またもや大きな試練をうけることになりました。だが、同時に、絶滅は次の時代をつくる準備でもあります。人類へと続く新しい生命の誕生が目前に迫っていました。

2.5億年〜6600万年前(中生代)
中生代になると恐竜の時代になります。最初の哺乳類は、「アデロバシレウス」というネズミぐらいの大きさで、約2.5億年前に生まれ夜行性でした。
蛇は、その時の天敵でした。今も、身近な例として、現在の人間が本能的に蛇を嫌悪することがあるのは、人間のゲノムに組み込まれていると思いますが、一方、人間には蛇好きだという方もいますが、これは「人」の多様性を示していると考えられますし、ゲノムの持つ多様性の対応と言えます。
哺乳類から霊長類が誕生するのは約1億年前ごろ、そのあと、人の祖先がチンパンジーとわかれます。人類の誕生は700万年前ごろと言われています。最初の人類は「サヘラントロプス」とよばれている種で、骨盤の形と大きさから直立歩行をしていたと言われています。
その後、進化とともに種は次第に多様化していきます。

ここで、注意しておくことは、ある時代ではいくつもの「種」が共存したり、また一方ではある「種」が絶滅したりしていることが判っています。生物的な研究者によると20種類ぐらいの人類がいたといわれています。
お互いに交雑していたことが判っています。今の私たちは「ホモサピエンス」と言われていますが、ゲノム解析によると絶滅した「ネアンデルタール」に由来する遺伝子を2〜3%ぐらい持っていて、我々の祖先と共存していた時代があったことを示しています。
ネアンデルタールの脳は我々の1500ccに比べ1600ccと脳容積は大きかったのです。
脳容積が、大きいから必ず生き残ると言うわけではないことを暗示しています。
他の霊長類に比べて著しい違いがある領域が人間の脳の中にあります。HAR(ハルゲノム)
と言われる大脳皮質の形成と発達と支配する遺伝子(数年前202個が確認)です。

どうして人に特徴的にこれらの遺伝子が集中的に生まれたのか?他の動物にはありません。
その原因は特殊な環境で、特殊な火山噴火に関連したと考えられています。特殊なマグマの火山活動です。人類の誕生場所は、アフリカの大地溝帯と言われています。
大陸が割れている、その下に2つのプレートが生まれる場所です。割れるというショックは非常に特殊な火山活動が起きます。大地の裂け目は、放射性元素を富んだマグマが噴出されます。これをハイアール(HiR)マグマと呼んでいます。
これによりゲノムが傷つけられ突然変異が生じ、その結果誕生したのが人類と言われます。現在、アフリカにおける人骨を収集して年代ごと調査すると段階的にではなく飛躍的に脳の容積が大きくなっています。(中間の脳容積のデータが発見できません)
年代と脳の容積を比べると、脳の発達とHiRマグマの対応が見られます。
・180万年前 HiRマグマ噴出(チンパージー・アストラロビテクス・ハビリス)
       脳容量400CC→800CC
・60万年前  HiRマグマ噴出(エレクトス・ネアンデルタール)脳容量→1000CC
・20万年前 HiRマグマ噴出(サピエンス)脳容量1600cc
・20万年前から、アフリカから発生した人類は、赤道から北極圏まで拡散します。
その直後も、飛躍的に脳の発達が進み「科学」を発明し進化が進みます。
ヒトの特徴は道具をつくることです。人間だけが「科学」を発明しました。

■人類代の提唱
新たに人類代の提唱(冥王代46〜40億年前→太古代〜25億年前→原生代6.35億年前→顕生代〜700万年代→人類代)がされています。
科学の発達が社会問題を起こし、人類にとって良かったのかどうかの課題もありますが科学の発展によりいろんなことが見えてきました。
1600年(関ケ原合戦の頃)、ヨーロッパで虫眼鏡が発明され小さなものが見えるようになりました。組み合わせると遠くが見えることになりました。現在人間が認識出来る空間の広さは、下は素粒子の大きさから上は宇宙の果てまでと広がりました。
例えば、隕石の落下は偶然で、予測不能と考えられていました。空間の認識が広がって宇宙も今や科学者によると必然的なものとして、何時、どの隕石が地球に落ちてくるかさえ、予言できるようになりました。(科学は未来を予測できる)

科学が発明された結果、豊かな物質文明を作りだしました。私たちはこうして人生を謳歌できるようになった一方、人間中心で、環境や生態系を破壊して、人間の存続さえも危ういと言われています。
例えば、人類は約100年前の1900年頃は17億人で、2018年は70億人を超えています。人類だけ非常に増えています。そのことは、他の生物達にひずみを生じさせています。
これが生態系のひずみで地球環境問題の出発原因になっています。

答えは、出発原因を潰せば良いのですが、世界人口をヒューマニズムいう概念で縛られた我々が生態系に優しい生態に戻すことは現実的に非常に困難です。しかし、それを可能に出来る科学を、人間は持っていると思います。

●今後の地球史において予見される出来事(出典:丸山茂徳)
@自己複製可能な人工生命体の出現
AC4植物死滅 ㏇2 40ppmに
Bプレートテクニクス停止・生命の終わり
C海洋の消滅
D天の川銀河・アンドロメダ銀河と衝突
E地球の消失
Posted by さとうみ振興会 at 11:21 | 30年度活動報告 | この記事のURL