タテよこ斜め縦横無尽

田舎の年金暮らしのたわごと

インゲンマメのツルは何故右巻きになるのか?


 写真は、家庭菜園のインゲンマメのつるであり、左下から右上へ右巻きで成長している。ふと、『つるは何故右巻きになるのだろうか?』と不思議に思った。花は、日中は花弁の外側より内側の細胞の成長が速いから開く。夜はそれが反対になるから閉じる。これと同じように、植物は、左側より右側の細胞の成長が速いと、左側を中心として螺旋を描くように成長する。これが正にインゲンマメのつるの姿になる。問題は「なぜ必ず右巻きになるか?」である。
 インゲンのつるの巻き方は台風の上昇気流の流れに似ている。台風はコリオリの力が働き、中心付近の上昇気流は右巻きに昇っていく。『植物のつるはコリオリの力により右巻きになる?』、そんなことはないはずだ。コリオリの力は見かけの力であり、気象のような大スケールの現象には影響するが、植物の成長のようなミクロな世界に影響するはずがない。もしコリオリの力が影響するなら、南半球のインゲンは反対の左巻きになってしまう。
 色々考えていて、ふと、DNAも右巻きの二重螺旋であることに気が付いた。
 上図はDNAの二重螺旋の模式図であり、右巻きの構造であることが分かる。DNAが右巻きであることの理由として、DNAの構成素材であるヌクレオチドが左手系だったからとの学説がある。地球上に生命が生まれようとしていた時、たまたま左手系のヌクレオチドが多かったため、それを素材として出来上がったDNAが右巻き構造になったという説である。
 光学異性体については高校で習った記憶がある。地球上にあるアミノ酸はほとんどがL型(左手系)らしい。DNAが右巻きであることとインゲンのつるが右巻きであることに、関係があるのかどうかは皆目見当も付かない。
 今日は、インゲンマメのつるの形から生命誕生時のDNA素材の構造まで考えが飛んだ。何が真相かは分からないが、色々考えることは楽しいことである。







 

多品種少量生産型の家庭菜園

 かぼちゃの空中栽培は今年で3回目、今日はそれ用の棚を作りネットを張った。
 このところの良い天気で、昨秋植えた玉ねぎも大きくなり、そろそろ収穫時期になってきた。ただ今晩から明日にかけて雨の予報だったので、今日は一つのみ収穫した。


 家庭菜園も賑やかになってきた。玉ねぎ、ニンニク、ジャガイモはもう直ぐ収穫で、収穫後その地にはシシトウとオクラが植えられる。インゲンマメは花が咲き始めたので、来月には収穫が始まるだろう。ナスやミニトマトも大きくなり、枝葉を伸ばし始めたので、脇芽取りや誘引をしなければならない。





田舎暮らし

 今朝のウォーキングで、一羽のアオサギが屋根の上で悠然と構えているのを見た。しばらく進むと休耕田にキジがいて、何かエサをついばんでいた。更に進むと水田にカルガモがいて、私が近づくとすいすい泳いで遠ざかっていった。遠くにカッコウの鳴き声が聞こえ、時々キジが甲高く鳴くのも聞こえた。
 鳥たちが活発に活動する季節になってきた。ツバメが滑空し、スズメやムクドリが群れをなして飛び、モズが自慢の百舌でさえずっている。
 自宅の庭ではシャクヤクが咲き始めた。豪華な花である。質素を旨とする我が家の家風に合わないような気がするが、先代が植えた庭木や花々は大切にしていこう。





カッコウという鳥の生き方

 今朝の日課のウォーキングの途中、カッコウの鳴き声が聞こえた。辺りを探したら、近所の屋根のアンテナでカッコウが鳴いていた。良く通る声であるし、田舎の朝は静まり返っているので、鳴き声は数百メートル先まで聞こえたであろう。

 昨年5/29のブログでカッコウ托卵について書いた。カッコウは卵を自分より小さめの他種の鳥の巣に産み付け、抱卵から孵化後のエサやりまでの一切を他鳥に任せ、自分では何もしない鳥である。こんな不届き者の鳥ではあるが、自然界にこれを取り締まる法律も無ければ、警察もいない。人間界でロシアを取り締まる警察がいないことを思えば、自然界でのカッコウの卑怯な生き方をとがめてもしょうがないと思う次第である。
 カッコウ夏鳥であり渡り鳥である。この辺りではいつも、5月中旬以降でカッコウが鳴き始める。マレーシアやフィリピン辺りからはるばる日本まで来て産卵し、秋には再び南の地に返るのであろう。そう考えると不思議である。ツバメも春に日本に来て産卵し、秋には家族揃って南の地へ返るのだろうが、子ツバメは、親鳥と一緒に返るから心強いし返る場所も分かるのだろう。一方で、托卵するカッコウは、巣立ち後の雛鳥が、単独で南の地への数千Kmの旅に出ることになる。もし、私がカッコウとして生まれたのなら、ひとりぼっちの旅立ちの重圧に負けてしまい、不安に苛まれてノイローゼになったかも知れない。そう考えたら、不届き者のカッコウが急に勇者に思えてきた。

 

ミトコンドリアと老化と寿命の関係

 5/18のブログではミトコンドリアとの共生が進化の方向を決めたと書いた。今日はミトコンドリアが老化や寿命にどう関係するかを探ってみたい。

 上図は若齢細胞と老齢細胞でのミトコンドリアの働きの違いを示している。若齢細胞の中では、ミトコンドリアが産生した豊富なATP(エネルギー)により細胞も活発に活動しているが、老齢細胞では、ATP産生の低下に伴い細胞活性も低下する。注目すべきはミトコンドリアが産生する活性酸素であり、これが増え除去し切れなくなると、タンパク質・脂質・DNAが障害を受けることになる。ミトコンドリアの活動から生まれる活性酸素が、身体の様々な部分に損傷をもたらし生命は次第に衰えていくが、衰えが進むと、活性酸素の量も増え、除去する能力も下がり、老化が加速度的に進んでしまう。

 上図はミトコンドリアの電子伝達系を示す。ミトコンドリアの中では、有機物を燃やすことでADPをATPへ変換させている。このATP産生は、工程ⅠからⅤまでの複合体により、電子を順々に伝達することで行われる。この電子伝達は、60兆もあるヒトの各細胞毎に数千個もあるミトコンドリアの中で営々と行われるのだが、稀に電子リークが発生し活性酸素が生まれる。生物は活性酸素を除去する仕組みも備えているが、長い生命活動の中でその活動も低下し、活性酸素による損傷個所も増えていく。
 clk-1という遺伝子は、センチュウやマウスの実験で寿命を延ばす効果が確認された。この遺伝子を働かなくしたノックアウトマウスでは、野生型に比べ平均寿命も最長寿命も延びたのである。この遺伝子はCoQという蛋白質を産生し、このタンパク質はミトコンドリアの複合体Ⅱを補助する形でミトコンドリア内の電子伝達に関わる。このclk-1遺伝子をノックアウトされたマウスは、CoQの補助が低下するため、ミトコンドリアの働きが低下し穏やかなものになる。すなわちこれは、ミトコンドリアの活動をスローダウンすると寿命が延びることを暗示している。
 ネズミは短命でゾウは長生きであるが、「一生の間に行う呼吸数や心拍数はほぼ同じ」という考えがある。これは、ミトコンドリアの活性度を上げて激しく短く生きるのも、活性度を下げてゆっくりと長く生きるのも、トータルで産生される活性酸素量は同じ(=トータル被害量は同じ)であると考えれば納得できる。
 先日のブログでは、ミトコンドリアとの共生が「生」、「性」、「死」への進化を決めたと書いたが、「老」への道も決めたことになる。


 



ミトコンドリアとの共生が進化の方向を決めた

 昨日のブログでは、真核生物の祖先とミトコンドリアの共生について話をした。今日は、その共生が生物の進化にどう影響したかを探ってみたい。

 上図は原核細胞と真核細胞を比較した図であり、下図は原核細胞生物である大腸菌と真核細胞生物であるゾウリムシを比較した図である。

 原核生物と真核生物の違いは、細胞核が有りDNAが核内で守られているか(真核生物)、そうでないか(原核生物)である。真核生物の祖先がミトコンドリアの祖先と共生を始めた頃、真核生物祖先の細胞サイズは今より小さく、また、細胞内の構造は単純であった。ところが、ミトコンドリアとの共生は大型化を可能にした。ミトコンドリアは、有機物を代謝してATPというエネルギー物質を作るが、真核生物祖先は、このミトコンドリアを細胞内に多数持つことができるようになった。そしてこれが大型化を可能にしたわけである。原核生物においてのエネルギー獲得は、外界と細胞を隔てる細胞膜上で行われ、細胞の大型化は細胞膜から離れた細胞中心部でのエネルギー枯渇を意味する。一方で、ミトコンドリアと共生を始めた真核生物においては、細胞サイズに応じてミトコンドリアを細胞内に多数配置することができるので、細胞大型化に伴うエネルギー枯渇問題が無くなった。
 また、この共生がトリガーとなり、細胞内小器官(ミトコンドリア、ゴルジ体, etc.)が生まれ、細胞内の構造化が進んだ。
 真核生物であるゾウリムシは無性生殖でも増えるし有性生殖もする。有性生殖の際、2つの細胞の接合が行われるが、この接合に先立ち、大核が消失するとともに生殖核である小核が減数分裂を行い、4つの核に分かれる。このうち3つは消失し、残った1つがさらに2つに分裂し、このうち1つの核を互いに交換する。その後、それぞれの細胞内の2核が融合することで接合は完了する。すなわち、ゾウリムシの有性生殖は、子孫は増やさず、自己のDNAと他の個体のDNAを融合する形で行われる。このゾウリムシの有性生殖は、有性生殖の本質を示している。
 ミトコンドリアとの共生で始まった生物の進化は、細胞の大型化と構造化を経て有性生殖に発展し、多細胞化 および 生殖細胞と体細胞の分化を経て「性」の出現に至る。そして、性と有性生殖の出現に並行して、真核生物には、遺伝子の運び屋としての生物個体に寿命が設定され、寿命を全うした後の「死」が宿命となった。
 真核生物祖先がミトコンドリアを取り込み共生を始めたのが、およそ20億年前と考えられている。そして、ミトコンドリアとの共生というこの出来事が、我々人類を含めた真核生物の進化の方向を決めたことになる。20億年前に、「生」、「性」、「死」という生命の基本への進化の道が決定したわけである。





ミトコンドリアDNA

 山梨県道志村の行方不明少女の件で、最近「ミトコンドリアDNA」が世間に広く認知されるようになった。ミトコンドリアは細胞内小器官であり、呼吸を行い,酸素を用いて有機物を無機物まで分解し,有機物のもつ化学エネルギーを ATP の化学エネルギーに変換している。なぜこのミトコンドリアがDNAを持つのか? この謎は生物進化の歴史を探れば解ける。

 元々、ミトコンドリアは独立した別の生物(バクテリア)であり独自のDNAを持っていた。上図で示すように、植物においては、ミトコンドリアばかりでなく葉緑体も別の生物だったわけだが、進化の過程で細胞内共生を始めた。故に、核内DNAの他にミトコンドリアDNAが存在する(植物では葉緑体DNAも存在する)。
 このミトコンドリアDNAは母系遺伝し母親のDNAのみが子に引き継がれる。この理由は、精子卵子が受精する際、精子の核内DNAのみが卵子に入るが、精子ミトコンドリアDNAは卵子への侵入を阻止されるからである。
 核内DNAに比べ、ミトコンドリアDNAのゲノムサイズは非常に小さく、ヒトにおいては20万分の1しかない。ただしミトコンドリアは、1細胞当たり100~2000個あり、今回の頭骨鑑定においても核内DNAは検出されなかったが、ミトコンドリアDNAの方は検出された。
 このミトコンドリアDNAを用いて、カリフォルニア大学バークレー校のレベッカ・キャンとアラン・ウィルソンのグループは、できるだけ多くの民族を含む147人のミトコンドリアDNAの塩基配列を解析し系統樹を作成した。系統樹の起点となる人類母系共通祖先はミトコンドリア・イブと呼ばれる

 上図は母系共通祖先がどのように全世界へ拡散したかを示している。母系遺伝とは反対に父系遺伝するものがある。ヒトには性染色体としてX染色体とY染色体があるが、女性は2つのX染色体を持ち、男性はX染色体とY染色体を一つずつ持つ。男性が持つY染色体は父親からのものであり、すなわちY染色体は父系遺伝する。Y染色体DNA解析で求められた人類共通男系祖先はY染色体アダムと呼ばれる。

 上図はY染色体DNA解析から導き出された、ヒトの拡散の系列とルートを示す。ミトコンドリアDNA解析でもY染色体DNA解析でも、人類の起源はアフリカと示された。私が中学生だった頃は、人類の起源として、「アフリカ単一起源説」と「多地域並行進化説」と2つあったが、DNA解析により「アフリカ単一起源説」が正しいと確定し、現人類はアフリカに起源を持つ単一種という結論に至った。