テーマ１　生命のつながり● はじめに

自己の歴史的・生命史的ルーツ➜生命の縦の糸● 世代交代（増殖）から生命の進化へ● 自己の生命を生むのに必要な男女数

世代時間２０年、１０００年前➜５０世代前– 250 = 10x 50log2 = x = 15 ➜ ➜　1015 　千兆人（百億の１０万倍）

未来へ：自己が２人の子孫を生み、その子孫の各々が同様にすると、50世代後には、1015 　千兆人の子孫

● 世代交代はなぜ生じるのか？

– 自己の栄養源➜生命の横の糸

– 栄養はなぜ必要か➜生命の秩序

１．横の糸　生態系と食物網

２．縦の糸　共通祖先からの多様化と複雑化

● 後藤のHP　http://bit.ly/KGrhythms

テーマ１　生命のつながりテーマ２　自然淘汰と生物進化

テーマ３　生命の秩序（生命のエネルギー論）テーマ４　生体膜とイオン輸送テーマ５　生体膜とATP生産

１．横の糸：　生態系と食物網

● 系 system：　境界によって仕切られた物質的な領域

工学系や日常的な系：物質系のうち人為的目的を有するもの

● 食物連鎖：生態系における捕食被食連鎖

　生食連鎖と腐食連鎖● 食物網：食物連鎖のネットワーク、生態系におけるエネ

ルギー流、物質循環の総体的構造● 生態系：食物網とその無機的環境の総体

地球生態系　現存量と生産力の海陸比較

啓林館『生物ⅠB』より

109×106g=1015g=1Pg

現存量biom ass

地球生態系 生産力の海陸比較古いデータ

W hittaker 1970 純一次生産量 現存量P g乾量/年 P g C量/年tera W P g乾量 P g C turnover

陸 115 52 66 1837 827 16 年海 55 25 31 3.9 2 29 日地球 170 77 97 1841 828 11 年

Schlesinger 1997陸 107 48 61 560 12 年海 113 51 64 1.8 13 日地球 220 99 125 562 6 年

B C D E F G

C =B *0.45D =B *18*1000/(365*24*3600)*1000G =F/C

地球生態系 生産力の海陸比較

地球生態系　現存量と生産力の海陸比較

● 海は陸の約０．３%の現存量（C量、乾燥重量）で同等の生産量

　どのようにしてこうなっているのか？

現存量をChl (クロロフィル）で表したらどうなるか？

呼吸の割合

海の生産力の約７０%はシアノバクテリア（藍色細菌）● ターンオーバー

● 見えること（力）見えないこと（力）

２．縦の糸：共通祖先からの多様化と複雑化

● A.増殖と世代交代（生命サイクル life cycle）

● B.生命の共通祖先

● C.生命界の系統

A.　増殖と世代交代　（生命サイクル）

● 生命の最も基本的な特性

受精卵サイクル（接合子サイクル）とセルサイクル

セルサイクル: 細胞周期 cell cycle

●

老衰➜死滅

生命の危機

生殖細胞系列と体細胞系列　ECB19-5

A.　増殖と世代交代　（生命サイクル）

● 生命の最も基本的な特性

受精卵サイクル（接合子サイクル）とセルサイクル

セルサイクル: 細胞周期 cell cycle

– 非生命増殖体にはない生命増殖の特徴↓● 生命の増殖は遺伝的プログラムの実現過程

遺伝的　（１）形質が次代に伝わること hereditary

– （２）形質が遺伝情報に規定されることgenetic

– 遺伝情報は遺伝的である　Genetic information is hereditary

● 生命の増殖には細胞周期 cell cycle が必須

● 生命の増殖では必ず遺伝的変化が起こる

B.　生命の共通祖先● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

Characteristics of the Genetic Code

B.　生命の共通祖先● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

● B2:　証拠２　セントラルドグマの普遍性

遺伝情報の一方向的な流れ

– 逆流なし

– 遺伝情報 genetic information生命の設計図　（青写真）

設計図を読み取る実体は？– ＤＮＡには活性（作用力）がない– タンパク質酵素– ＤＮＡだけが子孫に伝わるか？

　細胞分裂や受精卵を想起すること

– 獲得形質遺伝の否定、生殖質不滅

–

B.　生命の共通祖先● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

● B2:　証拠２　セントラルドグマの普遍性

● B3:　遺伝子型と表現型　➜ECB19

B.　生命の共通祖先

● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

● B2:　証拠２　セントラルドグマの普遍性

● B3:　遺伝子型と表現型　➜ECB19

酒が飲めない体質

– EtOH⇒アセトアルデヒド➜酢酸⇒⇒⇒CO2, H

2O

氏か育ちか

– 遺伝的形質（遺伝情報）：遺伝的ポテンシャル（可能性）● ポテンシャルを超えることは不可

– 生後体験（環境との相互作用）（受精卵以降）

– 廃用萎縮と心身鍛錬●

廃用萎縮に関係するかな？

Fig. 21-103 Mol Biol Cell 4th edition

B.　生命の共通祖先

● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

● B2:　証拠２　セントラルドグマの普遍性

● B3:　遺伝子型と表現型　➜ECB19● B4:　共通祖先までの一元化

共通祖先が誕生するまでの生命の姿（生命界の歴史）？？？可能性①共通祖先が唯一の生命系統

可能性②複数の生命系統のうち、現生命界の祖先系統以外は絶滅

B.　生命の共通祖先● B1:　証拠１　遺伝暗号規則の普遍性

● B2:　証拠２　セントラルドグマの普遍性

● B3:　遺伝子型と表現型　➜ECB19

● B4:　共通祖先までの一元化

● B5:　共通祖先からの多様化と複雑化

①生物機能を支える部品はタンパク質

➜新規なタンパク質の創造（遺伝子重複）

（テーマ２　自然淘汰と生物進化）

②異種生物の合体：細胞内共生による進化

➜原核生物の合体による真核生物の誕生

（セクションC　生命界の系統）

– ③遺伝子の水平伝播

C.　生命界の系統

● C1　動物か植物か？

日常的な生物感から生物学的な生物観へ

または、日常的視野から科学的視野へ

余りにも日常感覚に頼り過ぎていないか？日常生活では日常感覚（動物的「嗅覚」）を大切に。

– ただし、世界を観るためには日常感覚を捨てることも重要。

●

C.　生命界の系統● C1　動物か植物か？

● C2　生命界の三つのドメイン

系統：　真正細菌、古細菌（アーケア）、真核生物　ECB9-26　(p.315)

C.　生命界の系統● C1　動物か植物か？

● C2　生命界の三つのドメイン

系統：　真正細菌、古細菌（アーケア）、真核生物　ECB9-26　(p.315)

体制：　原核生物と真核生物 　核を持つか持たぬか

Adapted from Fig. 4.2 (Life The Science of Biology)

細胞膜の厚さは5 nm程度

ECB11-4

ECB 1-10&11

ECB Panel 1-2 p.25

(1) Prokaryotes(2) Life cycles & sexual reproduction (3) Bacteria(4) Bacterial Conjugation

Falkowski et al. (2004) Google Scholar

CharacteristicNo No Yes No No Yes 70s 70s 80s

Short Short Long circular circular linearYes Yes no

Growth above 80o C Yes Yes nonone some mostNo Yes Yes

Yes No No

Yes No Yes

DNA topology

Yes No Yes * Archaea membrane lipids are ether-linked

Eubacteria Archaea Eukaryotes Nucleus, organelles

CytoskeletonRibosome

Poly(A) tails in RNADNA

Operons

Introns in genomeHistone

tRNA initiator fMet Met MetSensitive to chloramphenicol, kanamycin and streptomycin

Transcription factors required

Negatively supercoiled

Relaxed or positively

supercoiled”

Negatively supercoiled

Membrane lipids ester-linked*

Modified from http://tables-evo-sci.blogspot.jp/2007/12/comparisons-of-eubacteria-archaea-and.html

Adapted from Fig. 4.21

(Life The Science

of Biology)

細胞骨格　細胞の形や強度、運動性　細胞内の輸送　鞭毛や繊毛　有糸分裂や細胞質分裂　細胞内膜系の配置

Multicolor labeling, living HeLa cells, Olympus FV1000 confocal microscope.

Chudakov D M et al. Physiol Rev 2010;90:1103-1163

©2010 by American Physiological Society

Multicolor labeling, living HeLa cells, Olympus FV1000 confocal microscope. TagBFP-H2B (blue), TagGFP2-actin (green), phiYFP-mito (yellow), TagRFP-golgi (orange), mKate2-zyxin (red).

左（微分干渉光顕）：　ヒト皮膚からの培養細胞右（蛍光共焦点顕微鏡）：カエル色素細胞；青（核）、緑（微小管）、赤（色素顆粒）　ECB1-7

生体膜の95％以上は内膜系

MCBより

● 真核細胞は細胞骨格と細胞内膜系で組織化される● モータータンパク質が微小管に沿って歩き、オルガネラ

や小胞vesicleを配置する

C.　生命界の系統● C1　動物か植物か？

● C2　生命界の三つのドメイン

系統：　真正細菌、古細菌（アーケア）、真核生物　ECB9-26　(p.315)

体制：　原核生物と真核生物

● C3 細胞内共生による進化（複雑度の増加）

膜動輸送　cytosis:　細胞膜変形（電顕レベル）による輸送

飲食作用（細胞吸収）endocytosis、開口分泌（細胞分泌）exocytosis生態系における捕食連鎖の開始、マクロファージと免疫

右：シオカメウズムシDidiniumがゾウリムシを食作用　ECB1-30

Montagnes, D., Roberts, E., Lukeš, J., & Lowe, C. (2012). The rise of model protozoa. Trends in microbiology.

ヒト白血球による赤血球の食作用　ECB 1-1e

左（透過型電顕）：白血球（好中球）が分裂中の細菌を食作用

右（走査型電顕）：マクロファージが二個の赤血球を食作用；矢印が示すのはマクロファージの細胞膜が薄く突出してできた仮足の端；この締め付けにより赤血球は変形　ECB15-32

細胞は不明；　食作用の動画　ECB (DVD15.9)

Amoeba phagocytoses yeast in Essentials of Cell Biology by Nature Education

● テトラヒメナによる細胞吸収（食作用）– 青絵の具で食胞を形成した後、赤絵の具を与えて食作用させた動画（塩原真君撮影、現十勝毎日新聞社）

➜http://bit.ly/Tetra001– ➜科目『生物学実験』　テーマ４～６

–

– テトラヒメナの多重蛍光染色１

– テトラヒメナの多重蛍光染色2

– テトラヒメナの接合（蛍光染色）

– テトラヒメナの接合（蛍光染色2）

– テトラヒメナの接合（蛍光染色3）

真正細菌が細胞内共生してミトコンドリアに

真正細菌が細胞内共生して色素体plastidに葉緑体chloroplastは色素体の一形態

ミトコンドリアと葉緑体起源の細胞内共生説ミトコンドリア　α-プロテオバクテリア（真正細菌）が

　　　　　　　　　　　古細菌またはミトコンドリアを欠く真核生物に共生

葉緑体・シアノバクテリア（真正細菌）が真核生物に共生（一次共生）・緑藻が真核生物に共生（二次共生）

後方鞭毛生物界（菌類と後生動物）鞭毛が細胞の後方にある（鞭毛の在る側と反対方向に進む下図の作者は色素体を共生したグループを「植物」と定義（一般的ではない）

アルベオラータ（マラリア原虫など）

（珪藻・褐藻など）

（テトラヒメナなど）

（トリパノソーマなど）

（ユーグレナなど）

盤状クリステ類

（車軸藻・タマネギ・パンコムギなど）（ラット・マウスなど）

アルベオラータ（マラリア原虫など）

（珪藻・褐藻など）

（テトラヒメナなど）

（トリパノソーマなど）

（ユーグレナなど）

盤状クリステ類

（車軸藻・タマネギ・パンコムギなど）（ラット・マウスなど）

真核生物は八界

不等毛類

アルベオラータ

盤状クリステ類後方鞭毛生物界

アメーバ動物類

アメーバ鞭毛虫類

エクスカバータ

植物

mitosome

hydrogenosome