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Enjoy Science
生命の最小単位
「細胞」を探求する
2024/6/9
本シリーズ共通の趣旨:3つの謎をカジュアルに楽しむ
生命とは?
宇宙とは?
知能とは?
宇宙物理学
宇宙生物学
分子生物学
合成生物学
神経科学
コンピュータ科学
物理学
生物学
化学
生理学
数学
解きたい謎 関連する学問テーマ 学問テーマの大分類
2
資料の流れ
? 生命とは?
? 生命と細胞の起源
? 細胞の主な機能
? 最新トピック
? まとめ
3
生命とは?:起源と系統
4
生命の起源は「陸上」「深海」「宇宙飛来」など諸説ありますが、誕生後は以下の系統で分類されており、
共通の要素から分岐していると考えられています。
生命の起源説
1. 陸上の水溜り
2. 深海
3. 宇宙飛来
4. その他
生物の系統図(RNA基準)
※出所:生物はなぜ誕生したのか
https://x.gd/YbXW0
宇宙時間 主な出来事
0 宇宙創成
30億年 星と銀河の形成
90億年 太陽と地球の形成
100億年 生命の誕生
138億年 現在
(核を持つ)
(バクテリア) (アーキア)
LUCA
(祖先)
生命とは?:細胞は生命の最小単位
COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA
5
共通項として「自己複製」「境界」「代謝」を備えた存在、というのが一般的に生命と見做されており、そ
れらを満たす最小機能単位が「細胞」です。
3.代謝
細胞
2.境界
細胞膜/
壁
細胞
物質
外部から物質
を取り込んで
化学作用
→エネルギー
1.自己複製
細胞
分裂
※出所:「池上彰が聞いて分かった生命の仕組み」
1.複製:細胞分裂の仕組み
8
細胞周期:1つの細胞が分裂?複製
されて、2つの子細胞を生じる際に、
細胞内で起こる一連の事象
2つのたんぱく質(サイクリン
(Cyclin)とCDK)が、細胞をヘル
スチェックして次の期への進行判断
やその速度を制御
※DNA配列内容や損傷有無などを
チェック
https://www.cosmobio.co.jp/product/detail/cell-cycle-checkpoint-factor-antibody-pgi.asp?entry_id=36637
https://www.wdb.com/kenq/dictionary/cell-cycle
DNA複製
細胞分裂
1.複製:細胞分裂での主な動き(動物のケース)
10
染色体
核
DNAの遺伝子配列(4種の塩基)
参考:染色体?DNA?
塩基?遺伝子?ゲノム
https://www.rhelixa.com
/knowledge/genome-
description/
参考:DNAからたんぱく質を作る手順は生物共通
Copyright@ Koji fukuoka 11
DNAからタンパク質を作る過程は「セントラルドグマ」として1958年に提唱され、「地球上のあらゆる生物」で共通に行われて
います。
※出所:セントラルドグマとは?
https://juken-mikata.net/how-to/biology/central_dogma.html
DNA
関連:生命(細胞)の先祖はRNA?
12
出所:「名大、「プレRNAワールド仮説」を支持するRNAよりも単純な人工核酸を開発(2021/02/09)
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20210209-1715345/
「複製」「代謝」の両方を担う「RNA」が原始生命の起源とする「RNAワールド仮説」が有望ですが、まだ答えは出ていません。
無機物
有機物
原始生命
? 高分子化
? 各機能
1. 化学反応
2. 宇宙飛来
LUCA
(共通の祖先)
RNAワールド
仮説(右)
2.境界:細胞膜の起源は?
13
〇大学生物学の基礎「細胞生物学」
この中にRNA(か核の先祖)が
侵入し安定化した?
生命の歴史:最古の細胞?
14
https://gendai.media/articles/-/105697?page=4
生命の歴史と約35億年前の化石「プリマエヴィフィルム」(右図)
(10億年前)
生命誕生?
1990年代に西オーストラリアで発見。(光合成を初
めて行った)シアノバクテリアの構造に酷似しており、
内部構造があることが判明。
2011年には、発見場所の近くで、同じ時代の化石も
見つかり、硫黄を使った代謝の痕跡を確認。
生命の歴史:もしも2024/6を地球史にすると???
15
Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
26 27 28 29 30 31 1
地球誕生
2 3 4 5
生命の誕生
6 7 8
最古の細胞
化石発見
9 10 11 12 13
光合成生物の
出現
14 15
16 17 18 19 20
真核細胞の
出現
21 22
23 24
多細胞生物
の出現
25 26 27
海洋生物の
時代
28
陸上生物の
登場
29
恐竜の繁栄
30
哺乳類の台頭
1日=1.5億年
人類(ホモ?サピエンス)は最後の5分間に出現。人類有史は最後の数秒間 〇大学生物学の基礎「細胞生物学」を元に加工
生命の歴史:共生によるエネルギー革命
16
共生化 共生化
ミトコン
ドリア
葉緑体
生命の
祖先
細菌
古細菌
共生の例:コバンザメ
真核
生物
3.代謝:ミトコンドリアとの共生(仮説)
17
https://www.amazon.co.jp/dp/4101214344
https://www.yodosha.co.jp/yodobook/book/9784758118729/12.html
https://blog.miraikan.jst.go.jp/articles/20181221post-68.html
1995年
第2回 日本ホラー小説大賞
? 光合成を行うシアノバクテリア大量繁殖して酸素濃度が急上昇(一説には、
それが地球完全凍結(スノーボールアース)をもたらした)
? それまで酸素外(嫌気性)でエネルギーをつくっていた古細菌(アーキア)
にとっては生存の危機
? 周辺にいた好気性(酸素使ってエネルギー生産)生物ともちつもたれつの関
係を築き、ついに融合
細胞の主な機能:成長(分化)
19
人体は1つの受精卵からスタートし、細胞間シグナル(モルフォゲン)で指示することで各器官へと分化して成長します。
https://skip.stemcellinformatics.org/knowledge/basic/02/
器官 細胞周期
胃腸 5日
心臓 3週間
皮膚 4週間
筋肉 2か月
骨 3か月
赤血球 4か月
余談:コンピューター科学の父が生物デザインを探求
20
アラン?チューリング
(1912-1954)
https://datalibraries.info/apple-logo-history/
https://note.com/kojifukuoka/n/n2a51fa7f82d3
チューリングパターン例(1995年に近藤茂氏が再発見)
細胞の主な機能:調節(免疫のケース)
21
体内異物を退
治する役割
https://www.msdmanuals.com/ja-jp/home/multimedia/
抗原(ウイルスな
ど)に感染された自
身の細胞を、スパイ
がT細胞に届け、そ
れが敵であると認め
るとT細胞が活性化
して同じ敵を退治す
る。
(細かくは指示をす
るヘルパーとキラー
にさらに分類)
抗原のままではT細
胞は退治できない
細胞の主な機能:調節(免疫のケース)
22
本庶 佑
(ほんじょ たすく)
2018年
ノーベル生理?医学賞
https://www.kodomonokagaku.com/read/28160/
免疫をつかさどるT細胞に不思議な物質を見つけ、それががん細胞への攻撃を抑えることが分かり応用が進められています。
細胞の主な機能:調節(免疫のケース)
23
坂口志文(しもん)氏が、キラーT
細胞の攻撃を抑制するTレグ細胞を
発見
(強引に例えると、オフェンスの
オウンゴールを防ぐディフェン
ダー)
https://biken.yawaraka-science.com/qa/detail/103
健康な細胞まで攻撃してしまうT細胞を抑える細胞(Tレグ細胞)が日本人の研究者が発見し、近年注目されています。
その他:細胞の再生
24
再
生
最新トピック:各分野が繋がる
25
https://www.yomiuri.co.jp/medical/20240606-OYT1T50168/
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00181-4
特に細胞/分子生物学と遺伝子工学の組み
合わせが、医療に革命を与えつつある
まとめ
? 生命の基本単位は細胞であり、細胞こそが生命という考え方も
あります
? 細胞は共通の個別機能だけでなく集団での調節機能も実現して
おり、あたかも人間社会のように各役割が協調しています。
? 今は細胞/分子生物学と遺伝子工学の組み合わせで、医療分野を
中心に革命が起こりつつあります。
26

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