ノーベル賞受賞者であるポール・ナースによる「生命とは何か」についての包括的な解説である。彼は生物学の5つの重要な概念（細胞、遺伝子、自然選択による進化、化学としての生命、情報としての生命）を通じて生命の本質を探求し、酵母から人間まで共通する細胞分裂の制御メカニズムや、DNAの情報储存機能、そして全ての生物の関連性について詳述している。
私の名前はポール・ナースです。私は遺伝学者であり細胞生物学者で、ロンドンのフランシス・クリック研究所という生物医学研究機関を運営しています。そして私は初めての著書を書きました。それは「生命とは何か」という本です。
第1章 生命とは何か
私がこの本を「生命とは何か」と呼ぶのは、それが生物学における根本的な問題だからです。つまり、生物学者は生きているものを研究しています。そして私たちにとって重要な問題は、実際のところ、生きているものと生きていないものの違いは何かということなのです。
さて、これはかなり単純な問題に答えられると思うかもしれませんが、実際にはそれほど簡単に答えられるものではありません。ウィキペディアや辞書でこれを調べてみると、しばしばかなり複雑な答えが返ってきます。
そして私はこの問題に取り組みたいと思い、生物学について長年考えてきた自分の経験を背景に使って、生物学における重要な問題の一つだと思うことに答えを試みることができるかどうか見てみようと思いました。
言っておくべきことは、私は決してこの問題を考えた最初の人間ではないということです。そして私は他の人々の上に築いてきました。特に、1940年代の偉大な物理学者シュレーディンガーによる、やはり「生命とは何か」と呼ばれる非常に有名な本があります。
実際のところ、生命についての非常に良い定義は存在しません。そして私がこの本でアプローチした方法は、生物学の5つの偉大なアイデアを取ることでした。ほとんどの科学者が同意することに非常に満足するであろうアイデア、そのうちのいくつかは実際に何世紀にもわたって存在してきたものです。
そしてそれらの5つのアイデアを探求することで、それは細胞のアイデア、遺伝子のアイデア、自然選択による進化のアイデア、化学の観点から生命を理解するアイデア、そして5つ目は情報の観点から生命を理解するアイデアです。これらのアイデアはすべてよく受け入れられています。おそらく最後のもの、生命は情報であるということは、他のものほど完全には受け入れられていないかもしれませんが、これらの5つのアイデアを探求し、それらがどこから来たのかを説明することで、なぜならそれはかなり興味深いからです。
そしてそれらのアイデアから抽出して、生命とは何かについてのいくつかの原理を得ることができるかを見ることです。それが私が使うことに決めたアプローチです。
第2章 生命が始まる場所、細胞
細胞は私が生命について考える方法にとって本当に重要です。そしてなぜそうなのでしょうか？それは、明確に生きていると明確に考えることができる最もシンプルな実体だからです。
生命体にはウイルスなどのように、それについて多少議論のある他の生命形態もありますが、それは後で少し話すことができるかもしれません。しかし誰もが細胞が生命の基本単位であることに同意するでしょう。それは例えば学校でしばしば教えられるように、生命の基本構造単位であるだけでなく、生命の基本機能単位でもあります。つまりそれは生命の特徴を表現する最もシンプルな物体だということです。
それは成長することができ、分裂することができ、繁殖することができます。そして単細胞生物、つまりたった一つの細胞からなる生物、生きているものは、他の生命のすべての特徴も持っています。ただもっとシンプルなだけです。
ですから私は時々、細胞を生命の原子だと考えます。ちょうど物理学者が原子について、特に20世紀の初めに話していたように。細胞は同等のものです。それは生命の原子なのです。
私たちは細胞についてあまり読みません。おそらく最近では、人々が幹細胞や、損傷した組織、損傷した臓器を置き換えるために細胞を使用する可能性、その他の医学的用途について話している時に、もう少し読むようになっているでしょう。しかし私が集中したかったのは、本当に生命にとって根本的なものとしての細胞でした。
なぜならすべての生きているもの、私自身、植物、昆虫、私たちの周りで見る生きているすべてのものは、単一の細胞であるか、一緒に働く細胞の集合体でできているからです。だからこそそれは本当に非常に重要なのです。
そして人間が時々忘れがちなことは、私たち全員がかつて単一の細胞だったということです。私たちがかつて母親の体内の受精卵だった時です。それは単一の細胞でした。そして本当に、もし私たちが皆一つの細胞だったなら、それは私たちが本当に興味を持つべきものではないでしょうか？私たちが十分に評価していないものでしょうか？
まあ、私にとっては、私はそう思いますし、私はただそれがそうであることを本当に説明したかったのです。ですから細胞に興味を持った方がいいです。なぜなら、あなたは常にかつて一つの細胞だったからです。そして私たちが細胞を理解すれば、私たちは自分自身とこの惑星上の他のすべての生きているものをもう少しよく理解するでしょう。
私が最初に細胞を見たのは学校にいた時でした。私が何歳だったかは忘れましたが、12歳か13歳か、そのようなものでした。私には感動的な生物学の先生がいました。彼の名前はキース・ニールでした。私は今でも彼をニール先生と考えています。
そして彼は私たちに、もし植物の根の先端を取って、それは玉ねぎの植物でしたが、それを押しつぶして顕微鏡で見れば、その根を構成する細胞を見ることができるだろうと説明しました。そして実際、彼は正しかったのです。そこにそれらがありました。私は顕微鏡を覗き込み、そこには細胞である箱のような構造の列がありました。
私はそれがかなり素晴らしいと思いました。学生だった時にその顕微鏡を覗き込み、それらの細胞を見ることは私にとって啓示でしたが、それは細胞を最初に見た人にとってはさらに大きな啓示でした。
そしてそれはロバート・フックでした。彼は1660年代に、私が住んでいるオックスフォードで働き、非常にシンプルな顕微鏡を使って、植物の薄いスライスを取って顕微鏡で見ると、そこで彼は細胞を見たのです。彼は1665年に「ミクログラフィア」と呼ばれる非常に有名な本でそれらを発表しました。そしてそれは何世紀も後に私が顕微鏡で見ていたものとまったく同じように見えました。
これらのものを見ることは素晴らしいことです。なぜなら科学者であることの一つは、私たちが周りを見回すということだからです。もし私たちが今それを探求し、顕微鏡のような器具や技術を使えば、私たちはそれについてとても多くのことを発見します。
そしてもちろん私が12歳か13歳の時に発見したことの一つは、細胞そのものでした。そしてそれは私に印象を与えたに違いありません。なぜなら私は50年以上たった今でもそれを研究しているからです。
第3章 酵母と人間の間の古代のつながり
細胞について重要なことの一つは、それらが自分自身を繁殖させるということです。それらは一つから二つへの分裂を受けます。そしてもちろん、繁殖はすべての生命の特徴です。それはすべての生きているものが行うことの一つです。そしてあなたはそれを細胞の分裂においてその最もシンプルな形で見ることができます。
それは特に私を魅了しました。なぜなら私が20代の時に研究プロジェクトを求めていた時、それはかなり昔のことですが、私は根本的なプロセスを研究したかったからです。そして私にとって、細胞の繁殖はまさにそれを表していました。なぜならすべての生きているものが繁殖し、私たちはそれをその最もシンプルな形でそこで見るからです。
ですから私は、もし私たちが細胞がどのように繁殖を制御するかを理解できれば、生命の中心的な謎の一つに到達するだろうと思いました。そしてその結果は本当に、私は自分の人生をこの生命の重要な問題を研究することに費やしてきたということです。
私が細胞の繁殖をどのように研究するかを考えた時、私はシンプルなシステムを取ろうと思いました。私たちが簡単に取り組むことができるシステム。私たちがたくさんの実験、様々な実験、細胞生物学的、生化学的、遺伝学的実験を行うことができるシステムで、そうすることで生物学者が持っているすべてのツールを使って何が起こっているかを理解することができるようになります。
そして私は酵母で働くことに決めました。ほとんどの人は酵母に興奮しません。私は酵母に興奮していると言わなければなりません。彼らはただ、まあ、それはビールやワインやパンを作るのに良いかもしれないが、実際にはそれ以上のものだと思っています。それは私たちの細胞のような、あらゆる種類のより複雑な生きているものの他の細胞のモデルとして非常に良いのです。
酵母から人間の細胞まで、細胞は真核生物と呼ばれます。それは技術的な用語で、それは単に彼らの染色体、彼らのDNAが核に包まれているということを意味します。そしてそのような細胞は真核生物と呼ばれます。
しかし私が決めたことは、もし私が酵母における細胞繁殖のプロセスを理解できれば、おそらくそれは私たち自身の細胞がどのように分裂を制御するかを明らかにするだろうということでした。
それは実際に真実であることが判明しました。なぜなら人生の後半で、私は同僚と一緒に何年間か酵母で働き、細胞分裂のその全プロセスを制御した分子を発見し、それからまったく同じプロセスが人間でも働いていることを示すことに進んだからです。
そしてそれは、率直に言って、私の人生で最も興奮する発見の一つでした。なぜならそれには結果があったからです。もし酵母細胞の繁殖を制御するのと同じプロセスが人間の細胞の繁殖を制御しているなら、それはこの制御が極めて古代のものであることを意味しました。なぜなら酵母と人間は少なくとも10億年前、おそらく15億年前に分岐したからです。
ですからそれは、この制御プロセスが15億年前、15億年、それがどれほど長いかを聞くために設置されたことを意味しました。そしてそれを視野に入れるために、恐竜はわずか6500万年前に絶滅しただけで、これははるかに、はるかに長いのです。私たちは時間の深さ、深い時間の奥底にいて、このメカニズムが確立された時で、それは今日でも酵母と人間で同じなのです。
それはあまりにも類似していて、実際に私と私の研究室がそれを示した方法は、私たちが人間の遺伝子を特定し、それを酵母細胞に入れることができ、それが酵母の遺伝子を完全に代替するだろうということを示すことでした。言い換えれば、そのプロセスは15億年後でもまだあまりにも類似していて、それらは完全に交換可能でした。
それは、例えば、車のエンジン、マセラティからピストンを取って、それをフォードに入れるようなものでしょう。ただし、フォードとマセラティの間の違いは15億年でしょう。そしてそれはまだ動きました。
酵母についてのもう一つの大きな利点は、それが遺伝学にとって素晴らしいということです。異なる酵母株を交配し、それらの交配を通じて異なる遺伝子の軌跡をたどり、私たちが呼ぶように変異させる、つまり遺伝子を損傷させて、それが酵母細胞の働きにどのような影響を与えるかを見ることが非常に簡単です。
それは美しいシステムです、特に理解していない何かを研究するために。なぜなら私は細胞がどのように分裂を制御するか、細胞の誕生から成長を通じて、そして分裂を受けるプロセスを通じてどのように進むかに興味があったからです。
そしてそれを研究するために、私がしたことは、そのプロセスを受けることができない変異酵母細胞を探すことでした。それらは実際にまだ成長することができましたが、繁殖することができませんでした。そしてこれが意味することは、細胞がただより大きく、より大きくなるということでした。成長に影響するものは何もありませんでしたが、それら自身を分裂させることができませんでした。
ですから私がしたこと、そして私はこれをポスドクの研究者として行いました、それは私がそれを始めた時です。私は単にどんどん大きくなり、決して分裂しない変異酵母細胞を探しました。そしてそうすることで、私は全細胞繁殖プロセスに必要な遺伝子のいくつかを定義することができました。
そして細胞の誕生から分裂までのその繁殖プロセスは、私たちが細胞周期と呼ぶものです。ですから私はこれらの遺伝子を、細胞分裂周期遺伝子、またはCDCと呼びました。
そして私は実際にこの作業で、私の友人であるリー・ハートウェルの行った作業に従っていました。彼は私とは異なる酵母で働いていましたが、彼は私がそれを行う数年前にこれを行っていました。そして彼も彼の遺伝子をCDC遺伝子と呼びました。
ですから私たちには、かなり異なる2つの酵母がありました、その中で私たちは、細胞の一つから二つへの分裂に必要な成分をコードする遺伝子のいくつかを明らかにしていました。そしてそれが、そのプロセスを制御するものを理解しようとすることの始まりでした。
第4章 遺伝子、DNA、そして進化
私は細胞が17世紀に発見されたと述べました。そして遺伝子が何であるかについて何かを明らかにした最初の作業は19世紀からで、グレゴール・メンデルと呼ばれる修道士によって行われた作業からです。
そして彼はオーストリア・ハンガリー帝国のブルノと呼ばれる町で働きました。それは現在チェコ共和国にあります。そして彼は地元の学校で教え、研究を奨励する修道士の修道会に属していました。それは本当に研究を奨励しました。
そしてメンデルは植物、エンドウ豆の遺伝学を調べることに興味がありました。そして彼がしたことは、背の高いエンドウ豆の植物と短いエンドウ豆の植物のように、異なる特徴を持つ異なるエンドウ豆を交配し、異なる色の花や異なる形の種子などを持っていて、これらの異なる特徴で異なる植物を交配した時、それらの交配から育った子孫はどのようなものかを研究しました。
そして彼は実際に物理学者として訓練されていました。彼はアマチュアの天文学者でした。彼は月の地図を作り、気象学者として天気も研究しました。かなり奇妙なことに、私自身もアマチュアの気象学者であり天文学者でもあるので、私はグレゴール・メンデルに多くの親近感を感じます。
しかし私がそれに言及するのは、おそらく当時のほとんどの生物学者とは異なり、彼がかなり定量的だったからです。彼は物事を数えました。生物学者は物事を数えるよりも記述する傾向がありました。物理学者は物事を測定する傾向があり、したがって数えます。そして彼はこれらのエンドウ豆の植物から生産された異なるタイプの子孫を数えました。
そして彼は気づき始めました、非常に明確な比率がありました、3対1、9対3対3対1のような有名な比率。そして物理学者である彼は、これらは非常にシンプルな組み合わせのようなものであることを理解しました。
そして彼は、背の高い植物や短い植物の遺伝に責任があるものは、そのプロセスに影響を与える遺伝子、ある種の単一の粒子の観点から記述できるかもしれないというアイデアを持ちました、それは一つの植物から別の植物に受け継がれることができるものでした。
彼はそれを完全に正しく理解しませんでした。それは他の人々が彼がしたことを再発見し、彼らがそれをより明確に解釈した時の、さらに30年、40年を要しました。しかしそれは、私たちが現在遺伝子と呼ぶであろう、粒子的な何かがあるという最初の証拠でした。
そしてそれがどこから来たかは興味深くないでしょうか？それは謙虚な植物、エンドウ豆の植物での作業から来ました、ヨーロッパの真ん中の謙虚な小さな町の謙虚な修道士によって行われた。そしてそれが遺伝学の学問につながったのです。
しかし不幸だったのは、誰もメンデルがしたことに注意を払わなかったということでした。全く何もありませんでした。ですから彼らはそれが発表されたことを知っていました。チャールズ・ダーウィンでさえその論文を送られていました。そして私は、それが10年、15年後にブリタニカ百科事典に載っていたことに気づきましたが、誰も彼の解釈に注意を払いませんでした。
そして1900年代初期に、3人の異なる植物学者が同じ種類の実験を行い、同じ結果を得ましたが、その時彼らは、それがすべて35年前に庭師の修道士によって記述されていたことを認めなければなりませんでした。ですから彼は彼の発見に対する信用を得ませんでしたが、現在もちろん遺伝学の中心的な部分は彼の栄誉にちなんでメンデル主義と呼ばれています。
ですから遺伝子は20世紀にかなり長い間研究されていました。それらはかなり抽象的でした。誰もそれらが何であるかを知りませんでした。そしてニューヨークのロックフェラー大学で非常に有名な実験が行われました。私はこの実験が非常に好きです。なぜなら私はかつてロックフェラー大学の学長で、ニューヨークに10年近く住んでいたからです。
そしてこれは遺伝子がDNA、デオキシリボ核酸でできていることを示した実験でした。そしてこれはエイブリーと呼ばれる科学者によって行われました。そして彼がしたことは、彼が肺炎球菌という細菌で働き、その細菌は滑らかなコロニーまたは粗いコロニーを作ることができることを発見しました。
そして彼が、例えば滑らかなコロニーから細菌細胞を構成する化学物質を抽出し、それから粗いコロニーに追加すると、時々それらは滑らかなコロニーに変わったのです。そうして彼がしたことは、どの化学物質がそれに責任があるかを見ることで、DNAがそれを引き起こした化学物質であることを発見しました。
これは、再びメンデルと同じように、全く注意を払われませんでした。これも物議を醸すことになりました。なぜならDNAはそれほど複雑な分子ではないからです。そして当時のかなり多くの科学者は、ああ、これは遺伝子に保持されなければならないすべての情報をコードするのに十分に精巧ではない、十分に複雑ではないと思いました。
しかし実際に、彼は絶対に正しかったのです。DNAが遺伝に責任があったのです。それは遺伝子を構成する物質でした。そしてそれは別の美しい実験セットで示されました、今度は大西洋の反対側のケンブリッジで、様々な人々が関与しました。ケンブリッジで働くワトソンとクリック、ロンドンで働くウィルキンスとフランクリン。
そしてロザリンド・フランクリンによってDNAの美しいX線写真が撮られ、ウィルキンスも彼女の少し前にこれに関与していました。そしてそれは非常に興味深いプロット、回折像を明らかにしました、それを適切に解釈することができれば、分子の構造を示すでしょう。そしてそれがクリックとワトソンがしたことです。
彼らはそれらの斑点を解釈し、DNAの構造が二重らせんであればそれらが説明できることを明らかにしました。そして二重らせんとは何でしょうか？まあ、私がそれを説明するのを好む方法は、それは横に段がある梯子のようなものです。そして各段は2つの塩基で構成されています。そしてこれらの塩基、一つは梯子の一方の側から来て、もう一つは梯子の他方の側から来ます。
そして4つのタイプがあります。しかしAという文字で始まる塩基は、常にTという文字で始まる塩基とリンクし、もう一つのペアはGとCです。そしてこれが意味することは、梯子の側がA、G、C、Tの文字の列であり、補完は梯子の他方の側にあるということでした。そしてこの梯子はらせんにねじられ、実際にDNAが何でできているかです。
さて、これについて2つの興味深い特徴があります、それは本当に、本当に興奮することです。最初はそれが情報を伝えるということです。そして情報は、梯子の側を構成するそれらの塩基の順序、A、G、C、Tの順序で伝えられます。ですからこれは基本的にデジタル情報貯蔵装置です。
さて、これは情報を貯蔵する非常に経済的な方法です。本を読むなら、それらは文字でできていて、それはデジタル情報です。私たちが使うコンピューターでは、それはすべてバイトでできていて、それはデジタル情報です。そして私たちは人間がこれを発明したと思いたがりますが、実際にはそれは生命によっておそらく35億年前に発明されました。
そしてそれがDNAの情報貯蔵部分です。しかしそれはそれよりもさらに美しいのです。なぜならその構造は、それを非常に簡単に正確にコピーすることを意味するからです。なぜならその梯子を引き裂くなら、一方の側に半分の段があるでしょう。ですからA、T、G、Cのような塩基の一つがあり、他方の側には補完する塩基があるでしょう。
ですから今あなたはそれらの分子、梯子のそれらの側をコピーし、一つの二重らせんだけでなく、二つを生産する非常に正確なコピーを作ることができます。そしてそれが遺伝の基礎です。
ロンドンで発見された美しいX線構造、ケンブリッジで発見されたその解釈が、遺伝の性質、情報がどのようにコードされるか、そしてその情報がどのように正確にコピーされるかを説明する特定の実験があることは非常に稀です。それは美しい、美しい実験です。
DNAは細胞周期、細胞の繁殖を理解するために中心的です。なぜなら細胞が自分自身を繁殖させるたびに、それはそのDNAをコピーしなければならず、それは新しく分裂した2つの細胞に分離されなければならないからです。なぜならそうでなければ、それらは遺伝子を欠き、遺伝物質を欠き、生存することができないでしょう。
ですからそれは、すべての細胞周期で起こるこのコピープロセス、私たちがDNA合成のS期と呼ぶプロセスで、ゲノム内のすべての塩基対が複製され、分裂されなければならず、それは異常な精度で行われなければならないことを意味します。なぜならもしそれが間違いを犯せば、遺伝子が損傷されるからです。そしてそれらが損傷されれば、細胞は適切に働くことができません。
ですからそれはコピーにおいて非常に正確ですが、起こる少しの損傷があり、それは後で少し話すことが確実な、進化にとって重要であることが判明します。
自然選択による進化のアイデアは、私にとって、おそらく生物学で最も美しいアイデアです。ここで考えなければならない2つのことがあります。一つは進化そのものです。動物と植物は進化するのでしょうか？そして2番目は、それが起こるメカニズムは何かということです。
動物と植物が進化するかもしれないというアイデアは実際にかなり古いものです。アリストテレスでさえそれについていくつかの考えを持っていました。しかし特に18世紀には、化石などを見て、動物と植物が時間をかけて進化したのではないかと推測した多くの人々がいました。
しかしチャールズ・ダーウィンが19世紀の真ん中にメカニズム、自然選択による進化を思いついたのです。そして彼がこの立場に来たのは、世界を一周したビーグルと呼ばれる小さな王立海軍のボートでの5年間の航海のためで、彼は動物と植物と鳥を集め、地質学を研究し、多くの自然史の観察を行いました。
そしてこれは最終的に1840年代に彼のアイデアにつながりました。彼は1865年まで発表しませんでした。そしてそれは動物と植物が進化することができるメカニズムを提供しました。そして本当に、設計者を持たずに設計を得ることができるのです。
さて、それはどのようにして可能なのでしょうか？それは非常に巧妙なアイデアで、それは私がすでに話した遺伝子と細胞に基づいています、本当に。
そして彼が推測したことは、すべての生きているものが遺伝物質を持っているということでした。彼は遺伝子について知りませんでしたが、彼らが遺伝物質を持っていると推測しました。もしこの遺伝物質が生きているもの、生きている生物を異ならせるような何らかの違いを持っていたなら、それから生産されるものはおそらくより速く成長するか、より多くの子孫を生産することができる植物や動物である可能性があります。
そしてそれは、次の世代では、その特定の変異体がより多くあることを意味するでしょう。そしてもしそれがそれ自身が見つけた環境で有利であったなら、それは最終的に全人口を引き継ぐでしょう。ですから一つのタイプの生物から少し異なるものへの変化を得ることができます。
私は時々、それを説明するために非常にシンプルなモデルを考えます。細胞の外側に赤いコートまたは黄色いコートを持った単細胞生物を想像してください。赤いコートが他の生きている生物に食べられたとしましょう。そうすると、赤いコートが黄色いコートに変わる変異があったなら、黄色いコートの細胞は赤いコートのものよりもよく生き残るでしょう。
そしてその結果として、それらは人口を引き継ぐでしょう。そしてそれは自然選択による進化の非常にシンプルな例です。しかしそれはまた、私が話してきたアイデアの上にも建てられています。それは遺伝子のアイデアと、遺伝子が細胞の性質を決定するという事実の上に建てられています。そしてもし細胞の性質を決定する遺伝子があり、遺伝子がいくらかの変動性を示すなら、あなたは単に自然選択による進化を得るでしょう。
そしてこれがダーウィンが持ったアイデアでした。彼は遺伝子について知りませんでしたが、遺伝物質について知っていました。そしてこれは生物学における私たちの理解の革命的な変化でした。なぜならそれが導くものは、設計者を持たずにより良く設計された生きているものだからです。それは、その生きているものにとってより有利なそれらの変化を自然に選択することによって、ただランダムに起こることができます。
それは本当に真に美しいアイデアです。進化の結果の一つは、私たちが血統によって関連しているということです。なぜならもし私たちが皆、私たちの祖先を共通の場所まで遡ることができるなら、この惑星上のすべての生きているものが関連しているからです。
これは本当にかなり深刻なことです。すべての生きているものの関連性、特に人間の他の生命形態への関連性は、私がウガンダの熱帯雨林をトレッキングしてゴリラを探していた時に、非常に特別な方法で、ほとんど精神的に私にもたらされました。
そして私たちは彼らの家族全体、20、25頭に出くわしました。私は木の後ろに座りました。私は私のグループの残りから少し離れていました。そしてこの非常に大きな雄のゴリラが私の前に座り、私を見ました、深い茶色の目で。彼は腕を出し、彼は苗木、直径2、3、4インチの木をかがめました。
私は確信しています、彼は私に言っていました、「私はこれができる。あなたがこれをできるとは確信していない」と。しかし単にそこに座って、彼を見て、類似性を見て、彼の深い茶色の目、そして彼らは本当に私を見つめていました、それはまるで私たちが何らかの方法で会話をしているように見えました。
彼はしばらく座って私を見て、それから彼は木に登り、それから彼は私の上に小便をしたのです。ですから私は彼が私を私の場所に置こうとしていたのかどうかは本当に分かりませんが、確実にそれは壮大な相互作用でした。
ここで私は500万年前、1000万年前に分岐した一種の親戚とほとんど話していました。そしてそれはこの惑星上のすべての生命の間の深いつながりを私に考えさせました。それはただ私たちがさらに、さらに遡って分岐したというだけです。
そして私が説明した、人間の遺伝子を取ってそれを酵母細胞に入れ、その人間の遺伝子が、彼らが15億年前に分岐したにもかかわらず、人間の細胞を制御することができるのとちょうど同じように酵母細胞の繁殖を制御することができることを示したその実験は、生きているものの間の異常な類似性の別の例です。
そして私はこれについてかなり考えます。なぜならもし私たちが惑星上のすべての生きているものと関連しているなら、私たちは惑星上のすべての生きているものに対して特別な責任を負っていないでしょうか？彼らは本当にすべて私たちの親戚です。私たちはすべての動物、植物、菌類の管理者である責任を負っていないでしょうか？私たちは彼らに対して責任があるのです。
そしてそれは、抽象的な種類の方法で、私たちがこの惑星上で私たちができるすべての生きているものの世話をするべきであるという私が見た最良の議論です。なぜなら私たちは惑星上のすべての生きているものと関連しているからです。彼らは私たちの親戚です。
第5章 生命＝化学＋情報
ですから生命を理解すること、基本的な単位は細胞であることを理解すること、遺伝的中心であることを理解すること、そしてそれが遺伝子を含むこと、そして自然選択による進化が生命の多様性を与えることができることを理解すること。
それは実際には生命がどのように働くかを教えてくれません。そしてそのために、私が重要だと思う2つのアイデアがあります。そしてそれらの最初のものは化学としての生命です。
生命は分子と化学物質でできていて、私たちがこれを研究すれば、そしてそれは生化学の研究ですが、あなたは生きている細胞で、したがってすべての生きているもので起こることは、小さな細胞で常に非常に複雑な化学の膨大な量が起こっていることをすぐに学びます。
何千もの化学反応が常に起こっています。そしてそれらは私たちが酵素と呼ぶものによって触媒されます。そしてこれらはタンパク質と呼ばれる長い分子です。そしてそれらは、DNAが塩基の鎖であるのとちょうど同じように、アミノ酸の鎖です。タンパク質はアミノ酸の鎖です。
そしてすべての細胞で、DNAの異なる塩基の鎖は、それらの遺伝子によってコードされるタンパク質のアミノ酸のタイプと順序を指定します。そしてそれは実際に、生命の特徴に根本的に責任があるそれらのタンパク質です。
そしてこれらのタンパク質、そしてそれらの何千もがあります、私が研究したシンプルな酵母細胞でさえ、タンパク質をコードする5000の遺伝子があります。これらのタンパク質と酵素は、同時に無数の化学反応を行っています。
そして彼らがそれを行うことができる理由は、これらのタンパク質がアミノ酸でできていて、それらの20があるということです。そしてそれらのアミノ酸は異なる化学を持っています。それらは塩基性であったり、酸性であったりすることができます。それらは水を好んだり、水を嫌ったりすることができます。それらはかさばったり、かさばらなかったりすることができます。
そしてこのすべてが意味することは、タンパク質がその分子の異なる場所で異なる化学を持つ複雑な形に折りたたまれることができ、それがそれらを信じられないほど効率的な触媒にすることを可能にするということです。そして触媒は一つの化学物質を別の化学物質に変えることができます。そしてそれは私たちが生命で見る化学の大部分の基礎です。
私たちがそれを理解すると、私たちは遺伝と細胞がどのように働くかの間のこの関係を見始めます。遺伝子はタンパク質をコードし、タンパク質は化学的な作業を行います。これは、生命が必要とするすべての化学反応を受けることができる非常に精巧な化学を生産する非常に強力なシステムです。
そして私はそれがどれほど素晴らしいかを強調したいと思います。なぜなら私はあなたに、顕微鏡で見る必要がある小さな、小さな細胞の中で、何千もの化学反応、すべて非常に異なる、常に起こっている、非常に、非常に互いに近いことを想像してほしいからです。
さて、私たち人間が似たようなことをするために化学プラントを作る時、私たちはおそらく20、30の化学反応しか行いません。私たちは多くの熱を入れるか、非常に酸にするか、アルカリにしなければなりません。そしてこれらの素晴らしい小さな細胞は、ほとんど同じ空間で、同時に多くの、多くの異なるタンパク質でこのすべてを同時に行うことができます。
そしてそれがどのように働くかはほとんど奇跡的です。そしてそれは生命の基盤です。その化学は細胞の成長、その細胞の繁殖、エネルギーを捕獲し、エネルギーを使用するその能力に責任があります。そのすべてがこの化学によって説明されます。
細胞がこのすべての化学、実際に異なる化学を実行することができる方法の一つ、実際にそれは主要な方法ですが、細胞が多くの、多くの、多くの小さな区画でできているということです。タンパク質自体が一つの化学を別の化学から分離します。なぜならそれらがそれを分離しておくからです。
そしてそれから私たちは細胞に構造を持っています、それは膜に囲まれた成分で、そこであなたは一セットの化学を別のセットの化学とは異なるものを持っています。そしてそれは区画化であり、これらのすべての異なる化学がそのような小さな空間で同時に起こることを可能にします。それがそのように働くことができるのは奇跡的です。
しかし私たちが理解しなければならないのは、私たちが細胞を見下ろして、その中のこれらのすべての異なる構造を見る時、私たちが強力な顕微鏡を使う時に見ることができますが、私たちが見ているのは、異なる区画内の同じ場所で起こっている多くの、多くの異なる化学です。ですからそれはその膨大な範囲の化学に必要な区画なのです。
ですから生命は化学ですが、生命は情報の上にも建てられています。そしてこれはおそらくあまりよく受け入れられていないアイデアです。それは私が非常に重要だと思うものです。なぜなら生命は絶えず情報を管理しなければならないからです。
私は本の中で、私が子供だった時に見て、私に生命について考えさせ始めた黄色い蝶、硫黄色の蝶の観点からそれを説明しました、庭に飛んで入ってきて、定住し、離陸し、行って、庭を離れる。
そして常に、その蝶は周りの環境を感知し、その情報を取り入れ、その情報を何が起こっているかの知識に変え、それから鳥や影に食べられることを避けるため、または蜜を食べるために花を見つけるために、おそらく実際に行うことを変えていました。
そしてあなたは蝶が情報を捕獲し、それを管理し、それからあなたが実際に行うことを変える観点から、どのように動作しているかを理解することができます。そしてそれは生命の中心です。生命は、そして情報を通してのみ動作することができます。
私が化学について、異なる化学が起こることを可能にするすべてのそれらの異なる区画について言ったことを取ってみましょう。それは全体を調整しておくために異なる区画からの情報伝送がある場合にのみ起こることができます。もしあなたがそれを一緒に調整して保たなかったなら、全体が崩壊する可能性があります。生命が働くために情報を管理することは非常に重要です。
そして私はこれを本当に説明するために2つの例を使います、そして一つはDNAに戻ることです。DNAはデジタル情報貯蔵装置です。そしてDNAの構造は、それが非常に安定で、その情報を非常に長い間貯蔵することができるというものです。
しかしそれは作業を行わなければなりません。そして作業を行うために、そのDNAは私が説明したように、タンパク質構造にコピーされます。そしてそれは作業を行うことができるはるかに精巧な化学を持っていますが、それはタンパク質が作業することができるように、DNAからタンパク質に情報を転送しているのです。
別の例は、細胞で化学がどのように働くかを本当に調節することでした。そして私が説明したのは制御システムです。制御システムで、例えば、遺伝子が物質を作っていて、その物質を一定のレベルに保ちたいとします。それから細胞は、その物質が増加するにつれて、それは遺伝子をオフにし、それが減少する時、それは遺伝子をオンにするという非常に巧妙なメカニズムを持っています。
そしてそれはその物質を一定のレベルに維持します。さて、これは私たちが負のフィードバック制御と呼ぶものです、そしてそれはホメオスタシスを維持します。それは全体を一定に保ちます。
しかしあなたは、ここで情報が起こっている、情報管理があるということを理解する時にのみ、それを本当に理解します、つまり細胞はそれがどれだけの物を持っているかを測定し、それから遺伝子がオンにされるべきかオフにされるべきかを決定するためにそれを使っているということです。
ですから情報管理は生命を理解するために重要で、私はそれをそれよりもう一段階先に押し進めるつもりです。私たちが生命の化学を研究する時、私たちがすることは分子を記述し、それらがどのように互いに相互作用するか、原子がどのように互いに間隔を置いているかです。
しかし私たちがそれが生物学の観点から何を意味するかを理解しなければならないなら、それはほとんど常に情報を含まなければなりません。
私たちがDNAを取るなら、私たちはDNAの構造を理解し、一つの塩基が別の塩基とどのように関連しているかの観点からそれを記述することができますが、それがデジタル情報貯蔵装置であると見られる時にのみ、それは生物学的意味を持ちます。
ですから生命がどのように働くかを理解するために、あなたは化学とそれを情報と組み合わせることの組み合わせが必要です。そして私はそれがすべての生命の基礎だと思います。
私たちが情報について考える時、私たちはしばしばコンピューター時代などについて考えます、人工知能と機械学習などについて。さて、それは私たちが生命で見る情報管理と関連しています。それは完全に異なるプロセスによって行われます。
私たちがコンピューターで、シリコンでそれを行う時、あなたはコンピューターにハードウェアを持ち、私たちはそれを駆動するソフトウェアを持っています。生命では、生きているものでは、それは少し異なります。私は時々、私がそれを発明しませんでしたが、生きているもので使う言葉を使いますが、それはハードウェアではなく、ウェットウェアです。
なぜなら実際に起こっていることは、情報が管理される方法は、細胞の一部から別の部分への分子を使ったコミュニケーションによるということだからです。そしてそれは液体を通して、水を通して拡散しているのです。そしてそれはあなたが接続を再配線することを可能にします。
ですからあなたはソフトウェアによって変更するだけでなく、接続を再配線することによってもの事がどのように働くかを変更します。私はコンピューターについて考えるデジタル世界を直接的な類推よりもむしろ比喩として見ています。
これらの5つのアイデアをすべて一緒にまとめると、いくつかの原理が現れると思います。私はそれらを要約しようとしました。生きているものは境界のある物理的実体です。つまり、それらは自分自身として働いています。そしてそれは重要です。なぜならそうでなければ、時々それらに進化が組み込まれているコンピューターゲームなどと混同してしまうからです。
これらの物理的境界実体は、生きているものを世界の残りから分離し、あなたは細胞の外側の無秩序の結果として細胞内のあなたの秩序を増加させることができます。そしてこれは、あなたが物理学の熱力学の第二法則とも問題がないことを意味します。ですからあなたは境界実体であることによってそれにも対処することができます。
境界実体は化学的で情報的な機械として記述され、それは私たちが話したアイデアから現れます。そしてそれから重要なことに、境界実体内のその情報的化学機械は、それがどのように働くかを決定する遺伝システムを持っており、それは変動性を持っています。
そしてしたがって全体は自然選択によって進化することができます。そしてそれは、生きているものが目的、それが見つける生命状態により良く適応するという目的を獲得することができることを意味します。そしてそれで私たちは生きているものを一つのタイプから別のタイプに進化させることができます。
そして私にとって、それは辞書の定義のような、きちんとした辞書的な方法ではなく、生命の根底にある中核的原理を強調する方法で、すべてを一緒に境界づけます。
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