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| 人生 | |
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| サンゴ礁に生息する多様な生物 | |
科学的分類 
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| ドメインとスーパーグループ | |
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地球上の生命: |
生命とは、シグナル伝達や自立プロセスなどの生物学的プロセスを持つ物質と持たない物質を区別する性質である。生命は、恒常性、組織化、代謝、成長、適応、刺激への反応、再生の能力によって記述的に定義される。すべての生命は時間の経過とともに最終的には死の状態に達し、不死のものはない。自己組織化システムなど、生体システムの多くの哲学的定義が提案されている。特にウイルスは宿主細胞内でのみ複製するため、定義が困難である。生命は地球上の空気、水、土壌に存在し、多くの生態系が生物圏を形成している。これらの中には、極限環境生物のみが生息する厳しい環境もある。
生命は古代から研究されており、エンペドクレスの唯物論では生命は4つの永遠の要素から構成されると主張し、アリストテレスの形質形態論では生物は魂を持ち、形と物質の両方を体現していると主張した。生命は少なくとも35億年前に誕生し、普遍的な共通祖先を生み出した。これは、化石として痕跡を残している多くの絶滅種を経て、現在存在するすべての種に進化した。生物を分類する試みもアリストテレスから始まった。現代の分類は、1740年代のカール・リンネの二名法から始まった。
生物は生化学分子で構成されており、主にいくつかの中核化学元素から形成されています。すべての生物には、タンパク質と核酸という2 種類の大きな分子が含まれており、後者は通常DNAとRNA の両方です。これらは、各種のタンパク質を作成するための指示など、それぞれの種が必要とする情報を運びます。次に、タンパク質は、生命の多くの化学プロセスを実行する機械として機能します。細胞は生命の構造的および機能的な単位です。原核生物(細菌と古細菌) などのより小さな生物は、小さな単一細胞で構成されています。主に真核生物であるより大きな生物は、単一細胞で構成されている場合もあれば、より複雑な構造を持つ多細胞である場合もあります。生命が存在することが知られているのは地球上だけですが、地球外生命が存在する可能性が高いと考えられています。科学者や技術者は人工生命をシミュレートし、調査しています。
定義
チャレンジ
生命の定義は、長い間、科学者や哲学者にとっての課題であった。[2] [3] [4]これは、生命がプロセスであり、物質ではないことが一因である。[5] [6] [7]これは、地球外で発生した可能性のある生命体の特性に関する知識が不足していることによって複雑になっている。[8] [9]生命の哲学的定義も提唱されているが、生物と無生物を区別する方法については同様の困難がある。[10]生命の 法的定義は議論されてきたが、これらは一般に、人間を死亡したと宣言する決定と、この決定の法的影響に焦点を当てている。[11]少なくとも123の生命の定義がまとめられている。[12]
説明的
生命の定義にはコンセンサスがないため、生物学における現在の定義のほとんどは記述的なものである。生命とは、与えられた環境においてその存在を維持、促進、強化する何かの特性であると考えられている。これは、以下の特性のすべてまたはほとんどを意味する：[4] [13] [14] [15] [16] [17]
- 恒常性：体温を下げるために発汗するなど、一定の状態を維持するための内部環境の調節。
- 組織: 生命の基本単位である1 つ以上の細胞から構造的に構成されていること。
- 代謝：エネルギーの変換。化学物質を細胞成分に変換する（同化作用）ため、および有機物を分解する（異化作用）ために使用される。生物は恒常性やその他の活動のためにエネルギーを必要とする。
- 成長: 異化よりも同化の速度を高く維持すること。成長する生物は大きさと構造が増大します。
- 適応：生物がその生息地でより良く生きられるようになる進化の過程。[18] [19] [20]
- 刺激に対する反応:単細胞生物が外部の化学物質から逃れるために収縮する動作、多細胞生物のすべての感覚を伴う複雑な反応、植物の葉が太陽の方向を向く動き (光屈性)、走化性など。
- 生殖:単一の親生物から無性生殖によって、または2 つの親生物から有性生殖によって、新しい個体生物を生み出す能力。
物理
物理学の観点から見ると、生物は、生存の要請に応じて自己複製および進化できる組織化された分子構造を持つ熱力学システムである。 [21] [22]熱力学的には、生命は周囲の勾配を利用して不完全な自己複製を作成する開放系であると説明されている。[23]これを別の言い方で表現すると、生命を「ダーウィン進化論を経ることができる自立した化学システム」と定義することである。これは、カール・セーガンの提案に基づいて、宇宙生物学の目的で生命を定義しようとしたNASA委員会によって採用された定義である。[24] [25]しかし、この定義は広く批判されている。なぜなら、それによれば、有性生殖する単一の個体は、単独では進化することができないため、生きているわけではないからである。[26]
生体システム
他には、必ずしも分子化学に依存しない生体システム理論の観点を取る人もいる。生命の体系的な定義の1つは、生物は自己組織化および自己生成的であるというものである。この定義のバリエーションには、自己再生が可能で、少なくとも1つの熱力学的作業サイクルを完了できる自律エージェントまたはマルチエージェントシステムとしてのスチュアート・カウフマンの定義が含まれる。[27]この定義は、時間の経過とともに新しい機能が進化することで拡張される。[28]
死
死とは、生物または細胞におけるすべての生命機能または生命プロセスの終了である。[29] [30] 死を定義する際の課題の 1 つは、それを生命と区別することです。死は、生命が終わる瞬間、または生命に続く状態が始まる瞬間のいずれかを指すと思われます。[30]しかし、生命機能の停止は臓器系全体で同時に起こらないことが多いため、いつ死が起こったかを判断することは困難です。 [31]したがって、そのような判断には、生と死の間に概念的な線を引く必要があります。生命をどのように定義するかについてコンセンサスがほとんどないため、これは問題です。死の本質は、何千年もの間、世界の宗教的伝統と哲学的探究の中心的な関心事でした。多くの宗教は、魂のある種の来世または生まれ変わり、または後日の肉体の復活のいずれかを信じています。 [32]
ウイルス
ウイルスが生きているとみなすべきかどうかは議論の余地がある。[33] [34]ウイルスは生命体というよりは、遺伝子をコードする 複製子にすぎないと考えられることが多い。 [35]ウイルスは遺伝子を持ち、自然淘汰によって進化し、[37] [38]自己組織化によって複数のコピーを作ることで複製するため、 「生命の瀬戸際にある生物」[36]と表現されてきた。しかし、ウイルスは代謝せず、新しい産物を作るには宿主細胞を必要とする。宿主細胞内でのウイルスの自己組織化は、生命が自己組織化有機分子として始まったという仮説を裏付ける可能性があるため、生命の起源の研究に影響を与えている。[39] [40]
研究の歴史
唯物主義
生命に関する最も初期の理論のいくつかは唯物論的であり、存在するものはすべて物質であり、生命は単に物質の複雑な形態または配置であると主張した。エンペドクレス(紀元前 430 年) は、宇宙のあらゆるものは、土、水、空気、火という4 つの永遠の「要素」または「すべての根源」の組み合わせで構成されていると主張した。すべての変化は、これら 4 つの要素の配置と再配置によって説明される。さまざまな生命形態は、要素の適切な混合によって引き起こされる。[41] デモクリトス(紀元前 460 年) は原子論者であり、生命の本質的な特徴は魂(プシュケー)を持つことであり、魂は他のすべてのものと同様に、燃える原子で構成されていると考えていた。彼は、生命と熱の間に明らかなつながりがあり、火が動くことから、火について詳しく述べた。[42] プラトンは、対照的に、世界は不完全な形で物質に反映され、形が方向性や知性を提供し、世界に見られる規則性を説明すると主張した。[43]古代ギリシャに端を発する機械論的唯物論は、フランスの哲学者ルネ・デカルト（1596–1650）によって復活、改訂され、動物と人間は機械として機能する部品の集合体であるとの考えが提唱された。この考えは、ジュリアン・オフレ・ド・ラ・メトリ（1709–1750）の著書『人間機械論』でさらに発展させた。[44] 19世紀には、生物科学における細胞理論の進歩がこの見解を後押しした。チャールズ・ダーウィン（1859）の進化論は、種の起源を自然選択によって機械的に説明するものである。[45] 20世紀初頭には、ステファン・ルデュック（1853–1939）が、生物学的プロセスは物理学と化学の観点から理解でき、その成長はケイ酸ナトリウム溶液に浸した無機結晶の成長に似ているという考えを提唱した。彼の著書『総合生物学』[46]に述べられているアイデアは、生前は広く否定されていたが、ラッセル、バージ、そして同僚たちの研究によって再び注目を集めるようになった。[47]
形態形成
形質形態論は、ギリシャの哲学者アリストテレス（紀元前322年）が初めて表明した理論である。形質形態論の生物学への応用はアリストテレスにとって重要であり、生物学は彼の現存する著作の中で広範囲に扱われている。この見解では、物質宇宙のあらゆるものは物質と形の両方を持ち、生物の形はその魂（ギリシャ語のpsyche、ラテン語のanima）である。魂には3種類ある。植物の栄養魂は、植物の成長と腐敗を引き起こし、自らを養うが、運動と感覚は引き起こさない。動物魂は、動物を動かし、感じさせる。理性魂は、意識と推論の源であり、（アリストテレスは）人間にのみ存在すると信じていた。[48]それぞれの高次の魂は、低次の魂のすべての属性を持っている。アリストテレスは、物質は形がなくても存在できるが、形は物質なしでは存在できず、したがって魂は肉体なしでは存在できないと信じていた。[49]
この説明は、目的や目標指向性の観点から現象を説明する生命の目的論的説明と一致している。したがって、ホッキョクグマの毛皮の白さは、カモフラージュの目的によって説明される。因果関係の方向（未来から過去へ）は、結果を先の原因の観点から説明する自然選択の科学的証拠と矛盾している。生物学的特徴は、将来の最適な結果を見ることによってではなく、問題の特徴の自然選択につながった種の過去の進化の歴史を見ることによって説明される。 [50]
自然発生
自然発生とは、生物は類似の生物からの派生なしに形成されるという信念である。典型的には、ノミなどの特定の形態はほこりなどの無生物から発生し、ネズミや昆虫は泥やゴミから季節的に発生すると考えられていた。[51]
自然発生説はアリストテレス[52]によって提唱され、彼はそれ以前の自然哲学者の研究と生物の出現に関する様々な古代の説明を集大成し、拡張した。この説は2千年の間最良の説明であると考えられていた。しかし、フランチェスコ・レディなどの先人たちの研究を拡張したルイ・パスツールの実験によって、1859年にこの説は決定的に否定された。[53] [54]自然発生の伝統的な考えの反証は、もはや生物学者の間で議論の的ではない。[55] [56] [57]
生気論
生気論とは、非物質的な生命原理が存在するという信念である。これはゲオルク・エルンスト・シュタール（17世紀）に端を発し、19世紀半ばまで人気があった。アンリ・ベルクソン、フリードリヒ・ニーチェ、ヴィルヘルム・ディルタイなどの哲学者、[58]ザビエル・ビシャなどの解剖学者、ユストゥス・フォン・リービッヒなどの化学者に受け入れられた。[59]生気論には、有機物と無機物の間には根本的な違いがあるという考えと、有機物は生物からのみ得られるという信念が含まれていた。これは、1828年にフリードリヒ・ヴェーラーが無機物から尿素を調製したときに反証された。 [60]このヴェーラー合成は、現代の有機化学の出発点と考えられている。これは、無機反応で初めて有機化合物が生成されたという点で歴史的に重要である。 [59]
1850年代、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーに先駆けてヘルマン・フォン・ヘルムホルツは、筋肉の運動ではエネルギーが失われないことを実証し、筋肉を動かすのに必要な「生命力」は存在しないことを示唆した。[61]これらの結果により、特にエドゥアルト・ブフナーが酵母の無細胞抽出物でアルコール発酵が起こり得ることを実証した後、生命力説に対する科学的関心は放棄された。[62]しかし、ホメオパシーなどの疑似科学理論は、病気や体調不良は仮説上の生命力や生命力の乱れによって引き起こされると解釈する信念が依然として存在している。[63]
発達
生命の起源
地球の年齢は約45.4億年です。[64]地球上の生命は少なくとも35億年前から存在しており、[65] [66] [67] [68]最も古い生命の物理的痕跡は37億年前に遡ります。[69] [70] TimeTree公開データベースにまとめられているように、分子時計からの推定では、生命の起源は約40億年前とされています。[71]生命の起源に関する仮説は、単純な有機分子から前細胞生命、原始細胞、代謝を経て普遍的な共通祖先が形成されたことを説明しようとしています。[72] 2016年には、最後の普遍的な共通祖先からの355個の遺伝子のセットが暫定的に特定されました。[73]
生物圏は、生命の起源から少なくとも約35億年前には発達したと仮定されています。[74]地球上の生命の最古の証拠には、西グリーンランドの37億年前の堆積岩で発見された生物起源の 黒鉛[69]と、西オーストラリアの34億8000万年前の砂岩で発見された微生物マット化石があります。[70]より最近では、2015年に、西オーストラリアの41億年前の岩石で「生物の遺跡」が発見されました。 [65] 2017年、カナダのケベック州ヌヴァギットゥクベルトの熱水噴出孔の堆積物から、42億8000万年前のものと推定される化石化した微生物（または微化石）が発見されたと発表されました。これは地球上で最も古い生命の記録であり、 44億年前に海洋が形成されてから「ほぼ瞬時に生命が出現した」ことを示唆し、 45億4000万年前に地球が形成されてから間もなくのことでした。 [75]
進化
進化とは、生物集団の遺伝的 特徴が世代を超えて変化することであり、その結果、新しい種が出現し、古い種が消滅することが多い。[76] [77]進化は、自然選択（性選択を含む）や遺伝的浮動などの進化過程が遺伝的変異に作用し、世代を超えて集団内の特定の特徴の頻度が増加または減少するときに起こる。[78]進化のプロセスは、生物組織のあらゆるレベルで生物多様性を生み出してきた。[79] [80]
化石
化石は、遠い昔の生物の遺物や痕跡が保存されたものである。発見されたものも未発見のものも含めた化石の全体と、堆積岩の層（地層）におけるそれらの配置は、化石記録として知られている。保存された標本は、1万年前の任意の日付よりも古い場合、化石と呼ばれる。[81]したがって、化石の年代は、最も新しいものは完新世の始まりから最も古いものは始生代、最大34億年前までの範囲である。[82] [83]
絶滅
絶滅とは、種が絶滅する過程である。 [84]絶滅の瞬間とは、その種の最後の個体が死ぬことである。種の潜在的な生息範囲は非常に広い場合があるため、この瞬間を特定することは難しく、通常は、明らかな不在期間の後に遡って行われる。種は、変化する生息地や優れた競争相手に対抗して生き残ることができなくなったときに絶滅する。これまでに生息したすべての種の99％以上が現在絶滅している。[85] [86] [87] [88] 大量絶滅は、新しい生物群が多様化する機会を提供することで、進化を加速させた可能性がある。[89]
環境条件
地球上の生命の多様性は、遺伝的機会、代謝能力、環境的課題、[90]および共生の間のダイナミックな相互作用の結果である。[91] [92] [93]地球の存在の大部分において、地球の居住可能な環境は微生物によって支配され、その代謝と進化にさらされてきた。これらの微生物活動の結果として、地球上の物理化学的環境は地質学的時間スケールで変化しており、それによってその後の生命の進化の道筋に影響を与えている。[90]たとえば、光合成の副産物としてシアノバクテリアによって分子状酸素が放出されると、地球環境の地球規模の変化が引き起こされた。当時、酸素は地球上のほとんどの生命にとって有毒であったため、これは新たな進化上の課題をもたらし、最終的に地球の主要な動物と植物の種の形成につながった。生物と環境のこの相互作用は、生体システムの固有の特徴である。[90]
生物圏
生物圏は、地球全体のすべての生態系の総体です。地球上の生命圏とも呼ばれ、太陽や宇宙からの放射線や地球内部からの熱を除く閉鎖系で、大部分が自己調節型です。[95]土壌、温泉、地下19km（12マイル）以上の岩石の内部、海洋の最深部、大気圏64km（40マイル）以上の高さなど、生物圏のあらゆる部分に生物が存在します。 [96] [97] [98]たとえば、高度48～77kmの中間圏でアスペルギルス・ニガーの胞子が検出されています。[ 99 ]試験条件下では、宇宙の真空中で生命体が生存することが観察されています。[100] [101]マリアナ海溝の深部、[102]米国北西部の沖合2,590メートル（8,500フィート、1.61マイル）の海底下580メートル（1,900フィート、0.36マイル）までの岩石の内部、[103] [104 ]日本沖の海底下2,400メートル（7,900フィート、1.5マイル）にも生命体が生息しています。 [105] 2014年には、南極の氷の下800メートル（2,600フィート、0.50マイル）に生命体が生息しているのが発見されました。 [106] [107]国際海洋科学発見計画の探検隊は、南海トラフ沈み込み帯の海底下1.2kmの120℃の堆積物から単細胞生命を発見しました。[108]ある研究者によると、「微生物はどこにでも存在します。微生物は環境に非常に適応しており、どこにいても生き残ります。」[103]
許容範囲
生態系の不活性な構成要素は、生命に必要な物理的および化学的要因、すなわちエネルギー（日光または化学エネルギー）、水、熱、大気、重力、栄養素、および紫外線による 太陽放射保護である。[109]ほとんどの生態系では、日中および季節によって条件が変化する。したがって、ほとんどの生態系で生きるには、生物は「許容範囲」と呼ばれるさまざまな条件に耐えることができなければならない。[110]その外側には「生理学的ストレスゾーン」があり、生存と繁殖は可能だが最適ではない。これらのゾーンを超えると「不耐性ゾーン」があり、その生物の生存と繁殖はありそうにないか不可能である。広い許容範囲を持つ生物は、狭い許容範囲を持つ生物よりも広く分布している。[110]
極限環境生物
生き残るために、一部の微生物は凍結、完全な乾燥、飢餓、高レベルの放射線被曝、その他の物理的または化学的課題に耐えられるように進化してきました。これらの極限環境微生物は、そのような条件に長期間さらされても生き残ることができます。[90] [111]彼らは珍しいエネルギー源を利用することに優れています。このような極限環境における微生物群集の構造と代謝の多様性の特徴付けは現在も進行中です。[112]
分類
古代
生物の最初の分類は、ギリシャの哲学者アリストテレス（紀元前384-322年）によってなされた。彼は、主に運動能力に基づいて、生物を植物と動物に分類した。彼は、血のある動物と血のない動物を区別した。これは、それぞれ脊椎動物と無脊椎動物の概念に匹敵するものであり、血のある動物を、胎生四足動物（哺乳類）、卵生四足動物（爬虫類と両生類）、鳥類、魚類、クジラの5つのグループに分けた。血のない動物は、頭足動物、甲殻類、昆虫（クモ、サソリ、ムカデを含む）、甲殻動物（ほとんどの軟体動物や棘皮動物など）、および「動物性植物」（植物に似た動物）の5つのグループに分けられた。この理論は、1000年以上にわたって支配的であった。[113]
リンネ
1740年代後半、カール・リンネは種の分類に二名法を導入した。リンネは、不必要な修辞を廃止し、新しい説明用語を導入し、その意味を正確に定義することで、それまで使用されていた長い名前の構成を改善し、長さを短縮しようとした。[114]
菌類はもともと植物として扱われていた。リンネは短期間、菌類を動物界の菌類に分類していたが、後に植物界に戻した。ハーバート・コープランドは菌類を原生動物門に分類し、単細胞生物と一緒にすることで部分的に問題を回避しつつも菌類の特別な地位を認めた。[115]この問題は最終的にホイッタカーによって解決され、彼は菌類に五界体系で独自の界を与えた。進化の歴史は菌類が植物よりも動物に近いことを示している。[116]
顕微鏡の進歩により細胞や微生物の詳細な研究が可能になり、新しい生命のグループが発見され、細胞生物学と微生物学の分野が創設された。これらの新しい生物は、もともと動物としての原生動物と植物としての原生植物/タロ植物に別々に記述されていたが、エルンスト・ヘッケルによって原生生物界に統合された。その後、原核生物はモネラ界に分かれ、最終的には細菌と古細菌の2つの別々のグループに分割される。これが6界システムへとつながり、最終的には進化関係に基づいた現在の3ドメインシステムへとつながった。 [117]しかし、真核生物、特に原生生物の分類は、いまだに議論の的となっている。[118]
微生物学が発展するにつれ、細胞を持たないウイルスが発見された。これらが生物であるかどうかは議論の的となっている。ウイルスには細胞膜、代謝、成長能力、環境への反応能力といった生命の特徴が欠けている。ウイルスは遺伝子に基づいて「種」に分類されているが、そのような分類の多くの側面は依然として議論の余地がある。[119]
オリジナルのリンネのシステムは、次のように何度も変更されてきました。
真核生物を少数の界に組織化する試みは異論を唱えられてきた。原生動物は系統群や自然なグループを形成しておらず、[127]クロミスタ（クロマルベオラータ）も同様である。[128]
メタゲノム
大量のゲノムを完全配列する能力により、生物学者は生命の樹全体の系統発生をメタゲノムの視点からとらえることができるようになった。これにより、生物の大部分は細菌であり、すべてが共通の起源を持っていることが認識されるようになった。[117] [129]
![rRNA遺伝子データに基づく系統樹（Woese et al., 1990）[117]は、最後の普遍的共通祖先（LUCA）を根源とする3つの生命ドメインを示している。](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/9/92/Phylogenetic_tree_of_life_LUCA.svg/500px-Phylogenetic_tree_of_life_LUCA.svg.png)
![リボソームタンパク質配列を用いた、根付いていない生命の樹の2016年のメタゲノム表現。細菌は上部（左と右）、古細菌は下部、真核生物は右下の緑色で示されています。[129]](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/9/98/A_Novel_Representation_Of_The_Tree_Of_Life.png/500px-A_Novel_Representation_Of_The_Tree_Of_Life.png)
構成
化学元素
すべての生命体は、生化学的機能を果たすために特定の核となる化学元素を必要とする。これらには、炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄など、すべての生物にとっての主要栄養素が含まれる。 [130]これらが一緒になって、核酸、タンパク質、脂質が構成され、生物の大部分を占める。これらの6つの元素のうち5つは、硫黄を除いてDNAの化学成分を構成する。硫黄は、アミノ酸のシステインとメチオニンの成分である。これらの元素のうち、生物に最も多く含まれるのは炭素であり、炭素は、複数の安定した共有結合を形成するという望ましい特性を持っている。これにより、炭素ベースの（有機）分子は、有機化学で説明されている非常に多様な化学配置を形成することができる。[131]これらの元素の1つ以上を排除したり、リストにない元素と交換したり、必要なキラリティーや その他の化学的特性を変更したりする、代替の仮説的な生化学のタイプが提案されている。[132] [133]
DNA
デオキシリボ核酸（DNA）は、既知のすべての生物と多くのウイルスの成長、発達、機能、生殖に使用される遺伝情報の大部分を運ぶ分子です。 DNAとRNAは核酸であり、タンパク質や複合炭水化物とともに、既知のすべての生命体に不可欠な3つの主要な高分子の1つです。 ほとんどのDNA分子は、2本のバイオポリマー鎖が互いに巻きついて二重らせんを形成しています。 2本のDNA鎖は、ヌクレオチドと呼ばれるより単純な単位で構成されているため、ポリヌクレオチドとして知られています。[134]各ヌクレオチドは、窒素含有核酸塩基（シトシン（C）、グアニン（G）、アデニン（A）、またはチミン（T）のいずれか）と、デオキシリボースと呼ばれる糖、およびリン酸基で構成されています。ヌクレオチドは、1つのヌクレオチドの糖と次のヌクレオチドのリン酸との間の共有結合によって鎖状に互いに結合し、交互に糖-リン酸骨格を形成する。塩基対形成規則（AとT、CとG）によれば、水素結合が2つの別々のポリヌクレオチド鎖の窒素塩基を結合して二本鎖DNAを形成する。これには、各鎖にもう一方の鎖を再生するために必要なすべての情報が含まれており、生殖および細胞分裂中に情報が保存されるという重要な特性がある。[135]細胞内では、DNAは染色体と呼ばれる長い構造に編成されている。細胞分裂中、これらの染色体はDNA複製の過程で複製され、各細胞に独自の完全な染色体セットが提供される。真核生物はDNAのほとんどを細胞核内に保存する。[136]
細胞
細胞はあらゆる生物の構造の基本単位であり、すべての細胞は分裂によって既存の細胞から生じます。[137] [138] 細胞理論は、19世紀初頭にアンリ・デュトロシェ、テオドール・シュワン、ルドルフ・ヴィルヒョウらによって定式化され、その後広く受け入れられるようになりました。 [139]生物の活動は細胞全体の活動に依存し、細胞内および細胞間でエネルギーの流れが発生します。細胞には遺伝情報が含まれており、細胞分裂中に遺伝コードとして引き継がれます。[140]
細胞には、その進化の起源を反映して、2 つの主要なタイプがあります。原核細胞には、核やその他の膜結合細胞器官はありませんが、環状 DNA とリボソームがあります。細菌と古細菌は、原核生物の2 つのドメインです。もう 1 つの主要なタイプは真核細胞で、核膜で囲まれた明確な核と、ミトコンドリア、葉緑体、リソソーム、粗面小胞体と滑面小胞体、液胞などの膜結合細胞器官があります。さらに、DNA は染色体に編成されています。動物、植物、菌類を含む大型の複雑な生物のすべての種は真核生物ですが、原生微生物の多様性も多様です。[141]従来のモデルでは、真核生物は原核生物から進化し、真核生物の主な細胞小器官は細菌と真核細胞の祖先との間の共生によって形成されたとされている。[142]
細胞生物学の分子メカニズムはタンパク質に基づいています。これらのほとんどは、タンパク質生合成と呼ばれる酵素触媒プロセスを通じてリボソームによって合成されます。アミノ酸の配列は、細胞の核酸の遺伝子発現に基づいて組み立てられ、結合されます。 [143]真核細胞では、これらのタンパク質はゴルジ体を通じて輸送され、目的地への発送に備えて処理されます。[144]
細胞は細胞分裂のプロセスを通じて再生し、親細胞は2つ以上の娘細胞に分裂する。原核生物の場合、細胞分裂はDNAが複製される分裂プロセスを通じて起こり、その後2つのコピーが細胞膜の一部に付着する。真核生物では、より複雑な有糸分裂プロセスが続く。しかし、結果は同じであり、結果として生じる細胞コピーは互いに同一であり、元の細胞とも同一であり（突然変異を除く）、どちらも間期後にさらに分裂することができる。[145]
多細胞構造
多細胞生物は、同一細胞のコロニーの形成を通じて最初に進化したと考えられる。これらの細胞は細胞接着を通じて群体生物を形成することができる。コロニーの個々のメンバーは単独で生存することができるが、真の多細胞生物のメンバーは特殊化を発達させており、生存のために生物の残りの部分に依存する。このような生物はクローンとして形成されるか、成体生物を形成するさまざまな特殊細胞を形成できる単一の生殖細胞から形成される。この特殊化により、多細胞生物は単一細胞よりも効率的に資源を利用することができる。 [146]約8億年前、単一分子、酵素 GK-PIDの小さな遺伝子変化により、生物は単一細胞生物から多数の細胞の1つへと進化することができたと考えられる。[147]
細胞は微小環境を認識してそれに反応する方法を発達させ、それによって適応力を高めてきた。細胞シグナル伝達は細胞活動を調整し、多細胞生物の基本的な機能を支配している。細胞間のシグナル伝達は、細胞間シグナル伝達を用いた直接的な細胞接触によって、または内分泌系におけるような因子の交換によって間接的に起こる。より複雑な生物では、活動の調整は専用の神経系を通じて起こることがある。[148]
宇宙では
生命は地球上でのみ確認されているが、多くの人は地球外生命はもっともらしいだけでなく、おそらく存在が避けられないと考えており、[149] [150]単なる物理的宇宙論ではなく、生物物理学的宇宙論につながる可能性がある。[151]太陽系の他の惑星や衛星、その他の惑星系では、かつて単純な生命が存在していた証拠が調査されており、SETIなどのプロジェクトでは、地球外文明の可能性のある電波送信を検出しようとしている。太陽系内で微生物の生命が存在する可能性のある他の場所には、火星の地下、金星の上層大気、[152]巨大惑星のいくつかの衛星の地下海などがある。[153] [154]
地球上の生命の粘り強さと多様性の調査[111]と、一部の生物がそのような極限環境で生き残るために利用する分子システムの理解は、地球外生命の探索にとって重要です。[90]例えば、地衣類は火星の模擬環境で1か月間生き延びることができます。[155] [156]
太陽系の外にある、地球のような惑星で地球のような生命を維持できる可能性のある別の主系列星の周囲の領域は、ハビタブルゾーンとして知られています。このゾーンの内側と外側の半径は、星の明るさによって異なり、ゾーンが存続する時間間隔も異なります。太陽よりも重い星は、より広いハビタブルゾーンを持っていますが、太陽のような恒星の進化の「主系列」にとどまる時間間隔は短くなります。小さな赤色矮星は反対の問題を抱えており、ハビタブルゾーンは小さく、より高いレベルの磁気活動と近い軌道からの潮汐ロックの影響を受けます。したがって、太陽のような中間質量範囲の星では、地球のような生命が発達する可能性が高い可能性があります。[157]銀河内の星の位置も、生命形成の可能性に影響を与える可能性があります。惑星を形成できるより重い元素が豊富に存在する領域の恒星は、潜在的に生息地にダメージを与える超新星爆発の発生率が低いことから、複雑な生命を持つ惑星が存在する可能性が高いと予測されている。 [158]ドレイク方程式の変数は、幅広い不確実性の範囲内で、文明が存在する可能性が最も高い惑星系の条件を議論するために使用される。[159]地球外生命の証拠を報告するための「生命検出信頼度」尺度（CoLD）が提案されている。[160] [161]
人工的な
人工生命とは、コンピューター、ロボット工学、生化学などを通じて生命のあらゆる側面をシミュレートすることです。[162]合成生物学は、科学と生物工学を組み合わせたバイオテクノロジーの新しい分野です。共通の目標は、自然界には見られない新しい生物学的機能とシステムを設計および構築することです。合成生物学には、バイオテクノロジーの幅広い再定義と拡張が含まれており、最終的な目標は、情報を処理し、化学物質を操作し、材料と構造を製造し、エネルギーを生産し、食料を提供し、人間の健康と環境を維持および強化する人工生物システムを設計および構築できるようにすることです。[163]
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外部リンク
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- Wikispecies – 無料の生命のディレクトリ
- 生物群 (タクソノミコン) (2014 年 7 月 15 日アーカイブ)
- スタンフォード哲学百科事典の項目
- 生命とは何か？ – ジェイミー・グリーン、アトランティック誌（2023年12月5日アーカイブ）