人生

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人生
時間範囲: 始生代～現在（冥王代起源の可能性あり）
サンゴ礁に生息する多様な生物
科学的分類この分類を編集する
ドメイン、スーパーグループ、その他の

地球上の生命：

生命とは、シグナル伝達や自己維持能力などの生物学的プロセスを持つ物質である。生命は、恒常性、組織化、代謝、成長、適応、刺激への反応、および生殖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死の状態に達し、不死の生命はない。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。生命の定義は、宿主細胞内でのみ複製するウイルスや、地球上の生命とは大きく異なる可能性のある地球外生命の可能性によってさらに複雑になっている。生命は地球上の空気、水、土壌中に存在し、多くの生態系が生物圏を形成している。これらの中には、極限環境微生物だけが住む厳しい環境もある。特定の生態系に生息する生命は、その生物相と呼ばれる。

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（生命は4つの永遠の要素から成る）やアリストテレスの形質形態​​論（生物は魂を持ち、形質と物質の両方を体現している）などの理論が提唱されている。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。この共通祖先は、多くの絶滅種を経て、現在存在するすべての種へと進化し、その一部は化石として痕跡を残している。生物を分類する試みもアリストテレスから始まった。近代的な分類は、1740年代の カール・リンネの二名法に始まった。

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ます。すべての生物は、タンパク質と核酸という2種類の高分子を含んでおり、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（細菌および古細菌）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。生命の存在は地球上にのみ知られているが、地球外生命が存在する可能性があると考えられています。人工生命は、科学者や技術者によってシミュレートされ、調査されています。

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した。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]その理由の一つは、生命が物質ではなくプロセスだからです。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]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が、この課題を複雑にしています。[ 11 ] [ 12 ]生命の哲学的定義も提唱されてきましたが、生物と無生物をどのように区別するかという同様の困難を伴います。[ 13 ]生命の法的定義は議論されてきましたが、これらは一般に、人間を死亡したと宣告するという決定と、この決定の法的影響に焦点を当てています。[ 14 ]少なくとも123の生命の定義がまとめられています。[ 15 ]

生物相とは、特定の場所と時間に生息する生物、特に動物と植物の集合体であり、[ 16 ]生態系やバイオームなどです。したがって、自然保護の目的は生態系の生物相を保全することです。[ 17 ]

説明的

生命の定義についてはコンセンサスが得られていないため、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、または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。[ 7 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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）ことと、有機物を分解する（異化作用）ことに使用される。生物は恒常性維持やその他の活動のためにエネルギーを必要とする。
  4. 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する。
  5. 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。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
  6. 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き、多細胞生物のすべての感覚を伴う複雑な反応、植物の葉が太陽に向かって向く動き（光屈性）、および走化性など。
  7. 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、生物とは、生存の必要に応じて自己複製と進化が可能な、組織化された分子構造を持つ熱力学システムです。 [ 26 ] [ 27 ]熱力学的には、生命は周囲の勾配を利用して不完全な複製を作り出す開放系として説明されてきました。[ 28 ]これを別の言い方で定義すると、生命を「ダーウィンの進化論に従うことができる自立した化学システム」と定義することができます。これは、カール・セーガンの提案に基づき、NASAの委員会が宇宙生物学の目的で生命を定義しようとした際に採用した定義です。[ 29 ] [ 30 ]しかし、この定義は広く批判されています。なぜなら、有性生殖を行う単一の個体は、単独で進化することができないため、生きているとは言えないからです。[ 31 ]

生体システム

分子化学に必ずしも依存しない生体システム理論の視点を持つ者もいる。生命の体系的な定義の一つは、生物は自己組織化とオートポイエティック（自己生産的）であるというものである。この定義のバリエーションとして、スチュアート・カウフマンによる、自己複製能力と少なくとも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いう定義が挙げられる。[ 32 ]この定義は、時間とともに新たな機能が進化することで拡張される。[ 33 ]生体システムは、分子機械から細胞、器官、組織、生物、個体群、生態系、そして生物圏全体にまで及ぶ、マルチスケールで階層的な組織構造を特徴とする。[ 34 ]

死

このアフリカスイギュウのような動物の死骸は生態系によってリサイクルされ、生物にエネルギーと栄養分を提供します。

死とは、生物または細胞におけるすべての重要な機能または生命活動の終了である。[ 35 ] [ 36 ] 死を定義する際の課題の1つは、死と生を区別することである。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る。[ 36 ]しかし、生命機能の停止は必ずしもすべての臓器系で同時に起こるとは限らないため、いつ死が起こったかを判断することは困難である。[ 37 ]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る。生命をどのように定義するかについてほとんどコンセンサスが得られていないため、これは問題である。死の本質は、数千年にわたって世界の宗教的伝統と哲学的探究の中心的な関心事であった。多くの宗教は、魂の来世または輪廻転生、あるいは後日における肉体の復活のいずれかを信じ続けている。 [ 38 ]

ウイルス

電子顕微鏡で見たアデノウイルス

ウイルスを生物とみなすべきかどうかは議論の的となっている。[ 39 ] [ 40 ]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とみなされることが多い。 [ 41 ]ウイルスは遺伝子を持ち、自然淘汰によって進化し、[ 43 ] [ 44 ]自己集合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」[ 42 ]と表現されてきた。しかし、ウイルスは代謝を行わず、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集合は、生命が自己集合する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。[ 45 ] [ 46 ]

研究の歴史

唯物主義

生命に関する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、生命とは物質の複雑な形態もしくは配列に過ぎないと主張した。エンペドクレス（紀元前430年）は、宇宙の万物は土、水、空気、火という四つの永遠の「元素」、あるいは「万物の根源」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、これら四つの元素の配置と再配置によって説明される。生命の多様な形態は、元素の適切な混合によって引き起こされる。[ 47 ]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た。彼は、生命と熱の間に明らかなつながりがあり、また火が動くことから、火について詳述した。[ 48 ]対照的に、プラトンは、世界は物質に不完全に反映された永続的な形態によって組織されていると論じた。形態は方向性や知性を与え、世界に見られる規則性を説明する。[ 49 ]

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、動物と人間は部品の集合体であり、それらが一体となって機械として機能すると論じた。ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツは、生物機械の階層的構成を強調し、著書『モナドロジー』（1714年）の中で「…自然の機械、すなわち生体は、その最小の部品に至るまで、無限に機械である」と述べている[ 50 ]。この考えは、ジュリアン・オフレイ・ド・ラ・メトリ（1709–1750）の著書『人間機械論』で さらに発展させられた[ 51 ] 。19世紀には、生物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・ダーウィンの進化論（1859年）は、自然淘汰による種の起源を機械論的に説明するものである。[ 52 ] 20世紀初頭、ステファン・ルデュック（1853–1939）は、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され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『合成生物学』 （La biologie synthétique ） [ 53 ]に示されたこの考えは、生前は広く否定されていたが、ラッセル、バージ、そして同僚の研究への関心が再び高まった。[ 54 ]

形態形成

アリストテレスによる植物、動物、人間の魂の構造

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）によって初めて提唱された理論です。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ます。この見解では、物質宇宙のあらゆるものは物質と形質の両方を持ち、生物の形質はその魂（ギリシア語でプシュケー、ラテン語でアニマ）です。魂には3種類あります。植物の栄養魂は、植物に成長、腐敗、栄養を与えますが、運動や感覚は引き起こしません。動物魂は、動物に動き、感覚を与えます。そして理性魂は、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ました。[ 55 ]それぞれの高次の魂は、低次の魂のすべての属性を備えています。アリストテレスは、物質は形質なしに存在できるが、形質は物質なしには存在できず、したがって魂は肉体なしには存在できないと信じていました。[ 56 ]

この説明は、目的論的な生命の説明と整合しており、現象を目的や目標指向性の観点から説明する。例えば、ホッキョクグマの毛皮の白さは、カモフラージュという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、結果を先行原因の観点から説明する自然選択の科学的証拠と矛盾する。生物学的特徴は、将来の最適な結果ではなく、当該特徴の自然選択につながった種の過去の進化史を考察することによって説明される。 [ 57 ]

自然発生

自然発生説とは、類似の生物からの派生なしに生物が形成されるという考え方である。典型的には、ノミなどの特定の形態が塵などの無生物から発生する、あるいはネズミや昆虫が泥やゴミから季節的に発生するといった考え方である。[ 58 ]

自然発生説はアリストテレスによって提唱され[ 59 ]、彼はそれ以前の自然哲学者たちの研究と、生物の出現に関する様々な古代の説明を集大成し、拡張しました。この説は2千年の間、最良の説明と考えられていました。しかし、フランチェスコ・レディなどの先人たちの研究を発展させたルイ・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ました[ 60 ] [ 61 ]。自然発生に関する伝統的な考えの反証は、生物学者の間ではもはや議論の的ではありません[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]。

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世紀半ばまで人気を博した。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、[ 65 ]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。[ 66 ]生気論には、有機物と無機物の間に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合成した際に反証された。 [ 67 ]このヴェーラー合成は、現代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な意味を持つ。 [ 66 ]

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ました。[ 68 ]これらの結果は、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、生命力論への科学的関心の放棄につながりました。[ 69 ]しかし、ホメオパシーなどの疑似科学的な理論は、病気や不調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し、依然として信仰が残っています。 [ 70 ]

発達

生命の起源

地球の年齢は約45.4億年である。[ 71 ]地球上の生命は少なくとも35億年前から存在しており、[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]生命の最も古い物理的痕跡は37億年前に遡る。 [ 76 ] [ 77 ] 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る。[ 78 ]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を経て原始細胞と代謝に至る普遍的な共通祖先の形成を説明しようとするものである。[ 79 ] 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た。[ 80 ]

生物圏は、生命の起源以降、少なくとも約35億年前には発達したと仮定されている。[ 81 ]地球上の生命の最も古い証拠には、西グリーンランドの37億年前の変堆積岩で発見された生物起源の黒鉛[ 76 ]と、西オーストラリアの34.8億年前の砂岩で発見された微生物マット化石[ 77 ]がある。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「生物の残骸」が発見された。 [ 72 ] 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、 44億年前の海洋形成後、そして45億4000万年前の地球形成後間もなく「生命がほぼ瞬時に出現した」ことを示唆しています。[ 82 ]

進化

進化とは、生物集団の遺伝的特性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、多くの場合、古い種が消滅する。[ 83 ] [ 84 ]進化は、自然選択（性選択を含む）や遺伝的浮動といった進化過程が遺伝的変異に作用し、その結果、ある集団内における特定の特性の頻度が世代を超えて増加または減少するときに起こる。[ 85 ]進化の過程は、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。[ 86 ] [ 87 ]

化石

化石とは、遠い昔の生物の残骸や痕跡が保存されたものです。発見されたものも未発見のものも含めた化石の総体と、それらが堆積岩の層（地層）に配置されていることを化石記録といいます。保存された標本は、1万年前という任意の日付よりも古い場合、化石と呼ばれます。[ 88 ]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にわたります。 [ 89 ] [ 90 ]

絶滅

絶滅とは、ある種が消滅していく過程である。[ 91 ]絶滅の瞬間とは、その種の最後の個体が死んだ時である。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困難であり、通常は、見かけ上の不在期間の後に遡及的に行われる。種は、変化する生息地やより優れた競争相手に打ち勝つことができなくなったときに絶滅する。これまで生息していたすべての種の99%以上が現在絶滅している。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ] [ 95 ]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。[ 96 ]

環境条件

シアノバクテリアは、酸素に耐性のない生物をほぼ絶滅に追い込むことで、地球上の生命体の構成を劇的に変えました。

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、[ 97 ]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。[ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]地球の存在の大部分において、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。[ 97 ]例えば、シアノバクテリアによる光合成の副産物としての分子状酸素の放出は、地球環境の地球規模の変化を引き起こした。当時、地球上のほとんどの生命にとって酸素は有毒であったため、これは新たな進化上の課題を提示し、最終的に地球上の主要な動植物種の形成につながった。生物と環境のこのような相互作用は、生体システムの固有の特徴である。[ 97 ]

生物圏

デイノコッカス・ジオサーマリスは地熱温泉や深海底で繁殖する細菌である[ 101 ]

生物圏は、地球全体の生態系の総体です。地球上の生命圏とも呼ばれ、太陽放射や宇宙放射線、地球内部からの熱を除けば閉鎖系であり、大部分が自己調節的です。[ 102 ]土壌、温泉、地下19km（12マイル）以上の岩石内部、海洋の最深部、そして上空64km（40マイル）以上の大気圏など、生物圏のあらゆる場所に生物が存在します。 [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]例えば、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。 [ 106 ]試験条件下では、宇宙の真空中でも生命体が生存することが観察されています。[ 107 ] [ 108 ]マリアナ海溝の深部 [ 109 ] や、米国北西部の沖合の水深2,590メートル（8,500フィート、1.61マイル）の下、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、[ 110 ] [ 111 ] 日本沖の海底下2,400メートル（7,900フィート、1.5マイル）の深部にも生命体が生息している。[ 112 ] 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た。[ 113 ] [ 114 ]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℃の堆積物中に単細胞生物を発見した。[ 115 ]ある研究者によると、「微生物はどこにでも存在する。微生物は環境に非常に適応性が高く、どこにいても生き残ることができる」とのことだ。[ 110 ]

許容範囲

生態系の不活性な構成要素は、生命活動に必要な物理的・化学的要因、すなわちエネルギー（太陽光または化学エネルギー）、水、熱、大気、重力、栄養素、そして紫外線による太陽放射保護である。[ 116 ]ほとんどの生態系では、日中や季節によって条件が変化する。これらの生態系で生き残るためには、生物は「耐性範囲」として定義される様々な条件に耐えられなければならない。[ 117 ]この範囲外は「生理学的ストレス領域」であり、生存と繁殖は可能だが最適ではない。これらの領域を超えると「不耐性領域」となり、生物の生存と繁殖は困難または不可能となる。耐性範囲の広い生物は、耐性範囲の狭い生物よりも広く分布している。[ 117 ]

極限環境生物

デイノコッカス・ラジオデュランスは、極度の寒さ、脱水、真空、酸、放射線への曝露に耐えることができる極限環境生物です

一部の微生物は、生存のために、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条件に耐えられるよう進化してきました。これらの極限環境微生物は、長期間にわたりこのような条件に曝露されても生存する可能性があります。[ 97 ] [ 118 ]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多様性の特性解明は現在も進められています。[ 119 ]

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）によってなされました。彼は生物を主に運動能力に基づいて植物と動物に分類しました。彼は血液を持つ動物と持たない動物を区別し、それぞれ脊椎動物と無脊椎動物の概念に相当します。そして、血液を持つ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ました。血液を持たない動物は、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）、そして「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ました。この理論は1000年以上もの間、支配的な地位を占め続けました。[ 120 ]

リンネ

1740年代後半、カール・リンネは種の分類のために二名法を導入しました。リンネは、不要な修辞を廃し、新しい記述用語を導入し、その意味を明確に定義することで、従来の長い語句からなる学名の構成を改善し、その長さを短縮しようと試みました。[ 121 ]

菌類は当初、植物として扱われていました。リンネは短期間、菌類を動物界の菌類に分類していましたが、後に植物界に戻しました。ハーバート・コープランドは菌類を原生生物群に分類し、単細胞生物に含めました。これにより、この問題は部分的に回避されましたが、菌類の特別な地位は認められました。[ 122 ]この問題は最終的にウィテカーによって解決され、彼は菌類を五界体系に独自の界を与えました。進化史は、菌類が植物よりも動物に近いことを示しています。[ 123 ]

顕微鏡技術の進歩により細胞や微生物の詳細な研究が可能になり、新たな生命群が発見され、細胞生物学と微生物学という分野が創出されました。これらの新生物は、当初は動物としての原生動物と植物としての原生植物・藻類として別々に記述されていましたが、エルンスト・ヘッケルによって原生生物界に統合されました。その後、原核生物はモネラ界に分裂し、さらに細菌と古細菌の2つのグループに分かれました。これが六界体系につながり、最終的には進化関係に基づく現在の三ドメイン体系へと発展しました。 [ 124 ]

しかし、真核生物、特に原生生物の分類は依然として議論の余地がある。[ 125 ]

微生物学の発展に伴い、非細胞性のウイルスが発見されました。ウイルスを生物とみなすかどうかは議論の的となっています。ウイルスは細胞膜、代謝、増殖能力、環境への反応能力といった生命の特徴を欠いています。ウイルスは遺伝学的特性に基づいて「種」に分類されてきましたが、その分類には依然として多くの議論が残っています。[ 126 ]

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。

リンネ1735 [ 127 ]ヘッケル1866 [ 128 ]シャトン1925 [ 129 ]コープランド1938 [ 130 ]ウィテカー1969 [ 131 ]ウォーズら1990 [ 132 ]キャバリエ＝スミス1998, [ 133 ] 2015 [ 134 ]
2つの王国 3つの王国 2つの帝国4つの王国5つの王国 3つのドメイン2つの帝国、6/7つの王国
（未治療）原生生物原核生物モネラモネラ細菌細菌
古細菌古細菌（2015）
真核生物プロトクティスタ原生生物真核生物「原生動物」
「クロミスタ」
ベジタビリア植物界植物界植物界植物界
菌類菌類
動物界動物界動物界動物界動物界

真核生物を少数の界に区分しようとする試みは異論を唱えられてきた。原生動物はクレード（系統群）や自然群を形成しておらず、[ 135 ]クロミスタ（クロマルベオラータ）も同様である。[ 136 ]

メタゲノム

多数の完全ゲノムを解読できるようになったことで、生物学者は生命の樹全体の系統発生をメタゲノム的な視点から考察することが可能になりました。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つという認識が生まれました。[ 124 ] [ 137 ]

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します。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必須の主要栄養素が含まれます。 [ 138 ]これらは、核酸、タンパク質、脂質といった生体物質の大部分を構成しています。これらの6つの元素のうち5つはDNAの化学成分を構成しますが、硫黄は例外です。硫黄は、アミノ酸であるシステインとメチオニンの成分です。これらの元素の中で生物に最も多く含まれるのは炭素で、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ます。これにより、炭素系（有機）分子は、有機化学で説明されるよう な多様な化学構造を形成することができます。[ 139 ]これらの元素を1つ以上除去したり、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性質を変更したりする、代替的な生化学の仮説的タイプが提案されています。[ 140 ] [ 141 ]

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、互いに巻かれて二重らせんを形成する2本のバイオポリマー鎖で構成されています。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。[ 142 ]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、ある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連結され、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）に従って、水素結合が2本の別々のポリヌクレオチド鎖の窒素塩基を結合し、二本鎖DNAを形成する。これには、各鎖がもう一方の鎖を再生するために必要なすべての情報を含み、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。[ 143 ]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の大部分を細胞核内に保管している。[ 144 ]

細胞

細胞はあらゆる生物の基本構造単位であり、すべての細胞は既存の細胞から分裂によって生じます。[ 145 ] [ 146 ]細胞説は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・フィルヒョウらによって提唱され、その後広く受け入れられるようになりました。 [ 147 ]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生じます。細胞には遺伝情報が含まれており、細胞分裂の際に遺伝コードとして伝達されます。[ 148 ]

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。原核生物細胞は、核やその他の膜結合細胞器官を欠いていますが、環状 DNA とリボソームを持っています。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を持っています。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。[ 149 ]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。 [ 150 ]

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過程を経てリボソームによって合成されます。アミノ酸配列は、細胞内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。 [ 151 ]真核細胞では、これらのタンパク質はゴルジ体を通って輸送され、処理されて目的地へと送られる準備が整います。[ 152 ]

細胞は細胞分裂の過程を経て再生し、親細胞は2つ以上の娘細胞に分裂する。原核生物では、細胞分裂はDNAが複製される分裂過程を経て起こり、2つのコピーは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の過程が続く。しかし、結果は同じである。結果として得られ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）、どちらも間期を経てさらに分裂することができる。[ 153 ]多細胞植物、動物、菌類 のほとんどの種、および多くの原生生物は有性生殖が可能である。減数分裂過程を伴う有性生殖は、真核生物の進化のごく初期に発生したと考えられている。[ 154 ] [ 155 ]

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初めて進化したと考えられる。これらの細胞は細胞接着によっ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、または成体生物を形成する様々な特殊化した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。 [ 156 ]約8億年前、単一分子、酵素GK-PIDの小さな遺伝的変化により、生物は単細胞生物から多数の細胞の一つへと進化することができたと考えられる。[ 157 ]

細胞は微小環境を感知し、それに反応する方法を進化させ、それによって適応力を高めてきました。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ます。細胞間のシグナル伝達は、傍分泌シグナル伝達を用いた直接的な細胞接触、あるいは内分泌系におけるような物質の交換を通して間接的に行われます。より複雑な生物では、活動の調整は専用の神経系を通して行われます。[ 158 ]

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、おそらく存在しうる、あるいは避けられないと考えており、[ 159 ] [ 160 ] 、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。[ 161 ]太陽系の他の惑星や衛星、および他の惑星系では、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、地球外文明からの電波を検出しようとしている。太陽系内で微生物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、[ 162 ]巨大惑星のいくつかの衛星の地下海などがある。[ 163 ] [ 164 ]

地球上の生命の粘り強さと多様性の調査[ 118 ]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。[ 97 ]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。[ 165 ] [ 166 ]

太陽系の外、地球のような惑星に地球のような生命が存在する可能性のある、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。このゾーンの内径と外径は、星の明るさによって変化し、また、ゾーンが存続する時間間隔も変化します。太陽よりも質量の大きい星は、ハビタブルゾーンがより広くなりますが、太陽のような恒星進化の「主系列」に留まる時間はより短くなります。小型の赤色矮星は逆の問題を抱えており、ハビタブルゾーンはより狭く、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の星は、地球のような生命が進化する可能性が高いと考えられます。[ 167 ]

銀河系内の恒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る。惑星形成能のある重元素が豊富な領域にある恒星は、居住地に損害を与える可能性のある超新星爆発の発生率が低いことから、複雑な生命体を持つ惑星が存在する確率が高いと予測されている。[ 168 ]ドレイク方程式の変数は、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用いられる。[ 169 ]地球外生命の証拠を報告するための「生命検出信頼度」（CoLD）尺度が提案されている。[ 170 ] [ 171 ]

人工的な

人工生命とは、コンピューター、ロボット工学、生化学などを用いて生命のあらゆる側面をシミュレートすることです。[ 172 ]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・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広範な再定義と拡張が含まれており、最終的な目標は、情報の処理、化学物質の操作、材料や構造の製造、エネルギーの生産、食料の供給、そして人間の健康と環境の維持・向上を行う人工生物システムの設計・構築を可能にすることです。[ 173 ]

参照

注記

  1. ^ウイルスは共通の祖先から派生したものではなく、それぞれの領域がウイルスの別々のインスタンスの出現に対応していると強く信じられています。 [ 4 ]

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