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地球の生物には「遺伝物質が100万以上存在する可能性」が判明し、DNAはその中のひとつに過ぎないという衝撃的な研究が東京工業大学等による国際研究で示される

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zmescience.com




 

地球の生命には夥しい種類の遺伝性分子が存在し得た

今日のアメリカなどの科学メディアで一斉に報じられていたのが、冒頭の内容で、

「 DNA は地球上の生命の遺伝分子のひとつに過ぎない」

ということが見出されたというものでした。

これは、東京工業大学「地球生命科学研究所」(ELSI)と、ドイツ航空宇宙センター、そして米エモリー大学による共同研究で導かれたものでして、これまでは、人間を含めた生物には DNA と RNA しか遺伝性物質はないとされてきました。

ところが、「遺伝物質は 100万種以上ある可能性がある」ことがわかったという衝撃的なものでして、それをご紹介したいと思うのですが・・・問題は、内容が異常に難しいのです。

翻訳できないというより、「翻訳した内容でわからない部分が多すぎる」のです。

自分で理解していない状態で、いきなり翻訳を載せても、ちょっとアレだなと思いまして、自分のための理解のために、少しだけ先に説明させていただきたいと思います。

なお、東京工業大学の地球生命科学研究所というのは、ウェブサイトには以下のようにある先進的な研究機関のようです。

地球生命研究所 — 地球と生命の起源に迫る

東京工業大学地球生命研究所は、文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラムにより2012年に設置された研究所です。

地球科学、生命科学、惑星科学をはじめとする多様な分野のトップレベルの研究者が国内外から集い、学際的な統合アプローチによって「地球と生命の起源」を探る、世界的にもユニークな研究機関です。

地球が太陽系の中でどのようにして生まれたのか、どのようにして地球に生命が誕生し、また地球と生命はどのようにして今のような形に至ったのか、を研究しています。さらに地球と生命の起源を理解することを通して、太陽系以外の惑星系における生命についても研究して行きます。

 

DNAとRNA

まず、これまでの一般的な生物学での「遺伝性物質」ということについては以下のような認識です。

・地球のすべての生命は細胞の中の「核酸」というものが遺伝情報を扱う

・核酸とは、細胞が分裂するときには 2つに核が分かれ、その核の中にある酸性の物質が「核酸」。

・この核酸とは「 RNA と DNA の総称」。遺伝性物質はこのふたつだけとされている。

この「核酸」という存在が話の中心となります。

 

核酸

TBS

そりゃ、格さんだ。

ああ違いました。こちらですね。

細胞内の核と核酸

contest.japias.jp

それで、これまでの科学的認識では、この二人の格さん、いや、ふたつの核である、

・DNA

・RNA

だけが「生物の遺伝情報を扱う」とされていました。

なお、DNA と RNA は役割が違いますが、あまり複雑に書いても意味がないですので、非常に大ざっぱに書きますと、

・ DNA → 遺伝子情報を記録する役割

・ RNA → 遺伝子情報を運んだり、指示をする

という違いで、共に遺伝に大きな役割を果たしますが、遺伝子情報を保存するのは DNA だけであり、そのために、遺伝子情報を調べる DNA 鑑定というようなものが可能となっています。

DNAとRNAの構造上の違い(鎖の数、4つ目の塩基の種類)

Wikipedia

そして、先ほども書きましたように、人間を含む地球上のすべての生物は、この DNA と RNA による遺伝情報の扱いにより存在しているとされてきたのです。

ところが、今回の国際研究で示されたのは、

「 DNA や RNA は、何百万とある遺伝子分子のひとつに過ぎない」

ということを示す研究になったということです。

地球の動物には、DNA と RNA 以外にも、核酸様の分子が存在していることはわかっていたらしいのですが、それらが遺伝に関係しているとは考えられてこなかったようなのですが、この核酸がさまざまに、遺伝性分子として関与していることがわかったというような話だと思います。核酸への考え方の変化ですね。

核酸……ゴホンといえぱ……(そりゃ龍角散だ)。

ともかく、そういう結果に、科学界に驚きが走り、本日の欧米の科学メディアで一斉に報じられたということのようです。

その記事の中をひとつご紹介しようと思うのですが、先ほども書きましたように内容は難解です。

最もわかりにくいのが、

「どういう状態で、その遺伝性分子が存在しているのか」

ということが、いくら読んでもわからないのです。

研究自体が、「計算」で行われたものだということもありますが、そのあたりなど、わからない部分が多いとはいえ、推定としては、以下のようなことだと思われます。

・生物には、DNA と RNA 以外にも「核酸」としてのポリマーが存在していることはわかっていた。

・しかし、これまで、それらの核酸様ポリマーは、遺伝性分子とは考えられなかった。

・ところが「原子の置換」により数多くの「遺伝性のある分子」が生成されている可能性がわかった。

ということで、その数が 100万を超えていたという話のようです。

いずれにしましても、「地球の生命の遺伝というのは、これまで考えられていたより、はるかに複雑なものだった」ということにつながり、生命がどのように進化…というか、変異してきたのかということに関しても、今後は考え方が少し変わるのかもしれません。

ただ、思いましたのは、生物の細胞内の物質が「原子の置換」などで、遺伝性分子の多様化が起きるのだとすれば、

「外部からのエネルギーで生命が遺伝子的に進化する可能性」

もあるのかなあと思ったり。

つまり、宇宙線とか磁場とか放射線とか、いろいろなエネルギーが、地球には存在していますが、そういう外部的な要因でも、

「たとえば、ヒトが突然進化する」

というようなこともないでもないのかなというような観念は持ちました。

最近はこのような科学的発見で、どんどん「地球と生命の実相」に、これまでとはちがう光景が広がっていきますね。

では、ここから記事です。

 


There may be over a million genetic molecules — DNA is just one of them
zmescience.com 2019/11/12

遺伝子分子は「100万以上」存在する可能性があり、DNAはその中の1つに過ぎない

地球上のすべての生物は、情報を遺伝子分子に保存する。具体的には、DNA あるいは RNA に保存される。しかし、なぜ生物は遺伝情報を保存するために 2つの分子しか使用しないのだろうか? DNA と RNA が特別である理由は何なのだろう。

地球上で最も初期の生命は、実際には異なる構成要素からなる異なる分子を使用していた可能性があるのだろうか? これらはすべて重要な問いだが、この質問に答えることは非常に困難でもある。

しかし、この問題の答えを見いだせるかもしれない新しい研究が発表された。

日本の東京工業大学とドイツの航空宇宙センター(DLR)、そして、アメリカのエモリー大学の研究者たちは、高度な計算手法を使用して、可能な核酸様分子をシミュレートした。

その中で研究者たちは 100万以上の遺伝性物質の存在の可能性に辿りついたのだ。

 

遺伝性分子

DNA と RNA は核酸として知られている。これらの小さな生体分子は、地球上のすべての生命の基盤を形成するだけでなく、 HIV などのウイルス性疾患の多くの治療の鍵でもある。

核酸は 19世紀に初めて発見されたが、1953年に分子生物学者ジェームズ・ワトソンと科学者フランシス・クリックが DNA の二重らせん構造を明らかにしてから、科学者たちは、これらの遺伝子の生物学的および進化的機能に気付いた。

地球上のすべての生物は DNA に情報を保存する。DNA は、互いに巻き付けられた 2つのポリマーの DNA 鎖で構成され、各 DNA 鎖は互いに補完する。

DNA鎖が引き離されると、いずれかの型の補数がコピーされ、元のコピーが 2つ作成される。DNA ポリマー自体は一連の配列で構成され、塩基はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)およびチミン(T)とされる。

生物の DNA コピー中に適切な配列がほぼ常に再現される。塩基配列はタンパク質によって RNA にコピーされ、タンパク質配列に読み込まれる。

科学者たちは、他にも核酸様ポリマーの存在があること知ってはいるが、それらの核酸様ポリマーが DNA のように遺伝情報を保存できるという意味ではない。

東京工業大学 地球生命科学研究所(ELSI)の特任准教授であるジム・クリーブス(Jim Cleaves)氏は、次のように述べる。

「生物学的には 2種類の核酸( DNA と RNA )があります。しかし、おそらく、有効な核酸結合による核酸アナログは 20 あるいは 30 あると考えられるのです。私たちは、それがもう 1つあるのだろうかを知りたかったのです。さらには、それは 100 万個というような単位で見つかるかどうかも知りたかったのです。そして、その答えは、予想よりもはるかに多いようなのです」

クリーブス准教授と研究チームは、 DNA と RNA の「化学的近傍」を探索する高度な計算手法を使用し、驚くべきことに、その中で 100万を超える核酸類似体の変異体を発見した。

たとえば、 RNA と DNA はまったく異なる機能を持つことができるが、これは、単一の原子置換の存在によって分離される。同様の状況には、さらに多くの分子が存在するようだ。そこに、わずかな変更が加えるだけで、完全に新しい遺伝子分子を見いだすことができるのだ。

この種の研究の究極の目的は、地球上で最初の生命体がどのように出現したかについての理解を深めることにある。

ほとんどの生物学者たちは、 RNA が DNA の前に出現したと考えているが、 RNA は複雑な分子でもある。非常に単純な核酸が最も原始的な生命体の形成に関与した可能性は十分にある。

それがその場所と時間の中で、これらの仮想の遺伝分子は RNA と、そして DNA に置き換えられたのかもしれない。

エモリー大学の化学者で、共著者のジェイ・グッドウィン博士(Dr. Jay Goodwin)は声明で以下のように述べた。

「これらの類似のヌクレオシドに基づいた代替遺伝子システムの可能性を考えるのは本当にエキサイティングな思考です。これらは、おそらく私たちの太陽系内の他の惑星や月でさえ、異なる環境で出現し、進化していたかもしれないのです」

これは基礎科学の変更に加えて、新薬開発などの新しい調査の実用的な応用への可能性もある。

人間のような大きなゲノムを持つ生物は、非常に複雑な細胞機構を使用して遺伝情報をコピーする。そのため、 DNA をコピーする場合、これらの生物には間違った前駆体分子を選択しないようにするメカニズムがある。

ウイルスは生物学的には生物ではないが、ウイルスにはゲノムもある。ただし、それは非常に小さく、選択性がはるかに低い。

この事実は、ウイルスの DNA をコピーして複製する能力を阻害するヌクレオチド類似体を使用する多くの抗ウイルス薬に活用されている。

共著者のクリス・ブッチ(Chris Butch)氏は、以下のように言う。ブッチ氏は、かつて東京工業大学 地球生命科学研究所の研究者で、現在は南京大学の教授だ。

「遺伝の性質と、それがどのように具体化されるかを理解しようとすることは、できる限り最も基本的な研究ですが、実際に重要な実用的応用もいくつかあります」

この調査結果は、科学誌ケミカル・インフォメーション・アンド・モデリング( Journal of Chemical Information and Modeling )に掲載された。





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