Chapter Content
えーと、何でしたっけ、 chapter 37 、素晴らしい細胞、についてお話しようかな。
生命って、ほら、一個の細胞から始まるじゃないですか。最初は一個だった細胞が、それが二つに分かれて、またそれぞれが二つに分かれて、みたいな感じで増えていくんですよね。で、それがね、なんと47回くらい繰り返されると、もう100兆個、いや、10京個だっけ？とにかくものすごい数の細胞になって、ついに一人の人間になる準備が整うんだって。 まあ、実際には、その過程でたくさんの細胞が離れていっちゃうから、正確な数っていうのは、あくまでも推定らしいんだけどね。資料によっても、その数字は結構バラバラなんだって。この10京個っていう数字は、確かマーグリスとセーガンの『ミクロコスモス』っていう本から取られたものだったかな。
でね、受精卵ができた瞬間から、人が死ぬまで、その細胞一つ一つが自分の役割を完璧に理解してるんだって。あなたを守り、維持するためにね。
あなたの細胞にとって、あなたに秘密なんてないんですよ。細胞たちは、あなた自身よりもあなたのことをよく知ってるんだって。すべての細胞は、体の設計図である遺伝子コードを丸ごと持ってるから、自分の仕事だけじゃなくて、体の中の他のどんな仕事も知ってるんだって。だから、生きている間、細胞に「アデノシン三リン酸の状態をチェックしてね」とか、「余分な葉酸の保管場所を見つけてね」とか、いちいち指示する必要はないんだって。そういうこと、あと何百万ものことを、勝手にやってくれるんです。
細胞って、本当に自然の奇跡ですよね。一番シンプルな細胞でさえ、その構造の精巧さは、人間の知恵では絶対に及ばないんだって。例えば、基本的な酵母細胞を作るだけでも、ボーイング777ジェット機を作るのと同じくらいの部品が必要で、それを直径5マイクロメートルの球の中に組み込まなくちゃいけないんだって。しかも、その球を繁殖させなきゃいけないんだから、もう考えられないですよね。
でもね、人間の細胞っていうのは、その多様性とか複雑さからいって、酵母細胞なんて比じゃないんだって。まあ、酵母細胞も複雑な相互作用があるから、それはそれで面白いんだけどね。
あなたの細胞は、10京個の市民からなる国みたいなものなんだって。それぞれの市民が、あなたの全体的な利益のために、それぞれのやり方で一生懸命働いてるんだって。あなたのために何でもやってくれて、喜びを感じさせてくれたり、考えを生み出したり。立ったり、伸びをしたり、飛び跳ねたりすることもできる。食べ物を食べれば、栄養を吸収してエネルギーを作って、老廃物を排出してくれる。高校の生物で習ったようなこと全部やってくれるし、お腹が空くように仕向けたり、食後に心地よい気分にさせてくれたりするから、忘れずにご飯食べようって気になるんですよね。髪の毛を伸ばしたり、耳垢を作ったり、脳を静かに動かしたり。体の隅々まで管理してくれて、ピンチの時には守ってくれる。あなたのためなら喜んで命を捧げるんだって。毎日、数十億個もの細胞がそうしてるんだよ。でも、あなたは一度も感謝したことがないかもしれない。だから、今、ちょっと立ち止まって、細胞たちに敬意と感謝の気持ちを捧げましょう。
細胞がどうやってそんなことをやってるのか、脂肪をどうやって蓄えて、インスリンをどうやって作って、複雑な生命体であるあなたを維持するために必要な活動にどうやって関わっているのか、ほんの少しは分かってるかもしれないけど、ほんとに、ごくごくわずかな部分だけなんだって。体の中では、少なくとも20万種類ものタンパク質が活動してるんだけど、私たちが知ってるのは、そのうちの2%くらいなんだって。（50%くらい知ってるっていう人もいるみたいだけど、それは「知ってる」っていう言葉の定義によって変わってくるみたい。）
細胞の世界で起こる驚くべきことっていうのは、本当に次から次へと出てくるんですよね。一酸化窒素っていうのは、自然界では恐ろしい有毒ガスで、大気汚染の原因の一つじゃないですか。1980年代に、科学者たちが人間の細胞の中で一酸化窒素が作られているのを発見した時は、さすがに驚いたらしいですよ。最初は、それが一体何をしてるのか分からなかったんだけど、調べていくうちに、血液の流れをコントロールしたり、細胞のエネルギーレベルを調整したり、がんや病原体を攻撃したり、嗅覚を調整したり、果ては勃起を助けたりと、いたるところで重要な役割を果たしてるってことが分かったんだって。狭心症の治療に使われるニトログリセリン、あれって爆薬としても知られてるけど、あれが狭心症を和らげる理由も、それで説明できるんだって。（ニトログリセリンが血液中で一酸化窒素に変換されて、血管の壁の筋肉をリラックスさせるから、血液がスムーズに流れるようになるんだって。）たった10年足らずの間に、自然界の毒素が、体の中の万能薬になっちゃったんだから、すごいですよね。
ベルギーの生化学者クリスチャン・ド・デューブによると、私たちは「約数百種類」もの細胞を持っていて、その大きさや形は大きく違うんだって。神経細胞は糸状で、1メートルも伸びるし、赤血球は円盤状だし、視覚を助ける光受容体細胞は棒状なんだって。細胞の大きさも全然違っていて、一番印象的なのは、妊娠の瞬間で、精子が卵子に向かっていく時。精子って、卵子よりも85000倍も小さいんだって。（これは、男性の征服欲の象徴化だっていう人もいるけど。）でも、人間の細胞の平均的な幅は、20マイクロメートルくらい。1ミリメートルの約2%っていうと、ほとんど見えないくらい小さいけど、ミトコンドリアみたいな複雑な構造が何千個も、分子が何百万個も入るくらいの大きさはあるんだって。細胞の活動力もそれぞれ違っていて、例えば、皮膚細胞は死んでるんだって。自分の体の表面が死んでるって考えると、ちょっと嫌な気分になるかもしれないけどね。平均的な大人の場合、約2キログラムの死んだ皮膚をまとっていて、毎日数十億個もの細胞が剥がれ落ちてるんだって。埃っぽい棚に指で線を引くと、それは死んだ皮膚で描かれた線なんだって。
ほとんどの細胞の寿命は、1ヶ月くらいなんだって。でも、例外もあって、肝臓の細胞は何年も生きるけど、内部の構成要素は数日ごとに更新されるんだって。脳細胞は、あなたの寿命と同じくらい長いんだって。生まれた時から約1000億個の細胞を持っていて、それがピークで、1時間あたり約500個の細胞を失ってるんだって。だから、よく考えてみると、本当に一瞬たりとも無駄にできないですよね。でも、脳細胞の構成要素は常に更新されているから、肝臓細胞と同じように、実際には脳細胞も1ヶ月くらいしか生きてないんだって。実は、体のどの部分も、迷子になった分子も含めて、9年前とは違っていると考えられているんだって。ちょっと不思議な感じだけど、細胞レベルで見ると、私たちはみんな若いってことなんですよね。
細胞を最初に記述したのは、ロバート・フックっていう人で、以前にも名前が出てきましたよね。彼は、惑星の運行に関する万有引力の法則の発見を巡って、アイザック・ニュートンと争った人。フックは68歳まで生きて、生涯で多くの功績を残しました。理論家としても優れていたし、精密な機器を作るのが得意だったんだけど、彼の名声を最も高めたのは、1665年に出版されたベストセラー『顕微鏡図譜』だったんだって。彼は、顕微鏡を通して見えるミクロの世界を一般の人々に紹介して、その世界の多様性、賑やかさ、巧妙な構造に人々は驚いたんだって。
フックは、植物の小さな空洞を最初に発見して、それを「細胞」って名付けたんだって。修道士の独房を連想させたからだって。フックは、1平方センチメートルのコルクに約195255750個もの空洞が含まれていると計算したんだって。科学の世界で、こんなに大きな数字が出てきたのは初めてのことだったらしい。顕微鏡の発明から、すでに30年くらい経っていたんだけど、フックの顕微鏡は性能が格段に高かったんだって。30倍まで拡大できたみたいで、17世紀の光学技術の中では、群を抜いていたんだって。
それからわずか10年後、フックとロンドン王立協会のメンバーは、オランダのデルフトに住む麻布商から送られてきた、275倍の顕微鏡で観察した画像と報告書を見て、驚いたんだって。その麻布商の名前は、アントニ・ファン・レーウェンフック。彼はほとんど教育を受けておらず、科学的な知識もなかったんだけど、鋭い観察眼と技術的な才能を持っていたんだって。
彼がどうやってそんなに高倍率の顕微鏡を、あんなに簡単な装置で作ることができたのか、今でも分かってないんだって。小さなガラス片を木に埋め込んだだけのものだったみたいで、私たちが想像するような顕微鏡とは全然違うんだけどね。レーウェンフックは、実験をするたびに新しい機器を作っていたみたい。でも、自分の技術については、口が堅くて、ほとんど何も教えてくれなかったんだって。
驚くことに、40代から始めたのに、50年間近くにわたって、王立協会に200件近い報告書を提出したんだって。しかも、オランダ語だけで書いてあったんだって。レーウェンフックは、自分が発見したことをリストアップして、美しい絵を添えたんだけど、説明はほとんどなかったんだって。報告書には、彼が調べたものほとんどすべてが含まれていて、パンのカビ、ミツバチの針、血球、歯、髪の毛、自分の唾液、精液、果ては大便まで（最後の2つについては、悪臭を詫びる言葉が添えられていたらしい）…それまで顕微鏡で見たことのないものばかりだったんだって。
1676年、レーウェンフックは、コショウ水の中に微生物を発見したと報告したんだって。王立協会は、イギリスで製造できる最高の機器を使って、その「小さな動物」を探したんだけど、1年後になってやっと倍率の問題を解決したんだって。レーウェンフックが発見したのは、原生動物だったんだって。彼は、ほんの一滴の水の中に、オランダの人口よりも多い828万個もの微生物がいると計算したんだって。世界はそんな生命で満ち溢れていて、その生活様式や数は、それまで想像されていたものをはるかに超えていたんだって。
レーウェンフックの驚くべき発見に触発されて、他の人たちも顕微鏡を覗き込むようになったんだけど、中には熱心すぎるあまり、実際には存在しないものを見てしまう人もいたんだって。尊敬されていたオランダの研究者、ニコラース・ハルツェーカーは、精子の中に「予め形作られた小人」がいると主張して、その小人を「ホムンクルス」って名付けたんだって。一時、すべての人、いや、すべての生物は、小さくて完全な母体の拡大版にすぎないって信じられていた時期もあったみたい。レーウェンフック自身も、個人的な興味に没頭することがあったみたいで、最も成功しなかった実験の一つに、火薬の爆発の特性を調べるために、小型の爆発を間近で観察しようとしたら、危うく目を怪我するところだったんだって。
1683年、レーウェンフックは細菌を発見したんだけど、顕微鏡技術の限界から、その後1世紀半にわたって、研究はあまり進まなかったみたい。1831年になってやっと、スコットランド人のロバート・ブラウンが細胞核を初めて発見したんだって。ブラウンは植物学者で、科学史にも興味を持っていたんだけど、それはあまり知られていないんだって。彼は1773年から1858年まで生きて、自分の発見を、ラテン語の「小さなナッツ」を意味する「nucula」から「細胞核」って名付けたんだって。1839年になってやっと、細胞がすべての生命の基礎であるってことが認識されたんだって。それを洞察したのは、ドイツ人のテオドール・シュワン。科学的な洞察としては、比較的遅かったし、最初から広く受け入れられたわけでもなかったんだって。1860年代になって、フランス人のルイ・パスツールが画期的な研究を完成させて、生命は自然発生するのではなく、既存の細胞から生まれるということが証明されたんだって。この理論は「細胞説」と呼ばれて、現代生物学の基礎になっているんだって。
細胞は、「複雑な化学精製工場（物理学者のジェームズ・トレフィル）」から「人口密集した大都市（生物学者のガイ・ブラウン）」まで、いろんなものに例えられるんだけど、そのどちらでもあるし、どちらでもないんだって。化学精製工場っていうのは、細胞の中で莫大な量の化学反応が起こっているからで、大都市っていうのは、細胞の中が混雑していて、活発で、一見混乱しているように見えるけど、独自の構造を持っているからなんだって。でも、実際には、どんな都市や工場よりもずっとすごいんだって。まず、細胞の中には上下の区別がないんだって。（重力は細胞の大きさのものにはほとんど影響を与えないから。）細胞の隅々まで、原子サイズの空間まで、最大限に活用されていて、あらゆる場所で活動が行われ、電流が常に流れているんだって。私たちは、自分が電気を帯びているってあまり感じないかもしれないけど、実際には帯びているんだって。私たちが食べるもの、呼吸する酸素は、細胞の中で電流に合成されるんだって。じゃあ、なんでお互いに触れ合っても感電したり、ソファーに座ってもソファーが燃えたりしないんだろう？それは、すべてが非常に小さい規模で起こっているからなんだって。電圧はわずか0.1ボルトで、伝わる距離はナノメートル単位なんだって。でも、それをスケールアップすると、1平方メートルあたり2000万ボルトの衝撃力になるんだって。それは、雷の中心部で発生する電荷と同じくらいなんだって。
形や大きさに関わらず、体の中にあるすべての細胞の構造は、大体同じなんだって。外側の殻である細胞膜があって、正常に機能するために必要な遺伝情報が蓄えられている細胞核があって、その間には、細胞質と呼ばれる空間があるんだって。細胞膜は、私たちが想像するような、ピンで刺せるような丈夫なゴム状のものではなく、脂質っていう脂肪でできているんだって。シェーウィン・B・ニューランドの言葉を借りると、「軽い機械油」みたいなものなんだって。なんだか頼りない感じがするかもしれないけど、顕微鏡で見ると、物の見え方が変わってくるんだって。分子レベルでは、水が重いゲルになり、脂質は鋼鉄みたいになるんだって。
もし細胞の中に入り込む機会があったとしても、きっと好きにはなれないと思うよ。もし原子をエンドウ豆くらいの大きさに拡大すると、細胞は直径800メートルの球体になるんだって。細胞骨格っていう梁のような複雑な骨組みで支えられていて、中にはバスケットボールくらいの大きさのものから、自動車くらいの大きさのものまで、何百万個もの物体が弾丸のように飛び交ってるんだって。足を踏み入れる場所を見つけるのも難しいし、あらゆる方向から物がぶつかってきたり、引き裂かれたりするんだって。細胞の中に長くいるメンバーにとっても、ここは危険な場所なんだって。DNAの鎖は平均して8.4秒ごとに、化学物質や何か他のものに攻撃されたり、傷つけられたり、バラバラにされたりするんだって。1日に1万回もそういうことが起こるんだって。細胞が生き続けるためには、すべての傷をすぐに修復する必要があるんだって。
タンパク質は非常に活発で、常に回転したり、震えたり、飛び回ったりしていて、1秒間に10億回もぶつかり合ってるんだって。酵素もタンパク質の一種で、細胞の中をあちこち走り回って、1秒間に1000個もの作業をこなすんだって。まるで早回しで見ているアリみたいに、分子を次々と組み立てたり、再構築したりするんだって。何かを少し削ったり、何かを少し加えたり。酵素の中には、通り過ぎるタンパク質を常に監視していて、修復できないほど損傷したタンパク質や欠陥のあるタンパク質に、化学的な印をつけるものもいるんだって。そして、その印を付けられたタンパク質は、プロテアソームっていう構造に運ばれて、分解されて、新しいタンパク質になるんだって。半時間も生きられないタンパク質もあれば、数週間も生きられるタンパク質もある。でも、みんな信じられないほど激しい動きをしているんだって。ド・デューブが指摘するように、「分子の中のすべてが、想像を絶する高速で動いている。私たちには想像もできないほどだ。」
でも、分子の世界の動きを遅くして、相互作用を詳しく観察できるくらい遅くすると、それほど圧倒されることはなくなるんだって。細胞は、単に何百万個もの物体、様々な大きさや形の溶媒、エンドソーム、リボソーム、配位子、ペルオキシソーム、タンパク質が、何百万個もの別の物体とぶつかり合って、栄養物からエネルギーを取り出したり、新しい構造を合成したり、老廃物を除去したり、侵入者を撃退したり、情報を送受信したり、修復作業をしたりっていう、ごく普通の作業を行っているだけだってことに気づくんだって。細胞には通常、約2万種類のタンパク質が含まれていて、そのうち約2000種類のタンパク質の分子数は、それぞれ少なくとも5万個はあるんだって。「つまり、」とニューランドは言います。「それぞれの数が5万以上の分子だけを数えても、1つの細胞に含まれるタンパク質分子の総数は、少なくとも1億個になる。これは驚くべき数字であり、私たちの体内で起こっている生化学的活動がいかに激しいかを知ることができる。」
この活動によって消費されるエネルギーも莫大なんだって。心臓は、1時間あたり約340リットルの血液を送り出し、1日あたり8000リットル以上、1年あたり300万リットルも送り出さなければならないんだって。これは、オリンピックサイズのプール4つ分に相当する量で、すべての細胞に新鮮な酸素を供給するためなんだって。（これは安静時の話で、激しい運動をすると、この数字は6倍にもなるんだって。）酸素は、細胞の発電所であるミトコンドリアに吸収されるんだって。1つの細胞には通常、約1000個のミトコンドリアがあるんだけど、細胞が何をしているか、どれくらいのエネルギーが必要かによって、その数は大きく変わるんだって。
以前にも話したように、ミトコンドリアは、もともと捕獲された細菌で、今は私たちの細胞に住み着いているんだって。独自の遺伝子情報を持っていて、自分のペースで分裂して、独自の言語を操っているんだって。おかげで、私たちは健康でいられるんだって。なぜかって？私たちが摂取したほとんどすべての食べ物と酸素は、ミトコンドリアに運ばれて、そこでATP（アデノシン三リン酸）っていう分子に変換されるからなんだって。
ATPっていう名前は聞いたことがないかもしれないけど、これが体を正常に機能させるために不可欠なものなんだって。ATP分子は、小さな電池みたいなもので、細胞内を移動して、細胞の活動に必要なすべてのエネルギーを供給するんだって。その過程で、私たちは大きな恩恵を受けているんだって。あなたが生きている一瞬一瞬、体の中のすべての細胞には、通常10億個のATP分子が存在していて、2分後にはそのエネルギーが使い果たされ、また10億個の新しいATP分子がそれらに取って代わるんだって。毎日、私たちが生成して消費するATPの重さは、体重の約半分にもなるんだって。温かい肌に触れてみて。それはATPが働いている証拠なんだって。
細胞が不要になると、立派な方法で死んでいくんだって。自分を支えていたすべての支柱とアーチを取り外して、静かに自分の構成要素を飲み込んでいくんだって。このプロセスは、アポトーシス、または細胞死メカニズムと呼ばれているんだって。毎日、数十億個の細胞があなたのために死んでいき、また数十億個の別の細胞が、それらの死骸を掃除してくれるんだって。細胞は、感染症にかかった時みたいに、突然死ぬこともあるけど、ほとんどの場合は、指令に従って死んでいくんだって。実は、生き続けるための指令を受け取らなければ、つまり、別の細胞からの活動指令を受け取らなければ、細胞は自殺してしまうんだって。細胞は、本当に慰めを必要としているんだね。
まれに、細胞が指令に従って死なずに、必死に分裂して拡散し始めることがある。それががんと呼ばれるものなんだって。がん細胞は、迷子になった細胞にすぎないんだって。細胞は、よく似たような間違いを犯すんだけど、人間の体には、その間違いを修正するための複雑なメカニズムが備わっていて、ごくまれに、細胞の活動が制御不能になることがあるんだって。平均すると、10京回の細胞分裂につき1回、致命的な病気にかかるんだって。がんは、どんな意味においても運が悪いことの表れなんだって。
細胞の素晴らしいところは、たまに問題が起こることではなくて、何十年もの間、体の中のすべてを正常に機能させていることなんだって。そのため、全身のあらゆる場所から情報を絶え間なく送信したり監視したりしているんだって。指令、質問、修正、救助、更新、分裂、または死亡の通告といったメッセージをね。これらの情報のほとんどは、ホルモンっていう化学物質によって伝えられるんだって。インスリン、アドレナリン、甲状腺ホルモン、テストステロンなどね。脳や地域センターから送信される情報もあるんだって。このプロセスは「傍分泌シグナル伝達」と呼ばれているんだって。そして最後に、細胞は隣同士と直接コミュニケーションをとって、足並みを揃えるんだって。
細胞の最も注目すべき特徴は、絶え間ない運動と衝突の状態で、狂ったような速さで動いていることで、そうさせているのは、引力と斥力っていう基本的な法則に過ぎないんだって。細胞の動きに理性はないんだって。すべての運動は静かに、繰り返し、確実に起こっていて、私たちはそれにほとんど気づかない。しかし、それが細胞内の秩序を維持し、有機体を完璧な調和状態に保っているんだって。何兆、何京もの反射的な化学反応が、私たちがまだ知ったばかりの方法で、行動し、考え、意志を持つあなたを形成しているんだって。あるいは、あまり考えない、それでも構造的に整然としたコガネムシをね。どんな生物も、原子工学の奇跡だってことを忘れないでほしい。
原始的だと思われている生物の中には、私たちの細胞組織が雑で平凡に見えるような細胞組織を持っているものもあるんだって。海綿の細胞を分解して（例えば、フィルターに通す）、溶液に戻すと、すぐに再集合して海綿に戻るんだって。何度繰り返しても、しつこく再集合するんだって。なぜなら、あなたや私、そして他のすべての生物と同じように、生き続けたいという抑えきれない衝動を持っているからなんだって。
そして、そのすべての理由は、非常に奇妙で、揺るぎなく、私たちがほとんど知らない分子が存在するからなんだって。その分子自体には生命がなく、そのほとんどは何もしていないんだって。その名前はDNA。科学と私たちにとって、それがどれほど重要なのかを理解し始める前に、160年くらい前のヴィクトリア朝時代のイギリス、つまり博物学者チャールズ・ダーウィンが住んでいた時代に戻る必要があるんだって。当時、ダーウィンは「史上最高の理論」を提唱したんだけど、その後15年間、引き出しの中にしまわれていたんだって。その理由は、説明するのに少し時間がかかるんだけどね。