[コラム] 私たちはDNAを運ぶ船
先日、息子が4歳になった。
前にも少し書いたが、息子はダウン症だ。
ヒトの染色体は46本あり、2本づつのセットになっている。
ダウン症というのは遺伝子疾患の一種で、23対あるうちの21番目の染色体が3本になっている。
21番目が3本なので、21トリソミーとも言う。この21トリソミーという言い方が私は気に入っている。
なんとなくかっこいいからという理由でｗ
もっと浸透してほしい。
というわけで、今日は、昔書いた遺伝子 DNAについて書いた記事を再構築して投稿したいと思う。
私はかねてから地球の生命（か、もしくはもっと別の生命）が発明した “DNA” というとんでもない代物に興味津々だった。
そのシステムが知りたくて、素人ながらに調べれば調べるほど「どういうこと！？」と驚くばかり。
そんな中で、2010年12月に、NASAのあの発表があった。
DNAの中のリンを猛毒のヒ素に置き換えて生きることができる “ヒ素生物” GFAJ-1 発見のニュースを覚えている人はいるだろうか。
残念ながら、この説は後に否定されてしまうんだけど、当時の私は鼻息荒く興奮したものだ。
そして、DNAについて、自分なりにまとめてみようと思ったのがこの記事なのである。
私は、この記事を、2010年12月ごろから2011年4月までにかけて書いていた。
つまり…
つまり…、3.11をはさんでいる。
遺伝子について黙々と調べていたら、かの世界を脅かす原発事故が起こったのだ。
まさに、この記事を書いている時に、あの地震が起こった。
グラグラと揺れ出して、私は書きかけのテキストファイルを無意識に保存した。
そして、その時のタイムスタンプが刻まれた。
これは当時撮ったキャプチャ。
というわけで、前置きも長くなってしまったが、本文も長い。
そろそろ始めよう。
※記事の内容は私が独自に調べてまとめた内容なので間違いもあるかも。そしたらごめん。
DNAって何だ？？
DNAってそもそも何なのか、調べれば調べるほど謎が深まってまるで出口のないラビリンスのようだ。
DNAというと、多くの人がこの二重螺旋を思う浮かべるだろう。
このよくわからない科学チックなもので生命がつくられているのかと思うと、恐ろしい気持ちになってくる。
DNAは遺伝情報を伝達する。
生命の設計図。
よく聞くフレーズだが、DNAが具体的に何をしてるのか実はよく知らなかった。いったいDNAって何なのか。
Wikiを読んでいても、次々わからない言葉で説明されてどんどんページを辿ることにｗ
『デオキシリボ核酸（DNA）は、核酸の一種。』
▼
…核酸って?
▼
『核酸は、塩基と糖、リン酸からなるヌクレオチドがリン酸エステル結合で連なった生体高分子。』
▼
…ヌクレオチドって?? …リン酸エステル結合って?? …生体高分子??
▼
『ヌクレオチドとは、ヌクレオシドにリン酸基が結合した物質である。』
▼
…ヌクレオシド???ｗｗｗｗ
と、話にならないくらいついていけない。。
でもめげずにずっと調べていたら、だんたんわかってきたよ。
DNAは何でできてるのか
DNAは、五炭糖・リン酸・塩基の3つの成分からできている。
どれもあまり聞き慣れないものだけど、とりあえず、この3つと覚えておく。
この3つの成分がくっついて出来ているひと塊を、ヌクレオチドと言う。
図にするとこんな。
ヌクレオチドが、DNAのひとつの単位となる。
関係ないけど、私はヌクレオチドという言葉がなんとなく好きだ。
ヌクレオチドたちは、リン酸でつながってヒモみたいになっている。
これがDNA。
この遺伝子の基本的構造はバクテリアから人類にいたるまでみんなに共通のものと考えられていた。
生物なのか何なのか微妙な立場にいるウイルスですら、1本螺旋のRNAを持っている。
NASAが見つけたヒ素生物 GFAJ-1 は、このヌクレオチドをつなげているリンのとこをヒ素に置き換えてもOKなやつらではないかと言われている。
※2020年現在では否定されてる。
さらっと言えてしまうけど、これが本当ならものすごいことだ。
つまり、今までは、DNA に必要な物質がない環境では生命は生まれない?
と考えられていたのが、なくてもいけるんじゃん!?
に変わったのだ。
生命はどんな環境でも出現するかもしれない、というわけで。
今まで環境を条件に、あそこにはいるかも、いないかも、なんてやってたのが振り出しに戻るような感じ。
もっと可能性は広かった!!!!!
だから 「宇宙生物学上の発見」 って大騒ぎしてたのね。
・・・・・
さて、話をDNAの構造に戻そう。
ヌクレオチドの飛び出してる部分（図で赤いとこ）は、塩基という成分でできている。
この塩基がいろいろな生命を作り出すのにとっても重要な働きをしている。
DNAを作っている塩基は、以下の4種類。
アデニン（A）・チミン（T）・グアニン（G）・シトシン（C）
私たちは、この四つの塩基の組み合わせによって形作られている。
この塩基の配列がいろいろな種類の細胞を作るときに必要なタンパク質の設計図となっているのだ。
だから、この4種類が私たちの全てを決めていると言っても過言ではない。
たったこれだけで!!!!!!!!!!!!!!!!
どうやってるかは、後で。
2メートルを数ミクロンに収める方法
私たちは、細胞核の中にDNAを持っている。
（細胞核を持たない微生物とかウイルスは構造が違うんだけど、今は忘れることにする。）
人の細胞ひとつに入っているDNAをズルズル～っと伸ばすと、なんと2メートルにもなるそうだ。
ひとつの細胞にだよ。
細胞核はもちろん肉眼では見えない。数ミクロンの世界。
そんな小さいとこにどうやって入ってるの!!!!????
と思ったら、ヒルベルト曲線というなんとも幾何学的な仕組みでしまわれているとのことだった。
ヒルベルト曲線は、フラクタルの一種で、重なり合うことなく空間を埋め尽くすことのできる図形だ。
Image credit: Science
DNAってゆうと、どうしても染色体を想像するけどあの形になるのって細胞分裂の時だけで、普段は↑こうなんだって。
知らなかったな。
これだど極限までコンパクトにできるって誰が教えたのか!!!???
自分の体の中にあることなのに、人知を超えた世界で怖くなってくる。。。
2メートルのDNAを細胞核の中にしまえて言われても私にはできないよｗ
あ、でもフラクタルって自然界では普通なものか。
毛細血管もフラクタルだもんね。。
人間の体は約60兆個の細胞でできてるそうなので、そのひとつひとつにこれが入ってる。
全部つなげたらどうなるのかな?? うーんとうーんと…
なんか想像すると宇宙並みに途方もない。
DNAを翻訳 人間の設計図は何MBか
上記で、DNAはタンパク質を作るときの設計図になっていると書いたけど、具体的にどうやってるのか。
タンパク質はアミノ酸でできてる。
タンパク質を作るアミノ酸は20種類ある。
DNAは4種類の塩基（アデニン（A）・チミン（T）・グアニン（G）・シトシン（C））の配列を使って、このアミノ酸の種類を暗号化して表現しているのだ。
たとえば、コラーゲンに含まれるグリシンというアミノ酸はDNAの暗号では、「GGT GGC GGA GGG」という配列になる。
この暗号を読んでタンパク質を組み立てていくのを「翻訳」と言う。
なんとまあ、生命の設計図は4進法で書かれていた!!!!!
「GGT GGC GGA GGG」とか言われると、普段WEBサイトを作る仕事をしている私は、色を表すときのコードを思い浮かべる。
例えば、WEBで赤と言ったら ff0000 となる。
人間みたいな複雑なものが、このようなコードで書かれてると思うとゾワゾワする。
人間の設計図は30億桁で書いてあるそうだ。
30億桁って言うと想像つかないけどどれくらいだろう??
これをパソコンの2進法でどのくらいの容量になるのか換算してみよう。
まず、DNAは4進法なので、これを2進法すると、倍にすればよいので、DNAの情報量は60億ビットとなる。
8ビット＝1バイト
なので、
60億÷8＝7.5億
人間のDNAの情報量は7.5億バイト。
もうちょっとピンと来るように メガバイト で表すと…。
1,048,576バイト＝1メガバイト
なので、
7.5億÷1,048,576≒715
7.5億バイト＝約715メガバイト
人間のDNAの情報量は約715MBという計算に。
CD-ROMにギリギリ入らないくらいか…。
これはあくまでも、人間の遺伝子の情報量なので人間の全ての容量ではないんだけど、意外と小さいような気がしてしまう。
いやはや…生命ってコンピュータちっく!!!!!!
むしろ、コンピュータが生命の構造に似せて作られてるのかな。。
なんかもうここまで来るとよくわからないけど、Wikiに乗ってる画像がすごい。
タンパク質を組み立ててるとこだって。
このように、DNAが代々伝えてきたコードを読み解いて私たちは人間となる。
卵子が受精して細胞分裂してだんだん人間になるときにDNAの設計図を使って心臓や脳が作られるんだね。
なんだこれｗｗｗ
生命っていったい何なんだ????!!!!!!
で、思いついたお話がこれ。
DNAのコピーと修復 40億年続く究極のシステム
細胞が分裂するときには、細胞核の中にあるDNAも分裂をして二つになりコピーが作られる。
だから分裂した後の細胞には、元の細胞と全く同じDNAが含まれることになる。
どうやってコピーをつくるのかというと、またこれが驚きの仕組みで。
塩基の特徴にヒントがある。
DNAは、アデニン（A）・チミン（T）・グアニン（G）・シトシン（C）の4種類の塩基の腕がついたヌクレオチドの連なりということを前に説明した。
で、この塩基には対になるものが決まっていて、こういうペアになっている。
「アデニン（A） ⇔ チミン（T）」
「グアニン（G） ⇔ シトシン（C）」
なぜ塩基がこの4種類でこのペアなのか、明確な答えはまだわかっていないようだ。
だから、今はともかくこういうもんだと覚えておく。
塩基の配列に、対となる塩基を持ったヌクレオチドがくっついてあの独特の形になる。
なぜDNAが螺旋になるのかは、調べてもよくわからなかった。
この形が安定して便利ということらしいけど。
興味がある人はどうぞ続きを調べてね。私はもう無理…。
螺旋はまあ、置いといて、このペアになる仕組みを利用すると、DNAをどんどん複製することができる。
（1）まず DNAヘリカーゼ という酵素がDNAの二重螺旋をほどく。
（2）ほどかれて1本1本になった塩基の配列で、別の酵素（DNAプライマーゼやDNAポリメラーゼ）が、（A）には（T）、（G）には（C）と対になる塩基を合成していく。
（3）見事にDNAが複製される。
こうして、細胞分裂をするたびに、どんどんDNAのコピーが作られて全部の細胞に同じDNAが格納され、遺伝情報が伝えられていく。これは細胞分裂だけに留まらず、親から子へ子からまたその子へと延々と受け継がれていくのだ。
驚愕のシステム。
DNAの破損
さて、この驚くべきDNAのシステムは、DNAが壊れてしまったときにも活躍する。
DNAにはすばらしい修復能力がある。
DNAの損傷というと、なんだかとんでもないことに聞こえるが、ひとつの細胞だけ見ても、1日に多くて50万箇所もの損傷が起きているそうだ。
言ってみれば、損傷は日常茶飯事なのだ。
損傷の原因は、DNAの複製ミスなどの内的なものと、紫外線や放射線などの外的なものがある。
例えば二重螺旋の片方が壊れてしまったら、壊れていない方の塩基配列を参照して修復ができる。
二重螺旋の両方が壊れてしまっても、似たような箇所を参照して修復が可能な場合がある。
細胞内はつねにモニタリングされていて、DNAが傷つくと、すぐに異常が検出されて修復を行う酵素などが集まってくる。
このように、地球に暮らす生命は、40億年の試行錯誤の繰り返しによって、遺伝子が破損する危機を回避し、健康な子孫、より強い子孫を残すシステムを作り上げてきた。
40億年ですよ。
これはもう、ヒヨッコの人類が太刀打ちできる代物ではない気もする。
とは言うものの、DNAも生きている。
ときには修復に失敗もする。
もしくは、自然界ではありえないほどの強い放射線を浴びてしまった場合など、私たちのDNAは修復不可能なくらい破壊されてしまうこともある。
DNAは驚くべきシステムを持ってはいるものの、いつでも修復できる無敵な存在ではなくて、修復できない事態も起こりうる。
そうなったらどうなるのか。
破損したDNAが修復できなかった場合、その細胞は機能を停止させてこれ以上分裂をしないようになるか、自ら死んで排除される。これはDNAの異常によって本体の命が危険にさられるのを防ぐためではないかと言われている。
それならばまだいいのだが、修復できなかった細胞はガン化する場合もある。
ガンになると細胞はコントロールを失いどんどん増殖して、やがて本体を殺してしまう。
また、DNAの損傷によるエラーがそのまま子孫に伝わると突然変異が発生する。
書き換えられた遺伝情報がその生命にとって有効で後世に伝達されていくものであれば、それは「進化」と呼ばれる。
逆に、その変異が子孫を残すのに致命的な障害となって現れたり、正常に生きるのがむずかしい異常、つまり病気として現れてしまう場合もある。
動物でも植物でも同じだ。
せっかく40億年かけて作り上げてきたシステムが崩れてしまった場合、一体何が起こるのか。人類はまだ知らない（のかな？）。
原発事故から10年経ってもまだわからない。
DNAは寿命を知っているのか? テロメアの神秘
人間の細胞の分裂限度は、だいたい50～70回だそうだ。
なぜ分裂に限界があるのかというと、DNAの仕組みが大きく関わっている。
人間のような真核生物のDNAは直鎖状 （ヒモ状） になってるので端っこがある。
DNAの末端には、無意味な塩基の配列 （人の場合「TTAGGG」の繰り返し） があって、くるっと丸まっている。
※画像はWikipediaから拝借。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%86%E3%83%AD%E3%83%A1%E3%82%A2
この部分をテロメアと呼ぶ。
テロメアには末端を保護する役割がある。
こうなってると、何らかの障害で切れてしまった異常な先端と区別できて、不用意に修復されたり他の染色体と合体しちゃったりするのを防げるのだ。
ビニールヒモの先っぽがほつれないようにちょっとライターで炙るような感じ?
ただ、このテロメアは細胞分裂をするたびに短くなってしまう。
難しくて私が理解できていないために説明ができないのだが、DNAのコピー機能の構造上、短くなるのはどうしようもないことのようだ。
人間の体細胞には失われたテロメアを伸ばす機能がないので、細胞分裂を繰り返すたびに、テロメアはどんどん短くなっていく。
コピーしていく度にちょっとずつ捨てないといけない部分があって、その捨ててもいい余分がどんどん減っていくイメージかな。
そうしてテロメアが一定以上短くなると、細胞は分裂をするのを止める。
テロメアがなくなってしまうと、DNAを保護できなくなるからその前にお終いにするようだ。
細胞の終末、細胞老化という状態である。
なんだか寿命へのカウントダウンみたいで、テロメアが生命の寿命を司っているように思えてしまうが、どうもそうではないらしい。
一生の間に、全ての細胞が分裂限界になることはまずなくて、100歳を超える老人も細胞分裂をまだやってる。
人間の寿命はちょっと余裕を残して訪れるってわけか。
テロメアの短縮は、老化と何かしらの関係はあるものの、そのはっきりした構造はまだわかっていないようだ。
なお、生殖細胞の精子と卵子はテロメアを伸ばすことができ、受精によって新しい生命が生まれた際には、テロメアのカウントはゼロに戻る。
だから赤ちゃんはテロメア満タン状態（?）で細胞分裂を開始できるのだ。
逆に、体細胞を使って作ったクローンの場合は、テロメアがリセットされないので、通常よりテロメアが短い状態で生まれることになる。
それから、ガン細胞もテロメアを伸ばすことができていくらでも増殖することができる特殊な細胞である。死なない細胞なんだ。
うーんん。。なんか難しいけど、このテロメアってやつを人類がいじれるようになると不老不死とかそういう恐ろしい世界になりそうな予感がする。
ただ、人間の体細胞なんかは、わざわざリミットを作ってるように思えて、そこをいじくると私たちは正常に生きていけないのではないかなとも思う。
私たちはDNAを運ぶ船
ここまで調べてくると、わからなくなることがある。
命が先に存在して、DNAという仕組みを作り出したのか、はたまたDNAが先に産まれて生命が誕生したのか。
私はなんだか後者な気がしてならない。
私はど素人なのでこれから書くことはただの妄想になってしまうが、、、、
こんな複雑で精巧な仕組みを採用して、DNAはいったい何を目指しているのか。
DNAの構造を調べていくと、どうやら奴らは 「いかに確実に自分を残すか」 ということを考えているように思う。
地球上の生命が分裂や交配を繰り返して命をつなげる行動は、つきつめていくと、DNAを存続させるという目的がある。
地球上のほとんどの生き物には寿命があって、ひとつのDNAがずっと生き続けることはない。
私たちはコピーを後世に送るという方法でDNAをつなげている。
ずっと存続したいのであれば寿命のない仕組みを作った方が確実なんじゃないか。
何でわざわざこんな難しいシステムにしてるんだろう。。。ってずっと考えていた。
寿命がなければコピーだって必要ないわけで、エラーが発生するリスクもないしね。
でも、DNAはそういう生命は作らなかった。
なぜか。
この過酷な環境で生き抜いていくには柔軟性が必要だったからではないだろうか。
変化しやすい地球の環境で、DNAが確実に生きていくには、すぐにその変化に対応できるような仕組みが必要なはずだ。
それで、試行錯誤の上、今のシステムが採用されたんじゃないだろうか。
そう考えたらなんとなく命の仕組みが見えてくるような気がする。
地球に暮らす生き物の寿命が （宇宙規模で考えたら） 驚くほど短いのは、スピードを求められたからではないだろうか。
肉体が早く滅びてしまうならば、DNAを残すために、できるだけ早いタイミングで交配をし、子孫を残そうとする。
そうすると、短い期間で環境にすぐさま対応していける。
より環境に適した、より強い肉体へとDNAをバトンタッチして次へとつなげる。
それが、子孫繁栄。
そういう意味で、「私たちはDNAを運ぶ船」 なのだ。
DNAは命という船に乗ってどこへ行こうとしてるのか。
生命はどこから来てどこへ行くのか。
これはきっと人類の永遠の謎であろう。
地球の外へ…
DNAのことを調べれば調べるほど、これがユニークで奇抜なもののように思えてくる。
ものすっごく個性的。地球ローカルって感じ。
こんなものが宇宙共通であるわけがないと思えてくる。
ヒ素生物が発見されてからは、さらにその感覚が強まっている。
生命は思ったよりバラエティに富んでいて図太いぞ。
太陽系もくまなく探せば何かいるんじゃないか。
タイタンの湖や、エウロパの氷の下、そういういかにもな場所以外にも。
もっと視野を広げると、銀河系の中には、地球とは全く異なる仕組みで命をはぐくんでいる星があるに違いない。
そういう星の生き物はいったいどういう仕組みで生きているだろう。
人類が思いつきもしない不思議な不思議な世界。
私たちの常識が全く通用しない世界がそこにはあるはずだ。
いつか人類がそれを知る日が来ることを私は望んでいる。
もちろん私が生きている間は難しいかもしれないけど。
高度に繁栄した文明はオーバーテクノロジーによって自滅するという説もあるかもしれない。
それもそうかもしれないな。なんてこの頃思う。
でも、幾多の困難を乗り越えて、人類は素晴らしい文明へと進化できるかもしれない。
宇宙のどこかに友達を見つける日が来るかもしれない。
私はそうであってほしいと夢見ている。
おしまいに
ここまで読んでくれた人、長々とありがとう。
こんな風に遺伝子という驚愕のシステムに魅了された私の元に、21番目の染色体が3本になっている息子が生まれてくるなんて、もしも神様がいるとしたら、粋なことしてくれるぜ。
私の興味はますます尽きない。
息子はその身をもって、コミカルに、面白可笑しく美しく、地球の生命の不思議を教えてくれている。
生命、神秘すぎるっ！！！
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