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2010年12月 3日 (金)

理科話(3):ヒ素食べる細菌

今朝の新聞やNHKニュースなどで、「ヒ素を食べる細菌」というのが取り上げられていました。朝日、毎日、読売、日経も取り上げたようです。
朝日新聞の記事を引用します。

ヒ素食べる細菌、NASAなど発見 生物の「常識」覆す
朝日新聞 2010年12月3日5時1分

 

猛毒のヒ素を「食べる」細菌を、米航空宇宙局(NASA)などの研究グループが見つけた。生物が生命を維持して増えるために、炭素や水素、窒素、酸素、リン、硫黄の「6元素」が欠かせないが、この細菌はリンの代わりにヒ素をDNAの中に取り込んでいた。これまでの「生物学の常識」を覆す発見といえそうだ。
 今回の発見では、NASAが記者会見「宇宙生物学上の発見」を設定したため、「地球外生命体発見か」と、CNNなど国内外の主要メディアがニュースやワイドショーで取り上げるなど「宇宙人騒動」が起きていた。
 この細菌「GFAJ―1」株は、天然のヒ素を多く含む米カリフォルニア州の塩湖「モノ湖」の堆積(たいせき)物から見つかった。研究室で培養して調べたところ、リンの代わりにヒ素を代謝に使い、増殖していた。リンは、炭素などほかの5元素とともに、生命体が核酸(DNAやリボ核酸)やたんぱく質などを作るのに必要な元素だ。ヒ素とリンは化学的な性質が似ている。
 これまで、永久凍土や深海の熱水の中など「極限環境」で生きる微生物は複数見つかっているが、こうした性質はもっていなかった。
 地下水や土壌のヒ素汚染に苦しむ地域において、汚染環境の浄化に応用できる可能性も秘めているという。
 この発見は、生命が環境に応じて柔軟に対応できることを示しており、地球外生命体探しでの「生命に必須な水を探す」といった「常識」も覆される可能性がありそうだ。
 金沢大の牧輝弥准教授(微生物生態学)は「これまでは生物が利用できないと考えられていた物質の満ちた環境でも、微生物が増殖し生存する可能性が出てきた。この細菌の発見で生物細胞を構成する『六つの元素』の概念が変わり、生物細胞内での新たな代謝の仕組みが提唱されるかもしれない」としている。
 研究成果は2日付の米科学誌サイエンス電子版で発表される。

この内容そのものはそれでいいんです。全く新しい知見であり、私が何かをつけ加えることなどありません。

●ただ、気になったことがありまして。
どの報道も「有毒なヒ素」「猛毒のヒ素」と形容しています。それは間違いではありません。でもね、一方で、以前から、ヒ素は生物にとって「必須元素」なのではないか、ということは言われていたのですよ。
「有毒」ということは、実は生物体内で「働きをもつ」から有毒なんですね。何の働きもないものは、通過して出ていくか、出せないものは包んで隔離するかでしょう、邪魔だから。(真珠はその例ですね)。
ヒ素は元素の周期表で、リンの下にその位置を占めているのです。周期表で上下に接する元素の化学的な性質は似ているんですね。周期律の概念を確立したメンデレーエフは当時の未知元素の性質を隣り合う元素の性質から予測して予言し、その予言があたったために、周期律の概念が受け入れられたのでしたね。
ヒ素はリンと似た性質を持つ、だから、リンの働きを阻害する、だから有毒なんですね。
そういう「有毒」の概念を持ってほしいのです。

●日経新聞のサイトに「NASA論文の要旨」というのが載っていました。一部引用します。

 生命を構成する重要な元素は、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、リンの6つ。核酸やたんぱく質、脂質など生体の大部分を作っている。
 米カリフォルニア州にある塩水湖「モノ湖」から取ったプロテオバクテリアのハロモナス科の一種「GFAJ―1」は、リンの代わりにヒ素を使って生きる。ヒ素は細菌のDNA(デオキシリボ核酸)や、細菌が作るたんぱく質の分子内にも取り込まれていた。
 生命を構成する基本元素がほかの元素で代替できるとの報告はこれまでにない。しかし今回、ヒ素がリンに替わり得る証拠を細菌で見つけた。基本元素の1つであるリンを別の元素で置き換えられる生命の発見は、進化学や地球化学において重要な意味を持つ。
 元素の周期律表で言えば、ヒ素はリンのすぐ下にある。原子半径が近い。リンはふつう生体内でリン酸イオン(PO43-)になっている。その振る舞いはヒ酸イオン(AsO43-)でも似ている。今回、リン酸がヒ素に置き換えられるとの仮説を立て、実験で確かめることにした。

ね、ヒ素とリンが似た元素であることが指摘されていますね。で、DNAやたんぱく質にも取り込まれていた、とありますね。その点が重要なんです。使えないけれど環境にいっぱいあるから細胞内に隔離して貯め込んである、という状況ではないんですね。実際に「使っている」という点が重要です。そしてまた「使える」ということですね。
 やっぱり、オリジナルの論文はきちっと組み立てられていて、報道機関は必ずしも科学的に重要なポイントを報道していないということのようです。報道機関の「科学レベル」というのは気にしておく必要があります。

●CHONPSが生物にとっての「重要な元素」です。チョンプスと覚えて下さい。
植物の十大元素とかいって、CHOPKNSCaFeMgなんて覚えませんでしたか。
See Hopkins'  Cafe & Mg というような覚え方もあります。
あまりにありふれているので忘れがちですが、NaやClも必須です。

こういう主要元素のほかに、人間でも微量ではあるが必須の元素、というのもあるんですね。
I,Se,Zn,Cu,もちろんFe・・・
いろいろあるんですよ。

●「生体にとって有用な働きを持つ物質」と似た性質を持つ物質は、「生理活性」があって、薬になるかもしれないし、ひょっとすると毒になるかもしれない、ということについて理解があまり深まっていない気がします。
善玉・悪玉二元論に陥らないでくださいね。
絶対的な薬、絶対的な毒、というものはないのです。

今回の報道に、「あの悪玉のヒ素が・・・」という一種の「あおり」を感じたものですから、長々と書いてみました。

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