一分子生命ビッグバンはセントラルドグマに矛盾するか

一分子生命ビッグバンはセントラルドグマに矛盾するか

索引

  1. 一分子生命ビッグバン仮説はセントラルドグマに矛盾する
  2. 一分子生命ビッグバン仮説もセントラルドグマも両方正しい
  3. なぜ地球にはRNAとDNAの二種類があるのか
  4. 一分子生命ビッグバンのインフレーション期の後は?
  5. まとめ

一分子生命ビッグバン仮説はセントラルドグマに矛盾する

「一分子生命ビッグバン(Bigbang of Life from One Molecule )」の学説は、光学活性を持つ自己複製可能な、たった一つの有機分子から地球上のあらゆる生命体が進化したことを仮定します。

なるほどこの仮定を受け入れると、生命発生の最初の段階でパラメータが厳密に規定されたことになるので、その後地球上で進化を遂げたあらゆる生命体は、このたった一つの有機分子と同じ性質を引き継ぐことになります。

たった一つからスタートしたから、L型とD型の二種類あるはずの光学活性体のうち、現存する全ての生物に使われている現在のアミノ酸のL型につながる絶対構造が選択された。

たった一つからスタートしたから、アミノ酸の種類は20種類程度しかない。一人が着る服は20種類もあれば十分だったから。

たった一つからスタートしたから、自己複製システムはDNA(RNA)システムの一種類しかない。たった一つの有機分子に合わせてこのシステムは設計されたため、二種以上のシステムは必要なかったから。

たった一つからスタートしたから、自己複製に決定的に関与するDNAの二重らせんは右巻きが選ばれた。二重らせんが右巻きである理由は、たった一つの有機分子が持つたった一つの絶対構造に適合させるためであったから。

このようにこれまで解くことのできなかった分子生物学上の様々な難問を次々と撃破していく一分子生命ビッグバン仮説ですが、一分子生命ビッグバン仮説には見過ごすことのできない欠陥があります。

見過ごすことのできない一分子生命ビッグバン仮説の欠陥

それは、一分子生命ビッグバン仮説は、セントラルドグマに反する、という点です。

セントラルドグマの基本的な考え方は高校の生物の授業で学習しますので、このブログを読んでいる方でセントラルドグマを知らない人はいないと思います。

セントラルドグマとは、タンパク質が合成される際に、最初にDNAから遺伝情報が読み取られ、その遺伝情報に基づいてL型アミノ酸を用いてタンパク質が合成される順番をとると考える学説です。

この考え方はDNAの二重らせん構造を突き止めたクリックにより提唱されました。

全くの例外がないわけではありませんが、生物の体内で合成されるタンパク質は、このセントラルドグマの学説にほぼ忠実に従います。

現在地球上に生存している全ての生命体はこのセントラルドグマに従うため、遺伝情報に基づかないで合成されたタンパク質を自身の構成要素として使っている生物は、地球上では観測されない、と言い切っても過言ではありません。

地球上の生命体がL型アミノ酸のみを使う理由は?

セントラルドグマに従えば、タンパク質合成の過程で、DNAに記録された遺伝情報に基づいて、これこれのアミノ酸を持ってきなさい、と指令を受けたトランスファーRNA (t-RNA)がL型アミノ酸を探してきて、よいしょ、よいしょとタンパク質が合成されるリボソームまで運んできます。

この時にt-RNAが、(イ)”アミノ酸の種類”と、(ロ)アミノ酸のL型とD型のうち”L型のみ”を選択して、リボソームまでアミノ酸を運べば良いので、一分子生命ビッグバン仮説にいう、たった一つの有機分子から合成されるL型アミノ酸の存在をわざわざ別途仮定する必要がないように思われます。

地球上の生命体が自己複製にDNAを使う理由は?

セントラルドグマが正しければ、DNA(RNA)が地球上に存在しなければタンパク質は合成されず、従って自己の構成要素としてタンパク質を必要とする地球上の生命体は存在しません。

タンパク質を必要とする地球上の生命体が存在しなければ、タンパク質を必要としない地球上の生命体(これを生命体と呼ぶかどうかには若干の議論がありますが)が存在したとしても、やがて絶滅するため、地球上から生命体が消えてなくなります。

地球に液体状態の水が存在しなければ、地球に生命は誕生しなかった。
だから地球に水が存在した。

全くこれと同じ論法で、

地球にDNA(RNA)が存在しなければ、地球に生命は誕生しなかった。
だから、地球にDNA(RNA)が存在した。

・・・という、「最初にDNA(RNA)ありき」、というドグマが生じました。

最初にDNA(RNA)が存在したのなら、「光学活性を持つ自己複製可能な、たった一つの有機分子から地球上のあらゆる生命体が進化した」という仮定をわざわざ持ってくる必要がないですね。

アミノ酸の種類が20種類程度なのも、セントラルドグマに従うアミノ酸が20種類程度であった、というだけのことです。

セントラルドグマに従わないアミノ酸が数百万種あろうとも、セントラルドグマに従わない物質は生命体系に取り込まれることはないので、生命体系に影響を与えることはありません。

またアミノ酸の全てがL型なのも、設計図としてのDNA(RNA)の遺伝情報に基づいてt-RNAが選択しているだけの話で矛盾点はありません。

また全ての自己複製に直接関与するDNAの二重らせんが右巻きなのも、試行錯誤の結果、右巻きの方が効率よく働くような環境因子が生命発生の時点で影響を及ぼしたから。

この様に考えると、セントラルドグマにより全ての現在の生命体系を矛盾なく説明することができます。

わざわざ一分子生命ビッグバン仮説を唱える必要がありません。

・・・さてセントラルドグマにより荒海の見える断崖絶壁のふちまで追い詰められた様に見える一分子生命ビッグバン仮説ですが、ここから生命誕生のミステリー最大の難所ともいえる謎解きが、今から、始まります。

一分子生命ビッグバン仮説もセントラルドグマも両方正しい

結論からいうと、一分子生命ビッグバン仮説もセントラルドグマも両方正しいです。

実は、一分子生命ビッグバン仮説には、揺籃期(ゆりかごの家内産業の時代)とインフレーション期(自己コピーに次ぐコピーにより、指数関数的に地球上に爆発的に広がる産業革命の時代)が含まれます。

セントラルドグマが働くのは、一分子生命ビッグバン後期、すなわち、インフレーション期以降です。

一分子生命ビッグバンの揺籃期

L型アミノ酸は図1に示す構造を有しています。

図1 L型アミノ酸の立体構造

図1のR基の違いによりアミノ酸の種類の違いがでます。地球上の生命体ではせいぜい20種類程度です。

図2 地球上に最初にアミノ酸を送り出した代謝系の基本構造


地球上に、最初に図2に示す代謝系がたった一個登場しました。図2に示す通り、水素基、アミノ基およびカルボキシル基の受容部の絶対位置が固定されたものです。

この代謝系は「Mother Template(略してMT)」と呼ばれます。MTは代謝系としてアミノ酸を供給します。水素基、アミノ基およびカルボキシル基の受容部の絶対位置が固定されているため、このMTから産生されるアミノ酸は全てL型になります。

一つのL型アミノ酸と三つの核酸塩基からなる初期複合体の生成

MTから産生されたL型アミノ酸のそれぞれは、アデニン(A)、ウラシル(U)、グアニン(G)およびシトシン (C)の中から選ばれた三つの核酸塩基と対になって、初期複合体を形成します。

図1におけるアミノ酸のうち、R基のある側をヘッド側、アミノ酸のL型、D型の絶対配置を決定するアミノ基、カルボキシル基および水素基のある側をテール側と呼びます。

アデニン(A)、ウラシル(U)、グアニン(G)およびシトシン (C)の中から選ばれた三つの核酸塩基は、図1におけるアミノ酸のR基の構造を認識して配位することができます。

つまり、三個が一組になった核酸塩基は、図1におけるL型アミノ酸のR基側、すなわちヘッド側を認識して配位します。これにより、L型アミノ酸一つと核酸塩基三つにより、一つのまとまった初期複合体が形成されます。

(なおこれらの初期複合体をまとめ上げる別の構成要素があった可能性はありますが、説明をすっきりわかりやすくするため、主役であるL型アミノ酸一つと核酸塩基三つに対象を絞って説明します。)

この初期複合体がリボースやリン酸等と反応することにより初期ヌクレオチドが形成されます。

そしてその初期ヌクレオチド同士が重合することにより、原始RNAが形成されます。

その前後の過程でL型アミノ酸は放出されます。

つまり一分子生命ビッグバン仮説によれば、「MTから産生されたL型アミノ酸がテンプレートになって」、RNAの生成を手助けする、というのです。

L型アミノ酸の最初の仕事はRNA形成、ひいてはDNA形成のテンプレートになること

MTから産生されたL型アミノ酸の最初の仕事は、実はタンパク質になることではなくて、RNAを形成するためのテンプレートになることでした。

一分子生命ビッグバン仮説によれば、生命誕生の研究過程において、これまで見過ごされてきた最大のポイントが、実はL型アミノ酸のヘッド側構造情報に基づいて、原始RNA、ひいては原始DNAが形成されてきたと考える点です。

つまり、まずL型アミノ酸のヘッド側構造情報という「答え」があって、その「答え」にぴったり当てはまる「問題」を作るように、原始RNAが作られてきたのです。

一分子生命ビッグバン仮説では、原始RNAや原始DNAが最初に学習したのは、タンパク質の配列情報(現在でいうところの遺伝情報)ではない、と考えます。

一分子生命ビッグバン仮説によれば、原始RNAが最初に学習したのは、あくまでL型アミノ酸のヘッド側構造情報なのです。

結果論ですが、これから自分たちが何を使えるか、についての原材料情報を原始RNAは学習し、その情報をRNAの鎖の中に、核酸塩基の配列という形でため込んできたことになります。

現行のAIが、学習済みデータを取り込むのに似ていますね。

原始RNAがL型アミノ酸のヘッド側構造情報を学習したという根拠

もしあなたが先に説明したセントラルドグマの信者であれば、地球上に最初にRNAやDNAが現れて、そのRNAやDNAの持つ情報を元に、L型アミノ酸が選択され、タンパク質等の生命体に必要な構造が形成されてきたと信じていると思います。

「設計図がなければ、作りたいものも作ることができない」からですね。

私からのセントラルドグマ信者への質問はこうです。「ではそのRNAやDNAが持つ情報は、何に由来するものなのか、教えてくださいますか?」

もしL型アミノ酸が最初に地球に登場する前にRNAやDNAが先に登場したというのなら(RNAやDNAが宇宙から来たと主張する人の場合も同じですが)、そのRNAやDNAが持つ情報は何に基づいて形成され、何を意味する情報なのですか?

答えられますか?

こんな簡単な質問にも答えられないままに、いい加減な説明をするのは、もう今日でおしまいにしませんか。

・・・脱線しました。話を元に戻しましょう。

RNAやDNAの核酸塩基配列は、正確にL型アミノ酸の種類を指定する

原始RNAがL型アミノ酸のヘッド側構造情報を学習したという根拠は種々指摘できますが、先に核酸塩基の配列が生成されて、その配列に合うアミノ酸を後で探すとしたら、意味のある核酸塩基配列が得られにくい、という問題があります。

指定するアミノ酸の構造が分からない段階で、先に核酸塩基の配列を生成する、というのは、核酸塩基の配列の順番をサイコロで決める、というのと同じです。

サイコロで適当に振った文字列が、何らかの意味を持つようになるまで試行錯誤を繰り返したとすると、40億年以上の年月を経ても有意な生命体は発生しなかったことでしょう。

RNAやDNAの核酸塩基配列は、正確に一つのL型アミノ酸を指定する

RNAやDNAの核酸塩基配列は、異なる組み合わせが一つのL型アミノ酸を指定することはあるものの、核酸塩基配列を決定すると、それに対応するL型アミノ酸が一つに決定されます。

核酸塩基配列を決定したのに、二種以上のL型アミノ酸が指定されてしまう、というバグは起きません。

なぜバグが起きないのでしょう?

それは、実際にL型アミノ酸に配位した核酸塩基(一つのL型アミノ酸に三つの核酸塩基がまとわりつくイメージ)が原始RNAに連鎖的に組み込まれていくからです。

隣り合う核酸塩基配列がL型アミノ酸を指定する

RNAやDNA上で、なぜ互いに隣接する核酸塩基がひとかたまりになって、一つのL型アミノ酸を指定するのでしょう。

それは、実際にL型アミノ酸に配位した三つの核酸塩基が開いてRNAの鎖に組み込まれたからです。隣り合う核酸塩基が一つの情報を持つ理由は、実際に一つのL型アミノ酸に配位していた初期複合体の名残りです。

3個の核酸塩基がひとかたまりになって一つのL型アミノ酸を指定する

なぜ3個の核酸塩基がひとかたまりになって一つのL型アミノ酸を指定するでしょう?

それは、一つのL型アミノ酸に対して、核酸塩基が1個や2個では核酸塩基の輪が開いてしまって、強くL型アミノ酸に配位できないからです。

また一つのL型アミノ酸に対して配位できる核酸塩基は三つが最大であって、四つ目の核酸塩基は、他の三つの核酸塩基が立体的に邪魔になって、一つのL型アミノ酸に近づくことができないからです。

バーゲンセールで、ワゴンをすでに他の客たちが取り囲んでいるために、ワゴンの外からワゴンの中に手が出せない状態と同じですね。

なぜ地球にはRNAとDNAの二種類があるのか

なぜ地球にはRNAとDNAの二種類があるのか、という疑問に万人が納得する形で回答を用意するのは簡単ではないでしょう。

一分子生命ビッグバン仮説なら、簡単に地球にRNAとDNAの二種類がある理由を説明できます。

RNAの構成要素には、光学活性体がない

RNAの構成要素に光学活性体がない、という事実は非常に重要です。

RNAを構成する核酸塩基も、リン酸も、リボースも、いずれも光学活性はありません。

もしそれぞれのパーツに光学活性があったとしたら、これはこれで大変なことになります。

というのは、先に説明した一つのL型アミノ酸と三つの核酸塩基からなる初期複合体からリン酸やリポース等が組み合わされていく過程で、それぞれのパーツについて左手型・右手型の違いがあるとすれば、その構造の順列組み合わせ数が爆発的に増えてしまいます。

その結果、構造のバリエーションが増えすぎて、どれが正しい一つのL型アミノ酸と三つの核酸塩基からなる初期複合体なのか、判別する手段がなくなります。正しい初期複合体の情報が保持できなければ、円滑な自己複製が不可能になります。

一方、RNAだけが存在する世界の場合、これはこれで困ります。

RNAは、いわば、セロテープを長く伸ばした状態をとります。

RNAを放置しておくと、互いにくっついてはいけない部分同士がくっついてしまうため、長期保存の用途には向きません。

DNAの場合は二重らせん構造をもっているので、いわば、セロテープの粘着面同士を組み合わせることができます。互いにくっついてはいけない部分同士がくっついてしまうことを防ぐことができ、情報を長期保存できます。

原始RNAと原始DNAの場合は、前者がL型アミノ酸のヘッド側構造情報を学習する段階で「光学活性要素は不要」であり、後者は二重らせんをくみ上げるために「光学活性要素が必要」でした。

だから、地球にはRNAとDNAの二種類があるのです。

原始DNAの二重らせんが右巻きであった理由

原始DNAについても一つのL型アミノ酸と三つの核酸塩基からなる初期複合体が形成され、その形成情報を元に二重らせんがくみ上げられました。

一つのL型アミノ酸と三つの核酸塩基からなる初期複合体は、一つのL型アミノ酸に由来する光学活性を持っています。この光学活性体の構造上、最もきれいに二重らせんに組み上がるのが、現在の生命体に採用されているデオキシリボース(光学活性体)です。

L型アミノ酸の光学活性体と、デオキシリボースの光学活性体にあう二重らせんの最適構造が、右巻きであった、ということです。

二重らせんが右巻きなのも、L型アミノ酸という構造の「答え」を知ってから、二重らせんをくみ上げるという「問題」が設定されたからです。

答えに合うように問題が作られたから、自己複製に決定的に影響を及ぼすDNAの二重らせんは右巻きなのです。

一分子生命ビッグバンのインフレーション期の後は?

一分子生命ビッグバンの揺籃期では、L型アミノ酸を産生する代謝系であるMTや、原始RNA、原始DNAがちまちま働いていました。

そして地球上にたった一個存在したMTが、そのL型アミノ酸の産生機能を失う前に、原始RNAや原始DNAが協同して、ついに光学活性を有する、自己複製可能な、たった一つの有機分子(実際には原始RNAや原始DNAを含む複合体)を形成します。

このたった一つの有機分子は自己を複製する機能を持っているので、コピーに次ぐコピーにより、まるでインフルエンザが世界中に大流行を起こすように、地球上に広がっていきます。

各地に拡散した自己複製可能な有機分子は、原料が尽きない限り、世界中でL型アミノ酸を提供し続けます。

そして自己複製可能な有機分子に組み込まれた原始RNAや原始DNAにより、様々な機能を持つタンパク質が製造されるようになりました。

製造されたタンパク質の中には、酵素などの複雑な反応を行うことができるものも現れました。

こうして地球上に生命が誕生してきたのです。

インフレーション前に、自己複製機能の基本骨格はできあがっていた?

一分子生命ビッグバン仮説では、インフレーション前に、自己複製機能の基本骨格はほぼ完成されていたとの立場を取ります。

というのは、地球上に現存する生命体の自己複製機能が偶然にしてはできすぎるほど一致しているからです。

地球上の生命体の自己複製の基本的性質がここまで同一である理由は従来の学説では説明困難でした。

一分子生命ビッグバン仮説であれば、十分準備が整ったのちに爆発的なインフレーション期を迎えたので、地球上の生命体が、「二種類ある光学活性体のうち、厳密にL体のみのアミノ酸」を用い、「たった一つの自己複製システムであるDNAシステムを用いて」自己を複製し、「核酸塩基について、生命体の種類に依存せず、すべて同じものを地球の生命体は」使用し、「自己複製に決定的に関与するDNA二重らせんはすべて右巻き」である事実をきれいに説明できます。

まとめ

一分子生命ビッグバン仮説にいうインフレーション期の後は、現在観測できるセントラルドクマが機能しています。

このため先に説明したセントラルドクマと、一分子生命ビッグバン仮説との間に矛盾点があるわけではありません。

ところで真実を突いた仮説は、どこまででも現在の世界を、論理的に、わかりやすく、かつ矛盾なく説明することができます。これに対して間違った仮説は、必ずどこかで論理的な破綻をきたします。

一分子生命ビッグバン仮説が正しいのか、それとも間違っているのか。それについて、あなたの客観的な視点でぜひ判断してみてください。

一分子生命ビッグバン仮説を巡る説明は、これからもまだまだ続きます。

これまで不明でよくわからないとされてきた生物学上の難問を、一分子生命ビッグバン仮説に基づいてわかりやすく今後も解き明かしていきます。

ファーイースト国際特許事務所
所長弁理士 平野 泰弘

03-6667-0247

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