歴史生物学への誘い

　　窒素分子は先にも述べたとおり、極めて安定である。従って、動物はもちろん高等植物もこれをそのまま利用することはできない。人類が窒素の工業的固定法を確立するまで、地球上の生物はニトロゲナーゼを持つ微生物群が作るアンモニアと雷放電で生成する窒素酸化物に依存していたと考えてよい。現在では、高校で習うであろうハーバーボッシュ法によって、生物が生産するのとほぼ同量のアンモニアが工業的に生産されている。蛇足だが、この方法は非常にエネルギーを必要とする方法であり、現在人類が消費する1％分のエネルギーがこの窒素固定で消費されているという。

　　さて、この窒素固定反応は本当に人類は幸せにしたのか。なかなか一概には答えられない問題であろう。フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュによって成し遂げられ、歴史上最も重要な発明の１つとして選ばれるに違いないであろうこの窒素固定法だが、ノーベル賞を受賞した後の２人の後半生は哀しい。ハーバーはユダヤ人であったためにナチスによって母国ドイツから追放され数カ国を転々とするが、毒ガス兵器の開発に携わったことで科学者仲間からの風当たりが強く、失意の中、イスラエル建国に参加しようと移動中に客死（1934年バーゼル）、ボッシュはBASFの経営陣の一員としてナチスの方針に引きずられていく状況に心を病み、彼もまた失意の中で他界する。（1940年ハイデルベルグ）

　　話を戻そう。植物は基本的には常に窒素不足の状況にあると考えて良いのだろう。通常、肥料を与えていない土地に植えた植物に窒素肥料を与えると、葉っぱの色がより濃いグリーンに変化し、植物体はぐんと大きくなる。そうであれば、植物が窒素を捨てるなどという議論は成立しないに違いない。このところ数回に渡って、愚にも付かない日常を書いて誤魔化してきたが、理由はここにある。植物は窒素を捨てるのか？私の視座から見ると、捨てていると判断する現象があるのだが、そうはいっても常識的な立場から考えれば理解されないという確信があるからである。その逡巡が筆を鈍らせてきたわけだが、ここまできたら、書くしかないだろう。

　　さて、植物の作るアルカロイド類、現在10,000種ほどの化合物が知られているそうだが、この化合物群に識者はどのような意義付けをしているのだろうか。こうは書いても、まずアルカロイドをどのような範囲の化合物に対して使っているのかが明確でないと議論は始まらない。

　　古い本をひもとくと、「植物塩基である」「分子内に窒素を持ち、植物体内で生合成される大きな化合物群をいう。多くのアルカロイドは強い薬理活性を持つ。アルカロイドにはコカイン、ニコチン、ストリキニン、カフェイン、モルフィン、ピロカルピン、アトロピン、メタンフェタミン、メスカリン、エフェドリンそしてトリプタミンが含まれる。」などと書いてある。簡単にまとめると、「植物の作る塩基性の窒素化合物で、その多くが強い生理活性を持つ」となるだろう。だが、この定義は昔から知られている典型的な化合物群に対してのみ成立するに過ぎないとはいえ、感覚的にはとても分かりやすい。だが、これでは近年の進歩について行けず、アルカロイドの全貌はつかめないだろう。

　　そこでアルカロイドを研究対象にしている分野の中で、アルカロイドに一番近い位置に位置すると思われる薬学会のサイトから引用してみよう。

　　「アルカロイドは元来、植物由来の窒素を含む有機塩基類で、強い生物活性を有する化合物群と定義されていた。しかし、テトロドトキシンやサキシトキシンのように動物や微生物が産生する有害な含窒素化合物や、幻覚剤であるLSDなど非天然型の化合物もアルカロイドに含めることが多い。顕著な生物活性を示さないものや、痛風治療薬であるコルヒチンのように窒素がアミドになっているため塩基性を示さないものも一般にアルカロイドと呼ばれている。そこで最近では、「アミノ酸や核酸など別のカテゴリーに入る生体分子を除いて、広く含窒素有機化合物」をアルカロイドと定義づけしている。微量で多彩な生物活性を示すことから医薬品として用いられているものも多く、また新たな医薬品開発のためのリード化合物としても重要である。生合成的には、アミノ酸を出発物質とするアミノ酸経路によって生成される真性アルカロイド（モルヒネ、アトロピン、キニーネ、コカインなど）と、非アミノ酸由来のプソイド（シュード）アルカロイド（エフェドリン、アコニチン、ソラニンなど）に分類される。」

　　この薬学会の定義は実に斬新である。上の文章中で青色で示した部分に関しては、古典的な定義を顕著な生理活性を示す動物由来の天然物、あるいは顕著な生理活性を示す合成化合物を含むように拡大したものであり、理解が及ばないというほどのものではない。テトロドトキシンやサキシトキシンの本当の生産者は細菌あるいは藻類である可能性を含めての話だ。しかしながら、橙色の部分になるともういけない。全く理解できない。窒素を含む化合物で、アミノ酸や核酸など別のカテゴリーに入る生体分子を除けば全てアルカロイドと称するなんて、それはやり過ぎでしょう。合成化合物がアルカロイドとして分類されるという部分も、読み方によっては悩ましい。別のカテゴリーという表現が、どのヒエラルキーで機能する言葉であるか分からないが、窒素を含む薬剤なんて掃いて捨ててもまだ残るほどある。それらがアルカロイドとして分類されるとなると、これは驚天動地の話となる。薬学と云われる分野で、アルカロイドに似た顔を持つ化合物群をイメージしての表現だとは思うが、このままでは思いもよらぬ化合物をアルカロイドと呼ぶことができてしまう。

　　いまひとつ、帝京大学薬学部附属薬用植物園の木下武司氏によって非常によくまとめられているサイト（http://www2.odn.ne.jp/had26900/index.htm）の、アルカロイドについてという部分を少々改変して引用する。（意味が変わらないように気を付けたつもりだが、ご本人の意図と変わっていた場合は私の責任である）《》で括られた部分であり、一寸長いが読んで欲しい。

《１．アルカロイドの分類について

　植物の中には分子内に窒素を含み塩基性を示す化合物を含むものがある。これらは古くからアルカロイド(alkaloid)と総称されているが、”アルカリのようなもの”という意味からわかるように語源的にはアルカリ(alkali)と同じである。和訳として「植物塩基」が用いられた時期もあったが、今日では動物起源のアルカロイドも知られていること、また以下に述べるようにアルカロイドであっても塩基性でないものも実際に存在するのでこの訳語を用いるのは適当ではない。

　　これまでに単離されたアルカロイドの化学構造は極めて多様であるので、様々な分類法が提唱されている。最近、よく用いられるようになったのは生合成的起源による分類法であり、またこれが新しいアルカロイドの定義ともなっている。まず次の２（3？：筆者の推測）つのタイプに大別されている（定義：最新の知見に基づいて2012年４月に修正）。

1.　基本骨格、窒素源ともにアミノ酸に由来し、生合成過程でアミノ酸は脱炭酸を伴う真正アルカロイド(true alkaloid)

　真正アルカロイドについてはさらに前駆体となるアミノ酸の種類によって、例えばトリプトファン由来アルカロイドなどのように分類される（→詳しくはアミノ酸経路を参照）。

1. 基本骨格がアミノ酸に由来せず、窒素源はアンモニア性窒素ないしアミンであるプソイドアルカロイド(pseudoalkaloid)

　プソイドアルカロイドとしては、ジャガイモの芽に含まれるソラニン(Solanine)などに代表されるステロイドアルカロイド(steroid alkaloid)、 アコナン系ジテルペンを母核しトリカブト毒素として名高いアコニチン(Aconitine)*やコウホネアルカロイドなどテルペンアルカロイド(terpenoid alkaloid)、 セリ科ドクニンジンの有毒成分コニイン(Coniine)などポリケチドアミン(polyketide amine)などがある。

1. 基本骨格、窒素源ともにアミノ酸に由来するが、脱炭酸を伴わないで生成する不完全アルカロイド(protoalkaloid)

　　不完全アルカロイドとは、具体的には特殊な芳香族アミノ酸であるアントラニル酸、ニコチン酸を前駆体とするアルカロイドであるが、これらは生合成経路の上で脱炭酸を伴わない点で通常のアミノ酸を前駆体とするアルカロイドと区別される。ミカン科植物にはアントラニル酸を前駆体とするアルカロイド（例ゴシュユアルカロイド）が特に多いことで知られる。不完全という名前を冠しているので生合成反応が未完成という意味で名付けられたようであるが、ゴシュユアルカロイドについてはトリプタミンとアントラニル酸のアミド縮合体にC1単位が導入されただけなので”不完全”というのは理解できるが、アントラニル酸、ニコチン酸由来のアルカロイドの中には複雑な生合成過程を経るものも多くあるので誤解しやすい。アントラニル酸、ニコチン酸はアミノ酸に似て非なるものとして”いわゆるアミノ酸”に含めないこともある（特に生化学領域では）ので、そのような定義に立てば不完全アルカロイドは「窒素源をアンモニアないしアミン、アミノ酸に由来しないアルカロイド」ということになろう。》

　　1,　2の部分については歴史的な定義をも加味してあり、とても分かりやすく何の異論もない。3の項は、例外規定としての位置づけであろう。しかし、ゴシュユアルカロイドの原料はアントラニル酸とトリプタミンである。アントラニル酸にこだわらずトリプタミン由来のアルカロイドト見なせば、さほど例外扱いする必要はなさそうに思う。ニコチン酸由来のアルカロイドについては、植物におけるニコチン酸の生合成がアスパラギン酸から誘導されるイミノアスパラギン酸と1,3-ジヒドロキシアセトンリン酸との反応で生成するキノリン酸を通って起こる事を考えれば、ニコチン酸由来のアルカロイドもアスパラギン酸に起源を持つとして良いのではないだろうか。

　　要するに、現実はどこまでもつながっているのに、これを言葉で切ろうとする「定義づけ」が問題の原因であることは間違いない。（なんだか、領土問題と似た構造であるようだ。ある地域が、ある時代にはA国に属し次の時代にはB国に、その次の時代はC国に属していた。ある地域はどこに属するのか。生臭いではない、焦臭い話は止めよう。）要するに、誰が見ても間違いなくアルカロイドと言える化合物群の周辺にアルカロイドかもしれないという曖昧な物質群がたくさん存在しているということに過ぎない。生合成による分類においては、色々な生合成系でつくられた物質が、さらに結合した物質群を、複合系路による生成物として棚上げにしているではないか。そうした、棚上げを行う以外に解決法はないと思う。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　歴史生物学　一次代謝と二次代謝　8　に続く

　　昨日起きたら、目が開かない．目脂がびっしり張り付いている。熱いタオルで何とか湿しながら目を開けると、両方の上下のまぶたが腫れている。本来の顔の幅は狭い方だが、目の周りだけは太りすぎた朝青龍のようだ。これは風邪ではないと判断してネットで調べるとアデノウイルス感染症がぴったり当てはまる。仕事帰りに内科に寄ったのだが、目の症状を訴えても風邪という判断は変わらず、風邪薬を処方された。

　　仕方なく､今日は朝から眼科に行った。受付で保険証を出した。どう見てもアデノウイルス感染と思われるのであなたもすぐ手を洗いなさいと云ったら、受付嬢が笑い出した。この病院は、受付と病状の聞き取りが別である。看護婦さんが来てどうしましたと問いかけるので、目が朝青龍になった。景色がパノラマで見えますと答えた。また笑われた。的確に答えているつもりなのだが、どこか違うらしい。周りの患者さんの話を盗み聞いていると、ここが痛いとか、ごろごろするとか、痒いとか、見えにくいとか答えている。でもね、目が細い隙間になって、パノラマ画像しか見えないくらい腫れていれば、その程度の症状があるのは当然だろうと思ってしまう私が異常か？。しかし、眼科である．目の症状緩和の薬しかでなかった。医者がもっと広い視野と知識を持って一軒の病院で事が済めばいいのに、と思いながら薬局で薬を貰い車に戻る途中、パノラマ視野の隅で見てしまった。さっき私が座っていた椅子を、看護婦さんが丁寧に拭いていた。正しい判断である。ただアデノウイルスに対して70％アルコールは効果が低い。薄めたハイターであることが望ましい。

　　ここで看護士と使ったのでは雰囲気がでない、やはり看護婦だ。

ついに選挙

　　とうとう選挙が始まった。嫌な季節である。現在は、一応公務員であるため選挙運動をすることは止められている。このブログ、下らないことを書いている部分は別として、一般人のヒトが読んですぐに分かるという内容ではない。科学的内容を扱う部分では、いわゆる常識的な解釈を批判しているため、読んで笑うためには常識的解釈をゆとりを持って理解していることが求められるだろう。結論としては、このブログを楽しんでいるヒトは、ある程度以上の知識を持っているだけでなく、その知識を相対化できる柔軟性を持つと判断してよい。従って、私がどこかの政党に肩入れしたとしても、その程度のことで意見を変えるヒトがいるはずもない。

　　それにしても今度の選挙、TPPについて言及する政党が存在しない。TPPを進めようとしていること自体が、端から公約違反であるから触れないようにしているのだとは思うが、他の政党においても事情は同じだろう。もう少し、ファナティックではない中道政党はないものか。空しい話だが、Worst ではなくless Worstを選ぶ選挙権行使しか方法はない。

　　などと文句をたれていたら風邪を引いたらしい。喉はがらがらで咳き込んでばかりいる。幼かった頃から少々気管支が弱く、直った後も咳だけが長引くのが常である。冬の初めに風邪を引くと、冬の期間ずっと咳が止まらない可能性もある。無理をせずに温和しくしておこうと思ってはいるのだが、なかなか思うようにはならない。

　　明後日には家屋検査の立ち会い、日曜日は昔の知人が本当に農業をやっているかどうか検分に来る。次の週の土曜日は、ブルーベリーの成木50本を下さるという話が入っているため、朝早くから走り回らねばならない。ブルーベリーは酸性土壌を好む樹種であるため、植え付け穴用にボラ土とピ−トモスを混ぜた培養土を作らねばならないし、まず植え付け穴を掘らねばならない。植え付け穴を掘るためにはユンボを動かさなければならない。何よりもボラ土とピートモスの手当てしないといけない。植える場所の整備もしなくてはならない。植え付けが間に合わないようであれば、根巻きしておくための麻布の用意もいる。咳などしている暇はないのだが・・・。

　　それにしても、声変わりしてきた。菅原文太のような声になってしまった。しかし、菅原文太はもういない。ああ、昭和は遠くなりにけり。

　　なんとも云いようがないが、先日またもや勤務可能な期間を残して仕事を辞めることにした。これで4度目である。いやはや、よく辞める男である。この時代、公務員を2度、大学教授を2度も辞めた人間は少ないだろう。1度目は未来を信じて辞めた。2度目は学内政治が嫌になって辞めた。3度目は筋を通して辞めた。4度目は、お金の心配をしながらも残された時間が惜しくて辞めることにした。なんだか陶淵明の後を辿っているようである。

　　来年の4月から専業で農民となる予定である。1年目から食えるとは思っていない。しかし、政府の路線に乗った儲かる農業をするつもりはない。いくつかのアイデアはある。もちろん上手くいくかどうかは、全く分からない。「不安はないのか」と問う人が多いが、愚問であろう。不安だらけである。「いいね」と言う人もいる。「本当は僕もやりたいのだけれど」という人がかなり多いのには驚いた。多くの人が、自然回帰願望だけでなく、将来の日本の食に対して不安を持っているようだ。

　　閑話休題というわけではないが、ニトロゲナーゼの基質特異性の広さについて、どう理解すればいいのだろう。言い換えれば、ニトロゲナーゼの本来の基質は何であるかという問題に向き合わざるを得ないことを意味する。さらに、以下述べる事柄の正しさについて、書いている本人自体が幾分以上の疑念を持っている。どなたか、分かり易い解説をしていただければ有り難いのだが・・・。

 　　一見すると人工衛星から撮した解像度の低い地表の写真に見える。写真下部の海のような部分に向かって向かって川が流れているとしか見えない。はじめてこの写真をみたときの印象である。だがこの写真は地球を撮した写真ではない。アメリカ航空宇宙局と欧州宇宙機関が1997年に土星探査機カッシーニを打ち上げた。それから7年ほど経って、この探査機は土星に近づき色々な観測を行ったのだが、この探査機から放出されたホイヘンス探査機がタイタンへの着陸の直前に撮ったのがこの写真である。NASAのサイトを見ると、信じられないような沢山の写真が公開されている。そこでこの写真だが、どう見ても浸食地形としか思えない。タイタンの大気は97％が窒素で2％がメタンであるという。メタンとエタンの融点は-183℃、-183℃、沸点はそれぞれ-162℃、-89℃である。タイタンの平均表面温度は94K、つまり-179℃である。こうした条件から、タイタンではメタンの雨が降り、メタンとエタンからなる海が存在するという。

　　長い時間をかけて、液体のメタンが地表（この地表も何でできているのだろうか？氷かもしれない）を浸食した結果がこの写真であるらしい。さらに、海の下にはナトリウムとカリウムの塩（推測だが多分塩化物）を大量に含む液体の水の層があるという。それはよいとして、このニュースを見たとき、なぜタイタンにはそんなに大量のメタンが存在するのだろうというのが私の感想、いや疑問だった。少し調べると、木星、土星、天王星、海王星さらに冥王星の大気中にメタンが含まれる。そして含まれる量は各惑星（近年、冥王星は準惑星に再分類されている）において少ない量ではない。

　　それぞれの惑星が持つ大気の組成については、惑星の重力、表面温度（地殻の温度）、太陽光強度などによって、ある程度の説明が付くだろう。水素とヘリウムについては、惑星の表面温度と重力によって直感的にある程度納得できる。しかし、窒素の含量については一寸分かりにくい。（大きな惑星の大気中ではアンモニアへの変換が起こっているように見える）さて、一番外側を回っている冥王星は、近頃準惑星へと分類が変わったが、極めて低温、かつ重力は小さい。この冥王星においても窒素が90％、メタンが10％の組成を持つ大気が存在する。この場合、軽い水素とヘリウムは宇宙空間へと脱出してしまい、窒素とメタンは残ったと考えていいのだろう。この冥王星、大きさはタイタンとほぼ同じである。そしてタイタンの大気には窒素が97％、メタンが2％程含まれるという。もう少し大きな海王星の大気には、水素が84％、ヘリウムが12％、メタンが2％、アンモニアが0.01％含まれると同時に、エタンが0.00025％、アセチレンが0.00001％含まれるという。同じく天王星の大気には、水素が85％、ヘリウム13％、メタン2％と海王星とほとんど同じ割合で含まれるだけでなく、エタン、アセチレン、メチルアセチレン、ジアセチレンなどが存在していることが分かっている。

　　私の疑問は二つである。一つはこれらの惑星大気に含まれるメタン（その他の炭化水素を含む）はどこから来たのかという疑問である。地球において地殻から吹き出してくるメタンについては、生物に由来するメタンと生物に由来しないメタンがあることが知られている。いや、メタンだけに限定された話ではなく、石油の成因に関しての大きな論争が、存在する。（ Lollar, B. S., Westgate, T. D., Ward, J. A., Slater, G. F. and Lacrampe−Couloume, G., 2002： Abiogenic formation of alkanes in the Earth’s crust as a minor source for global hydrocarbon reservoirs. Nature, 416, 522−524.,　中島敬史，2005：無機起源石油・天然ガスが日本を救う！？地球深層ガス説の新展開．石油・天然ガスレビュー，37（3），13−24.,　Gold, T., 1988：地球深層ガス（脇田　宏監訳）．日経サイエンス社， http://www.gasresources.net/index.htm　米国のGas Resources Corp.が収集した無機起源説を支持する論文集 (2004)など）

　　常識的に判断すれば、太陽の形成が起こった後、宇宙塵の集積で形成された微惑星が衝突合体を繰り返して形成された地球型惑星と宇宙塵だけでなく水素、ヘリウム、水を集積した巨大ガス惑星であっても、惑星生成時に膨大な量の炭素化合物をその中に取り込んだことは間違いない。その後、メタンを始めとする炭化水素の生成に生物がどれくらい関与したのか私には分からないにしても、マントルから涌きだしてくる炭素化合物という考えは十分な蓋然性を持ちそうである。そうすると石油・石炭に対する考えが変わることになる。何しろ、いつまで経っても石油はあと30年と言われてきた歴史がある。現在のように､無茶苦茶な量を掘るのでなければ、かなりの期間利用できる可能性があるのである。

　　惑星大気の成因についても、各惑星特有の理由と歴史があり、私のような素人が口出ししても間違うだけであろう。ただ気になるのは、いくつかの惑星の大気中にアセチレンが含まれていることである。小林氏は「タイタンのアストロバイオロジー探査」とする報告の中で、タイタン大気中にもエタン、アセチレン、プロパン、シアン化水素、アセトニトリル、シアノアセチレンなどを検出したと書いている。（「太陽系におけるアストロバイオロジー」タイタンのアストロバイオロジー探査, 小林 憲正, 日本惑星科学会誌 Vol. 20, (No. 2), 94-99, 2011）アセチレンはタイタンの大気においても顔を出すのである。このアセチレンはメタンから光反応で作られるとされてのだが、タイタン創成時に集められた気体のメタンは太陽光により光分解で残っていないはずだという。そうであれば、いま存在するメタンは、タイタンの内部から湧出してきたものに由来すると考えざるを得ない。では、このメタンは生物由来であろうか、それとも無機由来のメタンであろうか？

　　いま一つは、アセチレンの問題である。ニトロゲナーゼの活性は、アセチレンのエチレンへの還元反応を用いて測るアセチレン還元法が良く知られているのだが、この反応はニトロゲナーゼ活性測定法として見るだけでは済まないようだ。どこで読んだか記憶にないのだが、ニトロゲナーゼの本来の基質はアセチレンであったとする報告を読んだ記憶がある。（いま捜しています）そうであれば、惑星大気中のエチレンとエタン給源の一部はニトロゲナーゼを持つ嫌気的生物である可能性があるわけだ。これらの惑星、表面は冷たいとは云え、惑星内部は放射性物質の崩壊熱でかなり暖かいからだ。さて、初めてニトロゲナーゼを持った生物は、どのような環境下にいたのであろうか。惑星探査においては嫌気的微生物の検出が大きな意味を持ちそうな気がしている。

　　またもや、詳しくもないニトロゲナーゼに拘わってしまったと形だけの反省をしている。窒素の廃棄を話題にしようとして窒素の固定に嵌ってしまったわけである。

　　　　　　　　　　　　　　　　　歴史生物学　一次代謝と二次代謝　7に続く