生物の元素組成と無敵のクマムシ：化学屋の呟き：SSブログ

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生物の元素組成と無敵のクマムシ　[C2J-東大化学日記] [編集]

こんにちは～　(*^_^*)/

大学入試センター試験(旧共通一次試験)で、「宇宙( 太陽系) ，地殻，人体の元素の存在比(質量百分率(%))」についての問題(1990年)が出題されています。

１．宇宙の元素の存在比

宇宙の元素組成などを研究する学問は宇宙化学とよばれる。元素は陽子の数、つまり原子番号によって決まる原子の種類だが、理科年表に掲載されている太陽系の元素組成の表(下図)は(原子の質量数＝陽子の数＋中性子の数)に対して示されている(質量数で示しているのは、個々の元素合成過程がより明確になる場合が多いとの判断らしい)。

縦軸は対数目盛であることに注意してくださいね。ひと目盛りで10倍つまり１桁ずつ増加しています。ここから、水素HとヘリウムHeの存在比が著しく大きいことが一目で分かりますね。

図　太陽系の元素組成

※ 図の組成は、太陽表面から届く光を分光分析したり、地球に落下した隕石を分析するなどして測定されたものです。

２．地殻の組成

古くは、クラーク数(地球上の地表付近－地表部付近から海水面下10マイルまでの岩石圏（重量パーセントで93.06%を占める），水圏（同じく6.91%），気圏（同じく0.03%）の3つの領域－に存在する元素の割合を火成岩の化学分析結果に基いて推定した結果を質量パーセントで表したもの)があります。覚え方は「おっしゃるてカルナ借ります」。最新の研究では、クラーク数とは異なる存在比が得られている為、入試では順番のみが出題されます。O＞Si＞Al＞Fe ですね。

３．生物の元素組成

生物が海から誕生したというのは、多くの人が知っています。海水の組成は、こんな感じですね。

体の元素組成は海水に似ている、といわれています。

【表】人体中の元素濃度

［桜井弘：化学と教育 48、459-463（2000）］

棒グラフで比較すると、確かに似ていますね。

【図】地殻、人体、人血漿および海水中の元素濃度

［桜井弘、廣村信：現代化学2001年３月号、44-51］

ちなみに、猛毒として知られるヒ素なども、ごく微量の必須栄養素として体内に存在しているそうですよ。

生命元素事典 (OHM BIO SCIENCE BOOKS)

作者:
出版社/メーカー: オーム社
発売日: 2006/03
メディア: 単行本
生物に含まれる元素の役割がまとめられています。意外な元素が意外な役割を担っていることに、皆さんはきっと驚くことでしょう。

微量元素の世界 (ポピュラーサイエンス)

作者: 木村優
出版社/メーカー: 裳華房
発売日: 1990/07
メディア: 単行本
存在比が低いために知られざる微量元素の性質などについてまとめられています。

さて、微量元素はさておき、生体内でもっとも存在比が大きい元素は、酸素O＞炭素C＞水素Hの順になります。炭素Cは三大栄養素の炭水化物(糖類)，蛋白質，脂肪(脂質)の骨格ですから多いのはあたりまえですが、酸素Oと水素Hはなぜ多いのでしょうか？

それは、生命体の質量の６～８割は水H2Oだからです。水無しでは、私たちは生きていけませんよね。いや、人間どころか、強い生命力でよく知られているゴキブリだって、体内の水分を失えば死んでしまいます。

ところが、世界は広いモノで、水分を失っても死なない生物が居るんですね。それが、「緩歩動物のクマムシ」です。

まんがサイエンス (6) (ノーラコミックスDELUXE)

作者: あさりよしとお
出版社/メーカー: 学研
発売日: 1998/03
メディア: コミック
この本で初めて「クマムシ」という生物が居ることを知りました。小学生向けに書かれた本ですが、扱っている分野が幅広く大人でも楽しめる内容です。受験生でも役に立つような知識も載っていますよ。

で、この「クマムシ」のゲノムが解読されたという記事がありましたので引用します。

【科学】最強の生物　クマムシの謎に迫る　ゲノム解読し本格分析へ(産経新聞)

東大大学院の国枝武和助教（極限生物学）の研究室。ゲノム（全遺伝情報）の解読に使ったのは、札幌市内の路上の乾燥したコケから採取した「ヨコヅナクマムシ」。約１万５千個の遺伝子を他の生物と比較した結果、約８割は固有の新規遺伝子と分かった。国枝助教らは、乾燥耐性に関係している可能性があるいくつかのタンパク質を発見。ゲノム情報と合わせて、その性質を詳しく調べている。乾燥に耐える仕組みが分かれば、現在は凍結保存している細胞などの生体試料を、より簡便で低コストの乾燥状態で保存できる可能性がある。国枝助教は「乾眠からの復活過程を調べることで、『生命とは何か』という根本的な疑問にも迫りたい」と話す。

------------------------------------------------------(記事より抜粋)

ちなみに、「クマムシ」はこんな感じで動いてます。確かに「熊」っぽい

クマムシのように乾燥に耐え抜く動物には、生体分子の保護作用があるトレハロースという糖を大量に合成して蓄えるネムリユスリカの幼虫などが知られています。しかし、クマムシはトレハロースは使いません。「乾眠」と呼ばれる仮死状態に入ることによって、乾燥に耐えるのです。水分を失うと体が「たる」のような形に収縮し、水を与えると蘇生（そせい）して動き出すのです。以下は「クマムシ」が「たる(クリプトビオシス)」になる様子です。

この「たる(クリプトビオシス)」乾眠状態のクマムシは、１５１度の高温や絶対零度の低温にも絶え、深海底より高圧(マリアナ海溝の水深１万メートルでも千気圧)の７万５千気圧でも生き延びるのです。もっとも、長期間の「乾眠」から蘇生した後に「乾眠」前と同じような「正常」状態に戻るかというと、微妙なようですが････