細胞の起源：主な理論（原核生物および真核生物） - 生物学 - 2025

細胞の起源は 35億年以上前にさかのぼります。これらの機能単位の起源は、数世紀にわたって科学者の好奇心を刺激してきました。

生命の起源自体は細胞の起源を伴っていました。原始的な環境では、環境条件は私たちが今日観察しているものとは非常に異なっていました。酸素濃度は実質的にゼロであり、大気は別の組成のガスに支配されていました。

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実験室でのさまざまな経験から、地球の初期環境条件下では、有機系に特徴的なさまざまな生体分子、すなわちアミノ酸、糖などの重合が可能であることが示されています。

触媒能力を備え、それ自体（潜在的にはRNA）を複製する分子は、リン脂質膜に封入され、ダーウィンの原理に従って進化した最初の原始原核細胞を形成します。

同様に、真核細胞の起源は通常、共生理論を使用して説明されます。このアイデアは、大きなバクテリアが小さなバクテリアを飲み込み、時間の経過とともに、私たちが今日知っているオルガネラ（葉緑体とミトコンドリア）を生み出したことを支持しています。

細胞理論

セルはラテン語のルーツセルに由来する用語で、中空を意味します。これらは生物の機能的および構造的単位です。この用語が最初に使われたのは、17世紀に研究者ロバートフックが顕微鏡の光の下でコルクシートを観察し、一種の細胞を観察したときでした。

この発見により、より多くの科学者、特にテオドールシュヴァンとマティアスシュライデンの貢献が、生物の微視的構造に興味を持つようになりました。このようにして、生物学の最も重要な柱の1つである細胞理論が生まれました。

理論は以下を保持します：（a）すべての有機的存在は細胞で構成されています。（b）細胞は生命の単位です。（c）生命を維持する化学反応は細胞の制限内で発生し、（d）すべての生命は既存の生命に由来します。

この最後の仮説は、ルドルフ・ヴィルコウの有名なフレーズである「omnis cellula e cellula」に要約されています。すべてのセルは、他の既存のセルから派生しています。しかし、最初の細胞はどこから来たのでしょうか？次に、最初の細胞構造の起源を説明しようとする主な理論について説明します。

原核細胞の進化

生命の起源は細胞の起源と密接に関連している現象です。地球上には、原核生物と真核生物という2つの細胞形態の生命があります。

両方の系統は基本的にそれらの複雑さと構造の点で異なり、真核生物はより大きくより複雑な生物です。これは原核生物が単純であると言っているのではありません。単一の原核生物は、さまざまな分子複合体の組織化された複雑な凝集体です。

生命の両方の分岐の進化は、生物学の世界で最もエキサイティングな問題の1つです。

年代順に、生命は35〜38億年と推定されます。これは地球の形成から約7億5000万年後に現れました。

初期生命体の進化：ミラーの実験

1920年代の初めには、有機高分子が原始的な大気の環境条件下で自然に重合するという考えがありました-低酸素濃度と高濃度のCO ₂とN ₂だけでなく、一連のH ₂、H ₂ S、CO などのガスの。

架空の原始大気が還元環境を提供し、エネルギー源（太陽光や放電など）とともに、有機分子の重合につながる条件を作成したと想定されています。

この理論は、研究者のスタンリーミラーが大学院で研究しているときに、1950年に実験的に確認されました。

自己複製および触媒特性を持つ分子の必要性：RNAの世界

すべての生物で見つかる分子の形成に必要な条件を指定した後、情報を保存してそれ自体を複製する能力を持つ原始分子を提案する必要があります-現在の細胞は4つの言語で遺伝情報を保存していますDNA分子のヌクレオチド。

今日まで、この分子の最良の候補はRNAです。研究者のシドアルトマンとトムチェフがヌクレオチドの重合を含むこの核酸の触媒能力を発見したのは1980年まででした-生命と細胞の進化における重要なステップです。

これらの理由から、生命は遺伝物質としてRNAを使用し始めたと考えられています。

生命の障壁を制限する：リン脂質

高分子と、情報を格納し、それ自体を複製できる分子が取得されたら、生体膜の存在が、生体環境と細胞外環境の境界を決定するために必要です。進化的に、このステップは最初の細胞の起源を示しました。

最初の細胞は、リン脂質からなる膜で囲まれたRNA分子から生じたと考えられています。後者は両親媒性分子です。つまり、一方の部分は親水性（水に溶ける）で、もう一方の部分は疎水性（水に溶けない）です。

リン脂質が水に溶解すると、自然に凝集して脂質二重層を形成する能力があります。極性の頭部は、互いに接触して、水性環境と内部の疎水性尾部に面してグループ化されています。

このバリアは熱力学的に安定しており、細胞を細胞外環境から分離できる区画を作成します。

時間の経過とともに、脂質膜に囲まれたRNAは、タンパク質合成などの複雑なプロセスを示すまで、ダーウィンのメカニズムに従って進化の道を歩み続けました。

代謝の進化

これらの原始的な細胞が形成されると、今日私たちが知っている代謝経路の発達が始まりました。最初の細胞の起源について最も説得力のあるシナリオは海です。したがって、最初の細胞は環境から直接食物とエネルギーを得ることができました。

食物が不足すると、特定の細胞変異体が、食物を入手してエネルギーを発生させ、複製を継続できるようにする別の方法で出現する必要がありました。

細胞代謝の生成と制御は、その継続性に不可欠です。実際、主要な代謝経路は現在の生物の間で広く保存されています。例えば、細菌と哺乳類の両方が解糖を行います。

エネルギー生成は、解糖から始まり、光合成に続き、酸化的代謝で終わる3つの段階で進化することが提案されています。

原始的な環境は酸素を欠いていたので、初期の代謝反応が酸素なしでしたのはもっともらしいことです。

真核細胞の進化

細胞は、約15億年前までは、原核生物として独特でした。この段階で、真の核とオルガネラ自体を持つ最初の細胞が現れました。オルガネラの進化を説明している文献で最も有名な理論は、共生理論です（内部は内部を意味します）。

生物は環境内で隔離されていません。生物学的コミュニティは、拮抗的および相乗的の両方で複数の相互作用を示します。異なる相互作用に使用される包括的な用語は共生です-以前は2種間の相互関係にのみ使用されていました。

生物間の相互作用には重要な進化上の影響があり、この最も劇的な例は、1980年代にアメリカの研究者リンマーグリスによって最初に提案された共生理論です。

共生理論の仮定

この理論によれば、葉緑体やミトコンドリアなどの一部の真核生物のオルガネラは、当初は自由生活の原核生物でした。進化のある時点で、原核生物はより大きなものに飲み込まれたが、消化されなかった。代わりに、彼は生き残り、より大きな生物の中に閉じ込められました。

生存に加えて、両方の生物間の繁殖時間は同期され、次の世代に渡ることができました。

葉緑体の場合、飲み込まれた生物は、光合成を実行するためのすべての酵素機構を示し、これらの化学反応の産物である単糖類をより大きな生物に供給しました。ミトコンドリアの場合、巻き込まれた原核生物は祖先のα-プロテオバクテリアである可能性があると仮定されています。

しかし、より大きな宿主生物の潜在的なアイデンティティは、文献で未解決の問題です。

巻き込まれた原核生物はその細胞壁を失い、進化を通じて現代のオルガネラを生み出した適切な改変を受けました。これは、本質的には、共生理論です。

共生理論の証拠

現在、内部共生の理論を支持する複数の事実があります。すなわち、（a）現在のミトコンドリアと葉緑体のサイズは原核生物のサイズに似ています。（b）これらのオルガネラは独自の遺伝物質を持ち、タンパク質の一部を合成しますが、核から完全に独立しているわけではありません。

真核生物であることの利点

真核細胞の進化は、原核生物に勝る一連の利点と関連しています。サイズ、複雑さおよび区分化の増加は、新しい生化学的機能の急速な進化を可能にしました。

真核細胞の到着後、多細胞性がやってきた。細胞がより大きなサイズの利点を享受したい場合、細胞の表面はその体積に対して大きくなければならないため、細胞は単純に成長することはできません。

したがって、複数の細胞を持つ生物は、それらのサイズを拡大し、それらを構成する複数の細胞間でタスクを分散することができました。

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