シェーン ハイマー。 動的平衡-ルドルフ・シェーンハイマーの実験-

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シェーン ハイマー

何年もとなっていて、本棚の一角に居座りながら、わたしにたいしてちらちらと定期的に自己主張をしていた『』(, 2007)を読んだ。 まったくもって素晴しい本だった。 よい本であるということはかねてより幾度も耳にしていて、だからこそ長きにわたってになっていたのだが、今回わたしが意を決して読むこととなったのは、たまたまに掲載されている、の「」と題された連載を読んだからだった。 「『記憶にない』ことこそ記憶」と題された記憶についての小文。 記憶とは、前後の時間的文脈も記憶されてはじめて記憶として成立するのであり、ある出来事の記憶が失われているとするならば、それはその出来事の(1)前後のことは覚えており、(2)その出来事の時点が欠損しているというような形で「記憶がない」とされるのだ、と説明されていた。 つまり、「記憶がない」ということが記憶されていてはじめて、「記憶がない」ということを言うことができる。 「もちろん、記憶がない振りをするという場合もありうるが」と、責任を訴求された政治家が「記憶がございません」という答弁を繰り返すことへのシニカルな目配せもあった。 わたしはその文章に好感をもった。 ちょうどその記事を読む前夜、心臓移植によって、前の心臓の持ち主の〈記憶〉が新たな主人へと移ったという不思議現象についてのテレビ番組を傍目で見ていた。 その現象について訊かれた脳医学の第一人者とされる人物は、「記憶のメカニズムは解明されていない。 かならずしも脳が記憶の全てを司っているわけではなく、心臓を含めた他の部位に個人的な記憶が付着しているということもありうる」と答えた。 もちろん、ゴールデンタイムのオカルトチックなエティ番組だったので、さほど真に受けたわけではないのだが、翌日にの文章を読んでいるとき、昨夜の番組のことが思い起こされたのだった。 わたしはそこに、不思議な符号を感じてしまったのである。 を読まないわけにはいかなかった。 『』は、を専門としている研究者の手によって記された本である。 標題が示しているとおり、それは生物についての著作であり、「生命とは何か」という問いへの接近が試みられている。 しかし、それはいかにも理系な、生物学の入門書というのとはまた異なる様相を呈している。 わたし自身が、目次をひらいてなにより驚くこととなった。 「ヨークアベニュー、66丁目、ニューヨーク」「原子が秩序を生み出すとき」「タンパク質のかすかな口づけ」「時間という名の解けない折り紙」というような、文学的な香りのする章題が並んでいるではないか。 わたしのその疑念は、ある意味では誤っていた。 20世紀における生物学の歴史をアカデミックな見地から分かり易く紐解いている書籍であることは疑いようがなく、門外漢であるわたしはこの本でさまざまなことを学んだ。 他方、またある意味でそれは正しかった。 学術的な入門書というよりは、ひとりの鋭い感性をもった人物の視点によって文学的につづられているエッセイといったほうが良いだろう。 この本の出版は、新書でなく、たとえばであったほうが、その外装としてはふさわしかったかもしれないとさえ思う(もちろん、新書を卑下しているわけではない)。 ニューヨークの街並みとその喧騒についての描写があり、気を抜いているとの名が突如として現れ、ボストンの美術館からの《合奏》が盗難された事件についての言及があり、「トリバネアゲハ」という蝶の美に魅せられた者たちへの共感がある。 読者はそういった描写の美しさに息を呑むことだろう。 生命とは何であるか。 生物を無生物から区別するものは何か。 先に言及したように、本書はこの問いに貫かれている。 あるいは、この問いに取り憑かれたの辿ってきた人生の諸断片が記されている。 少年期の昆虫観察、での暮しの貧困、海辺で拾いあげた貝殻にまつわる。 そうした等身大の研究者の視点から、二十世紀の生物学への接近を試みている。 だからこそ、わたしのような門外漢でもするすると読める。 たとえば中学生の時分にこの本に出会ってしまっていたら、生物学の道へと進むことを決意していたかもしれない。 じっさい、この本の読者のうち、そのような者は少なくないのではないだろうか。 二十世紀の生物学の領野におけるもっとも重要な発見は、遺伝子はDNAであるということを突き止めたことだとされる。 その立役者はオズワルド・エイブリーであり、その発見は1930年代にもたらされたとされている。 それまで、遺伝情報の伝達をつかさどるのは、のような複雑な機構をもった物質であろうという認識が主流であったが、エイブリーは、という四つの構成単位しか内包できない細胞こそがそれではないかという論文を発表した。 その証明には困難が付きまとい、そのさなかでさまざまな研究者からの批判を受けた。 だが、かれの確信は揺るがなかった。 その理由について、福岡は以下のように推測している。 別の言葉で言えば、研究の質感といってもいい。 これは直感とかひらめきといったものとはまったく別の感覚である。 往々にして、発見や発明が、ひらめきやによってもたらされるような言い方があるが、私はその言説には必ずしも与できない。 むしろ直感は研究の現場では負に作用する。 (56) みずからの手の試験管の中で揺れている、DNA溶液の手ごたえ。 そのリアリティ。 それこそが確信の源泉になったのではないか、と。 しかし、かれの研究は公には完全に認められることなく、の栄光に与ることもないままかれは静かにこの世を去った。 その時代から少し下り、誰もがエイブリーの認識の正しさが確かめられて以降、さながらゴールドラッシュのように、われ先にと研究者たちが一斉にDNAの構造の解明へと邁進することになった。 「ある発見が大発見なのか中発見なのか小発見なのか、はたまた無意味なものなのかは一体どのようにして決まるのだろうか」と福岡は問う。 研究者の世界では、その判断を下すのは、歴史であるなどといった悠長なことは言っていられない。 発見は多くの場合学術誌に掲載という形で世に発表される。 他の学術誌に遅れをとってはいけない。 だが、その発見についての評価を下すことのできる者は誰だろうか。 同分野の他の研究者である。 したがって、その決定には、ときに我欲と倫理を天秤にかけられることがあり、同時に多分に政治的な駆け引きも含まれることがある、と。 二十世紀最大の発見とされている、ワトソンとクリックという若き研究者によるDNAの二重らせん構造の発見。 1953年の『ネイチャー』に発表された1,000語余りの論文によって、二人はのちに、その共同研究者とともにを手にしたのであった。 しかし、その発見は、フランクリン・ロザリンドという寡黙な女性研究者の手がらをしたことに由来するのではないか、という最大の疑惑についても語られていた。 その真相はいまだに明らかになっていないらしいのだが、その疑惑には、大きな紙面が割かれており、本書のひとつのハイライトとなっている。 このような一連の疑惑の付着した歴史は、教科書には確実に載っていないようなことである。 このような現場のリアリティをありありとできるような、非常にスリリングな箇所であった。 ともあれ、かれらの二重らせん構造の論文のなかに、「生命とは自己複製するものである」というような、生命の定義を示唆する一文が出てくる。 DNA分子の発見とその構造の解明は、生命のあり方をそのように規定した、と。 しかし、福岡はその言明にある程度同意した上で、違和感をも示す。 その違和感は、海辺に落ちている貝殻に生命の痕跡を見てとったときの私的な経験によって表明されている。 貝殻は確かに貝のDNAがもたらした結果ではある。 しかし、今、私たちが貝殻を見てそこに感得する質感は、「複製」とはまた異なった何物かである。 小石も貝殻も、原子が集合して作り出された自然の造形だ。 どちらも美しい。 けれども小さな貝殻が放っている硬質な光には、小石には存在しない美の形式がある。 それは秩序がもたらす美であり、動的なものだけが発することのできる秩序である。 (135) の予言に霊感を受け、ドイツ生まれの生物学者であったシェーンハイマーは、1941年にみずから命を断つ前に、孤独な研究とによって、ある命題にたどり着いた。 いわく、「生命とはの持続的変化であり、この変化こそが生命の真の姿である」、と。 福岡は、シェーンハイマーの「動的状態」という規定に付け加えて、次のように生命を定義し直した。 「生命とは、(dynamic equiliblium)にある流れである」。 わたしたちは、固定的な細胞のかたまりとして、不変の肉体を有しているわけではない。 その生誕から終焉まで、つねに細胞レベルの新陳を繰り返し、不断に身体を刷新しながら生きている。 それはあたかも、つねに構成する一粒一粒の砂が入れ替わっても形を留め続けるのようなものである。 わたしたちの身体が新陳を辞め、細胞が成長を止めてしまったとき、が指摘したように、それはの完了を意味しており、すなわち生物的な死は免れない(増大が止まったときに死が訪れるというのは、どういう事態を意味しているのか、わたしにはまだ掴みきれていないのだが)。 生命は、それを免れるために、終点がけして訪れることのないような自己刷新の連続であるというのである。 しかし、生命がそのような新陳であり、細胞が不断にこわされてつくり直されてという流れのなかにいるとするならば、なぜ生命は急激に崩壊したり変容せず、その終わりまでゆるやかな平衡を維持することができるのか。 その鍵を握るのは、の「相補性」とされる。 ジグソーパズルのように、お互いの唯一のパートナーを見つけ出し、連帯をしてゆくの働きのことである。 そして、本書は、自身が80年代にアメリカの研究所で注力していた、「GP2」と呼ばれるある特殊なの研究についての記述で残りの紙面が埋められている。 そのGP2こそが生命を規定するよ大な要素であるに違いないという仮説をもとに、さまざまな実験を重ねられていく。 ある日、苦心の結果、ようやく意図していた実験を実現することに成功する。 あとは、このマウスを観察して不具合を起こすようであれば、「GP2」が生命にとって不可欠な細胞であるということを証明できる。 だが、思うような結果が得られない。 「」は何の異常もなく、きわめて健康体そのものに成長し、そして他の種と同様に死を迎える。 その仮説は見事に裏切られてしまったのだ。 その遍在と特色からいって、生命にとって「GP2」が重要な働きをしているのは間違いがない。 しかし、「GP2」の存在しない生命体は、なんの異常も示さない。 これはいったい、どのような事態が生じているのか。 そこでかれは気づくのだ。 それまでの自身の「生命とは何か」という問いに対する認識のナイーヴさに。 生物には時間がある。 その内部には常に不可逆的な時間の流れがあり、その流れに沿って折りたたまれ、一度、折りたたんだら二度と解くことのできないものとして生物はある。 (271) 生命とは、機械のようなものではないのだ。 つまり、無時間的/論理的なモデルにしたがって構築されているようなものではない。 機械であれば、ひとつの、ひとつの回線が破壊されれば、程度のはあれ、機能不全を起こすだろう。 しかし、生命は、ひとたび部品が欠けていることがわかれば、その不可逆的な進化の過程で、その不足を補うようなバックアップシステムが働く。 その意味において、生命は「の流れ」に他ならないのである。 時間という乗り物は、すべてのものを静かに等しく運んでいるがゆえに、その上に載っていること、そして、その動きが不可逆であることを気づかせない。 本書は、次のような研究者としての潔い態度表明によって締められている。 それはいくらかの諦観であるようにも見受けられるが、生命の神秘への純粋な驚嘆こそが、かれの生を規定する情熱の源泉となるものであると言ったほうが、おそらくは正確なのだろう。 私たちは、自然の流れの前に跪く以外に、そして生命のありようをただ記述すること以外に、なすすべはないのである。 それは実のところ、あの少年の日々からすでにずっと自明のことだったのだ。 (285).

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生命観を問い直す アカデミーヒルズ

シェーン ハイマー

平衡とは? 例えば、食塩を溶かして飽和水溶液を作ったとしよう。 そこにさらに食塩の塊を入れてもそれ以上溶けはしない。 しかし、実際にミクロのレベルで見てみると、「溶ける(水和する)」、「固体になる(イオン結合する)」があらゆるところで起きている。 それでも「溶ける量」と「固体になる量」が同じなので、見かけ上は食塩塊が小さくなることも大きくなることもない。 この状態を 平衡と呼ぶ。 動的平衡とは区別して「 静的平衡」と言える。 生物もある意味で平衡状態を保っている。 生物は食物を食べて自身の体の一部とし、古いものを分解して排出する。 代謝が絶えず行われているが、体の構造・大きさは変わらない。 これも一種の平衡状態であると言える。 生物の場合、外から物質を摂取して体内の一部とし、不要物は体外へ排出する。 このような流動的な平衡状態を「 動的平衡」と呼ぶ。 ルドルフ・シェーンハイマーの実験 生命が動的平衡の状態であることは、 ルドルフ・シェーンハイマーの実験によって確認された。 シェーンハイマーは成熟したネズミに 重窒素(窒素の同位体)で標識した ロイシン(アミノ酸)を含む餌を与えた。 成熟したネズミは体を大きくする必要がないので、摂取したアミノ酸は生命活動のためのエネルギー源となることを予想していた。 つまり、重窒素を含むアミノ酸は分解され(エネルギーが取り出され)、尿や糞として排泄されることの予測を立てていた。 しかし、実際の結果は、尿・糞として排泄されたのは投与量の29. 重窒素の半分以上の56. さらに、取り込み場所はありとあらゆる部位に分散されていたのである。 しかもその多くは腸管や腎に多く取り込まれていた。 この実験の間にネズミの体重に変化はなかったことから、 全身のタンパク質が恐ろしいスピードで破壊され、また新たに合成されていたことがわかる。 実際にネズミの全身のタンパク質は3日で半分が新しいタンパク質に入れ替わることが確認されている。 さらに、重窒素はロイシンとしてネズミの体の一部となったのではなく、ありとあらゆるアミノ酸に取り込まれていた。 つまり、重窒素を含むロイシンは一度分解され、新たにアミノ酸が合成されたことがわかった。 まとめ 食べ物を食べ、体内の物質を分解し、新たに合成し、排泄する。 生物はありとあらゆる部位を破壊しては創造するという作業を繰り返している。 これは一見無駄に見えるが、生命の秩序を維持するためには必要な作業である。 ある秩序を維持しようと思ったとき、工学的な発想に立てば、とにかく地下深くに基礎を打ち込み、長時間、浸食や風化に耐える素材を用いて「頑丈に作る」ことになります。 しかし、秩序は時間には勝てません。 時間の経過とともに、整理整頓したはずの机の上はぐちゃぐちゃになり、いれたてのコーヒーは冷め、熱い恋愛も冷める(笑)。 そこで生物は、最初からがっちり作るという方法をあきらめて、柔軟な構造をつくり、エントロピー増大の法則が襲ってくるより早く、先回りして自らを壊して造りかえる方法を選びました。 アミノ酸など体を構成する秩序ある物質はエントロピーの増大にされされており老朽化が進む。 この老朽化を排除するためには、進んで破壊し、新たに合成し直す必要がある。 破壊と創造、それが生命現象の本質であると言えるだろう。 生命にとって重要なのは、作ることよりも、壊すことである。 細胞はどんな環境でも、いかなる状況でも、壊すことをやめない。 むしろ進んで、エネルギーを使って、積極的に、先回りして、細胞内の構造物をどんどん壊している。 なぜか。 生命の動的平衡を維持するためである。 秩序あるものは必ず、秩序が乱れる方向に動く。 宇宙の大原則、エントロピー増大の法則である。 この世界において、もっとも秩序あるものは生命体だ。 生命体にもエントロピー増大の法則が容赦なく襲いかかり、常に、酸化、変性、老廃物が発生する。 これを絶え間なく排除しなければ、新しい秩序を作り出すことができない。 そのために絶えず、自らを分解しつつ、同時に再構築するという危ういバランスと流れが必要なのだ。 これが生きていること、つまり動的平衡である。 「動的平衡」との言葉は福岡伸一氏の著作によって一躍有名となった。

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『生物と無生物のあいだ』と終わらない認識の旅(福岡 伸一)

シェーン ハイマー

生物学者 福岡伸一 青山学院大学教授の著作から ルドルフ・シェーンハイマー(1898-1941)の「動的状態」の業績を知った人は多いと思います。 かく言う私もその一人です。 シェーンハイマーの有名な実験は以下です。 普通の餌で育てられた実験用の成熟ネズミに3日間、特殊な餌を与えます。 その餌は、窒素の同位体でラベリングされたロイシン(アミノ酸の一種)を含んでいます。 餌としてネズミの身体に入ったラベリングされたロイシン(重窒素)は トレーサーとなって餌の行方を教えてくれることになります。 3日後にネズミは殺され解剖されました。 もちろん、糞尿もすべて回収されました。 全ての重窒素が糞尿中に排出されると予想されていたのですが、 結果は予想とはかけ離れていました。 尿および糞中に排泄されたのは投与量の29. 6%だけで、 重窒素の半分以上の56. 5%が身体を構成するタンパク質の中に取り込まれていました。 特に取り込み率が高いのは腸壁、腎臓、脾臓、肝臓などの臓器、血清でした。 このことは、重窒素アミノ酸を含んだ餌は、 ネズミの消化管でアミノ酸に分解、吸収され、 それらのアミノ酸が新たなタンパク質に組み上げられ、 各臓器、組織に取り込まれていることを示しています。 実験前後でネズミの体重に変化はありませんでしたから、 盛んに合成されたタンパク質と 同量のタンパク質が分解され、体外に捨て去られているということになります。 外から来た重窒素アミノ酸は消化吸収されて後、 瞬く間に身体の構成成分となっていたのです。 そして、時間が過ぎると 身体の構成成分であった重窒素のアミノ酸も分解され、 体外に排出されるのです。 ここにあるのは、 流れそのものです。 入れ替わっているのはタンパク質だけではありません。 脂肪組織も然りでした。 身体を構成するあらゆる構成要素が 中に入っては、出ていくのです。 全体の半分の成分が入れ替わる時間を半減期と言いますが、 肝臓では2週間、赤血球は120日、筋肉は180日といわれます。 となると、今の私と1年後の私では その構成成分は全て入れ替わっていることになります。 ですから今の私と1年後の私は、厳密には全く同じではないのです。 結局、私たちの身体は 常に食べているもので決定されてしまうのです。 今週の表題:「 私たちの身体は食べたもので出来ている」とは、 そういう意味なのです。 シェーンハイマーは一連の実験結果を元に 動的状態(Dynamic State)という概念を提唱しました。 福岡博士はそれを発展させて 動的平衡(Dynamic Equilibrium)としたのです。 その上で、 「生命とは動的平衡にあるシステムである」 「生命現象とは構造ではなく「効果」なのである」 と述べています。 「生命とは何か?」を深く考えさせられます。 ここで私は、もう一人の人物を紹介したいと思います。 1977年のノーベル化学賞受賞者イリヤ・プリゴジン(Ilya Prigogine, 1917-2003)です。 その著書名にも唄われていますが、 BeingからBecomingへの飛躍を「散逸構造理論」で解明しました。 散逸構造:熱力学的に平衡でない状態にある開放系構造を指す。 すなわち、エネルギーが散逸していく流れの中に自己組織化のもと発生する、定常的な構造である。 定常開放系、非平衡開放系とも言う。 散逸構造は岩石のようにそれ自体で安定した自らの構造を保っているような 静的な構造とは異なります。 例えば潮という運動エネルギーが流れ込むことによって生じる内海の渦潮のように、 一定の入力のあるときにだけその構造が維持され続けるようなものを指します。 味噌汁が冷えていくときのベナール対流の中に生成される自己組織化されたパターンに 散逸構造は現れます。 ベナール対流 プラズマの中に自然に生まれる構造や、 宇宙の大規模構造に見られる超空洞が連鎖したパンケーキ状の空洞のパターンも 散逸構造生成の結果です。 自然界には溢れているのです。 ベロウソフ・ジャボチンスキー反応も一例です。

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