生物を「動くもの」と定義すると、自分では移動しない植物を説明できません。反対に、自動車は動きますが生物ではありません。見た目や動きではなく、細胞の中で共通して働く仕組みから、生物らしさを整理しましょう。
なんでなんで？！ 植物は歩かないし、種はじっとしているよ。それでも生物だとわかるのはどうして？
一つの行動で決めるのではなく、すべての生物に受け継がれている細胞・遺伝情報・代謝の仕組みを見ます。共通テストでは「本当にすべての細胞に当てはまるか」を区別できることが重要です。
この記事でわかること
- 生物の共通性を、細胞・DNA・代謝から説明できる
- すべての細胞に共通する構造と、真核細胞だけがもつ構造を区別できる
- 光合成と呼吸が同じ細胞で行われる場合を説明できる
- グラフに表れた気体の出入りを、複数の反応の差として読める
この記事は、生物の共通性を見渡す入口です。塩基配列・遺伝子・ゲノム、光合成・呼吸は、この段階では『細胞が情報とエネルギーを扱う仕組み』として概要をつかめば十分です。詳しい仕組みは、それぞれを主題にした後の記事で学びます。
まず結論
- 細胞を基本単位とする
- 遺伝物質としてDNAをもち、情報を受け継ぐ
- 代謝によって物質とエネルギーを変換し、ATPを生命活動に利用する
この三つは、生物を学ぶための基本的な見方です。ただし、短い条件だけで未知の物体を例外なく生物・非生物に分けられる、という意味ではありません。
共通性1 細胞を基本単位とする
細胞は、生物の体をつくり、生命活動を行う基本単位です。大腸菌のように一つの細胞で生活する単細胞生物も、ヒトのように多数の細胞が役割分担する多細胞生物も、細胞を基本とする点では共通します。
さらに、原核細胞と真核細胞のどちらにも、次のものがあります。
| すべての細胞に共通するもの | 主な役割 |
|---|---|
| 細胞膜 | 細胞の内側と外側を隔て、物質の出入りに関わる |
| 細胞質 | さまざまな化学反応が行われる場を含む |
| DNA | 遺伝情報を担う |
| RNA | 遺伝情報の発現などに働く |
| リボソーム | タンパク質を合成する |
| 酵素 | 細胞内の化学反応を進める |
核・ミトコンドリア・葉緑体は、すべての細胞にあるわけではありません。これらは膜に包まれた構造で、原核細胞にはありません。一方、リボソームは膜に包まれていないため、原核細胞にもあります。
共通性2 DNAの情報を使い、受け継ぐ
生物は遺伝物質としてDNAをもちます。DNAをつくる四種類の塩基の並びを塩基配列といい、その一部にはRNAやタンパク質をつくるための情報があります。このように、形質に関わる遺伝情報をもつDNA上の領域が遺伝子です。
一つの生物がもつ遺伝情報の一組全体をゲノムといいます。真核細胞では、DNAはタンパク質とともに染色体をつくります。細胞分裂の前にはDNAが複製され、基本的に同じ情報が二つの細胞へ分配されます。
ヒトでは、神経細胞と筋細胞は形も働きも違いますが、同じ個体に由来する体細胞は原則として同じゲノムをもちます。違いが生じる主な理由は、細胞ごとに働く遺伝子の組合せが異なるためです。
DNA → RNA → タンパク質
DNAを「体を直接つくる材料」と考えるのではなく、必要な分子をつくるための情報を保存する物質と捉えます。
ここでは、DNAの塩基配列が遺伝情報を担うことを押さえましょう。DNA・遺伝子・染色体・ゲノムの関係は「DNA・遺伝子・染色体・ゲノムの違い」で、転写と翻訳の全体像は「遺伝情報はどうタンパク質になる？」で整理します。
共通性3 代謝を行い、ATPを利用する
生体内で起こる化学反応全体を代謝といいます。代謝は、単純な物質から複雑な物質を合成する同化と、複雑な物質を分解する異化に分けられます。これらの反応は、多くの場合、特定の反応を促進する酵素によって進められます。
生命活動で直接使いやすい形のエネルギーを受け渡す物質がATPです。筋肉の収縮、物質の能動輸送、物質合成などでは、ATPがADPとリン酸に分解されるときに放出されるエネルギーが利用されます。
- 光合成：光エネルギーを利用して、二酸化炭素などから有機物を合成する同化
- 呼吸：有機物を分解し、そのエネルギーの一部をATPに蓄える異化
なんでなんで？！ 植物は光合成でエネルギーを手に入れるんでしょ？ それなら呼吸はいらないんじゃないの？
光合成でつくった有機物のエネルギーを、生命活動に直接使いやすいATPへ受け渡すのが呼吸です。光合成を行う葉の細胞でも呼吸は昼夜を通して行われます。
「気体の出入り」は反応の差として読む
明るい場所に置いた葉が二酸化炭素を吸収していても、「呼吸をしていない」とは限りません。光合成による二酸化炭素の吸収量が、呼吸による放出量より多いと、外からは差し引きで吸収しているように見えます。
| 条件 | 光合成 | 呼吸 | 外から観察される二酸化炭素 |
|---|---|---|---|
| 明所 | 行われる | 行われる | 二つの反応の差 |
| 暗所 | 基本的に停止する | 行われる | 主に呼吸による放出 |
また、植物のすべての細胞が光合成するわけではありません。光合成は、葉肉細胞など葉緑体が発達した細胞で行われます。根の多くの細胞など、葉緑体をもたない植物細胞もあります。
確認問題
問1 原核細胞と真核細胞の両方にあるものを、核・細胞膜・ミトコンドリア・リボソームからすべて選んでください。
問2 遺伝子とゲノムの違いを説明してください。
問3 同じ人の神経細胞と筋細胞が異なる働きをするのは、まったく別のゲノムをもつからですか。
問4 光合成と呼吸を、同化・異化の語を使って分類してください。
問5 明所で葉が二酸化炭素を吸収していました。「呼吸は行われていない」と結論できますか。
問6 すべての植物細胞が光合成を行う、という説明が正しくない理由を答えてください。
まとめ
- 生物は細胞を基本単位とし、DNAの情報を受け継ぎ、代謝を行う。
- すべての細胞には、細胞膜・細胞質・DNA・RNA・リボソーム・酵素などがある。
- 核・ミトコンドリア・葉緑体は、すべての細胞に共通する構造ではない。
- ATPは生命活動におけるエネルギーの受け渡しに使われる。
- 光合成を行う細胞も呼吸を行い、見かけの気体交換は両反応の差として表れる。
最初の疑問に戻ると、生物らしさは「動く」という一つの見た目ではなく、細胞の中で情報とエネルギーを扱う共通の仕組みに表れます。
なるほど！ じっとしていても、細胞の中ではDNAの情報を使って、酵素が働いて、ATPを使う反応が進んでいるんだ。動きだけで決めちゃダメなんだね！
Plus｜ウイルスは生物なのか
ウイルスはDNAまたはRNAを遺伝物質としてもちますが、細胞構造をもたず、単独ではタンパク質合成や増殖を行えません。宿主細胞の仕組みを利用して増殖するため、生物と非生物の境界にある存在として扱われます。
「生物か非生物か」という結論だけでなく、細胞・遺伝情報・代謝のうち、何を自ら備え、何を宿主に依存するのかを比べることが大切です。
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