乳酸発酵とは?化学式と反応式で発酵食品の何がわかる?

乳酸発酵とは?
乳酸菌が、グルコースを乳酸に変える反応です。

乳酸菌からしたら、
ただグルコースを分解しているだけ。

そして、分解なら他の微生物もやってる。
食べ物が腐るのも、微生物が分解しているからでしょ?

じゃ、なんで乳酸発酵は、
私たちの食べ物に利用されているんですかね?

なんで、同じ分解なのに美味しいんでしょう?
他の腐った食べ物と何が違うの?

そんな日常の疑問も織り交ぜて、
乳酸発酵を復習してみました。

難しいこと抜きで、でもしっかりやっていきます。

 

乳酸発酵の化学式からわかること

乳酸発酵では、
1個のグルコースから2個の乳酸ができます。

グルコースの全部が、まるまるっと乳酸に変わるんですね。
(乳酸菌の種類によっては、乳酸以外のものも作られる場合があります)

 

乳酸発酵の化学式はこれです。

グルコース → 乳酸

 

グルコースから乳酸だけできるので、
反応の前と後で、重量は変わりません。

両方とも、分子量は180で一緒です。
(原子量は、炭素Cが12、水素Hが1、酸素Oが16。)

 

化学式からわかることは、まるまる乳酸になるってこと。

私の考察力だと、この事実以上に広げられません。

 

でも、例えばアルコール発酵は?
同じ発酵でも、グルコースからエタノールが約半分作られる。
残りの半分は、二酸化炭素になります。

 

だから、学生時代はアルコール発酵が人気です。

でも、大人になってからは逆。
乳酸発酵の方が気になる!って人が多い。

だって、ヨーグルトだとか漬物だとか。
自宅で作れる発酵食品に乳酸発酵が多いし。

 

そう思って乳酸発酵について調べた時、
やっぱり一番知っときたいことがあります。

そもそも乳酸発酵ってなんなんでしょう?ってことです。

 

みなさんは、ご存知ですか?
乳酸菌が乳酸発酵する理由。
実は乳酸を作るのが目的じゃないんですよ。

 

乳酸発酵とは?

乳酸発酵は、
乳酸菌が、酵素を使って、グルコースを乳酸に分解する反応です。

 

なぜ乳酸菌は、グルコースを分解するの?

それは乳酸菌が、
生きていくためのエネルギーを得るためです。

 

このエネルギーというのは、
動いたり、体を作ったりという、生きるための活動に使われます。

つまり、
私たち人間の「呼吸」にあたるのが、乳酸菌の場合は「発酵」なんです。

 

ちなみに、この呼吸と発酵は何が違うか?
それは、エネルギーを作る過程で、酸素を使うかです。

 

そして、乳酸菌の場合、
グルコースからエネルギーを作って、最後に残るものが乳酸。
だから、発酵は発酵でも、乳酸発酵って呼ばれています。

 

 

ちょっとまとめると、

  • 乳酸発酵は、乳酸菌がする、人間でいう「呼吸」のようなもの。
  • 乳酸菌は、グルコースを発酵して乳酸を作るので乳酸発酵。

こんな感じです。

 

それにしても、
乳酸菌て、テレビにも出てる売れっ子菌じゃないですか。
人間は強力なスポンサーですからね。
とうぶんの間は、絶滅の心配がない感じですよね。

 

もちろん、
腸内環境を整える!でおなじみではありますが。

でもおそらく、この人気は、
乳酸発酵をするってのも大きな理由だと思うんですよ。

 

そう、発酵食品。

どうして、発酵食品が昔からこんなに重宝されているのか。
発酵食品の何がいいのか?

 

何が思い浮かびますかね?
いろいろ出てくると思うんです。
多分、私より詳しい方もいると思いますが。。

 

今回は、乳酸発酵なので。
腐りにくい説を。
どうしてチーズなどは、長い間保存できるかご存じですか?

 

それは乳酸菌が、
乳酸発酵によって、他の菌を殺してしまうからなんです。

 

ちょっと詳しくご説明します。

乳酸菌は、発酵菌の中でも大分食いしん坊な菌のようで。
たくさんの栄養素を欲しがります。

つまり、糖分などの多いお菓子の家みたいな環境を好みます

 

具体的には、
Aという乳酸菌の種類は、アミノ酸が必要で、
Bという乳酸菌の種類は、ギ酸が必要で、

といった具合に、
発酵するのにグルコース以外の栄養素も必要なんです。

 

でも、そんなお菓子の家みたいな環境、
もちろん他の菌も大好きじゃないですか。

乳酸菌が生き続けるには、他のたくさんの菌に勝つ必要があります

 

で、勝っちゃうんですね~、これが。
勝っちゃう理由は、
名前についている「酸」にあります。

 

どういう事かと言うと?
乳酸菌は、発酵することで乳酸を作ります。

しかも、グルコースをまるまる全部乳酸にします。
すると、いつのまにか自分の周りは、大量の乳酸だらけ。

 

さて、乳酸は酸性です。
さて、お菓子の家はどんどん酸性の状態になります。

補足すると、
酸性とは、pHというのの値で、アルカリ性、中性、酸性があります。
テレビでも、弱酸性ビオ〇♪ってボディーソープのCMやってるあれです。

 

もちろん乳酸菌は、酸性でも生きていけます。

でも、他の菌はどうでしょう?

普通の菌は、酸性では生きていけないんですよ。
なので、いつのまにか乳酸菌の一人勝ちみたいな状態になります。
(他にも酸性が好きな微生物は共存してます。)

 

そして酸性の状態は、
他の菌が生きていけないので、有害な菌も死んでしまいます

 

そう、これが、人間にとっても好都合。
食品が腐ったり、食中毒になったりしなくて済むんです。

 

こうして、
乳酸発酵は人間の食べ物に利用されるようになりました。

 

これで、

  • 乳酸菌がなぜ乳酸発酵をするのか?
  • 乳酸発酵はなぜ保存がきくのか?

がわかりましたね。

 

では次は、
乳酸発酵はどうやって行われてるのか?
乳酸菌の中では何がおきているのでしょう?

まずは、乳酸菌の中で起こっていること。
これを反応式から簡単にみてみます。

 

乳酸発酵の反応式からわかること

乳酸発酵の反応式はこんな感じです。

そもそも、なぜ乳酸菌は乳酸発酵をするんでしたっけ?
それは、エネルギーを得るためでした。

 

生き物がエネルギーを作る方法は2つあります。

  • 呼吸系
  • 発酵系

どちらも、
有機物を簡単な物質に分解する過程でエネルギーを得ます。

この2つの違いは、酸素を使うか。
使うのが呼吸で、使わないのが発酵です。

 

乳酸発酵の場合、
まず1つのグルコースを2つのピルビン酸にまで分解。
その過程でエネルギーを作ります。

 

ちなみに、
この過程は解糖系といいまして。
呼吸も発酵もここまでは同じです。

なので解糖系は、
私たち人間も含め、全部の生き物が持っています。

 

そして、ここから酸素を使うのが呼吸。
でも、今回は乳酸発酵なので、酸素は使いません。

 

では乳酸菌の中で、
どんなことが起こっているのでしょうか。

 

まず、乳酸菌がグルコースを取り込みます。

先に書いたように、
グルコースは解糖系でピルビン酸に分解されます。

この時に、
エネルギー(ATP)とNADH2が2個ずつ作られる。

 

でもこの解糖系も、NADH2がたまると止まります。
エネルギー(ATP)が作られなくなってしまうんです。
なぜかというと、NAD+がなくなっちゃうから。

 

少し詳しく話すと、

乳酸菌の中の酵素が、グルコースを分解するんでしたね。

 

NAD+とNADH2は補酵素といって、
この酵素を助ける働きをします。

酵素は、補酵素がないと働けないんです。

また補酵素は、
酵素の分解工場と分解工場の間をつなぐ働きもします。
なので、
補酵素がないと次の分解に進めない。

 

発酵って本当によくできていて、
補酵素は、NAD+とNADH2の2つで回しています。

NAD+がNADH2になって、NAD+に戻って、またNADH2になって。。と。

私のイメージでは、
2人の出来のいいバイトだけで、仕事を回してる感じ。

 

そこで、
このたまったNADH2をNAD+に戻す必要がでてきます。

 

どうするかというと、
乳酸菌は、このピルビン酸を還元して乳酸に変えます。

ビールなどを作るときに使われるアルコール発酵をご存じですか?
酵母がするやつなんですけどね。

このアルコール発酵だと、ここが二段階なんですよ。

でも、乳酸菌は直接ピルビン酸を還元できるので。
まー早いですよね、反応が。

 

それには、理由がありまして。

乳酸菌は、
強い脱水素酵素という酵素を持っているんです。

一方酵母は、この酵素がない。
だから遠回りするしかない。

 

まさに、乳酸菌は乳酸発酵するために進化してきたんでしょうかね。
迷いがない、無駄がない!

 

この反応で、
NADH2は酸化されるので、はれてNAD+にもどります。

そして、
NADH2もたまらず、NAD+に再利用されるようになります。

 

補酵素が回るようになれば、解糖系も続けることができる。
発酵を続けることができるってわけ。

 

ちなみに、作られた乳酸は、体の外に出されます。
だから、最後に残る物質なので化学式にも出てきます。

 

これを簡単にいうと、
乳酸発酵は、

  • グルコースをピルビン酸に分解した後、
  • ピルビン酸を乳酸に(還元)する反応です。

 

こうみると、
乳酸は解糖系で作ったエネルギーだけで生きてるんですね。

 

解糖系で作れるエネルギーってどれくらいかご存じですか?

答えは、2ATP。

これって、少ないんでしょうか?

実は、ものすごく少ないんです。

 

仮に、呼吸ができれば、38ATPを作れます。
約20倍のエネルギーを1回で作れる。。

とまぁ、いろいろ疑問に思うんですが。
それは乳酸菌のことで。

今回は乳酸発酵のことなので、置いておきます。

 

さて、反応式から、

  • 乳酸発酵は酸素を使わずにエネルギーを作る方法
  • 強めの脱水素酵素を持っている
  • エネルギーを作ったら、すぐに乳酸にして、解糖系を回せる

ことがわかりました。

 

では、今までのことを踏まえて、
乳酸発酵の食品についてみていきます。

今は、ぬか漬けだけじゃなくて、
ヨーグルトなんかも、手軽に作れたりしますよね。。

 

自分で作って腐らないんだろうか?
そこが、私の中での一番の疑問ポイントだったんですけど。

 

今のところ、
有害な菌は酸性の環境で生きにくい。
ことがわかったので、大分安心してきました。

でも、まだちょっと自分で作るには腰が引ける。
もう一押し、安心材料を求めて。。

長いこと家庭で作られてきた漬物で、安心を探してみます。

 

漬物からわかること

何か昔から、
嫁入り道具にぬか床を持って行ったとか。
ぬか床が家宝なんて家もあるほど。

有名ラーメン屋の秘伝のツユみたいですよね。

 

どうして、そんなぬか床が現れるのか。
ぬか床の中で何が起きているんでしょうか?

 

はっきり言って、
家宝級のぬか床の中は、黄金菌がたくさんいるんですよ。
きっと。

 

食べ物などが腐ることを腐敗(ふはい)といいますよね。
でも微生物にとっては、
腐敗も発酵も同じで「分解」しているだけなんです。

 

人は、自分たちに都合がいい分解を発酵といいます。
そして、都合が悪い分解を腐敗と言っています。

 

なので、簡単な話が、腐敗させる微生物は住みにくい!
でも、発酵させる微生物はうじゃうじゃ住んでる!
そんな感じのぬか床なんじゃないかってことです。

 

今、うじゃうじゃといいましたが、
実は乳酸菌にも種類がたくさんあるんです。

 

乳酸菌て5つのグループがあることをご存じですか?

グループ名 特徴
ラクトバチルス属 ヨーグルトを作る菌。漬物を作るときに働く菌
ビフィドバクテリウム属 ヨーグルト菌で有名な、ビフィズス菌のこと
ラクトコッカス属 牛乳や乳製品でよく働いている菌。乳酸菌飲料を作る菌
ペディオコッカス属 塩分の高い環境でも生きられる菌。味噌、醤油や漬物などで働く
ロイコノストック属 ねばっこい多糖をよく作る菌

 

そしてこのグループの中に、
さらにたくさんの種類の乳酸菌がおります。

どうやら、ヨーグルトなんかは、
何種類かの乳酸菌が協力し合って作ってるようで。

おそらく、家宝級のぬか床も、同じ感じです。

 

ちなみに、乳酸発酵の話なんですが、
ぬか漬けの場合は、乳酸発酵だけ起こすのはむしろ難しいかと。

乳酸菌以外の優良菌も、
ぬか床の味わいを深めているんです。

 

例えば、
漬物といえば、しょっぱ辛いというか。
塩が入っていることは、
漬物を作ったことがなくてもわかります。

この塩も、相当重要なポイントです。

 

前に、酸性の環境は微生物は厳しいと書きました。

実はこの
塩分が多い環境も、微生物を減らす効果があります。

 

ぬか床でキーマン的な存在の乳酸菌は、
酸性OK、塩分OKの発酵菌。

そんな、酸性OK、塩分OKな菌は、
乳酸菌のほかにも、真菌(カビや酵母)の仲間におりまして。

かれらも、ぬか床をより家宝級にすべく、働いています。

 

そして、かれらが作り出す乳酸やアルコール、酢酸。
これらが、ぬか漬けのあの味を作ります。

さらに言うと、
かれらは種類が違えば、作り出す酸やアルコールも微妙に違うとか。

う~ん深い。

 

そして、頑張っている微生物のために、
人間は定期的にぬか床をかき混ぜます。

こうやって、しっかり愛情をかけることで、
なおさら家宝級になるんでしょう。

う~ん、実に深い。

 

さて、ぬか床の中を知ることで分かったことがあります。

それは、

  • 酸に耐えて、
  • さらに塩分に耐える

必要があるってことです。

なかなかの環境なので、相当住みにくいんでしょう。

 

大腸菌なんかは、まず住めません。
私は、これくらいの知識でだいぶ安心できました。

 

ということで、大分長々と書いてしまいました。
最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まずは、乳酸発酵の化学式のお話。

1個のグルコースから2個の乳酸ができる。

次に、乳酸発酵の話。

乳酸菌が乳酸発酵するのは、エネルギーを作るためでしたね。
そして、
乳酸菌は乳酸を作り、自分の周りを酸性にしてしまう。
これが、有害菌も含む他の菌を殺すので、長期保存が可能。

では、乳酸を作る過程の話になりまして、

反応式を順を追っておさらいしました。

最後に、
ぬか床のミラクルをお話ししましたね。
酸にも塩分にも耐えられる優良菌の宝庫。

 

う~ん、あとはしっかり混ぜてお世話をするだけ。
これさえできれば、
私もぬか床を作ってみたい。

あ!自分のこともろくにできていない。。
実践は、もう少し後になりますかね。

 

今回の参考文献はこちら

アルコール発酵の化学式と実験!反応式と酵母!化学と生物!

アルコール発酵は、化学でも生物でも出てきます。

化学だと、化学式があって、実験で確かめて。。。
生物だと、反応式があって、発酵の流れを理解して。。

いったいなんなのさ!

でもこれって、アルコール発酵に2つの見方があるってこと。
パンやお酒は、酵母が発酵をすることでできる。

  • 発酵って酵母はどうやってんの?が生物だし。
  • パンやお酒はどうしたらできるの?が化学。

分けないで、一緒におさらいしてみたら、
お互いが関係しあって、いい感じでまとまる。
まあそうだよね、だって同じ発酵のことなんだもん。

ということで、

  • 実験からわかることや
  • 反応式・化学式からわかる事

難しいの抜きでまとめてみましたよ。

 

アルコール発酵の化学式

アルコール発酵の化学式はこれですね。

グルコース → エタノール +二酸化炭素

 

1個のグルコースが、
2個のエタノールと2個の二酸化炭素に分解される。

この式に、元素の重さを当てはめる。
すると、それぞれの量が計算できます。

 

例えば、、

  • グルコース何gをアルコール発酵したら、エタノールは何gできる?とか。
  • アルコール濃度何%のワインを作るには、糖分何%のブドウが必要か?とか。

 

実際にお酒の会社とかで使われてそうな計算ができるんですね。

にしても、文章にすると難しそう。
でも、数字を当てはめれば簡単。

 

落ち着いてやっていきます。

それぞれの原子量はこれ。
炭素Cは12、水素Hは1、酸素Oは16。

 

そうするとグルコースの分子量は180です。
炭素が6個、水素が12個、酸素が6個含まれるので。
(炭素6×12 + 水素12×1 + 酸素6×16ですもんね。)
掛け算と足し算で出せるのとか助かります。

 

同じように、エタノールと二酸化炭素の分子量も計算すると?
エタノールが92。
二酸化炭素が88。

 

これって、簡単に言うと、

180gのグルコースを使うと、92gのエタノールと88gの二酸化炭素に分解されるってことです。
作りたいアルコール濃度の約2倍のグルコースが必要なんですね。

 

そういえば、この前ワインを買いました。
普段飲まないので、何がいいのかわからない。

でも、ちょっと自分でも気持ち悪かったけど、化学式で考えましたねー。
うわ、今、化学式思い浮かべた?ってなりましたけど。

 

~~~~~。

作りたいアルコール濃度の約2倍のグルコースが必要だったな。
なら、アルコール濃度が10%のワインをつくりたいときは?
糖分20%のブドウが必要ってことか。
(ブドウがグルコースにあたります)

じゃぁ、アルコール濃度が5%のワインは?
糖分10%のブドウが必要。

~~~~~。

 

糖分20%のブドウと糖分10%のブドウ、
普通に食べたらどっちのほうが美味しそうですかね。。
味覚って人それぞれですけど、まぁ大体20%ではないでしょうか?

 

ブドウは糖分が高くなれば、作るのが大変になっていきます。
そして、美味しいワインの産地は、糖分が高いブドウの産地だったりします。

なので、アルコール濃度が高いのを買うのがよろし?

 

結局、
気に入ったラベルのを買ったんですけど。
ある程度絞り込みに使えました。

アルコール発酵って、実際にお酒を作るのに使われてますよね。
実際に使われている知識って、まだ勉強する気がでます。

 

もちろん、学校で実験なんかもしますよね。
あ、だからといって、お家で気軽にアルコールを発酵させちゃダメですよ!
アルコールを作るのには国の許可が必要なので、違法になっちゃいますから。

てか、器具をそろえるのも面倒なので、今回は脳内で実験してみます。

 

アルコール発酵の実験

さて、実際にアルコール発酵の実験をします。

 

実験で出る結果は、失敗しなければこれになるんですよ。

グルコース → エタノール + 二酸化炭素

1個のグルコースが、2個のエタノールと2個の二酸化炭素に分解される。

 

結果はわかっているので、実験で起こったことから何がわかるか?
化学式=起こったこと
これを説明できるかが問題です。

 

 

さて、
多分用意されているグルコースにあたるものは、ブドウやリンゴ。

なんでなんでしょうかね?
別にお米や麦だって、日本酒やビールになるじゃないですか。

 

それは、実験が面倒だから。

そんな理由ではないですけど、理由はあります。
お米や麦って、デンプンなんですね。

で、アルコール発酵で使うには、
先にデンプンをブドウ糖(グルコース)に分解しないといけない。
(この処理を糖化って呼んでます。)

 

でも、ブドウやリンゴはブドウ糖を含んでるので、糖化の必要がないという。
即効で実験が始められるって訳です。

 

例えば、今回はブドウを使っていきます。
(引き続き、脳内実験です。)

ブドウをしぼって、果汁(かじゅう)に酵母を加えます。
そうすると、発酵が始まります。

 

この時、温度を変える実験をしたりします。
この実験で、この反応は酵母がやっていることだと確認できます。

 

ちなみに、
ご存じかと思いますが、ブドウは放置したら腐ります。
何もしなければワインにはならない。

このブドウを、
エタノールと二酸化炭素に分解するためには、酵母が必要です。
(酵母がなぜアルコール発酵をするのかは、あとの方でお話してます。)
さらに言うと、酵母の持っている酵素がせっせこ働いて分解します。

 

酵母は微生物なので、れっきとした生き物です。
私たちと同じ真核生物ですので、同じ細胞でできているんです。

 

私たちの体の中にも酵素があって、せっせこ働いてくれていますよね。
私たちの平均的な体温は何度でしょうか?
だいたい36℃くらい。
おそらく酵素はこの辺の温度であればせっせこ働いてくれるんですよ。

 

では、実験に戻ります。
0℃と40℃の中で発酵させる。
どっちが反応が活発だと思いますか?
もうお分かりですよね。
40℃です。

 

ちなみに、実際にワインを作る場合は、20℃~30℃みたいです。
40℃だと、快適すぎて、ほかの微生物もせっせこ働いちゃって。

さらに、温度を低くするだけじゃなくて、
雑菌を抑えるために、亜硫酸というのを加えるらしいです。

 

実験では、1分おきに、気体の発生量をはかりますね。
いつまで量っていればいいんでしょう?

化学式を見ると、エタノールも二酸化炭素も、グルコースの半分の量でしたね。
なので、最初に発酵させた液体の、だいたい半分の量が量れたらです。

 

量り終わったら、発生した気体のにおいをかぎます。
これは、その気体がエタノールかを匂いで確認するためです。
消毒液のようなにおいがしたら、エタノールなんじゃない?ってことです。

 

エタノールが発生したのはわかりました。
では、残るは二酸化炭素が発生したかで終わりです。

どうやって調べましょうか?

 

だいたいが、水酸化ナトリウムを加えます。
なんででしょう?

これ簡単な話ですが、少し面倒で。
ヒトの感覚で感じれるまでに、3段階あります。

  1. 水酸化ナトリウムと二酸化炭素が反応して炭酸ナトリウムになる
  2. 炭酸ナトリウムは水に溶けやすいので、水に溶ける
  3. 気体が水になるので、その分、発酵管の中の圧力が下がる

3)を感じるために、わざわざ管の口を、指で蓋(ふた)するんです。

 

何を感じるかというと、圧力が下がるので、指が吸い込まれる感じになります。
ヒトは、気体がみえないですからね~。
こうやって感じて初めて、二酸化炭素がそこにいたことを確認できるんです。

 

さて、脳内で実験が終わりました。

これで、この化学式を理解できました。

でも、見落としちゃいけないところがあるんです。
それは、「→」の部分ですよ。
なんで、エタノールと二酸化炭素ができるのかって、そこの部分。

 

そここそが、アルコール発酵。
「→」の間に起こっていることを、
反応式を見ながらみていきましょう。

 

 

アルコール発酵の反応式

アルコール発酵の反応式はこれですね。

そもそも、なぜ酵母はアルコール発酵をするのかご存じですか?

 

それは、エネルギーを得るためです。

このエネルギーは、
動いたり、体を作ったりという、生きるための活動に使われます。

つまり、発酵をしないと酵母は死んじゃうんです。
そして、酵母の場合、
作るものがエタノールなのでアルコール発酵っていいます。

さてでは、
生き物が、糖分などを分解してエネルギーを得るのには2つの方法があります。

・呼吸系
・発酵系

 

どちらも、有機物を簡単な物質に分解する過程でエネルギーを得ます。

この2つの違いは、酸素を使うか。
使うのが呼吸で、使わないのが発酵です。

 

アルコール発酵の場合、
まず1つのグルコースを2つのピルビン酸にまで分解。
この過程でエネルギーを作ります。

ちなみに、
この過程は解糖系といいまして。
呼吸も発酵もここまでは同じです。

なので解糖系は、
私たち人間も含め、全部の生き物が持っています。

 

そして、ここから酸素を使うのが呼吸です。
でも、今回はアルコール発酵なので、酸素は使いません。

 

では酵母の中で、
どんなことが起こっているのでしょうか。

 

まず、酵母がグルコースを取り込みますね。

先に書いたように、グルコースは解糖系でピルビン酸に分解されます。
この時に、エネルギー(ATP)とNADH2が2個ずつ作られます。

 

でもこの解糖系も、NADH2がたまると止まります。
エネルギー(ATP)が作られなくなってしまうんです。
なぜかというと、NAD+がなくなっちゃうから。

 

少し詳しく話すと、

酵母の中の酵素が、グルコースを分解するんでしたね。

NAD+とNADH2は補酵素といって、この酵素を助ける働きをします。
酵素は、補酵素がないと働けないんです。

また補酵素は、
酵素の分解工場と分解工場の間をつなぐ働きもします。
なので、
補酵素がないと、次の分解に進めないんです。

 

発酵って本当によくできていて、
補酵素は、NAD+とNADH2の2つだけで回しています。

NAD+がNADH2になって、NAD+に戻って、またNADH2になって。。と。

私のイメージでは、
2人の出来のいいバイトだけで、仕事を回してる感じ。

 

そこで、
このたまったNADH2をNAD+に戻す必要がでてきます。

どうするかというと、
酵母はまず、
ピルビン酸をアセトアルデヒドにするんですね(脱炭酸)。

この時に、
二酸化炭素ができて、そのまま体の外に出ちゃいます。

だから、
最後に残るものとして化学式にも出てきますよね。

次に、このアセトアルデヒドを、NADH2を使って(還元)エタノールにします。
この反応で、NADH2は酸化されるので、はれてNAD+にもどります。

そして、NADH2もたまらず、NAD+に再利用されるようになります。

補酵素が回るようになれば、解糖系も続けることができる。
発酵を続けることができるんですね。

 

ちなみに、
作られたエタノールは、体に毒なので体の外に出されます。
だから、最後に残る物質なので化学式にも出てきます。

これを簡単にいうと、

アルコール発酵は、

  • グルコースをピルビン酸に分解した後、
  • ピルビン酸を(脱炭酸して)アセトアルデヒドに分解し、
  • アセトアルデヒドをエタノールに(還元)する反応です。

 

こうみると、
酵母は解糖系で作ったエネルギーだけで生きてるんですね。

 

解糖系で作れるエネルギーってどれくらいかご存じですか?
2ATPなんです。

これって、少ないんでしょうか。
すんごく少ない。

仮に、呼吸ができれば、38ATPを作れます。
約20倍のエネルギーを1回で作れる。。

 

そう考えると、2ATPって、なかなか省エネな生き方です。

なぜ酵母は、アルコール発酵をすことにしたんでしょう?

エネルギーを作る手段に、
アルコール発酵を選んで幸せだったんでしょうか。。

次は、酵母の側から、
アルコール発酵をすることについてみてみます。

実は、酵母は呼吸もできるって言ったら混乱しますか?

 

酵母がしていること

酵母の住んでいる微生物の世界。
そこには、酸素があると死んでしまう微生物がいます。

酸素って、実は毒性が強いんです。
だから、酸素を分解する酵素を持っていないと生きていけない。

 

じゃあ、酵母はその酵素を持っていないのでしょうか?

これが、持ってるんですよ。
なので、普通に呼吸もできるっていう。

酵母は酸素があれば、
38ATPをゲットできる生き物なんです。

 

え、アルコール発酵しないでいいじゃん。
って思いませんか?
2ATPしかゲットできないんだから。

 

でも、こうも考えられる。
酵母は、
呼吸もできるし、アルコール発酵もできる。

 

これって、酸素があるところでもないところでも生きられるってことなんです。

凄くないですか?
なんなら、私たち人間よりもすごいですよ。

 

そんなすごい酵母は、生育範囲が広めです。

酵母は、ある意味どこにでもいます。

なので、
条件がそろえば、自然の状態でもアルコール発酵してます。

だから、人類が作った最初のお酒はワインなんじゃないか説。
最初は、ブドウの表面に住んでいる酵母を使ってはじめられたとか。
紀元前7000年ごろらしいですよ。

 

でも今は、ちゃんとした売り物としてワインを作る。

どの微生物よりも優先して酵母が生きられるように、
環境を作ってあげないといけない。

なかなか難しいですよ。

というか、
酵母からしたら、別に自分のエネルギーを作ってるだけ。
エネルギーを作ったら、エタノールができて、なぜか人間が喜んでる。
そんな図です。

 

そう、幸か不幸か、
アルコール発酵を人間が利用し始めたんですよね。

特に、
出芽という方法で増えるパン酵母はよく知られています。

このパン酵母は、強めのアルコール発酵の能力があるんです。
なので、それを知った祖先は、酒造りやパン作りに利用してきました。

 

幸運なのは、
パン酵母として人間に使われている間は、少なくとも絶滅の心配がないこと。

特に有名な、サッカロマイセス・セレビシエというパン酵母は安泰(あんたい)でしょう。

もしかしたら不幸な点は、
呼吸もできるのに、人間の都合でアルコール発酵をすること。
死にそうな環境で、少ないエネルギーで生き延びているんです。

何か書いてて申し訳なくなります。。

 

でも、救いなのは、酵母の寿命が短いことです。
酵母はだいたい20回分裂(正確には出芽)すると寿命がくるんだとか。
2つに分裂するのにかかる時間は、パン酵母だと90~120分だそうです。
120分×20回だと、約1日で寿命が来ることになります。

 

酵母はたぶん、
分裂して子孫を残すことに一生懸命で、呼吸の方法なんて気にしていない。
そうであってほしいです。
(そもそも感情がないので、心配いらないですけどね)

 

ということで、
化学から生物の分野へ。
さらに、マニアックな微生物学までかじってしまいました。

最後に、まとめて終わりにします。

 

まとめ

まずは、アルコール発酵の化学式。

この式から量の計算をしました。

次に、ぶどうを使って実験しましたね。
結果はわかっているので、
化学式=起こったこと
これを説明できるかが問題なんでした。

そして、アルコール発酵の反応式。


酵母が何をしているのか?のお話でした。

最後に、
酵母にとってアルコール発酵は何なのか?
酵母の生態なんかと合わせて紹介しました。

アルコール発酵について本当は、
バイオ燃料とか、お酒のつくり方とか、まだいろいろ書きたいですけど。。

またの機会にお話しできればいいなと思います。

 

今回の参考文献はこちら

真核細胞!原核細胞の違いや構造、例を紹介

乳酸菌と酵母の違いって分かりますか?
1つは、原核細胞か真核細胞かですね。

この地球上には、二種類の細胞があります。

  • 真核細胞
  • 原核細胞

私たち人間は、真核細胞を持っている。

実は、カビや酵母も真核細胞をもってます。
でも、乳酸菌や大腸菌は原核細胞。

この違いはなんなんでしょう?

今回は、真核細胞を中心にいろいろ見ていきます。

細胞が、真核と原核の二つに分かれる理由。
真核細胞の中でも、菌類と植物、動物の構造に違いはある?
真核細胞の特徴や例についても触れてますよ。

それでは行きましょう!

 

真核細胞と原核細胞の違い

まずは、
真核細胞と原核細胞はどこが違うの?というところから。

2つを分けているのは何なんでしょうか?

 

後で一つずつ見ていきますが、
今回は、違いを4つほどご紹介します。

  • それぞれの細胞を持つ生物が違う
  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

 

それぞれの細胞を持つ生物が違う

真核細胞と原核細胞は、
それらをもつ生物が、はっきり分かれています。

というか、
どっちの細胞を持つかが分類の物差しにもなってる。

 

真核細胞を持つ生物は、真核生物といいます。
動物や植物、菌類に原生生物がそうです。

一方、
原核細胞を持つ生物は、原核生物。
細菌や古細菌がこのグループ。

真核生物の具体例は、
最後の方にざーっと書いてるのでみてみてくださいね。

 

動物だけど、例外的に原核細胞をもってる
細菌なのに、なぜか真核細胞をもってる

なんてことは、現状起こっていません。
例外なくはっきり分かれてくれているのって助かりますよね。

 

核があるかないか

 

細胞の中に、核があるのが真核細胞です。

 

原核細胞は、核がない。
だから、DNAがそのまま細胞の中に浮いてます。

 

じゃあ、真核細胞のDNAは、
どうやって
あんな小さくて丸い核の中に納まるんでしょう?

 

それは、
DNAがヒストンていうのと、くっつくのがミソ。

このヒストンはタンパク質。
だから、比較的しっかりしてます。
で、DNAはこのヒストンと、ひも状になる。

例えば、細い糸も何本か重ねるとしっかりしません?

それと同じ原理で、束ねやすくなるってわけ。

 

でも、そもそも、
なんで真核細胞は核にDNAを入れたんでしょう?

その理由は、
DNAの長さが長すぎるからだそうです。

 

例えば、
原核細胞を持つ大腸菌のDNAは、400万塩基対。
一方、真核細胞を持つヒトのDNAは?
なんと、30億塩基対もあります。
その差なんと750倍。

 

こんなに違うんじゃ、確かに真核細胞は整理しないとかも。

DNA以外にも、オルガネラもかなり入りますからね。

断捨離できないから収能力UPしかない!!

 

ちなみに、DNAの形も違います。

真核細胞は、全生物が真っ直ぐ(直鎖状)。
だけど原核細胞は、ほとんどが輪っか(環状)。

 

これも、核に閉まった理由に関係してるんでしょうかね?

 

細胞の中身が複雑か簡単か

真核細胞の細胞内は複雑です。
一方、原核細胞はシンプル。

 

なぜなら、
真核細胞には、いろんなオルガネラがつまってる。

 

オルガネラとは、
細胞の中にある、膜で包まれた器官のこと。
これらは、それぞれ特別な働きをします。

例えば、
ミトコンドリアや葉緑体、ゴルジ体、小胞体なんかがあります。

 

原核細胞にも、
リボソームなど、生きていく上で必要な機能はあります。
でも、オルガネラはありません。
(リボソームは、正確にはオルガネラではありません)

 

ちなみに、
オルガネラってどうやってできたかご存じですか?

 

なんでも、
細胞膜が折れ込んできたと考えられてるそうです。
そして、
その折れ込んだ部分が独自の機能を持つようになったと。

 

折れ込むって。。湯葉(ユバ)しか思い浮かばない。。
やばい、もうそのイメージしかできない。。

 

なーるほど。

オルガネラの特徴は、
細胞膜と同じハイスペック膜の働きなんですよ。
もともとが細胞膜ということなら。
納得です。

 

そういえば、
最近は、オルガネラの意味があいまいになってますよね。
細胞の中のものは全て、オルガネラとおっしゃる方も。

 

そんなわたしも、まだまだ専門家には程遠い。
日々精進していかねば!です。

 

細胞の大きさが違う

真核細胞と原核細胞では、細胞の大きさが違います。

 

同じ真核細胞でも、
種類によって大きさの違いはありますが、、

原核細胞が1~2μmくらい。
真核細胞が数十μmくらいなんだとか。

その差は、10倍以上です。
(1㎛=0.001㎜です)

 

この差、そんな無いように思いますか?

 

現実にみると、
大腸菌とヒトの細胞の大きさの違い。

見た目の大きさで言ったら、
大腸菌が大豆くらいの大きさだとしたら、
ヒトはエベレストより高いんだそうです。

 

安心してください、10倍でも凄い差なんで。

だって、直径が10倍あると、
体積は1000倍になるじゃないですか。

 

ちなみに、
原核細胞の大きさは、
真核生物のオルガネラと同じくらいです。

 

このことは、細胞共生説の根拠になってるんです。

簡単に言うと、
原核生物が、他の原核生物を体に取り込んだ。
そして、自分の機能の一部にした。
みたいな感じです。

 

真核細胞の構造

真核細胞といっても、その構造は種によって特徴があります。

 

今回は、以下の三つの図を描いてみました。

  • 菌類
  • 植物
  • 動物

それぞれ、これはあるけどそれはない。
みたいな感じになってます。

 

しかも最近は、すごく優れた顕微鏡が登場していて。
いろんな器官が詳細に載ってる模式図とかもありますよね。

でも今回は、とても単純な図で紹介します。
高校生物くらいのボリュームです。

 

なんか、下手ですみません。。

この図を見ると、気づくことが。
それは、
意外とそんなに違わない??ってこと。

 

そう、案外同じものを持っているという。
このことから分かることがあります。

それは、

細胞の中のものが揃った時期は
いろんな種に別れるより前か同時期だった

ってことです。

 

先にオルガネラとかが細胞内に出揃った。
そこから、
動物や植物などに進化していった。
そんなふうに考えられています。

 

では、構造のお話に戻って。

一番ボリューミーなのが、植物の真核細胞。

  • 葉緑体
  • 液胞
  • 細胞壁

が、特徴的ですよね。

特に、葉緑体については、植物だけが持っています。

 

次に多いのが、なんと菌類。
植物の細胞から、葉緑体を抜くと、菌類用になります。。

  • 細胞壁
  • 液胞

は、まだありますね。。

 

そして、とってもシンプルなのが、動物の真核細胞。

細胞壁も、液胞もなくなっています。

細胞壁がないのは、動物には骨があるから。
逆に、植物と菌類は、
細胞壁があるから、あんなにしっかりした形がたもてるんです。

 

細胞を構成するものだけを見ると、
それ以外に主要なのは、みんなもってるんですよね。。

  • 核膜
  • 細胞膜
  • 細胞質
  • 小胞体
  • ミトコンドリア
  • ゴルジ体
  • リソソーム
  • リボソーム

。。。

ね、意外とシンプルでしょ?

 

ただ、この細胞の構造だけ見ると、似ているんですが。
ひとつひとつの器官を細かく見ると、
やっぱり、それぞれに特徴があったりします。

 

例えば、

真核生物のDNAは、染色体が複数あります。

でも、
ヒトは46本だけど、
カビの仲間のコウジカビは8本と少ないです。

 

細胞分裂すると、
これらの染色体のDNAが複製されて、娘細胞に分かれて入る。

 

この分裂できる回数は、動物の場合は決まってます。
つまり、細胞に寿命がある。

でも、菌類にはなくて、ずーっと分裂できるんだそうです。

 

と、それぞれが、
いろいろ工夫して進化してきたんでしょうね。

 

う~ん、
私たち人間も、
細胞レベルで何か進化してるんでしょうか?

次は、人間はどうやって誕生したのか?じゃないですけど、
そもそも、真核細胞って何なのか?ということ。

真核細胞って、どうやって誕生したんでしょうね?

 

真核細胞とは?

真核細胞は、真核生物が持つ細胞のことです。

この真核細胞は、だいたい数十㎛。

 

でも、なにしろ真核生物には種類がたくさんいますから。

例えば、原生生物のアメーバ。
彼らは、真核細胞1つで生きてるんですが、
大きいものだと100㎛くらいあります。

 

そんな、真核細胞はどうやってできたのでしょう。

今考えられているのは、
原核細胞を持つ原核生物が進化して誕生した。
ま、その説が想像しやすいですよね。

 

具体的には、原核生物の細胞に原核生物が入り込み。。
そして、染色体を包み込みます。
これが、今の核膜に包まれた核にあたるそう。

 

この、核の進化以外にも、

ミトコンドリアは、
昔むかし好気性の細菌が細胞に取り込まれたもの。
好気性とは、酸素を吸収してエネルギーを作り出すことです。

葉緑体は、昔むかしの藍藻が取り込まれたもの。
藍藻は、光合成をする細菌ですよね。
ちなみに藍藻は、シアノバクテリアのことです。

 

こうやって、真核細胞を持つ真核生物は
いろんなスペックを身につけて進化してきたと考えられてる。

 

これにはちゃんと根拠もあります。

実は、
ミトコンドリアと葉緑体は、自前のDNAを持ってます。
核外DNAっていうんですが。

細胞のオリジナルのDNA以外に、
同じ細胞内にいるミトコンドリアの中にもDNAがある。

 

そして、そのDNAは環状なんです。

DNAの形は?
原核細胞が環状で、真核細胞が直鎖状でしたね。

 

つまるところ、
環状のDNAをもつミトコンドリアたちは、
もとは、別の原核生物が、細胞の中に入り込んでオルガネラ化した。。
これは細胞共生説といわれています。

 

そんな真核細胞ですが、
この細胞を持つ生物は、どんなのがいるんでしょうか?

簡単にまとめてみましたよ。

 

例は何があるの?

真核細胞をもつ生物には、こんなのがいます。

分類名 例(別名、分類名含む)
動物
  • ヒト
  • ホニュウ類
  • は虫類
  • 節足動物
  • 脊椎動物 など
植物
  • コケ植物
  • 被子植物
  • 裸子植物
  • シダ植物
  • オオカナダモ など
菌類
  • カビ
  • 酵母
  • キノコ
  • 酵母菌(=酵母)
  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 不完全菌類
  • 地衣植物 など
原生生物
  • 原生動物
  • 藻類
  • ミドリムシ
  • アメーバ
  • ゾウリムシ など

 

ハンパない数なんですよ、本当に。

それもそのはず、

  • 細菌
  • 古細菌

以外は、すべて真核細胞を持っています。

なので真核細胞を持つ生物は、

  • 動物
  • 植物
  • 菌類
  • 原生生物

の仲間全員!です。

 

おっと、思ったよりも長くなってしまいました。
最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、真核細胞と原核細胞の違いについて。

  • それぞれの細胞を持つ生物が違う
  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

という違いがありました。

次に、真核細胞の構造について。

  • 中身の種類は似ている
  • でも、その構造などはそれぞれ特徴がある

 

そして、真核細胞は何なのか?

  • 原核細胞を持つ原核生物が進化して誕生した細胞
  • ミトコンドリアの祖先は、真核生物に共生した原核生物

最後に、真核細胞を持つ生物の例を挙げました。

 

にしても、
私たちがいつも食べているものは、みんな真核細胞。

細胞は同じなんだから、何が美味しさを分けてるんでしょう?
きのこのことは記事にしてるので読んでみてくださいね。

 

今回の参考文献はこちら

原核生物と真核生物の違い!例はそれぞれ何?特徴や転写は?

原核生物と真核生物には、どんなのがいるんでしょうか?
聞いたこがありそうなの中心に、例を挙げてみましたよ。

そして、
原核生物と真核生物。
この2つの違いは、いったい何なのでしょう?

大腸菌とヒトの違いだよって言われれば、それは違うなってなる。
でも、乳酸菌と酵母の違いでもありますからね。

そんな原核生物は、どんな構造?特徴は?
真核生物の方はどう?

最後に、
原核生物と真核生物の転写や翻訳の違いのお話も。

原核生物って、
見方によってはかなりかっこいい生き物です。

真核生物は、
もう少し分けてほしいと思うくらい多彩。

ではまず、
多くの人が気になる原核生物と真核生物の例から!

原核生物の例

原核生物にはこんなのがいます。

ドメイン 例(分類名・俗名など含む)
細菌
(バクテリア)
  • 乳酸菌
  • 大腸菌
  • ビフィズス菌
  • 枯草菌(納豆菌)
  • シアノバクテリア(藍藻)
  • ユレモ
  • ネンジュモ
  • アオコ
  • ピロリ菌
  • コレラ菌
  • ブドウ球菌
  • 放線菌
  • グラム陰性菌
  • グラム陰性菌
  • 緑膿菌
  • 腸炎ビブリオ菌
  • 桿菌
  • 球菌
  • クロストリジウム
  • 硝酸菌  など
古細菌
(アーキア)
  • メタン菌
  • 超好熱菌
  • 高度好塩菌  など

 

細菌は、例を上げるときりがないですね。。

一方、古細菌は本当にマイナー。
でも、仕方ないんです。
身近にはなかなか、いないから。

 

古細菌は、
普通の細菌が持っていない能力をもってます。

それで、
普通住めないような塩湖なんかに住んでる。

 

なので、
実質、原核生物は細菌だけといってる本もあるほど。

 

そんな原核生物に比べて、真核生物の多いこと。

2つにわけるなら、
同じくらいのボリュームにしてくれてもいいもの。

なんで、こんなに違うんでしょう?

とにかく次は、
真核生物の例をご紹介しますね。

 

真核生物の例

真核生物には、こんな生物がいます。

分類名 例(別名、分類名含む)
動物
  • ヒト
  • ホニュウ類
  • は虫類
  • 節足動物
  • 脊椎動物 など
植物
  • コケ植物
  • 被子植物
  • 裸子植物
  • シダ植物
  • オオカナダモ など
菌類
  • カビ
  • 酵母
  • キノコ
  • 酵母菌(=酵母)
  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 不完全菌類
  • 地衣植物 など
原生生物
  • 原生動物
  • 藻類
  • ミドリムシ
  • アメーバ
  • ゾウリムシ など

 

ハンパない数なんですよ、本当に。

それもそのはず、

  • 細菌
  • 古細菌

以外は、すべて真核生物。

なので真核生物は、

  • 動物
  • 植物
  • 菌類
  • 原生生物

なんですけど、やっかいなことが。

 

これがわかってればいいと思いきや、
さらに生物単品の名前で聞かれることが。

 

しかも、
学問上の正式名称じゃないので書かれてたりして。

例えば、酵母菌?
酵母菌て、微生物学的には「酵母」なんです。
医療系を目指す人とか、
大学とかで覚え直さないとになっちゃうやつ。

 

とにかく、

原核生物の3つ以外は、全部真核生物!

例は、覚えてもいいけど、
優先順位でほどほどに^-^

暗記って、それが出なかったら終わりで、費用対効果悪いから。

 

真核生物と原核生物って、
定義も言わずに、いきなり使っちゃったけど。

この2つは、いったい何なんでしょう?

 

次は、多くの人が気になる部分。
原核生物と真核生物の違いをお話します。

一体、どこで分けたんでしょうか?

知れば知るほど、
ここで分けなきゃいけないと悟ります。

 

原核生物と真核生物の違い

原核生物と真核生物はどこが違うの?

2つを分けているのは何なんでしょうか?

 

後で一つずつ見ていきますが、違いは3つほど、

  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

おまけで、2つほど、

  • 生きている年数が違う
  • 多細胞生物か単細胞生物か

今回は、お話ししたいなと思います。

 

核があるかないか

 

原核生物は、核がないです。
だから、DNAがそのまま細胞の中に浮いてます。

一方、真核生物には核があります。

 

この核とは、DNAを閉まっている丸いもの。
で、このDNAには、大切な遺伝子が載ってます。

 

ここで余談ですが、
この丸いものが、細胞の中にあるのが発見されたのは1802年。

なんと、植物の画家さんが見つけたそうです。
植物の学者を差し置いて見つけちゃったとか。。
絵を描くのに、めっちゃ観察したんでしょうね。

 

話は戻りますが、

では、真核生物のDNAは、
どうやって小さい核の中に納まるんでしょう?

 

それは、
DNAがヒストンていうのと、くっつくのがミソ。

このヒストンはタンパク質。
だから、比較的しっかりしてます。
で、DNAはこのヒストンと、ひも状になる。

例えば、細い糸も何本か重ねるとしっかりしません?

それと同じ原理で、束ねやすくなるってわけです。

 

ではそもそも、
なんで真核生物は核にDNAを入れたんでしょう?

その理由は、
単純にDNAの長さが長すぎるから

 

例えば、
原核生物である大腸菌のDNAは、400万塩基対。
一方、真核生物であるヒトのDNAは?
なんと、30億塩基対もあります。
その差なんと750倍。

 

こんなに違うんじゃ、確かに真核生物は整理しないとかも。

DNA以外に、オルガネラも入りますからね。

断捨離できないから収能力UPしかない!!

 

ちなみに、DNAの形も違うんですよ。

原核生物は、ほとんどが輪っか(環状)です。
でも真核生物は、全生物が真っ直ぐ(直鎖状)

これも、核に閉まった理由に関係してるんでしょうかね?

 

細胞の中身が複雑か簡単か

原核生物はシンプルです。
一方、真核生物の細胞内は複雑。

なぜなら、
原核生物には、核以外のものがほとんどない。
でも、真核生物にはオルガネラがたくさんある。

 

このオルガネラとは、
細胞の中にある、膜で包まれた器官のこと。
これらは、それぞれ特別な働きをします。

例えば、
ミトコンドリアや葉緑体、ゴルジ体、小胞体なんかがあります。

 

原核生物にも、
リボソームなど、生きていく上で必要な機能はあります。
でも、
膜で包まれた器官であるオルガネラはありません。

似ているのはあるんですが、
オルガネラと呼べるものは無いんですね。
(リボソームは、正確にはオルガネラじゃないので)

 

細胞の大きさが違う

原核生物と真核生物では、細胞一個の大きさが違います。

 

それぞれ種類の振れ幅がすごいので、
大きさもまちまちですけど、

  • 原核生物が1~2μmくらい。
  • 真核生物が数十μmくらいなんだとか。

その差は、10倍以上です。
(1㎛=0.001㎜です)

 

この差、そんな無いように思いますか?

では、これを体積の差にしたらどうでしょう?

体積は直径の約3乗です。
だから、体積は1000倍くらいになる計

 

そう考えると、
なかなか大きな違いです。

大腸菌とヒトって、見た目の大きさも大分違う。
でも、細胞1個ずつでも、
これだけの違いがあるんですね。

 

ちなみに、
原核生物の細胞の大きさは、
真核生物のオルガネラと同じくらいです。

 

このことは、細胞共生説の根拠になってる。

その辺は、あとで詳しく話しまが、

簡単に言うと、
真核生物が、他の原核生物を体に取り込んだ。
そして、自分の機能の一部にした。
みたいな感じです。

 

真核生物の大進化のうらには、
原核生物のスペック化があったんですよ。。

ということは、
今後ヒトが、
何かの原核生物をスペック化して!
新人類になる可能性もありますね~。

 

進撃の巨人風の未来とかいやだな~。
自分が生きているうちは平和でありますように。。

 

生きてる年数が違う

これは、本当にただの違いですけど。

原核生物は、約35億年以上前から地球にいらっしゃいます。

かたや、真核生物は、
約10億年前にやっと誕生した新米さん。

 

すでに約3倍、命をつないできてる

この事実は、尊敬に値します。

 

人間社会でも、
新しくできた会社が、10年後生き残ってるのは20%くらいだそう。
続くって大変。
そして、本当にすごいことです。

 

多細胞生物か単細胞生物か

 

多細胞生物と単細胞生物ってわかりますか?

ひとつの細胞で生きている生物は単細胞生物。
2つ以上の細胞なら多細胞生物ですよね。

 

この分け方で見ると、

 

原核生物は、シンプルに単細胞生物だけ
まれに、集まって生きてるのがいますが。
これは集まってるだけで、別々の個体です。

 

でも真核生物は、
単細胞生物も多細胞生物も両方存在します。

真核生物の単細胞生物は、
原生生物のアメーバなんかがそうです。

 

いろんな面で、
原核生物は理解しやすいですね。

でも、
何個もの細胞で、ひとつの個体を作る多細胞生物。

こんな生物を作り出したのは、
真核生物の大快挙じゃないでしょうか。

 

ちなみに、注意すべきことが。
あくまで今見つかってる生物の中での話。

 

見つかってない微生物はすごい数いる予想なので、
これがひっくり返る事だってあります。

そう、日本史みたいに。
自分の子供が習う頃には変わってるかもです。

 

ちなみに、

生きるための栄養の摂り方に、
独立栄養生物、従属栄養生物がありますよね。

これは、真核生物も原核生物も、
どっちにも、
独立栄養、従属栄養の両方が存在します。

 

だから、多細胞の原核生物ももしかしたら??
そんな日が来たら、世紀の大発見になるんでしょうかね?

 

と、原核生物と真核生物の違いがわかったところで。
次は、
そもそも、原核生物って何なのか?のお話です。

 

 

原核生物とは?

原核生物は、どんな作りになっているのでしょう?
細胞の中身を見ていきます。

 

細胞の構造は、とってもシンプルです。

その特徴は、真核生物との違いでもお話ししましたね。

  • 核がない
  • 核以外のものが少ない
  • 一つの細胞がとても小さい

 

原核生物は、
遺伝情報を載せているDNAが核膜に包まれていません。
原核生物には核がないんです。

 

ということは、DNAは細胞の中に浮いている状態です。

まるで、海の中にクラゲが浮いているかのように。。
本当にイメージはそんな感じなんですよ。

原核生物のDNAは、ほとんどが輪っか(環状)じゃないですか。

でも、フラフープみたいにしっかりした輪で浮いてない。
紙を丸めたみたいに、くしゃくしゃってなって浮いてる感じ。

 

顕微鏡で見ると、もちろん核はない。
でも、もやっと真ん中らへんにあるんです。

核様態っていうんですけどね。
あ~、これっぽいな~。
と、はっきりしないけど周りと区別がつくというか。

 

そんなDNAが存在するほかには?
少ないといっても、何か知らあります。

 

だって、DNAだけじゃ生きられない。

  • 遺伝情報からタンパク質を作る機能
  • エネルギーを作り出す機能

なんかが、細胞にぷかぷか浮いてます。

他にも、封入体やプラスミドを持ってる細菌もいるそうですよ。

 

でも、よく間違うんですが、
膜に包まれた器官はもっていません。

つまり、オルガネラにあたる器官は1つも持っていないということ。
ここは、意外とポイントです。

 

と、こんな感じの細胞構造です。

で、原核生物は単細胞生物しかいないので、
この細胞1つだけで生きていると。

んでもって、1つが1~2㎛くらいしかない。

 

本当にシンプルですよね。

 

そうそう、
原核生物の細胞にはミトコンドリアはないです。
でも、細菌の仲間には、光合成をする細菌がいます。

名前は、シアノバクテリア。
日本では、ラン藻ともいわれます。

彼らは、地球上の歴史的生物です。

何をしたかというと、
地球に酸素を作り、オゾン層を作ったんですよ。

 

なんでも最近、人工的に光合成ができるようになった!??
みたいなこと聞きました。

でもシアノバクテリアは、それを32億年前からやってる。

単細胞の原核生物、あなどるなかれ!

 

彼らは、植物と同じ光合成色素を持っています。
で、葉緑体と遺伝子が似ているとのこと。
だから、葉緑体の祖先ではないか説が有力です。
細胞共生説っていいますが。

 

で、このシアノバクテリア、
光合成だけじゃなくて、窒素固定もできる。
ヒトはどっちもできないから、化学で出来るように頑張ってます。

 

と、たくさん話したいんですが、
詳しくは、別の記事に書くことにします。

 

長くなりましたが、次は真核生物のお話。

これは、私たち人間のお話でもあります。
私たちの細胞って?
どんな起源をたどってきたの?

ご存じですか?

真核生物とは?

ここでは、真核生物の特徴やヒストリーなんかをお話しします。

真核生物の仲間は、

  • 動物
  • 植物
  • 菌類
  • 原生生物(原生動物)

でしたね。

そして、真核生物の細胞には核があり、
その中に、遺伝情報の載ったDNAが入っているんでした。

 

でも、正直同じところはそんなに多くないです。

人間とカビ、同じ真核生物です。

見た目、全く違うし。
大きさも、食べるものも、住んでる場所も。。
全然違う。

細胞だけ見ても、違いはいろいろあります。

 

例えば、

真核生物のDNAは、染色体が複数あります。

でも、
ヒトは46本だけど、
カビの仲間のコウジカビは8本と少ないです。

 

細胞分裂すると、
これらの染色体のDNAが複製されて、娘細胞に分かれて入る。

 

この分裂できる回数は、動物の場合は決まってます。
つまり、細胞に寿命がある。

でも、微生物にはなくて、ずーっと分裂できるんだそうです。

 

それから、
植物には細胞壁がありますよね。
でも、動物にはない。
では、微生物は?
微生物には、細胞壁あるんです。

 

他にも、
植物には葉緑体があるけど、動物にはない。
などなど。。

 

そんな、
同じ真核生物だけど、全然違う私たち。
いったい、どうやって誕生したんでしょうか?

 

もともと、地球には原核生物しかいませんでした。
核を持つ真核生物はどこから?

何もないところからポッと生まれたというのは、メルヘンすぎる。

だから、こう考えられてます。

 

もともといた原核生物が進化した

具体的には、原核生物の細胞に原核生物が入り込み。。
そして、染色体を包み込みます。
これが、今の核膜に包まれた核にあたるそう。

 

うーん、やっぱり大義は誰かの支えが必要なんですね。
染色体を包み込んだ方の原核生物、グッジョブ!

 

この、核の進化以外にも、

ミトコンドリアは、
昔むかし好気性の細菌が細胞に取り込まれたもの。
好気性は、酸素を吸収してエネルギーを作り出すことです。

葉緑体は、
昔むかしの藍藻が取り込まれたもの。
藍藻は、光合成をする細菌ですよね。

 

こうやって、
真核生物はいろんなスペックを身につけて、
進化してきたと考えられてる。

 

これにはちゃんと根拠もあるんですよ!

 

実は、
ミトコンドリアと葉緑体は、自前のDNAを持ってます。
核外DNAっていうんですが。

細胞のオリジナルのDNA以外に、
同じ細胞内にいるミトコンドリアの中にもDNAがある。

 

そして、そのDNAは環状なんです。

DNAの形は?
原核生物が環状で、真核生物が直鎖状でしたね。

 

つまるところ、
環状のDNAをもつミトコンドリアたちは、
もとは、別の原核生物が、細胞の中に入り込んでオルガネラ化した。。
細胞共生説。

 

余談ですが、
真核生物が誕生したのは約19億年前ですよね。
でも、陸に上がったのって、約4億年前なんですよ。

だから、恐竜の時代ってすんごい前に思えるけど、
原核生物とか、海の生物からしたらつい最近の話。

 

だから、
ずーっと細胞の中で暮らしてたら、
あるときから、
もう細胞の一つの器官になっちゃってもおかしくない。

 

今度はそのほかのオルガネラのこと。

 

オルガネラは、細胞の中にある、核以外のもののこと。
これらは、ちゃんと仕事を持ってます。

 

そして、必ず何かのスペシャリスト。

  • ミトコンドリアは、エネルギーをATPって形で生産する職人。
  • リボソームは、遺伝子の情報からタンパク質を生産する職人。
  • 小胞体は、リボソームが働く工場として存在します。
  • そして、ゴルジ体は、タンパク質に糖をつける職人です。

 

みんな、核という棟梁のもとで、
しっかり自分の仕事をこなしてくれてます。

 

にしても、数十μmしかない細胞の一つ一つでそんなことが。。
本当に、大切な部分て見えないところに隠れてます。

 

さてさて、
さっき、遺伝子の情報からタンパク質を作るリボソームが出てきました。

 

私たちは細胞からできていて、その細胞は分裂します。
その細胞の全てにDNAが入っていて、タンパク質を作ってる。

 

この遺伝子を写して読み取ってっていう仕組みも、
真核生物と原核生物は違うって知ってますか?

 

原核生物に至っては、構造がシンプルすぎる。
一体、どうやってタンパク質作ってるんでしょう?

他にも、いろいろ違うんではないでしょうか?

 

 

転写は原核生物と真核生物で違いがある?

 

DNAの転写や翻訳も、真核生物と原核生物で違うところがある。

 

それは、例えばなんかの商品を、

  • 人間国宝の職人が作るか
  • 大きな工場で大量生産するか

の違いに似ています。

 

ちょっと表にまとめながら、

原核生物は職人、真核生物は工場長のコメントもつけてみました。
あくまでもイメージだけど、そうにしか見えなくなりました。。

 

 

違うもの 原核生物 真核生物
職人のコメント 工場長のコメント
転写と翻訳のタイミングと場所 転写も翻訳も核内で同時にする 転写は核内、翻訳は核外で別々にする
両方一緒にやらなきゃ集中きれるだろ。
わざわざ分ける理由がないけど。
そもそも分業で、違う工程ですから。
別の部屋の方が効率いいですね。
メッセンジャーRNA(転写産物)の加工 加工されな 加工される
職人の技、長年の勘てやつよ。
味がある一品ものだから価値があるんだ。
全部同じ規格でなきゃ困ります。
機械で大量に作るから価値があるんです。
1個のタンパク質を設計するDNAの領域 領域は途切れない 領域は分断されている
最初から最後まで一気にやるさ。
そっちの方がいい作品ができるだろ!
工程ごとに分担作業ですね。
そっちの方が効率的なので。
1本のメッセンジャーRNAの設計情報 複数持つことがある 1種類しか持たない
技術があるからな。
共通することなら大抵できるさ。
完全に分業なので。
1つのことだけ出来る方が助かります。
RNAポリメラーゼ(RNA合成酵素)の種類 1種類 最低3種類
道具なんて、これ一つで十分だ! 分業で、人も工程ごとにいますから。
最低でも3つは道具が必要です。
RNAポリメラーゼが転写するときの助っ人 必要なし 基本、転写因子の助けが必要
いや、だから俺一人でできるって。
下手に触らないでくれぃ。
分業ですんでね。
周りとのコミュニケーションが重要です。
調整DNA配列の位置 転写開始部位の近くにある 離れたところに複数個ある
なにせ、決めるのもやるのも俺だからな。
意思決定はすぐ反映されるぜ。
意思決定は上のものがするので。
現場に反映されるまで時間はかかります。

 

いや~。
結局、自己満な感じもしますが。

私にとっては、わかりやすい。
みなさんも、ストーリーで理解すると楽しいですよ。

 

しかも、気づいたことが。
やっぱり、どっちが優れてる劣ってるではないですね。

芸術品も大衆商品も、どっちも人間に必要なように、
原核生物も真核生物も、どっちも地球には必要なわけで。

 

て、またマイワールドに入った?

 

長くなっちゃいましたね。。

最後にまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、原核生物の例。
細菌ばかりでしたね。

そして、真核生物の例。
多すぎました。

次に、原核生物と真核生物の違い。

  • 核があるかないか
  • 細胞の中身が複雑か簡単か
  • 細胞の大きさが違う

そして、そもそも原核生物とは何か。

  • 細胞には、DNAと必要最低限のものが浮いている
  • 原核生物にも歴史を動かしたシアノバクテリアがいる

で、真核生物とは何か。

  • 動物、植物、菌類、原生生物(原生動物)
  • 真核生物の細胞には核がある
  • 原核生物が進化して真核生物になった

最後に、DNAの転写や翻訳のお話。

真核生物と原核生物の違いを、芸術品と大衆商品を例に比較しました。

 

そういえば、最近気になる本があるんですよ。

あなたの体は9割が細菌

真核生物と原核生物の違いに当てはめると、ガゼン気になります!

 

今回の参考文献はこちら

根粒菌とは?窒素固定やマメ科植物との共生、菌根菌との違い

根粒菌は、普段はごく普通の細菌です。

それがひとたび、
マメ科植物と一緒になると?

  • すごい速さで
  • すごい量の

窒素固定を始めるんです。

しかも、
一緒にいる間ずーっと窒素固定し続ける。
面白いですよね。

人間だったら映画ができそう。
主人公の根粒菌が、ヒロインのマメ科植物に貢ぐ話。。

根粒菌の窒素固定は、とってもユニークで特徴的。

なので、今回は

  • そんな根粒菌の特徴
  • マメ科植物の共生の工夫

をお伝えします。

あと、菌根菌との違いもお伝えします。

基礎も抑えながら、
きっと、根粒菌にちょっと興味が湧くと思いますよ!

 

 

根粒菌とは?

根粒菌は、こんな感じです。

もう少し詳しい話をすると、
この根粒菌は、細菌(バクテリア)です。
細菌なので、原核生物にあたります。

 

原核生物は、ひとつの細胞(単細胞)で生きています。
そして、細胞分裂(スライムみたいに自分を二つに分ける)して増える。

また細菌のからだは、とっても小さい。
でも、有機物の分解とか、
とても大きなはたらきをしている、すごい奴らなんです。

 

窒素固定をする細菌は、根粒菌の他にも、

  • アゾトバクター
  • ネンジュモ
  • クロストリジウム

なんかがよく試験に出ますよね。

これらも、みんな原核生物の細菌です。

 

この根粒菌と他の窒素固定細菌の違いって知ってますか?

それは、
根粒菌は、マメ科植物の根粒の中でしか窒素固定しないってこと。
だから、
共生窒素固定生物とも言われてますよね。

 

根粒菌自体は、共生しないで単独でも土の中で生活できます。
なんですけど、その時は窒素固定をしないんですよ。

 

なんでなんでしょうね??
その答えはまだわからないみたいですが、
これを読むと少し推測したくなると思います。

 

根粒菌の窒素固定って?

まず、窒素固定って何かと言うと、
土の中の窒素を、使いやすいように窒素化合物に換えることです。
(窒素固定について詳しくはこちら

で、根粒菌は実際、こうやって窒素固定をしてます。

ニトロゲナーゼという酵素を使って、
窒素と水素から、アンモニアを作り出す。

窒素固定については大丈夫ですか?

この辺は、ほかの窒素固定細菌と共通する内容です。

では、根粒菌ならではの窒素固定の特徴を3つお伝えしますね。

 

コスパがいい!

根粒菌は、
他の窒素固定細菌より少ないエネルギーで窒素固定ができるんです。

 

1gの窒素を窒素化合物に換えるのに、
他の細菌は100g以上のグルコースが必要なのですが、
根粒菌は10gでいいと考えられてるとか。

同じサービスなら、100円より10円の方がいいですよね。。

ほんと、コスパがいい。
という事は、作れる量も変わってくるんでしょうか?

 

量がハンパない!

根粒菌は、他の窒素固定細菌より、
窒素固定量がハンパなく多いです。

多いと、一年に10a当たり40kgも窒素固定しているとか。

って言っても野菜作らないとイメージできない。。

とりあえず、根粒が十分ついてる状態では、
大豆だと約6割、クローバーだと9割以上を補えるんだとか。

肥料なしで育てられるのは理想的ですよね。
うーん、どうしたら根粒がいっぱいついてるかわかるんでしょう?

 

根粒の中は、レグヘモグロビンで真っ赤!

窒素固定が盛んな根粒の断面は、赤くなっています。
一方、たいして頑張ってない場合は、緑色。

これは、ニトロゲナーゼが関係してるんですけど、

窒素固定に必要なニトロゲナーゼは、とにかく酸素に弱いです。
酸素に触れたら、数分で再生不能になります。

だから、窒素固定細菌はみんな独自の構造を持ってる。
自分の酸素呼吸と、ニトロゲナーゼの両方を守れるように。

 

根粒菌の場合はどうなんでしょう??

根粒菌の場合、
ニトロゲナーゼがある付近は、
レグヘモグロビンの数がハンパなく多いんです。

ヘモグロビンて、人間でも血液中にあって、酸素をからだ中に運ぶ役割をしてますよね。
あれを、根粒菌も持っているんです。

そして、体積の小さなレグヘモグロビンに
少しずつ酸素を入れてせっせこ運びます。
そうすると、ニトロゲナーゼは
酸素を感じないで仕事が出来るってわけ。

 

根粒菌とマメ科植物の共生

まず、共生とは、
お互いにメリットのある同士が一緒に暮らすことです。

片方だけにメリットがある場合は、寄生って言いますよね。

 

根粒菌とマメ科植物のメリットは、

根粒菌は、窒素化合物をマメ科植物にあげます。
代わりに、
光合成産物をマメ科植物からもらって、自分の体をつくってます。

マメ科植物は、光合成産物を根粒菌にあげる。
その代わりに、
窒素化合物を根粒菌からもらって、自分の体をつくってます。

 

こんな感じの共生関係があるんですね。

では、なぜ根粒菌はマメ科植物とだけ共生関係するのでしょうか??
ここでは、マメ科植物と共生するメリットを3つお伝えします。

 

ストライクゾーンが狭い

女性なら、僕には君だけだ的なのって、案外嬉しいものです。

根粒菌とマメ科植物にそんな感情はないですが、
結果的にそんな感じになっています。

 

マメ科植物は、共生しようとする側をしっかり確認することが分かっている。

 

ま、当たり前ですよね。

根粒菌だって、細菌です。
細胞分裂で、一気に増殖できる細菌です。

オレオレ詐欺じゃないけど、
変な細菌が侵入したら植物は枯れちゃいますから。

お互いに信号を出し合って、
確認が取れたら共生を受け入れるとのこと。

 

ちなみに、よく知られていることですが、

マメ科の植物の中でも、
例えば、

  • ダイズにはダイズの根粒菌
  • レンゲにはレンゲの根粒菌

と、共生できる根粒菌に種類があることがわかっています。

間違った組み合わせにしてしまうと、根粒を作らないんです。

という事は、それぞれこの信号が違うのか!?
そこまではわかっていないようですが、ついそんな気がしてしまいます。

 

さて、これで晴れて理想の相手同士で共生が出来ました。
すると根粒を、お互いに嬉しい状態に作り上げます。

お互いの利益を最大にするスペック

根粒菌とマメ科植物が共生するメリットは何でしたか?

 

お互いが作る窒素化合物と光合成産物を分け合うことですね。

なので、それをしやすくするために、
根粒内の輸送の管(維管束)を極太にします。

極太にすると、お互いより簡単に、大量の物々交換が出来ます。

 

と、お互いWIN-WINの関係のようにみえます。
が、どうやら、
マメ科植物の方が若干、主導権を握っている感じみたいなんです。

 

マメ科植物は根粒菌に甘い

最近、以下のことがわかっています。

  • 根粒菌は、マメ科植物からアミノ酸が届かないと窒素固定をやめる
  • 根粒菌は、共生するとリンゴ酸(即エネルギーになる良質な光合成産物)しか食べなくなる

 

これ、ペットに言い換えると、
ご飯をもらなければ何もしないし、そのご飯は超高級ペットフードのみ!

超わがままになっちゃってる気がしますよね。
でも、実はマメ科植物のほうが主導権を握ってるんですって。

 

どういうことかと言うと、
リンゴ酸とアミノ酸を与え続けると、
根粒菌は、窒素固定をしまくって、
窒素化合物をどんどん外に出します。

根粒菌て従順(じゅうじゅん)。。。

と、なんだかどんどん擬人化して説明してしまいましたが、
もちろん根粒菌にもマメ科植物にもそんな感情はないです。

でも、
お互いに生き延びるために工夫してきた結果なんだなって思います。

 

ちなみに余談ですが、
根粒菌と同じように、植物の根にくっついて共生する菌をご存知ですか?

これが、菌根菌という名前なので、名前も紛らわしくて違いを知りたい。
と思うのは、わたしだけでしょうか?

知らないと、根粒菌なのか菌根菌なのか、区別が出来ないと思って。
なので、菌根菌について、簡単にご説明します。

 

菌根菌との違い

菌根菌は、糸状菌という菌です。
(糸状菌についてはこちら!)

糸状菌は、細胞が糸のように繋がった形をしていることが由来。

糸状菌がついた植物の根を菌根といいます。
そして、菌根を形成する糸状菌のことを菌根菌といいます。

 

この菌根菌も、共生ってことは、何か植物にメリットがあるはずです。

 

菌根菌は、菌糸を土の中にクモの巣のように張り巡らせます。
そして、その菌糸から主にリン酸を吸収して共生している植物に供給しています。
(窒素固定する菌根菌もいるみたいです!)

菌根菌の代表的な菌は、

  • アーバスキュラー菌根菌
  • 外生菌根菌

です。

 

アバスキュラー菌根菌は、
ほとんど全ての草と一部の木に共生します。

外生菌根菌は、なんとビックリ、マツタケがそうなんだそうです!
つまり、キノコは菌根菌なんですね。

と、菌根菌のプロファイルをした結果、

共通点は、

  • 植物にとっていい菌である
  • 植物の根に着く

違うところは、

  • 植物に供給する物質が、窒素か、主にリン酸か
  • 共生する植物の種類が、マメ科だけかたくさんか

でしょうか。

 

今後、マメ科植物以外を育てるときは、菌根菌に期待してしまいそうです。

 

なんか、こうやって勉強していくと、菌も楽しいですよね。
もっと、いろいろ書いていきますよ!

それでは、最後に今までのまとめをして終わりにします。

 

まとめ

今回はこんなことをお話してきました。

根粒菌は原核生物である。

マメ科植物の根粒の中でしか、窒素固定をしない。

 

そして、根粒菌だけの特徴が3つありました。

  1. 他の窒素固定細菌の10分の1のエネルギーで窒素固定ができる
  2. 窒素固定量は、他の窒素固定細菌と比べ物にならないほど多い
  3. 窒素固定が盛んな根粒の断面は、赤くなっている

さらに、マメ科植物と共生するメリットを3つお伝えしました。

  1. マメ科植物は、共生相手をしっかり確認してから共生を許す
  2. 輸送の管(維管束)を極太にするので、大量の物々交換が出来る
  3. マメ科植物が、リンゴ酸とアミノ酸を与えると、根粒菌は、窒素固定をし続ける

 

と、根粒菌とマメ科植物の共生メカニズムは、ここまで分かってきました。

また、菌根菌の紹介もしました。
菌根菌は、主にリン酸を供給してくれて、マメ科以外の植物にも共生するんでした。

うーん、何を育てようか、楽しみになっちゃいますよね。

 

今回の参考文献はこちら

菌類と細菌類の違い!子のう菌類など4つの分類と例も紹介!

細菌て菌類ですよね?
この質問、正解?不正解?

私の場合は、
相手の知識レベルによって正解になります。

例えば、小さいころから知っている菌は何ですか?

ばい菌、大腸菌、カビ。。。
この辺の話で使っているなら、正解。
広~い意味で、菌たちってニュアンス。
菌類=微生物は一般的です。

でも、学問としてなら話は別。不正解。

そして勉強する上で、この先入観はちょっとやっかいです。
これまでの菌の知識、きれいさっぱり忘れましょう!

菌類を、本当に正しく使うと、
微生物の中の、あるグループだけを指す言葉に変わる。

真の菌類とは?細菌と違うの?種類は?

そんな菌類のお話でございます。

 

菌類と細菌類の違いは?

 

まず最初に、
意外と多くの人が疑問に思うこと。

菌類と細菌類の違いについて。

 

細菌は菌類ですよね?の答えから。

正しく答えると、間違いです。

これ、順に説明しますね。

まず、
菌類も細菌も微生物です。

 

微生物 菌類
細菌

 

そして、
微生物は、原核生物と真核生物に別れます。

微生物 原核生物
真核生物

 

それぞれどんなのがいるかと言うと、

原核生物には、細菌と古細菌。
真核生物には、菌類と原生生物。

 

微生物 原核生物 細菌
古細菌
真核生物 菌類
原生生物

 

どうでしょう?

細菌と菌類は同じレベルの分類名なんです。
だから、どっちかがどっちかに含まれたりしません。

 

では、本題に入っていきます。
菌類と細菌の違いでしたね。

 

菌類と細菌は、眼に見えない微生物です。

正直、共通していることはこれだけ。
といってもいいくらい、全く別の生物です。

菌類と細菌の違いは?

  • 真核生物と原核生物に別れる
  • 大きさが全然違う
  • 生殖方法のバリエーションが違う

などなど

 

中でもやぱり、
真核生物と原核生物に分かれるというのが、1番大きいです。

菌類が真核生物。
細菌が原核生物。

 

この、真核生物か原核生物かの違いは、
染色体が核に包まれてるかどうかです。

 

なんですけど、

この違いの結果はすごく表れてます。
地球上の生きものの進化。
真核生物の圧倒的な勝利じゃないですか。。

 

これは、染色体の収能力のおかげでもある。

というのも、
真核生物のDNAって、原核生物のに比べてかなり長い。
だから、収納するとメリットありまくりなんです。

 

染色体の収能力、今回はホースで例えてみます。

 

ホースってあれ、
しまう時そのままだと超ジャマですよね。
だから、最近は収納する機能がついてます。

この機能ついてないと、床面積だいぶ使います。
土間の立体利用必須!

ついてると、クルクルと収納されて、次出すとき絡まらない。

 

このホースが染色体だとしますよ。

 

細菌の染色体は、収納できないからぐちゃぐちゃ。
だから、細胞の中に他の器官が超少ない。

 

でも菌類は、
収納上手なので、他にもいろいろ器官が備えられる。

 

器官は具体的には、

  • 核膜
  • 80Sリボソーム
  • オルガネラ(ミトコンドリアなどの細胞小器官)

を、菌類(真核生物)は持っています。

でも、細菌(原核生物)は持っていません。

 

細胞内に色んな器官があると、
その器官を使って色んなことが出来ますよね。

 

いろんな器官がある。
ここから生まれる差ってどんなのがあるでしょう?

たくさんあるんですけど、

例えば、
ミトコンドリアが有ると、無い生物より20倍のエネルギーが作れます。
なので、何でも20倍のエネルギーでいけちゃいます。

どんどん進化できるし、増えられるし、いい事づくめ。

 

それでは次に、大きさが全然違う件

 

これも、かなり面白いです。

というのも細菌の大きさは、
真菌のオルガネラ(ミトコンドリアなど)と同じくらい。

 

全然違いますよね。

 

これは、有名な仮説があって。

真核生物の細胞内にあるミトコンドリアや葉緑体。
これらの祖先は、独立した細菌だった。

その名も、細胞内共生説。

 

そりゃ、細菌=細胞小器官になりますわ。

 

で、最後に
生殖方法のバリエーションが違う件。

 

細菌は、無性生殖しかできないんです。
でも真菌は、無性生殖と有性生殖の両方ができる。

こうやって、両方できるのも強いですよね。
環境の変化に強くなりますから。

 

と、違いをみてきましたがどうですか?
全く違う生き物でしょ?

 

確かに、違いは分かった。
でも、具体的にはどんなのがいるの?

その前に、菌類ってどんな生物?

そうですよね、そこ大事です。

なので、次は菌類について。

 

菌類とは?

さて、菌類とはどんな微生物でしょうか?

菌類の中には、

  • カビ
  • 酵母
  • キノコ

が含まれます。

 

また、
菌類ではなく、真菌と呼ばれることもあり。
実は、こちらが正式名称。
菌類は、俗称なんですよ。

真菌の名前は、

  • 細菌と区別するため
  • 正真正銘の菌類という意味で

付けられたという参考書がいくつかありました。

 

ちなみに、
正直、カビと酵母とキノコが一緒??
全然違う気がするなと思いませんでしたか?

 

これが、驚きなんですよ。
見た目は違うけど生態が似ていて分けられなくて
だから、同じグループになってます。

さらに実は、酵母とキノコは、
世代の中でカビとして生活するときがある。
そんな種類が存在するんです。

 

一世代って、胞子が発芽して大きくなって胞子を作るまで。

 

だから例えると、

私のおばーちゃんとママは酵母だったの。
もうじきできる娘も酵母っぽいんだよね。。
でも、わたしだけカビなんだ。
みたいなノリです。

 

と、雑談が長くなってしまいました。

 

話を戻して、本題に入っていきましょう。
菌類とは何なのか?

菌類は、今見つかってるのだけでも9万種以上。
でも、世界にはこの10倍以上の未知の菌類がいるとか。

 

ま~目に見えないので。
人にプラスかマイナスか、関係するものしか見つかりにくいですしね。
病気とか、新薬とか、発酵食品とか。

 

菌類のほとんどは、自然の中(土や水など)にいて、
その胞子(卵のようなもの)は、いたるところの空中をただよってます

 

でも菌類は、カビでも3~10㎛(1㎛=0.001㎜)しかないです。
集まれば、肉眼で見えますが、1個はとうてい見えません。
当然、その胞子はもっと見えない。

そんなこと言われると、
そんなにいろんなのが、そこら中に!?
と、少し怖くなりますが。

そこは大丈夫です。

アメリカの実験で、
一般家庭で見つかった菌類の
ほとんどが無害だったという報告があります。

 

とはいえ、
菌類は、微生物の中でも病原菌が多い方だそうです。
動物にとっても植物にとっても。。
農家さん的には、菌類は厄介者なんだとか。

 

でも、
カビも酵母も、チーズやパン、ビール作りに必要です。
キノコなんて、そのまんま食べてます。

とにかくたくさんの種類がいるので。
その中には、いいヤツも悪いヤツもいるんです。

 

では、その生態を見てみましょう。

彼らは、真核生物です。

 

細胞の中にミトコンドリアなどのオルガネラもあります。
(オルガネラは細胞小器官のことです。)
なので、私たちの細胞と基本的に同じです。

 

増え方はどうでしょう。

私たち人間は、オスとメスがある有性生殖ですね。
でも、真菌は、無性生殖と有性生殖の両方ができます

 

簡単に言うと、
すんごい小さいので、環境の影響をもろに受けます。
なので、快適なら有性生殖、そうじゃなきゃ無性生殖。
最悪、胞子のまんまで、いい環境をひたすら待つ!!!

 

そんな真菌の一生は。。

私たちは、人生100年とか言われてますけど、
酵母は2つの細胞になるまで2時間です。
つまり、一生が2時間ちょっとで終わっちゃうことも。

 

そんな短いなら、快適な環境で生きたいですよね~。

 

では、彼らに快適な環境は?

  • 増えられる温度が、0~40℃
  • 最適な温度は、25~30℃
  • 増えられるpHが、2~8.5
  • 最適なpHは、4.5~6.5

だそうです。

 

かなりの広範囲で生き続けられますよね~。
そんなに増えないけど、死にもしない範囲が広い。

 

と、菌類の基本的な特徴はこんな感じです。

 

が、次にもつながる意外と大事なお話が。

私、何度も「菌類って種類がいっぱい」とお伝えしてますよね。。

実は、菌類に分類されるのは、
他の生物に分類できないものです。

 

どういうことかと言うと?

とりあえずよくわかんない真核生物の微生物を発見。
するとまずは、菌類に入ります。そして、少しずつ詳細がわかってきます。
で、結果的に菌類の特徴から外れてしまった。。
すると、菌類から別の生物へお引越ししていきます。

こんな感じのことが行われてます。

 

例えば、

変形菌類って種類があります。
名前に菌類ついちゃってるのに、最近、原生生物にお引越ししました。

理由は、一生の中でアメーバになる時期があるから。
アメーバは原核生物なので、まー納得。

これからも、見つかってはお引越ししてとなることでしょう。

 

そんな菌類は、どのように分類されているんでしょうか?
また、それぞれ種類はどんなのがいる?

 

実は、私たちが慣れ親しんでいるこちら。
カビ、酵母、キノコ。
この分け方は、正式な分類法ではありません。

見た目から分けられた俗称なんでしたね。

そして正しくは、4つに分類されています。

 

そこでは、カビ、酵母、キノコは、もうごっちゃ混ぜですよ。
想像できると思いますが。

 

簡単に、菌類の4つの分類についてまとめますね。

 

4つの分類と代表例

 

菌類の分類って、生殖方法で分けてます

 

生殖方法って、子を作る方法のことで、

  • 有性生殖
  • 無性生殖

があります。

 

この二つの違いは?

有性生殖は、
オスとメスの区別がある。
2体の半分ずつが遺伝するから、環境変化に強い。

無性生殖は、
一匹だけで子を残せる無性生殖。
親とまったく同じ遺伝子の子しか出来ないから、
環境変化に弱い。

 

菌類の場合、
有性生殖の方法が見つかってるか?
これで、分類してます。

 

有性生殖の方法が分かれば、

下の3つに分けられる。

  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 接合菌類

それか、別の原生生物にお引越し。

 

そして、分からなければ、
とりあえずわかるまで不完全菌類

 

不完全菌類は、
中には有性世代がないのもいるでしょうね~。

その種類にとっては、不完全は少しかわいそうですけど。

 

では、それぞれがどんな菌類なのかを簡単にまとめます。

 

子のう菌類

 

子のう菌類は、
有性生殖で、子のう胞子をつくります。

だから子嚢(のう)菌類。

そのほかの特徴は、菌糸に隔壁がある。

 

このグループには今、菌類の約64%くらいが属してます
なかなかの大派閥です。
なので、俗にいうカビ、酵母、キノコを全部含みます。

だから、代表的なのも有名なのが多いです。

  • アオカビ属
  • アカパンカビ属
  • サッカロマイセス属

なんかは、ノーベル賞を取った研究の主役たちです。

普通に生きてて耳にする、身近な名前だと、

  • コウジカビ
  • パン酵母
  • トリュフ
  • 冬虫夏草

なんかがそうです。

 

また、菌は、
植物や動物を病気にするのもいます。
菌類の病原菌は、多くがこのグループです。

でも、ペニシリンて薬がありますよね。
これも、子のう菌類から発見されました。

 

つまり。。
本当にいろんなのがいるグループです。
共通するのは、胞子ですよ~。

 

担子菌類

 

担子菌類は、
有性生殖で、担子胞子を作ります。

だから、担子菌類。

担子菌類も、菌糸に隔壁があります。

このグループの仲間はとってもわかりやすいです。
いわゆるキノコの集まりです。

 

今知られてる菌類の約34%が属していて、
中には、フケの原因になるのもいます。
だから、キノコだけじゃないんですけどね。

 

  • シイタケ
  • マツタケ
  • サルノコシカケ

なんかがこのグループです。

 

そういえば、
キノコの値段の秘密って知ってますか?

 

だいたい高いのってなかなか数が取れないからです。

 

でも、
シイタケみたいに切り株で育てればいいじゃない。
そう思ったことありませんか?

 

実は、キノコには「生きてる木でしかならない」キノコがあるんです。
だから、切り株でどんどん育てるのができないんです。

 

不完全菌類

 

不完全菌類のメンバーは、

  • 無性世代で分類された菌類
  • 有性世代がまだわかってない菌類

がいます。

 

あれ?菌類って
有性生殖で分類してんじゃなかった?

いやー、するどい!

そうなんですよー。

 

有性世代が見つかって、お引越しした菌は

  • コウジカビ属
  • アオカビ属

と有名どころも含んで、約1万6000種。

皆さま不完全菌類のご出身です。
で、無性世代と有性世代でそれぞれ学名がついちゃう。

 

だから実は、メンバーの二重登録が起きてます。

最近は、だいぶ無くなってきてるみたいですが。
子囊菌類にも不完全菌類にもいる。
みたいな菌がいます。

とはいえ、
新しい菌類が見つかって、とりあえず入れておけるグループがあるのは助かる。

 

だから、
今後もずーっと大事にされるグループです。

 

接合菌類

接合菌類は、

有性生殖で、接合胞子を作ります。

だから、接合菌類。

もうひとつの大きな特徴が、菌糸に隔壁がない。

やっと出てきた、隔壁なしのグループ。

ただ、この接合菌類は、
最近分類の見直しがあって。

 

落ち着くまで、深く書かないでおきたいです。

 

とここまで、菌類についてお話しでした。
最後に、少しまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、菌類と細菌類の違いについて。

  • 細菌と菌類は、まったく別の生きもの。
  • 菌類は真核生物で、細菌は原核生物
  • 菌類の細胞小器官が、細菌と同じ大きさ
  • 細菌は無性生殖だけだけど、菌類は有性生殖もする

次に菌類についてのお話。

  • 他の生物に分類できない生物の集まり
  • カビ、酵母、キノコは生態が似ていて分けられない

最後に、4つの分類について。

  • 菌類は、その生殖方法で分けられる。

有性生殖が分かっている種類は、胞子の形状で、

  • 子のう菌類
  • 担子菌類
  • 接合菌類

有性生殖が不明、または無い種類は、

  • 不完全菌類

今回は、正式な菌類の正式な分類についてお話しました。
でも、俗名でもいい場面もある。

正しい間違ってるよりも、TPOで使い分けるものおしゃれですよね。

 

今回の参考文献はこちら

窒素同化とは?窒素固定と窒素同化の違いも復習!

窒素同化は、植物にとって何でしょう?
植物にとって、窒素同化は食事です。

 

だから窒素同化は、
植物にとって、ものすごく大事なんです。
知っていましたか?

植物って聞くと、どうしても光合成のイメージですよね。

それも、もちろんすごく大事ですよ。
だって、酸素を作ってくれてるんですから。

でも植物は、窒素同化ができないと光合成もできなくなる。

おっと、それは大変だ。

ということで今回は、
植物にとって超重要な窒素同化についてです。

 

窒素同化とは?

窒素同化とは?
参考書とかには、だいたいこんな感じで書かれてますよね。

植物が、アンモニアなどの窒素化合物を吸収し、これを材料にして、アミノ酸やタンパク質などの有機窒素化合物を合成すること。

あ、そうだった!ってわかった方は素晴らしいです。

でも、これ難しいですよ。
いろんな知識があってやっとたどりつきません?

なので、それぞれゆるく復習していきます。

 

この窒素同化を理解するには、
まず、窒素がどれだけ大切か?を知ると、すーっと頭に入ってきたりします。

だから、窒素が大切だって話から始めますよ!

 

窒素同化はなぜ必要?

それでは、主役を窒素に移します。

私たち人間も含めて、
生物のからだには窒素元素が絶対に必要です。

なぜかというと、
例えば、体をつくっている

  • タンパク質
  • アミノ酸
  • 核酸など

には窒素が含まれてるからです。

そっか、そういえば。

 

でも、ありがたいことに窒素は空気中に80%もあります。
なんだ、全然大丈夫じゃん!
と思うのですが、残念なお知らせが。

地球上のほとんどの生物が、空気中の窒素をそのまま使えないんです(T_T)

 

空気中だから、吸い込めば吸収できるかと言うと、
呼吸で得られるのは酸素で、窒素は吸うけどそのまま出ていきます。

 

では、どうやって窒素を体内に取り込んでるのか??

わたしたちは、食物(植物や動物)を食べることで窒素を得ています。
動物はみんなそうですね。

植物はどうでしょう?
植物は、土壌の中から窒素を吸収しています。

そう、だから窒素同化とは、

  • 直接は取り込めない窒素を
  • 別の形でからだに取り込んで、
  • 見事!自分の一部にする

過程のことなんです。

 

この窒素同化の過程では、
窒素元素(N2)さん自体は、全然出てこないです。
なのに、なんで窒素同化??
と思ったとしても、
全ては窒素のためだとわかると、ネーミングにも納得できます。

では、次はその過程を復習していきます。

 

仕組みはどうなっている?

突然ですが、
窒素同化の図ってみたことありますか?

なんかグルグル矢印が回ってるやつです。

 

今回は、この図をわかりやすく復習します。

図をいじっちゃっていいのかわからないですが、
私でもわかるようにしたらこうなりました。
という、説明の流れになってます。

んで、正直必要なところだけでいいのかなと思うので、
今回はこれで説明させてください!
(高校生物レベルなのかな?)

ちなみに、暗記防止のために、よく見る図と反対にしてます。。

まずアンモニウムイオンが、
植物のからだの中に、
ある程度たまった状態からスタートです。

ジェットコースターなんかが、
ある程度乗客が乗ったらスタートするイメージです。

そこから、
1)アンモニウムイオンは、グルタミン酸とくっついてグルタミンになります。
※グルタミン酸は、植物のからだの中にすでにあります。

2)グルタミンは、ケトグルタル酸とくっついて、2つのグルタミン酸になります。
※ケトグルタル酸は、植物のからだの中にすでにあります。

ここで、グルタミン酸が2つ出来るのがミソですよ!
グルタミン酸1号とグルタミン酸2号って名付けましょうか。

なんと、グルタミン酸1号は、1)に再利用されるんです。
そして、グルタミン酸2号だけが次のサイクルに進みます。

グルタミン酸1号が再利用されるので、
これ、1)と2)で被ってるのが分かりますか?

これをガシャコーンとくっつけると、こうなります。

サイクルの左側の図になりました。

3)グルタミン酸2号は、再びケトグルタル酸に戻る。
その過程でアミノ基ができます。

ケトグルタル酸が再利用されるので、
これも、2)と3)で被ってるの分かりますか?

これをガシャコーンとくっつけると、こうなります。

サイクルの右側の図になりました。

この図は、何ともよくまとまった、スマートな図なんですね。
でも、いきなり出てくると、ちょっと構えちゃいます。

分解して段階ごとに見ていくと、
やっぱりこの図にたどり着くんですが。

と、図の復習に時間を取ってしまいましたが、
ここで知っておくべき1番のポイントは、
アンモニウムイオンからアミノ基が作られるってところです。

しかし、このアミノ基をつくるだけで、こんなサイクルを経るとは。。

窒素を吸収するって、本当に大変ですね。

それでは、次はアミノ基からアミノ酸が出来るまでを復習します。

 

アミノ酸ができるまで

これはもう、図のままです。

アミノ基が、有機酸とくっついて、アミノ酸が出来ます。
ちなみに、この時の結合を手助けする酵素は、アミノ基転移酵素といいます。

 

さて、
アミノ酸はどういう構造でしょうか?
カルボキシル基とアミノ基でできていますね。

このカルボキシル基が有機酸のことです。

と、ここまでが窒素同化の復習です。

簡単にまとめるとこんな感じです。

  • アンモニウムイオンからアミノ基が作られる。
  • このアミノ基が、アミノ基転移酵素によって、有機酸と結合してアミノ酸が作られる。
  • アミノ酸が、たくさん集まって、タンパク質になる。

 

急に話題が変わりますが、
窒素固定って何だったか、覚えていますか?

窒素同化を勉強する時に、その説明の中にしれっと出てきたり、
窒素循環で2つを一緒に勉強しちゃうとか。

そうなると、名前も似てるし、こんがらがっちゃう人も多いみたいです。

なので、ちょっと違いを整理してみようと思います。

 

窒素同化と窒素固定の違い

窒素固定と窒素同化。
似てますよね( ´ ᐞ ` )

だから、
あれ?どっちがどっちだっけ??
と、なることもあります。

 

それぞれ、理解すれば迷うことは無いですが、
自分の覚えやすい「違い」を覚えておくのも手かと思います。

 

主役が違います。

窒素固定 根粒菌などの窒素固定細菌がする
窒素同化 植物や動物がする

 

作られるものが違います。

窒素固定 窒素元素から窒素化合物をつくる
窒素同化 アンモニウムイオンからアミノ酸をつくる

 

それでもしっくりこなければ、
もう感覚とかでもいいんじゃないでしょうか?

 

名前の感じで無理矢理覚える。

窒素固定 空気中にふわふわ浮いてる窒素を、土の中に閉じ込めて固定する
窒素同化 土の中の窒素化合物を、吸収して自分の一部に同化する

 

ただ、やっぱり
窒素固定されたものを、窒素同化するんですから、
繋がってることは理解しないとですね。

と、以上が窒素同化の復習でした。

最後に、ざっとまとめて終わりにします。

 

まとめ

まず、窒素同化の大切さを復習しました。

植物は体を作るのに窒素元素が絶対必要。
でも、直接は取り込めないので、アンモニウムイオンを土の中から吸収している。

 

そして、アンモニウムイオンからアミノ酸が出来るまでの過程を復習しました。

アンモニウムイオンからアミノ基が作られる。
このアミノ基が、アミノ基転移酵素によって、有機酸と結合してアミノ酸が作られる。
アミノ酸が、たくさん集まって、タンパク質になる。

 

最後に、窒素同化と窒素固定は、名前が似てるけど全く違うんだよというお話でした。

覚えることがたくさんあると思います。
少しでも簡単に、必要最低限で覚えられるように、いろいろ工夫していきましょう!

大丈夫、理解しちゃえばこっちのもんなんだから。

 

今回の参考文献はこちら

窒素固定とは?窒素固定細菌など復習!

窒素は、空気中に8割もあります。

でも実は、空気中の窒素を私たちは吸収できない。
酸素と違って、空気中にあってもダメなんです。

これを使えるのは、窒素固定を出来る生物だけ。

だから人間は、窒素固定が出来る装置まで作りました。
これ、20世紀最大の発明らしいですよ。

 

最近、酸素を人の手で作れるようになった!?って話を聞きました。
光合成を人工的にやる。。

これは、なんかすごい神懸かってる気がしませんか?

でも、窒素固定も光合成と同じくらい凄いんですよ。

 

地球上に窒素固定があるから、私たちは生きている。
そこんとこを含めて、超簡単に復習します。

では、早速いきましょう!

 

窒素固定とは?

 

窒素固定とは?

参考書とかには、だいたいこんな感じで書かれてますよね。

空気中の安定な状態の気体窒素を、反応性の高い窒素化合物に変換すること。

 

化学式はこう。

空中のN2  →  NH4+

あ、そうだった!ってわかった方は素晴らしいです。

でもなぜ?だから何?ってなるのも普通です。

なので、それを復習していきます。

この窒素固定を理解するには、
窒素がどれだけ大切か?を知ると、
すーっと頭に入ってきたりします。

だから、窒素が大切だって話から始めますよ!

 

窒素を意識し始める話

それでは、主役を窒素に移します。

私たち人間も含めて、生物のからだには窒素元素が絶対に必要です。

なぜかというと、
例えば、体をつくっている

  • タンパク質
  • アミノ酸
  • 核酸

などには窒素が含まれてるからです。

そっか、そういえば。

え、地球上に窒素がないと、やばい。

でも、ありがたいことに窒素は空気中に80%もあります。

なんだ、全然大丈夫じゃん!
と思うんですが、残念なお知らせが。

 

地球上のほとんどの生物が、
空気中の窒素をそのまま使えない(T_T)

 

え、吸い込めばよくない?
いえ、呼吸では酸素しか体の中に取り込まれない。
窒素は入ってくるけどそのまま出ていっちゃうんです。

 

では、どうやって窒素を体内にゲットしているのでしょう?

わたしたちは、食物(植物や動物)を食べることで窒素を得ています。
動物はみんなそうですね。

植物はどうでしょう?
植物は、土壌の中から窒素を得てるんですね。

じゃあ、

  • 土壌の中の窒素
  • 空気中の窒素

は違うものなの?

だって、空気中のが吸えないなら土の中のもダメでしょ。

そうなんです。
鋭いですね!

動物が、呼吸しても大気中の窒素を取り込めないように、
植物も、大気中の窒素をそのままでは取り込めません。

 

もしや、ここで登場か?!

 

そうです。
ここで登場するのが窒素固定なんです。

 

窒素固定がありがたくなる話

 

さてさて、

 

生物は、生きるために絶対に窒素が必要なんだけど、
ほとんどの生物は、空気中の窒素をそのまま使えないという話をしました。

どうして空気中の窒素は、そのまま使えないんでしょうか??

 

それはですね、
空気中の窒素が、とても安定している元素だからです。
なので、なかなか他の元素と仲良くくっついたりしてくれません。

仲良くくっついたりしてくれないので、アミノ酸や核酸などが作れないんです。

安定は素晴らしことなんでしょうが、こちらとしては使いづらい。
でも使いたい。

 

だからその窒素元素を、使いやすいように窒素化合物に変換しましょ。
って、これが窒素固定です。

 

冒頭で書いたこれです。

空気中の安定な状態の気体窒素を、反応性の高い窒素化合物に変換すること。

 

いやー、やっと理解できました、窒素固定。

 

ちなみに、窒素化合物とは、
アンモニア、硝酸塩、二酸化窒素などです。

仲良くくっついて、離れて、交換してってやってくれそうな方々ですね。

土壌の中の窒素も、窒素化合物なら、植物も取り込みやすくなります。
ん?でもこの窒素固定ってどうやってやるんですかね??

 

窒素固定はどうやってやるの?といいますと、

  • 自然の方法
  • 人口的な方法

の2通りがあります。

 

なので、先に自然の方法を復習します。

 

窒素固定細菌とは?

 

自然の方法は、菌や細菌がやってくれます。

 

菌や細菌なら、みんな出来るのかと言うと、
窒素固定を出来るのはほんの一部です。

それらをまとめて、窒素固定細菌と呼んでます。

 

種類はどんなのがいるの?

 

窒素固定細菌とは?

といったら、根粒菌が有名なんですけど、聞いたことありますか?

 

この根粒菌は、マメ科の植物との共生とかで紹介されますよね。

 

この場合は、共生っていうくらいですから、メリットある同士が同居してますので。
窒素固定したらまず、マメ科の植物が窒素化合物をゲットします。

 

じゃあ、他の植物は吸収できないじゃないか!と思ったんですけど、
そんなことなくて、ちゃんと残ってました。

詳しくは、根粒菌の記事もご覧ください。

 

ただ、問題があって、
この根粒菌は、マメ科植物と同居した時しか窒素固定をしないんだそうです。

マメ科植物の前でしか、実力を発揮しないとか。。
どんだけー。

 

でもそんな根粒菌の他にも、窒素固定してくれる生物はいらっしゃいます。

この方々は、単独でバリバリ仕事してくれるみたいですよ。
よく紹介されている細菌だとこんな感じです。

<土壌に広ーく生息してくれている細菌>

  • アゾトバクター(好気性なので光合成もします)
  • クロストリジウム(嫌気性なので光合成しません)

<水中に生息してくれている細菌>

  • ネンジュモ

 

ちなみに、
重要なのかわかんないですけど、
窒素固定をする細菌はみんな、原核生物(単細胞の生物)。

ちっちゃいのにすごい能力ですよね。。

さらに余談ですけど、
根粒菌の固定する量は、他の生物と比べて圧倒的に多いんだそうです。
さっき紹介した生物は、常に固定してくれるけど、量は少ない。

なおさら、何でマメ科植物と同居してるときだけ??
って思っちゃうのはわたしだけでしょうか?

少ない量でもしっかり仕事してくれる方々に日々感謝です(笑

 

そんな窒素固定細菌はどんな仕事をしてくれているんでしょう?

 

窒素固定はどうやってるの?

 

どんな仕事をしてるかと言うと、

冒頭で書いたこれです。

空中のN2  →  NH4+

 

ここはもう、化学式なんでささっと行っちゃます。
ごめんなさい。

もう少し詳しく書くとこんな感じ。

空気中の窒素と水素を取り込んで、
ニトロゲナーゼという酵素を使って
アンモニアにします。

でもアンモニアって、大体アンモニウムイオンで存在することが多いので、NH4+

ここで思うのが、
なんだ窒素固定ってニトロゲナーゼがあればできるんだ!
じゃあ、みんなニトロゲナーゼ持って進化すれば良かったのに。って。

そう思ったので調べてみたら、やっぱりそれなりの理由がありました。
このニトロゲナーゼはとにかく酸素に弱い
酸素に触れると数分で機能停止します。
しかも、そこから再生不可能なほど壊れちゃう。

 

なかなか究極ですよね。
酸素を吸わないと生きていけないし、
窒素を吸収しないと生きていけない。

 

だから、この窒素固定できる細菌は、
酸素からニトロゲナーゼを死守してるみたいですよ。
隔離するしくみを持ってるらしいです。
大変そうですよね。
そりゃ、窒素は別で取ればいいからとにかく呼吸!!ってなるかも。

そう考えると、なおさらありがたい!
是非ともじゃんじゃん窒素固定していただきたいですよね。

 

とは言っても、
自然の方法だけでは、今は全然足りません。
なにしろ、作物を作る量が多すぎて。

 

菌や細菌だけでは、窒素固定が間に合いません。
つまり、土壌が窒素不足になっちゃいます。

だから肥料をまくんです。農業は。
わたし、知らなかったー。

 

知ってました?
あれ、窒素固定して作られた窒素もまいてるんです。

 

じゃぁ、肥料はどうやって作るのか??
人工的な方法で窒素固定をして作っています。

だから、この方法が発見されたから、作れる作物が増えて、結果、世界の人口が一気に増えたんですって。

 

人が開発した方法(ハーバー・ボッシュ法)

 

窒素固定によく使われているのが、ハーバー・ボッシュ法です。

ハーバー・ボッシュ法は、ハーバーさんとボッシュさんによって1906年に開発されました。
それからもう100年以上、窒素固定の最前線で活躍されている方法です。
作り方は、ちょっと難しいのでハショります。
でも、原理みたいなのは一緒です。

500℃と1000気圧っていう高温高圧の中で、
窒素と水素からアンモニア(窒素化合物)を作ります。

それも大量に。

 

この方法で、農業の化学肥料を作っています。
他にも、工業の世界でも活躍してるみたいです。

 

ちなみに余談ですけど、
この発見でハーバーさんは「空気からパンを作った男」って言われてるんですって。
何でなんでしょうね??

(詳しくはおいおい書く予定です)

 

この、ハーバー・ボッシュ法は本当にすごい技術ですよね。

そうなんですけど、
アンモニアを作るのに、相当エネルギーを使います。
なんてったって、高温高圧ですから。

 

凄い技術で、
今の世界には絶対必要なんですが、
やっぱり環境問題とかも心配されてるみたいです。

 

そう考えると、
やっぱり窒素固定細菌はすごいエコな生き物なんだなーって思います。
自然の力ってやばい。

 

でも、人間の脳みそも負けてません!
って、全然競ってないですけど。

 

最近、すごいことを研究してる方々がいらっしゃるみたいです。

 

どんな凄い研究かというと、
作物に能力を与えて、
作物が自力で窒素固定できるようになる。。みたいな。

 

例えば、イネが窒素固定もできる!みたいな?
肥料いらないじゃないですか!
いらないってことはないけど間違いなく減るし。

 

そんな未来が来たらすごい!

 

ただ、多分そうとう簡単じゃない。
だって、窒素固定するニトロゲナーゼって酸素があると消えちゃぃすよね?
植物って光合成するからめっちゃ酸素作るし。。

 

いろんな課題が立ちはだかってますけど、是非とも!
応援しています!

 

と、なんだか長くなっちゃいました。

 

長かったのでまとめますね。

 

まとめ

まず、

生物のからだには窒素元素が絶対必要でしたね。

生物のほとんどは、空気中の気体窒素を使えない。
理由は、気体窒素は安定していて反応しにくいから。
でも窒素化合物になれば、反応しやすくなって使えるんでした。

窒素固定とは、

空気中の窒素を、
植物が利用しやすい窒素化合物に変換すること。

 

次に、窒素固定できる生物。

根粒菌、アゾトバクター、クロストリジウム、ネンジュモが有名なんでした。

 

そして、窒素固定の仕組み。

  • ニトロゲナーゼを使って、空気中の窒素と水素からアンモニアを作ること。
  • ハーバー・ボッシュ法などの人工的な方法もある。

 

自然の力って本当にすごいですよね。

 

さて、今回は、窒素固定の復習でした。

でももしかしたら、窒素同化と混乱しちゃってる人がいるかも。

窒素同化もみてみてください。

 

今回の参考文献はこちら