4  熱力学から見る進化

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  4.1エネルギー
 エネルギーについて、考えたことはありますか。大地震を起こす歪エネルギー、入試問題で悩まされたポテンシャルエネルギーと運動エネルギー、冷暖房をつかさどる電気エネルギー、ガス、食べ物を食べて消化する生化学反応エネルギー、そして・・・・・エネルギー。

 様々なところで、扱われるエネルギー。これらの全てが同じものだと思いますか・・・。同じものですよ。こんな話は嫌になっちゃいますね。そして、energyenergyを与えない限り高い方から低い方へ、濃い方から薄い方に流れる。でも、でも実際はダイナミックなもので、その系は外から入るenergyで滞留したりしながら拡散していく。少し聞いてね。熱力学は、自然現象のバイブル。お釈迦様の掌です。我々の生活を含め、自然現象はこの法則の中でのみ演じられています。これを神といえば、神だよ。厳格な神だ。

 energyの滞留の中で命が発生した。生命体は主に生化学energyエネルギーを取りいれ、消費しながら生き永らえてきた。高等動物ほど多く取り込んできた。我々も同様だ。energy拡散の法則に逆らってあらゆるエネルギーを取り入れ、新たな可能性に挑戦する。電子ポテンシャル準位の概念で表現すれば、脳が多くのエネルギーを得てニューロン繊維を活性化すると、エネルギーレベルのランク上がり、別の準安定場に到達することができる(知識欲に満たされた快感、幸福感)。
 親から優れた遺伝子と自己組織化のDNAを継承した子供たちは、豊かな外部環境の中で、あくなき知識を探求する欲望により成長していく。そしてより多くの満足と楽しみを得る。

 言い換えれば、その維持には、開発途上国の何百倍のエネルギー供給が必要です。それ故に先進国にエネルギーが集まり易い。
日本民族;一億2千万人。我々の生活レベルを維持していくために、一部の賢い人々の作りだした知財と、外国の資源を交換する事により、多くのエネルギーを得ています。日本は、そのエネルギーにより著しく発展した。もはやこのエネルギー無くして、この芸術、科学技術文化を、子孫に維持継承させていくことはできない。

 

      

 複合生化学反応energy

 

有機化学反応が、生命としての生化学反応になり得るかについて、スチュアートカウフマン著・米沢富美子監修の『自己組織化と進化の論理』を読んだ。

よく理解できませんでしたが、これについて触れざる負えません。

 「各細胞(低分子からでもよい)が、勝手に振舞えば、カオスとなって系が崩壊。全体に自由度がなければ、変化しない(秩序)。各細胞が、非常に遠慮がちに振舞い、触媒活性化および共振して行くと、僅かな活性が徐々に蓄積する。成長した高分子がある臨界点を超えると、全体の高分子として顕著な変化を示す。生命はこのような状態で生まれ、進化した」と語っている。

 各位語彙を下のように変えて、直感で私流に解釈しました。

ダーウインの進化論および今西理論等は、この理論の環境等の条件を入れた特殊解になる。細胞を碁盤の目に見たて、「computer simulation」で、その理論

を実証していた。生命は高まるenergyと、拡散するenergyとの間で生きている。

       ・カオス=エントロピー

       ・秩序=エンタルピー

・上から降ってくる砂で出来あがった、あちらこちらの山=ポテンシャルエネルギーの準安定状態
 ・上から降ってくる砂=下から湧き上がるクレブス回路等のエネルギーを、蓄積する共役反応(活性化エネルギーの蓄積(ポテンシャルエネルギーを高める)

  

我々は、仲間を食い合う事により、エネルギーを供給しつつ、ポテンシャルレベルを上げて行く(熱拡散の中の揺らぎ)。しかし、トータルとしての反応は、カオスと秩序の境界近くを、エネルギーの低い方向に向かって進んでいく。この熱拡散の中の揺らぎによる、エネルギーの蓄積が生命をもたらしました。

 

4.2生化学反応は共役的

 「行く川の流れは絶えずしてしかももとの水にあらず。よどみに浮かぶ泡沫はかつ消え かつ結びて 久しく止まる事なし             

川の淀み(準安定場・エネルギー順位)で消えいく、運命の泡沫が強い流れに出会い、堤防をも越たり、またある時は、泡沫を増殖して、スープ状の淀みに流れ着く(コアセルベート)

体積、圧力、温度そして仲間の数という環境条件の中で生まれた泡沫は、一人思うのであった。生まれた時は小さくて厚い丈夫な殻を持っていたのに、今は大きくなったが、薄くて破れそうだ。界面活性剤で満たされていた淀みが懐かしい。だが待てよ。最初はアデノシン3燐酸(ATP化合物)という、高エネルギー化合物に出会ったことに始まる。

彼は、変化を好まない私に何を与えてくれたのか。熱力学の第二法則に逆らうことなんか、考えてもいなかったのに。彼の強いエネルギーに引きずられて、奇妙な流れ(生命反応)が出来てしまった。巻き込まれてしまったのだ。

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環境が変化する毎に増殖だ、発酵だ、呼吸だ、光合成だと、流れを絶えさせないように、分子レベルでの代謝系の反応・進化を余儀なくする羽目になってしまった。
 無機的状態の時代は、表面エネルギー、体積エネルギー、少し踏み込んでも、拡散等の夢を見ていれば事足りたのに、ATP化合物という、エネルギーを作り出す物質と一緒になることによって、初めて、エネルギー蓄積を可能とする、複雑な反応の中に身を投じてしまった。

  4.3タンパク質レベル以後

私の体も変わってきた。ATP化合物が無機燐酸、アミノ酸、糖を勝手に付けたり離したりする。RNAなんて形になったら、これが結構様になって意外な能力を知った。ニュートンの古典力学、アインシュタインの相対論、量子力学、にも匹敵する発見だ。
 私はRNAという反応系となり、酵素活性を持ち、切断、再結合、伸張RNA複製を行いながら、より低自由エネルギー状態になっていく。
 しかし、それでも私の生涯は、大変な出来事の連続だ。私から分離したRNAに、食われるところだったが、彼には、適応的突然変異に働く不安定な蛋白があり、逆に彼を吸収することとなった。彼を食うことは、簡単にエネルギーの素となる、アデノシン3燐酸を得ることになり、私はますます強くなった。

光合成法を取り入れた、ミトコンドリアをうまく騙して、私の細胞に取り込んだ。あの時は、やつの吐く酸素で、死にそうだった。

 

 もうお分かりであろうが、細胞やATP化合物を合成する必要な材料は、メタンやエタン、リン酸と言った基礎の物質から合成するよりも、すでにできている相手の肉を食す方が、energy効率として断然有利なために、食い合いをする事でしか生きられない事実です。生命系という生化学反応は、弱い者に残酷で厳しい反応系である。

 大きくなった私は、分子レベル以外に、遺伝子のドメイン間での情報交換、個体生物間での情報交換と、それぞれを勝手に取り入れながら、熱力学第二法則に従って流れていく。自然な流れに対して逆らいながら、仲間を食ってATP化合物を集め、力をつけて、生存に適する環境を求めるのだ。

私は、それをエネルギーの揺らぎと呼びます。 生命の進化は、揺らぎのエネルギーを増やすという、不安定な方向に向かってゆっくり進んでいきます。

 生命体は、Energy物質;ATP化合物を主とした共役化学反応がスタートした時点で、全く別の履歴を通って、低自由エネルギー状態を模索して流れていくのだ。エネルギー獲得の手段として、その塊を蓄積している仲間の生命体を食い合うことが一番の効率的な方法だ。生命体を持続する反応は、共に食い合うという残酷な系だ。我々は、この事実から逃れることはできない。お釈迦様、キリスト、アラーの神様にお祈りしても、誰も天国からご馳走を、持ってきてはくれないのだ。

 

 



  4.4人間以降
 タンザニヤの地溝帯の東側で、ルーシー嬢が生まれてはや数百万年。以降、我々の祖先は、猿人、原人、新人と形態を変えながら(ネアンデルタール人等)何度も新大陸目指して旅立ったが、苛酷な環境に馴染まず消滅した。そして最後にクロマニオン人なる種が、何とか過酷な環境に適応しつつ各大陸に拡散し、仲間を増やすことができた。そして、それぞれの地域で亜種化に向かって歩き出した。黒人や白人および黄色人の誕生だ。黄色人についてさらにいえば、その地域で更に細分化が発生し、特殊化が進行しつつあった。肌が黄色で、髪は黒く、菜食を習慣としたため、腸が長くなった。言葉も特殊化し、モンゴル民族、漢民族、朝鮮民族、アルコールに弱い日本民族、・・・等、言語や宗教や習慣などが、地域ごとに独自に発達し、民族的な違いとして分かるほどになった。


 そして、彼等の群れは安定化を模索するために、宗教や為政者を創り、孤立した文化の中で、互いに国を作り上げていった。『宗男さんとこは、なりふり構わず行動して、お金と権力を得たらしい。あなた、もっと稼いでよ。賄賂だろうが、ゴマ擂りだろうが、為政者にお願いしてよ。閉鎖社会では、無理が通っても、道理はないから。手段を選ばないで。宗男さんのように・・・』
 
 通常、閉鎖社会の中では、その集団の出来事のみが関心ごとだ。物事は、為政者の裁量で全て丸く治まって、集団の安定化を果たしてきた。為政者は、「我々の民族は、素晴らしい。」隣国をけなし、さげすみ、自国の優位さを、誇示しておけば良かった。その事により、群れの結束が刷り込まれ、誰もが、我々の群れは強いという、安心を得られる。そして、準安定な民族主義を自認する集団が、あちらこちらに存在する。


しかし、energyが加速度的に生産される現代のレベルまで進化すると、人によっては、知識欲なる欲望が発達し、彼等が地域間の交流を活発化させる。各地域から様々な情報を得て、経済、および科学の発展を施す。
 経済および科学の発展は各地域の人的交流を促し、インターネットの発達は、各地域の自然、文化及び情報を共有することを可能にした。地域の安定に限定されることなく、グローバルな安定化を、模索する流れとなる。地域間の交流が活発になる事により、民族主義あるいは宗教を基本とした、地域間のエネルギー歪は頻繁に生じるが、小さな状態で開放され、大戦争に向かわない。ワヤはそう信じたい。
    
 世界を駆け巡る人々が増加し、ハーフとかクォーターが一般的になる。そして、インターネットの普及などで、庶民は世界の潮流を知り、より豊かな生活を求めて、移動しようとする。 

 

一方、ダーウィンの自然選択が人類にも作用するので、生きるためのenergy生産を必要とする、各自の大脳の質の違いが、各個人間の大きな格差問題となってきた。

 

以降それについては、クオリアの項で詳細を語る。

 

    科学的に言える事

1.    各自の生命はDNA自己組織化のコードにより、死ぬまで生き抜く事が書かれている。したがって、各自それぞれの生き方を強いられるが、それも種の進化からみると、種を継承していくための母数の一つに過ぎない。

 

2.    家系図;有名人では、私は紀貫之の子孫、足利尊氏の子孫・・・という。しかし、それはミトコンドリアを継続する女系の家系図にのみ言える事である。

 

3.    宗教;自分にとって遭遇する未解決な課題は、大脳回路がenergyを得て、仕事して新たなニューロン回路を作らねばならない、また、親しい人からの絶えず注がれる優しい刺激がある日突然来なくなり、それを期待するニューロンシナプス回路が混乱し、無駄なenergyのみを消費する。それは結果として大脳を疲弊する。そこで仕事をサボってすでにある巷の既存回路を取り寄せて誤魔化す事である。親しい人は天国に行った事にして、大脳の妄想と今まで通り語り合おう。死後はあの世が有る事にしよう・・・。

 

4.    民族主義(nationalism)は生存するためのenergyが減少する場合に亜種化する方向に動くものである。それに対して国際主義(globalism)は人類は一つを目指すものである。

 

5.生物は生存できる快適な外部環境が拡大すれば増殖し、減少すれば滅ぶ。したがって、各個体あたりの生存に適するenergy量は一定である。人間の場合はenergyを指数関数的に増大させたので、戦争をしながらも人口増加に耐える事ができた。

 

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討論
 
生命とは (panietzscheは最初のディベート仲間)
トピック 『神はいるか 』投稿者: panietzsche (43/男性)の質問に答えて。

 1.「私が他でもない、この私である」という特定は生後なされると思われますか?

それとも遺伝子レベルで既に特定されているのでしょうか?卵子が細胞分裂を起こし脳が形成される前でしょうか後でしょうか?
 もう一点、質問させて下さい。
モノと生物は「生死があるか否か?」をもって境界とすることは妥当でしょうか?
もし、妥当だとするとモノも生物も原子の組み合わせであることには変わりないにもかかわらず、どこで「生死あるもの」と「生死ないもの」に分かれるのでしょうか?

回答 waya 56
 ・答えになっていないか解りませんが、私なりに思っていることを記載します。・・
 私は個人のことはあまり考えません。生化学反応はエネルギーを消費して継続する、非可逆反応です。それが、系の変化に対応しようと延々と続く。私個人があるとすれば、その役割の一部を担う無名な細胞と思っています。系において不安定になった私という細胞はもはや必要はない。無生物状態のポテンシャルに戻って行く。

 もう少し、私なりの生命の流れを説明させていただきますと、
アメーバのような単細胞生物では、食欲だけです。それが、魚類時代近くになってさらに性の欲望を、そしてテリトリーを守るための所有欲を得ます。犬、猫から人間にかけて、大脳が発達して知識欲が芽生える。理性に支配された菩薩の境地はまだまだと考えている者です。


    そこで、質問に対する私の考え
 1. 「私が他でもない、この私である」に対する私の考え
個人レベルでは、卵子が細胞分裂を起こし脳が形成される前。受精または、自己分裂して新たなDNAが誕生した時と思います。個々の生命が生殖反応を繰り返す生化学物質と定義すれば、コピー機能を生ずる化学物質RNAまたはDNAを持つ化合物+混合物の系。その時に、新しい反応系が発生するからです。

 特殊化の道を歩む民族の立場で語るか、人類融合の立場で主張するかで、内容が異なってきますね。我々は両軸の間を右往左往しています。人間、個々の反応系は、60兆以上からなる、巧妙にバランスを取っている利己的細胞(遺伝子)の集合体からなるという説が根強い。単細胞のアミーバがいいのか、多細胞の人間がいいのか、さらに大きな?を目指すのがいいのか?

 人類は数世紀中には、単純な生命の増殖(コピィ)反応までは可能にすると思います(議論にならない推測の域ですが)。ビーカ内の系の中で増殖反応が起これば、平衡になるまで続くでしょう。系外に出ると、系が変化しますので、それに平衡になろうと、反応が継続し始める。ほとんどの反応は即、終息します。が、万が一、適応する流れがあれば、倫理問題になります。

そして拡散。逆反応のない我々の系においては、平行な数だけ増殖すれば数のバランンスの上に古いものが分解し(死)、見掛け状同じ個体数である法則に従わざるをえない。熱力学第二法則は、甘い言葉で我々に『宇宙を目指そう』と囁く。宇宙に出て大きな組織体になれ。生命の流れは、多くのenergyを得て、より高い欲望のpotentialを目指しているような?
            
 
2. モノと生物は「生死があるか否か?」
 爪なんか一年もしないうちに、土に返ってしまいます。私が生まれた時の体のほとんどは、すでに土に返っています。しかし、私は存在する。今の私の反応系は、まだやや安定な状態でいる。
やがて、系の変化で、私の準安定状態がさらに不安定な状態になっておれば、私を構成している系は崩壊する。その時が死です。

  個々の生命はどうか?
 受精して、両親とは別の反応系として誕生した私は、低energy状態に戻ろうとする常識的な安定化に向かう反応(死に向かう)に対し、energy potential をあげたい、keepしたいという逆の流れを作ります。

可逆反応でいう、逆向きの反応をしたいという願望がありますね。一度、共役反応で高いpotential energyを得たのに、死に向かう反応はいやですから。この系を永遠に維持したい、より多くのenergyを得、より高いpotential energy rebelを望んでいます。

 しかし、疲れきって人生を諦め、potential energyを得ることが嫌になった時、無気力となり、毎日の日向ぼっこと、寝る事が楽になり、やがて、死を迎える。私の反応系の終わりだ。

 

  生命の発生と進化 熱力学的考察

>「種」と「種の起源」である。実はそのことを主張したくて延々と《シリーズ新今西》第1弾を展開してきた。しかし、残念ながらまだその主張は誰にも通じていない。私が出した質問に未だに誰からも解答が返ってこない。(パニチェ氏にも出したが同じ)とsayonara1859氏が言う。また、lilith_flagさん、Aki21054さんなど関心が有りそうなので私の思いを。

 

 生物は環境の変化に対し、己の性化学反応系を守るために位置を移動したり、思考したり、体温保持をする。そして、熱力学の法則に沿って拡散し、新たな居心地の良い所に落ち着く。それを行なうには、何れの場合もenergyの貯蓄(H項またはU項)が必要だ。そのために、真核生物はenergyの多いATP化合物を食う。効率的にATP化合物を取得するにはどうする。ATP化合物の固まりである他の生物を食うことだ。歴史はその繰り返し。

 

 そこで、真核生物を自然科学の立場で観察すると、彼等は、常温常圧を安定なone成分として平衡状態を取っているらしい。反応系を維持するための発熱反応が発生するが、それ以外の温度で熱の出入りがある。それにあわせて、平衡を保とうと化学反応が起こる。バランスが崩されれば死だ。反応系を終焉する一つの因子となる(古細菌の安定な相は高温高圧相?→転移点を通って植物性バクテリアが常温常圧相へ)。その調整をenergyの貯蓄(H項またはU項)が行なう。

 

energyとは何

  我々はGibbsfree energyを知っている。Enthalpyも聞いたことがあるだろう。

       G=HTS           H=U+PV

ここで、生命(生化学反応系)が維持されている場合は、温度と圧の変化を考慮する必要はない(変化があれば死)。

Free Energyは、外界からのenergyが入らなければ低い方向に流れるのが熱力学の法則。

したがって、この場合は、上式のEnthalpyあるいは内部energyの変化、つまり、個々の化合物が持つenergyの流れに着目すればよい。

 

・生物は生態を維持するための様々な生化学反応をベースとしている。

・反応式が体の各所で進行しているが、小さな生命体であった時には、何れの式も、合算することにより一つの反応の平衡定数に書き換えられる(化学熱力or固体熱力学等を参照)

・生物の場合は、この反応の平衡定数が大きいので非可逆反応だということだ。

また、この反応が完結されれば死への通常の流れ。生命を維持するために供給されるenergyが途絶えても俗に言うentropyの流れだ。これでは生物は生まれない。

 

  何故生命が生まれ、生きようとするのか? 

生命の誕生は、RNA 化合物というcopy reactionを可能にした時です。定圧下の自然環境下で、外界から入るenergyと反応系の素材が供給される限り、それを取り込み(食べて)、copy reactionを繰り返し、その快適な反応温度を維持しようと、濃度が平衡状態に達するまで熱力学の法則に沿って、種を増やしながら拡散していく。

 

平衡に達した時点で、種はそれ以上増殖できない。温度が上昇し、種が滅亡する? いや、そうではない。相平衡を思い出そう。そこで、溢れた者の中から試練を乗り越えて、僅かに生き残った流れが、別のpotentialの状態下(亜種に分化し)で、平衡状態になるまで過剰なenergyを食べ、生き延びるだろう。

古い種と勢いのある新しい亜種、二つに増殖したのだ。しかし、彼等の生化学反応式では、まだ内部energyの蓄積は少ない。環境が大きく変化すれば、それで多くの種は絶滅だ。

 

 古細菌は定かではないが、真核生物を観察すると、進化していると思われる生物ほど、反応系の一部は手足になり、筋肉になったりして、内部energyの蓄積があり、環境の変化に逆らう余裕がある。また、脳内で密集したニューロン繊維は、外界の変化に対応する思考までも生み出した。

 

複雑な共役反応が様々な高energy材料を蓄積し、外界の温度や圧力変化に対応して、発熱反応や発汗による気化熱による体温調整、および場所の移動で以って、常温常圧下で安定な反応系を維持する機構を所有している。

 

 進化した生命ほど、環境の変化に逆らうように生きて、拡散しようとしている。

Elfinus_0さんが、下記のように述べていましたね。生物の「情報系」とは簡単な散在神経系(いや神経以前も含め)から霊長類の脳神経系にいたる連続した変化の流れの中で、次第に「遺伝情報系」から「脳情報系」へと情報比を変えていったと見るのが自然ではないですか?と

(私の勝手な注釈;変えていったというよりは、機能を付け加えていくことの方がbetter?)。

 

反応系の脳部分に、ニューロンというEnthalpyを高める材料が高密度化し、我が反応系を認識することを意識しだした。

どうしたら、我が反応系を維持できるか、大きくは生命の反応系を維持できるか。科学はやっと、物質ではない、反応系を守ろうとするクオリアの部分を認識しだしたのだ。

 

 反応系を維持しようとenthalpyを高めることはfree energy 減少の流れから逸脱する。苦しいわけだ。いっそう死んで楽になった方が? しかし、クオリアが囁く。頑張れ、頑張れ。

 

 *現代人は鉄分が不足しているのか?*鉄茶飲んでいたが農繁期に貧血で倒れた…*コラーゲンが作れる体になる。*体が鉄を吸収する仕組みは?*鉄が野菜のアクを消す。*小腸壁にへばりついて鉄渡す
1.
ミトコンドリア(1)によるエネルギー代謝で鉄が大活躍;
細胞内にあるミトコンドリアは呼吸による代謝のメインエンジン、鉄はその働きを活性化させるキーパーソン

細胞内にブドウ糖が1つ入ると、補助エンジンの解糖系でエネルギー単位(ATP)2つ作られる。次にミトコンドリア内のTCA回路=クエン酸回路に送られてATP2つ最後の電子伝達系で34ATPが作られる。
2.
体内補給された鉄はどんな働きをする?
@ミトコンドリアでエネルギーを作り溜め;
エネルギー源は炭水化物・脂質だが、人も植物も直接燃焼でなく、アデノシン3リン酸=ATPのエネルギー単位を作り溜め必要なとき使う(添付)
A2価が3価の鉄になり化学反応が進む;
ミトコンドリア内TCA回路働くにはビタミンB群が必要で、電子伝達系に鉄分Feが必要。鉄が2価から3価に変わるとき、電子が1つ放出されて化学反応がダーッと起こる。鉄分が無いとミトコンドリアはあまり働かなくなる。
Bミトコンドリアが動けばきれいに痩せる;

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