私たちは自分自身を助けることができません—私たちは大きなことに夢中です.私たちは、世界の「最大」のライフル (長さ 33.3 フィート、ミシガン州イシュペミング)、ハイヒールの靴 (高さ 6.1 フィート、ニューヨーク市)、またはより糸の玉 (780 万フィートの長さ; カンザス州コーカーシティ).
そして何のために？スペクタクルは別として、最大のものはほとんど意味がありません。一番大きなフライパンでおいしい卵を焼いたり、一番大きなドライバーでネジを締めたりするのは、簡単ではありません。
自然界でも、サイズには多くの場合代償が伴います。
最大の要素は寿命が短い
化学の世界では、スケールが同一性を定義します。原子核に陽子を追加すると、まったく新しい元素が出現します。しかし、超重元素の場合、原子番号が非常に大きいということは、非常につかの間の存在を意味します。あまりにも多くの陽子を一緒に詰めると、原子を作ることがまったく不可能になる可能性があります.
ウラン (92) を超えると、正に帯電した陽子を反発する力 (クーロン力) が、陽子を結合する力 (核力) を超え始めます。そのため、要素が重くなるにつれて、それらはますます不安定になります。 (誰もが知っている限りでは)ウランより大きい元素が自然界に存在しない理由はこれで説明できると、GSI ヘルムホルツ重イオン研究センターおよびドイツのヨハネス グーテンベルク大学マインツの核化学者である Christoph Duellmann は述べています。
科学者たちは、粒子加速器で原子核を粉砕することにより、より重い元素を人工的に作成しました。 (デュエルマンと彼の同僚は、昨年、ウンウンセプチウム (要素 117) の存在を確認しました。) しかし、これらの原子は短命です。ウランの最も豊富な同位体の半減期は 45 億年ですが、アインスタイニウム (99) の同位体の半減期は 472 日です。これまでに作られた最も重い元素であるウヌノクチウム (118) は、1 ミリ秒未満持続します。
デュエルマンは、約 170 個以上の陽子を持つ理論上の元素の半減期は 100 兆分の 1 秒 (電子殻を生成するのにかかる時間) 未満であると推測しています。 「したがって、それは原子ではありません」と彼は言います。
最大のゲノムは適応が最も遅い
1 つのヒト細胞の DNA (32 億塩基対すべて) を解明すると、長さは 2 メートルになります。しかし、その長さは、100 メートルに達する、科学的に知られている最大のゲノムの次には、それほど印象的ではないように見えます。この 1500 億塩基対の分子は、白い花を咲かせる日本の林冠植物 Paris japonica に属します .
ゲノムのサイズは種によって大きく異なり、一部の生物が他の生物よりも大きなゲノムを進化させた理由は主に謎です。 「ゲノムのサイズと生物の複雑さの間には何の関係もありません」と、カナダのグエルフ大学の進化生物学者である T. Ryan Gregory は言います。 「人間の 5 倍の DNA を持つバッタがいます。」一部の単細胞原生生物でさえ、私たちのものよりもはるかに大きなゲノムを持っています.
このような特大のゲノムは、生殖中または子孫が親の染色体の複数のセットを継承するときに、ミスをコピーすることにより、非コーディングまたは「ジャンク」DNA を蓄積することによって成長します。倍数性として知られる後者の状態は、植物の間で一般的であり、自然界で見られる最大のゲノムのいくつかを持っている理由を説明するかもしれません.ほとんどの動物ゲノムは、50 億塩基対未満です。一方、顕花植物のゲノムは平均約 60 億塩基対であるのに対し、非顕花植物のゲノムは平均約 180 億塩基対です。
大きなゲノムには大きな欠点が伴う、と英国キュー王立植物園の植物遺伝学者であり、パリスジャポニカを測定したチームを率いた Ilia Leitch は言う。 より大きなゲノムはコピーに時間がかかり、生物の成長、繁殖、そして最終的には適応の速度が遅くなります。たとえば、シロイヌナズナでは 約 1 億 3,500 万塩基対のゲノムを持つ種 (マスタード植物の小さな近縁種) では、生殖細胞分裂には約 33 時間かかります。 パリジャポニカで 、リーチの見積もりによると、このプロセスには 6 ～ 8 週間かかります。
より大きなゲノムには、そのすべての遺伝物質を保持するためのより大きな細胞も必要です。サイズの違いはわずかかもしれませんが、細胞プロセスに大きな影響を与える可能性があります。たとえば、動物では、血球が大きいほど酸素の運搬効率が低下します。そのため、鳥やコウモリなど代謝の高い動物は、ゲノムが特に小さい傾向にあると Gregory 氏は言います。
最大の脳が最も賢いわけではない
マッコウクジラの脳は 20 ポンドでサイズ表のトップにあり、3 ポンドの脳の約 6 倍です。そして、それは質量に関してはほぼ限界です。体重が脳に栄養を与える動脈への血流を遮断し始めるため、脳はこれ以上大きくなることはできません。
霊長類以外の場合、このサイズの上限は、高次脳機能を担う領域である大脳皮質に詰め込むことができるニューロンの数、したがって神経接続を制限するため、知能に上限を設けます。リオデジャネイロ連邦大学の神経科学者である Suzana Herculano-Houzel が率いる研究によると、より大きな非霊長類の脳は個々のニューロンもより大きくなる傾向があり、サイズのメリットが減少します。たとえば、大脳マウスのニューロンの平均質量は 1 グラムの約 80 億分の 1 ですが、これに相当するゾウのニューロンの重さは 1 グラムの約 181 億分の 1 です。
しかし、霊長類では、進化がこの傾向に逆行しました。 Herculano-Houzel によると、約 300 億分の 1 グラム (「ラットとウサギの間」) の小さなニューロンを収容することで、霊長類の皮質はより多くのニューロンをより小さなスペースに詰め込むことができます。人間の大脳皮質には約 160 億個のニューロンがあり、これは他のどの動物よりも多く、私たちに明らかな認知的優位性を与えています。比較すると、ゾウの大脳皮質は人間の 2 倍の大きさですが、ニューロンの数は 3 分の 1 しかありません。
世界最大の生物が不妊になりつつある
最大の生物は 6,600 トンで、海の巨大生物であるシロナガスクジラの約 33 倍、そびえ立つ陸の巨人であるセコイアの約 3 倍です。トレムリング ジャイアントとしても知られるパンドは、ユタ州で何万年もかけてゆっくりと広がってきた単一の震えるアスペンの遺伝的に同一のコロニーです。その 47,000 の幹は共通の根系を共有しており、そこから新しいクローンが発生します。
コロラド大学ボルダー校の生態学者で進化生物学者のマイケル・グラントは、この成長スキームにより、パンドは通常、水を非常に高く持ち上げる能力など、単茎植物のサイズを制限する要因を回避できると述べています。理論的には、Pando は無期限に成長し続けることができます。そしてこれまでのところ、適度な量の山火事、土砂崩れ、雪崩の中で繁栄しており、背の高い競合他社を寄せ付けません.
しかし、パンドは時の荒廃の影響を受けないわけではなく、その偉大な年齢は、その偉大なサイズを可能にしましたが、そのアキレス腱かもしれません. DNA 研究によると、ポプラのコロニーは年をとるにつれて遺伝子変異を蓄積し、花粉の生産が損なわれることが示されています。花粉がなければ、コロニーは性的に繁殖できず、遺伝子プールの多様性が減少し、病気や気候変動に直面したときの堅牢性が低下します.
最大の銀河が誕生する星の数はますます少なくなっています
数千億の星を持つ天の川銀河は、知られている宇宙最大の銀河である IC 1101 と比較すると、バケツに一滴しかありません。約 100 兆個の星を含むと考えられているこの楕円形の巨星は、長さ 600 万光年あり、これは天の川銀河の直径の 60 倍です。
このような超巨大銀河はまれな古い標本であり、ほぼ 140 億年前の宇宙がまだ若かったときに形成された古い星のほとんどが生息しています。ダーラム大学（英国）の宇宙学者 Richard Bower は、銀河がどのようにしてこれほど大きくなったのかは不明であると述べている。他の人は、より小さな銀河系の隣人を共食いした可能性があります.
若い銀河は、ちりとガスの雲が自らの重力で収縮し、熱く高密度の中心核に引き寄せられるときに形成される、新しい星を誕生させることによって成長します。しかし、銀河が老化して膨張するにつれて、星の形成が遅くなる、と Bower は言います。銀河が天の川銀河よりもわずかに大きくなると、その中心にあるブラック ホールが活発になり、高エネルギーのジェットを放出します。これらの強力な風は、星を生み出すガスを追い出し、星を作る物質の銀河をゆっくりと排出します.
宇宙が膨張するにつれて、IC 1101 などの超巨大銀河は、合併や買収によって成長し続ける可能性があります。しかし、星の成分が使い果たされ、銀河が離れていくにつれて、成長率はますます遅くなります。 「観測可能な宇宙のサイズは有限であるため、私たちが見ようとしている最大の銀河には限界があります」と Bower 氏は言います。 「おそらくもう見たことがあるでしょう。」
Jeremy Hsu は、ニューヨークを拠点とする科学技術ジャーナリストです。彼は現在、 などの出版物に寄稿しています。 サイエンティフィック アメリカン、ポピュラー サイエンス および IEEE スペクトラム.
