生命は、火山のように熱く、地球の両極のように寒い場所でなんとか生き延びています。これらの極端な環境で繁栄する生物は極限環境生物と呼ばれ、その体はそのような厳しい条件で生き残るためのいくつかの独自の適応を持っています.
地球は広大です。灼熱の砂漠から極寒の氷河まで、地球全体に整然と配置されたさまざまな環境に加えて、それぞれの場所に共通するものがあります。それは生命です。
しかし、人間は南極で快適に暮らすことも、サハラ砂漠で店を構えることもできません。これは、そこで生き残ることが絶対にできないという意味ではありません。地球上で最も奇妙で、一見最も住みにくく、敵対的な環境で、生物が最大限に生きていることを知って驚くかもしれません.
そこで生き残り繁栄する一握りの生物は極限環境微生物と呼ばれます .
生命が形成されるために必要なものは?
すべての生命には、「生きる」ために必要ないくつかの基本的な要件があります。これらには、水 (または溶媒)、エネルギー源、炭水化物、タンパク質、脂肪、核酸 (DNA) などの基本的な生体分子が含まれます。
これらの基本的な要件がなければ、生物は自分自身を維持するためのエネルギーを成長させたり生成したりするためのリソースを持っていません.したがって、これらの過酷な環境のそれぞれで、生物は環境からこれらの必需品を確保するように適応してきました.
生命が作られるために必要な構成要素。 (写真提供:Boghog/Wikimedia commons)
しかし、それだけではありません！繁栄するためには、さらに適応する必要があります。寒い国でセーターを着るのと同じです。生き残るための水、食料、住居を手に入れることはできますが、セーターを着ないよりも着た方が快適であることは間違いありません!
生物は極寒の中でどのように生活しているのでしょうか?
微生物や動物は、どんなに賢くても、体を温めるためにセーターを編むことはできません。代わりに、進化の助けを借りて、彼らの生物学は適応します.
ペンギンは、世界で最も寒い大陸に生息する鳥です。彼らの体は自然に熱を保存するように設計されています。静脈は動脈に巻き付いており、動脈内の血液をわずかに温めています。
さらに、狩猟中に冷たい海に潜ると、心拍数が 15% 低下します。これにより、体はより多くのエネルギーを節約し、代わりにより多くの体熱を生成するために使用できます.体の羽さえ重なり合って、鋭い冷たい風や水から守ってくれます。
ホッキョクグマ、アザラシ、ホッキョクギツネなど、他の北極の動物にも同様の特徴があります。彼らは毛皮のコートが厚く、体がより多くの体温を生成します。
水を一口飲むホッキョクグマ。 （写真提供：twenty20）
好冷菌:極寒の中で繁栄する微生物
多くの微生物は極端な寒さの中で生き残るために適応しており、好冷菌 (基本的には寒さを好むことを意味します) と呼ばれています。このような細菌は、衣類の保護層のように機能するエキソポリサッカライドと呼ばれる甘いゼリー状の物質を生成します。
一部のバクテリアや菌類は、不凍タンパク質を作ることさえあります。これらのタンパク質は水の凝固点を下げるため、内部の細胞内水が凍結して内部破裂を引き起こすことはありません。
生物は猛暑の中でどのように生きているのですか?
熱を好む人、好熱菌はどうですか？砂漠、火山の近く、温泉の中にはたくさんの生物がいます。汗をかいたり、自分たちの存在を沸騰させたりすることなく、どうやって生き延びているのでしょうか?
極端に暑い気候に住む生物が持つ最も重要な能力は、水分を保持する能力です。私たちの最も有名な例であるラクダは、水を一口も口にせずに 7 か月間生き残ることができます。
よくある誤解は、ラクダはこぶに水を蓄えるというものですが、そうではありません。こぶは実際には多くの脂肪組織で構成されており、他に食べるものが見つからない場合に備えて、代替の食料源として使用します.
ラクダは、大多数の生物よりも少ない水しか必要としないという機能に恵まれています。ラクダの血球はより多くの水分を蓄えることができますが、毛皮はラクダが発汗して水分を失うのを防ぎます。
ラクダのこぶが小さいほど、脂肪が少なくなります。 (写真提供:envato)
サボテンは、茎に水分を蓄え、蒸散による水分の損失を防ぐためにトゲのある葉を持つことで、砂漠に適応してきました。彼らは大きな半径をカバーする非常に細い根を持っており、幸運にも周りにある小さな水をすべて吸収することができます.
超好熱菌:高温に生息する微生物
微生物は、雨が降る時を除いて、年間を通じて活動を停止して砂漠で生き残ります。
砂漠は別として、微生物は熱水噴出孔の近くでも生き残ることができます。これらの通気孔は、海の奥深くにある小さな裂け目で、地下から約 122 ℃ の非常に熱い水が汲み出されます。熱水噴出孔や火山などの場所に生息できる微生物は、超好熱菌と呼ばれます。
サーモスタットが 25°C のときは暑く感じますが、125°C は気にしません。
超好熱菌の細胞膜ははるかに柔軟性があり、流動性が高くなるため、熱水がより速く出入りできます.超好熱性細菌の例としては、Hyperthermus butylicus があります。 およびMethanopyrus kandleri .
ご想像のとおり、エネルギーが豊富な栄養素を海の奥深くや火山の近くで摂取することは困難です.代わりに、そのような微生物は化学反応を起こし、周囲の要素を使用してエネルギーを生成します。たとえば、特定の微生物は、硫黄、鉄、メタン、または水素を使用してエネルギーを生成できます。それらは化学合成微生物として広く分類されています。
生命が生き残れる場所は他にありますか?
暑い地域と寒い地域だけでなく、地球上には同じように過酷な環境にありながら、生命に満ち溢れた場所がたくさんあります。これらには、死海のような極端な pH レベルまたは極端に高い塩分を含む環境が含まれます。
時折、鉱山の近くでは、鉱山排水と呼ばれる非常に酸性の水域が見られます。硫化鉄などの岩石中の酸性元素は、酸素や水と反応して水を酸性にします。この水は、重金属を溶かすことができるほど酸性である可能性があります。このような有毒な環境は、大型の動物の生命を維持することはできませんが、微生物はなんとかそこでやり遂げることができます.
Acetobacter aceti のような酸を好むバクテリア (好酸菌) は、 体内でわずかに多くのアルカリ性タンパク質を生成し、プロトン (H+ イオン) を排出することで、pH を維持します。これは、環境の酸性特性を中和するのに役立ちます.その上、彼らの体を構成するタンパク質はわずかに塩基性が高く、周囲の酸性環境を中和するのに役立ちます.
アルカリ性微生物の場合はその逆です。彼らは H+ イオンを体内に送り込んで環境のアルカリ性を中和し、細胞タンパク質は酸性側に傾きます.
海の最も深く暗い部分でさえ、生命を宿すことができます。地球の地殻から 10 km 下の場所でさえ、日光や十分な空気のない生活に適応した微生物がいる可能性があります。地表から 3 km のアフリカの金鉱山から発掘された岩石からも生命体が検出されています!
結論
この記事を読んだあなたは、「うわー、生命は本当にどこでも生きていけるんだ！」と思ったことでしょう。科学者たちが地球外生命について困惑しているのは、この考えです。おそらく、月、火星、または他の太陽系に住んでいる生命体がいる可能性があります.確かに、私たちは宇宙で唯一の生命体になることはできませんよね?
確かに、そのような過酷な環境で生き残ることができるのはほとんどが微生物です。動物のような複雑な生命体が極端な温度と圧力で生き残ることは、ますます困難になっています。
技術的には、水 (またはそれに相当するもの) とエネルギー源を持つ他の惑星は、生命を維持できるはずです。極限環境生物とその生存メカニズムを研究するために、多くの研究が行われてきました。科学者がコードを解読できれば、他の生命体が宇宙の他の場所でどのように生き残っているのかを説明できるかもしれません.
外の生命が地球の生命に似ているかどうかはわかりませんが、同じくらい興味深いものになると確信しています!
