代謝とは？動物や植物がエネルギーを得る仕組み

どうも、遅咲プログラマー(@yoshito410kam)の神里です。

今日は生物について。

日常生活でもよく聞く代謝という言葉。（え？聞かない？）身近な言葉ですが、「代謝って何？」って聞かれるとパッと説明できないですよね。何をもって代謝というのでしょうか？今回はそのことについてお話ししてみようと思います。

生物がエネルギーを得る仕組み

当たり前ですが、私たちは生きています。そして、生きるためにはエネルギーが必要です。では、そのエネルギーはどこからくるのでしょうか？

と言っても答えは簡単です。エネルギーは「食べ物」から得ることができますよね。ちょっと難しい言い方をすると「有機物」です。その有機物を体内に取り込む行為を「食事」と呼ぶわけです。僕らが毎日特に意識せずやっている「食事」。それにはこんな秘密があったんですね。

生物は体外から有機物を摂取し、それを分解してエネルギーを得ています。なぜ有機物を分解することでエネルギーが得られるのかというと、それは分子同士がエネルギーによって繋がっているからです。

有機物を分解し、分子同士の繋がりを切ると、エネルギーを取り出すことができます。生物は、このエネルギーを利用し生命活動を行なっているわけです。

有機物とは？

ところで、有機物って一体なんなのでしょうか？聞いたことはあるかもしれませんが、はっきりとはわからないですよね。

有機物とは炭素（C）を含む物質のことで、無機物とは炭素を含まない物質のことです。有機物には生物の体内で作られる炭水化物、脂肪、蛋白質等のほか、人工的に合成された有機化合物があります。

また、炭素以外に有機物を構成する元素として主なものには，水素(H)や酸素(O)や窒素(N)などがあります。ただし、炭素を含んでいても一酸化炭素（CO）や二酸化炭素（CO２）などの単純な構造をしているものは無機物に分類されます。

動物と植物の違い

動物と植物では生物として全く構造が違うのはわかるかと思いますが、エネルギーを得る方法にも大きな違いがあります。ざっくり区別するとこんな感じ。

動物が体外から有機物を取り入れるのに対し、植物は自分で有機物を作ります。それが「光合成」ですね。植物は太陽の光エネルギーを利用し、水と二酸化炭素から有機物を作っているわけです。そして、光合成で作った有機物を分解し、エネルギーを得ています。

また、その光合成を行なっている細胞内小器官を「葉緑体」といいます。その葉緑体の中で起こっているのが光合成です。その化学反応は以下の通りです。

ちなみに、動物と植物をプログラミングで表現するとこんな感じです。Rubyという言語で書きました。

def animal?(ans)



  if ans



    "あなたは動物です。答えてる時点で動物です。"



  else



    "あなたは植物です。"



  end



end







# ユーザーへの質問



puts <<~TEXT



  あなたは食事をしますか？



  yes => y



  no => n



TEXT







# yかnの入力



print "答えを入力："



eat_ans = gets.chomp







# 正常な値が入力されているか判定



if eat_ans == "y" or eat_ans == "n"



  # animal?メソッドを呼び出し回答によって表示を変える



  bool_eat = eat_ans == "y" ? true : false



  puts animal?(bool_eat)



else



  puts "yかnを入力してください"



end

github.com

呼吸の仕組み

呼吸とは、取り入れた酸素を使って有機物を分解し、エネルギーを取り出す活動のことです。有機物を分解した時の副産物として、二酸化炭素と水が生まれます。動物が呼吸をすると二酸化炭素を吐くのは、これが理由だったわけですね。呼吸の化学反応は以下の通りです。

ちなみに、「呼吸」でエネルギーを得ることができているのは実は「ミトコンドリア」という細胞内小器官のおかげです。その働きによって、生物は有機物を分解し、そのエネルギーを取り出して生命活動に利用することができているわけです。

それでは次に、動物細胞内にいるミトコンドリアと、植物細胞にいる葉緑体の起源について説明していきましょう。

ミトコンドリアと葉緑体の起源

ミトコンドリアと葉緑体の起源として、細胞内共生説が現在ではもっとも有力であるとされています。つまり、昔は独立した生き物であったプロテオバクテリア（呼吸をするバクテリア）やシアノバクテリア（光合成をするバクテリア）が、それぞれ細胞の中に取り込まれて共生するようになったという考え方のことですね。

プロテオバクテリアが共生して生まれた細胞が動物細胞、シアノバクテリアが共生して生まれた細胞が植物細胞だと言われています。

細胞内共生説が有力であるとされている根拠は、ミトコンドリアと葉緑体が以下のような特徴を持つからです。

• ２重膜構造をもつ。　　
• 独自のＤＮＡをもつ。　　
• 細胞の分裂とは異なり、半自律的に分裂を行う。

これらの特徴を持っているので、ミトコンドリアと葉緑体はそれぞれ独立した１つの生物だと考えられています。違う生物が細胞の中に住んでいるかと思うと、とても不思議な気持ちになりますよね。お互いがお互いを支え合って、生きることができているというわけです。

まとめ

今回は、代謝の理解を通して動物細胞と植物細胞の違いに触れました。また、それらの細胞の中にあるミトコンドリアと葉緑体の起源についてもちょっとだけお話ししました。

こういう風に、生物の仕組みを知るのって楽しいですよね。全てがうまく組み合わさって生きることができている生物は、とても良くできたプログラムだなと感じます。ITと生物を掛け合わせると、もっと楽しいことができそうですね。いつか自分の研究所を作って色々実験してみたいです。