低酸素への適応-その5
◯哺乳類は低酸素へ適応する可能性を持っているようだ！
生きるためには、酸素、水、ブドウ糖や蛋白質、脂肪、塩類、などが必要です。これらのほとんどは数日以上欠乏しても命に危険はありませんが、酸素だけは別で、数分間吸収できなければ意識を失い、死に至ります。
一方これまでみてきたように、ヤマネ・クマなど多くの冬眠動物、ハダカデバネズミという地下生活する齧歯類、クジラやアザラシといった水棲哺乳類達、このように多くの種類の動物が長時間あるいは長期間少ない酸素しか使わずに生きることができます。私たち哺乳類には低酸素の環境に対する潜在的な適応能力があるように思えます。
なぜ水や他の栄養素と同じように、酸素も数時間、数日間無くても生きられるように進化しなかったのでしょうか？
◯何で酸素は蓄えられないの？ 酸素はいつでも沢山あった！
単細胞が酸素を使ってエネルギー（ATP）を作るには、酸素濃度が0.2％以上（パスツール点）必要です。約25億年前に現れた「ラン藻（シアノバクテリア）」が水と二酸化炭素から酸素を作り始めて数億年が経って、大気中の酸素濃度がこのレベルになると、この豊富な酸素を十分に利用できる真核細胞（細胞に核を持つ）生物が繁栄するようになりました。
7億年前になると再びラン藻の活動が活発になり更に酸素濃度が上がりました。約5億年前の古生代以降は植物の光合成も加わって、現在まで酸素濃度は13～35％と高濃度が続いています。この間に真核細胞から多細胞生物、そして魚類が生まれて、以後、海と陸で、軟体動物、昆虫、両生類、は虫類、哺乳類、鳥類と多種の生物があらわれてきました。
この様に、単細胞生物から現在の動物まで、20億年という永い地質学的時間では、常に豊富な酸素のある環境が続いていました。水や食べ物が不足することはあっても、酸素だけは常に利用できたのです。
そのために、水中や陸上、高地といった様々な環境で、効率よく酸素を吸収できるようにエラや、肺（哺乳類）、側気管支肺（は虫類・鳥類）を作ってきましたが、水や食べ物のように体内に貯蔵する必要はなかったのでしょう。
体は元気だけれど、ただ酸素だけが足りないという状況は、冬眠動物や水棲哺乳類などの祖先以外には起きなかったのでしょう。
そして、特に厳しい状況にいたクジラたちは、5000万年の間に陸上動物の2倍ほどに貯蔵酸素を増やし、それを有効に利用するエネルギー代謝の変更、血流の再配分、低酸素障害でおきる炎症の抑制、と変わってきました。酸素を1時間分貯蔵する代わりに消費量を抑えるように体を作りかえる進化をえらびました。
酸素を大量に蓄えるのは生物にとって危険なことなのかもしれません、あるいは5千万年という時間は、現在のHbやMbよりも大量の酸素を貯蔵できるタンパク質を生み出す進化が起きるには短いのかもしれません。
◯ 20世紀に始まった宇宙への進出は、5000万年前に似ていませんか！
この時代、私達はまさに酸素の全くない宇宙空間へ進出しようとしています。
それは、かつて陸棲哺乳類の一部が海に帰り、陸上に比べるとはるかに酸素の乏しい環境へ適応してクジラやイルカ、アザラシとなっていった約５０００万年前の新生代/始新世という地質学的時代に重なる様に思えます。
遠い将来、私達が宇宙に広く展開していく時、今より遙かに精巧で巧妙な酸素供給機器を創って、無酸素という危機を乗り越えていくのでしょうか。
それとも幾世代もの酸素欠乏や、窒息の危機に曝された後に、再びクジラに起こったように酸素貯蔵量を増やし、循環血流を変化させ、エネルギー代謝経路を変更し、活性酸素を制御して無酸素への耐性を持つように適応・進化していくのでしょうか。
その時には酸素の供給が絶たれたあと、絶食や絶水と同じ程度にしばらくの間は生存が可能になって、窒息死は避けられるかもしれません。
その意味で、宇宙に進出してゆくこの時代は私達ヒトあるいは陸棲哺乳類にとって、第2の“海への回帰”に思えます。
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と、ここまで書いたところで、新しい報告が入ってきました！
マックスプランク研究所から、2021/2月の専門誌（GBE）に発表された研究。
アンデス山脈の先住民ケチュア族は代々3000mの高地という低酸素の環境に曝されてきた。その環境が、低酸素への適応に関連する遺伝子を活性化あるいは不活化する変化（メチル化）を起こすことがわかりました。この不可逆的な変化で、ヒトは遺伝子の変化よりもはるかに迅速に困難な環境に適応できることが示されたということです。
（素晴らしい！）
やはり、哺乳類は低酸素耐性への進化の可能性を残しているようです。
参考文献
・生物学事典 岩波書店 2013年
・地球惑星環境進化論 第1回、2回日本惑星科学会誌2013
・クヌート・シュミット-ニールセン 動物生理学第5版 東京大学出版会2007年
・ピエール・ドジュール. ヒト呼吸機能の進化の生物学的背景 真興交易医書出版1983
・Childebayeva. GBE, 01 Feb 2021, 13(2)
◯哺乳類は低酸素へ適応する可能性を持っているようだ！
生きるためには、酸素、水、ブドウ糖や蛋白質、脂肪、塩類、などが必要です。これらのほとんどは数日以上欠乏しても命に危険はありませんが、酸素だけは別で、数分間吸収できなければ意識を失い、死に至ります。
一方これまでみてきたように、ヤマネ・クマなど多くの冬眠動物、ハダカデバネズミという地下生活する齧歯類、クジラやアザラシといった水棲哺乳類達、このように多くの種類の動物が長時間あるいは長期間少ない酸素しか使わずに生きることができます。私たち哺乳類には低酸素の環境に対する潜在的な適応能力があるように思えます。
なぜ水や他の栄養素と同じように、酸素も数時間、数日間無くても生きられるように進化しなかったのでしょうか？
◯何で酸素は蓄えられないの？ 酸素はいつでも沢山あった！
単細胞が酸素を使ってエネルギー（ATP）を作るには、酸素濃度が0.2％以上（パスツール点）必要です。約25億年前に現れた「ラン藻（シアノバクテリア）」が水と二酸化炭素から酸素を作り始めて数億年が経って、大気中の酸素濃度がこのレベルになると、この豊富な酸素を十分に利用できる真核細胞（細胞に核を持つ）生物が繁栄するようになりました。
7億年前になると再びラン藻の活動が活発になり更に酸素濃度が上がりました。約5億年前の古生代以降は植物の光合成も加わって、現在まで酸素濃度は13～35％と高濃度が続いています。この間に真核細胞から多細胞生物、そして魚類が生まれて、以後、海と陸で、軟体動物、昆虫、両生類、は虫類、哺乳類、鳥類と多種の生物があらわれてきました。
この様に、単細胞生物から現在の動物まで、20億年という永い地質学的時間では、常に豊富な酸素のある環境が続いていました。水や食べ物が不足することはあっても、酸素だけは常に利用できたのです。
そのために、水中や陸上、高地といった様々な環境で、効率よく酸素を吸収できるようにエラや、肺（哺乳類）、側気管支肺（は虫類・鳥類）を作ってきましたが、水や食べ物のように体内に貯蔵する必要はなかったのでしょう。
体は元気だけれど、ただ酸素だけが足りないという状況は、冬眠動物や水棲哺乳類などの祖先以外には起きなかったのでしょう。
そして、特に厳しい状況にいたクジラたちは、5000万年の間に陸上動物の2倍ほどに貯蔵酸素を増やし、それを有効に利用するエネルギー代謝の変更、血流の再配分、低酸素障害でおきる炎症の抑制、と変わってきました。酸素を1時間分貯蔵する代わりに消費量を抑えるように体を作りかえる進化をえらびました。
酸素を大量に蓄えるのは生物にとって危険なことなのかもしれません、あるいは5千万年という時間は、現在のHbやMbよりも大量の酸素を貯蔵できるタンパク質を生み出す進化が起きるには短いのかもしれません。
◯ 20世紀に始まった宇宙への進出は、5000万年前に似ていませんか！
この時代、私達はまさに酸素の全くない宇宙空間へ進出しようとしています。
それは、かつて陸棲哺乳類の一部が海に帰り、陸上に比べるとはるかに酸素の乏しい環境へ適応してクジラやイルカ、アザラシとなっていった約５０００万年前の新生代/始新世という地質学的時代に重なる様に思えます。
遠い将来、私達が宇宙に広く展開していく時、今より遙かに精巧で巧妙な酸素供給機器を創って、無酸素という危機を乗り越えていくのでしょうか。
それとも幾世代もの酸素欠乏や、窒息の危機に曝された後に、再びクジラに起こったように酸素貯蔵量を増やし、循環血流を変化させ、エネルギー代謝経路を変更し、活性酸素を制御して無酸素への耐性を持つように適応・進化していくのでしょうか。
その時には酸素の供給が絶たれたあと、絶食や絶水と同じ程度にしばらくの間は生存が可能になって、窒息死は避けられるかもしれません。
その意味で、宇宙に進出してゆくこの時代は私達ヒトあるいは陸棲哺乳類にとって、第2の“海への回帰”に思えます。
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と、ここまで書いたところで、新しい報告が入ってきました！
マックスプランク研究所から、2021/2月の専門誌（GBE）に発表された研究。
アンデス山脈の先住民ケチュア族は代々3000mの高地という低酸素の環境に曝されてきた。その環境が、低酸素への適応に関連する遺伝子を活性化あるいは不活化する変化（メチル化）を起こすことがわかりました。この不可逆的な変化で、ヒトは遺伝子の変化よりもはるかに迅速に困難な環境に適応できることが示されたということです。
（素晴らしい！）
やはり、哺乳類は低酸素耐性への進化の可能性を残しているようです。
参考文献
・生物学事典 岩波書店 2013年
・地球惑星環境進化論 第1回、2回日本惑星科学会誌2013
・クヌート・シュミット-ニールセン 動物生理学第5版 東京大学出版会2007年
・ピエール・ドジュール. ヒト呼吸機能の進化の生物学的背景 真興交易医書出版1983
・Childebayeva. GBE, 01 Feb 2021, 13(2)
