A native bee in my backyard (Credit: Ferris Jabr)

私は子供の頃から生き物に魅了されてきました。 北カリフォルニアで育った私は、多くの時間を屋外で植物や動物に囲まれて遊びました。 花の受粉をするミツバチにこっそり近づき、ジップロックの袋に閉じ込めて、黒曜石の目や金色の毛を間近で見て、その虫を日常に戻したこともあります。 裏庭の茂みで、剥いだ樹皮を紐に、葉を矧ぎ合わせに使って、粗末な弓矢を作ることもありました。 家族で海水浴に行ったときには、波が引いたときに砂の中に泡が立つのを見て、甲殻類や節足動物をすばやく隠れ家から掘り出す方法を学びました。 また、小学校の遠足でサンタクルスのユーカリの木立に行ったときのことを鮮明に覚えている。そこでは、何千匹ものオオカバマダラが移動しながら休息していた。 蝶は枯れ葉のように茶色い塊になって枝にしがみついていましたが、一匹が羽を動かして燃えるようなオレンジ色の内側を見せるまではね。 弟は K’Nex セットに夢中で、精巧なジェットコースターを作っていたが、私は飼い猫がどのように動くのかを理解したかったのだ。 彼女はどうやって世界を見ているのだろう？ なぜ鳴くのだろう？ 毛皮や爪やひげは何からできているのか？ あるクリスマス、私は動物の百科事典を所望した。 おそらく私の体重の半分くらいの重さのある巨大な本の包装紙をはがし、私はツリーの近くに座って何時間も読みふけった。

ケネックス (Credit: Druyts.t via Wikimedia Commons)

しかし最近、私はある啓示を受けて、なぜ生き物がそんなに好きなのかを考え直し、生命とは何かを再検討しなければならない状況に陥りました。 人々が生命を研究してきた限り、彼らはそれを定義するのに苦労してきました。 今日でも、科学者たちは生命について満足のいく、あるいは普遍的に受け入れられる定義を持っていない。 そんなことを考えながら、私は弟のケネックスへの傾倒と私の猫への好奇心を思い出した。 なぜ、前者は無生物で、後者は生きていると考えるのだろう。 結局のところ、どちらも機械なのではないか？ 確かに猫は、ケネックスでは到底真似できないような驚くべき行動をとる、非常に複雑な機械である。 しかし、最も根本的なレベルで、無生物である機械と生きている機械の違いは何なのだろうか？ 人間、猫、植物、その他の生物はあるカテゴリーに属し、クネックス、コンピュータ、星、岩は別のカテゴリーに属するのだろうか？ 私の結論はこうだ。 生命を正確に定義しようとする正式な試みは、少なくとも古代ギリシャの哲学者たちの時代までさかのぼります。 アリストテレスは、無生物とは異なり、すべての生物は3種類の魂（植物的魂、動物的魂、理性的魂）のうちの1つを持っており、最後の魂は人間にのみ属していると考えた。 ギリシャの解剖学者ガレノスは、肺、血液、神経系に存在する「生霊」という臓器に基づく同様のシステムを提唱した。 17世紀には、ドイツの化学者ゲオルグ・エルンス・シュタールをはじめとする研究者が、後にバイタリズムとして知られるようになる教義を説明し始めた。 バイタリズムとは、「生物は非物質的な要素を含んでいるか、無生物とは異なる原理で支配されているため、生物とは根本的に異なる」というもので、無機物（炭素を含まない分子で主に地質学的プロセスによって生じる）から有機物（炭素と水素を含み、生物によって作られる分子）は生じないとしている。 その後の実験により、バイタリズムは完全に嘘であることが明らかになった-無機物は、研究室の内外で有機物に変換できるのだ。 今日、生命の簡潔な定義の代わりに、キャンベルや他の多くの広く使われている生物学の教科書には、たとえば、そのような区別する特性のかなり肥大化したリストが掲載されています。 秩序（多くの生物は、異なる区画や小器官を持つ単一細胞か、高度に構造化された細胞群からできているという事実）、成長と発達（予測可能な方法で大きさや形を変える）、恒常性（細胞がpHレベルや塩濃度を調節するなど、外部環境とは異なる内部環境を維持すること）、。 代謝（成長し、衰えを遅らせるためにエネルギーを消費する）、刺激への反応（光、温度、化学物質、その他の環境の側面に反応して行動を変える）、生殖（クローンや交配により新しい生物を作り、遺伝情報を世代間で伝達する）、進化（集団の遺伝子構成が時間の経過とともに変化すること）。

クマムシは脱水状態で食物や水なしで10年以上生存できる (Credit: Goldtsein lab via Wikimedia Commons via Flickr)

こうしたリストの論理を切り崩すのは簡単すぎるくらい簡単です。 すべての生物を統合し、無生物というラベルを貼ったものをすべて除外した物理的特性のセットを編集できた人はいないのです。 例外は常にある。 例えば水晶は、ほとんどの人が生きているとは思っていないが、高度に組織化されており、成長している。 火もエネルギーを消費して大きくなる。 一方、バクテリア、クマムシ、そして一部の甲殻類は、長い休眠期間に入り、成長も代謝も変化も全くしないが、厳密には死んでいないのである。 木から落ちた一枚の葉をどのように分類したらよいのだろうか。 多くの人は、木についているときは、葉は生きていると考えるだろう。多くの細胞が、日光、二酸化炭素、水を食べ物に変えるなど、たゆまぬ努力を続けている。 しかし、葉っぱが木から離れたとき、その細胞は瞬時に活動を停止するわけではありません。 地面に落ちる途中で死ぬのか、それとも地面に落ちてから死ぬのか、それともすべての細胞が死滅してから死ぬのか。 もしあなたが植物から葉を摘み取り、その細胞に栄養を与え、研究室内で幸せにしているなら、それは生命なのでしょうか。

このようなジレンマは、生命について提案されているほぼすべての特徴を悩ませています。 環境に対応することは生物に限られた才能ではなく、私たちはそれを行う無数の機械を設計してきました。 生殖でさえも、生物を定義するものではありません。 多くの動物が単独で繁殖することはできない。 では、2匹の猫は一緒に新しい猫を生み出せるから生きていて、1匹の猫は自分では遺伝子を伝播できないから生きていないのだろうか？ また、不老不死のクラゲ、タリトプシス・ヌトリキュラは、成体から幼体へと無限に変化することができる珍しい例である。 このように揺れ動くクラゲは、子孫を残すことも、クローンを作ることも、一般的な方法で年をとることさえしませんが、ほとんどの人はそれが生きていると認めるでしょう。 DNAやRNAのような分子に情報を蓄積し、その情報を子孫に伝え、遺伝情報を変化させることで環境の変化に適応する能力は、確かに生物に特有の才能である。 多くの生物学者が、生命の重要な特徴として進化に着目している。 1990年代初頭、スクリップス研究所のジェラルド・ジョイスは、当時NASAの宇宙生物学プログラムの責任者であったジョン・ランメルの諮問委員会の一員であった。 他の星に生命を発見する最善の方法について議論する中で、ジョイスと仲間のパネリストたちは、「ダーウィン的進化が可能な自立したシステム」という、広く引用されている生命の定義にたどり着いたのである。 ダーウィン的進化が可能な自立したシステム」というものだ。 しかし、それはうまくいくのでしょうか。

この定義が、生命の定義の探求を他のどの存在よりも複雑にしてきたウイルスをどう扱うかを検証してみましょう。 ウイルスは基本的に、タンパク質の殻の中にパッケージされたDNAまたはRNAの鎖です。ウイルスには細胞や代謝はありませんが、遺伝子はあり、進化することができます。 しかし、ジョイスは、「自立したシステム」であるためには、生物は繁殖し、ダーウィン的進化を遂げるために必要なすべての情報を持っていなければならないと説明している。 この制約があるため、ウイルスは「作業定義」を満たさないというのが、ジョイスの主張である。 結局のところ、ウイルスは自分自身のコピーを作るために、細胞に侵入して乗っ取る必要があるのだ。 「ウイルス ゲノムは、宿主細胞との関係においてのみ進化する」と、ジョイス氏は最近のインタビューで述べています。

バクテリアに感染するために進化したウイルス、バクテリオファージの群れ（出典：Wikimedia Commons による Dr Graham Beards）

しかし本当に考えてみれば、NASAの生命の定義は、他のどの定義よりもウイルスのあいまいさを収容することができないものなのです。 人の腸の中に住む寄生虫は、憎むべきものではあるが、非常に現実的な生命の形態と考えられており、繁殖に必要なすべての遺伝情報を持っていますが、人間の腸の中の細胞や分子なしでは決してそうすることができず、そこから生きるために必要なエネルギーを盗んでいるのです。 同様に、ウィルスは自己複製に必要なすべての遺伝情報を持っているが、必要な細胞機構をすべて持っているわけではない。 ワームとウイルスの状況が決定的に異なるというのは、根拠の乏しい主張である。 ワームもウイルスも、宿主の「状況下」でしか繁殖・進化しない。 実際、ウイルスはワームよりもはるかに効率的に繁殖する。 ウイルスが本題に入り、細胞核内の数個のタンパク質だけで大規模な複製を開始するのに対し、寄生虫の繁殖には他の動物の臓器全体を使う必要があり、虫が餌を食べて成長し卵を産むのに十分な時間生存して初めて成功するのである。 したがって、NASA の作業定義を使用してウイルスを生命の領域から追放すると、ワーム、菌類、植物など、より大きな寄生虫のあらゆる方法をさらに除外しなければなりません。

ダーウィン的進化が可能な自立システムとして生命を定義すると、特定のコンピューター プログラムも生きていると認めざるを得なくなります。 たとえば遺伝的アルゴリズムは、自然淘汰を模倣して問題の最適解を導き出すもので、形質をコード化し、進化し、互いに競争して繁殖し、さらには情報を交換するビット配列である。 同様に、Avidaのようなソフトウェア・プラットフォームは、「デジタル有機体」を作り出します。「デジタル・ビットで構成され、DNAが変異するのとほぼ同じように変異することができます」。 つまり、彼らもまた、進化するのです。 ミシガン州立大学のロバート・ペノックは、『Discover』誌のカール・ジマーに、「Avidaは進化のシミュレーションではなく、進化のインスタンスなのです。 「ダーウィンのプロセスの核となる部分は全てそこにあるのです。 これらの生物は、複製し、変異し、互いに競争しています。 まさに自然淘汰のプロセスがそこで起こっているのです。 もしそれが生命の定義の中心であるならば、これらのことは重要です」

私は、ジョイス自身の研究室が、NASAの生命の作業定義に別の壊滅的な打撃を与えたと主張します。 彼や他の多くの科学者は、RNA世界仮説として知られる生命の起源についての物語を支持しています。 地球上のすべての生命は、DNAとRNAに依存している。 現代の生物では、DNAはタンパク質や分子機械を構築するのに必要な情報を記憶しており、それらが一緒になって活発な細胞を形成している。 当初、科学者たちは、この細胞の機械を構築するために必要な化学反応を触媒できるのは、酵素と呼ばれるタンパク質だけだと考えていた。 しかし1980年代、トーマス・セックとシドニー・アルトマンは、さまざまなタンパク質酵素と協力して、多くの種類のRNA酵素（リボザイム）がDNAにコードされた情報を読み取り、細胞のさまざまな部分を一つ一つ構築していることを発見したのである。 RNAワールド仮説では、地球上の最古の生物は、DNAやタンパク質酵素の助けを借りずに、RNAのみを使って遺伝情報の保存と利用というすべての仕事をこなしていたと仮定しています。 40億年近く前、私たちが生命と呼ぶものは、ダーウィンが言うように、同じような「暖かい小さな池」で最初に進化したのかもしれません。 (Credit: Caleb Dorfman, via Flickr)

このようになったかもしれません。 40 億年近く前、地球の原始のスープで、RNA と DNA の構成要素である自由に飛び回るヌクレオチドがどんどん長い鎖につながり、最終的には、自分自身の新しいコピーを作れるほど大きく複雑で、繁殖できない RNA よりはるかに生き残る可能性の高いリボザイムが生成されました。 そして、このリボザイムを包むように、簡単な自己組織化膜が形成され、最初の細胞が作られた。 リボザイムは、より多くのRNAを作るだけでなく、ヌクレオチドを結合してDNAの鎖を作ったのかもしれない。また、ヌクレオチドが自然にDNAを形成したのかもしれない。 いずれにせよ、DNAはより安定であったため、RNAに代わって情報を保存する主要な分子となった。 また、タンパク質は汎用性が高く、多様であるため、多くの触媒的な役割を担うようになった。 しかし、現代の生物の細胞には、まだ元のRNAの世界の名残があると思われるものが残っている。 例えば、リボソーム（RNAとタンパク質の束で、アミノ酸を1つずつ作り上げる）はリボザイムである。 また、RNAを主要な遺伝物質とするウイルス群もある

RNAワールド仮説を検証するために、ジョイス氏と他の研究者は、かつて地球の原始スープに存在していたかもしれない自己複製リボザイムを作ろうとしている。 2000年代半ば、ジョイスとトレーシー・リンカーンは、数十億年前に互いに競合していたかもしれない初期のRNAに似た、ランダムに自由浮遊するRNA配列を研究室で何兆個も作り、偶然にも他のRNA断片2つを結合できる配列を単離した。 これらの配列を互いに競わせることで、2人は最終的に、十分なヌクレオチドが供給される限り無限に複製し合うことができる2つのリボザイムを作り出したのである。 この裸のRNA分子は繁殖するだけでなく、突然変異を起こし、進化することもできる。 例えば、リボザイムは、変動する環境条件に適応するために、遺伝コードの小さなセグメントを変化させています」

「これは生命の定義を満たしています」とジョイスは言います。 「これは自立したダーウィン的進化なのです」とジョイスは言います。 しかし、彼は、リボザイムが本当に生きていると言うのをためらっています。 フランケンシュタイン博士のようになる前に、彼は自分の創造物が、すでにできることを変更するだけでなく、まったく新しい行動を起こすのを見たいと考えているのです。 「しかし、ジョイスがリボザイムを十分に評価しているとは思えません。 進化とは、時間の経過に伴う遺伝子の変化であり、豚に翼が生えたり、RNAが集まってアルファベットになったりするのを目撃しなくても、進化が働いていることがわかるのです。 6,000年から10,000年前に青い目の色が出現したのも、虹彩の色素が変化したに過ぎず、恐竜に羽が生えたのと同様に正当な進化の例と言える。 もし、生命を「ダーウィン的進化が可能な自立したシステム」と定義するならば、自己複製するリボザイムやウイルスに生命の称号を与えない正当な理由は見出せない。 しかし、この作業的な定義やその他のすべての生命の定義を完全に捨て去る理由はあるのです。 なぜ科学者や哲学者は何世紀にもわたって、生者と無生物を明確に区別する特定の物理的特性や一連の特性を見つけることができなかったのでしょうか。 なぜなら、そのような性質は存在しないからです。 生命とは、私たちが発明した概念なのだ。 最も基本的なレベルでは、存在するすべての物質は、原子とその構成粒子の配列である。 その配列は、水素原子1個から脳のような複雑なものまで、実にさまざまな複雑さをもっている。 生命を定義しようとするとき、私たちは任意の複雑さのレベルで線を引き、その境界線より上のものはすべて生きており、それ以下のものは生きていないと宣言しているのです。 実は、この区分は心の外には存在しない。 原子の集まりが突然生き返るような閾値はなく、生者と無生者の範疇の区別もなく、フランケンシュタインのような火花もないのだ。 私たちが生命を定義できなかったのは、定義すべきものがそもそも存在しなかったからです」

私は緊張しながら、電話でジョイスにこれらの考えを説明しました。 なにしろ、この人は NASA が生命を定義するのを手伝った人なのですから。 しかしジョイスは、生命は概念であるという主張は “完璧 “だと言います。 生命を定義するという使命は、ある意味で無駄なことだとも。 生命を定義することは、ある意味で無駄なことだとも言う。 「私たちはNASAが地球外生命体を発見するのを助けようとしていたのです」と彼は言う。 「コロラド大学ボルダー校の哲学者で、生命を定義しようとする試みを何年も研究してきたキャロル・クレランドも、生命を正確に定義しようとする本能は見当違いだと考えていますが、彼女はまだ生命の物理的実在を否定する準備ができてはいないようです。 「生命を定義するのと同じように、生命に本質的な性質がないという結論に達するのは時期尚早です」と彼女は言う。 “私は、通常、生命の決定的な基準とされるものを、暫定的な基準として扱うのが最善の態度だと思います。”

40億年前に火星で形成されて、最終的に地球に到達したと考えられるALH 84001隕石の電子走査顕微鏡で撮影した写真です。 写真の中の鎖状の構造は火星のナノバクテリアの化石だと考える科学者もいますが、ほとんどの研究者は懐疑的です (Credit: NASA, via Wikimedia Commons)

私たちが本当に必要としているのは、「十分に確認された、生命に関する一般理論」だと、クレランド氏は書いています。 彼女は16世紀の化学者になぞらえている。 空気、土、酸、その他すべての化学物質が分子でできていることを理解する以前の科学者たちは、水を定義するのに苦労していた。 濡れている、透明、無味、凍る、他の多くの物質を溶かす、などの性質はあっても、水を正確に定義することはできなかったのですが、研究者たちが、水は2個の水素原子と1個の酸素原子が結合したものであることを発見しました。 塩辛くても、濁っていても、染まっていても、液体でも凍結していても、水は常にH20である。他の元素が混じっていても、我々が水と呼ぶものを作っている三元分子は常にそこに存在する。 硝酸は水に似ていますが、分子構造が違うので水ではありません。 生命の分子論に相当するものを作るには、より多くのサンプル数が必要だとクレランドは言う。 今のところ、生命とは何かということについては、DNAとRNAをベースにした地球上の生命という1つの例しかない、とクレランドは主張する。 シマウマだけを観察して哺乳類についての理論を作ろうとするのを想像してほしい。 何が生命を生命たらしめているのかを特定しようとするとき、私たちはそのような状況に陥っているのだと、クレランド氏は結論付けています。 他の惑星で異質な生命の例を発見すれば、私たちが生物と呼ぶものがどのように働き、そもそもどのように進化したのかについての理解が広がるのは間違いないが、そうした発見はおそらく、革命的な新しい生命理論を打ち立てる助けにはならないだろう。 16世紀の化学者たちは、水と他の物質とを区別するものを特定することができなかった。なぜなら、彼らは水の基本的な性質を理解していなかったからである。 一方、現代の科学者は、地球上の生物が細胞、タンパク質、DNA、RNAなど、何からできているかを正確に知っている。 水や岩石や銀食器の分子と、猫や人間やその他の生物との違いは、「生命」ではなく「複雑さ」なのです。 科学者はすでに、私たちが生物と呼んでいるものが、一般に無生物と呼んでいるもののほとんどにできないことをなぜできるのか、バクテリアが自分自身の新しいコピーを作って環境にすばやく適応し、岩石がそうしないのかを説明するのに十分な知識を持っているのですが、生命はこれ、非生命はこれと宣言することはなく、両者は決して出会うことはありません。 生物と無生物の間に物質的な違いがないのではなく、生命と非生命の区別という概念はあくまで概念であって現実ではないから、両者の間にきれいな境界線が見つかることはないのである。 少年時代に魅了された生き物のすべてが、生命というものを理解した今の私にも同じように不思議に思えるのです。 むしろ、それらに対する私たちの認識、それらに対する愛、そして率直に言って私たちの傲慢さとナルシシズムです。

まず、私たちは地球上のすべてのものを、生物と非生物に分けることができると発表し、どちらが優れていると考えるかは周知のとおりです。 そして、自分たちを最初のグループに入れただけでなく、さらに地球上の他のすべての生命体を自分たちと比較して測定することを主張しました。 人間を人間たらしめている一連の属性が、「生物」であるための唯一の方法（あるいは進化論的に最も成功した方法）でないことは明らかなのに、何かが我々に似ていればいるほど、つまり、動き、話し、感じ、考えるように見えるほど、我々にとっては生きているということになる。’

我が家の亡くなった猫、ジャスミン (Credit: Jabr family)

実のところ、我々が生命と呼ぶものは、我々が無生物としてみなすものなしでは不可能で、不可分のものなのである。 もし私たちがこの惑星の根底にある現実を見ることができたら、つまりミクロからマクロまであらゆるスケールで同時にその構造を理解することができたら、この世界は無数の砂粒の中に、原子の巨大な震動球の中に見えることでしょう。 砂浜にあるほとんど同じ砂粒を何千個も集めて、お城や人魚の形を作るように、地球上のあらゆるものを構成する無数の原子は、絶えず集合し、分解し、絶え間なく変化する万華鏡のような物質となっている。 その粒子の群れは、私たちが山や海、雲と呼んでいるものもあれば、木や魚、鳥と呼ばれるものもある。 あるものは比較的不活性であり、またあるものは想像を絶する速さで、不可解なほど複雑に変化していくだろう。 あるものはジェットコースターになり、あるものは猫になるのです。