ヒトは万物の長（ちょう）であるといわれます。確かに、ヒトには他の生物種にはみられない特徴がありそうです。しかし、生命全体から見れば、数は、ヒトが一番ではありません。霊長類、哺乳類、脊椎動物でも主流を占めるわけではありません。では、生命の主流派は、いったい誰なんでしょうか。今回は、多数決で考えてみましょう。
私たちは、昔から生命を分類してきました。細かく一つ一つ分けていく分類と、一つ一つを体系立てて区分する方法をとってきました。その方法は、現在も進行中です。全生物種のうち、記載されているのは、全体の1割にも満たないかもしれないのです。まして、過去の生物も含めれば、私たちが知っている生物の全体像は、ほんの一部なのかもしれません。また、生物の体系のまだ、確定されていません。
かつて生命は、動物か植物かの二界に区分されていました。その分類体系は、1758年にリンネが「自然の体系」でまとめました。その後、1874年にヘッケルは、動物と植物の2界以外に、バクテリアを含まない単細胞生物を区分して、3界としました。20世紀初頭には、バクテリアは新しい界（モネラ界）として区分され、4界となりました。1959年にホイタッカーが、真菌を区分して5界としました。しかし、モネラ界は、他の4つの界に比べて大きく違うことがわかっていました。
近年、DNAやRNAなどの塩基配列を調べて、生物の近縁関係を調べる方法が普及してきました。その方法によれば、かなり客観的に生物種の関係を調べることができます。その方法によって1977年代にウースは、古細菌を真正細菌と区分し、界より上の生物区分体系のドメイン（domain）という考えを導入し、真核生物（ユーカリア）、古細菌（アーキア）、真正細菌（バクテリア）の3つドメインを提唱しました。現在もこの考えについては論争中です。
細菌も古細菌も、核を持たない生物です。大きさは、0.5から1.5μm、長さは1から数μmです。このような小さな生物ですが、その繁殖力は旺盛です。1gの土の中に、数千から数百万の細菌がいます。ですから、数という多数決でいえば、細菌や古細菌が一番ではないでしょうか。また、生活圏は広く、深海底の熱水墳気口から、地下数千メートルの地中、90℃以上の熱水中、pH１のような酸性の温泉水中など、ありとあらゆるところで見つかります。地球のどのような過酷な環境でも生活可能です。
私たちが日ごろ目にする生き物たち、それは、生物のほんの一側面なのです。目に見えないから少数派ではないのです。目に見えなくても多数派もいるのです。
2001年3月15日木曜日
2001年3月8日木曜日
5_8 鼻が利くということは
科学者は「鼻が利く」必要があります。では、科学において「鼻が利く」というのは、どういう意味を持つのでしょうか。科学とは、客観的で誰がおこなっても同じ結果が出るはずではなかったでしょうか。今回は、科学と「鼻」について考えましょう。
No.015の「5_7 科学と常識と」で紹介したように、科学も人間がおこなう営みの一つです。ですから、少し特殊かもしれませんが社会の一つの職種や階層として、他の職種や階層と同じように、さまざまな思惑や、人それぞれの流儀、経験、縁起など、人間臭い面があります。それに派生して、業績争いや、先陣争い、研究費の取り合い、ねたみ、恨みなども、どこの世界でもある軋轢もあります。
「鼻が利く」科学者という話をしましたが、科学の世界にそのような職人的な部分があるのでしょうか。実はあるのです。最古の鉱物の発見の話をしました。しかし、最古の鉱物を発見した科学者は、偶然最古の鉱物を発見したのでしょうか、あるいは闇雲に最古の鉱物を探してやっと発見したのでしょうか。いずれでもありません。最古の鉱物を発見した科学者は、いくつかの場面で、経験や勘、つまり「鼻が利かせ」ているはずです。
実際に当事者でありませんから、実情はわかりません。しかし、著者がこのような研究をした経験から、一般的な岩石の研究方法で考えていきます。
まず、最古の鉱物のありそうな地域を事前に調べます。そして必要なら、その研究者と連絡をとり、共同研究をします。次に、野外調査をして、一番古いと思われる岩石資料を採集します。その資料の中からジルコンを分離して一番古そうなもの分析します。このようなプロセスを踏みながら、最古の鉱物に、如何に、無駄なく、楽に、早くたどり着けるかが、「鼻が利く」科学者の真価となります。
研究の各場面で、研究者は「鼻を利かさ」なければなりません。
調査する場所選びで、まず「鼻を利かし」ます。以前最古の鉱物が見つかった付近が、一番手っ取り早い候補地となります。実際、同じ地域の再調査とまったく新しい調査地で2つの研究がおこなわれました。
次に、その選ん地域の野外調査でも、「鼻を利かさ」なければなりません。狙うのは、その付近で、一番下にある地層を探します。地層は上に新しい地層が重なりますので、下ほど古い地層となります。古い時代の地層は、水平ではなく、曲がったり（褶曲（しゅうきょく））、切れたり（断層）していることがあります。一番下の地層見つけるのも経験や勘が必要になります。つまり「鼻を利かさ」なければなりません。
同じ地層でもジルコンが含まれていそうな部分を選んで、岩石を標本として採集します。年代測定は、ジルコンを用います。ですから、ジルコンの入ってない資料はいくら持っても年代測定はできません。岩石資料は、可能性のあるところすべてで多数取ります。どんなに「鼻の利く」科学者でも、一発勝負はしません。もてる限り、処理できる限りの資料を持ち帰ります。
もって帰った岩石資料からジルコンを分離する資料を決めます。持って帰った岩石をすべて岩石薄片とし、顕微鏡で岩石を観察します。そして、ジルコンが入っているかどうか。そして、そのジルコンが、最古のものとなるかを「鼻の利かせ」て見分けます。
いくつかの岩石資料が決まったら、ジルコンを分離します。予想通りジルコンが出てくれば、その中から年代測定に適しているかを判断して、「鼻の利かせ」て古そうなジルコンを選びます。
目的とする最古の鉱物出なければ、第2の候補地に移るか、野外調査をやり直します。そのようはプロセスの結果、念願の最古の鉱物が、今回は2ヶ所から別の研究者によって発見されました。
研究、特に発見的研究には、「鼻を利かさ」なければなりません。「鼻の利き」具合が、成功への道のりへの長さともなります。また、うまくいかないときの引き際も、「鼻の利かさ」なければなりません。そうしないと、ないものを永遠と探す羽目になります。研究は、結構、人間臭いものなのです。
No.015の「5_7 科学と常識と」で紹介したように、科学も人間がおこなう営みの一つです。ですから、少し特殊かもしれませんが社会の一つの職種や階層として、他の職種や階層と同じように、さまざまな思惑や、人それぞれの流儀、経験、縁起など、人間臭い面があります。それに派生して、業績争いや、先陣争い、研究費の取り合い、ねたみ、恨みなども、どこの世界でもある軋轢もあります。
「鼻が利く」科学者という話をしましたが、科学の世界にそのような職人的な部分があるのでしょうか。実はあるのです。最古の鉱物の発見の話をしました。しかし、最古の鉱物を発見した科学者は、偶然最古の鉱物を発見したのでしょうか、あるいは闇雲に最古の鉱物を探してやっと発見したのでしょうか。いずれでもありません。最古の鉱物を発見した科学者は、いくつかの場面で、経験や勘、つまり「鼻が利かせ」ているはずです。
実際に当事者でありませんから、実情はわかりません。しかし、著者がこのような研究をした経験から、一般的な岩石の研究方法で考えていきます。
まず、最古の鉱物のありそうな地域を事前に調べます。そして必要なら、その研究者と連絡をとり、共同研究をします。次に、野外調査をして、一番古いと思われる岩石資料を採集します。その資料の中からジルコンを分離して一番古そうなもの分析します。このようなプロセスを踏みながら、最古の鉱物に、如何に、無駄なく、楽に、早くたどり着けるかが、「鼻が利く」科学者の真価となります。
研究の各場面で、研究者は「鼻を利かさ」なければなりません。
調査する場所選びで、まず「鼻を利かし」ます。以前最古の鉱物が見つかった付近が、一番手っ取り早い候補地となります。実際、同じ地域の再調査とまったく新しい調査地で2つの研究がおこなわれました。
次に、その選ん地域の野外調査でも、「鼻を利かさ」なければなりません。狙うのは、その付近で、一番下にある地層を探します。地層は上に新しい地層が重なりますので、下ほど古い地層となります。古い時代の地層は、水平ではなく、曲がったり（褶曲（しゅうきょく））、切れたり（断層）していることがあります。一番下の地層見つけるのも経験や勘が必要になります。つまり「鼻を利かさ」なければなりません。
同じ地層でもジルコンが含まれていそうな部分を選んで、岩石を標本として採集します。年代測定は、ジルコンを用います。ですから、ジルコンの入ってない資料はいくら持っても年代測定はできません。岩石資料は、可能性のあるところすべてで多数取ります。どんなに「鼻の利く」科学者でも、一発勝負はしません。もてる限り、処理できる限りの資料を持ち帰ります。
もって帰った岩石資料からジルコンを分離する資料を決めます。持って帰った岩石をすべて岩石薄片とし、顕微鏡で岩石を観察します。そして、ジルコンが入っているかどうか。そして、そのジルコンが、最古のものとなるかを「鼻の利かせ」て見分けます。
いくつかの岩石資料が決まったら、ジルコンを分離します。予想通りジルコンが出てくれば、その中から年代測定に適しているかを判断して、「鼻の利かせ」て古そうなジルコンを選びます。
目的とする最古の鉱物出なければ、第2の候補地に移るか、野外調査をやり直します。そのようはプロセスの結果、念願の最古の鉱物が、今回は2ヶ所から別の研究者によって発見されました。
研究、特に発見的研究には、「鼻を利かさ」なければなりません。「鼻の利き」具合が、成功への道のりへの長さともなります。また、うまくいかないときの引き際も、「鼻の利かさ」なければなりません。そうしないと、ないものを永遠と探す羽目になります。研究は、結構、人間臭いものなのです。
5_7 科学と常識と
科学では、客観的で誰がおこなっても同じ結果が出るはずです。科学は、主観の入らない客観的な学問の典型だと考えられています。多分、今でも多くの人はそう考えていると思います。科学者の多くもそう考えています。でも本当にそうでしょうか。少し哲学的で長くなりますが考えていましょう。
私たちは、基本的には常識的な判断に基づいて日常生活をしています。そのため、常識的な判断によって科学もおこなわれています。このような常識的科学観の基盤を築いたのは、デカルトとベーコンであり、カントによって集約されます。
デカルトは、「方法序説」の中で合理主義に基づく機械的な自然観を示しました。理性により一つの原理から個々の事実を証明するという演繹法を確立しました。デカルトから始まる合理主義は、パスカル、スピノザ、ライプニッツへと進んでいきました。
ベーコンは、先入観や偏見を持たずに、自然をよく観察する経験主義を唱えた。いろいろな事実から一つの原理を導く帰納法という手法を確立しました。ベーコンから始まる経験主義は、ホッブス、ロック、バークリー、ヒュームへと受け継がれていきました。
このような経験主義の流れの中に、ニュートンもいました。ニュートンは｢われ仮説を作らず｣と語り、ベーコン的な精神を表明しました。
ニュートンの科学に強い影響を受けたカントは、自然科学では扱えない形而上学の領域を確保した。従来の経験主義と合理主義と批判しつつ、発展させ統一した。カントから始まるドイツ観念論は、フィヒテ、シェリングそしてヘーゲルによって集大成されました。
このような科学や哲学的な潮流から、原因を追求すれば法則や理論が発見できるという要素還元主義と、法則や理論によってこの世は成り立っているという機械論的世界観が主流となりました。常識的科学観は、要素還元主義を基本的な方法論とした機械的世界観でした。そして、1950年までに、常識的科学観に基づく科学哲学が構築されました。
しかし、このような常識的科学観に大きな変化が現れました。技術の進歩によって、自然に関するデータが爆発的に増加しました。それによって、要素還元主義的手法だけでは、すべては解明することができない現象が各分野で明らかになってきました。例えば、量子力学や宇宙論、生命科学などの分野で顕著に表れました。確実さには限界があることを量子力学は示しました。カオスやフラクタルなどの複雑系として自然とは複雑で混沌とした面があることが「科学的」にわかってきました。遺伝子の探求だけで生命の全体像が明らかにならないこともわかってきました。このような常識的科学観による科学の方法論に関する行き詰まりから、新しい科学哲学として、ゲーデルの完全性定理と不完全性定理、ポパーの批判的合理主義、クーンのパラダイム説などが提唱されました。
ゲーデルの完全性定理は、人間の思考を形式化、体系化した記号論理学が完全であることを証明し、人間の論理能力に上限をつけました。不完全性定理は、自然数を用いる数学の公理系が不完全であることを示しました。自己の無矛盾性をその体系内で証明することができないのです。一般化すれば、体系をいくら論理的に整えても、この体系を否定も証明もできないことが多いことを意味します。新しい科学観では、意識的かあるいは無意識にかはわかりませんが、ゲーデルの不完全性定理が組み込まれています。
常識的科学の方法は帰納的手法ですが、ポパーはこのプロセスを逆転させ、演繹的手法を提唱しました。ポパーの方法論的反証主義による理論の特徴は、理論を提唱した科学者自身が、反証を試みる点です。さらにポパーは、弁証法を批判して問題解決の新しい図式（トライ・エンド・エラー）を示しました。
クーンは、科学が累積的に発展・進歩し続けるのではなく、断続的に転換すると考えました。このような科学革命をおこなうような規範的な理論を、パラダイムと呼びました。ある日突然、今まで常識だったことが、新しいパラダイムの出現で、すべて間違いとなってしまうのです。パラダイムは、その後、思想の枠組みという意味で一般に拡大解釈され、大流行しました。パラダイムの変換期を科学革命と呼び、最近ではパラダイム・シフトと呼ばれることもあります。
以上述べたように、常識的科学観である要素還元主義と機械論的世界観は成功し、現在もその手法は有効です。しかし、それが唯一の科学のやり方ではないのです。科学には一つの方法や考え方があるのでなく、方法も考え方も時代や社会に合わせて変化しています。その変化は、昨日まで常識とされていたことが、今日には間違いだということがおこるのです。つまり、科学にも、主観が入り、再現性がなく、不確実なことがあるということです。
私たちは、基本的には常識的な判断に基づいて日常生活をしています。そのため、常識的な判断によって科学もおこなわれています。このような常識的科学観の基盤を築いたのは、デカルトとベーコンであり、カントによって集約されます。
デカルトは、「方法序説」の中で合理主義に基づく機械的な自然観を示しました。理性により一つの原理から個々の事実を証明するという演繹法を確立しました。デカルトから始まる合理主義は、パスカル、スピノザ、ライプニッツへと進んでいきました。
ベーコンは、先入観や偏見を持たずに、自然をよく観察する経験主義を唱えた。いろいろな事実から一つの原理を導く帰納法という手法を確立しました。ベーコンから始まる経験主義は、ホッブス、ロック、バークリー、ヒュームへと受け継がれていきました。
このような経験主義の流れの中に、ニュートンもいました。ニュートンは｢われ仮説を作らず｣と語り、ベーコン的な精神を表明しました。
ニュートンの科学に強い影響を受けたカントは、自然科学では扱えない形而上学の領域を確保した。従来の経験主義と合理主義と批判しつつ、発展させ統一した。カントから始まるドイツ観念論は、フィヒテ、シェリングそしてヘーゲルによって集大成されました。
このような科学や哲学的な潮流から、原因を追求すれば法則や理論が発見できるという要素還元主義と、法則や理論によってこの世は成り立っているという機械論的世界観が主流となりました。常識的科学観は、要素還元主義を基本的な方法論とした機械的世界観でした。そして、1950年までに、常識的科学観に基づく科学哲学が構築されました。
しかし、このような常識的科学観に大きな変化が現れました。技術の進歩によって、自然に関するデータが爆発的に増加しました。それによって、要素還元主義的手法だけでは、すべては解明することができない現象が各分野で明らかになってきました。例えば、量子力学や宇宙論、生命科学などの分野で顕著に表れました。確実さには限界があることを量子力学は示しました。カオスやフラクタルなどの複雑系として自然とは複雑で混沌とした面があることが「科学的」にわかってきました。遺伝子の探求だけで生命の全体像が明らかにならないこともわかってきました。このような常識的科学観による科学の方法論に関する行き詰まりから、新しい科学哲学として、ゲーデルの完全性定理と不完全性定理、ポパーの批判的合理主義、クーンのパラダイム説などが提唱されました。
ゲーデルの完全性定理は、人間の思考を形式化、体系化した記号論理学が完全であることを証明し、人間の論理能力に上限をつけました。不完全性定理は、自然数を用いる数学の公理系が不完全であることを示しました。自己の無矛盾性をその体系内で証明することができないのです。一般化すれば、体系をいくら論理的に整えても、この体系を否定も証明もできないことが多いことを意味します。新しい科学観では、意識的かあるいは無意識にかはわかりませんが、ゲーデルの不完全性定理が組み込まれています。
常識的科学の方法は帰納的手法ですが、ポパーはこのプロセスを逆転させ、演繹的手法を提唱しました。ポパーの方法論的反証主義による理論の特徴は、理論を提唱した科学者自身が、反証を試みる点です。さらにポパーは、弁証法を批判して問題解決の新しい図式（トライ・エンド・エラー）を示しました。
クーンは、科学が累積的に発展・進歩し続けるのではなく、断続的に転換すると考えました。このような科学革命をおこなうような規範的な理論を、パラダイムと呼びました。ある日突然、今まで常識だったことが、新しいパラダイムの出現で、すべて間違いとなってしまうのです。パラダイムは、その後、思想の枠組みという意味で一般に拡大解釈され、大流行しました。パラダイムの変換期を科学革命と呼び、最近ではパラダイム・シフトと呼ばれることもあります。
以上述べたように、常識的科学観である要素還元主義と機械論的世界観は成功し、現在もその手法は有効です。しかし、それが唯一の科学のやり方ではないのです。科学には一つの方法や考え方があるのでなく、方法も考え方も時代や社会に合わせて変化しています。その変化は、昨日まで常識とされていたことが、今日には間違いだということがおこるのです。つまり、科学にも、主観が入り、再現性がなく、不確実なことがあるということです。
5_6 宇宙の年齢
科学雑誌ネイチャー（Nature）の2月8日号に、放射性核種を用いた方法で、より正確な宇宙の年齢が求められたというニュースが出ていました。その年齢は、125億年でした。宇宙の年齢決定の裏には、どのような原理が隠されているのでしょうか。見ていきましょう。
宇宙の年齢は、いくつかの方法で見積もられています。直接求める方法と間接的に求める方法があります。直接求める方法はハッブル定数を正確に決めるのがその一つです。間接的に求める方法として、一番古いものを探すという方法があります。宇宙で一番古いものより、宇宙は古いはずです。ですから、最古の物質から宇宙の年齢の最小値が求まるわけです。
今回調べられたのは、私たちの銀河にある古い星です。私たちの太陽系のある銀河は、渦巻き銀河と呼ばれるタイプです。渦巻き銀河は、空飛ぶ円盤（UFO）のような形をしており、中心の球状の部分と回りのCDのような円盤状の部分とからできています。球状のところをハロー、円盤状の部分をディスクといいます。銀河の模様やつくりはすべて星（恒星）からできています。ハローには古い星が、ディスクには新しい星があることが知られています。
今回調べられたのは、ハローにある星で、「くじら座」の11.7等で金属の欠乏しているCS31082-001と呼ばれる星でした。CS31082-001は、鉄が私たちの太陽の800分の1しかない、種族IIと呼ばれる星です。鉄がないということは、この星が、宇宙にまだ鉄ができてないほど初期につくられた非常に古い星であるということを示しています。
CS31082-001に、今まで見つからなかった238U（ウラニウム）のスペクトルが、見つかりました。スペクトルとは、ある波長の電磁波（光や電波、X線もその一部）のことで、今回は238Uだけが放出する電磁波の波長（385.96ナノメートル）が発見されました。太陽系以外でUが検出されたのは、これが最初でした。
今まで、半減期（もとあった放射性核種の半分になる時間）の長い232Th（半減期140.5億年）は検出されており、年代測定に利用されてきました。しかし、今回はもっと半減期の短い（44.68億年）238Uが検出されたので、100億年前後の年代を精度良く決めることができます。
UやThだけの測定値では、測定精度が充分でなかったり、さまざなま条件を仮定しないと、年代を精度良く求めることができません。そこで、いくつかの元素を組み合わせることで、その相対存在比から、より精度良い年代決定が可能になってきます。核種の比を用いると、いろいろな仮定の値を使わなくて済みます（数式上、両元素の仮定の値を消すことができる）。ですから、年代測定では、核種の比が良く用いられます。今までは、Thと安定核種のOs（オスミウム）やIr（イリジウム）の組み合わせだけから求められたいた年代は、156億年±46億年でした。
Uが検出されるたことによって、いくつもの核種の比を組み合わせて年代を決めることがきるようになりました。その結果、CS31082-001の年齢は、125億年±33億年と決定されました。
今後、元素合成のモデルや実験データの精度が改善されれば、上記の誤差範囲はもっと小さくなると考えられています。今まで、ハッブル定数の値が話題によくなりましたが、今回の値も、今までの値に近いものとなりました。さまざまな方法で求められた年齢が一致してくれば、宇宙の年齢はより確かなものとなるはずです。
宇宙の年齢は、いくつかの方法で見積もられています。直接求める方法と間接的に求める方法があります。直接求める方法はハッブル定数を正確に決めるのがその一つです。間接的に求める方法として、一番古いものを探すという方法があります。宇宙で一番古いものより、宇宙は古いはずです。ですから、最古の物質から宇宙の年齢の最小値が求まるわけです。
今回調べられたのは、私たちの銀河にある古い星です。私たちの太陽系のある銀河は、渦巻き銀河と呼ばれるタイプです。渦巻き銀河は、空飛ぶ円盤（UFO）のような形をしており、中心の球状の部分と回りのCDのような円盤状の部分とからできています。球状のところをハロー、円盤状の部分をディスクといいます。銀河の模様やつくりはすべて星（恒星）からできています。ハローには古い星が、ディスクには新しい星があることが知られています。
今回調べられたのは、ハローにある星で、「くじら座」の11.7等で金属の欠乏しているCS31082-001と呼ばれる星でした。CS31082-001は、鉄が私たちの太陽の800分の1しかない、種族IIと呼ばれる星です。鉄がないということは、この星が、宇宙にまだ鉄ができてないほど初期につくられた非常に古い星であるということを示しています。
CS31082-001に、今まで見つからなかった238U（ウラニウム）のスペクトルが、見つかりました。スペクトルとは、ある波長の電磁波（光や電波、X線もその一部）のことで、今回は238Uだけが放出する電磁波の波長（385.96ナノメートル）が発見されました。太陽系以外でUが検出されたのは、これが最初でした。
今まで、半減期（もとあった放射性核種の半分になる時間）の長い232Th（半減期140.5億年）は検出されており、年代測定に利用されてきました。しかし、今回はもっと半減期の短い（44.68億年）238Uが検出されたので、100億年前後の年代を精度良く決めることができます。
UやThだけの測定値では、測定精度が充分でなかったり、さまざなま条件を仮定しないと、年代を精度良く求めることができません。そこで、いくつかの元素を組み合わせることで、その相対存在比から、より精度良い年代決定が可能になってきます。核種の比を用いると、いろいろな仮定の値を使わなくて済みます（数式上、両元素の仮定の値を消すことができる）。ですから、年代測定では、核種の比が良く用いられます。今までは、Thと安定核種のOs（オスミウム）やIr（イリジウム）の組み合わせだけから求められたいた年代は、156億年±46億年でした。
Uが検出されるたことによって、いくつもの核種の比を組み合わせて年代を決めることがきるようになりました。その結果、CS31082-001の年齢は、125億年±33億年と決定されました。
今後、元素合成のモデルや実験データの精度が改善されれば、上記の誤差範囲はもっと小さくなると考えられています。今まで、ハッブル定数の値が話題によくなりましたが、今回の値も、今までの値に近いものとなりました。さまざまな方法で求められた年齢が一致してくれば、宇宙の年齢はより確かなものとなるはずです。
3_3 空気のようなもの
存在を意識しないことを「空気のような」といういい方をします。しかし、空気はそんなに無意味なものでしょうか。実は、私たちが日ごろ吸っている空気には、地球の生命との長い時間にわたる歴史が秘められています。今回は空気に秘められた、歴史を見ていきましょう。
空気の存在は、古くから信じられていました。紀元前500年頃、ギリシアのアナクシメネスは、「万物の根源は空気である」といっています。また、アリストテレスは、万物は水・空気・火・土の四元素から成ると考えていました。
私たちが日ごろ吸っているいる空気は、地球の大気に対する名称です。地球の両隣の惑星、金星や火星にも大気がありますが、空気とはいいません。それは、金星や火星の大気と、地球の大気は、成分が違うので、特別に空気と呼ばれます。
地球の空気と、金星と火星の大気を比べてみましょう。
地球の空気の成分は、窒素（N2）が重量比で78.1%（体積比で75.5%）、酸素（O2）が20.9%（23.0%）で主要な成分となっています。次いで、アルゴン（Ar）が0.93%（1.29%）、二酸化炭素（CO2）が0.03%（0.04%）となり、以下ヘリウム（He）0.0005%（0.00007%）、クリプトン（Kr）0.0001%（0.0003%）、キセノン（Xe）0.000009%（0.00004%）となります。
金星の大気は、酸素はほとんどなく、二酸化炭素が96.4%、窒素が3.4%を主成分としています。残りはほとんどがアルゴンです。
火星の大気は、二酸化炭素が95.3%が主成分で、次いで、窒素が2.7%、アルゴン1.6%、酸素0.3%などからなります。火星には白い極冠がありますが、その中心部は水（H2O）の氷であり、季節により変動する周辺部は二酸化炭素が氷結してドライアイスになったものだと考えられています。
火星と金星の大気は、似ています。しかし、地球の大気は、酸素を主成分の一つとして含み、二酸化炭素が0.03%しか含みません。一方、火星や金星の大気は二酸化炭素が主成分となる、酸素ははほとんど含まれません。この違いはどうして生じたのでしょうか。
地球の大気も、金星や火星と同じように、もととも二酸化炭素主体の大気だった考えられます。同じ大気からのスタートです。それが、地球には海があったことによって、大気に大きな違いを生じたと考えられています。
大気中の二酸化炭素は、水に溶けて炭酸（H2CO3）となり、水中にあったカルシウム（Ca）などのイオンと結びついて、固体として沈殿します。このようにして大気中の二酸化炭素は、固体として地球の地殻に保存されます。
さらに、海には生命が誕生し、光合成をする生物によって、酸素が放出されます。生命による酸素合成が長い時間に渡ったので、大量の酸素が大気に蓄えられたのです。
このように地球の空気には、地球と生命の歴史が織り込まれています。実はもっと、複雑で面白いメカニズムがあることがわかってきたのですが、それは稿を改めて紹介しましょう。
空気の存在は、古くから信じられていました。紀元前500年頃、ギリシアのアナクシメネスは、「万物の根源は空気である」といっています。また、アリストテレスは、万物は水・空気・火・土の四元素から成ると考えていました。
私たちが日ごろ吸っているいる空気は、地球の大気に対する名称です。地球の両隣の惑星、金星や火星にも大気がありますが、空気とはいいません。それは、金星や火星の大気と、地球の大気は、成分が違うので、特別に空気と呼ばれます。
地球の空気と、金星と火星の大気を比べてみましょう。
地球の空気の成分は、窒素（N2）が重量比で78.1%（体積比で75.5%）、酸素（O2）が20.9%（23.0%）で主要な成分となっています。次いで、アルゴン（Ar）が0.93%（1.29%）、二酸化炭素（CO2）が0.03%（0.04%）となり、以下ヘリウム（He）0.0005%（0.00007%）、クリプトン（Kr）0.0001%（0.0003%）、キセノン（Xe）0.000009%（0.00004%）となります。
金星の大気は、酸素はほとんどなく、二酸化炭素が96.4%、窒素が3.4%を主成分としています。残りはほとんどがアルゴンです。
火星の大気は、二酸化炭素が95.3%が主成分で、次いで、窒素が2.7%、アルゴン1.6%、酸素0.3%などからなります。火星には白い極冠がありますが、その中心部は水（H2O）の氷であり、季節により変動する周辺部は二酸化炭素が氷結してドライアイスになったものだと考えられています。
火星と金星の大気は、似ています。しかし、地球の大気は、酸素を主成分の一つとして含み、二酸化炭素が0.03%しか含みません。一方、火星や金星の大気は二酸化炭素が主成分となる、酸素ははほとんど含まれません。この違いはどうして生じたのでしょうか。
地球の大気も、金星や火星と同じように、もととも二酸化炭素主体の大気だった考えられます。同じ大気からのスタートです。それが、地球には海があったことによって、大気に大きな違いを生じたと考えられています。
大気中の二酸化炭素は、水に溶けて炭酸（H2CO3）となり、水中にあったカルシウム（Ca）などのイオンと結びついて、固体として沈殿します。このようにして大気中の二酸化炭素は、固体として地球の地殻に保存されます。
さらに、海には生命が誕生し、光合成をする生物によって、酸素が放出されます。生命による酸素合成が長い時間に渡ったので、大量の酸素が大気に蓄えられたのです。
このように地球の空気には、地球と生命の歴史が織り込まれています。実はもっと、複雑で面白いメカニズムがあることがわかってきたのですが、それは稿を改めて紹介しましょう。
2001年3月1日木曜日
2_3 「生命とは」再び
「生命とは」を再び問います。私たちヒトは、動物、生命、地球という枠の中で、どのような位置にあるのでしょうか。それは、中心に位置するものでは決してありません。ヒトはどこに位置するのか、考えてみましょう。
「2_2 生命とは」で、生命の条件を、個体、代謝、繁殖、進化ということで定義しました。その定義をわかりやすくするために、個体を「自分をもっていること」、代謝を「食べてウンチをすること」、繁殖を「子供をつくること」、そして進化を「子供が親とは少し違っていること」といういい方をしました。しかし、この言い換えが、動物を視野にしたものでした。動物以外の生き物には、この言い換えは通用しません。例えば「食べてウンチをすること」は、植物ではうまくいうことができず「光合成をすること」といっても、代謝をうまく伝えることはできません。
私たちヒトは、動物です。ですから、もう一つの分類体系の植物のことを忘れがちです。植物は、動物とはかなり違った生き方をしています。動物からすると、植物が生きていることさえ気づかないあるいは忘れてしまうほど、その生き方は違います。生物の一番大きな分類区分である「界（かい）」という分類になるほど、動物と植物（動物界と植物界という）は違っています。「界」には、動物、植物の他に、菌、細菌、古細菌という区分があります。
進化過程においても、現在においても、生命全体という視点でみても、動物や植物は、主流派ではありません。日ごろ目にしている目で見えるような動物や植物も、主流派ではなく、目に見えないほど小さいものが、数でも、種類でも、量でも勝っています。そして、そのような小さいものから、進化して、より大きなより複雑なものへと進化してきました。
分類体系では、動物と植物以上に、細菌や古細菌の方が、多様で、歴史も古くなっています。特に古細菌は、原始的で古いタイプであるとされています。地球創世時代に生まれ、その後ずっと創世記の環境で、いまだに原始的な生活をおくっています。しかし、その種類は非常に多様であることが、近年わかってきました。
動物の植物の違いよりももっと大きな違いが、細菌や古細菌にはあります。細菌や古細菌の中の分類には、どうも「界」以上の違いがあるので、「ドメイン」という「界」より上位の分類体系が導入されています。つまり、細菌や古細菌の多様性は、動物や植物の多様性をはるかに上回るものであるということです。
私たちは、地球という構成物の中では、生命というグループに属し、生命の中でも、動物に属し、多くの動物の中のヒトという種に属します。しかし、その生命や動物、ヒトの全体像すら、私たちは知りません。いつ、どのように生命や動物、ヒトが誕生したのか、生命や動物、ヒトがどのような履歴をたどってきたのか、そして現在どのような生命がいて、どのような関係を持っているのか、充分解明できていません。私たちには、知らないことが、まだまだいっぱいあります。どれだけ、科学が進んでも、まだまだわからないことは出ています。そして、私たちヒトは、ヒトであるため、ヒトからの発想をしがちです。しかし、私たちヒトは、動物のほんの片隅の、生命のもっと片隅の、地球においてはちっぽけな構成部のひとつに過ぎないのです。そのような視点を忘れることなく地球を見ていく必要はないでしょうか。
この内容に関しては、スティーヴン・ジェイ・グールド の「フルハウス 生命の全容―四割打者の絶滅と進化の逆説」（早川書房 刊; ISBN: 4152081783 ）に詳しく書かれています。参考にしてください。
「2_2 生命とは」で、生命の条件を、個体、代謝、繁殖、進化ということで定義しました。その定義をわかりやすくするために、個体を「自分をもっていること」、代謝を「食べてウンチをすること」、繁殖を「子供をつくること」、そして進化を「子供が親とは少し違っていること」といういい方をしました。しかし、この言い換えが、動物を視野にしたものでした。動物以外の生き物には、この言い換えは通用しません。例えば「食べてウンチをすること」は、植物ではうまくいうことができず「光合成をすること」といっても、代謝をうまく伝えることはできません。
私たちヒトは、動物です。ですから、もう一つの分類体系の植物のことを忘れがちです。植物は、動物とはかなり違った生き方をしています。動物からすると、植物が生きていることさえ気づかないあるいは忘れてしまうほど、その生き方は違います。生物の一番大きな分類区分である「界（かい）」という分類になるほど、動物と植物（動物界と植物界という）は違っています。「界」には、動物、植物の他に、菌、細菌、古細菌という区分があります。
進化過程においても、現在においても、生命全体という視点でみても、動物や植物は、主流派ではありません。日ごろ目にしている目で見えるような動物や植物も、主流派ではなく、目に見えないほど小さいものが、数でも、種類でも、量でも勝っています。そして、そのような小さいものから、進化して、より大きなより複雑なものへと進化してきました。
分類体系では、動物と植物以上に、細菌や古細菌の方が、多様で、歴史も古くなっています。特に古細菌は、原始的で古いタイプであるとされています。地球創世時代に生まれ、その後ずっと創世記の環境で、いまだに原始的な生活をおくっています。しかし、その種類は非常に多様であることが、近年わかってきました。
動物の植物の違いよりももっと大きな違いが、細菌や古細菌にはあります。細菌や古細菌の中の分類には、どうも「界」以上の違いがあるので、「ドメイン」という「界」より上位の分類体系が導入されています。つまり、細菌や古細菌の多様性は、動物や植物の多様性をはるかに上回るものであるということです。
私たちは、地球という構成物の中では、生命というグループに属し、生命の中でも、動物に属し、多くの動物の中のヒトという種に属します。しかし、その生命や動物、ヒトの全体像すら、私たちは知りません。いつ、どのように生命や動物、ヒトが誕生したのか、生命や動物、ヒトがどのような履歴をたどってきたのか、そして現在どのような生命がいて、どのような関係を持っているのか、充分解明できていません。私たちには、知らないことが、まだまだいっぱいあります。どれだけ、科学が進んでも、まだまだわからないことは出ています。そして、私たちヒトは、ヒトであるため、ヒトからの発想をしがちです。しかし、私たちヒトは、動物のほんの片隅の、生命のもっと片隅の、地球においてはちっぽけな構成部のひとつに過ぎないのです。そのような視点を忘れることなく地球を見ていく必要はないでしょうか。
この内容に関しては、スティーヴン・ジェイ・グールド の「フルハウス 生命の全容―四割打者の絶滅と進化の逆説」（早川書房 刊; ISBN: 4152081783 ）に詳しく書かれています。参考にしてください。
2001年2月23日金曜日
5_4 年代決定の原理
ジルコン一粒からも年代測定ができます。これは、科学技術が進んだおかげです。しかし、いったいどうして、そんなことができるのでしょうか。その原理や仕組みは、理解できないほど複雑なものなのでしょうか。今回は、年代決定の原理と仕組みを紹介します。
年代決定は、放射性元素（正確には放射性核種（かくしゅ））を用います。放射性核種とは、放射能をもつ核種のことです。核種とは、元素の中で質量数の違うものを区別して呼ぶ時に使う用語です。放射能を持たないものを安定核種といいます。放射能とは、ある核種が放射線を出して別の核種に変わる現象のことです。
年代決定の原理は簡単です。天然の物質には、何種類かの放射性核種がいくらか含まれています。その核種の量を精度良く測定することができれば、年代決定ができます。
年代決定ができるには、重要な条件をいくつか満たす必要があります。
最初の条件は、「年齢に適切な放射性核種を選ぶ」ことです。放射性核種は、地球のような物理・化学条件では、時間あたり一定の量で放射線を出して壊れて（崩壊（ほうかい））いきます。壊れるスピード（半減期もしくは崩壊定数）は、ほとんどの放射性核種で、正確に決められています。もとあった放射性核種（母核種）の量と、できた核種（娘核種）の量が測定できれば、半減期から、経過した時間（年代）が計算できます。
放射性核種ごとに、崩壊のスピード（半減期）が違います。短い時間を計るのにストップウォッチを用い、中くらいの時間は掛け時計を用い、長い時間には地球の公転（年という単位）を用います。それと同じように、その物質が経てきた年齢に応じた「時計」、つまり放射性核種を用いなければなりません。もし、非常に古い鉱物に短い半減期の放射性核種を用いたら、母核種はなくなり娘核種だけになっており、年代決定に使えません。古いものには長い半減期のものを、新しいものに短い半減期の放射性核種を用いなければなりません。
億年という古い年代には238U（ウラン）、235U、232Th（トリウム）、147Sm（サマリウム）、87Rb（ルビジジウム）が、万年から千年の短い年代には、14C（炭素）が、億から万年の中間的な年代には40K（カリウム）が用いられます。
必要な条件の二番目は、「放射性核種が物質に適切な量あり目的の精度で分析できるか」です。適切な半減期の放射性核種を選んだとしても、目的の物質に、測定可能な量なければ、測定することができません。測定可能な量は、技術の進歩によって、微量でも測定が可能となってきました。しかし、やはり最新の科学技術を駆使しても、測定できる限界もあります。
最後の条件として、科学者の「鼻が利（き）くかどうか」、重要となります。「鼻が利く」とは、まず実際に最古のものを見るけるというのは、科学者が、野外調査で古そうだ思える岩石を採取することやどの核種、どの道具を選ぶかは、科学者自身の判断にゆだねられます。ですから、最後に一番重要な条件は、科学者の「鼻が利く」かどうかとなります。
このあたりの詳しいことは、拙著、NTT出版「石ころから覗く地球誌」（ISBN4-87188-399-X）で、やさしく紹介しています。書店や図書館で覗いて見てください。
年代決定は、放射性元素（正確には放射性核種（かくしゅ））を用います。放射性核種とは、放射能をもつ核種のことです。核種とは、元素の中で質量数の違うものを区別して呼ぶ時に使う用語です。放射能を持たないものを安定核種といいます。放射能とは、ある核種が放射線を出して別の核種に変わる現象のことです。
年代決定の原理は簡単です。天然の物質には、何種類かの放射性核種がいくらか含まれています。その核種の量を精度良く測定することができれば、年代決定ができます。
年代決定ができるには、重要な条件をいくつか満たす必要があります。
最初の条件は、「年齢に適切な放射性核種を選ぶ」ことです。放射性核種は、地球のような物理・化学条件では、時間あたり一定の量で放射線を出して壊れて（崩壊（ほうかい））いきます。壊れるスピード（半減期もしくは崩壊定数）は、ほとんどの放射性核種で、正確に決められています。もとあった放射性核種（母核種）の量と、できた核種（娘核種）の量が測定できれば、半減期から、経過した時間（年代）が計算できます。
放射性核種ごとに、崩壊のスピード（半減期）が違います。短い時間を計るのにストップウォッチを用い、中くらいの時間は掛け時計を用い、長い時間には地球の公転（年という単位）を用います。それと同じように、その物質が経てきた年齢に応じた「時計」、つまり放射性核種を用いなければなりません。もし、非常に古い鉱物に短い半減期の放射性核種を用いたら、母核種はなくなり娘核種だけになっており、年代決定に使えません。古いものには長い半減期のものを、新しいものに短い半減期の放射性核種を用いなければなりません。
億年という古い年代には238U（ウラン）、235U、232Th（トリウム）、147Sm（サマリウム）、87Rb（ルビジジウム）が、万年から千年の短い年代には、14C（炭素）が、億から万年の中間的な年代には40K（カリウム）が用いられます。
必要な条件の二番目は、「放射性核種が物質に適切な量あり目的の精度で分析できるか」です。適切な半減期の放射性核種を選んだとしても、目的の物質に、測定可能な量なければ、測定することができません。測定可能な量は、技術の進歩によって、微量でも測定が可能となってきました。しかし、やはり最新の科学技術を駆使しても、測定できる限界もあります。
最後の条件として、科学者の「鼻が利（き）くかどうか」、重要となります。「鼻が利く」とは、まず実際に最古のものを見るけるというのは、科学者が、野外調査で古そうだ思える岩石を採取することやどの核種、どの道具を選ぶかは、科学者自身の判断にゆだねられます。ですから、最後に一番重要な条件は、科学者の「鼻が利く」かどうかとなります。
このあたりの詳しいことは、拙著、NTT出版「石ころから覗く地球誌」（ISBN4-87188-399-X）で、やさしく紹介しています。書店や図書館で覗いて見てください。
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