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酸素の話

私たちは特に意識することなく呼吸していますが、呼吸で吸収した「酸素」から大きな恩恵を受けています。
酸素がなければ生きていけないのはもちろんのこと、大気中の酸素量が多過ぎても少な過ぎても
生態系に大きな影響を及ぼします。
そして地球上の生物に酸素を供給してくれるのが、「太陽」と、太陽に助けられて植物が行う「光合成」です。
植物は光合成をすることで二酸化炭素を吸収し、酸素を放出します。
この光合成生態系と私たち酸素呼吸をする生物との共存によって”生き物の星 地球”は存在し得るのです。

酸素の誕生

  46億年前、原始の地球は炭酸ガスで覆われており、「酸素」は存在していませんでした。それから約14億年を経て、海中に光合成生物「シアノバクテリア」が誕生し、初めて酸素が生成されるようになったのです。その後シアノバクテリアの大繁殖により、海中だけでなく大気にも酸素が放出されるようになりました。大気中に増えた酸素は、やがて成層圏まで達してオゾン層を形成。これにより太陽からの紫外線がガードされ、ようやく生物が陸上で生きる条件が整ったのです。シアノバクテリアの誕生から、さらに25億年以上も後のことでした。

酸素と進化

  酸素が生成されるようになると、酸素を取り入れ膨大なエネルギーを得る「好気性細菌」が出現しました。酸素のない世界で生きてきた「嫌気性細菌」は、好気性細菌の圧倒的な勢力によって追いつめられ、あるものは海底の奥深くに逃れ、原核生物(核をもたない生物)へと進化。またあるものは仲間同士で融合し、DNAを膜で包み込んで保護することで好気性細菌に対抗し、真核生物へと進化しました。こうして危機を回避した嫌気性細菌(真核生物)は、さらなる進化のため好気性細菌を取り込み共生の道を選びました。これが「ミトコンドリア」という細胞の小器官の起源です。ミトコンドリアは今も細胞内で酸素をエネルギーに変える役割を果しています。つまり「酸素」こそ、生物の進化を決定づけた最大の存在だったのです。

酸素とミトコンドリア

進化を遂げた人間の細胞一つひとつの中で、「ミトコンドリア」は生命活動に必要なエネルギーを作り出しています。生産されたエネルギーは、「ATP(アデノシン三リン酸)」という分子に蓄積され、エネルギーを必要とする場所に運ばれるというしくみです。ミトコンドリアによるエネルギーの産出量は、生命体が必要とする全エネルギーの95%にものぼっており、「生体の発電所」と呼ばれています。「酸素」はその貴重な燃料です。たとえば約2000キロカロリーの食物を摂取した場合、ミトコンドリアはエネルギーの産出のために約500リットルの酸素を消費するといわれています。

酸素は両刃の剣

  生物は酸素呼吸を手に入れたことで、単細胞から多細胞へ、そして複雑な高等生物へと進化を遂げてきました。その一方で酸素は「酸化力」によって、体内でも細胞をサビさせることがわかりました。そのサビを起すのが「活性酸素」です。活性酸素は本来体内にあって、紫外線を浴びたり、カビやウィルスなどが侵入してきたときに殺菌して体を守ってくれるものでしたが、現代人の身体は、環境汚染や残留農薬、強い紫外線、ストレス、食品添加物などにより、活性酸素が多量に発生。そのダメージを強く受けており、老化やガン、生活習慣病などにも活性酸素が関わっていることがわかっています。

酸素と寿命

  酸素を呼吸する生物の寿命は、酸素消費量とも深い関係があるようです。たとえば同じほ乳類なのに、象の平均寿命は約70年、ネズミは約1年と言われています。しかも、一生に打つ脈拍数はどちらもおよそ8億回。つまりネズミの方が、時間当たりの酸素の消費量は、圧倒的に多いことがわかります。これが意味するのは、多くの酸素を消費する生物ほど、寿命が短いということです。このことは先に説明した「活性酸素」の害が、酸素の消費量に比例して大きくなることを意味しています。

酸素濃度21%の不思議

  5億年ほど前には大気中で1%にも満たなかった酸素は、2億年前には33%にも達し、やがて上昇と下降を繰り返しながら19%程度に落ち着き類人猿が出現しました。オゾン層が形成されたこの頃から濃度が安定し、以来現在に至るまで21%を保っています。33%に達した頃には、大火災で生物の大量死があったと推測されているように、酸素濃度は多くても少なくても困り、21%は人間にとって理想的といえます。最低でも18%がボーダーラインで、これ以下になると呼吸や心拍数の増加、頭痛や吐き気、10%以下で意識不明やけいれんが起こり、これが続くと死に至ります。人類は誕生以来、「21%」の酸素濃度に適応しながら進化を続けてきたのです。