水と人体
 「水」 それは、はるかかなたの全宇宙空間まで、全ての宇宙に存在する「唯一共通物質」です。そして、少なくとも地球上では、生物である証明は、「水」の循環を利用して成分を作用させ、成長することです。つまり、生物は水の力によって生存出来るということです。そして、「水」は、最も「人体」に身近な物質だということです。
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ハレー彗星の観測から、ハレー彗星の核のまわりに放出された微粒子は鉱物と有機物、それに「氷」

1.水性の核は汚れた雪玉

よく知られる「彗星の尾」をとると、そこには氷の塊が残るとみられている.大きさは大小様々で、例えば、ヘール・ポップ水性の核は直径役40キロメートル程と考えられている。表面には地理がつき、まさに”汚れている”。

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 水は、水素結合をつくったり、切ったりしている。一つ一つの水分子が、他の水分子と水素結合をつくったり、切ったりしながら絶えず動いている。一つの水分子は最大四つの水分子と水素結合で結びつき、一時的に正四面体状の構造をつくることができる。しかし、水分子は、絶えず運動しているため、その構造の寿命は短く、次の瞬間には崩れてしまう。水の密度は氷よりも大きく、真水では、4度Cで最大となる。
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気体の水(水蒸気)

液体の水

個体の水(氷)

水素結合

水素結合

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 科学実験の著「生命の起源」では、生命の誕生には、まず、生命の境界ともいわれる「膜」の生成が必要とされる。そして、「コアセルベート」と呼ばれる微小な球体が、リン脂質で出来た二重の膜(リン脂質二重膜)をもっており、内部にはタンパク質を含んでいる。これは、実際の細胞膜と同じ構造をもっている。現在の生命体では、全て個々の「皮」をつかって外界との遮断によって生命維持をしている。
水になじみやすい部分
水になじみにくい部分
水素結合
水分子
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水になじみやすいアミノ酸

水になじみにくいアミノ酸

水になじみやすいアミノ酸

水になじみにくいアミノ酸

ほどけたタンパク質

折りたたまれたタンパク質

より安定な形になろうとする

最終的に二重膜の球になる

水になじみやすい部分

水になじみにくい部分

リン脂質二重膜

海水、血液、組織液に溶けている元素の種類は似ている

海水、血液、組織液に溶けている成分を、円グラフにした。円グラフは、体液中に溶けている成分の質量の比率を表している。例えば海水には1リットルあたり約33.2グラムの元素が溶けている.このうち、ナトリウムの質量は約10.8グラムで、全体の32.4パーセントにあたる.海水、血液、組織液に溶けている主な成分はいずれもナトリウムと塩素である.また、カリウムやカルシウム、マグネシウムと言った元素も共通している.

 なお、血液、組織液、細胞内部の水には、円グラフに上げたような成分以外に多くの有機酸やタンパク質が含まれている。

細胞内部の水に溶けている元素と電解質

細胞内部の水に溶けている主な元素と電解質は、カリウムとリン酸水素イオンである。反対に、カルシウムや塩素はほとんど溶けていない。

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酸素原子(O)
水分子(H2O)
水素原子(H)
塩化物イオン
塩化物イオン(Cl-)のような陰イオンは、水分子の中のプラスの部分(水素原子)とたがいに引きあい水に溶けている。
血液に多種多様な物質が溶けているのは、血液の主成分である「水」の溶解力が大きいからです。
水分子(H2O)
酸素原子(O)
水分子(H2O)
酸素原子(O)
水素原子(H)
水分子(H2O)
エタノール分子の水酸基(OH)
エタノール分子
水素結合
ナトリウムイオン(Na+)
赤血球
白血球
毛細血管
水素原子(H)
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水を主成分とする血液には、塩化ナトリウムやタンパク質、アミノ酸、脂質、糖、無機質、尿素、尿酸、アンモニアなど、多くの物質が溶けている。これらの物質は、水分子とたがいに引き合い水に溶けている。
分子の中に「水」になじみやすい部分をもつ物質は、その部分で水分子と水素結合をつくり「水」に溶けている。エタノールは、分子の中の水酸基[OH]部分で水分子と水素結合をつくっている。
ナトリウムイオン[Na+]のような陽イオンは、水分子の中のマイナスの部分(酸素原子)とたがいに引き合い「水」に溶けている。
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アモルファス氷は、生命の起源か

アモルファス氷の有機物が、生命の進化につながっていく事をイメージした。実際に、アモルファス氷の有機物がアミノ酸のような複雑な有機物になっていくかどうかは、今後の研究次第という。なお、生命の起源となった有機物については、地球で雷や宇宙線によって大気からつくられたという考えもある。

紫外線でさらに有機物ができる

アモルファス氷の内部では、紫外線を受けて、もっと分子量の大きな有機物が合成される事がわかっている。香内教授たちの実験では、2〜3日の時間が必要だったという。

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氷表面で有機物ができる

香内教授たちが実験によって明らかにした反応をイラスト化した。実権では、有機物「ホルムアルデヒド」(H2CO),〈メタノール」(CH3OH)のほかに、水(H2O),二酸化炭素(CO2)の合成に成功した。

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微惑星をつくる粘土

隕石の分析などから、微惑星をつくるには岩石には「含水鉱物」と分類される鉱物が取り込まれていたとみられている。含水鉱物の一番の特徴として、それが水酸化物イオンを含む化合物である事が上げられる。微惑星の衝突による衝撃で、圧縮と加熱がおきると、含水鉱物をつくる水素原子と酸素原子が再構築されて、水分子が生じる事が実験で確認されている。

 例えば、代表的な粘土鉱物として「蛇紋石」というものがある。蛇紋石の化学組織は(Mg,Fe)3Si205(OH)4であり,酸素(O)と水素(H)がある。これが地球に落下した衝撃で再構成されると水(H2O)が出来上がる,という訳だ。

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2.彗星をつくるアモルファス氷

左は彗星核をつくるアモルファス氷のモデルである(グリーンバーグに寄るもの)。1の彗星核を拡大すると、このモデルのように、まるでカプセルのようなアモルファス氷が付着しあっているとみられている。実際の大きさは、カプセル一つが0.0005ミリメートル程.黄色はアモルファス氷中の有機物で、黒色は鉱物である。

3.アモルファス氷は3重構造

下は、アモルファス氷の内部構造をえがいいたもの.内側から鉱物、有機物、氷の3重構造になっており、氷の部分にさまざまな分子が混ざっていると考えられている.

上は、アモルファス氷の水分子の配列である.32ページなどの通常の氷(雪)の分子配列と比較してみてほしい.アモルファス氷には、規則性やパターンがない事が判るだろう。アモルファスとは「結晶」とっは反対の「非品質」の意味である。一酸化炭素などの”不純物”は、水分子と置き換わったり、水分子がつくっている講師の中に入ったり、”不純物の分子”だけで固まったりしている。

アモルファス氷

彗星

水分子

4.分子は規則的に並ばない

彗星の核の周辺にさまざまな分子が観測された。この事が、「彗星=アモルファス氷」という考えの証拠となった。

水分子

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