生きものについて知ることは、自分自身を知ることであり、私たちを取り巻く生きものや環境の成り立ちやかかわりあいを知ることといえますところが、世の中では「生物学は面白くない」と思っている人が、意外に多いようです
身近なテーマなのに、難しい専門用語が散りばめられた解説は、生物学という世界を疎遠にしてしまっているのかもしれません
新型コロナウイルスＣＯＶＩＤ－１９はじめとした感染症の拡大、原発事故による拡散した放射性物質の挙動、地球温暖化、遺伝子組み換えによる作物や臓器提供のための動物など、現代の主要なトピックの多くが生物学と密接に関係しており、まさに現代人にとって必須の教養といえます
そこで、生物学の基本から最新の話題まで、網羅的に解説した入門書『大人のための生物学の教科書』から、興味深いテーマ、読みどころをご紹介していきたいと思います。今回は、私たち人間にとって有益な生物の働き「発酵」を取り上げます
※本記事は『大人のための生物学の教科書 最新の知識を本質的に理解する』を一部再編集の上、お送りいたします
酸素を利用した呼吸だけではない
生きるには、エネルギーが必要である
すべての生きものはＡＴＰという物質を生命エネルギーとして用いている
食物として取り込んだ有機物を出発材料としてこのＡＴＰをつくりだす反応が、呼吸である
呼吸の種類は複数あるが、なかでも酸素を利用した好気呼吸は高いエネルギー変換効率を誇り、生きものの多様性を生み出すきっかけともなった生命史上の大発明である
いっぽう、微生物の呼吸の多くはエネルギー効率の点では好気呼吸に劣るが、その反応過程の一部を、私たちは古くから生活に役立ててきた
微生物の視点から見た発酵と、人間から見た発酵
好気呼吸は、酸素を用いる呼吸である
酸素がないと電子やプロトンが行き場を失うため、大量のＡＴＰを生産できる電子伝達系の反応全体がストップしてしまう
好気呼吸に、酸素は必要不可欠だ
しかし地球上の生きものすべてが、酸素を利用できる環境で暮らしているわけではない
土の中や水の底、ヒトの腸の中など、酸素がほとんど手に入らない環境で暮らす微生物たちは、酸素を使わないでＡＴＰをつくる反応系をもっている
それらを総称して、嫌気呼吸という
微生物の呼吸という意味で似たことばに発酵がある
狭義の発酵は微生物の嫌気呼吸を意味するのだが、一般的に広く使われている広義の発酵は、微生物が有機物を分解することで人間にとって有益なものができる場合を指していて、その反応系が嫌気的か好気的かを問わないし、反応そのものがＡＴＰを得ることと直結していない場合もある
広義の発酵は、古くから私たちの生活に深く根付いて役立ってきた
代表的な発酵
以下に、代表的な発酵を、図(「代表的な発酵)とともにあげてみよう。
アルコール発酵
私たちの生活に身近でよく知られている代表的な発酵に、アルコール発酵がある
アルコール発酵は酵母菌(イースト)が行う呼吸で、好気呼吸と同じブドウ糖を出発材料とし、最終的にアルコールの一種であるエタノールと二酸化炭素がつくられる反応系だ
ビールもワインも日本酒も、醸造酒と呼ばれるものはみんな酵母が行うアルコール発酵を利用して製造される
酵母はパンづくりでも活躍する
生地の中でアルコール発酵が起こり、パン生地を焼くと小麦粉を捏ねたことで生じた粘性の高いグルテンに閉じ込められた二酸化炭素が膨らんで、ふわふわしたパンの食感をつくりだすのだ
なお、ここで酵母菌が呼吸基質として用いているのは生地に加えた砂糖であって、小麦粉ではない
乳酸発酵
乳酸発酵はアルコール発酵に並んで身近な発酵の一つだ
乳酸菌が行う呼吸であり、最終産物として酸味のある乳酸という物質ができる
ヨーグルトや乳酸飲料の製造でおなじみであり、漬物も多くは乳酸発酵を利用してつくられる
酢酸発酵
酢酸菌が行う呼吸であり、エタノールを酢酸に変える反応である
酢酸発酵は酸素を用いる反応系なので嫌気呼吸には該当しない
果実酢の多くは、果実酒にふくまれるエタノールを酢酸発酵させてつくられている
多種多様な発酵食品
日本人にとっては馴染み深い発酵食品である納豆も、海外の人からは「腐っている」と判断されてもおかしくない
世界にはさまざまな発酵食品があるが、そのなかでも日本は特に豊かな発酵文化をもつ国である。
日本酒の製造に欠かせない は穀物に主に菌(コウジカビ)を繁殖させたものである。 菌は菌糸から米などにふくまれるデンプンをブドウ糖に分解する酵素を放出する(糖化)。
アルコール発酵を行う酵母菌はデンプンを材料にすることはできないが、 菌がデンプンをブドウ糖に変えてくれたおかげでアルコール発酵によってアルコールをつくることができるようになる
なお、ここにさらに酢酸菌が加わることで穀物酢ができる
菌がやっていることはＡＴＰ産生反応(呼吸反応)ではないが、複数の微生物が協働(コラボ)して奥深い発酵食品の世界をつくりあげている
納豆は日本人にとっては馴染み深い発酵食品であるが、海外の人からは「腐っている」と判断されてもおかしくない
くさややシュールストレミングにいたっては、大多数の人に「腐っている」と判断されそうだ
このように、発酵と腐敗の境界線は実際にはかなり曖昧である
なぜなら、同じ微生物の作用であっても最終的に人間にとって有益なものができる場合は発酵と定義され、最終的に悪臭や有害なものが生じる場合は腐敗と呼ばれるからだ
その呼び分けは人為的なもので、呼吸や反応を担う微生物にとって本質的な違いはない
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生きものの基本原理を知ることが「生物学」ですが、本当に大切なのは専門用語よりも、なぜそうなるのか、どのように決まるのか、ということです
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大人のための生物学の教科書 最新の知識を本質的に理解する
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（この記事は、現代ビジネスの記事で作りました）
発酵（食品）でまず思い浮かぶのは、納豆、ヨーグルト、醤油ですね
私が毎朝食べているパンも発酵食品ですね
発酵は、納豆、醤油、味噌など日本人には身近・おなじみですね
発酵と腐敗は紙一重です
違いは、人間に有益なのは発酵、害があるのは腐敗で、あくまで「人間目線」で、「微生物目線」では変わらないようです
生物学について基礎・基本や最新の知識な度をわかりやすく図解を交え理解できます
大人の生物学の学び直し
生物学の本質・キモがわかります