みなさんは細胞がカラフルに彩られた顕微鏡写真を目にされたことがあるでしょうか（研究紹介動画にもあるのでご覧ください）。オープンキャンパスなどでご覧にいれると「きれい！」という反応が聞かれます。でもそれに続けて、「これは分子を見ています。細胞の中では分子が働いています」とご説明すると「え？」と怪訝な表情をされることがほとんどです。生物の体内で遺伝子やタンパク質が働いていることは周知のことと思うのに、これら分子の化学反応の集まりが生命活動の実態であるということがあまり認識されていないのかな？と感じます。そんなことから本稿では生命の最小単位である「化学工場、細胞」について改めて考えます。

　細胞が持つ化学反応のネットワークとはどんなものでしょうか？例えば、高校の教科書にもでている呼吸のクエン酸回路や光合成のカルビン回路のような代謝経路があります。これらの回路では、化合物がAからBになり、ついでCへというように、化学反応が連鎖することで次々と変換されていきます。経路は一本道ではなく、一つの化合物が複数の経路で使われたり、あるいは別の反応の調節に働いたりすることで、枝分かれしたり関与し合ったりしながらネットワークをつくります（図２）。

　細胞の持つこれらの分子ネットワークは実に複雑・膨大なもので、一例として代謝データベースの経路図（文献4）をご覧いただくと、いかに多くの分子や反応が関わっているかがわかるでしょう。これを構築するのに必要な情報はゲノムDNAが持ちますが、その内容はどのような遺伝子をいつ、どの量発現するかということで、機械の設計図のように目的のために部品の配置や接続を定めてあるのとは異なります。発現された遺伝子が物理化学の法則によって振る舞うなかで、秩序が自律的に出現しているのです。

　このようなシステムは進化で獲得されてきました。絶えず変化する環境中で生命を維持するため、細胞が様々な機構を持つにいたったことは、単細胞生物を見るとよく分かります。細胞分裂で自己複製しながら、栄養を取り込んだり、シグナルに応答して動いたり、環境が厳しくなると殻を作って休眠したり、中には自分の「家」を作る細胞もいます。ポーリネラというこの有殻アメーバは珪酸性の板を規則的に配置した殻を持ちますが、細胞分裂に際してこの殻を細胞外に形成した後に娘細胞が移行します（文献5）。神経も筋肉も無いたった一つの細胞が分子の働きだけでこのようなことをやってのけるのは驚くばかりです。

　動物や植物の複雑な体を見た時、私たちは多細胞になって初めて複雑になれると考えがちですが、個々の細胞は単独では何もできないのでは決してなく、各々が機能を備えた複雑な分子システムです。多細胞生物はそれを利用することで体を作っており、免疫細胞による異物の排除、神経細胞の伝達物質放出、発生における細胞の分化など、いずれも基本的な分子機構は単細胞生物に見出されます。機構を備えた細胞を多細胞の制御下に置き、さらなる仕組みを構築することで、多細胞生物は非常に複雑な体制を進化させたと言えます。

　ところで「熱力学の第二法則」によると自然は乱雑さを増す方向にしか進まないので、生物の持つ秩序は一見これに逆らうように見えますが、環境から得たエネルギーで秩序を作ると同時に、その一部を放熱して環境の乱雑度を上げることで熱力学の法則も満たしながら、生物は生きています。

　化学反応は分子の性質だけでなく濃度にも依存します（濃度が高いと衝突の頻度が上がる）。遺伝子の発現や化学反応の結果起こる分子数の時間的変動に加え、細胞内での分子局在や複合体・分子凝集の形成を通した空間的な調節も行われます（図４B）。化学反応のネットワークは様々な仕組みで巧みに制御され、そのことによって生命が営まれているのです。

　細胞の中で分子が働いて生命を営む「化学工場」の姿、イメージいただけましたでしょうか。その担い手である分子に思いを致すことで、「生命」についての理解を広げていただけると幸いです。