呼吸器系が運ぶのは酸素なのか、それとも電子なのか？：ジェラルド・ポラック博士

2025年1月6日

呼吸器系も電子が支配的な役割を果たしている

前回の記事で触れたジェラルド・ポラック博士の研究論文「私たちの呼吸器系が運ぶのは酸素なのか、それとも電子なのか？」の全文です。
この中でポラック博士は
「私たちの体が本当に必要としているのは酸素ガスではなく、酸素から引き出された電子であると私は考える」
「呼吸プロセスにおける主要な役割は酸素ではなく、酸素から引き出された電子である可能性が高いことを示そうとした」といいます。様々な現象を別の角度から、特に電気的な視点から研究していくと思いもよらない発見がまだまだありそうです。

2019年１月18日の記事ですが、Phys.orgの「生物学者が、ほぼ酸素のない場所で生きる深海魚を発見」という記事も参考までにあげておきます。

余談ですが、手術などで使われる輸血ですが、輸血には様々な利権、闇があり、仮に輸血が必要になったとしても、私は個人的に輸血ではなく生理食塩水でしてもらいたいと思っています。その根拠がこの論文で示されているので嬉しくなりました。ポラック博士の説が実を結び、新しい輸血の方法が開発されるといいですね。

私たちの呼吸器系が運ぶのは酸素なのか、それとも電子なのか？

Research Article
Is it oxygen, or electrons, that our respiratory system delivers?
Gerald H. Pollack
研究論文
私たちの呼吸器系が運ぶのは酸素なのか、それとも電子なのか？
ジェラルド・H・ポラック

要旨

呼吸には大気中の気体の吸入が伴う。肺胞から毛細血管に運ばれるのは酸素ガスではなく、酸素から抽出された電子であるという議論が提起されている。それらの電子はヘモグロビンと結合すると理論付けられている。そして、それらは循環によって直接組織に運ばれ、そこで代謝をサポートする。
標準的な呼吸パラダイムが直面する問題が特定される一方で、呼吸プロセスにおける電子の直接的な役割と一致すると思われるさまざまな観察結果が提示されている。この仮説が証明されれば、呼吸と代謝の間に直接的なつながりが確立されることになる。

はじめに

酸素を呼吸しているのかという疑問は、奇妙に思えるかもしれない。酸素が欠乏するとすぐに窒息し、死に至るからだ。疑問の余地があるのだろうか？
しかし、広く受け入れられている呼吸のメカニズムには、ほとんど取り上げられることのない謎がある。ここでは、それらのいくつかについて考察する。そして、それらの謎が自然な方法で解決するメカニズムのバリエーションを提案する。そのバリエーションでは、電子が中心的な役割を果たす。確かに、酸素は生命にとって不可欠であるが、重要なのは酸素そのものなのか、それとも酸素から抽出された電子なのかという疑問を提起する。
まず、呼吸について考える人々が通常考えない問題を挙げることから始めたい。それは魚の呼吸である。深海では酸素が不足しているが、魚は生き延びている。脊椎動物が酸素を必要とするのであれば、魚はどうやって生き延びているのだろうか？
このパラドックスは、私たちの考察に関連している。この問題については後で取り上げる。今は人間に焦点を当てよう。

通過するガス

　私たちは数秒ごとに、吸気と呼気のサイクルを繰り返している。吸気時には、肺は酸素（約21%）だけでなく窒素（約78%）も含む大気ガスを取り込む。また、アルゴン（約1%）やその他の微量ガスも呼吸している[1]。これらの取り込まれたガスのほとんどは、肺を通過することはない。酸素だけが、肺胞（肺の空気袋）からそれを包む毛細血管へと通過できるようだ（図1）。窒素は通常通過せず、アルゴンも同様である。したがって、酸素が循環器系に到達するのを促進するメカニズムがあるとすれば、それは他の大気ガスを何らかの方法で遮断しているに違いない。吸気プロセスは選択的であるようだ。
　選択性の問題に対する理解を深めるのに役立つのが、有害なさまざまなガスの通過である。その例として、ハロゲンがある[2]。フッ素や塩素といった有毒ガスは、おそらくは体組織にその毒性効果を発揮すると思われるが、それはまず、それらが肺胞膜を通過して血液中に入らなければならないことを意味する。しかし、両分子は窒素よりもはるかに大きく、通常は通過できない。したがって、肺胞から血液中への通過において、分子の大きさが決定的な要因ではないことは明らかである。
　複雑な選択性のパラダイムが存在しているように見える。有害なガスは通過し、酸素は通過するが、最も豊富な窒素を含む他の大気中のガスは通過しない。明らかに、呼吸のメカニズムは、私たちがしばしば想定するよりも単純ではないに違いない。
　また、呼気のプロセスも完全に合理的に説明することはできない。呼気には二酸化炭素が含まれていると推定されている（図1）。代謝の最終生成物であるこのガスは、呼気の逆の経路をたどると考えられており、おそらくは組織から血液へ、そして血液から肺へと移動し、最終的に大気中に放出される。したがって、CO₂は、分子のサイズが大きいにもかかわらず、肺-血液関門を通過できることがわかっているガスの種類に追加されるべきもう一つのガスである。
　通過する分子と通過しない分子の混合は、明白な疑問を提起する：どうして？　あるガスは通過するのに、別のガスは通過しないのはなぜか？　あるいは、さらに根本的な疑問として、気体はどのようにして連続膜を通過するのか？

当惑させる問題

図1. 一般的に考えられている呼吸器系
肺胞の酸素は、毛細血管内の赤血球に移動する。二酸化炭素は逆の経路をたどる。
（この図の凡例における色の説明については、ウェブ版の記事を参照のこと）

　膜を通過する分子の動きを説明するために、一般的に受け入れられている駆動メカニズムは拡散である。ブラウン運動の力によって、気体は膜状の障壁を押し広げると考えられている。一方、酸素などの気体は液体中で泡を形成し、泡が連続した膜を拡散できるかという問題に焦点が移る。
　考えられるメカニズムは、気孔の開口である。バルーン状の肺胞は、吸気時に膨張するため、膨張により膜状の気孔が開き、酸素が通過できる可能性がある。しかし、酸素が通過できるのであれば、窒素も通過できるはずではないだろうか？
窒素は原子量が酸素よりも小さいだけでなく、酸素よりも四倍も多く存在している。気孔サイズの説明からすると、私たちは主に窒素を呼吸しているか、少なくともかなりの量を呼吸していると思うだろう。そうすると、その可能性のあるメカニズムはありそうもない。
　考えられる救済策：理論的な根拠から、酸素の分子量は大きいものの、その体積は窒素の体積よりもごくわずかに小さい可能性があるという意見もある[3]。そのため、酸素が主に呼吸されているというのだ。しかし、この主張には障害がある。二つの分子の体積は少なくともほぼ同等であることを考えると（周期表では隣り合わせである）、二つの気体が通過する速度も同程度のはずである。私たちは両方を呼吸するはずである。さらに、肺胞の気孔を少し広げる少し深い呼吸は、窒素という業績不振の種に有利に働く。しかし、深呼吸をしても、窒素は肺胞から血液へとまったく通過しない。
　別の救済策では、こうしたガスに関する考察をすべて回避できる。肺胞膜は複雑な細胞システムであり、水分を含んでいるため、酸素が膜の水分に溶けることを想定できる。このような溶解により、分子状酸素は理論的には肺胞膜を通り抜け、毛細血管に到達できる。問題は量的なものである。酸素の水への溶解度は極めて低く（水100万分子に対して酸素10分子程度）、私たちは呼吸するのに常に苦労することになる。したがって、この選択肢では問題は解決しない。
　疑問は残る。なぜ、ある気体は肺胞から毛細血管へ容易に移動するようだが、他の気体はそうではないのか？　分子の相対的な大きさは、どうやら意味のある説明を提供できないようだ。明白な答えは手近にはなさそうだ。
　二つ目、そしてまったく異なる問題は、有効性に関するものである。肺胞からできるだけ多くの酸素を取り込むためには、血液が手袋が手を包み込むように、肺胞の周りに連続した鞘として取り囲むべきである。しかし、そうはなっていない。肺胞を取り囲む毛細血管は分離している。ほとんどの種では、量的にまばらである。各肺胞を取り囲む毛細血管の表面積の合計は、肺胞自体の表面積と同程度であると推定されている[4]。この数値は一見すると十分なように思えるが、実際には十分ではない。血管の円周のごく一部だけが肺胞表面と交差することができる。したがって、肺胞内の酸素のごく一部だけが毛細血管に到達し、残りは無駄に拡散してしまう。自然界では酸素の移動を最大限に高めることが期待されるが、これは奇妙な状況である。
　この同じ（効率性の）テーマを続けると、三つ目の問題は毛細血管の直径に関するものである。毛細血管の奇妙な特徴は、その直径が非常に細いことである。健康な若年成人の場合、その直径は３～４µm程度である。これは、毛細血管を通過する必要のある赤血球（６～７µm）の直径の半分である。この問題は、肺胞毛細血管で特に顕著であり、毛細血管の約半分は赤血球よりも細い[5]。赤血球をこれらの血管に通すにはエネルギーが必要であり、このようなエネルギーの消費には、明確な目的があるはずだと考えるかもしれない。
　したがって、第三の謎が浮かび上がる。赤血球が通過するために相当なエネルギー消費を必要とするほど、毛細血管がなぜこれほどまでに狭いのか？　母なる自然は誤りを犯したのか？　あるいは、まだ特定されていない重要な目的を達成するために、この圧迫が必要なのか？
　まとめると、呼吸器系の機能の理解には一連のパラドックスが存在するようだ。
第一に、肺胞は、その膜状の殻を通して、複雑な選択的規則があるように見えるが、どのようにして気体の通過を可能にしているのか？
第二に、全体的な物理的システム設計に関連する問題である。気体は肺胞から毛細血管へと効率的に通過すべきであるが、なぜ肺胞と毛細血管の界面はこれほどまばらなのか？
第三に、エネルギーに関する問題である。なぜ肺毛細血管は赤血球が流れ込むためにエネルギーを費やして無理に身をよじらなければ通過できないほど狭いのか？
　呼吸器系のいくつかの側面は、自然界から予想される単純な設計から逸脱しているように見える。これらの問題は、従来のメカニズムを否定するものではないが、従来の考え方を多少修正した方が事実により適合するのではないかという疑問を提起するものである。酸素は動物の生命維持に不可欠であるように思われる。しかし、酸素利用のメカニズムの根底には、私たちが受け入れてきた枠組みを超える何かが関わっている可能性はないだろうか？

仮説

　私たちの体が本当に必要としているのは酸素ガスではなく、酸素から引き出された電子であると私は考える。つまり、肺胞から毛細血管にガスが流れるのではなく、酸素ガスから電子だけが引き出されるのだ。
　このダイナミクスがどのようにして起こるのかを理解するには、酸素分子が非常に電子親和力が強く、周期表の中でも最も電子親和力が強い元素のひとつであることを認識しなければならない。つまり、電子をためる傾向が非常に強いということだ。
　適切な状況下で電子を放出する傾向があるかどうかは、それほど明確ではない。おそらく、正の電荷を十分に近づけることで、電子の一部を引き出すことができるだろう。正負の電荷が互いに近接すると、静電引力は非常に大きなものとなる。このような正に帯電した物質は、酸素の電子を受け入れる容器として機能する可能性がある。そして、その正に帯電した物質が毛細血管内に存在すれば、電子を必要とする下流の組織に直接輸送することができる。したがって、最も負の電荷をもった物質から電子を引き出すことは、少なくとも理にかなっているように思われる。
　組織の新陳代謝に電子が不可欠であることを認識すれば、酸素からまず赤血球に電子が移り、それから組織の関連部位に下流に送られると想像できる。このようにして、代謝に必要な電子は、中間ステップを一切経ることなく、直接組織に送られる。

このような仮説を支持する理由はあるのだろうか？

　まず、このメカニズムでは、ガスが膜を流れることに関連する問題を回避できる。このメカニズムではガスは流れない。流れるのは電子だけである。理論的には、電子はあらゆる供給源から供給される可能性があるが、酸素が最も有力な供給源である可能性が高い。ただし、唯一の供給源というわけではない（下記「魚の難問」を参照）。
　第二に、赤血球の圧迫は合理的に説明できる。圧迫された赤血球は必然的に毛細血管壁に接する。そうすることで、赤血球−毛細血管壁−肺胞壁という連続した接触が確保される。連続性により、間に介在する絶縁層によって生じる可能性のある複雑な状態が回避され、高い電気伝導率が確保される。
事実、肺胞の内側を覆う界面活性物質層は、特に高い伝導率を持つことが知られている。そのため、電子電荷は、肺胞側の酸素ガスから血管側の赤血球へと効率的に伝達される。なぜ毛細血管の直径が赤血球の直径よりも小さくなければならないのか、その理由が理解できる。赤血球が圧迫されることは、酸素から隣接する赤血球へと電子が容易に流れるために重要である可能性がある。
　三つ目のポイントは、赤血球の主要構成成分であるヘモグロビンに関するものである。この仮説を裏付けるには、ヘモグロビンが酸素の負の電子を引き寄せるために正の電荷を帯びる必要がある。電子が結合すると、ヘモグロビンの電荷は中和されるか、あるいは負になる。
　ヘモグロビンの二つの状態は広く確認されている[6]。いわゆるＴ型は低pH、すなわち正電荷と関連しており、Ｒ型は高pH、すなわち負電荷と関連している[7]。明らかに、この仮説で必要とされる二つの異なる電荷状態は存在し、また、そのことは十分に立証されている。私たちは、赤い（動脈）血液と紫色の（静脈）血液として容易にそれらを見つけることができる。
　したがって、提案されたサイクルは以下のように進行する。まず、正に帯電したヘモグロビンが酸素から電子を引き抜く。次に、その電子を組織に供給し、正の状態を取り戻し、吸い込んだ酸素から電子を引き抜く能力を回復する。
　この仮説の中心となる特徴は、ヘモグロビンが電子を引き付ける能力を持ち、蓄えた電子を引き渡す能力を持っているという点である。（正の電荷による）引き付ける力についてはすでに扱った。電子の引き渡しについては、ヘモグロビンは容易に酸化する傾向がある[8]、すなわち電子を失う傾向があるという点が注目に値する。この性質は保存血液にとっては懸念材料であるが、提案された仮説の予想にはよく当てはまる。ヘモグロビンは明らかに電子を引きつけ、届けることができる。
　したがって、この仮説は少なくとも基礎的な部分では妥当であると思われる。すなわち、ガスが膜を通過することに関連する複雑な問題を回避し、赤血球のたわみの理論的根拠を提供し、ヘモグロビンの二つの状態を説明し、正に帯電したヘモグロビンが酸素の負の電子を引き寄せることで毛細血管の相対的な希薄さが妥当であるという根拠を示す。
　最後の考察は呼気に関するものである。この仮説は、少なくとも呼気には、電子が取り除かれた後の残りのガス、すなわち窒素と正に帯電した酸素が含まれるはずであると示唆している。後者は現在、正に帯電しているため、非常に反応性が高いはずである。したがって、呼気には酸素と窒素の生成物が含まれることが予想されるが、実際その通りである。呼気ガスには一酸化窒素が含まれている[9]。
　提案された仮説に対するあり得る反対理由：もし呼吸による唯一の生存要件が電子であるならば、なぜ硫化水素や一酸化炭素のような電子供与体であるガスがこれほど有毒なのか？　電子供与の傾向があるのなら、酸素のように振る舞うはずではないだろうか？　可能性として考えられるのは、これらのガスには複数の電子を供与する能力が欠けているということだ。酸素には五つの酸化状態、すなわち、−２、−１、０、＋１、＋２があり、これはひとつではなく複数の電子を供与する能力があることを示唆している。もしそうであれば、ヘモグロビンの変化には複数の電子が必要となる。この特徴は、ヘモグロビンの自然酸化と一致しており、ひとつではなく二つの電子の損失を促す[8]。自然呼吸のプロセスが実際に電子のペアの放出を伴うとしても、有毒ガスは電子をひとつしか放出できないのであれば、有毒ガスが酸素の代わりにならない理由を説明できるかもしれない。

需要と供給の一致

　提案された呼吸メカニズムの必需品は電子である。一方、電子は広く細胞を動かす燃料の供給源として認識されている。したがって、供給と需要の間に相関関係がある。
　しかし、古典的な需要メカニズムでは、その燃料の利用には電子伝達系が関与し、最終的にATPが生成される。その分子の高エネルギーリン酸結合は、細胞プロセスを稼働させるために必要な究極のエネルギーを供給すると考えられている。多数の反応が関与しており、それらのステップを詳細に説明することは本記事の対象外である。しかし、電子は中心的な役割を果たしている。したがって、電子は広く受け入れられている代謝メカニズムの中心であり、それらの電子は提案されている呼吸メカニズムから直接生成されていると考えられる。需要と供給が一致する。
　この対応関係を踏まえると、私は、供給と需要をさらに直接的に結びつける、最近提唱されたメカニズムのバリエーションについて言及したいと思う。そのバリエーションは細胞内水に関係している。水分子は、親水性の表面に隣接している場合、プラスとマイナスの成分に分かれる[10]。マイナスの成分は、"第四相" または"排除ゾーン（EZ）"水と呼ばれており、以前は"構造化された"水（構造水）と呼ばれていた。細胞の親水性表面に隣接して形成されるEZ水は、密集した細胞をほぼ満たしている[11]。これにより、EZの負電荷は、細胞のよく知られた負の電位を説明できると考えられる[12]。その電位は長期間にわたって維持されている。
　しかし、細胞の電位が主な問題なのではない。重要なのは、その電位の根底にある正味の電荷である。負の電位は、細胞内に余剰の電子があることを意味する。電子が密集していることで、電位エネルギーが生じ、負電荷が自然に分散する際に消費される。このようなエネルギーの消費は、おそらくいわゆる相転移として現れる。すなわち、負に帯電したEZ水が通常のニュートラルな液体水へと転移し、細胞内のタンパク質が折りたたまれたタンパク質へと転移する。この二つの特徴が、例えば収縮、分泌、神経伝導など、細胞の機能を果たす。余剰電子電荷の潜在エネルギーによって動力が供給される[12]。電子電荷が中心的役割を担っている。
　細胞の活動に続いて、細胞は静止状態に戻らなければならない。タンパク質は拡張した構造に戻り、液体の水は負に帯電したEZ状態に戻らなければならない。
　したがって、この復帰には電子が必要となる。そして、ここに重要なポイントがある。提案されているように、電子は呼吸によって取り込まれた酸素から直接供給され、循環系を介して組織に運ばれる可能性がある。このような電子の供給がなければ、細胞は静止状態に戻ることができず、その後の細胞活動も行われず、生物はすぐに機能不全に陥るだろう。
　この系統立った説明で必要とされるように、電子がEZを再構築できることは実証されている。研究室での研究により、単純な電流によって供給された電子が、中性液体の水を直接、負に帯電したEZ水に変換できることが確認されている[13,14]。したがって、逆相転移の重要なステップは実験的に検証されている。
　上述の細胞作用の枠組みにおいて、供給と需要の関連性は特に緊密である。電子は呼吸器系によって供給され、それらの電子は組織によって直接消費される。単純明快である。この文脈において、呼吸器系からの電子供与という概念は理にかなっているように思われる。

オキシメーター（酸素濃度計）の課題

　上記の議論に対する潜在的な反対意見は、一般的な指先オキシメーターの仕組みにある[15]。指先にクリップで留めるオキシメーターは、電子の飽和度ではなく酸素の飽和度を測定すると言われている。この装置は二つの発光ダイオード（LED）で構成されており、それぞれ異なる波長（色）の光を発する。発せられた光は指を通り、したがって指の血液を通過する。指の反対側にある光センサが、通過する各波長の振幅を検出する。"酸素化"（赤色）動脈血の吸収スペクトルは、"脱酸素化"（紫色）血液の吸収スペクトルと大きく異なるため、この二つの波長の相対的な振幅を測定することで、酸素飽和度に関する情報を得ることができる。
　しかし、本当に測定されているのは"酸素飽和度"なのだろうか？　その根底にある前提は、動脈ヘモグロビンは酸素で飽和しているが、静脈ヘモグロビンは酸素を含んでいないというものである。酸素が違いを生み出しているように見える。しかし、ヘモグロビンの構造の違いが酸素ではなく電子から生じているとしたら、私たちはそれを知ることができない。オキシメーターは単に構造の違いを知らせるだけである。その違いの根拠については何も語らない。
　したがって、指先用の装置が提案されたメカニズムの反証であると断言することはできない。この装置は酸素を測定していると考えられているが、電子を測定している可能性もある。

魚の難問

　従来の理解から生じるいくつかの混乱を回避するメカニズムが提案されている。提案されたメカニズムでは、酸素分子から組織への負電荷の移動が関与している。極めて重要な因子は電子であり、気体ではない。
　この提案の価値を判断する手助けとして、酸素が不足している状況下で脊椎動物の生命が維持できるかどうかを調べる方法がある。もし電子によって生命が維持できるのであれば、このことは提案された仮説を裏付けることになる。
　深海魚を考えてみよう。酸素は、それらの魚が繁栄する海面下数マイルの深さまで大気中から容易に拡散しない。その深さでは、代謝エネルギーの供給は酸素によるものではない可能性が高い[16]。それどころか、魚は周囲の水を"呼吸"している。
　このような呼吸では、まず水が口の中に取り込まれる。その後、鰓（エラ）を通り、最終的に魚の側面の鰓裂から排出される。排出される水は、排出される前の中性水よりも酸性（プラスに帯電）であることが確認されている[17]。排出される水がプラスに帯電しているため、排出される前の水が中性であるとすると、鰓がマイナスに帯電（OH–）していることになる。その電荷分裂を実現するメカニズムが提案されている[18]。
　エラには肺と同様に毛細血管が張り巡らされている[19]。この毛細血管によって、エラが獲得した負の電荷が代謝の必要に応じて直接利用される。したがって、魚は人間や他の脊椎動物と同じ方法で電子を利用していると考えられる。酸素は魚にとって無関係であるように思われる。なぜなら、その水域には酸素がほとんど存在しないからだ。実質的に、魚は酸素ではなく電子を呼吸している。
　水中以外の環境で魚が大気中の酸素ガスに直接さらされると、生き延びることができないことを思い出してほしい。魚には酸素ガスに対処する能力がないことは明らかだ。何か別のものが十分な役割を果たしているはずであり、それはOH–から生じる電子であると思われる。このメカニズムは、人間の場合に提案されているものと非常に似ており、そのメカニズムの信憑性を高めている。

評価：ヘモグロビンなしで呼吸する

　もう一つの考察は、ヘモグロビンの役割に関するものである。酸素の結合にヘモグロビンが必要であり、ヘモグロビンが血液から除去された場合、その結果、生存しているということは、その致命的な要因が酸素ではないことを意味する。
　まさにその処置が実行されたのである。この話は、19世紀の有名なフランスの医師ルネ・カントンから始まる。彼は、フランスとスペインの国境付近の大西洋で、藻類が異常発生している場所の近辺で海水を集めた。その海水は特に効果があるように思われた。抗生物質がまだ登場していない時代、その海水を血管に直接注入する治療を日常的に行うことで、感染症をうまく治療することができた。今日でも"カントン・ウォーター"は入手可能である。
　カントンは、この水の臨床的価値を認識する前から、大胆な一連の実験を行っていた[20]。そして、１世紀後にその内容を詳述している[21]。初期の実験では、アイソトニックな（体液にほぼ等しい浸透圧を持つ電解質）海水を大量に、体重の104%まで直接犬の伏在静脈（下肢から心臓へと血液を運ぶ）に注入し、ヘモグロビンの濃度を大幅に減少させた。すると、犬は回復した。その後の実験で、カントンは大腿動脈から犬の血液をほぼすべて（体重の約５%、４分間）抜き取り、動物が完全に失血して死の淵にまで追い込んだ。その後、11分間にわたって海水を注入した。機能障害は避けられなかったが、犬は最終的に、血液中のヘモグロビンが大幅に減少したにもかかわらず、完全に回復した。
　これらの注目すべき実験は繰り返し行う必要がある。もし結果が有効であるならば、ヘモグロビン、ひいては酸素の必要性について重要な光を投げかけることになる。一方、代用された海水は電子を貯蔵するのにヘモグロビンを必要としない。負に帯電したEZ水は電子を組織に届けることができる。魚の例のように、電子は明らかに酸素の代わりとなることができる。
　事故や戦争では、ヘモグロビンの損失が血液の損失を伴って起こる。緊急の代替品が必要とされているため、注射可能な血液代替品に関する研究が盛んに行われている。太平洋心肺血液研究所（Pacific Heart, Lung, and Blood Institute）[22] によると、最も有望な血液代替品の一つはパーフルオロカーボン[23]（PFC）であるようだ。PFCはフッ素と炭素を含む化合物から生成される。
フッ素の顕著な特徴は、その強い電子親和力である。酸素よりも強い[24]。したがって、蓄積した電子を放出する能力があるからこそ、血液代替物が同様に効果的に機能するのではないかと考えられる。

将来の見通し

　論理的および証拠に基づく議論から、呼吸プロセスにおける主要な役割は酸素ではなく、酸素から引き出された電子である可能性が高いことを示そうとした。そのためにまず、一般的に受け入れられている呼吸メカニズムにおけるいくつかの当惑させる問題を特定し、次に、複数の観察結果と矛盾のない代替案を提示した。
　提案された電荷のメカニズムは、最近提唱された細胞作用メカニズムと上手く調和する。このメカニズムでは、細胞内水が機能の重要な役割を担っている[10,11]。このメカニズムの重要な特徴は、分離した水の電荷の利用である。このメカニズムの存在は、提案された呼吸メカニズムの厳密な必要条件ではないが、自然な補足物を提供する。それが私がこのメカニズムに言及する理由である。
　もしこの論文が正しいとすれば、すでに述べた考察事項以外にも検証できるはずである。
一つの実験的アプローチは、呼気中に正に帯電した酸素が含まれているかどうかを調べる。仮説によれば、そうであるはずである。
第二のアプローチは、電子のみで赤血球をある状態から別の状態に変化させることができるかどうか、また、電子を取り去ると元の状態に戻るかどうかを調べる。
三つ目のテストでは、赤血球を取り囲む血漿を調査する。従来の考え方によれば、肺胞の酸素は赤血球内だけでなく、赤血球間の空間にも拡散するはずである。したがって、血漿は酸素が豊富な状態にあるはずである。これに対し、提案された仮説では、血漿には酸素がまったく含まれないはずである。これらのテストを実施することで、提案されたメカニズムが、ラディカルではあるものの妥当性があるかどうかについて、さらなる光が当てられる可能性がある。
　ここで検討されている電子に基づくメカニズムで一般的に予想されることは、生物学においては電荷が最高に優勢である可能性があるということ、すなわち電子が支配的な役割を果たしている可能性があるということである[25]。これらの電子は、呼吸供給システムだけでなく、細胞消費システムやエネルギー輸送システムにおいても一般的な作用因子である可能性が高い。
　言い換えれば、人間の身体は化学的な仕組み chemical machine というよりも電気的な仕組み electrical machine として機能している可能性がある[26]。電気現象は、心臓の電気生理学から脳機能に至るまで、人間の生理学およびその他の多くの側面を支配していることが知られている[18,25]。ここで私は、呼吸器系も電気的に機能している可能性があることを主張する。電気的に作用する現象の多様性を考えると、身体を最高の電気に関する仕組みとして考えるのが適切であることは確かである。

資金

資金はElvia and Federico Faggin Foundationから提供された。

CRediT 著作権貢献のステートメント

ジェラルド・H・ポラック：執筆 – レビューと編集、執筆 – オリジナルドラフト、監督、プロジェクト管理、方法論、調査、資金調達、形式分析、概念化。

競合する利害関係の宣言

著者は、本論文で報告された研究に影響を及ぼす可能性のある既知の競合する金銭的利益または個人的関係がないことを宣言する。

謝辞

批判的なレビューに関して、私は、Loreta Avdiu、Felix Blyakhman、Angela Drake-Holland、Csaba Galambos、Kurt Kung、Zheng Li、Amar Neogi、Greg Nigh、Mark Noble、Maria Okuneva、Brandon Reines、Abha Sharma、Yuchen Shen、Henk ter Keurs、Alexis Traynor-Kaplan、Anqi Wangの有益なコメントに感謝する。

参照

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──おわり

生物学者が、ほぼ酸素のない場所で生きる深海魚を発見

Biologists discover deep-sea fish living where there is virtually no oxygen
by Kim Fulton-Bennett, Monterey Bay Aquarium Research Institute
生物学者が酸素がほとんどない場所に生息する深海魚を発見
キム・フルトン・ベネット、モントレー湾水族館研究所（2019年１月18日）

酸素は、動物にとって基本的な必要条件である。しかし、海洋生物学者が最近、酸素がほとんど存在しないカリフォルニア湾の暗い深海に生息する魚の大群を発見した。科学者たちは、水中ロボットを使用して、他のほとんどの魚にとっては致命的となる低酸素状態でも生き延びているこれらの魚を観察した。この発見は、海洋の化学的変化に他の海洋生物がどのように対応しているかを科学者が理解するのに役立つ可能性がある。

研究者は、学術誌『Ecology』の最新号でこの発見について報告している。論文の筆頭著者であるナタリヤ・ガロは、スクリップス海洋学研究所の大学院生である。彼女は、論文の執筆にあたり、スクリップス研究所の他の研究者たちと緊密に協力し、また、研究航海を指揮したMBARIの生物学者ジム・バリーとも協力した。

2015年、バリー、ガロ、そして他の８人の研究者は、MBARIの遠隔操作無人探査機（ROV）である"ドク・リケッツ"という最新鋭の水中ロボットを使用して、カリフォルニア湾のいくつかの深海盆地で一連の潜水を行った。ガロは、博士論文で低酸素環境に生息する動物に焦点を当てているため、これらの海域に特に興味を持っていた。カリフォルニア湾の深海には、世界でも最も極端な低酸素環境の生息地がある。

「私は自分の目を疑いました」とガロはセルラルボ海溝でのROV潜水後のMBARIのクルーズブログに記している。「私たちは、酸素濃度が通常の海面酸素濃度の１パーセント以下という環境で、カスクウナギ（ウナギと間違われることが多いが、ウナギではない）、ソコダラ、ロリポップシャーク（大きく丸い頭と細い体を持つ、独特のオタマジャクシのような形からその名が付けられた）が活発に泳ぎ回るのを観察しました。魚がいないはずの低酸素環境に、数百匹の魚がいました。これは、低酸素耐性の限界に関するこれまでの理解を覆す、特別な何かだとすぐにわかりました」

実際、ROVに搭載された機器が示すところによると、これらの魚は、他の低酸素魚が耐えられる酸素濃度の10分の１から40分の１という低濃度の環境で生存していた。実際、カスクウナギとロリポップシャークという二種類の魚は、酸素濃度が高い場所よりも、こうした低酸素地域を好んでいるようだった。

「多くの種類の魚が低酸素状態に耐性があると考えられています」とバリーはコメントした。「しかし、メキシコ湾のこれらの地域の魚は、オリンピックのエリート選手集団の中で優勝するようなものです」

バリーの今回の航海の目的のひとつは、メキシコ湾で観測された酸素と温度の大きな自然変動を利用して、一部の気候モデルで予測されている温暖化と酸素減少の状態に海底の動物群集がどのように反応するかを研究することだった。

研究者たちは、このような過酷な環境下で、これらの魚がどのようにして生き延び、さらに繁栄しているのか、まだ正確にはわかっていない。カスクウナギもネコザメも大きな頭部と鮮やかな赤色のエラを持っており、周囲の海水から酸素を吸収するのに特に適しているのかもしれない。また、これらの魚は体長30センチ（１フィート）未満と小さく、軟らかいたるんだ体と細く発達していない骨を持っている。これらはすべて、エネルギーを節約するのに役立つ特徴である。

なぜこの魚たちがこの特定の地域に集まるのかは、また別の謎である。バリーは、魚たちは餌を見つけたり捕食者を避けたりしているのではないかと考えている。低酸素地域では、研究者は海底に巻き貝、ヒトデ、ウミエラを見かけた。しかし、最も酸素濃度の低い地域では、泥だらけの海底は不毛の月の表面のように見え、小さな無脊椎動物でさえも生存が難しいことを示唆していた。

「私たちは、これらの疑問のいくつかについて調査し、解決するために、近いうちに湾に戻りたいと考えています」とバリーは語った。

溶存酸素量

※気象庁ホームページから一部引用します。

溶存酸素量（以後、酸素量）とは、海水中に溶け込んでいる酸素の量を言います。一般的に酸素量は海面付近で最も多くなります（図1、2）。大気と海面との間で酸素の交換が行われ、その海水に溶けることができる上限の量（溶解度）付近まで酸素が溶けるためです。海水に溶けることができる酸素の量は海水温によってほぼ決まります。気体は、水温が低いほど水に溶けやすくなる性質を持っているため、海面付近の海水の酸素量は、海水温が低い高緯度で多く、海水温が高い低緯度では少なくなります。

最後までお読みいただき、ありがとうございました。