2008年03月03日

Chapter 5: THE LIVING ENVIRONMENT

Chapter 5: THE LIVING ENVIRONMENT

DIVERSITY OF LIF>

HEREDITY

CELLS

INTERDEPENDENCE OF LIFE

FLOW OF MATTER AND ENERGY

EVOLUTION OF LIFE


Chapter 5: THE LIVING ENVIRONMENT

[5-1]

People have long been curious about living things—how many different species there are, what they are like, where they live, how they relate to each other, and how they behave. Scientists seek to answer these questions and many more about the organisms that inhabit the earth. In particular, they try to develop the concepts, principles, and theories that enable people to understand the living environment better.

[5-2]

Living organisms are made of the same components as all other matter, involve the same kind of transformations of energy, and move using the same basic kinds of forces. Thus, all of the physical principles discussed in Chapter 4, The Physical Setting, apply to life as well as to stars, raindrops, and television sets. But living organisms also have characteristics that can be understood best through the application of other principles.

[5-3]

This chapter offers recommendations on basic knowledge about how living things function and how they interact with one another and their environment. The chapter focuses on six major subjects: the diversity of life, as reflected in the biological characteristics of the earth's organisms; the transfer of heritable characteristics from one generation to the next; the structure and functioning of cells, the basic building blocks of all organisms; the interdependence of all organisms and their environment; the flow of matter and energy through the grand-scale cycles of life; and how biological evolution explains the similarity and diversity of life.

 

[5-4]

DIVERSITY OF LIFE

There are millions of different types of individual organisms that inhabit the earth at any one time—some very similar to each other, some very different. Biologists classify organisms into a hierarchy of groups and subgroups on the basis of similarities and differences in their structure and behavior. One of the most general distinctions among organisms is between plants, which get their energy directly from sunlight, and animals, which consume the energy-rich foods initially synthesized by plants. But not all organisms are clearly one or the other. For example, there are single-celled organisms without organized nuclei (bacteria) that are classified as a distinct group.

[5-5]

Animals and plants have a great variety of body plans, with different overall structures and arrangements of internal parts to perform the basic operations of making or finding food, deriving energy and materials from it, synthesizing new materials, and reproducing. When scientists classify organisms, they consider details of anatomy to be more relevant than behavior or general appearance. For example, because of such features as milk-producing glands and brain structure, whales and bats are classified as being more nearly alike than are whales and fish or bats and birds. At different degrees of relatedness, dogs are classified with fish as having backbones, with cows as having hair, and with cats as being meat eaters.

[5-6]

For sexually reproducing organisms, a species comprises all organisms that can mate with one another to produce fertile offspring. The definition of species is not precise, however; at the boundaries it may be difficult to decide on the exact classification of a particular organism. Indeed, classification systems are not part of nature. Rather, they are frameworks created by biologists for describing the vast diversity of organisms, suggesting relationships among living things, and framing research questions.

[5-7]

The variety of the earth's life forms is apparent not only from the study of anatomical and behavioral similarities and differences among organisms but also from the study of similarities and differences among their molecules. The most complex molecules built up in living organisms are chains of smaller molecules. The various kinds of small molecules are much the same in all life forms, but the specific sequences of components that make up the very complex molecules are characteristic of a given species. For example, DNA molecules are long chains linking just four kinds of smaller molecules, whose precise sequence encodes genetic information. The closeness or remoteness of the relationship between organisms can be inferred from the extent to which their DNA sequences are similar. The relatedness of organisms inferred from similarity in their molecular structure closely matches the classification based on anatomical similarities.

[5-8]

The preservation of a diversity of species is important to human beings. We depend on two food webs to obtain the energy and materials necessary for life. One starts with microscopic ocean plants and seaweed and includes animals that feed on them and animals that feed on those animals. The other one begins with land plants and includes animals that feed on them, and so forth. The elaborate interdependencies among species serve to stabilize these food webs. Minor disruptions in a particular location tend to lead to changes that eventually restore the system. But large disturbances of living populations or their environments may result in irreversible changes in the food webs. Maintaining diversity increases the likelihood that some varieties will have characteristics suitable to survival under changed conditions.

[5-9]

HEREDITY

One long-familiar observation is that offspring are very much like their parents but still show some variation: Offspring differ somewhat from their parents and from one another. Over many generations, these differences can accumulate, so organisms can be very different in appearance and behavior from their distant ancestors. For example, people have bred their domestic animals and plants to select desirable characteristics; the results are modern varieties of dogs, cats, cattle, fowl, fruits, and grains that are perceptibly different from their forebears. Changes have also been observed—in grains, for example—that are extensive enough to produce new species. In fact, some branches of descendants of the same parent species are so different from others that they can no longer breed with one another.

[5-10]

Instructions for development are passed from parents to offspring in thousands of discrete genes, each of which is now known to be a segment of a molecule of DNA. Offspring of asexual organisms (clones) inherit all of the parent's genes. In sexual reproduction of plants and animals, a specialized cell from a female fuses with a specialized cell from a male. Each of these sex cells contains an unpredictable half of the parent's genetic information. When a particular male cell fuses with a particular female cell during fertilization, they form a cell with one complete set of paired genetic information, a combination of one half-set from each parent. As the fertilized cell multiplies to form an embryo, and eventually a seed or mature individual, the combined sets are replicated in each new cell.

[5-11]

The sorting and combination of genes in sexual reproduction results in a great variety of gene combinations in the offspring of two parents. There are millions of different possible combinations of genes in the half apportioned into each separate sex cell, and there are also millions of possible combinations of each of those particular female and male sex cells.

[5-12]

However, new mixes of genes are not the only source of variation in the characteristics of organisms. Although genetic instructions may be passed down virtually unchanged for many thousands of generations, occasionally some of the information in a cell's DNA is altered. Deletions, insertions, or substitutions of DNA segments may occur spontaneously through random errors in copying, or may be induced by chemicals or radiation. If a mutated gene is in an organism's sex cell, copies of it may be passed down to offspring, becoming part of all their cells and perhaps giving the offspring new or modified characteristics. Some of these changed characteristics may turn out to increase the ability of the organisms that have it to thrive and reproduce, some may reduce that ability, and some may have no appreciable effect.

[5-13]

CELLS

All self-replicating life forms are composed of cells—from single-celled bacteria to elephants, with their trillions of cells. Although a few giant cells, such as hens' eggs, can be seen with the naked eye, most cells are microscopic. It is at the cell level that many of the basic functions of organisms are carried out: protein synthesis, extraction of energy from nutrients, replication, and so forth.

[5-14]

All living cells have similar types of complex molecules that are involved in these basic activities of life. These molecules interact in a soup, about 2/3 water, surrounded by a membrane that controls what can enter and leave. In more complex cells, some of the common types of molecules are organized into structures that perform the same basic functions more efficiently. In particular, a nucleus encloses the DNA and a protein skeleton helps to organize operations. In addition to the basic cellular functions common to all cells, most cells in multicelled organisms perform some special functions that others do not. For example, gland cells secrete hormones, muscle cells contract, and nerve cells conduct electrical signals.

[5-15]

Cell molecules are composed of atoms of a small number of elements—mainly carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorous, and sulfur. Carbon atoms, because of their small size and four available bonding electrons, can join to other carbon atoms in chains and rings to form large and complex molecules. Most of the molecular interactions in cells occur in water solution and require a fairly narrow range of temperature and acidity. At low temperatures the reactions go too slowly, whereas high temperatures or extremes of acidity can irreversibly damage the structure of protein molecules. Even small changes in acidity can alter the molecules and how they interact. Both single cells and multicellular organisms have molecules that help to keep the cells' acidity within the necessary range.

[5-16]

The work of the cell is carried out by the many different types of molecules it assembles, mostly proteins. Protein molecules are long, usually folded chains made from 20 different kinds of amino acid molecules. The function of each protein depends on its specific sequence of amino acids and the shape the chain takes as a consequence of attractions between the chain's parts. Some of the assembled molecules assist in replicating genetic information, repairing cell structures, helping other molecules to get in or out of the cell, and generally in catalyzing and regulating molecular interactions. In specialized cells, other protein molecules may carry oxygen, effect contraction, respond to outside stimuli, or provide material for hair, nails, and other body structures. In still other cells, assembled molecules may be exported to serve as hormones, antibodies, or digestive enzymes.

[5-17]

The genetic information encoded in DNA molecules provides instructions for assembling protein molecules. This code is virtually the same for all life forms. Thus, for example, if a gene from a human cell is placed in a bacterium, the chemical machinery of the bacterium will follow the gene's instructions and produce the same protein that would be produced in human cells. A change in even a single atom in the DNA molecule, which may be induced by chemicals or radiation, can therefore change the protein that is produced. Such a mutation of a DNA segment may not make much difference, may fatally disrupt the operation of the cell, or may change the successful operation of the cell in a significant way (for example, it may foster uncontrolled replication, as in cancer).

[5-18]

All the cells of an organism are descendants of the single fertilized egg cell and have the same DNA information. As successive generations of cells form by division, small differences in their immediate environments cause them to develop slightly differently, by activating or inactivating different parts of the DNA information. Later generations of cells differ still further and eventually mature into cells as different as gland, muscle, and nerve cells.

[5-19]

Complex interactions among the myriad kinds of molecules in the cell may give rise to distinct cycles of activities, such as growth and division. Control of cell processes comes also from without: Cell behavior may be influenced by molecules from other parts of the organism or from other organisms (for example, hormones and neurotransmitters) that attach to or pass through the cell membrane and affect the rates of reaction among cell constituents.

[5-20]

INTERDEPENDENCE OF LIFE

Every species is linked, directly or indirectly, with a multitude of others in an ecosystem. Plants provide food, shelter, and nesting sites for other organisms. For their part, many plants depend upon animals for help in reproduction (bees pollinate flowers, for instance) and for certain nutrients (such as minerals in animal waste products). All animals are part of food webs that include plants and animals of other species (and sometimes the same species). The predator/prey relationship is common, with its offensive tools for predators—teeth, beaks, claws, venom, etc.—and its defensive tools for prey—camouflage to hide, speed to escape, shields or spines to ward off, irritating substances to repel. Some species come to depend very closely on others (for instance, pandas or koalas can eat only certain species of trees). Some species have become so adapted to each other that neither could survive without the other (for example, the wasps that nest only in figs and are the only insect that can pollinate them).

[5-21]

There are also other relationships between organisms. Parasites get nourishment from their host organisms, sometimes with bad consequences for the hosts. Scavengers and decomposers feed only on dead animals and plants. And some organisms have mutually beneficial relationships—for example, the bees that sip nectar from flowers and incidentally carry pollen from one flower to the next, or the bacteria that live in our intestines and incidentally synthesize some vitamins and protect the intestinal lining from germs.

[5-22]

But the interaction of living organisms does not take place on a passive environmental stage. Ecosystems are shaped by the nonliving environment of land and water—solar radiation, rainfall, mineral concentrations, temperature, and topography. The world contains a wide diversity of physical conditions, which creates a wide variety of environments: freshwater and oceanic, forest, desert, grassland, tundra, mountain, and many others. In all these environments, organisms use vital earth resources, each seeking its share in specific ways that are limited by other organisms. In every part of the habitable environment, different organisms vie for food, space, light, heat, water, air, and shelter. The linked and fluctuating interactions of life forms and environment compose a total ecosystem; understanding any one part of it well requires knowledge of how that part interacts with the others.

[5-23]

The interdependence of organisms in an ecosystem often results in approximate stability over hundreds or thousands of years. As one species proliferates, it is held in check by one or more environmental factors: depletion of food or nesting sites, increased loss to predators, or invasion by parasites. If a natural disaster such as flood or fire occurs, the damaged ecosystem is likely to recover in a succession of stages that eventually results in a system similar to the original one.

[5-24]

Like many complex systems, ecosystems tend to show cyclic fluctuations around a state of approximate equilibrium. In the long run, however, ecosystems inevitably change when climate changes or when very different new species appear as a result of migration or evolution (or are introduced deliberately or inadvertently by humans).

[5-25]

FLOW OF MATTER AND ENERGY

However complex the workings of living organisms, they share with all other natural systems the same physical principles of the conservation and transformation of matter and energy. Over long spans of time, matter and energy are transformed among living things, and between them and the physical environment. In these grand-scale cycles, the total amount of matter and energy remains constant, even though their form and location undergo continual change.

[5-26]

Almost all life on earth is ultimately maintained by transformations of energy from the sun. Plants capture the sun's energy and use it to synthesize complex, energy-rich molecules (chiefly sugars) from molecules of carbon dioxide and water. These synthesized molecules then serve, directly or indirectly, as the source of energy for the plants themselves and ultimately for all animals and decomposer organisms (such as bacteria and fungi). This is the food web: The organisms that consume the plants derive energy and materials from breaking down the plant molecules, use them to synthesize their own structures, and then are themselves consumed by other organisms. At each stage in the food web, some energy is stored in newly synthesized structures and some is dissipated into the environment as heat produced by the energy-releasing chemical processes in cells. A similar energy cycle begins in the oceans with the capture of the sun's energy by tiny, plant-like organisms. Each successive stage in a food web captures only a small fraction of the energy content of organisms it feeds on.

[5-27]

The elements that make up the molecules of living things are continually recycled. Chief among these elements are carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, phosphorus, calcium, sodium, potassium, and iron. These and other elements, mostly occurring in energy-rich molecules, are passed along the food web and eventually are recycled by decomposers back to mineral nutrients usable by plants. Although there often may be local excesses and deficits, the situation over the whole earth is that organisms are dying and decaying at about the same rate as that at which new life is being synthesized. That is, the total living biomass stays roughly constant, there is a cyclic flow of materials from old to new life, and there is an irreversible flow of energy from captured sunlight into dissipated heat.

[5-28]

An important interruption in the usual flow of energy apparently occurred millions of years ago when the growth of land plants and marine organisms exceeded the ability of decomposers to recycle them. The accumulating layers of energy-rich organic material were gradually turned into coal and oil by the pressure of the overlying earth. The energy stored in their molecular structure we can now release by burning, and our modern civilization depends on immense amounts of energy from such fossil fuels recovered from the earth. By burning fossil fuels, we are finally passing most of the stored energy on to the environment as heat. We are also passing back to the atmosphere—in a relatively very short time—large amounts of carbon dioxide that had been removed from it slowly over millions of years.

[5-29]

The amount of life any environment can sustain is limited by its most basic resources: the inflow of energy, minerals, and water. Sustained productivity of an ecosystem requires sufficient energy for new products that are synthesized (such as trees and crops) and also for recycling completely the residue of the old (dead leaves, human sewage, etc.). When human technology intrudes, materials may accumulate as waste that is not recycled. When the inflow of resources is insufficient, there is accelerated soil leaching, desertification, or depletion of mineral reserves.

[5-30]

EVOLUTION OF LIFE

The earth's present-day life forms appear to have evolved from common ancestors reaching back to the simplest one-cell organisms almost four billion years ago. Modern ideas of evolution provide a scientific explanation for three main sets of observable facts about life on earth: the enormous number of different life forms we see about us, the systematic similarities in anatomy and molecular chemistry we see within that diversity, and the sequence of changes in fossils found in successive layers of rock that have been formed over more than a billion years.

[5-31]

Since the beginning of the fossil record, many new life forms have appeared, and most old forms have disappeared. The many traceable sequences of changing anatomical forms, inferred from ages of rock layers, convince scientists that the accumulation of differences from one generation to the next has led eventually to species as different from one another as bacteria are from elephants. The molecular evidence substantiates the anatomical evidence from fossils and provides additional detail about the sequence in which various lines of descent branched off from one another.

[5-32]

Although details of the history of life on earth are still being pieced together from the combined geological, anatomical, and molecular evidence, the main features of that history are generally agreed upon. At the very beginning, simple molecules may have formed complex molecules that eventually formed into cells capable of self-replication. Life on earth has existed for three billion years. Prior to that, simple molecules may have formed complex organic molecules that eventually formed into cells capable of self-replication. During the first two billion years of life, only microorganisms existed—some of them apparently quite similar to bacteria and algae that exist today. With the development of cells with nuclei about a billion years ago, there was a great increase in the rate of evolution of increasingly complex, multicelled organisms. The rate of evolution of new species has been uneven since then, perhaps reflecting the varying rates of change in the physical environment.

[5-33]

A central concept of the theory of evolution is natural selection, which arises from three well-established observations: (1) There is some variation in heritable characteristics within every species of organism, (2) some of these characteristics will give individuals an advantage over others in surviving to maturity and reproducing, and (3) those individuals will be likely to have more offspring, which will themselves be more likely than others to survive and reproduce. The likely result is that over successive generations, the proportion of individuals that have inherited advantage-giving characteristics will tend to increase.

[5-34]

Selectable characteristics can include details of biochemistry, such as the molecular structure of hormones or digestive enzymes, and anatomical features that are ultimately produced in the development of the organism, such as bone size or fur length. They can also include more subtle features determined by anatomy, such as acuity of vision or pumping efficiency of the heart. By biochemical or anatomical means, selectable characteristics may also influence behavior, such as weaving a certain shape of web, preferring certain characteristics in a mate, or being disposed to care for offspring.

[5-35]

New heritable characteristics can result from new combinations of parents' genes or from mutations of them. Except for mutation of the DNA in an organism's sex cells, the characteristics that result from occurrences during the organism's lifetime cannot be biologically passed on to the next generation. Thus, for example, changes in an individual caused by use or disuse of a structure or function, or by changes in its environment, cannot be promulgated by natural selection.

[5-36]

By its very nature, natural selection is likely to lead to organisms with characteristics that are well adapted to survival in particular environments. Yet chance alone, especially in small populations, can result in the spread of inherited characteristics that have no inherent survival or reproductive advantage or disadvantage. Moreover, when an environment changes (in this sense, other organisms are also part of the environment), the advantage or disadvantage of characteristics can change. So natural selection does not necessarily result in long-term progress in a set direction. Evolution builds on what already exists, so the more variety that already exists, the more there can be.

[5-37]

The continuing operation of natural selection on new characteristics and in changing environments, over and over again for millions of years, has produced a succession of diverse new species. Evolution is not a ladder in which the lower forms are all replaced by superior forms, with humans finally emerging at the top as the most advanced species. Rather, it is like a bush: Many branches emerged long ago; some of those branches have died out; some have survived with apparently little or no change over time; and some have repeatedly branched, sometimes giving rise to more complex organisms.

[5-38]

The modern concept of evolution provides a unifying principle for understanding the history of life on earth, relationships among all living things, and the dependence of life on the physical environment. While it is still far from clear how evolution works in every detail, the concept is so well established that it provides a framework for organizing most of biological knowledge into a coherent picture.

posted by 黒影 at 21:26| Comment(21) | TrackBack(0) | Science for All Americans | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
はじめまして。ほりべと申します。5章を順次訳していこうと思います。日本語としての文章を優先して一部単語レベルで削ったり補ったりしています。

5章 生物環境

[5-1]
人々は長い間生物に対し興味を抱き続けてきた。例えば、どれほどの種が存在するのか、それらの種はどのような種であるのか、どこに住んでいるのか、お互いどのように関わり合っているのか、そして、どのように振る舞うのか、などである。科学者達はこれらの問いや、地球に住む他の生物に関するその他の疑問に対する答えを探し求めている。特に、科学者達は、人々が生活環境をよりよくするにはどうしたらよいのかを理解するための概念や原理、理論を構築している。

[5-2]
生物は他の物質とまったく同様の構成要素から作られ、他の物質と同様ののエネルギー転換と関わり、基本的な力を利用して移動する。したがって、4章"The Physical Setting"で論じた物理原則を、星や雨滴やテレビと同じように、生物に対して適用できる。しかし、生物は他の原理の適用することでもっともよく理解することができるような特徴もまた持っている。

[5-3]
本章は、どのように生物が機能しているか、生物たちが他の生物や環境とどのように相互作用しているかに関する基礎的な知識に関する提言を行う。本章では、6つの主要なテーマに焦点を当てる。それは、地球生物の生物的な特徴に反映される生物の多様性、ある世代から次の世代に対して受け継がれる特徴の伝達、生物を構成する基本的な要素である細胞の構造と機能、すべての生物同士と環境との相互依存性、大規模な生命の循環を通じた物質とエネルギーの流れ、そして生物の類似性や多様性を進化がどのように説明するか、である。
Posted by ほりべ at 2008年03月05日 22:10
>ほりべさん
はじめまして。本館の方にコメントされたすみださんのご友人の方でしょうか。
当プロジェクトへのご参加、誠にありがとうございます。
これからもどうぞよろしくお願いいたします。
Posted by 黒影 at 2008年03月05日 22:27
僕もこの章を途中からですが順次訳していきたいと思います。

[5-13]
細胞
全ての自己複製する生物は、単細胞生物から象に至るまで、彼ら自身の数兆個に及ぶ細胞で構成されている。例えば鳥の卵細胞の様ないくつかの大型の細胞は肉眼でも観察することが可能だが、ほとんどの細胞は顕微鏡でないと観察ができない。蛋白質合成、栄養源からのエネルギーの抽出、複製などの生物としてのほとんどの基本的な機能がこの小さな細胞のレベルで行われている。
Posted by cyber-star at 2008年03月06日 12:52
>黒影さん

ご指摘の通りすみだの友人です。
専門はすみだと違い生態学ですが。。。
権利関係はなんだかちょっと難しそうですね。

次は[5-9]〜[5-12]までを訳していきます。

生命の多様性

[5-4]

生命の多様性

いつの時代も、何百万もの異なる種類の地球に棲む生物個体が存在する。ある生物は他の生物に似ており、またある生物は他の生物とかなり異なっている。生物学者は、それら生物の構造や行動の類似と相違点に基づき、集団とその下位集団からなる階層構造へと分類している。もっとも一般的な生物の分類の一例は太陽から直接エネルギーを受け取る植物と、植物により合成されたエネルギーに富む食物を消費する動物という分類である。しかし、すべての生物がどちらか一方に明確に区別されるわけではない。例えば、核をもたない単細胞生物(バクテリア)という、植物や動物とは違った集団に分類される生物がいる。

[5-5]

食物の生産や探索、食物からのエネルギーや物質の獲得、新しい物質の合成や繁殖といった基本的な作業を行う内部機構の構造と配列が大きく異なることから、動物や植物は非常に多様な体の設計をしている。科学者が生物を分類する際、それらの細かな解剖学的構造に頼る方が行動や見た目に頼るよりも妥当であると考えている。例えば、乳腺や脳の構造といった特徴からクジラとコウモリの方が、クジラと魚、コウモリと鳥といったペアに比べ、より近い関係にあるとされる。また類似性の尺度を変えると、犬は、背骨を持つために魚と、体毛も持つために牛と、肉食であるために猫と同じ分類とされる。

[5-6]

有性生殖を行う生物では、交配することで稔性を持つ子孫を残すことができるすべての生物が同種に分類される。しかしながら、種の定義は厳密なものではない。例えば、境界において、ある特定の生物を正確に分類することが難しいことがある。実際問題、分類システムというのは自然の一部ではない。むしろ、分類システムというのは、生物学者にによって作られた枠組みであり、生物間の関係性を暗示するものであり、研究課題を形作っているものなのである。

[5-7]

地球上の生命の多様性は、生物の解剖学上・行動学上の異同の研究からだけではなく、分子にみられる異同の研究からもまたはっきりと理解できる。生体内で作られる最も複雑な分子は小さな分子の鎖である。すべての生物において様々な種類の小さな分子はほとんど同じであるが、非常に複雑な分子を構成する構成要素の特定の配列こそ、その種の特徴となっている。例えば、DNA分子は4種類の小さな分子が繋がっている長い鎖であり、その精密な配列が遺伝情報をコードしている。生物間の近い・遠いといった関係は、それらのDNA配列の類似の程度から推測可能である。分子構造の類似度から推測された生物の関係は、解剖学的な類似性にもとづく分類とかなり一致している。

[5-8]

種の多様性を維持することは人類にとって重要である。私たちは、生活する上で必要なエネルギーと物質と得るために二つの食物網に依存している。ひとつは、小さな海洋植物と海草から始まり、それらを食べる動物、さらにそれらを食べる動物を含む。もうひとつは、陸上植物から始まり、それらを食べる動物、などなどを含む。複雑な種間の相互依存は食物網の安定化に役立っている。ある場所での小さな攪乱は徐々に系を修復するような変化を導くことが多い。しかし、生存している個体群や環境に対する大きな攪乱は食物網に不可逆な変化をもたらすことがある。多様性を維持することは、変化した環境に適合した特徴を持つであろう変種が見いだされる可能性を増加させる。
Posted by ほりべ at 2008年03月06日 19:49
ほりべさん訳すのが速いですね^^;)

とりあえず僕は[5-13]から[5-19]までを訳します。
ということで[5-14]。細切れですいません。

[5-14]
全ての細胞は、これらの基本的な生命活動に関わる同様なタイプの複雑な分子機構を有している。
これらの分子機構は、物質の出入りを制御する膜に囲まれたおよそ2/3が水でできているスープの中で相互作用をしている。
より複雑な細胞では、いくつかの共通のタイプの分子がより効率的に同じ基本的な生物機能を行う構造に組織化されている。
特に核はDNAを封入し、蛋白質による骨格で核内で行われる操作の組織化を補助する構造である。
さらに全ての細胞に共通の基本的な細胞機能に加えて、ほとんどの細胞は多細胞構造を取ることで他にはない特殊な機能を発揮している。
例えば腺細胞はホルモンを分泌し、筋細胞は収縮することができ、神経細胞は電気信号を流している。
Posted by cyber-star at 2008年03月06日 20:37
[5-15]
細胞分子は少ない数の要素の原子で構成されてる。主に炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄である。炭素原子は、大きさが小さいことと4つの結合可能な電子を持つことで、他の炭素原子と鎖状または環状に連結され大きく複雑な分子を形成することができる。細胞内で行われるほとんどの分子間相互作用は水中で行われ、かなり狭い範囲の温度とpHを要求する。低い温度では反応は著しく遅くなり、一方で高温や極端な酸性下では蛋白質分子に不可逆的な傷害を受けることがある。pHの小さな変化でさえ、分子そのものや分子間の相互作用の方式を変化させてしまう。単細胞も多細胞構造も、細胞のpHを適切な範囲に保つための分子機構を備えている。


acidty=酸性度は日本人に馴染みが無いと思うので、単純にpHと訳しました。
Posted by cyber-star at 2008年03月07日 14:08
>cyber-starさん

自分の専門に近いので結構訳しやすいです。
次回はちょっととんで最後の進化のところ[5-31]〜[5-38]を訳しますね。

遺伝

[5-9]
とてもなじみのある観察の一例として、子がその両親と非常に似ていながらもいくらかの変異をみせることが挙げられる。すなわち、子は両親や子同士と互いにいくらか異なるということだ。何世代も経ると。これらの変異は蓄積されることがあり、生物は遠い祖先から外見や行動が大きく異なってくる可能性がある。例えば、人は家畜や植物を、望ましい特徴を選抜することで品種改良してきた。その結果は、現代みられる多様なイヌ、ネコ、ウシ、ニワトリ、果物や穀物であり、それらは目で見て分かるほどに祖先とは異なっている。変化はまた、例えば穀物において、新しい種を作るのに十分なほど大きなものとして観察される。実際、共通の祖先種から分岐したある子孫同士には、もはやお互いに交配できなほどに異なっているものがある。

[5-10]
発達の指令は、両親から子供へ、DNA分子の一部分として知られる何千もの別個の遺伝子を通して伝えられる。無性生殖を行う生物の子孫(クローン)は、親の遺伝子をすべて引き継ぐ。有性生殖を行う植物や動物では、雌からの特別な細胞が、雄からの特別な細胞と融合する。こららの生殖細胞の各々は、親の遺伝情報の任意の半分を含んでいる。ある雄の生殖細胞と雌の生殖細胞が授精の過程で融合するとき、それらは、それぞれの親由来の半分の遺伝情報が組み合わさることで、対になった遺伝情報からなる完全な一組の情報を備えた細胞を形成する。胚、そして徐々に種子や成熟した個体を形成するために受精卵が分裂するに従い、さきほどの組み合わさった一組の情報は、新しい細胞のそれぞれの中で複製される。

[5-11]
有性生殖での遺伝子の選択と組み合わせの結果、二人の両親から非常に多様な遺伝子の組み合わせの子をもたらす。別個の生殖細胞に分配される遺伝子の半分には何百万もの異なる可能な組み合わせがある。また、雌雄の生殖細胞同士にもまた何百万もの可能な組み合わせがある。

[5-12]
しかしながら、遺伝子の新たな混合だけが生物の特徴に見られる変異の唯一の原因ではない。何世代にもわたって遺伝的な指令が見かけ上変化せずに伝えられているようであっても、時として細胞のDNAの中にある情報のいくらかは改竄させられる。DNA断片の欠損、挿入あるいは置換が複製の際のランダムなエラーを通じて自然に起こるだろうし、化学物質や放射線によっても引き起こされるだろう。もし変異した遺伝子が生物の生殖細胞の中にあったら、そのコピーが子へと伝えられ、変異はその子のすべての細胞の一部となり、その子に新しい、あるいは変化した特徴をもたらすだろう。これらの変化した特徴のうちのいくらかはその生物が生存したり繁殖したりする能力を向上させるかも知れないし、その能力を低下させるかも知れないし、とくに影響はないかも知れない。
Posted by ほりべ at 2008年03月07日 18:32
[5-16]
細胞の働きは多数の異なるタイプの分子、主に蛋白質が集合して行っている。蛋白質の分子は20種類のアミノ酸からなり、長く、そしてそのほとんどは折りたたまれた鎖状である。蛋白質の機能はその特異的なアミノ酸の配列に依存し、鎖の形は鎖の一部分同士の相互作用の結果として構築される。ある構築された分子は遺伝情報の複製や細胞構造の修復を補助し、またある分子は細胞の内外を出入りし、そして分子間の反応を触媒したり制御したりする。特殊化した細胞では、ある蛋白質分子が酸素を運搬するだろうし、収縮効果を持ったり外部の刺激に反応したりするし、また、髪や爪などの身体構造の部品を供給したりする。さらに他のある細胞ではホルモンや抗体、消化酵素として働く分子が排出される。
Posted by cyber-star at 2008年03月07日 18:47

[5-17]
DNAによってコード(暗号)化された遺伝情報は、蛋白質を構築するための指令を出す。そのコードは実質的に全ての生物に共通のものである。従って、例えばヒトの細胞から遺伝子を取り出してバクテリアに移植すれば、バクテリアの化学機構は移植された遺伝子の指示に従いヒトの細胞で作られるのと同じ蛋白質を作り出す。化学物質や放射線によってDNAの中のたった一つの原子が変異することでさえ、産生される蛋白質を変異させることがある。そのようなDNAセグメントの変異が、大きな変化を引き起こさないこともあるし、細胞の反応に致命的な破壊をもたらすこともあれば、正常に行われている重要な反応を変えてしまうこともある(その結果、例えば複製の制御を失い癌化する)
Posted by cyber-star at 2008年03月08日 19:02
[5-18]
生物を構成する全ての細胞は一つの受精卵の子孫であり、同じ遺伝情報を持っている。細胞分裂による連続的な細胞の産生では、近接した環境のわずかな変化が遺伝情報の異なる部分の活性化/不活性化によってわずかに異なる発生を引き起こす。後の世代の細胞では、最終的に成熟した腺細胞、筋細胞、神経細胞と同じくらい異なった細胞にさらに変化する。


[5-19]
細胞内の無数の分子が複雑な相互作用は、例えば成長や分裂などの異なったサイクルが引き起こすだろう。細胞は外部からも制御される。細胞の振る舞いは組織のほかの部分、または他の組織から着た分子(例えばホルモンや神経伝達物質)が細胞膜に接触したり通過し細胞成分の反応速度に影響を与えることで影響を受ける。
Posted by cyber-star at 2008年03月10日 20:40
書いておくの忘れました。
次は[5-20]〜[5-24]を訳します。
Posted by cyber-star at 2008年03月10日 20:44
[5-20]
生物の相互依存
生態系の中で生物は皆、直接的または間接的に他の多数の生物とつながっている。植物は食料や安全な場所、巣作りする場所をほかの生物に提供する。彼らの立場では、多くの植物が動物に繁殖を助けられ(例えば蜂は花の受粉を助ける)、ある栄養素をもらっている(動物の排泄物からのミネラルなど)。全ての動物が植物や他の動物(そして時には同種をも)含む食物の網の一部である。肉食獣と餌の関係は、肉食獣の武器―歯、嘴、爪、毒等々―と餌の防具―隠れるためのカモフラージュ、逃げるためのスピード、攻撃を避けるための盾や棘、敵を退ける刺激的な物質―の関係と同じである。ある種の生物はとても密接にほかの生物に依存している(例えばパンダやコアラはある特定の木しか食べられない)。またある種ではお互いが相手なしには生きられないように適応した(例えばスズメバチはイチジクにのみ巣を作り、イチジクの受粉を行える唯一の昆虫である)。


[5-21]
生物同士には他の関わり方もある。寄生生物は宿主となる生物から養分を得、時には宿主に悪影響を及ぼす。清掃者や分解者は死んだ動物や植物だけを食べる。そしてある生物は相互に利益のある関係を持つこともある。例えば蜂は花の蜜を花から花へ少しずつ吸うことによって、花から花へ花粉を運んでいる。また我々の小腸に住む細菌はたまたまいくつかのビタミンを作っているし、他の細菌から小腸の内壁を防御している。
Posted by cyber-star at 2008年03月11日 21:27
[5-22]〜[5-24]を訳しました。
このまま[5-29]まで訳そうかと思います。

[5-22]
しかし、生物同士の相互作用は受身の環境上では起こらない。生態系は生物以外の環境―陸地や水、太陽放射、降雨、無機物の濃度、温度、そしてトポグラフィーによって形作られる。世界は、真水と海水、森、砂漠、草原、ツンドラ、山などその他多くの多様性に富んだ環境によって作り出される物理的状況の多様性を持っている。これらすべての環境において、生物は他の生物によって制限される特殊な方法で自らのシェアを求めて地球の生物資源を使用する。居住可能なあらゆる環境で異なる生物が食料、空間、光、熱、水、空気、そして安全な場所を求めて争っている。生物と環境の繋がりつつ揺らぎに満ちた状態が生態系の総体を作り上げている。それゆえに、生態系の一部をよく理解するには他の部分とどのように相互作用しているのかの知識が要求されるのである。


[5-23]
生態系の中での生物同士の相互依存は、しばしば数百年から数千年わたる近似的な安定をもたらす。一つの種が増殖するとき、食糧や営巣する場所の減少、肉食獣による捕食の増加、寄生生物の侵入など、一つまたはそれ以上の環境要因による介入を受け制御される。もし洪水や火事のような自然災害が起これば、傷ついた生態系は最終的に本来と似たようなシステムにまで回復するだろう。


[5-24]
多くの複雑なシステムのように、生態系も平衡状態を中心に周期的な揺らぎを見せる傾向がある。しかし、生態系は結局のところ気候の変動が起こったときや、新たな種が移住や進化(人間によって計画的にだったり不慮にだったりもする)によって現れたとき必然的に変化する。

Posted by cyber-star at 2008年03月13日 18:48
[5-30]〜[5-33]まで。次は[5-34]以降を訳します。

[5-30]
生命の進化

現在の地球上の生命は、ほとんど40億年前のもっとも単純な一細胞の生物までさかのぼる共通の祖先から進化してきた。最近の進化の考えは地球上の生命に関する3つの主要な観察可能な事実に科学的な説明をあたえている。その3つの事実とは、膨大な数の異なった形態の生命が我々の周囲に見いだされること、その多様性の中にみられる、解剖学的、分子化学的な体系的類似性、10億年以上の年月をかけて形成された連続した岩の相から発見された化石の一連の変化である。

[5-31]
化石による記録が始まって以来、多くの新しい生命体があらわれ、ほとんどの古い生命体が消えていった。岩の相の年代から推測される多くの、追跡可能な一連の変化しつつある解剖学的形態から、科学者は次のことを確信している。それは、ある世代と次の世代との差異の積み重ねが、徐々に、バクテリアがぞうと異なるのと同じ程度に、ある生物種を他の種とは異なる種へと導いたということである。分子生物学的な証拠は、化石による解剖学的な証拠をより強固なものにし、さらに、別の種から分岐していった様々な系統の祖先の順序に関する詳細な情報をも提供している。

[5-32]
地球上にいる生命の歴史の詳細はいまだ地質学的・解剖学的・文政生物学的証拠の総合を寄せ集めたものであるが、その歴史の主な特徴は広く合意が得られている。生命の歴史の最初期は、単純な分子が、やがて自己複製可能な細胞を形成することになる複雑な物質を作り上げていったと考えられている。地球上の生命は30億年前から存在している。生命誕生に先立ち、単純な分子は、やがて自己複製可能な細胞を形成することになる複雑な有機物質を作り上げていったと考えられている。生命の歴史の最初の20億年間、微生物のみが存在していた。微生物の中には、今日存在するバクテリアや藻類と明白によく似ているものも存在していた。10億年程度前の核を備えた細胞の発達により、ますます複雑な多細胞生物の進化速度が大幅に上昇した。新たな種の進化速度は、これ以降一様ではないが、これはおそらく物理環境の変化速度を反映していると考えられている。

[5-33]
進化論の主要な概念は自然選択であり、これは以下三つの揺るぎがたい観察から生じたものである。それは、すべての生物種には、遺伝する形質のなかに変異が見られること、それらの形質のあるものは、成熟や繁殖に関して、他個体に対する優位性をもたらすものがあること、そして、優位なな個体は、より多くの子孫を残す可能性があり、子孫もまた生存・繁殖力が他個体よりも高い傾向にある、という三つである。起こりそうな結果としては、数世代経ることで、優位性をもたらす形質を持つ個体の割合が増加する傾向にあるだろうことが挙げられる。
Posted by べぇ at 2008年03月13日 20:02
あっ。「ほりべ=べぇ」です。
Posted by ほりべ at 2008年03月13日 20:05
[5-25]と[5-26]です。続きは週明けに。


[5-25]
物質とエネルギーの流れ

どんなに生物の働きが複雑であっても、生物は同じ物理的保存則と物質とエネルギーの転換を他の全ての自然のシステムと共有する。長いスパンでは、物質とエネルギーは生物間と、生物と物理的環境との間で変換される。この巨大なサイクルの中では、物質とエネルギーの総量は常に形と位置を変化させつつも一定に維持される。

[5-26]
ほぼ全ての地球上の生命は窮極的には太陽から得られるエネルギーを変換することで維持されている。植物が太陽エネルギーを捕捉し、それを利用してエネルギーが豊富な分子(主に糖)を二酸化炭素と水から合成する。これらの合成された分子は直接または間接的に植物自身や、最終的には動物や分解生物(細菌や真菌など)のエネルギー源として利用されている。
植物が供給するエネルギーや植物分子の分解物を消費する生物は、それを利用して自身を構築し、そして彼ら自身も他の生物に消費される。これが食物網である。食物網のどの部分においても、エネルギーの一部は新たな合成物として貯蓄され、一部は細胞内の化学反応の過程におけるエネルギー放出の結果により産生される熱として環境中に放出される。類似のエネルギーサイクルは海においても小さな植物のような生物が太陽エネルギーを捕捉することで始まる。食物網のそれぞれの連続的なステージでは、餌とした生物の持つエネルギーのごく一部のみを得る。
Posted by cyber-star at 2008年03月15日 15:08
[5-27]。明日と明後日にまたひとつづつ訳して、僕の分は終了する予定です。


[5-27]
生物の分子を構成する要素は絶えずリサイクルされ続けている。これらの主要な要素は炭素、酸素、水素、窒素、硫黄、リン、カルシウム、ナトリウム、カリウム、そして鉄である。大部分がエネルギー豊富な分子から生じるこれらとその他の要素は、食物網を通り、最終的に分解者によって植物が利用できる無機の栄養分まで戻されることでリサイクルされる。局地的に過剰になったり不足したりすることはしばしば起るが、地球全体では新たな生物の合成と大体同じ速度で生物の死と腐食が起こっている。すなわち、生物質量(バイオマス)の総量は大まかに一定であり、物質が古い生物から新しい生物へ流れるサイクルが存在し、そして太陽光から得られたエネルギーが熱として散逸するという逆転できない流れが存在する。
Posted by cyber-star at 2008年03月17日 20:48
もう全体の2/3近くが終わってるんですね。
この分だと来週中には全訳が完成でしょうか。



[5-28]
数百年前に、陸上植物と海洋生物の増殖が分解生物のリサイクル能力を上回るという重要な阻害が、通常のエネルギーの流れに対して明らかに起こった。エネルギー豊富な物質の層が蓄積し、地球を覆う圧力によって徐々に石炭と石油に姿を変えた。これらの分子構造に蓄積されたエネルギーは我々が今燃焼させて放出している。そして、地球から回収される化石燃料などから得られる膨大なエネルギーに現代文明は依存している。化石燃料を燃焼させることで、我々は最終的に蓄積されたエネルギーのほとんどを熱として環境中に戻すだろう。また、我々は数百万年かけてゆっくりと取り除かれていった大量の二酸化炭素を、相対的にあまりにも短い時間で大気中に戻している。
Posted by cyber-star at 2008年03月18日 21:33
Chapter 5の担当分は終了です。


[5-29]
どの環境でも維持可能な生物の量は最も基本的なリソース、流入するエネルギーと無機質、そして水の量によって制限される。生態系の生産力の維持は、(木や藻類などによって)合成される新しい物質と、また古い残骸(枯葉や人間による汚水など)の完全なリサイクルからなる十分なエネルギーを要求する。人間の技術が侵入したとき、物質はリサイクルできない廃棄物として蓄積するかもしれない。リソースの流入が十分でなくなったとき、土壌の浸出、砂漠化、そして無機質の貯蔵の枯渇が加速される。
Posted by cyber-star at 2008年03月19日 15:32
ちょっといそがしくしてて遅くなってしまいましたがどうにか5章終了です。表記揺れの統一や不器用な訳の手入れなどなにか手伝えることがあれば手伝います。また、僕の訳に関しては断りなしに好きなように手を加えてしまってかまいません。

[5-34]
選択可能な特徴にはホルモンや消化酵素の分子構造といった生化学の詳細や骨のサイズや柔毛のの長さといった最終的には生物の発達によって作り上げられる解剖学的な特徴が含まれる。選択可能な特徴はまた、視覚の鋭さや心臓の拍動の効率といった解剖学的に決定されるささいな特徴を含んでいる。生化学的・解剖学的方法により、選択可能な形質は、ある形状に網を張ったり、配偶相手のなかのある形質を好んだり、子の養育を行うといった行動にもまた影響を与える。


[5-35]
新たな遺伝する特徴は、両親の遺伝子の新たな組み合わせや、遺伝子の突然変異によって生じる。生物の性細胞の中のDNAに対する突然変異をのぞいて、生物の生涯を通じた経験により生じる特徴は生物学的にいって、次の世代に伝えられることはありえない。それゆえ、ある構造や機能を使ったとか使わなかったなどということや環境の変異から生じた個体の変異は、自然選択によって広まることはない。

[5-36]
まさにその性質上、自然選択はある特定の環境での生存にうまく適合するような特徴をもつよう生物を導くだろう。しかし、特に個体数が少ない場合に、ただ偶然が、生存競争や繁殖上の利点や欠点をもたない遺伝する特徴を広めることがある。さらに、環境が変わったとき(ここでは、他の生物もまた環境の一部である)ある形質の利点や欠点もまた変化する。従って、自然選択は一定方向への長い期間での進歩をかならずしもうみだすものではない。進化は、すでに存在する生物の中に生じるので、すでに多様な変異が存在していれば、より多様な生物が生じるはずである。

[5-37]
変化する環境の中での新しい特徴に対する何百年も繰り返される連続した自然選択は、続々と多様な新種を作り出した。進化は、ヒトがもっとも進んだ種として最終的に最上位に現れたというような、下位の形態がより上位の形態にすべて置き換わっていくはしごではない。むしろ、進化とは藪のようなものである。つまり、ずいぶん前に多く枝分かれが生じ、その枝のいくらかは死に絶え、いくらかは表面上ほとんど、あるいはまったく変化しないまま生き残り、そしてまたあるものは枝分かれを繰り返し、時により複雑な生物をもたらすのである。

[5-38]
最新の進化の概念は地球上の生命、すべての生物間の関係、そして物理環境に対する依存を理解するための統一した原理を提供する。進化がいかに作用するかということに関する詳細はまだまだ不明瞭ではあるが、進化という概念は、ほとんどの生物学的な知識を一貫した全体像にまとめ上げるための枠組みを提供する非常によく確立された概念である。
Posted by ほりべ at 2008年03月23日 10:38
Chapter 5: THE LIVING ENVIRONMENT: Science For All Americans翻訳プロジェクト
Posted by ブレスレット ティファニー at 2013年07月20日 11:20
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