新しい「農」のかたち

■高分子化と低分子化の繰り返しがエントロピー増大を食い止める

まずは、「個体」におけるエントロピーの推移を見てみましょう。
オリジナルですが、イメージは【図１】のような感じです。

図１：個体のエントロピー推移

物質ならば、上の線のようにほぼ一直線に崩壊に向かいます。
しかし、生命の場合は下の線のように「一時的に逆方向に向かい（成長）、途中から加速的に"死"に向かって進む曲線」になるのです。結果的に、個としては物質よりも長い時間存在するということになります。

なぜ、このような違いが起こるのでしょうか？
ヒントは【図２】に示されています。

図２：酵素活性（前回記事より）

これは高分子が低分子になる（≒エントロピー増）状態を表したものですが、低分子化する過程で「反応熱」（エネルギー）が出てきていることが分かります。生物の体内では、このエネルギーをATPという物質に蓄え、様々な活動（肉体形成や運動）に当てているのです。

ここで蓄えられたエネルギーは、低分子を高分子化することにも使われます。だから、生命は一直線に崩壊に向かうのではなく、細胞レベルで低分子化と高分子化を繰り返してエントロピー増大→崩壊を遅らせているのだと言えます。

これが、一見エントロピーの法則に反しているかのように見える現象の正体です。
しかし、細胞の分裂回数には限界があるため、いずれエントロピー増加に追いつかれて「死」に至り、その後は物質的な分解が起こることになってしまいます。
生命も、「個」であるうちは循環には至らないのです。

■全体は循環することで維持している

１個の生命に対して、生態系を「全体」と捉えてみましょう。
生態系には無数の生命が存在しており、絶えず生成消滅が繰り返されています。

ここでは、個体における細胞とは異なり、死んで分子レベルまで分解された物質を吸収して新たなエネルギーを生み出す生物が大量に存在します。

この「死→分解→吸収→生成→死・・・」はほぼ無限に繰り返されているプロセスで、その中身を一言で言えば先ほどの『低分子化と高分子化』がずっと続いているということになります。

つまり、多種多様な生物の生と死を取り込むことで、系全体としてはエントロピー増大に至らず、延々と物質とエネルギーが循環する状態を維持しているのだと言えます。そして、個体と違い、循環が続く限り「死」には至りません。
これをイメージ化すると【図３】のようになります。

図３：生態系のエントロピー推移

ただ、図の通り、生態系の内部だけで物質とエネルギーが循環しているわけではなく、外部とのやり取りも存在します。むしろ、外部から物質、エネルギーを取り込むことがなければ生態系すら発生し得なかったと言っても過言ではありません。

なので、ここでは『低分子化と高分子化が延々と繰り返されている状態が生態系における循環』だと捉えるのが正確かと思われます。

■生態系内の循環の起点は植物

先ほどから高分子高分子と書いてきましたが、簡単に言うとこれは「糖類」です。この糖類が分解（消化）されてエネルギーを生み出すからこそ、生物はエントロピー増大に逆らうことができ、生態系も維持できているのです。

その糖類を作ることができるのは、『植物』しかいません。二酸化炭素・水に加え、生態系外部のエネルギーである「太陽光」を使って『光合成』を行うことで、上記の壮大な生態系循環に必要なエネルギーが生み出されているのです。

植物無しには現在の生態系は無かった、そう考えれば、まさに『植物は生態系循環の起点』ですね。

さて、第二段落で述べたように、生態系は外部とも物質・エネルギーのやり取りをしながら成立しています。言葉を換えれば、外部環境が一定の条件を整えることで、生態系は成立するのだということです。

地球上において直接的に生態系に影響を与えるのは、主に水や大気ですね。
実はここでも植物が活躍しているのです

その内容については、次回をお楽しみに