この講義と前回、次回は、私が本当に苦手な生物学の分野、生命の起源、生命の多様性、分類・系統学について取り組みます。 また、これらの分野は最近変化が多く（教科書にまだ取り入れられていないことが多い）、私が最新の情報を得ることができないので、この講義を標準に近づけるためにご協力をお願いします……。 この投稿はもともと2006年に書かれ、2010年を含めて何度か再投稿されました。
ご存知のように、私は約12年間、成人教育プログラムで非正規の学生にBIO101（とBIO102ラボ）を教えています。 時々、私はブログでそれについて公然と呟きます（ビデオの使用から、教室ブログの使用、学生が一次文献を読めるようにするためのオープンアクセスの重要性まで、様々な側面についてのいくつかの短い投稿はこちら、こちら、こちら、こちら、こちらをご覧ください）。 このプログラムの学生の質は、ここ数年で着実に上がってきていますが、私はいまだに時間に大きな制約を受けています。 8週間で4時間のミーティングが8回あります。 この間に、理科以外の専攻で必要な生物学をすべて教え、さらに各生徒が自分の好きな動植物の科学について発表する時間と、2回の試験のための時間を確保しなければなりません。 そのため、私は講義を骨抜きにしなければなりません。そして、その骨抜きの講義が、理系以外の学生が本当に知りたいこと、つまり、事実よりも概念、他の科学との関係よりも他の人生との関係であることを願っているのです。 ですから、私は講義の後にビデオとクラスでのディスカッションを行い、生徒の宿題は、生物学のかっこいいビデオや記事を見つけ、そのリンクを教室のブログに載せて皆に見てもらうというものです。 細胞生物学から生態学、生理学、進化論まで、すべてのトピックをつなぐ糸としてマラリアを使ったことが何度かあります。 これはうまくいったと思いますが、なかなか難しいですね。 7367>
もうひとつの新しい展開は、ほとんどの教授陣が長年この学校に勤めていることに、事務局が気づいたことです。 私たちは経験豊富で、自分たちが何をしているのかわかっているようです。 ですから、授業の最終的な目標が同じである限り、あらかじめ決められたシラバスに従うのではなく、自分たちでシラバスをデザインする自由を最近与えてくれたのです。 私がBIO101の講義を再び担当するのはいつになるかはっきりしませんが（晩秋か春か）、早めに授業の再検討を始めたいと思います。 また、研究室で積極的に研究をしていないため、文献をそれほど詳しく追っておらず、私が教えることの一部が時代遅れになっているのではと心配しています。 誰もが、巨大な生物学のすべての分野の進歩についていけるわけではありませんが、少なくとも、入門コースの教育に影響を与える大きな更新は、私が知っておく必要があるものです。
遅れをとって講義ノートをアップグレードする必要があるのです。 そして、クラウドソースより良い方法があるでしょうか! そこで、新しい数週間にわたって、私の古い講義ノートを再掲載し（これらは単なるイントロダクションであることに注意してください – 授業では議論やビデオなどがそれに続きます）、皆さんに事実確認をお願いする予定です。 もし私が何か間違っていたり、古かったりしたら、教えてください（ただし、疑問がまだ解決されていない場合、自分の好みの仮説だけを押し付けないで、論争全体の説明をしてください）。 もし何かが明らかに欠けていたら、私に教えてください。 もし何かもっといい言葉で言えることがあれば、私の文章を編集してください。 これらの基本的な概念を説明するのに使えるクールな画像、記事、ブログ記事、ビデオ、ポッドキャスト、視覚化、アニメーション、ゲームなどをご存じでしたら、教えてください。 そして最後に、すべての講義でこれを行ったら、全体的なシラバスについて議論しましょう。このような速いペースのクラスで、すべての材料を整理する良い方法はありますか。
Anatomy は、身体の構造を研究する生物学の下位学問分野です。 肉眼で見える内臓を中心に、体のさまざまな部分の形、大きさ、色、位置など、体の形態を記述し（ラテン語でラベル付けもします）ます。 組織学は解剖学の一部で、顕微鏡でしか見えないもの、つまり細胞がどのように組織化され、組織がどのように器官化されるかを説明します。 (古典的な）発生学は、組織や器官が発生中にその形、大きさ、色、位置をどのように変化させるかを説明する。
解剖学は、体内の器官の機能を研究するための地図と道具を提供する。 解剖学は身体の構造を説明するものである（ただし、説明するものではない）。 生理学がさらに体の機能を説明し、進化生物学が構造と機能の説明を行います。
人体解剖学の詳細は、医師や看護師の教育には不可欠ですが（獣医師には動物解剖学）、私たちには時間がなく、解剖学の細かい部分にあまり注意を払う必要はありません。 臓器の機能：生理学を論じる際に、関連する解剖学をピックアップします。
生理学を学ぶ（教える）方法は、伝統的に2通りあります。 第一の方法は医学・生化学的なものです。 身体を器官系（呼吸器、消化器、循環器など）に細分化し、それぞれの系を別々に勉強し、生物全体の生理学から始めて、器官、組織、細胞、分子のレベルまで徐々に下げていき、最後に生理機能の生化学を勉強します。 人体だけを研究する。 壊れた部品を交換して車のエンジンを修理すると、エンジンの正常な働きを理解できるように、病気を研究すると、健康な人体の働きを理解できるようになります。
もうひとつのアプローチは、生態学的／エネルギー的です。 例えば、体温調節（体温）、浸透圧調節（塩分・水分のバランス）、運動（動き）、ストレス反応などの問題で、それぞれの問題に複数の器官系が利用される。 このアプローチで重要なのは、身体のエネルギーの使い方を研究することです。その解決策はエネルギー的に最適か？ よりエネルギー効率の高い生理的メカニズムで問題を解決した個体が自然淘汰される、つまりこのアプローチも進化論的な文脈に深く根ざしているのです。 最後に、このアプローチは非常に比較的であり、特に異常な環境や過酷な環境で生きる動物の研究は、ヒトや他の動物の生理学的メカニズムの起源と進化を理解するのに役立つ。
この教科書は（生物学入門の教科書としては）珍しく、両方のアプローチの橋渡しと組み合わせを試みている。 残念ながら、すべてのシステムとすべての問題を詳細にカバーするのに十分な時間がありませんので、最初の医学的アプローチにこだわり、人体のシステムのほんの一部を取り上げますが、生理学の生態学的および進化的側面をも理解するために、教科書の該当章をぜひ読んでください（動物の体による問題解決の実例をいくつか挙げておくまでもなく）。 ヒント：各章の最後にある「セルフテスト」の問題を使い、それに正解すれば試験の準備は完了です。
まず、生理学のすべてに関係する重要な基本原理をいくつか見ていきましょう。 その1つはスケーリングの原則で、これについては、次回授業で説明するプリントを読んでください。 生理学における 2 番目の重要な原理は、フィードバック ループの現象です。
負のフィードバック ループは、行動について議論したときに描いたグラフと非常によく似た方法で動作します。 身体には、身体の状態、つまり内部環境（行動について議論したときに話した外部環境とは対照的）を監視するセンサーがあります。たとえば、酸素と二酸化炭素の血中濃度、血圧、筋肉の緊張度などです。 内部環境の何かが通常の最適値から変化すると、センサーはインテグレーター（通常は神経系）に通知し、インテグレーターは体を通常の状態に戻すために（エフェクターを介して）行動を開始します。 たとえば、ホルモンが分泌されると、そのホルモンの機能的効果とともに、そのホルモンのさらなる分泌を停止させる負のフィードバックループのトリガーも存在する。
体内には、異なるパターンである正のフィードバックループに従う機能がごくわずかに存在する。 そこでは、ある事象Aが反応Bを引き起こし、それが事象Aの再始動と強化につながり、さらに強い反応Bを引き起こします…といったことが、閾値に達するか最終目標が達成されると、すべてが突然元に戻ってしまいます。
来週は、神経系で起こる正のフィードバックループの例を見てみましょう。 今のところ、人間における他の注目すべき正帰還ループをいくつか挙げてみましょう。
まず、血液凝固メカニズムは、この原理に従って動作する生化学反応のカスケードです。 傷害がある分子の生産を刺激し、それが別の分子の生産を誘発し、さらに最初の分子の生産が誘発され、といった具合に、傷害が完全に塞がるまで続きます。
出産も正帰還ループの一例です。 赤ちゃんが外に出る準備ができると（この時点で止めることはできません！）、子宮の最初の収縮を誘発するホルモンが放出されます。 子宮の収縮は、赤ちゃんを少し押し出します。 その赤ちゃんの動きによって、子宮の壁が伸ばされます。 子宮の壁には伸張受容体があり、脳に信号を送ります。 その信号に反応して、脳（実際には脳の出っ張った部分である下垂体の後方部分）からオキシトシンというホルモンが分泌されます。 オキシトシンは血流に乗って子宮に達し、次の収縮の引き金となり、今度は赤ちゃんが動いて子宮の壁がさらに伸び、その結果オキシトシンがさらに放出される…というように、赤ちゃんが排出されてすべてが元に戻るまで、正のフィードバックループの次の例は、赤ちゃんにも関連しています-授乳です。 乳児が空腹になると、母親は乳房に口を近づける。 赤ちゃんが乳首にしがみついて吸おうとすると、乳首にある受容体が刺激され、それが脳に通知される。 脳は、下垂体後葉からオキシトシンというホルモンを分泌する。 オキシトシンは血流に乗り、乳腺を刺激して母乳を分泌させます（母乳を合成するのではありません-すでに乳房に蓄えられているのです）。 乳首でミルクが放出されると、赤ちゃんは勢いよく吸い始め、それがさらに乳首の受容体を刺激するので、下垂体からさらにオキシトシンが放出され、乳腺からさらにミルクが放出され、赤ちゃんが満腹になって乳房から外れ、すべてが元通りになるまで続きます。
正循環の次の例は赤ちゃんにも関係しますが、9カ月早いものです。 交尾、つまりセックスをすることは、女性でも男性でも、正のフィードバックループの一例です。 性器への最初の刺激が触覚受容体を刺激し、それが脳に通知され、今度は運動の継続（そして徐々にスピードアップ）を刺激し、それがさらに触覚刺激を与え、といった具合に、オーガズムまで続きますが、その後はすべてが元に戻ります（残像はともかく）
最後の例は、体の陰部にも当てはまります。 排尿もまた正帰還ループである。 膀胱の壁は、何層もの細胞が重なり合うようにできている。 膀胱がいっぱいになると、壁が伸び、これらの細胞は移動し、壁の厚さは細胞1つ分になる。 この時点で排尿は避けられない（自発的なコントロールで止めることはできない）。 排尿が始まると、細胞は単層状態から多層状態へと戻る。 7367>
フィードバックループの概念は、恒常性の原理を理解する上で不可欠である。 恒常性維持機構により、内部環境が一定に保たれ、すべてのパラメータが最適なレベル(例: 温度、pH、塩/水のバランスなど)に長期にわたって維持されることが保証される。 環境の変化（例えば、暑さや寒さにさらされるなど）により体内温度が変化すると、体内の温度受容器がそれを感知する。 これが補正機構の引き金となる。体が熱を持ちすぎると、皮膚の毛細血管が拡張して熱を放射し、汗腺から汗が出る。体が冷えすぎると、皮膚の毛細血管が収縮して筋肉が震えだし、毛が立ち（鳥肌）、甲状腺ホルモンが分泌されて筋肉中のミトコンドリアの膜の孔が開き、ブドウ糖から水と二酸化炭素への分解効率が下がり、過剰に熱が発生するのである。 いずれにせよ、体温は体温のセットポイントと呼ばれる最適な状態（37℃前後）に戻されます。 体内環境の各側面にはそれぞれ設定点があり、それは恒常性維持機構によって守られている。
基本的には正しいが、恒常性という概念には問題がある。 ホメオスタシス」という用語の問題の1つは言語学的なもので、ホメオスタシスという用語そのものが誤解を招きやすいのです。 “homeo “は「似ている、同じ」という意味で、”stasis “は「安定」という意味です。 したがって、ホメオスタシスという言葉（20世紀初頭にウォルター・キャノンが作った造語）は、強く絶対的な不変性を示唆しているのです。 ホメオスタシスの概念を10秒で図式化せよと言われたと想像してください。 考える時間がなければ、おそらく次のような図を描くでしょう。
このグラフの主な特徴は、設定値が時間と共に一定であることです。 しかし、現実の世界ではそうはいきません。 上のグラフが正しいのは、時間スケール（X軸）が数秒から数分の範囲にしかない場合だけです。 時間、日、年と拡大していくと、グラフは水平でまっすぐな線でなくなり、おかしくなる。 セットポイントは、予測可能でよく制御された方法で変化する。 たとえば、人間の男性の血中テストステロンレベルの設定値は、生涯を通じて次のようになります：
これは設定値の発達的制御の一例でしょう。 各時点で、そのセットポイントは恒常性維持機構によって守られていますが、セットポイント値自体は他の生理学的プロセスによって制御されています。 7367>
これは設定値の振動的な制御の一例でしょう。 1980 年代初頭、ニコラス ムロソフスキーは「ホメオスタシス」に代わる新しい用語を作り、特にすべての生化学的、生理的、行動的値の設定値の制御された変化を表すために、レオスタシス (rheostasis) という言葉を作りました。 いくつかの顕著な例外は、血液のpH（7.35～7.45の非常に狭い範囲に保たれなければならない）とカルシウムの血中レベルです。 pHやカルシウムの値が最適値から大きく離れると、体内の細胞（特に神経細胞、筋肉、心臓の細胞）が正常に機能しなくなり、即死する危険性があるのです。
追加資料：
「医学には進化が必要」Nesse、Stearns、Omenn著
以前のシリーズ：
BIO101 – Biology and the Scientific Method
BIO101 – Cell Structure
BIO101-タンパク質の合成。 転写と翻訳
BIO101: 細胞間相互作用
BIO101 – From One Cell To Two: Cell Division and DNA Replication
BIO101 – From Two Cells To Many: 細胞間相互作用
BIO101 – 細胞間相互作用。 細胞の分化と胚発生
BIO101 – GenesからTraitへ。 遺伝子型が表現型に与える影響
BIO101 – GenesからSpeciesへ: 進化論入門
BIO101 – 生きものは何をしているのか。 動物の行動」
BIO101 – 時間と空間の中の生物（Organisms In Time and Space: 生態学
BIO101 – 生物多様性の起源
BIO101 – 生物多様性の進化
BIO101 – 現在の生物多様性
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