生物における血液の色の違いと、その背後にある呼吸のメカニズムを解説します。血液の色は、酸素を運搬するための分子構造や成分によって異なり、進化の過程で特定の環境に適応するために変化してきました。これらの血液の色の違いは、それぞれの生物がどのような環境で生きるかに適応して進化した結果であり、色素成分や酸素との結合方法により特徴的な色を持つようになっています。このブログを通じて、血液の色と生態的な適応の関係をわかりやすく伝えます。
赤い血液：酸素の運搬に鉄を使う哺乳類や多くの脊椎動物
哺乳類や鳥類、魚類など、ほとんどの脊椎動物の血液は赤色をしています。これは、血液中に含まれる「ヘモグロビン」という酸素運搬タンパク質が、酸素と結合する際に鉄イオンを含むためです。ヘモグロビンは四つの「ヘム基」を持ち、それぞれに鉄イオン（Fe2+）が結合しています。酸素が鉄イオンと結びつくことで赤くなるため、酸素の多い動脈血は鮮やかな赤色になります。逆に、酸素を失った静脈血は暗い赤色を呈します。この鉄ベースの酸素運搬システムは、効率的に酸素を全身に供給することができ、特に活発な代謝を持つ動物に適応しています。
ヘモグロビンが鉄ベースの酸素運搬システムとして優れている最大の理由は、その「協同性（Cooperative Binding）」にあります。ヘモグロビンは酸素と結合すると、分子構造が劇的に変化し、残りの酸素結合部位の親和性が跳ね上がります（アロステリック効果）。この効率的な結合・解離システムにより、ヘモグロビンは単位体積あたりで大量の酸素を迅速に運搬できます。この高効率なシステムこそが、哺乳類や鳥類のような高代謝活性を持つ恒温動物が、活発に活動し、進化できた生物学的な基盤となっています。
血液に関する詳細を学びたい方はこちらをどうぞ。血液は病気の兆候や健康に関することが分かりやすいので、学んでいて損はないと思います！
青い血液：銅イオンで酸素を運ぶカブトガニや一部の軟体動物
ヘモシアニン（Hemocyanin）は、銅イオン（Cu2+）を含む酸素運搬タンパク質であり、酸素と結合すると鮮やかな青色を呈します。ヘモグロビンとの決定的な違いは、これが通常血液中に溶解した形で存在する点（細胞に格納されない）です。
進化的な適応： ヘモシアニンは、酸素濃度が不安定な海洋の低酸素環境や、低温、高塩分濃度の環境下で、ヘモグロビンよりも効率的に酸素を運搬できることが示されています。これは、タコやイカ、カブトガニといった低代謝の海洋無脊椎動物が、厳しい環境下で生き延びるために進化させた、銅ベースの酸素輸送戦略です。
カブトガニの青い血液は医療分野で有名で、細菌の毒素に反応するため、無菌テストやワクチン製造にも使われています。
緑色の血液：クロロクルオリンを使う多毛類や環形動物
クロロクルオリン（Chlorocruorin）は、ミミズや海中に生息する多毛類に見られる色素であり、ヘモグロビンと同じく**鉄イオン（Fe2+）**を使用しますが、酸素と結合すると淡い緑色になります。
化学構造の違い： この色の違いは、鉄イオンを囲む分子構造（ポルフィリン骨格）がヘモグロビンとは異なるためです。クロロクルオリンはヘモグロビンよりも酸素との親和性が低く、特に酸素供給が不安定な水中の環境に特化して進化したと考えられています。これは、体内の酸素需要が少なく、かつ外界の酸素供給が予測できない**特定の環境への進化上の「妥協点」**を示しています。
紫色の血液：鉄イオンを使うが色が異なるムカデなどの例
ムカデやクモなどの節足動物の一部には、「ヘモエリスリン」という酸素運搬タンパク質が含まれており、これが紫色を呈します。ヘモエリスリンは鉄イオン（Fe2+）を含むものの、酸素と結びつく仕組みや構造がヘモグロビンやクロロクルオリンと異なるため、紫色を呈します。酸素と結びついた状態では青紫色になり、酸素が少ないときには無色に近くなります。主に水中の低酸素環境に適応したものであり、こうした生物は特定の環境下でのみ見られることが多いです。
透明な血液：酸素を溶かして運ぶ氷水魚や例外的な生物
南極の寒冷な海域に生息する「氷水魚（Icefish）」は、酸素運搬タンパク質を完全に欠損しており、血液が透明です。
進化的適応と遺伝子の喪失：
進化の代償： 氷水魚は進化の過程で、ヘモグロビンの遺伝子（およびミオグロビンの遺伝子）を**「喪失」**しました。これは、極端な環境に依存した結果、機能が不要になった遺伝子を切り捨てたという、進化的な「退化」の極端な例として、生物学上非常に有名です。
環境要因： 非常に低い温度の海水には、高濃度の酸素が溶け込んでいます。氷水魚はこの豊富な酸素を、色素を使わず血漿に直接溶かして全身に運搬できます。
