炭素固定

炭素固定（たんそこてい、英: carbon fixation）とは、植物や一部の微生物が空気中から取り込んだ二酸化炭素（CO2）を炭素化合物として留めておく機能のこと。この機能を利用して、大気中の二酸化炭素を削減することが考えられている。同化反応のひとつ。別名、炭酸固定、二酸化炭素固定、炭素同化、炭酸同化など。 炭素固定を伴う代謝系は、大まかに分けて以下のように分けられる。 光合成（カルビン - ベンソン回路） 細菌型光合成 メタン発酵（炭酸塩呼吸） 炭酸暗固定 還元的クエン酸回路 C4経路 CAM経路 炭素固定に関して生物は大きく二つに分類できる。それは炭素を固定する「独立栄養生物」と炭素を還元する「従属栄養生物」である。「独立栄養生物」とは、「CO2を使い光合成を用いて有機化合物を作る植物やシアノバクテリア類（光合成生物）」と「CO2を使い光合成ではなく無機物質の酸化反応を用いて有機化合物を作る細菌類（化学合成無機栄養生物）」のことを指す。一方、「従属栄養生物」とは生命活動に必要な炭素を得るために有機化合物を利用する生物のことを指す。独立栄養生物以外の生物は大きくこの「従属栄養生物」に分類される。 光合成生物や化学合成無機栄養生物ではカルビン-ベンソン回路（還元的ペントースリン酸回路）でCO2の固定を行っている。ただ、ある種の嫌気性細菌では異なる方法でCO2を固定していて、すべての生物がカルビンベンソン回路を利用しているのではないことも知られている。また、C4植物やベンケイソウ型有機酸代謝(CAM)では、最初のCO2固定はホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼと呼ばれる酵素によって行われるが、最終的な産物はカルビン-ベンソン回路からのものである。カルビン-ベンソン回路にCO2を取込む酵素はリブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ／オキシゲナーゼ（Rubisco ルビスコ）である。リブロース-1,5-二リン酸とCO2から2分子の3-ホスホグリセリン酸（C３化合物）を生成する反応を触媒している。この反応に光エネルギーは直接には関与していない。光エネルギーによってチラコイド膜で生成されたATPとNADPHは、3-ホスホグリセリン酸の還元に用いられる。還元された糖から種々の糖が生成され、再びリブロース-1,5-二リン酸となり、CO2との反応に使われる。同時に、この一部からデンプン（葉緑体中）やショ糖（細胞質中）が合成されたり、細胞質にエネルギーを供給している。Rubiscoは葉に含まれるタンパク質の中で、きわだって多いことでも有名である。葉の可溶性タンパク質の30～50%にもなる。それは、この酵素の反応速度がおそく、さらにCO2に対する親和性が低いため、葉が適当な光合成速度をたもつためには多量の酵素を持たなければならないからと考えられている。（東邦大学 生物分子科学科 －二酸化炭素固定－より） 現在一般に言われているCO2による地球温暖化説は、実は誤りである可能性が高い。バクテリアや植物によって炭素固定され続けてきた大気中のCO2は、枯渇に向って一直線に進んでいるといっても過言ではない。 現に地球上で生命が誕生して以来、CO2は主に光合成によって（シアノバクテリア等の光合成生物）有機物化合物に変換（炭素固定）され続け、大気組成の約80%あったものが減り続け、現在ついに0.04%まで消費してしまった。現在までに固定された炭素（CO2による）は化石燃料等になって保存されている（海水中に溶けたCO2は別である）。このままCO2が減り続けると、光合成が不可となり、有機化合物をこれ以上作ることができなくなり、近い将来生物は死に絶える大量絶滅が起こる。有機化合物を作れなければ、どのような生物でも生命活動はできなくなる。言い方を換えると呼吸ができなくなる。このことに一切の例外はない。この事を未然に防ぐ為には、どこかで大量のCO2を産生しなければならない。地球環境を健全な状態にするということは、光合成をする生物がCO2量の制約を受けずに活動できる環境のことを言う。今現在は生命誕生から続く長い歴史の中で、最もCO2が少ない時期の一つであり、その特異な状況下に置かれていることを認識するべきある。CO2は減らすのではなく、本来なら増やす必要があるのである。 「[[地球温暖化CO2原因説]]」はほぼ間違いである。そもそも地球の平均気温へ影響を与えるものは幾つかあるが、その中で最も影響力があるものは大気組成で4%ほどある水蒸気である。IPCC試算の中にはこの水蒸気の数値は一切入っていない。その理由は、常に一定ではない水蒸気の量の算出は困難を極めるからである。因みに温暖化への寄与率は水蒸気もCO2もほぼ等しい。これらの温暖化ガス（便宜上の言い方）に熱を伝えるものは太陽光であり、その太陽光の量を決めているのは成層圏以上の「宇宙放射線によりできる雲」である。全球の雲の量が１%増減すると地球平均気温が1～1.4度上下する（1%減ると1～1.4度上昇する）。これは雲は白いので、雲の部分にあたった太陽光が反射されてしまい、大気まで届かなくなるために温度の上昇下降がおきる。因みに大気組成0.04%のCO2が0.08%（現在の倍の量）に増えたときの平均気温の上昇は約1～1.4度である。以上のように、温暖化がもし起こっているとしても、その主な理由はCO2ではない。 参考までに、IPCC第5次評価報告書（2014年報告）によると、1880～2012年の傾向では、世界平均気温は0.85℃上昇しているという。これは宇宙放射線による雲の増減1%とほぼ同程度である。1880年代から現在までに上昇した平均気温は誤差を鑑みて約0.7度～1.4度であり、また当時の雲の量よりも現在の雲の量は約1%減ったという試算がある。 温暖化関連でここにもう一つ記載しておく。 2015年、英国ノーザンブリア大学のバレンティーナ・ザーコバ教授らのグループが太陽活動について、2030年代に太陽活動が現在の60%にまで減少し、1645年に始まったマウンダー極小期の時代に近い状況になると結論づける研究結果を発表している。研究論文の中で教授らは、起こる確率は97%を下回らないとしている。 上記意見に対して反論は「地球温暖化に対する懐疑論」より抜粋： 水蒸気は温暖化を増幅しているだけであり、温暖化を引き起こすのは二酸化炭素など人為起源の温室効果ガスである。水蒸気の温室効果は気候モデルでも考慮されている。水蒸気だけでは、温暖化傾向を説明できない。 ^ “「水蒸気の温室効果」ココが知りたい温暖化、国立環境研究所” (日本語). www.cger.nies.go.jp. 2018年4月9日閲覧。 ^ Lacis, Andrew A.; Schmidt, Gavin A.; Rind, David; Ruedy, Reto A. (2010年10月15日). “Atmospheric CO2: Principal Control Knob Governing Earth’s Temperature” (英語). Science 330 (6002): 356–359. doi:10.1126/science.1190653. ISSN 0036-8075. PMID 20947761. http://science.sciencemag.org/content/330/6002/356.  地球環境問題 炭素循環 窒素固定 物質循環 二酸化炭素固定 東邦大学 生物分子科学科 田中和博、森林よる二酸化炭素の固定 日本学術会議 公開講演会「環境学のフロンティア：脱温暖化社会へのシナリオ」平成19年3月28日 二酸化炭素固定 日本光合成学会