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ハダカデバネズミは仲間の足を引っ張ってまで働く

人間社会では、他人の足を引っ張って仕事をする人は珍しくありません。一方で、人間以外のアリやミツバチなど、人間同様の社会を構築している生物では他者の足を引っ張ることは自分が所属する社会全体ためになりませんので、そのような行動はとらないように振る舞います。

ところが最近、人間やアリ、ミツバチ同様に社会的集団を構築して生活するハダカデバネズミにおいて、他者の足を引っ張る行動が発見されました。総合研究大学院大学の研究によるとハダカデバネズミが、他個体の尻尾をくわえて後方に引きずり労働の妨害をすること、また、労働の妨害をしたハダカデバネズミは、引きずり出したハダカデバネズミが労働をした場所で労働を始めることを発見しました。このような行動は社会性社会を形成する種は、コロニー全体の利益のために自己を犠牲にする利他行動を進化させているという事実から考えると説明がつきません。

東アフリカの乾燥地帯の地中のトンネルの中で生活するハダカデバネズミは、哺乳類でありながらアリやミツバチのような真社会性 社会を形成します。コロニーサイズは最大で200匹以上に達し、コロニー内の繁殖は、一匹の女王個体と少数の繁殖オス個体のみが行います。その他の個体は、ワーカーとなります。ワーカーは協力して、巣の中の特定の部屋から不要な巣材を取り除く集団労働をしています。 ハダカデバネズミの社会において、他個体を妨害する行動はコロニーのためになる行動とは考えられず、進化生物学的に説明することが難しい現象です。では、なぜ、ハダカデバネズミは、このように無駄な行動を行うのでしょうか? 

この疑問に対する答えは本研究から明らかにはできませんでしたが、ひとつの可能性として、妨害行動は、本種が持つ極端に利他的な行動傾向の副産物である可能性があります。ハダカデバネズミでは、個体がコロニーのために働く極端な利他性を進化させています。この極端な利他性は、ハダカデバネズミの生活の多くの状況において、コロニーの利益を上昇させるために役立っています。このような行動傾向の副産物として、他個体を妨害するほどの労働を行ってしまうのかもしれません。この点を明らかにするためにはさらなる研究が必要です。

ハダカデバネズミは仲間の足を引っ張ってまで働く


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2019-02-27 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

宇宙に関する根本的な数値の再検討が必要

遠方宇宙のクエーサーの観測から、初期宇宙の膨張が標準宇宙モデルの予測と食い違っている可能性が示されました。クエーサーは激しい活動をしている銀河で、いずれも数十億光年以上離れているにもかかわらず明るく輝き、強い電波を発しています。

宇宙に関する根本的な数値の再検討が必要

現在の標準宇宙モデルでは、人体や惑星、恒星などを形作っている普通の物質は宇宙全体の数パーセントしか占めていないとされています。残りの4分の1はダークマター(宇宙空間に存在し、質量だけをもち、目に見えない物質)、残り4分の3はダークエネルギーで、ダークエネルギー が宇宙の加速膨張を現在も引き起こしているとされています。

この標準宇宙モデルのもとになっているのは、約138億年前に起こったビックバンの熱放射の名残である宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の観測と、超新星爆発や銀河団の観測データです。宇宙マイクロ波背景放射からはこの宇宙が誕生した時の情報が得られ、銀河団などの観測からは最近の宇宙の情報が得られます。この間をつなぐために伊・フィレンツェ大学と英・ダーラム大学の研究チームがクエーサーの明るさから宇宙膨張の様子を調べました。 ESAのX線宇宙望遠鏡XMMニュートン、NASAのX線宇宙望遠鏡チャンドラ、スウィフトの過去の観測データから1600個のクエーサーのX線データを選び出し、地上からの紫外線観測の結果と組み合わせて解析しました。

その結果、80億年前の宇宙膨張を記録した超新星爆発データと、120億年前の宇宙膨張を記録したクエーサーのデータはどちらも似た宇宙膨張の速度を示しました。ところが、より古いクエーサーの観測から導いた実際の膨張速度と標準モデルの予測との間に食い違いがあることがわかりました。同様の食い違いはすでに、宇宙マイクロ波背景放射の観測結果から導き出した現在の宇宙の膨張速度を表す「ハッブル定数」が過去の計算値と一致しないことも報告されており、こうした食い違いを解消するためには、標準宇宙モデルに新たなパラメーターを追加する必要があるかもしれません。

宇宙初期と120億年前から現在までの宇宙膨張速度に違いがあることの、一つの解決策として、標準理論では一定とされているダークエネルギーの密度が、時代とともに増えると仮定することが考えられます。この過程を証明するためには、より多くの宇宙初期のクエーサーの観測が必要です。 ESAでは、2022年に宇宙望遠鏡「ユークリッド」の打ち上げを予定しおり、ユークリッドは100億光年かなたの宇宙の姿を観測できる性能があるため、ダークエネルギーについてもなんらかの知見が得られるものと期待されています。

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現在建造中の「ユークリッド」
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2019-02-26 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

モザイク動物

モザイクとは一匹の体に遺伝的性質や染色体の数などが異なっている2種類以上の細胞や組織が部分的に混じった生物です。ただし、親は雄雌一匹ずつで、モザイクは個体発生の過程で生じた突然変異で起きます。たとえば、染色体不分離や受精後に二重受精や胚 の融合が起こり分裂しない時に起きます。 モザイクは昆虫や甲殻類では高い頻度で発生します。次の写真はアゲハチョウのモザイクです。黒と黄色の部分がオス、はねの左下や右上などに散在する青い部分がメスです。

モザイク動物

最近、米国ペンシルベニア州で体の右半分が真紅で、左半分が灰褐色のショウジョウコウカンチョウが見つかりました。ショウジョウコウカンチョウは、オスが赤い色をしていて、メスは褐色ですので、この鳥は、右半身がオスで左半身がメスということになります。このように、オスとメスの特徴を両方あわせもつことを、専門的には雌雄モザイクまたはハーフサイダーといいます。  

ではなぜこのようなことが起きるのでしょうか。  鳥の雌雄性決定のしくみは哺乳類とは異なります。哺乳類の性染色体にはXとYの2種類があり、オスはX染色体とY染色体を細胞核にそれぞれ1つずつもち(XY)、メスはX染色体を2つもっています(XX)。 一方、鳥の性染色体はZとWの2種類で、オスはZ染色体を2つもち(ZZ)、メスはZ染色体とW染色体を1つずつもっています(ZW)。そして、精子や卵子などの生殖細胞は、通常はどちらかの性染色体を1つしかもたないため、結果としてオスの精子はZ染色体をもつ精子だけになりますが、メスの卵子にはZ染色体をもつものとW染色体をもつもの2種類があります。何らかの理由により、ZとW両方の染色体をもった卵子が、2個の精子によって同時に受精したときに雌雄モザイクが生まれると考えられています。これによってできた子供は、体の半分がZZの染色体をもつオス、もう半分がZWのメスになります。

モザイク動物


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2019-02-25 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

食器で味をコントロールする

食器で味をコントロールする研究が広がりを見せています。この研究は健康上の理由で塩分が摂取できない人にも、塩味の効いた食事を楽しんでもらったり、わずかの糖分で十分な甘みを感じたり、味を電気信号に変換して遠隔地に転送することも可能にします。  

産業技術総合研究所は塩味を感じるフォークを開発しました。そのまま食べると塩味の足りないチーズや肉をこのフォークで食べるだけで塩味を感じることができます。このフォークは「電気味覚フォーク」と呼ばれており、持ち手の部分が陰極、食材に刺す先端の部分は陽極となっていて、このフォークで食材を刺して口に運ぶと味を感じる細胞に電気刺激が加わる仕組みです。舌には塩味だけではなく、酸味・甘み・苦味・うま味も感じる仕掛けになっていますが、このフォークが塩味を感じる龍はよくわかっていません。食材の味を知る脳が想像を働かせることで、舌への電気刺激を味として錯覚している可能性が指摘されています。ちなみに、これで甘いものを食べるとアルミホイルをかんだような電気を感じる刺激があり、美味しくないそうです。

塩味と酸味を感じるのは「イオンチャネル」というたんぱく質で、電気刺激によってイオンを流したり止めたりすることができるので、味を再現できるものと思われます。一方で、甘味は細胞に味物質が結合して味を感じるため、電気刺激がメカニズムのこのフォークは向いていません。

このほか、東京大学ではあごと首に電極を装着して、口の中の食べ物のイオンを移動させることによって味の強弱をつける装置の開発に成功していますし、明治大学の研究者らは、かむことによって口の中で発電するガムを開発中です。こちらは味のないガムを噛んで味覚を感じさせようとする研究です。

味覚の完全なコントロールに成功した例はまだありませんが、今後の研究で味覚を作り出す装置の発明と味覚のメカニズムの解明がセットで進んでいくものと思われます。


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2019-02-22 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

性ホルモン産生酵素が個人の性格・気質に関連する

理化学研究所の研究グループは、脳内で発現する女性ホルモン産生酵素アロマターゼの発現量がヒトの性格の個人差に関連することを、陽電子放射断層画像法(PET)による脳画像解析で明らかにしました。  

今回、研究グループは、健常男性11名と健常女性10名を対象に、女性ホルモン産生酵素のアロマターゼに特異的に結合する化合物セトロゾールを使用して、脳内アロマターゼの分布と量をPETで測定しました。またその際、質問紙を用いて個人の攻撃性と協調性などの性格・気質を測定しました。

その結果、女性においては扁桃体 におけるアロマターゼ量が多いほど攻撃性が高く、男性・女性ともに視床 におけるアロマターゼ量が多いほど協調性が低いことが示されました。これにより、ヒトの性格と脳内のアロマターゼ量の関連性が示され、それには性差があるものと両性共通のものがあることが分かりました。


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2019-02-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

電子相関と高移動度を併せ持つディラック半金属

「ディラック半金属」では、「ディラック電子」と呼ばれる相対論的な運動をする電子が物性を担う性質があり、通常の物質と異なった電気伝導特性を示します。ディラック電子には
・移動度が極めて高い
・電気抵抗の起源となる不純物による散乱を受けにくい
といった性質があることから、電子デバイスの高速化や省電力化につながる可能性があります。これまで、ディラック電子はグラフェンなどの一部の物質で見られる特殊な電子と考えられてきましたが、最近の研究により、金属酸化物や磁性体などの物質でも生じることが確認されています。  

通常の金属や半導体では、伝導電子が電気的な性質を決めていますが、電子間に働くクーロン相互作用(電子相関)が強くなってくると、電子は互いに反発し合い、動きにくくなります。特に、電子相関が十分強い場合には電子は動けなくなって、物質は電気を通さない絶縁体状態になります。電子相関が強い物質は「強相関物質」と呼ばれており、高温超伝導などの機能性を示す電子材料として知られています。また、電子相関が強いディラック半金属が示す物理現象は、物性物理学の最先端の課題の一つで、既存の物質では見られない新しい機能性が期待されています。その第一歩として、強相関物質で高い移動度のディラック電子を持つディラック半金属を実現する必要がありますが、これまでにそれを実証した研究報告はほとんどありませんでした。

理化学研究所と東京大学の共同研究グループは、強相関物質でディラック半金属状態を示す候補であるペロブスカイト型結晶構造を持つ「イリジウム酸カルシウムCaIrO3に着目しました。その単結晶の電気伝導度を測定したところ、極低温の0.12K(約-273℃)において、電子の移動度が60、000cm2/Vsを超える極めて高い値となっていることが分かりました。この値は、既存の酸化物半導体ではほぼ最大値となります。  

さらに、磁場中で電気伝導度を測定したところ、「シュブニコフ・ド・ハース振動」と呼ばれる高移動度電子に特徴的な電気伝導現象が見られました。シュブニコフ・ド・ハース振動を詳しく解析したところ、ディラック電子のバンド分散(電子のエネルギーと運動量の関係)の特異点が、フェルミエネルギーのごく近傍に近接したディラック半金属状態が実現していることが分かりました。このため、電子のキャリア密度と「見かけの重さ」である有効質量が極めて小さくなり、高い移動度の起源となっていると考えられます。  

次に、この起源を探るために、電子相関を取り込んだ精密な理論計算を行いました。その結果、「この電子状態は、電子相関によってディラック電子のエネルギーが変化する」という新しいメカニズムによって生じていることが分かりました。 本研究により、電子相関が強いディラック電子がペロブスカイト型酸化物というよく知られた化合物群で実現できたことから、基礎研究や高移動度電子材料の研究開発が一層進展すると期待できます。

電子相関と高移動度を併せ持つディラック半金属


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2019-02-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ジオスペース探査衛星「あらせ」の科学的成果

ジオスペース探査衛星「あらせ」は、2016年12月にイプシロンロケット2号機で打上げられました。その後、着実に観測成果を積み重ね、当初予定していた定常観測運用を終え、2018年12月にJAXAにてプロジェクト終了審査を実施し、定常運用の終了と後期運用への移行が決定されました。を妥当と判断されました。

ジオスペース探査衛星「あらせ」の科学的成果

ジオスペース、つまり地球周辺の宇宙空間は、太陽活動の影響で常に激しく変動しています。とくに激しい変動時には地球を取り囲む磁場でできた殻状の放射線が濃い構造、ヴァン・アレン帯の高エネルギー電子が急激に増加することが知られています。高エネルギー電子がどこでどのように生成されるかはヴァン・アレン帯発見以来の謎として残されていました。あらせは、人工衛星にとっては厳しい放射線環境下にあるヴァン・アレン帯の中心部で直接、高エネルギー電子が生まれる過程を世界ではじめて観測することに挑みました。その結果、規模の異なる多数の宇宙嵐時の放射線帯変動を観測することに成功しました。

その科学成果として、宇宙嵐時の放射線帯では、内部磁気圏内部で高エネルギー電子が確かに生成されている(内部加速)ことを実証し、放射線帯の高エネルギー電子の生成・消失過程において、ジオスペース中に発生するプラズマの波が大きな役割(波動粒子相互作用)を果たしていることを発見しました。  

後期運用期間として2021年度末までの3年間。波動粒子相互作用による放射線帯電子加速と消失を同定するために、プラズマ総合観測を行う計画です。また、米国などの新たな衛星との連携も計画しています。


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2019-02-20 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヒト細胞アトラス

人体を構成する37兆個の細胞を網羅するカタログをつくるプロジェクト「ヒト細胞アトラス」が進められています。すべての細胞には、全身を構築するだけの遺伝子一式が細胞核の中に封入されていますが、その遺伝子の中のごく一部分だけが活性化して機能しています。脳細胞では情報処理に必要な遺伝子が活性化し、肝臓で細胞では化学物質を分解する遺伝子が活性化しています。37兆個の細胞について活性化している遺伝子を細胞1個レベルで特定し、カタログ化し、全身地図上にに配置した上で細胞間の情報や分子のやりとりを解明する壮大な計画です。

ヒト細胞アトラスが完成すれば病気の原因となる遺伝子が全身のどの臓器のどこで働き始めるのかがわかったり、どの細胞とドの細胞のコミュニケーションがきっかけで発症するのかなどがわかったりし、対策を早く講じることができます。また、哲学的な人間の本質を解き明かすこともできます。  

この研究を支援しているのは、フェイスブック創業者のマーク・ザッカーバーグやマイクロソフト共同創業者のひとりである故ポール・アレンなどですが、彼らの設立した研究機関だけではとてもやり遂げることはできない大規模な共同研究で、スウェーデンのカロリンスカ研究所など、世界の一流の研究機関が加わっています。  

たとえばカロリンスカ研究所の一つの研究チームは遺伝子の活性化具合を細胞ごとに継続的に測定できる技術を開発し、時間経過と細胞の変化の関係を調べています。これによって、その細胞が将来どんな機能を担うのかを予測できます。  

また、マサチューセッツ総合病院の共同研究者たちは、淡水魚のエラやカエルの皮膚にみられる、浸透圧調整機能をもつ細胞に似た細胞が人間にあることを発見し、この細胞が人間の重篤な肺疾患に関わっていることを指摘しています。  

ヒト細胞アトラスは、プロジェクトの発足当初から、結果は公共の財産と考えられており、世界中で科学研究を促進するオープンリソースとしてデザインされています。


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2019-02-19 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

マルチバース仮説

マルチバース仮説
https://www.scientificamerican.com/article/looking-for-life-in-the-multiverse/

この宇宙は138億年前に起きた宇宙の急膨張「インフレーション」で始まったとされています。そして、インフレーション理論が正しいのであれば必然的に導き出されるのがマルチバース宇宙論、つまり、私たちが暮らすこの宇宙以外にも、無数の宇宙が存在するという説です。宇宙がインフレーションから始まったとすると、出来上がった宇宙がこの宇宙だけと考えるのは非常に無理があり、無数の宇宙が誕生した、そして今も誕生している、と考える方が美しく理論を構築することができます。

マルチバース宇宙論で誕生する無数の宇宙はそれぞれ個性が異なります。物理乗数は当然異なりますし、宇宙の組成が私たちの想像できない何かでできている宇宙もあるかもしれません。この宇宙ではインフレーションは約138億年前に終わり、その後にビッグバンが起き、宇宙の材料がまき散らされて温度が下がり、現在に至っています。やがて、星々や銀河が生まれ、その中の一つ天の川銀河に私たちは誕生しました。

しかし、この宇宙には外側があり、そこではインフレーションが終わっていない可能性が高いのです。つまり、宇宙は私たちの宇宙が誕生する前から、今も無数に誕生し続けているというのです。それは、私たちも知らないある時、インフレーションが一度はじまったら、それを止めることはできないと考えられるからです。インフレーションが終わらないことを「永久インフレーション」といいます。

ここで興味がわいてくるのは、私たちは隣の宇宙を観測できるのだろうか、ということです。結論は、別の宇宙を見ることはできないけれど、その存在を知ることは可能かもしれないということです。たとえば、宇宙マイクロ波背景放射や重力波背景放射を使った観測があげられます。それらの背景放射は、この宇宙が誕生した時のエネルギーや重力が宇宙全体から地球に届いているものです。

これは言ってみれば、ドーム状の天井から、ドームの中心にある地球にエネルギーや重力が届いているようなものです。この宇宙に他の宇宙が衝突すると、ドームの天井が変形します。変形した天上から届くエネルギーや重力波は他のところとは異なったものに変化します。たとえば、他の宇宙と衝突してこの宇宙がへこめば、へこんだところからくる宇宙背景放射や重力波背景放射は手前に出てくるはずです。一方で、隣の宇宙の巨大な重力にこの宇宙がひっぱられれば、宇宙背景放射も重力波背景放射もそこだけが遠ざかるはずです。このようなほんのわずかのドップラー効果を観測することができれば、隣の宇宙の存在を予測できるかもしれません。


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2019-02-18 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

中国の遺伝子編集赤ちゃんは実在した

2018年11月に発表された、遺伝子編集した双子の赤ちゃんは実在したことが中国当局によって確認され、遺伝子編集を実行した南方科技大学の賀建奎(フー・ジェンクイ)元准教授は大学を解雇され、自宅監禁状態にあります。  

2018年11月に突然発表されたこの遺伝子編集赤ちゃんはHIVの感染を防ぐために双子の赤ちゃんのDNAを改変したとされていました。この実験は世界的な大バッシングを呼び、中国の研究者らも非難の声明を出していました。  

フー元准教授は2016年6月からこの研究に着手し、途中で中国政府じから出された研究中止命令を無視してひそかに研究をつづけた、とのことです。また、実験に協力した夫婦に対しては、偽造の倫理審査証明書を示したとのこと。  

現在赤ちゃんは医療観察下に置かれています。また、遺伝子編集された胚を体内に受け入れて現在妊娠中の協力者もおり、今後複数の遺伝子編集赤ちゃんが誕生すると思われ、いずれも中国当局の監視下にあるとのことです。中国当局は関係者全員を法に基づき処罰するようです。国家反逆罪で死刑でしょうかね

・・・もうまるで、ガンダムSEEDのナチュラルとコーディネーターですね。ナチュラルの現中国政府とコーディネーターのネオ中国独立国みたいなのができて、宇宙空間にネオ中国都市国家コロニーが建設されて地球と宇宙で中国同士が戦争する結末が視えます。その戦場で日本の美少女声優アニソンシンガーが歌を歌って平和を訴えるというか・・・
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2019-02-15 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

グリーンランドの氷が前例のない速さで解け続けている

米国オハイオ州立大学の研究によると、グリーンランドでは、2002年から2003年にかけて氷の消失スピードが元に戻れないポイントを超えていたようです。この年以降、氷の消失速度は急加速しています。これまで南極などでも氷河が溶けだす現象は頻繁に観測されていましたが、グリーンランドではさらに深刻なことに、地面に強く結合していた氷床が大量に溶けていることもわかりました。  

グリーンランドの氷床は、厚みが最高で3000メートルもあり、これがこのまま解け続ければ、海面は7メートルも上昇してしまいますので、もともと海の上にある氷河が分離して溶けるのとはわけが違います。  

グリーンランドの氷が溶けると水面が上昇するだけでなく、冷たい水が大西洋に流れ込み、大西洋の海水の大循環にブレーキを掛けます。そうすると、冷たい海水は冷たいまま、熱い海水は太陽熱でより厚くなりますので、北米やヨーロッパは寒波と熱波に襲われる異常気象が続くことになります。




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2019-02-14 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

宇宙空間でトマトを栽培

2018年12月、スペースX社のファルコン9でトマトを栽培する人工衛星が打ち上げられました。この人工衛星「Eu:CROPIS」は、将来人類が宇宙空間や月や火星で生活する時代が来ることを見据えたものです。これから人類が宇宙に出ていくにあたって、宇宙空間に大量の食糧を輸送することは現実的ではありませんので、現地で植物を栽培する必要があります。しかし、宇宙空間は大気や気候、太陽光エネルギー、それに重力が大きく異なります。地球上で45億年かけて進化した植物を宇宙空間で栽培することが可能かどうか、まずはそこから検討する必要があります。

宇宙空間でトマトを栽培

今回の実験では、地球と最も異なる、重力の影響を調べます。この人工衛星は一辺1メートルの小型衛星で、内部には2つの温室を搭載し、月と火星の重力環境を自転速度を変えることによって再現できます。月の重力は地球のおよそ6分の1、火星の重力は地球のおよそ3分の1です。  

温室ではトマトを栽培します。トマトが選ばれたのは、その赤い色が生育の指標としてわかりやすく、しかもカメラでとらえやすいためです。なお、この衛星は実験が終わってもトマトの収穫をする機能はなく、大気圏に突入して焼きトマトになります。
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2019-02-13 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

シリコン量子ビットの高温動作に成功

量子ビットというのは、電子スピン、つまり、電子の自転方向が右回りか左回りか、回転の内部自由度の向きのことで、よく雑誌に載っている図では上向きや下向きの矢印で表現されますが、このような矢印で符号化された情報の最小単位のことです。一般的なデジタル回路では0か1かの2つの状態のどちらかに情報が保持されるのに対し、量子ビットでは0でありかつ1でもある状態、これを重ね合わせの状態というわけですが、これらを組み合わせて表現することができます。量子ビットはセンサーなどへの応用が期待されていますし、多数の量子ビットを結合することで、量子コンピューターを構築できます。

量子ビットのなかでも、シリコンの中の電子スピンを用いたシリコン量子ビットは、既存のシリコン技術で作製可能であり、現状のシリコン集積回路との接続性の良さなどから注目を集めています。しかし、現状のシリコン量子ビットは、熱エネルギーによるかく乱を防いで電子を局在化させるためにその動作には0.1K(約-273℃)以下という極低温環境が必要でした。この温度を作り出す冷却装置は、1台あたり1億円程度と高価で広い設置スペースも必要です。

そこで理化学研究所と産業技術総合研究所の共同研究グループは、従来よりも高い温度で動作するシリコン量子ビットの開発を試みました。  

電子を局在化させるためには2つの方法があり、ひとつは電子を狭い領域に3次元的に閉じ込める量子ドット構造を用いること、もう一つの方法は不純物を利用する方法です。今回採用されたのは後者の方法で、均一なシリコンの中で不純物が局在する場所で形成するエネルギー準位を利用するものです。不純物として、これまではリンなどが使用されていましたが、それらによる電子の局在化は弱いものでした。より有効な不純物としてアルミ-窒素不純物が見いだされ、これによって生じるエネルギー準位を用いました。

シリコン量子ビットの高温動作に成功

量子ビットの状態を電気信号として読み出すためにトンネル電界効果トランジスタ素子 を採用し、スピン閉鎖現象 を用いてスピンの状態を読み取る仕組みを構築した結果、最高温度10K(-263℃)での量子ビット動作に成功しました。10Kを超えると熱によるかく乱で電子が局在化できなくなりますが、この点についても不純物にさらに工夫を加えることによってより高い温度でのシリコン量子ビット動作をできるアテがあるとのことですのでより高温で動作可能な量子ビットも開発されそうです。  

いずれはこういった仕組みを使ったコンピューターが普通のものになるわけなので、日本の素材メーカーはもう少ししっかり量子コンピューター用材料の研究をするべきと思います。
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2019-02-12 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

超巨大加速器FCC

欧州原子核研究機構(CERN)が、現在運用中の世界最大の衝突型円型粒子加速器、大型ハドロン衝突型加速器(LHC:Large Hadron Colider)よりもさらに巨大な加速器Future Circlar Colider(FCC)の建設計画を発表しました。

加速器は粒子を光の速度に近い速度まで加速し、正面衝突させて発生する素粒子などを分析する装置です。LHCもFCCも地下にドーナツ状のトンネルを設置する円形加速器ですが、加速器の長さが長いほど強力なエネルギーを生み出すことができます。現在運用されているLHCの円周は27キロメートルですが、FCCの計画はそれをはるかに超える一周100キロメートルで提案されています。建設費用の概算は240億ドル、ざっと3兆円に達します。得られる粒子衝突エネルギーはLHCの6倍です。

超巨大加速器FCC

この宇宙がなぜこのようであるか、あるいは、宇宙誕生の瞬間に何が起きたのかはまだわかっておらず、理論物理学によって解釈が進められている状況です。LHCも巨大な加速器ですが、LHCでは解明できていない問題も多数あり、さらなる強力なエネルギーが必要とされていますが、科学者の間でもFCCでいいのか、という疑念はあります。FCCはLCHの6倍とは言っても、ブラックホールや宇宙そのものが誕生する際のエネルギーに比べるとはるかに小さなもので、それでどこまで宇宙や物質の根源に迫れるだろうか、という不安にも似た疑問です。

仮に、科学の領域に投資対効果という概念を持ち込むなら、3兆円でアルツハイマー型認知症の治療薬研究をする、病気を持って生まれてくる子供たちの遺伝子治療の研究をする、ハッブル宇宙望遠鏡の後継となる可視光望遠鏡を建造する、いろいろできるわけで、それらの方が明らかに投資対効果は大きく、かつ確実なはずです。  

日本ではLHCの後継として計画されている国際リニアコライダー(ILC:International Linear Collider)も日本主導で進めていますが、建設にかかる1兆円の費用などの問題もあり、国内誘致の表明にはいまだ至っていません(表明期限は2019年3月7日)。

超巨大加速器FCC

一方で中国は陽子・陽子衝突型加速器(SPPC:Super proton proton Collider)の建設計画があり、こちらは確実に建設されるとみられています。 LHCは2012年にヒッグス粒子を発見しましたが、その後は素粒子の発見においては成果が出ていません。
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2019-02-11 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

虫の羽音を聞く植物を発見

音は生命の生存戦略上重要な情報です。イスラエル・テルアビブ大学の研究者は音を感知できるのは動物だけなのか、という点に疑問を持ち、植物が音を聞くことができるかどうかを調べました。音を聞く、の定義は人間同様に空気の振動を感覚として認識し、それを生命現象に反映させていることと定めました。今回行われた一連の研究から判断する範囲において、植物には音を聞き、それによって生存に有利に反応する能力があることがわかりました。  

今回の研究はマツヨイグサ属の花を使って行われました。この花は花粉を媒介するハチの羽音が聞こえた数分後に蜜の糖度が一時的に20パーセントも高くなっていました。風の音やコンピューターで合成した低音、中音、高音などには反応しませんでした。また、音を伝えないビンの中に花を入れて、ビンの外側にハチを近づけても反応しませんでした。  

花が開いた時の形が一般に、パラボラアンテナのような形で音を受けとめて増幅させるのにちょうどよい形状になっている点も今回の実験結果との関係が気になるところです。そこで、追加の実験として、ハチの羽音の周波数と花の固有振動の周波数を比較したところ、なんとそれらが一致することも確認されました。

虫の羽音を聞く植物を発見
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2019-02-08 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

革新的な遮熱フィルムを開発

日本の化学メーカー東レは、ガラス並みの透明性と世界最高レベルの遮熱性を兼ね備えた遮熱フィルムの開発に成功しました。開発した遮熱フィルムは、太陽光の中で、温度上昇の原因となる赤外線を選択的にカットすることに成功したもので、通常のクリアガラス対比39%、市販の高性能・透明遮熱フィルム対比11%の冷房負荷削減効果を確認できました。

現在、地球温暖化を背景に、世界規模で省エネ、二酸化炭素削減が求められており、その対策の一つとして建物での冷房負荷の削減に対するニーズを受けてこのような構成のフィルムのニーズが高まってきています。
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2019-02-07 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

磁北極の移動が加速中

地磁気の北極が予想とは違う方向に予想よりも急速に移動しつつあることがわかりました。地磁気の北極はもともとあった、カナダの北極諸島から出て、シベリアに向かって移動中です。移動速度は、これまでも年間約15キロメートルの速度で移動をしていましたが、最近の観測では年間約55キロメートルに加速していました。

地球の磁場に関する世界磁気モデルは前回の更新が2015年、次の更新は2020年の予定でしたが、今すぐにでも更新しなければ、ナビゲーションシステムなどに大きな影響を及ぼします。たとえば、スマートフォンに内蔵された磁力計は、世界磁気モデルに基づいて、地図アプリのナビゲーション機能を実現しています。

磁北極の移動が加速中
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2019-02-06 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

星がブラックホールになる瞬間が見えた

今から2億年以上前、地球は恐竜の時代に、小型の渦巻銀河CGCG 137-068で超新星爆発した星の光が、2018年6月に地球に届いていました。この超新星は通称「カウ(Cow)」と呼ばれており、米ノースウェスタン大学を中心とした世界各国の共同研究チームが解析を進めた結果、ブラックホールが誕生する瞬間の情報が得られていたことが明らかになりました。  

超新星爆発は頻繁に観測されていますが、カウは近年検出されたものの中では最も地球から近いため、詳細なデータを得ることができました。カウは短時間で非常に明るくなり、X線で観測すると、通常の超新星の最大数十倍も明るく輝きました。一般的な超新星が数週間かかってピークの明るさになるのに対し、カウはわずか数日でピークの明るさに達した点も非常に珍しいことでした。また、カウが超新星爆発によって宇宙空間に放出した物質の量を計算したところ、その量は驚くほど少なく、おそらく太陽の質量の10分の1程度しかありませんでした。超新星爆発を起こす星は太陽よりもはるかに重い星なので、普通、超新星は太陽の数十倍の物質を放出します。

星がブラックホールになる瞬間が見えた

その上、放出された物質の中には水素とヘリウムが含まれていました。これも不思議なことで、超新星爆発を起こす星は、水素やヘリウムのような軽い元素は使い尽くしているというのがこれまでの常識でした。  

解釈の難しいカウの正体ですが、研究チームは2つの可能性を検討しています。一つはカウの中心核が強い磁気を持ち、1秒あたり約1000回という猛スピードで自転している中性子星である可能性。もう1つは、青色超巨星と呼ばれる高温の巨星が爆発しそこなってブラックホールになった可能性です。  

ブラックホールであれば、星の内部の物質のほとんどがつぶれてブラックホールを形成し、はじき出された物質もブラックホールのまわりの円盤に降着するため、星の質量の大半が宇宙空間に放出されることが無くても説明がつきます。  

今後数年間観測を続け、X線の放出が収まれば、カウはブラックホールの誕生の瞬間だった可能性が非常に高くなります。
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2019-02-05 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

貼るだけ膵臓の開発

糖尿病治療では血糖値をしっかりと下げるためにインスリン治療が行われます。インスリンはホルモンの一種で、膵臓に存在するランゲルハンス島 という細胞の集団から分泌される高分子です。生理作用は血糖の抑制です。  

近年は、体内のインスリン濃度を適切に維持するため、インスリンポンプの普及が進んでいますが、インスリンポンプにも問題点があります。それらは、患者に及ぼす身体的・心理的負担、ポンプのメンテナンス、医療費などです。このため、装置を使わない、人工膵臓の開発が強く求められています。試みは様々行われていて、血糖を酸化して機能しなくするタンパク質などが検討されていますが、タンパク質は元々不安定なため、実用化には至っていません。  

東京医科歯科大学を中心とした国内の研究グループは、タンパク質を一切使用せず、完全合成型のグルコース応答性材料であるボロン酸ゲルを用いた解決法を提案しており、このたび、フィブローインを使用したマイクロニードル型の人工膵臓のプロトタイプの開発に成功しました。

フィブローインというのは極めて優れた力学的特性、生体適合性および化学的に可変な生分解性を有し、手術糸や硬組織欠損部代替埋め込み材料として認可され、広く利用される生体材料です。

マウスを使った皮膚への装着方法等も含めて検討が行われ、その結果、「水中で2ヶ月以上安定で、かつ血糖値依存的なインスリン供給性能が週単位で持続する」前例のないマイクロニードル材料技術の開発に成功したものです。

この新たな技術は、糖尿病患者の生活の質改善の観点で求められる「週単位の持続性」ニーズに応えるうえで、大きな優位性があります。今後、動物での安全性・治療効果の実証を経て、実用化へ向けた研究が進められます。

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2019-02-04 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

忘れた記憶を復活させる薬

脳内のヒスタミン神経系を刺激する薬物を投与すると、忘れてしまった記憶をスムーズに思い出せるようになることが、マウスとヒトの試験から明らかになりました。脳内ヒスタミンは睡眠や食欲と共に記憶に関わると考えられています。神経伝達物質としてはヒスタミンを抑える抗ヒスタミン薬は、脳に移行すると記憶成績を低下させることがわかっています。

物事を覚えてから長時間経過すると、その記憶は思い出せなくなりますが、忘れた記憶も脳の中には残っていると考えられています。しかしながら忘れた記憶を自由に回復させる方法は存在しません。ヒスタミンを抑える抗ヒスタミン薬は、脳に移行すると記憶成績を低下させることがわかっていますので、逆にヒスタミン神経を適切に活性化させられれば、記憶が向上する可能性があります。

北海道大学、京都大学、東京大学の共同研究グループは、マウスとヒトに記憶実験を行い、ヒスタミン神経を活性化する薬が記憶を復活させる作用があることを明らかにしました。

38名の実験協力ボランティアにたくさんの写真をあらかじめ見せ、これら写真の記憶テストを1週間後に行いました。テストでは、トレーニングで見せた写真とトレーニングでは見せなかった写真、トレーニングで見せた写真と類似の写真を参加者に見せて、トレーニングで見たか、類似したものを見たかを質問しました。その結果、ヒスタミン神経活性化薬ベタヒスチンの投与によって、記憶テスト正解率が向上しました。詳細な解析を行った結果、もともと記憶成績が悪い参加者や難しい問題ほど、ヒスタミン神経活性化薬による記憶の改善効果が大きく認められることがわかりました。

ちなみに、実際にもともと成績が良い参加者にベタヒスチンを投与した場合は、脳の信号のS/Nが低下して成績が悪くなったということです。

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2019-02-01 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :
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会社員をしながら科学のコンテンツを作ってます。書籍とか、トークライブとか、セミナーとか、ネットラジオとか、Webコンテンツとか。
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