ATPは臭いだった

野生の動物にとって嗅覚はとても重要です。エサを見つけるのにも、敵の接近を察知するのにも、パートナーを見つけて子孫を残すためにも重要な感覚です。

遺伝子レベルで見ると人間は約400種類の臭いセンサーがあって、空気中の臭い物質が鼻の中に入ってくるのを待ち構えています。これらのセンサーからの情報が脳に伝えられて統合され、無限とも言える種類の脳の感覚を生み出し「好きな匂い」「危険な匂い」「異性の匂い」などが判断されます。  

ところで、アデノシン三リン酸、略称ATPという分子があります(下図)。

ATPは臭いだった

私達の体の中でATPはエネルギー源や神経伝達物質として重要な役割を果たしています。ところが、水の中で生きている生物にとってはATPは臭いであるらしいことがわかっていました。  

理化学研究所の研究チームはゼブラフィッシュを使ってATPが臭いであることのメカニズムの解明に取り組みました。ゼブラフィッシュを飼育している水槽にATPを入れるとゼブラフィッシュはATPの濃い場所を好んで泳ぎ回ります。また、ゼブラフィッシュの嗅覚部分を除去するとATPに反応しなくなりました。  

この実験からATPが嗅覚に作用していることが明らかになりましたので、ATPによって活性化される嗅覚神経回路の解析を行ったところ、ATPは外側糸球体という脳における臭いを感じ取る特定の場所を活性化することが分かりました。 ATPを臭いとして感じるために必要な遺伝子は全ての魚類と両生類で共通に存在しますが、爬虫類、鳥類、哺乳類はこの仕組みを持っていませんでした。

さらに、ATPは血液に多く含まれています。サメやピラニアは血の匂いに寄ってきて獲物を仕留めるといわれていますが、今回の研究結果からサメを誘引する物質は血の中に含まれるATPである可能性が出てきました。であれば、ATPやを散布して人間がいない方向におびき寄せ、サメやピラニアから身を守れる可能性も考えられます。


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2017-05-28 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

皮膚細胞で体内時計を確認

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センターの研究者らは、皮膚の線維芽細胞内における時計遺伝子の活性化周期を測定することによって、その人固有の概日リズムを推定する手法を開発しました。  

私達は体内で生み出される概日リズムに従って睡眠やホルモンバランスなどを調整していますが、一部の人は概日リズムが24時間より長いため、24時間周期の昼夜サイクルが日々後ろにずれてしまい、社会のリズムに同調できずにうつ病などを発症することがあります。皮膚細胞を調べることによってその人のリズムを把握することによって治療の方法を検討できる可能性があることを見いだしました。


2017-05-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

静岡大衛星

静岡大学は独自に開発する一辺10センチの立方体超小型手作り天体観測衛星を2018年度にJAXAの相乗り衛星として打ち上げることになったと発表しました。光学カメラで撮影した天体写真を地上に送信します。将来的には宇宙で撮影された星空の写真をスマートフォンで見られるようにすることも視野に入れています。  衛星は、温室効果ガスを観測する人工衛星(GOSAT-2)と相乗りし、JAXAのH2Aロケットで打ち上げます。

静岡大衛星


2017-05-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

米国での悪役の皮膚描写は病的だった

米国映画では、ヒーローと悪役に二分した皮膚描写が無声映画の時代から用いられています。米国・テキサス大学医学部の研究者らは米国映画の有名なヒーローと悪役について調査し、両者の皮膚描写には医学的に意味のある違いがあることを示しました。また、映画で行われる善悪の二分を強調するための悪役の皮膚描写は医学的に見て病的であるために、皮膚疾患患者に向けられる偏見を助長する可能性があるとしています。

ちなみに、米国の悪役に多く見られたのは
・美容的に著しい脱毛
・目の周りの色素沈着
・顔面の深いしわ
・顔面の多発性の傷が治った跡
・顔面のイボ
・腫れてブツブツになった鼻
でした。  

日本を代表する悪役、ドロンジョ様(ヤッターマン)や峰不二子(ルパン三世)らがスタイル抜群で頭脳明晰の美女として描かれるのとは対照的です。


2017-05-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

原子一個の電気陰性度の測定に成功

東京大学の研究グループは、原子一個ずつの電気陰性度を測定する新しい手法を発見しました。電気陰性度は化学物質の性質を決める上で重要な数値です。一般には周期表の各元素に対してひとつの電気陰性度が与えられていましたが、実際にはあるひとつの値に限定されるものではありません。

研究者らは原子を一つひとつ観察することが可能な原子間力顕微鏡を用いることで、一個ずつの原子の電気陰性度を測定することに初めて成功しました。これにより、例えばシリコン原子であっても、そのシリコン原子が周囲とどのように結合しているかによって電気陰性度も変化することが実証されました。たとえば、純粋なケイ素では1.8、酸素が二個結合した二酸化ケイ素では2.25といった具合に具体的な数値を算出することができます。

この手法によって、さまざまな状態の元素について、周期表上の電気陰性度とは異なる実際の電気陰性度を測定することができるため、化学反応を促進する触媒の反応メカニズムの解明や酸化チタンなどの産業的に価値の高い材料の開発につながることが期待できます。

原子一個の電気陰性度の測定に成功


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2017-05-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

気候変動に反応した動物の移動が想像以上に早い

地球の気候が変化するとそれにともなって動物も植物も自分に適した環境を求めて生息地域を変えることがわかっています。現在は地球の温暖化によってあるものは北上し、あるものは標高の高いところを目指して大移動の真っ最中だと言われています。

気候変動に反応した動物の移動が想像以上に早い

また、気候の変化によって姿が変わってしまう生物もいます。生育に適した温暖な期間が伸びることによって背丈を伸ばし、巨木化する植物はその一例です。米国アラスカ州の北極圏のハンノキ(上写真)は19世紀は高さ90センチほどしかない樹木でしたが現在は180センチを超えるまで成長するようになりました。 また、蚊が媒介する病原生物のマラリアも気候変動の影響を受け、標高の高い所でも蚊が生息できるようになったため、コロンビアやエチオピアでは、高山地帯でもマラリアが発症するようになりました。  

作物につく害虫が生息範囲を広げることによって農作物の収穫に影響が出る事態も頻発しています。米国ではセイバンモロコシという強力な雑草が急速に広がり、マメ類、トウモロコシなどの収穫に影響を与えています(下写真)。米国はかつて温暖化によって赤道周辺の湿潤な気候が大陸内部の広大な砂漠地帯を潤すため、温暖化は米国の農業に有利になるとされていましたが、樹木の北上よりも害虫や雑草の北上の方が早かったため、大打撃を受けそうな状況にあります。

気候変動に反応した動物の移動が想像以上に早い

世界各国の研究機関によって合計4000種以上の生物の生息範囲の継続的調査が行われていますが、うち約半分が移動中であることが分かっています。その移動速度は陸上生物で10年間で16キロメートル以上、海中の生物は60キロメートル以上も移動しており、10年で200キロメートル以上生息地域を変えている生物もいます。  

すべての生物が同じペースで同じように移動するわけではありません。地域によっては先行して北上する生物の移動速度が遅く、あとから来る方が早いと生態系同士が追突している場合も確認されています。そんなことはこの数千年間起きたことが無かったので、何が起きるか予想もつきませんが、世界中で新たな交雑種が現れていることも確認されています。今のところ記録されているのは、カエル、サメ、チョウ、クマ、マスなどですが、これまで出会うことのなかった種が気候変動によって接触し、交雑することで、生態系に未知の衝撃を与えているかもしれません。


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ハルキゲニアの目が見つかった

バージェス頁岩というカナダにある古生代の地層から見つかった約5億年前のナゾの生物ハルキゲニアがいます。この時代を古生代カンブリア紀と言いますが、海の酸素濃度の上昇に伴って突然のように多様な生物が誕生し、現在の生物の基本形が出そろったのがこの時代でした。ここで化石として発掘される生物はどれも現在の生物と比べると変わった形をしているものばかりなのですが、その代表がハルキゲニアです。体長は1センチから5センチ程度の小さな動物でアメリカの古生物学者スティーブン・ジェイ・グールドが1989年に出した「ワンダフルライフ」の中で紹介されて世界中で有名になりました。  

ハルキゲニアの存在が確認されたのは1911年のことでバージェス頁岩を研究した古生物学者の一人、チャールズ・ウォルコットによるものでした。ですが、骨や甲羅のようなものを持っていないハルキゲニアの化石は非常にわかりにくく、全体像が示されるようになったのは1970年代のことでした。  

イギリスの古生物学者サイモン・コンウェイ・モリスはハルキゲニアは細い胴体、その片側に7対14本のトゲ、もう片方の側に7本の触手のような構造が一列に並んでいると考えました。触手のような構造は一列に並んでいるように見えましたので、モリスは対を形成しているトゲの方が足であると考えて復元図を描きました。胴体の片方の両端は細長く伸び、片方には団子のようなナゾのかたまりがついていました。グールドは「ワンダフルライフ」の中でこの復元図を採用したため、ハルキゲニアはこのような現在の生物とは全く異なる体の構造をしたナゾの生物であると考えられました。

↓復元図第一弾
ハルキゲニアの目が見つかった

その後、スウェーデンの古生物学者ラーシュ・ラムシェルドが1992年にモリスの復元は上下、つまりお腹側と背中側が逆であるという衝撃的な発表を行いました。触手が実は2列あり、それぞれの触手には爪が付いていることがわかったためです。これは現在も生息しているカギムシとそっくりな構造でした。ところがまだおおきな問題が残っていました。体のどちらが頭でどちらがしっぽかがわからなかったのです。

↓復元図第二弾
ハルキゲニアの目が見つかった

そしてついに、2016年、イギリスのマーティン・スミス博士とカナダのジーン・キャロン博士が長さ0.2ミリメートルの目と0.05ミリメートルの歯を発見しハルキゲニアの三度目の復元図としてその正確な姿を明らかにしました。その姿は7対の足と7対の背中のトゲを持ち細長い首の先に蛇のようなぬるっとした頭を持つ生物だったようです。

↓最新の復元図
ハルキゲニアの目が見つかった

ちなみに、二世代目の復元図まで描かれていた胴体の端にある丸い膨らみは化石になるときに押しつぶされて体液が押し出されたことによってできたシミであることもわかりました。


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後頭部への電流刺激によって身体のイメージ操作能力が上がる

金沢大学の研究グループは浜松医科大学と共同で、頭の表面から弱い直流電流を流す技術を用いて、運動を学習する際に重要となる体の動きを脳内で想像する能力を6.7パーセント高めることが可能であることを確認しました。

1~2ミリアンペア程度のほとんど本人が気付かないくらい弱い直流電流を10~20分程度通すことにより脳神経の活動を変化させた結果です。経頭蓋直流電流刺激は脳卒中後のリハビリや、うつ病などの治療への応用が期待されます。


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相手の植物に結合して乗っ取る寄生植物

人間の体の中に時々入り込むのが寄生虫ですが、植物に寄生する植物がいてそれを寄生植物と呼んでいます。寄生植物は穀物に寄生すると収穫量を大幅に減らすので農業上の有害植物です。 寄生植物は根を宿主植物の中に伸します。その後、自分の根を宿主植物組織の中心部分にある水や養分の通り道の維管束に連結することで、宿主植物との連絡を確立します。

寄生植物はこのシステムを介して、移動水や養分を宿主植物から奪い大きく成長しますが、一方でさまざまなRNAやタンパク質などを宿主植物へ注入していることもわかっています。この時、寄生植物が宿主植物に対して一体何をしているのかについて理化学研究所が新たな発見をしました。  

植物の実験に広く用いられているシロイヌナズナにコシオガマを寄生させたところ、自分の根を宿主植物に直結させ、植物ホルモンのサイトカイニンを寄生植物が宿主植物に注入し通常状態の8倍もの濃度に高め、宿主植物のホルモン受容体を過剰に刺激して栄養の運搬経路である維管束を太らせることで、効率的な栄養奪取を可能にしていることがわかりました。つまり、寄生植物は宿主のホルモン制御を乗っ取って、自分に都合の良いように植物の生育を操っているということになります。  

下の写真は実験の様子ですが、右側の顕微鏡写真で2種類の植物が完全に結合していることがわかります。左側の写真を見ると、シロイヌナズナに寄生したコシオガマはシロイヌナズナから栄養を奪い取ることによって、2倍にも成長していることがわかります。

寄生虫より怖い寄生植物


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マウス用VRシステム開発成功

現実と区別が付かない仮想体験はゲームの世界で急速に普及していますが、バーチャルリアリティ(VR)を利用できるのは人間だけではなく、マウスやラットなどの小動物でもVRを認識できることが近年明らかになってきました。

マウス用VRシステム開発成功

そこで、理化学研究所がマウス用のVRシステムを開発し、外の世界を認識する脳のメカニズムに応用しようと研究を続けています。  

マウスは脳機能の精密な測定や操作が可能な実験動物であるため、VRシステムをマウスに使わせて行動させながら脳の反応を調べることは、感覚・認知・記憶・学習など広範な領域にわたる脳科学の研究を加速させることが期待できます。  理化学研究所などの研究チームはマウスがVR空間内の目的地に一定時間とどまると報酬がもらえる新しい実験方法を考案しました。下の写真は開発されたバーチャル空間の様子です。

マウス用VRシステム開発成功

このVRシステムでは、体を固定したマウスを前後左右に自由に動くボール状の歩行装置の上に乗せ画面を見せます。マウスが走ると(実際には体は固定されているのでボールの方が動く)ボールの回転をセンサーで読み取って、VR空間の風景はあたかもマウスが空間内を走り回っているように見える仕組みになっています。VR空間内には通路、報酬がもらえる場所、通路の外には、山、タワー、建物などの報酬ポイントを見つけるための手がかりが配置されています。

このVR空間でマウスを走らせながら目的地の認識に対する海馬の活動を調べました。マウスにVR空間内で報酬を得る方法を教えるとマウスはVRシステムを上手に使いこなし、仮想空間の中を走り回りながら報酬のある場所を探し出し、そこにしばらくとどまることによって報酬をもらうことを繰り返しました。

そのマウスに特殊な薬剤を注射し海馬 の機能を低下させると報酬がもらえる目的地への到達確率が著しく低下しました。けれど、この低下は1~3日たつと回復する一時的なものでした。 つまり、海馬の活動を抑制するとVR空間における目的地に関する記憶を思い出すことができなくなるのですが、その記憶は海馬から消去されたわけではなく、一時的に記憶を取り出すことができなくなっているだけであることがわかりました。

このような実験は記憶のメカニズム、記憶したことを思い出すメカニズム、また痴呆の患者が食事をした直後に「うちのヨメはわしに飯を食わせない」などと直前の出来事をすぐに忘れてしまう際の脳の異常の解明などに役立つものと思われます。


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おびおがしかし

Author:おびおがしかし
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。でも、楽しいことしかしません。楽しいことしかできない病、TD! それがおびおなのです。
苦手な食べ物:シーチキン、レバー、昆虫系
Web:ヴォイニッチの科学書
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