サイエンスジャーナル

自然科学大好き!サイエンスジャーナル!気になる科学情報をくわしく調べ、やさしく解説します!

2013年07月

猛暑で大気汚染が深刻化する?気孔にオゾン吸収能力

 気孔の働き
 植物の葉の表面にある気孔にはどんな働きがあるだろうか?

 気孔は主に光合成、呼吸および蒸散のために、外部と気体の交換を行う目的で働く。光合成の基質の一つである二酸化炭素は、空気中から主に気孔を通じて供給される。さらに、葉の内部(葉肉)で行われた光合成により生じた酸素も気孔より排出されるほか、蒸散による空気中への水蒸気の放出も同様に気孔を通じて行われる。

 屋上緑化では植物の気孔からの蒸散作用により周辺の気温を下げる効果がある。例えば直射日光に晒されている厚さ300μmの葉は、冷却しなければ1分間で100℃に達するが、植物は蒸散によって太陽から入射する熱の半分を吸収している。

 最近では、大気汚染物質であるオゾンを吸収する働きが注目されている。植物は、葉の表面の「気孔」という小さな穴を通じてオゾンを吸収する。しかし高温になると、水分を失わないように気孔を閉じる傾向がある。乾燥が進むほど、気孔をしっかりと閉じて水分を守ろうとする。


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人はどこまで飛べるか?人力ヘリコプター、史上初の快挙達成!

 人力でどこまで飛べるか?
 人力飛行機というと、鳥人間コンテストを思い出す。毎年夏休み明けの9月初めにテレビ放送される。

 今年も「第36回鳥人間コンテスト2013」が、7月27日(土)28日(日)、滋賀県彦根市の松原水泳場で開催された。 これまでの最高記録は東北大学Windnautsの36km。2008年7月27日、第32回大会で記録された。

 日本記録は日本大学理工学部航空研究会開発のメーヴェ21(Möwe21)が記録した飛行距離約49km。世界記録はマサチューセッツ工科大学のダイタロス88の115.11km。である。

 今回、人力ヘリコプターの世界記録が達成された。その条件は「60秒間浮上」し、「少なくとも1度、最下部が地上3メートルの高さまで到達」、「その間、操縦席の位置が10メートル四方の範囲から出ない」ということ。


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巨大隕石衝突後、湖には50万年も生き残った恐竜がいた?

 恐竜絶滅に残された謎
 恐竜絶滅の原因で、現在確定的とされているのは巨大隕石の衝突である。

 1980年、地質学者のウォルター・アルバレスとその父で物理学者のルイス・アルバレスは、世界的に分布が見られる中生界白亜系と新生界古第三系を境する粘土層(通称K-T境界層)に含まれるイリジウムの濃度が他の地層の数十倍であり、かつ、イリジウムは地殻にはほとんど存在しないことから、これが隕石の衝突によってもたらされたものであると考え、大量絶滅の原因を隕石の衝突に求めた。

 その後、1991年メキシコ・ユカタン半島に、直径180キロの巨大クレーター(チチュルブ・クレーター)が再発見され、このクレーターを形成した隕石の衝突が恐竜絶滅の原因だとする説が提唱された。この説では、地球規模の大火災で生態系が破壊され、衝突後に生じた塵埃が大気中に舞い、日光を遮断することで起きた急速な寒冷化が絶滅の原因であると示説された。

 ところが、隕石衝突だけで、説明しきれない謎がいくつか残っている。衝突による「衝突の冬」(寒冷化)が原因なら、なぜ同時期に存在した両生類や爬虫類などが絶滅を免れたかという疑問が残る。

 2009年5月には、約6550万年前、恐竜の大部分は絶滅した。しかし、なんらかの形で生き残ったグループがあると示唆する新たな研究結果が発表されている。ニューメキシコ州サンフアン盆地の地層は暁新世のもので、白亜紀/第三紀境界(K-T境界)の大量絶滅後50万年後の時代にあたる。


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この夏、サメに襲われない2つのデザインのウェットスーツ発売!

 サメに襲われない方法
 夏といえば海水浴だが、恐いのはサメだ。普通は出会うことはないが、万一出会ってしまったら恐い。どうしたら避けることができるのか?

 例えば、夜明け、夕方、夜間の海での遊泳を避ける。この時間帯は、一部のサメが狩りをする時間になる。また、犬などのやかましい音を立てて泳ぐ動物と一緒に泳がない。 サメは海のなかで起る振動音に反応して近よってくる。

 体のどこかに怪我や傷があったり、生理中であったりする人は海に入らない。それがほとんど気にならないくらいの傷であっても、まだ血が出る可能性があれば危険だ。どれほど少量の血が流れても、何キロも先のサメはしっかりと嗅ぎつけてくる。水中で怪我をしたらすぐに海からでよう。

 他には、サーフボードの上に乗って、水面でバシャバシャやるのは危険。 サメにとって、そんな人間はアザラシにしか見えない。また、海のなかで小便しない。サメがおしっこの臭いを嗅ぎつけて近よってくることがある。また、きらきら輝く金属類をつけて海に入らない。きらきらする金属色は、サメの好物の魚のうろこの輝きに似ているため、サメを引き寄せてしまう。などなど…。(サメの海:サメの襲撃を防ぐには

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驚異の動物たち!“青色視覚”を進化させたクロマグロ

 動物の聴覚・嗅覚・視覚
 動物の中には人から見ると驚異の能力を持っているものが多い。イルカやクジラ、コウモリは我々には聞くことのできない、超音波を聞く耳のよい動物だ。他にどんな能力があるだろう?

 嗅覚がよいのはイヌだ。嗅覚細胞の数は人間が500万、猫は1900万、犬は2億もある。視力がよいのは、猛禽類のワシ・タカである。黄斑部(良く見えるところ)の錐体細胞数(視細胞)はヒト20万、タカ160万で単純に計算して8倍の視力と言われている。実際にモンゴルの鷹匠のタカは1.5km放れたネズミを認識するという。

 海の中では、マグロも目のいい動物だ。今回、太平洋を泳ぎ回るクロマグロが、青っぽい海中にいる魚などの餌を見つけやすいように、青色の視覚を特別に進化させてきたことが、クロマグロのゲノム(全遺伝情報)を解析した水産総合研究センターや東京大学、国立遺伝学研究所などの共同研究で分かった。


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驚異の動物たち!“ゴカイ”の無限の再生能力解明!

 再生能力のある動物たち
 人などは弱い動物だ、いつもここが痛い、あそこが痛いなどと文句を言っている。たまたま、一度失った器官は二度と戻ってくることがない。手・足・などはまだよいが、心臓・脳などが損傷すると生命が危うい。

 ところが、ある種の動物は何度体を切断されようと、何度でも再生をする。例えばプラナリアは体を7つに切断されると、その7つが新しい固体となって再生する。その理由は全身に、万能細胞(幹細胞)があるからだそうで、iPS細胞など人工の万能細胞(幹細胞)が開発されたことがいかに凄いことだったかがわかる。

 動物の再生能力に興味を持ち、調べてみると再生する動物はまだある。浜辺に棲み、釣り餌によく使われるゴカイは、ミミズなど環形動物の仲間だ。水中の有機物を食べるので環境の浄化にも役立っている。体長約10センチメートルの細長いチューブ状の胴体に骨格はなく、環状の「体節」と言われる繰り返し構造のパーツ(細胞群)が120個~130個も連なって形がつくられる。大きな特徴は、胴体の後部が傷ついても修復して無限に再生し、その能力は成長した後も持っていることだ。

 理化学研究所の丹羽尚研究員、林茂生グループディレクターらは、「イソゴカイ」の体節の観察などの研究により、その再生の仕組みを明らかにした。体節が傷つくと、切り離されずに残った部分の後端に細胞が活発に増殖する領域が現れて新たな体節作りのために細胞の供給を始める。しかも、その指令を出すタンパク質は、すでに出来上がった体節から出ていて、新たなパーツを次々と数珠玉のようにつなげて再生していた。


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iPS細胞より凄い?「不死身」のプラナリアの謎解明!2種類のタンパク質が分化促進

 「プラナリア」はいくつに切っても再生する
 2012年のノーベル生理学・医学賞の受賞者はもちろん、京都大学の山中伸弥教授であるが、受賞理由は「成熟した細胞に対してリプログラミングにより多能性(分化万能性)を持たせられることの発見」つまり、細胞の初期化に対する技術に対して贈られた。

 iPS細胞は、DNAに新しい遺伝子を組み込んで、初期化した。山中教授はマウスの皮膚、ついで人の皮膚を初期化した。通常、哺乳類などの皮膚の細胞は、皮膚にしならないが、初期化すると心臓の細胞や肝臓の細胞など何にでも変わった。これを万能細胞という。最近ではES細胞にも万能性が認められ注目されている。

 人の細胞は各組織に分化するに従って、万能性がなくなるが、他の動物では事情が異なる。例えばトカゲはしっぽを切り取ってもまた再生する。プラナリアは体長10~30ミリ程度の大きさの、一見なめくじのような扁形動物であるが、体をいくつに分断しても再生する動物として有名だ。

 京都大大学院理学研究科の阿形清和教授(発生生物学)らのグループが、この「プラナリア」の再生の仕組みを解明した。体内にある2種類のタンパク質の濃度により、形成される器官や組織が決まることを突き止めた。英科学誌・ネイチャーのオンライン版に7月25日掲載された。


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スタジオジブリの「風立ちぬ」公開!零戦設計者“堀越二郎”氏がモデル

 「自分の映画で初めて泣いた」宮崎監督
 宮崎駿監督(72)の5年ぶりの新作アニメ映画「風立ちぬ」が、7月20日全国で公開された。宮崎監督は、スタジオジブリの作品の中で「自分の映画を見て初めて泣いた」と明かした。私も公開日に家内と2人で見に行ったが、久しぶりに泣いた。夫婦で見に行くとよい映画だと思った。

 それほど声優さん達の演技が素晴らしかった。絵も美しかった、登場人物が懸命に生きていた。

 物語は大正から昭和にかけて活躍した実在のゼロ戦の飛行機技師、堀越二郎の生涯と、堀辰雄の同名の小説「風立ちぬ」をより合わせた作品で、激動の時代を生き抜いた人々を美しく、繊細に描いた。宮崎監督は「困難な時代に力を尽くして生きる人々を描きたかった」と語っている。

 主人公の堀越二郎は、避暑地の軽井沢で菜穂子と恋に落ちる。二人は婚約するが菜穂子は当時は不治の病だった結核を患っていた。飛行機の設計に心血を注ぐ日々を過ごす二郎。自分は長く生きられないと悟った菜穂子は、療養所を抜け出して二郎のもとに駆けつける。そして二人は結婚し、残された時間を共有する。


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次世代太陽電池システム“有機系太陽電池”の実証試験がスタート!

 太陽電池が高価な理由
 太陽電池にはどのようなものがあるだろうか?

 現在使われている太陽電池は、原料としてシリコンなどの無機物を利用したものが多い。そのため、製造行程である程度高い温度にしてやる必要が生じたり、真空装置を使う必要が生じたりする。これが太陽電池のコストを高くしている。常温・常圧で製造できれば、その分コストダウンが可能になる。

 これを目指しているのが、有機系太陽電池である。これには色素増感太陽電池と有機薄膜太陽電池がある。一般に、結晶シリコン太陽電池では、照度が低くなる(曇天や朝夕など)につれ、光電変換効率が大幅に低くなるが、有機系太陽電池は、照度が低くなっても光電変換効率は下がりにくいという特徴がある。

 色素増感太陽電池とは、光エネルギーの吸収作用を有する色素と酸化チタン光電極などを組み合わせた太陽電池である。有機薄膜太陽電池とは、導電性ポリマーやフラーレンなどを組み合わせた有機薄膜半導体を用いる太陽電池を指す。


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もはや細菌?インフルエンザの10倍、巨大ウイルス発見!

 ウイルスの概念を変える
 ウイルス(virus)は、他の生物の細胞を利用して、自己を複製させることのできる微小な構造体で、タンパク質の殻とその内部に入っている核酸からなる。 生命の最小単位である細胞をもたないので、非生物とされることもある。代表的なウイルスにインフルエンザ、エイズなどがある。

 ウイルスは細胞を構成単位としないが、遺伝子を有し、他の生物の細胞を利用して増殖できるという、生物の特徴を持っている。現在でも自然科学は生物・生命の定義を行うことができておらず、便宜的に、細胞を構成単位とし、代謝、増殖できるものを生物と呼んでおり、細胞をもたないウイルスは、非細胞性生物として位置づけられる。あるいは、生物というよりむしろ"生物学的存在"といわれる。

 今回、ウイルスの概念を覆しかねない巨大なウイルスを仏エクス・マルセイユ大の研究者らが発見した。長径約1千分の1ミリの楕円形で、インフルエンザウイルスの約10倍もある。議論を呼ぶ大きさであることから「パンドラウイルス」と名付けられた。7月19日付の米科学誌サイエンスに発表された。


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ニュートリノ振動を確認!ミュー型が電子型に変化、宇宙の起源を探る

 ニュートリノとは何だろう?
 原子をつくる素粒子には、レプトンとクオークがある。このうち、レプトンには、「電子」「ミュ-粒子」「タウ粒子」の3種類とそれぞれと対を成す、3種類のニュ-トリノ(電子ニュートリノVe,ミューニュートリノVu,タウニュートリノVt)がある。ニュ-トリノは、電荷を持たないレプトンであり、他の粒子との相互作用は、いわゆる弱い相互作用しかない。

 ニュートリノは、弱い相互作用のみで現れるもので、たとえば、放射性同位元素がベ-タ崩壊する場合には、原子核の中の中性子が陽子と電子と電子ニュ-トリノに崩壊することで、電子ニュ-トリノが発生する。したがって、原子炉からは大量のニュ-トリノが発生しているし、水素などの核融合で輝いている太陽からも大量のニュ-トリノが地球にふってきている。また、パイ中間子は、短い寿命の後、ミュ-粒子に崩壊するが、このとき、ミュ-ニュ-トリノを伴う。

 ニュートリノには「電子」「ミュー粒子」「タウ粒子」の3種類があり、互いに別の型に変化し続けている。「ミュー粒子」から「電子」への変化は、実験で確認可能な変化のパターン4通りの中で唯一未確認で、2011年に国際チームが発見の兆候をとらえ、2012年に中国などのチームでは、間接的な方法で確認したと発表するなど、研究が続いていた。


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キュリオシティ、火星生命環境に数々の成果!次の目的地へ

 調査が一段落のキュリオシティ、次の目的地へ
 火星の岩石のサンプル調査からかつての環境の手がかりを得るなど大きな成果を挙げてきた探査車「キュリオシティ」。今月初めにこれまでの調査エリアを離れ、約8km離れたクレーターの中央丘を目指している。

 どのような成果があがったのだろうか?

 2012年8月に火星に軟着陸した火星探査機「キュリオシティ」。2012年9月には、丸い小石の集まりを発見。これはあきらかに「水が流れた痕」である。

 さらに2012年10月には、火星で「水がなくなった」証拠を発見した。サンプルのほぼ半分が、火山ガラスや風化したガラスなどの非結晶物質であり、水がなくなったあとに風化した鉱物を発見した。

 水の存在は生命の存在に必須だ。生命体をつくる他の物質や空気の存在はどうだろうか?

 2013年3月、NASAは、火星探査車「キュリオシティ」による岩石調査の結果から、過去の火星には微生物に適した環境が存在したと発表した。

 火星の岩石からサンプルを採取。生命に必須な物質である、硫黄、窒素、水素、酸素、リン、炭素の存在が確認された。キュリオシティの使命である「火星に生命を育める環境が存在したか否かの解明」に、これまでのところは「イエス」の回答が出たことになる。


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パーキンソン病治療に道、一酸化窒素の改善・抑制効果

 パーキンソン症とは?
 パーキンソン症の主な症状は、安静時の手足のふるえ、手足の曲げ伸ばしが不自由になる、無動・動作緩慢などの運動症状だが、様々な全身症状・精神症状も合併する。進行性の病気だが症状の進み具合は通常遅いため、いつ始まったのか本人も気づかないことが多く、また経過も長い。

 脳内のドーパミン不足とアセチルコリンの相対的増加とを病態とする、進行性の疾患である。神経変性疾患の一つであり、その中でもアルツハイマー病についで頻度の高い疾患と考えられている。

 日本では難病(患者数の少なさと症状の重症度、長期の療養が必要なため、治療薬が高額。発病の詳細メカニズムは不明で、治療方法も未確立。特定疾患)に指定されている。本疾患と似た症状を来たすものを、原因を問わず総称してパーキンソン症候群と呼ぶ。

 根本的な治療法は2012年現在まだ確立していないが、対症的療法 (症状を緩和するための治療法) は数十年にわたって研究・発展しており、予後の延長やQOLの向上につながっている。また20世紀末ごろから遺伝子研究・分子生物学の発展に伴いパーキンソン病の原因に迫る研究も進んでおり、根本治療の確立に向けての努力が行われている。


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青い惑星を発見!その正体は「ガラスの雨」が降る灼熱の巨大ガス惑星?

 青い惑星
 「青い惑星」というと、地球が思い浮かぶ。その理由は、空や海が青く見えるから…でもなぜ「青」なのだろう?

 それは、水分子が赤を吸収し、青を散乱させる性質があるから。 また、大気を構成する窒素、酸素、エアロゾルなどが青い光を散乱させる性質があるからである。

 「散乱」とは 粒子(水分子、酸素分子など)の径と、光の波長が、有る関係性で合致したとき、その光が進む向きを変えてしまう現象。分子による散乱は「レイリー散乱」という。 エアロゾル(塵)による散乱は「ミー散乱」という。 雲が白いのは「ミー散乱」によるものだ。

 また、地球だけでなく、海王星なども青い色をしている。海王星の大気は水素が主成分で、その他ヘリウムとメタンが含まれている。大気の色があざやかな青色に見えるのは、メタンが太陽のオレンジ色や赤色の光を吸収して、青色の光のみを反射するからである。

 今回、地球から遥か63光年も離れた系外惑星が、地球よりも深い青い色をしていることがわかった。その青色の理由は水やメタンなどではなくて、何とガラスの原料である、液体ケイ素によるるものだという。


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海王星に14番目の新衛星を発見!謎の多い惑星と衛星

 海王星に14番目の新衛星を発見
 ハッブル宇宙望遠鏡の観測から、海王星に14番目の衛星が見つかった。ハッブルが撮影した海王星系に、新衛星S/2004 N 1がとらえられていた。(提供:NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute))SETI研究所のMark Showalterさんたちの研究グループが7月1日、海王星に14番目の衛星を発見した。

 Showalterさんは海王星の周囲をハッブル宇宙望遠鏡で観測していたところで、移動速度が速いアーク(リングの断片)や衛星のぶれを画像処理で修正したところ、見たことのない白い点が見つかった。ハッブルが2004年から2009年までに撮影した画像150枚を処理してみると、同一の天体が23時間で公転するようすが浮かびあがったという。

 S/2004 N 1と符号が付けられたこの新衛星は海王星からはおよそ10.5万km離れている。幅は20kmほどと推定されており、これまで見つかった海王星の衛星では最小となる。


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驚異の動物たち!キンギョも音楽を区別する?

 エコロケーション
 動物の音を聞き分ける能力はすごい。

 最も有名なのは、哺乳類でありながら空を飛べるコウモリである。コウモリ類には大きく2つの群があるが、大型で果実食のオオコウモリ類は大きな目を持ち、視覚にたよって生活する。反響定位を用いるのは、小型で昆虫食が中心の小型コウモリ類の方である。

 小型コウモリ類は目がごく小さく、耳は薄くて大きい。コウモリは口から間欠的に超音波の領域の音を発して、それによってまわりの木の枝や、虫の位置を知る。虫を捕らえる直前は、音を発する頻度が高くなる。

 また。イルカなどのハクジラ類は頭部にメロンという脂肪組織のかたまりを持つが、これが鼻腔で発した音波を屈折させ、収束させるレンズとして機能し、指向性の高い音波の発信にかかわると言われる。また、音波の受信は、眼の後方にある耳孔ではなく下顎骨を用いて行い、ここから骨伝導で内耳に伝えられる。クリック音と言われる超音波を発し、これによって餌をとったり、仲間との交信を行っている。一説によれば、1,000km離れた仲間ともやり取りできるとも言われる。

 今回、さらに小さな動物、キンギョがバッハとストラヴィンスキーの曲を聞き分ける能力があることが慶應義塾大の研究でわかった。その実験方法がユニークだ。


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光合成で水を分解して酸素をつくる“ゆがんだ椅子”構造を発見!

 光合成の全貌をとらえた!
 日本で、人工光合成のプロジェクトが始まった。 まさかこれほど早く植物が行っているシステムに人類が挑戦できるとは思わなかった。この背景には、さまざまな日本人の活躍がある。

 2011年、ある大発見が世界を驚かせた。植物の光合成の全貌が、ついに明らかにされたのだ。明反応で水が分解する過程は、19個のタンパク質でできた酵素が行う、光化学系IIと呼ばれている。しかし、どの構造が水を分解するのかよくわかっていなかった。その謎を解いたのが、大阪市立大学の神谷信夫教授と岡山大学の沈建仁教授のチーム。

 植物には、水を分解する重要な物質が潜んでいた。それは、マンガンやカルシウムが、ゆがんだ椅子の形でつながった物質だった。これこそが、植物の光合成を支えていたのだった。


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二酸化炭素が資源に?夢の人工光合成、プロジェクトスタート!

 人工光合成プロジェクトスタート
 夢の人工光合成への道がひらかれようとしている。これまで、植物だけのものとされてきた光合成だが、人類の手で、酸素をつくり出し、有機物をつくることが可能になる。

 2010年、触媒を使った有機化合物の反応でノーベル化学賞を受賞した、アメリカ・パデュー大学特別教授の根岸英一教授。受賞の翌年(2011年)、人工光合成こそ、日本が世界に先駆けて実用化すべきだと、国家プロジェクトの立ち上げを強く訴えた。

 根岸さんの提言を受けて、いくつかのプロジェクトが立ち上がった。その1つが去年(2012年)10月に発足した人工光合成プロジェクト。このプロジェクトは、10年という異例の長期にわたり、150億円もの巨額の予算が投入される。外国のプロジェクトは全部、大学関係、国の研究所関係がやっているが、日本のプロジェクトだけが、企業も一緒になって進める。


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日本固有のコイが絶滅危惧種?琵琶湖の野ゴイは新種だった! 

 日本固有のコイが絶滅危惧種
 日本中どこでも見られるコイ、美しいニシキゴイは日本を代表する魚だ。ところが「コイ」が、絶滅の危機にあると聞くと驚く。ウソのようなホントウの話を、2013年6月2日NHK放送のサイエンスZERO「絶滅の危機!日本のコイ」でわかりやすく紹介していた。

 コイは、ニシキゴイなどの品種の違いはあれど、種としては世界中でただ1つ。ところがこれまで、同種と思われていた、琵琶湖の「野ゴイ」と呼ばれるコイが「新種」とわかり事態が一変した。

 この「野ゴイ」、かつての日本には無数に生息していたのに、いつの間にか外来のコイに追いやられ、いまや絶滅寸前という日本固有種だった。私たちが川で見かける「コイ」は実は外来種。なぜ今までわからなかったのだろう?

 性質の違いだけなら、琵琶湖周辺の漁師は、普通のコイと野ゴイは違うものであることはよく知っていた。普通のコイは人が近づいても逃げないが、野ゴイの方は用心深く逃げてしまう。また、野ゴイは深い場所、普通のコイは浅い場所と棲み分けをしている。


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ゼオライトとは何か?放射性物質除去に活躍中!美容・健康効果も!

 ゼオライトの健康効果
 福島第一原発事故による、放射生物質で汚染された土地や廃棄物。これを取り除くのにゼオライトが使われているが、ゼオライトとは何だろうか?

 スリーマイル島でもチェルノブイリでも、放射性物質の除去にゼオライトは大活躍した。 チェルノブイリでは、何と40万トンも投入されセシウム137とストロンチウム90の除去をしたと伝えられている。

 ゼオライトとは、火山灰などが固まった鉱石で、日本名を沸石という。備長炭の60倍とも言われる多孔質の鉱石で、1g当たりの表面積は何と畳1枚分に相当する。火山灰が固まったものは凝灰岩だが、アルミノケイ酸塩のなかで結晶構造中に比較的大きな空隙を持つものの総称であり、凝灰岩以外にも存在する。

 元が火山灰なので、世界中の各地で採石できる安価な天然原料であり、日本では沖縄を除き列島中に分布している。広大な産地として著名なのが、米国ネバダ砂漠やウクライナなどなど。 度重なる核実験で汚染された大地を浄化する為に、米国がゼオライトを使用している事は広く知られている。


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