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!

2014年01月

生活に潤いを取り入れよう!光合成だけじゃない“植物の癒し効果”

 植物の持つはたらき
 植物の持つはたらきはどのようなものだろう?もちろん、光合成や蒸散などのはたらきはよく知られている。光合成は二酸化炭素を吸収し有機物をつくり出す。有機物は栄養源になる。二酸化炭素の吸収は地球温暖化を防ぐ。

 蒸散では葉から水分を蒸発させることで、気化熱によって周囲の温度を下げ、湿度を一定に調節する効果がある。植物自身は蒸散によって体温の維持をはかる他、根から水を吸収し、水に溶けている養分を体中に運ぶはたらきがある。

 しかし、植物のはたらきはこれだけではない。私たちは生活の中で色々な恩恵を植物から受けている。緑色の波長は目に優しく眼性疲労をとる効果がある。森林浴やアロマテラピーなどの健康効果。樹木からは「フィトンチッド」という揮発性の成分が出ていることに関係するといわれる。


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iPS細胞より簡単?ストレスをあたえるだけで万能性「STAP細胞」を作製!

 第3の万能細胞「STAP細胞」
 ヒトの体はおよそ60兆個の細胞で構成されている。だが、もとをたどればこれらの細胞はすべて、たった一つの受精卵が増殖と分化を繰り返して生まれたものである。

 この受精卵が持つ完全な分化能を万能性 (totipotency) と呼び、ヒトを構成するすべての細胞、および胎盤などの胚体外組織を自発的に作り得る能力を指す。

 受精卵は分裂を繰り返すにしたがって、万能性を喪失していく。だが、分裂の途中でできるES細胞には万能性がある。受精卵やES細胞以外には、遺伝子を組み込んで初期化したiPS細胞に万能性があり、注目されている。

 今回、細胞に強い刺激を与えるだけで、万能細胞を作る新手法をマウスの実験で発見したと、理化学研究所発生・再生科学総合研究センター(神戸市)と米ハーバード大などの国際研究グループが30日付の英科学誌「ネイチャー」に発表した。


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ジャイアントインパクトで、地球のコアに海水の80倍の水が取り込まれていた?

 地球の海はどこから来たのか?
 地球の海は、濃度3%前後の塩などが溶け込んだ水(海水)でできている。海は地表の70.8%を占め、これらは全てつながっている。

 地球だけではない、火星には、地質時代には海があった可能性がある。 また、木星や土星の氷衛星のいくつかは、氷の地殻の下に液体の水の海があると推測されている。エウロパ、ガニメデ、カリスト、タイタン(水とアンモニア)、エンケラドゥスに海がある可能性が高い。海は地球だけのものではなかった。では、地球の海はどこから来たのだろう?

 地球はその形成時に、ジャイアントインパクトがあり、地球軌道の外側から大量のH2Oを含む天体が衝突したことで、海ができたと考えられる。だが、そう考えた場合、地球の総質量に対する海の割合は0.02%ほどで、かなり少ない値であり、残された水素はどこに行ったのか?…という謎があった。

 今回、東工大の地球生命研究所(ELSI)の廣瀬敬 教授らの研究チームは、マントルの融点を決定し、そこからコアの化学組成を導きだす研究を行った。その結果、マントルの溶融温度は従来の研究から見積もられていたよりも600Kほど低い約3600Kと判明。

 従来提唱されてきたさまざまな学説の中で(主なものとして硫黄、酸素、水素)それだけの融点降下を実現できるのは水素だけであることが導き出された。


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なんと!地球以外にも海のある天体が!準惑星ケレスに海が存在か?

 あたたかな海が生命をはぐくむ
 火星には生命がいるのだろうか?キュリオシティや、オポチュニティが、現在も調査を続けている。その結果、かつて海が存在したことが確実になっている。海があったのならば生命が存在した可能性がある。

 生命にとって水は欠かせない。水が大量に存在する天体は太陽系にまだ存在する。それが、木星の衛星、エウロパそして土星の衛星、エンケラドスだ。これらの衛星は、水が存在するだけではなく、衛星がもつ熱のために液体の海が存在しており、驚いたことに生命存在の可能性がある。

 太陽からの距離は関係がない。地球でも太陽の光がなくても、深海の熱水噴出口の周りでは、豊かな生物相が存在するからだ。

 今回、準惑星ケレスにも、海の存在する可能性が発見された。ある氷の火山または氷の塊から水が噴き出している可能性があると、国際的な天文学者チームが発表した。これにより、太陽系の小惑星帯最大の天体にして最小の準惑星であるケレスに、生命が存在するのではないかとの期待がにわかに高まっている。


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反水素原子合成反応の持続と反原子ビームによる検出に成功!東大など

 人類は反物質の謎を解明できるか?
 反物質(antimatter)は、質量とスピンが全く同じで、構成する素粒子の電荷などが全く逆の性質を持つ反粒子によって組成される物質。例えば、電子はマイナスの電荷を持つが、反電子(陽電子)はプラスの電荷を持つ。

 物質と反物質が衝突すると対消滅を起こし、質量がエネルギーとなって放出される。これは反応前の物質・反物質そのものが完全になくなってしまい、消滅したそれらの質量に相当するエネルギーがそこに残るということである 。

 そのエネルギーは、原子力核分裂の千倍。核融合の100倍。将来は反物質をコントロールして、宇宙船の燃料として使用することをNASAでは研究している。

 今回、東京大学などの研究チームは、欧州原子核研究機構(CERN)において反陽子を「カスプトラップ」中に補足。これに反陽子に高周波を加えて陽電子プラズマに混合することで、反水素原子合成反応を持続させた。さらに合成領域から2.7m離れたところに反原子をビームにして検出することに成功した。


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太陽になれなかった天体“褐色矮星”を直接撮影!木星型惑星との違い

 褐色矮星を発見
 褐色矮星とは、軽水素の核融合を起こすには質量が小さすぎるために太陽のように輝くことができない天体のこと。

 原始星において軽水素の核融合が始まるためには中心核の温度が300万~400万Kを超えなければならず、そのためには最低でも太陽の8%以上の質量が必要である。それ以下の質量しか持たない星では軽水素による核融合反応は起こらないが、重水素は軽水素よりも低温で核融合を起こすことができるため、重水素の核融合は起こる。

 今回、太陽に似た恒星HD 19467(エリダヌス座の7等星)をハワイのケックI望遠鏡で17年間にわたって観測したところ、わずかな重力で恒星を振り回す伴星の存在が予見された。そして2012年にケックII望遠鏡を用いて高コントラストで観測したところ、伴星が発見された。


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生命は蛇紋岩から生まれた?無機物から有機物を合成する方法

 有機物の無機的合成法
 石油はどこでどうしてできるのだろう?もちろん、生物の有機物が地中で長い年月をかけて分解してできる。これを「生物起源説(有機的成因論)」というが、他にも説がある。

 地中の微生物の活動により合成されるとする「生物合成説」や、地中で無機的な反応により合成されるとする「無機的合成説」、隕石中に炭化水素が含まれていることから、地球創生期に存在していたものがマントルに残っているとする「マントル起源説」もある。

 今回、「無機的合成説」を支持する研究成果が発表された。東京工業大学(東工大)は1月22日、長野県白馬地域の温泉水が、無機的に合成されたメタンガスを含むことを突き止めたと発表した。この成果は「地球初期の生命誕生のメカニズムを解き明かすことにつながる」ものとしている。


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極限環境生物発見!零下196度でも死なないヒル 国内に生息、確認

 極限環境微生物
 極限環境生物とは、極限環境条件で生きる生物のこと。こんな環境で生物は住めないだろうという場所でも、生育できる生物がいる。 例えば、高温(122℃)、高pH(pH12.5)、低pH(pH-0.06)、高NaCl濃度、有機溶媒、高圧力(1100気圧)、高放射線(16000Gyのガンマ線照射)などの条件で生きる微生物が発見されている。

 例えば体長1mm未満の微小な動物である「クマムシ類」は、私たちのまわりや、深海、高山、極地まで幅広く生息している「緩歩動物」である。このクマムシ、150℃という高温や、‐200℃という低温につけられても、ヒトの致死量の1000倍以上のX線を照射されても、6000気圧もの高圧をかけられても生き延びることができる。

 今回、日本に生息するヒルの一種が零下196度の超低温でも死なないことを、東京海洋大と農業生物資源研究所のチームが突き止めた。凍死を防ぐ未知のメカニズムがあるとみられ、将来、細胞や臓器の冷凍保存など医療技術への応用が期待できるという。米オンライン科学誌プロスワンに論文が掲載された。


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米西海岸、過去100年で最悪の干ばつ・オーストラリアは記録的猛暑

 水に恵まれている日本
 適度な降雨と森の多い日本ではあまり深刻な干ばつに見舞われることはないが、世界各国では干ばつが進み、砂漠化が進行している。その原因は何だろうか?

 産業革命以来続いた森林伐採により、二酸化炭素が増加して温暖化を促進させる原因になったといわれている。また、森林伐採が行われた後の地域では、水をためておく力が弱まるため、定期的に雨が降っていた地域でも大地が乾燥している。

 現代はインターネットなどの情報網が普及し、国どうしが相互に助け合うことも可能になったが、少し前までは、援助もなく孤立化し、多数の犠牲者を出した。例えば、1928年~1930年の中国北西部の大干ばつでは、飢餓のため死者数300万人以上、1936年の四川省では、500万人が死亡したといわれている。

 現在、オーストラリアでは、記録的な猛暑が続いており、乾燥したオーストラリア南部の広い範囲で山火事が続いている。ビクトリア州では、国立公園に隣接する森林地帯で東京ドーム4500個分に相当する約210平方キロメートルが燃えた。


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第48回ノーベル生理学・医学賞パウル・ヘルマン・ミュラー「DDT殺虫効果の発見」

 マラリア撲滅か環境汚染か?諸刃の剣“DDT”

 1948年のノーベル生理学・医学賞はパウル・ヘルマン・ミュラーに贈られた。受賞理由は「多数の節足動物に対するDDTの接触毒としての強力な作用の発見」である。

 DDTというと、強力な殺虫剤ではあるが、自然界で分解されにくいため、長期間にわたり土壌や水循環に残留し、食物連鎖を通じて人間の体内にも取り込まれ、神経毒として作用するものとされる。またアメリカの野生ワニなどで環境ホルモン作用も疑われた。

 DDTは発がん性があるとされ、また環境ホルモンの可能性もあるため、現在、日本を初め世界の主要国において製造・使用が禁止されている。ところが今なお、マラリア撲滅のための最有力候補でもある。


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第48回ノーベル化学賞 ウィルヘルム・ティセリウス「電気泳動装置の考案・血清タンパクの複合性」

 血液中のタンパク質の発見
 血液の成分といえば、赤血球、白血球、血小板、血清(血漿)であるが、血清は何でできているだろう?血清は、91%の水と、7%のタンパク質と、2%の養分、不要物などでできている。血清をつくるタンパク質とはどんなものだろうか?

 血清には、アルブミンや免疫グロブリンをはじめ、100種類以上の蛋白が存在している。健常人では、それらは合成されたり分解されたりすることで、一定の濃度に維持されている。では、これらのさまざまなタンパク質はどのようにして発見されたのだろうか?

 タンパク質の分析やDNAの分析で、現代でもよく利用されるのが、電気泳動法だ。タンパク質やDNAの混合物に電圧をかけると、電荷を持っているものはその荷電と反対の極に向かって移動する。だが、その移動速度は分子量の大きいものほど移動しにくい。この性質を利用して、タンパク質やDNAなどの高分子の分類ができる。


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第48回ノーベル物理学賞 パトリック・ブラケット「ウィルソンの霧箱による新発見」

 ウイルソンの霧箱を改良
 1948年のノーベル物理学賞は、パトリック・ブラケットに贈られた。受賞理由は「ウィルソンの霧箱による原子核物理学および宇宙線の分野における発見」である。

 ウィルソンの霧箱とは何だろうか?霧箱とは、電子や陽子などの荷電粒子の飛跡を調べる装置。容器内の過飽和蒸気を荷電粒子が通過すると霧滴が生じる。英国の物理学者ウィルソン(1927年ノーベル物理学賞受賞)が考案した。

 1925年、ブラケットは霧箱を用いて粒子の飛跡の写真写真を2万枚以上撮り約40万例の飛翔を記録。そのうちの8例に核反応が見られた。これによって、宇宙線はそのまま地表に到達するのではなく、大気中の元素に衝突し、さまざまな種類の粒子に分裂することがわかった。これを二次宇宙線という。

 1932年ブラケットはこの装置に改良を加え、オッキアリーニとともに宇宙線粒子が核反応を起こすべく進入してくると、自動的にカメラのシャッターが作動する霧箱を考案。このシャッターを作動させるものは、霧箱に取り付けられた2本のガイガー計数管の宇宙線が通過する際に発生する電流だった。


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約7200万年前「ハドロサウルス」、国内初の恐竜全身化石発見か?

 恐竜の全身骨格 発見可能性も
 北海道むかわ町で、恐竜が絶滅する直前の時期の地層から、大型の草食恐竜の足の骨がほぼ完全な形で発掘され、北海道大学などの研究グループは、保存状態が極めてよいことから、この時代の化石としては国内で唯一、全身骨格が埋まっている可能性が高いとして、今後も発掘調査を進めることにしている。

 今回発掘されたのは、大型の草食恐竜、ハドロサウルス科の化石で、北海道むかわ町のおよそ7200万年前の白亜紀後期の地層から見つかったという。

 調査を進めている北海道大学の小林快次准教授ら研究グループによると、この化石は、後ろの右足がほぼ完全な形で見つかるなど、恐竜の化石としては保存状態が極めてよいという。


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喘息の原因はアレルギー、腸内細菌のバランスの乱れが体内にカビをつくる?

 喘息の原因はアレルギー
 先日、どうも鼻がむずむずするなと思ったら、風呂のドアのレール部分や枠部分にカビがびっしりと生えていた。風呂の中は掃除をしてカビに注意していたが、思わぬところにアレルギー源があった。

 家内には喘息がある。アレルギーは喘息の原因になる。ゴホゴホと咳き込むため、のどの病気と思われがちだが、肺までを含めた「気道(特に気管支)」が、慢性的なアレルギー性の炎症を起こしている。

 喘息発作の原因は、ダニやカビ、ほこりなど特定の抗原への過剰な免疫反応(アレルギー反応)によって引き起こされることが多い。

 今回、筑波大学の渋谷 彰 教授らは、抗生物質の服用によって増殖した腸内の真菌(カビ)が喘息を悪化させるメカニズムを世界で初めて解明し、マウスを使った実験により喘息を軽快させることにも成功した。


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擬態にもいろいろなタイプあり?アリを欺く、カエルの“化学擬態”とは何?

ブログネタ
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 さまざまな擬態の形
 一見ミツバチのような、ハチに擬態したハエ。体色がピンクや白で、ラン科の花に体を似せたハナカマキリ。擬態の姿はさまざまだ。

 擬態とは何だろう?擬態とは、ある種の生物が自分以外の何物かに外見、動きなどを似せることにより、生存上の利益を得る現象をいう。進化によってある特定の環境に似た外見を獲得して擬態するもの(昆虫類など)と、自分の外見を変化させる能力を獲得して擬態するもの(カメレオンなど)がある。

 動物の擬態の例としては、コノハチョウが自らの姿を枯葉に似せて目立たなくすることなどが挙げられる。さらに、モデルの動物と動きが似ていなければ、外見が似ていても効果が薄い。コノハチョウは危険を感じると体を前後にユラユラを動かし、木の葉が揺れるように見せかける。


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コーヒーを飲んで記憶力アップ!カフェインに記憶力強化機能確認!

 コーヒーの成分とは何だろう?
 コーヒーには多糖を中心とする糖類、アミノ酸やタンパク質、脂質の他、コーヒーに含まれるポリフェノールであるクロロゲン酸、アルカロイドであるカフェイン(豆重量の1%程度)やトリゴネリン、ジテルペンであるカフェストールやカーウェオールなど、特徴的な成分が含まれている。

 特に覚醒作用があるカフェインが有名だ。カフェイン(caffeine)は、アルカロイドの一種。コーヒー、コーラ、緑茶、紅茶、ウーロン茶、ココア、チョコレート、栄養ドリンクなどに含まれる。ただし緑茶ではタンニンと結びついて効果は穏やかなものになる。覚醒作用の他には、脳細動脈収縮作用、利尿作用。医薬品にも使われ、眠気、倦怠感に効果がある。

 今回、コーヒーや紅茶に含まれるカフェインを摂ると、記憶を強化する効果のあることがわかった。調査したのはメリーランド州ボルティモアにあるジョンズ・ホプキンス大学のマイケル・ヤッサ(Michael Yassa)氏らのグループ。


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地球の内部を探れ!マントルの「のぞき窓」発見!その名も“ゴジラ”?

 マントルは“かんらん岩”でできている
 マントル(mantle)とは惑星や衛星などの内部構造で、核(コア)の外側にある層である。

 地球の場合は、大陸地域で地表約30~70 kmから、海洋地域で海底面下約5km~約2,900 kmまでの範囲を指す。地殻は大陸地殻や海洋地殻といった違いがあるが地表面から地下およそ5~60 kmまでの厚さを有しており、マントルはその下層に位置している。

 地球のマントルはかんらん岩を主成分とする岩石で構成されており、マントル内における化学組成に大きな差異はないものと推測されている。深度が深くなるにつれ、温度・密度ともに上昇するが、特に密度については、鉱物相が相転移することにより不連続に増加する。

 通常は、海底下でも約5km以深の深いところに存在するマントルであるが、激しく大地が変動して山脈ができるところにはマントルが露出することがある。このような岩体はマントルの状態を連続的に調べられる非常によい材料となる。


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iPS細胞が、染色体異常を自己修復!先天性異常も治療可能か?

 iPS細胞が染色体異常を修復
 iPS細胞とは、人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells)のことで、体細胞へ数種類の遺伝子を導入することにより、ES細胞(胚性幹細胞)のように非常に多くの細胞に分化できる分化万能性 (pluripotency)と、分裂増殖を経てもそれを維持できる自己複製能を持たせた細胞のことである。

 iPS細胞の開発により、受精卵やES細胞を全く使用せずに分化万能細胞を培養することが可能となった。 分化万能性を持った細胞は理論上、体を構成するすべての組織や臓器に分化誘導することが可能であり、ヒトの患者自身からiPS細胞を樹立する技術が確立されれば、拒絶反応の無い移植用組織や臓器の作製が可能になると期待されている。

 今回、「リング染色体」と呼ばれる染色体異常の細胞に、iPS細胞と呼ばれる異常遺伝子を組み込み、そのiPS細胞を分裂増殖をさせようとしたところ、異常がひとりでに修復されて正常な細胞になった。


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筑波大、ベンゼン環を常圧・120℃で開裂させる反応を発見!

 筑波大、安定性の高いベンゼンを解裂
 
ベンゼン (benzene) は分子式 C6H6 を持つ最も単純な芳香族炭化水素である。原油に含まれており、石油化学における基礎的化合物の一つである。ベンゼンは6個の炭素原子が平面上に並んだ安定した構造をしており、多くの有機化合物の基本骨格となっている。

 この安定性は、6個の「パイ(π)電子」が非局在化した環構造によるもので、ベンゼンは、温和な条件での付加反応や分解反応は起きない。通常のベンゼンの反応は、ベンゼン環の水素原子をほかの原子や置換基に置き換える置換反応であり、ベンゼン環構造そのものを壊すためには、芳香族性の基になっている安定化の大きなエネルギーを越えることが必要である。

 ところが今回、筑波大学の関口章教授らの研究チームは、頑丈なベンゼンがシクロブタジエンと反応し、ベンゼン環(C6H6)が形式的にC4H4とC2H2の2つのフラグメントに開裂する反応を発見した。


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京大、120年来の謎だった水の界面で起こる「フェントン反応」の機構を解明

 フェントン反応とは何だろう?
 過酸化水素が、細胞中の鉄イオン(Fe2+)や銅イオン(Cu1+)などの触媒作用で、ヒドロキシルラジカル(・HO)に変化する反応である。

 二価鉄を触媒として過酸化水素からヒドロキシルラジカル(・OH)が発生する化学反応である。この反応名は,1894年にイギリスの化学者Fentonが,二価の鉄と過酸化水素の存在下で、酒石酸が酸化されジヒドロキシマレイン酸が生じることを報じた史実にちなんで付けられている。

 反応式は Fe2++H2O2 → Fe3++・OH+OH- である。

 この反応を利用する、フェントン試薬(Fenton's reagent)は、汚染物質や工業廃水の酸化に用いられる。また、トリクロロエチレン(TCE)やテトラクロロエチレン(PCE)などの有機化合物の分解に使うことも可能である。


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