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DNA

バイオエレクトロニクスが進化中!電流オン/オフ制御が可能なDNAスイッチを開発!次はDNAトランジスタ・集積回路

 電子デバイス、トランジスタ、集積回路

 電子デバイスというと、電子の働きを応用し、増幅など能動的な仕事をする素子の総称。トランジスタ・電子管など。また、 IC のように抵抗器・コンデンサーなど受動素子を含んでいる素子についても、全体の働きからこのなかに含めることがある。

 この中でも20世紀の偉大な発明の一つといってよいのがトランジスタ。トランジスタがIC(集積回路)を生み、集積回路がコンピューターを生んだからだ。その発明者の一人がウイリアム・ショックレー。1956年のノーベル物理学賞を受賞者だ。

 トランジスタの働きといえば、たとえば、ラジオ。空中を伝わってきた極めて微弱な信号の強弱を拡大(増幅)して、スピーカーを鳴らす。こんな働きをするのがトランジスタの増幅作用である。入力信号の波形を変えずに、その電圧や電流の大きさのみを拡大しているわけだ。


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海は生命の源、海はDNAのスープだった!環境DNAメタバーコーディングにより1日で魚種の8割検出!

 海は生命の源

 地球は約46億年前に誕生したといわれている。誕生して数億年の地球は岩石の塊で、水のもとになる水素や酸素も岩石の中に閉じ込められていた。

 この岩石が地殻の熱で溶かされ、そこで遊離した水素と酸素が結合して、水ができた。水は水蒸気となって吹き上がり、厚い雲となって地球を包む。そして、地球にはじめて降り注いだ雨は、岩石に閉じ込められていた有機質の元となる炭素、窒素、ケイ素などや、さらには地殻の底に閉じ込められていたナトリウム、マグネシウム、カリウム、鉄、銅、カルシウムなどを溶かし出し、こうして多くの物質を含んだ海が生まれた。

 長い時間をかけて海に集められた様々な物質のなかには、生命をつくるのに欠くことのできない物質がそろっていた。さらに太古の海には潮の干満や、地殻の底からくる熱エネルギー、空中放電の電気エネルギーなど、様々な影響をうけ、生命を誕生させるという奇跡をおこしたと考えられている。


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こいつは驚いた!あなたの性格はDNAで決まる?外向性、神経症傾向、調和性、勤勉性、開放性の領域特定

 性格を決めるヒトゲノム領域が特定される

 カリフォルニア大学の研究により、「性格の主要な5因子」に対応するヒトゲノム領域が特定された。さらに、「外向性とADHD」や「神経症傾向とうつ病」といった、性格と精神疾患の発症のしやすさとの間に相関があることもわかったという。

 カリフォルニア大学サンディエゴ校が主導した研究で、性格の主要な5因子とされる外向性、神経症傾向、調和性、勤勉性、開放性に対応するヒトゲノムの領域が特定された。

 研究ではさらに、これらの領域と、統合失調症、ADHD(注意欠陥・多動性障害)などの精神疾患の発症のしやすさの関係も示唆された。具体的には、外向性はADHD、神経症傾向はうつ病、開放性は統合失調症や双極性障害と結びついているとみられることが判明した。


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ローマ帝国崩壊、原因はマラリア?古代墓地の紀元1~4世紀の遺骨DNAで原虫特定

 ローマ帝国の開始

 ローマ帝国の起源は、紀元前8世紀中ごろにイタリア半島を南下したラテン人の一派がティベリス川(テヴェレ川)のほとりに形成した都市国家ローマである(王政ローマ)。当初はエトルリア人などの王を擁いていたローマは、紀元前509年に7代目の王であったタルクィニウス・スペルブスを追放して、貴族(パトリキ)による共和政を布いた。

 共和政下では2名のコンスルを国家の指導者としながらも、クァエストル(財務官)など公職経験者から成る元老院が圧倒的な権威を有しており、国家運営に大きな影響を与えた(共和政ローマ)。やがて平民(プレブス)の力が増大し、紀元前4世紀から紀元前3世紀にかけて身分闘争が起きたが、十二表法やリキニウス・セクスティウス法の制定により対立は緩和されていき、紀元前287年のホルテンシウス法制定によって身分闘争には終止符が打たれた。

 都市国家ローマは次第に力をつけ、中小独立自営農民を基盤とする重装歩兵部隊を中核とした市民軍で紀元前272年にはイタリア半島の諸都市国家を統一、さらに地中海に覇権を伸ばして広大な領域を支配するようになった。紀元前1世紀にはローマ市民権を求めるイタリア半島内の諸同盟市による反乱(同盟市戦争)を経て、イタリア半島内の諸都市の市民に市民権を付与し、狭い都市国家の枠を越えた帝国へと発展していった。


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クマムシのスーパーパワーは如何にして生まれたか?衝撃のDNA構成を解明!

 死なないクマムシの不思議

 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、「クリプトビオシス」という特別な状態になると、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。


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ミジンコのDNAを分析すると、4個体を起源とする北米からの帰化種だった!

 ミジンコは4個体を起源とする北米からの帰化種だった!

 ミジンコといえば、水中でプランクトンとして生活する、微小な甲殻類である。今回、東北大学は4月7日、日本の湖沼に多く生息しており代表的な動物プランクトンである「ミジンコ」が、遺伝的多様性が乏しく4タイプの遺伝子型(クローン個体)しか分布していないこと、それらすべてが別のミジンコ種との雑種であること、在来種ではなく北米から侵入した外来種であることを明らかにしたと発表した。

 同成果は、同大大学院生命科学研究科の占部城太郎 教授の研究チームによるもの。詳細は陸水・海洋学の国際雑誌「Limnology and Oceanography」電子版に掲載された。

 ミジンコは、1~2週間で成長し、成熟すると普段は雌だけで子を産む単為生殖によって繁殖することが知られているほか、餌不足など環境が悪化すると雄を産んで有性生殖を行い、乾燥などにも耐えられる休眠卵を産卵することなどが知られている。


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遺伝子発現システムの弱みを狙って、がん・ウイルスの増殖を抑える手法開発!

 遺伝子発現システム“セントラルドグマ”

 DNAのヌクレオチドの並び方を塩基配列と言う。本来は「ヌクレオチド配列」と言うべきだが、実際の差異はそれぞれの塩基部分のみであるためこのように呼ばれる。別な呼び方では「遺伝暗号」 (genetic code) という専門的な呼称もある。

 塩基配列はタンパク質のアミノ酸配列に対応しており、3つの塩基の組み合わせが20種類のアミノ酸1つずつに対応しており、mRNAに配列の情報を転写し、細胞内のリボソームでmRNAの3つの塩基が並ぶ情報(コドン)が翻訳されてアミノ酸が鎖状に繋がってタンパク質が合成される。この連鎖は全生物に共通の原理であるためセントラルドグマと呼ばれる。

 つまりタンパク質の合成は、DNAから転写されたmRNAの配列をもとにリボソームで行われる。tRNAはリボソームのタンパク質合成部位でmRNA上の塩基配列(コドン)を認識し、対応するアミノ酸を合成中のポリペプチド鎖に転移させるためのアダプター分子である。


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第57回ノーベル化学賞 アレクサンダー・トッド「ヌクレオチドとその補酵素に関する研究」

 DNAの構成単位「デオキシヌクレオチド」

 遺伝子工学の進歩がめざましい。遺伝子操作の技術を利用して、有用な物質や生物を多量に生産しようとする応用研究が進んでいる。

 例えば京都大学山中教授が作製に成功した、iPS細胞(人工多能性幹細胞)では、皮膚細胞のDNAに特定の4つの遺伝子を導入することで、さまざまな細胞への分化が可能になり、再生医療への応用が期待されている。

 ある生物のDNAに書かれた全遺伝情報のことをゲノムと言い、ある生物の全DNA配列を決定するような研究をゲノムプロジェクトというが、2003年には、ヒトのゲノムプロジェクトも完了し、医学に応用する研究が進められている。

 1952年、A.D.ハーシーとM.チェイスは、バクテリオファージを用いて、DNAが遺伝物質であることを直接に確認(ハーシーとチェイスの実験)した。では、DNAはどんな物質でできているのだろうか?


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ゲノムプロジェクトで、生物を続々解読!ナスのゲノム解読で、品種改良

 ヒト遺伝子の数

 ヒトの遺伝子数は約2万個。これは、2003年4月14日に解読完了したヒトゲノムから導き出された。

 ヒトゲノムとは、その名の通りヒト (Homo sapiens) のゲノム(遺伝情報)、すなわち、遺伝情報の1セットである。ヒトゲノムは核ゲノムとミトコンドリアゲノムに分けられる。

 ヒト核ゲノムは約31億塩基対あり、細胞核内で24種の線状DNAに分かれて染色体を形成している。最も大きいものが2億5千万塩基対で、最も小さいものが5500万塩基対である。

 染色体は22種類の常染色体とXとYの2種類の性染色体に分類される。核を持たない赤血球をのぞく体細胞は2倍体であり、同じ種類の常染色体を2本ずつ、性染色体を2本(女性はXとX、男性はXとY)の合計46本の染色体を持っている。


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遺伝子工学で外来種を駆除する“遺伝子ドライブ”は果たして万能か?

 遺伝子工学で害虫抵抗性作物

 遺伝子工学(genetic engineering)とは、遺伝子を人工的に操作する技術を指し、特に生物の自然な生育過程では起こらない人為的な型式で行うことを意味している。遺伝子導入や遺伝子組換え(組換えDNA)などの技術で生物に遺伝子操作を行う事を一般に指す。

 DNAを分離し、操作し、細胞もしくは生物に再導入して、そのDNAが増殖できるようにする過程からなる。有用なタンパク質を発現させることや、生物に新たな形質を導入することなどを目的とする。細胞融合やクローン技術などとともに、バイオテクノロジーと総称される。

 一部の例を挙げれば、害虫抵抗性作物がある。遺伝子組換え「BTトウモロコシ」は、害虫に対して毒性を有するタンパク質や害虫の天敵を誘引する物質を生産させることで、害虫の発生を抑える害虫耐性のトウモロコシである。


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