こんにちは。
今週からのリバコミは特集「ノーベル賞受賞者の素顔」を取り上げていきます。
科学技術の進歩は目覚ましく、数々の発明、発見の成果が私たちの生活の中に浸透しています。しかし、今私たちが恩恵を受けている科学技術の裏に多くの研究者の努力や、ひらめき、驚愕の事実感動のドラマがあったことを知る人は少ないでしょう。
研究者たちは研究を続ける中でどんな視点で科学と向き合ってきたのか。
科学の歴史を塗り替えるような大発見をした研究者に贈られ、科学で一番の権威とも言われるノーベル賞受賞者にフォーカスを当てて研究者の知られざるエピソードをご紹介したいと思います。
第一回目は日本人で唯一、ノーベル生理学・医学賞を受賞した利根川進さんに焦点を当ててみました。
利根川進さんの大発見!!
利根川さんは、1987年に「多様な抗体遺伝子が体内で再構成される理論を実証した」という理由でノーベル賞生理学・医学賞を受賞しました。
無数に存在する病原菌に対して体を守ってくれている「抗体」というタンパク質が、どのように作られるのかを解明した方です。
抗体は血液やリンパ液の中にあり、私たちのからだに感染した病原体にくっついて、悪さをするのを防いでくれます。1種類の病原体につき1種類の抗体 が対応しているのですが、私たちが持つ遺伝子の数には限りがあります(最新の研究成果では22,000〜23,000程度)。
どうやって無限ともいえるほ ど数多く存在する病原体にどのように対応しているのか、研究者の間でふしぎに思われてきました。
利根川さんは、この神秘を解明する研究を行ったのです。
利根川さんは、抗体の遺伝子が「複数の遺伝子の部品を組み合わせて作られる」ことを明らかにし、その組み合わせを変えることで数多くの抗体タンパク 質が生まれることを証明しました。
たとえば2種類の部品がそれぞれ10通りずつあったとしたら、部品総数は10+10=20個でも、組み合わせは 10×10=100通りになりますよね。
実際には、Y字型をした抗体の中で、病原体にくっつく先端部分が遺伝子の組み合わせによって変わるようになっています。この部分は重いH鎖 (Heavy chain)、軽いL鎖(Light chain)という2本の鎖からできており、さらにL鎖は2種類に分かれます。それぞれH鎖にはV領域(約65個の部品)、D領域(約27個)、J領域 (6個)、L鎖にはV領域(30個または40個)、J領域(4個または5個)と呼ばれる部分があり、それぞれの部品の種類数をかけあわせていくと数百万種 類の抗体を作れることになります。
さらに、部品のつなぎめ部分で遺伝子が欠けたり、または部品に突然変異が入ることで、最終的に1億種類以上の抗体を作ることができるのです。
この抗体の多様性のしくみを解明した成果が認められて、利根川さんは1987年にノーベル医学・生理学賞を受賞しました。
さらに選考委員のひとりに、「この業績は百年に一度の大発見」と言わしめたそうです。
通常、遺伝子は長い月日をかけ、親から子へと受け継がれる過程で変化していく。そうして生物は進化してきたという考えが、当時ありました。
しかし抗体を作る遺伝子だけは、生物の一生の中で大きく変化しています。
従来の常識を覆すこの発見に、おそらく選考委員は感動したのでしょう。
利根川進さんってどんな人?
世紀の大発見をした利根川さん。医学・生理学賞を受賞したので、もともと医学系や生物系を学んでいた人なのかと思いきや、実は京都大学理学部の化学科に在籍していました。彼はもともと化学にとても興味を持っていたのです。
では、なぜ生命現象の解明を行い、ノーベル賞を受賞したのでしょう。そこにはこんな話がありました。
彼が大学4年生の時、卒業研究で所属していた研究室の先輩から、アメリカで「分子生物学」という学問分野が盛り上がっているという話をたまたま聞きました。
分子生物学とは,
生命現象を「分子同士の化学反応」だと捉えて、そのしくみを調べる分野です。当時アメリカで遺伝子情報とタンパク質構造との関係が明らかにされ、まさに発展しつつある状況でした。
そして、遺伝子の働きがどのように制御されているかについても徐々に解明が進んでおり、彼も「自分がこの分野を発展させ、遺伝子の基本的な制御機構を解明したい」と思ったそうです。
しかし、当時の日本では分子生物学がまだなじみがなく、研究がおこなわれている機関、大学も少数しかない状態でした。
分子生物学を学びたいと考えていたとき、大学院の指導教官だった京都大学ウイルス研究所の渡辺格教授に、こう言われたそうです。
「分子生物学を学びたいなら、アメリカへ行きなさい」
今では学生が海外へ留学することはそこまで珍しいことではありませんが、1960年代には、日本人が外国へ行くことに対して規制がかけられていまし た。そのような社会情勢の中、これは大きなチャンスだと思った利根川さんは、渡辺教授が紹介してくれたカリフォルニア大学サンディエゴへ留学し、分子生物 学を学んで博士号を取得しました。
レッツチャレンジ!!
利根川さんはもともと化学の分野を勉強してきた人でした。しかし、それよりもおもしろい!と思える分子生物学に出会ってから、そちらへの探求心がわいてきました。そして、化学から生物学へと異なる分野の世界へ恐れずチャレンジし、そこで見事に成功を収めました。
そして現在は、人間らしさとは何か、ということに興味を持ち、アメリカで脳について研究しています。
自分のやりたいこと、興味を持っていることをとことんやる姿勢には憧れます。
皆さんも特定の分野にとらわれず、自分の興味が持てるものに向かってチャレンジしていきましょう!!
(北里大学 理学部 加藤知弘)
【参考文献】
『あなたも狙え!ノーベル賞』 著者 石田寅夫 化学同人
『ノーベル賞の100年』 著者 馬場錬成 中公新書
『生化学キーノート』 著者 B.D.Hames N.MHooper 訳:田之倉優、村松知成、阿久津秀雄
はじめまして。リバネスの木村です。2月も中盤に入り、皆さんはどう過ごしているでしょうか?僕は大学院の博士論文を提出したばかりで、疲れ果ててノックダウン状態です。いやー長かった!!でもとうとうプロの研究者としての第一歩を踏み出します。
僕はかれこれ6年間、シアノバクテリア(ラン藻)という細菌の研究をしてきました。シアノバクテリアと言えば、生物の教科書では原生生物の紹介で登場してくる生き物。彼らは大きさが数μmの細菌で、実はそこらの海や川にいるのです。

彼らは27億年以上も前に地球上に現れて、植物の先祖様の細胞に入りこみ、光合成をする葉緑体に進化してきたと言われています。そのシアノバクテリア、僕はある意味最強の生き物だと思っています。
その理由は、ごはんを食べなくても生きていける生き物だからです。
お腹が空いた。そうだご飯を作ろう!
「あー、お腹が空いたー!」といって朝・昼・晩に、私たちはご飯を食べますよね。それは、生き物が生きていくために必要なDNAやタンパク質の材料になっている炭素(C)と窒素(N)を食べ物から吸収するためです。
この炭素栄養(グルコース)を光合成(反応式1)によって自分でつくることができる生き物が植物です。彼らは食べ物から炭素栄養を吸収しなくても、空気中の二酸化炭素を材料に、自分で作ることができます。
反応式1:光合成
6CO2(二酸化炭素)+ 12H2O → C6H12O6(グルコース) + 6H2O + 6O2
でも植物は窒素栄養を自分でつくれないので、窒素栄養がない場所では生きていくことができません。
だから人が植物を育てるところでは肥料を与えて窒素を補充しているんですね。ところが、光合成に加えて窒素固定と呼ばれる能力を使って、窒素栄養を何かから吸収しないで、自分でつくるができてしまうシアノバクテリアの仲間がいます。
窒素固定のできる生き物は、なんと大気の窒素を自分たちの栄養に使えます。空気中の窒素ガスをアンモニアに変換できるのです(反応式2)。
反応式2:窒素固定
N2(窒素)+ 8H+ + 8e- + 16 ATP → 2NH3 (アンモニア)+ H2 + 16ADP + 16 Pi
アンモニア自体は生き物にとって毒ですが、すぐに水に溶けてアンモニウムイオンとなり、窒素栄養として使うことができます。つまり、この両方ができるシアノバクテリアは、他の生き物が生き残れないような炭素栄養と窒素栄養がない場所でも生きていける、とてもたくましい生き物なのです。
でも光合成と窒素固定をやっていくためには大きな問題がありました。それは、ニトロゲナーゼと呼ばれる窒素固定を行う酵素が、酸素分子(O2)が近くにあると能力を発揮出来ないという弱点です。光合成をすると酸素分子ができてしまいます。さあ、困りました!光合成と窒素固定を同時にやるにはどうしたらいいのでしょう?
細胞分化で分業しようゼ
窒素固定ができるネンジュモという名前のシアノバクテリアがいます。ネンジュモは一個一個の細胞がまっすぐに並んだ状態で生活しています(写真1)。細胞の周りに窒素栄養が十分にある時は、全部の細胞が光合成に注力します。
しかし、窒素栄養が少ない期間がある程度続くと、約10個の細胞に1つの割合で、ヘテロシスト(異質細胞)と呼ばれる細胞を分化させるようになるのです(写真2)。

細胞分化とは、ある細胞が本来とは異なる特別な形や機能を持つために、生き物が生み出した分業の方法です。ヒトを例にとってみると、元は一種類の受精卵だったものが何種類もの細胞に分化して違う役割を持ち、それらが協調して働くことで一人のヒトが形成されていきます。
写真2の中で、矢印で指した他とは少し形の違う細胞がヘテロシストです。一度分化してしまったヘテロシストは他の細胞とは違って、分裂して増えることも元の細胞に戻ることもできません。この細胞は全く光合成を行わず、窒素固定のスペシャリストとして働きます。そして、自分は獲得した窒素源を周りの光合成をしている細胞に配る一方で、その見返りとして、自分では作れない炭素栄養をもらうのです。
現代の私達の細胞が行っているギブ・アンド・テイクの関係を、生命進化のごく初期の段階で生まれたシアノバクテリアが築いていたということにとても驚かされます。
嫌だ!細胞分化なんて面倒じゃん!
さて、酸素を生み出す光合成と、酸素があるとできない窒素固定。この二つの活動が出来るシアノバクテリアはネンジュモだけではありません。シアノセイスとよばれるシアノバクテリアは、細胞分化をせずに、一つの細胞の中で両方の活動ができるのです。では、どうやって?答えはすごく単純です。光合成をするには光が必要です。ということは、光合成ができない夜は、細胞の中で酸素が作られませんよね。つまり、日中に光合成をして、夜は窒素固定をするというように、一日という時間の中でやる仕事を分けるという仕組みを作りあげているのです。
光合成と窒素固定を行うために、細胞分化をして活動の場を分ける、活動の種類を時間で分ける、といったように生き物の種類によって戦略が違っているのがとても面白いですね。
これはシアノバクテリアの先祖様が、炭素栄養と窒素栄養がない、極めて住みにくい場所で生きていくために試行錯誤した結果なのだと、僕は想像しています。(木村聡)
何十億年も前に生まれた生き物がいろいろ工夫して賢く生きているのですから、僕たち人間ももっともっと知恵をふりしぼって生きていかなくてはいけませんね!
参考文献
Rippka, R. (1979) Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria. J Gen Microbiol 111, 1-61.
Zhang L.C. (2008) Existence of periplasmic barriers preventing green fluorescent protein diffusion from cell to cell in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. Mol Microbiol 70, 814-823
はじめまして、みなさん!リバネスの倉持麻衣子です!
私事ですが、先日私の姉が女の子を出産し、めでたく『おばさん』になりました!生まれたばかりの赤ちゃんが母乳を飲む様子を見ていたら、改めて私たちは哺乳類なんだなぁと実感しました。自分の血肉を母乳として我が子に分け与えて育てるお母さん、偉大です!(哺乳類万歳!!)
ところで、哺乳類の基本は母親の体脂肪でつくったミルクを子に与えることにありますが、この世界には哺乳類以外にも、子どものためにミルクを出しちゃうというすごい生物がいることをご存じでしたか?しかもお母さんだけでなくお父さんもミルクをつくることができるのです!いったいどんな生物でしょうか?やっぱり珍しい動物なのかな?それとも意外と身近にいるのかな?
実は、その生物は普段からみなさんの身近にいるあいつら、そう『ハト』。そしてピンクの体色としなやかなフォームで有名な『フラミンゴ』などの鳥類なのです!彼らの哺乳類との違いはどこにあるのでしょうか?
今回は、知っているようで、意外と知られていない、ちょっと気になる彼達について、迫っていきたいと思います!
●ピジョン・ミルクってなんのこと??
ハトが出すミルクは、『ピジョン・ミルク』と呼ばれています。鳥の食道には「そのう」という、餌などをためておく袋状に部分がありますが、ここに血管が集まって、消化に良い脂肪たっぷりの濃厚でチーズのようなミルクを出します。ミルクは、体内から『プロラクチン』というホルモンが分泌されることで、生産が促されます。そしてオスのハトは、ヒナの鳴き声を聞くとプロラクチンが分泌され、ミルクを出すようになっているのです。このピジョン・ミルクは哺乳類の乳とよく似た成分で、ハトの幼いヒナは、これを親鳥から口移しで飲ませてもらい、すくすくと育っていきます。えさを与えているように見えるあの光景も、実はミルクを飲ませているのかもしれません。
●真っ赤なフラミンゴ・ミルク!?
さらにハトのほかにも、ミルクを出す鳥がいます。それは「フラミンゴ」。動物園などでよくみかけることができますが、野生では、アフリカや南ヨーロッパ、中南米の塩湖や干潟に生息しているピンク色の鳥です。フラミンゴは塩湖やアルカリ性の湖といった特殊な環境に適応していて、普段は水中の藍藻(光合成を行う細菌)や小動物を食べています。 そのフラミンゴの出すフラミンゴ・ミルクは、ピンク色の体色に似つかわしい(?)真っ赤な色をしています。また、ハトと同じように、オスもメスもこのミルクを出すことができます。正確には、生後7カ月頃からミルクを出せるようになり、若鳥は仮親になれるそうです。すごいですね!
ところで、どうしてフラミンゴのミルクは真っ赤な色をしているのでしょうか?
●ミルクの色は羽の色?
フラミンゴの羽根が赤いのは、餌である藍藻がもつ栄養素、カロチン(ビタミンA )のためです。カロチンやビタミンAは、私たちが食べる食品の中では、ブルーベリーや緑黄色野菜に多く含まれる色素を持つ栄養素で、脂肪に溶ける性質があります。そのため、フラミンゴの脂肪はそれらが溶けて、オレンジ色をしています。実は、フラミンゴの羽根の色はもともと白色なのです。ちなみに、私たちが普段食べているサケも、本来ならば白身魚なのですが、餌としてカロチンを含んだ藍藻を大量に食べているため、身がオレンジ色に染まっています。
ミルクというものは、哺乳類でも鳥類でも、血液中の脂肪やタンパク質などの成分をこしてつくられています。だからフラミンゴの赤く染まった脂肪からできるミルクは赤色をしているのです。また、このミルクが赤いもうひとつの理由は、1%ほどの血液が混じっているからです。血液も、ヒナにとっては重要な栄養分なのです。
そうすると、フラミンゴがヒナにミルクを与えているうちに、おもしろい現象が起きてきます。どうなると思いますか?ピンク色の親鳥が白色のヒナにミルクを与えていくと、ヒナは赤いミルクをもらってどんどん赤くなり、かわりに両親は栄養素を奪われて、薄いピンクに変わっていくのです。う~ん、すごい!
●進化した鳥類
ユニークなミルクを出す鳥達、いかがだったでしょうか?
進化とは、長い年月をかけて生き物が世代を繰り返して変化することを指します。今回ご紹介した、ハトやフラミンゴは鳥類の中でもより進化した鳥です。彼らは生まれたばかりで目も開いていないヒナを一人前になるまでしっかり育てることで、多くの子孫を残す生き残り戦略をとっています。そのため子育てにはオスも加わり、さらにはヒナを確実に育てるために、消化の悪い餌のかわりにミルクを出すようになったと考えられています。なんだか、そこに生き物の強さを感じますね。私たちのすぐそばで、鳥達は生き抜くために進化し続けているのです!
参考文献
ポケット図解「進化論と生物の謎がよ~くわかる本」 夏緑著 昭和システム社出版
「鳥のからだと構造、動物たちの地球」 森岡弘之著 朝日新聞社出版
初めまして、リバネスの須永です。寒さも厳しくなってまいりました。冷え性の身としては、つらい季節です。みなさんはどんな防寒対策をしていますか?厚着や使い捨て
カイロ愛用者が多いのでないでしょうか。使い捨てカイロの手軽さは便利ですが、保温性や熱量に不満を覚える人もいるのではないでしょうか。私もそんな中の一人でした。しかし、5年前に、そんな不満を解消してくれる素敵な「カイロ」に出会って以来、私はこの子に夢中です。今日はみなさんに、私のお気に入りの「白金触媒式カイロ」をご紹介したいと思います。
■ストーブを手軽に懐へ
まずは、下の図1を見ていただきましょう。
本体は真鍮製です。大きさはタバコの箱よりも1周り小さいという所でしょうか。
こんなに小さいにも関わらず、この子は1回25ccの燃料補給で24時間暖かさを保ってくれます。燃料は、ベンジンです。ベンジンと聞くと、水洗いできない洋服や着物の汗じみをとるときに、お母さんやおばあさんが使っているのを思い出す人もいるのではないでしょうか?
この白金触媒式カイロ、放出する熱エネルギーは使い捨てカイロよりずっと多いそうです。裸のままでは熱すぎて、本体を触ることもできません。使用するときは、本体のサイズに合うフェルトなどの厚い布でできた袋に入れて使います。カイロ本体の表面温度はおよそ70℃、内部の温度は130℃から350℃。まさに、「懐」に入る「炉(ストーブ)」なのです。
図1
■白金触媒による酸化反応がポイント
現代の主流である使い捨てカイロは、鉄の酸化熱を利用しています。使い方は、袋から出すだけです。しばらくすると、使い捨てカイロと空気中の酸素による、酸化反応がスタートして、発熱を始めます。持続時間は、8時間のものが多いようです。
一方、白金触媒式カイロはどのような方法で熱エネルギーを得ているのでしょうか?
実は、火口についた綿のような部分に白金触媒式カイロの秘密があります。この綿のような部分は、微粒子化させた白金をガラス繊維表面にコーティングしたものなのです。ちなみに、白金とは、プラチナの日本名で、貴金属として有名な、あのプラチナと同じものです。化学の世界では触媒の代表格として、活用されています。
これまでに何度も「触媒」という言葉が出て来ていますが、どんな物質を指すのでしょうか?触媒とは、化学反応の前後で、自分自身が変化することなく化学反応速度を促進する物質を指します。
ライターでこのガラス繊維をあぶり、温度を上げ、反応のきっかけを与えることによって、微粒子化した白金が気化したベンジンの燃焼を促進する触媒として機能するのです。したがって、脱脂綿にしみ込んだベンジンが燃えているというわけではなく、気化したベンジンが火口においてのみ、燃焼しているのです。
つまり、白金触媒式カイロとは、白金触媒によって発生するベンジンの燃焼熱を利用したカイロなのです。触媒反応なので、ベンジンの中の炭素と水素が酸化した結果、二酸化炭素と水のみが発生します。不完全燃焼によって、一酸化炭素が生じることはありません。また、白金は触媒なので、反応が起こっても、減ることはありません。ベンジンを補給すれば、何度でも使うことができるのです。
ところで、なぜ白金は触媒として有能なのでしょうか?白金表面は、酸素原子や有機化合物をその表面へ吸着させるという性質を持っているためだと言われていますが、最終的な結論はまだ出ていないようです。また、この吸着させるという性質の源もわかっていなそうです。
■白金触媒の長い歴史
この技術、なんだかハイテクな気がしてきませんか?実はハイテクの正反対にあると言ってもいいほど、白金触媒式カイロの歴史は、長いのです。発売は1923年、なんと81年前です。1980年代には、現在の主流である使い捨てカイロよりも、一般家庭にとって身近な存在だったようです。
この白金触媒式カイロ、燃料補給やライターの用意など、面倒さはありますが、とにかく長時間、非常に暖かい。触媒である火口は、炭素等の汚れが付着するにつれて、反応の能率が落ちるため、定期的に取り替える必要があります。しかし、本体は、物置から出てきた30年前のものでも、新しい火口をつけてあげることによって、使えてしまったという話もあるそうです。こんな味わい深い白金触媒式カイロ、そこの冷え性のあなたも使って見ませんか?