2015年12月31日木曜日

6_131 2015年を振り返る:iMuSCs

 今年もいろいろな科学的な成果がありました。一方、反省すべきこともありました。私たちはまだまだ学びつづける必要があるようです。科学は人がなすものであるが故に、完全ではないからでしょう。

 年末になると、一年を振り返ることが多くなります。しかし、今年起こったことを思い出すのがなかなか難しいものです。それでも、ケプラー衛星の新しい惑星の発見、ニューホライズンズの冥王星接近、ニュートリノの質量発見で梶田隆章さんがノーベル賞受賞、史上最大のエルニーニョなどが、記憶に残っています。また、地質の分野では、阿蘇山の噴火、箱根火山の活発化、そしてアポイの世界ジオパーク認定などが残っています。人によって思い出すニュースは違っているでしょう。ここで上げたものは、私の興味があるので記憶されているのでしょう。
 さて、昨年もエッセイの最後の回で、1年を振り返りました。そのときは、STAP細胞を話題に取り上げました。STAP細胞は、1月には理研の検証実験でも再現できないとの報道がなされました。また、捏造論文の舞台の1つが、科学界では権威のある雑誌「Nature」でしたが、そこに理研のチームがSTAP細胞は存在せず、残された細胞はES細胞に由来すると報告しました。この最終的な結論は、Nature誌電子版に9月24日付で掲載されました。
 ところが、思わぬ報告が、Nature社のScientific Reportsという雑誌に11月27日付で出されました。それは、
”Characterization of an Injury Induced Population of Muscle-Derived Stem Cell-Like Cells”
(傷害誘導性筋肉由来幹細胞様細胞の特徴)
というタイトルの論文でした。
 傷害誘導性筋肉由来幹細胞様細胞は、iMuSCsと略されています。この細胞の意味は、次のようなものです。筋肉を構成していた体細胞が、損傷するような強い刺激を受けとき、初期化された細胞に似たものができた、という内容の論文です。幹細胞とは、自己複製機能を持ち、いくらでも分裂、増殖していける細胞のことです。
 この報告は、二重の意味で注意が必要です。
 ひとつ目は、まだ結果が完全に検証されていないものだということです。幹細胞「様」細胞となっているのは、幹細胞とは確定できてはいない、という意味合いがあります。また、Scientific Reportsは、Nature社が発行している電子版雑誌ですが、完全な検証や精密な査読を受けた報告ではない点です。技術的には問題がないかという基準でのみ、1名の査読者によって判断されたものが掲載されます。短時間で、審査されて成果を公表できるという利点をもった報告の場を提供するためのものです。ですから、科学的に、再現性や論証過程に問題や不備がないかなど、十分な検査は受けていない、という不確かさが伴うことを理解しておくべきでしょう。
 ふたつ目は、細胞の初期化と、STAP細胞のような万能性とは違うということです。幹細胞は、どんな細胞にもなれる万能性(STAP細胞、多能性)を持つものだけでなく、他にもいくつかの種類があります。幹細胞には、全てではないがいくつかの限られた種類の細胞になれるもの(多分化能)、あるいは一種類だが他の幹細胞でない普通の細胞になるもの、幹細胞に分裂できるが一種だけになれるもの(単分化能)、などもが含まれています。この幹細胞「様」細胞が、どれに当たるかは、まだよくわかっていません。
 これらが検証され、再現され、査読も通ったら、この現象は科学的に重要な発見となるでしょう。しかし、私たち、いや科学は慎重であるべきです。科学とは、だれもが納得するまで検証すべきです。
 自然科学の結果は、数学や論理学のように一度証明されたものは完全に正しいもの、というわけではなく、あくまでも現状でもっともよい仮説と考えるべきです。一方、医学は応用性が重視されます。再現性が確認され、効果があるものなら、原因や論理が不確かでも利用できます。自然科学と論理科学、応用科学との違いは意識しておくべきでしょう。
 STAP細胞は、科学の条件や手順を満たしていませんでした。iPS細胞は再現性が保証されていました。たとえ不確かな部分があったとししても、iPS細胞には応用性、実用性が生まれます。
 昨年最後に取り上げたSTAP細胞のエッセイ以来、この一年間いろいろテーマでエッセイを書いてきました。そして今年最後のエッセイが、iMuSCsという細胞の話で終わることになりました。でも、科学の再現性、信頼性を考えるためにはいい機会となりました。

・人がなすもの・
科学の信頼性は、人の感情が入ることなく、
客観性に基づき生み出されるものです。
しかし、信頼性の背景には、
研究者の人となりやその技術に関する
「信頼」が加わっているように思います。
後者の「信頼」は、感情に左右されるものでしょう。
科学とは冷徹なところもある反面
人が行うものなので、そこには感情も生まれます。
これは仕方がないことでもあります。

・よいお年を・
エッセイでも書きましたが、
史上最大のエルニーニョが
現在、起こっているそうです。
日本では暖冬になる可能性がいわれているのですが、
雨が降る暖かい日があったかと思うと、
吹雪いて寒い日もきます。
気象の予報は難しいものです。
実学で、実害の起こるような科学の分野では
いろいろな難しい問題をはらんでいます。
来年は皆様にとって、
穏やかな一年でありますようにお祈りしています。
よいお年をお迎えください。

2015年12月24日木曜日

5_130 新しい天体

 今日は新しい星の話をしましょう。新しい星とはいっても、天体が新たにできたわけではなく、発見されたという報告です。新しい天体、珍しい天体を何度か紹介したこともあるのですが、今回は太陽系内の特別なところにある天体です。

 新しく見つかった天体を紹介をします。新しい天体は、毎年たくさん見つかります。探査衛星ケプラーによって、太陽系外の惑星が多数見つかていることは、以前「5_109 地球型惑星 2:ケプラー」などでも紹介しました。太陽系外惑星ではなく、太陽系内での発見です。太陽系内でも小惑星帯(火星と木星の間)では、多数の惑星が、今でも発見されています。ただし今回は、小惑星帯でもないところから発見された惑星の話しです。
 太陽系内で小惑星帯以外で発見されるのは、カイパーベルト(正確にはエッジワース・カイパーベルト)とよばれている太陽系の一番外の惑星(海王星)より外側にある帯です。カイパーベルトには冥王星のような準惑星と呼べるようなサイズの天体から、小さなものまでたくさんの天体があります。
 太陽系内で、これまで一番遠くで見つかっていた天体は、エリスと呼ばれるもので、太陽から約145億km(97天文単位。1天文単位は太陽と地球の距離である約1.5億kmのこと)離れたところにあります。エリスは、冥王星と同じくらいの大きさがあり、準惑星とされています。
 今年11月13日に新たに報告されたV774104と呼ばれている天体は、エリスよりもっと外側で、太陽系で最も遠いところで見つかったものとなりました。太陽からの距離は、約154億km(103天文単位)とされていますが、その軌道はまだ正確には定まっていませんし、その大きさも500~1000kmと不確かです。ただしその軌道は、冥王星の40天文単位と比べると、3倍以上の遠いところにあることは確かなようです。
 かつて(古典的、あるいは狭義と呼ばれています)カイパーベルトは50天文単位あたりまでとされていたのですが、それより外側にも天体があると考えられていました。そして今回発見されたV774104は、103天文単位の軌道で海王星の影響がおよぶ範囲(50天文単位)よりずっと外側、カイパーベルトのかなりはずれになります。
 カイパーベルトより外側にも多数の天体が存在し、「彗星の巣」となっていると推定されているオールト雲と呼ばれていることろがあります。V774104は、オールト雲の一番内側にあたる「内オールト雲」に位置する天体かもしれないと考えられています。
 今回発見された遠くの天体は、大きさもそれほどではなく、情報も不確かです。しかし、それがそこにあるということが、重要な情報になります。存在が自体が、仮説から実体のあるこを示す証拠となります。肉眼ではみえない星ですが、遠くのかすかな痕跡でも新しい発見の話もいいものですね。

・準惑星の導入・
準惑星エリスは、冥王星を惑星から引き下ろす
きっかけとなった星です。
このエリスの発見した研究者は、
サイズからすると惑星になると命名しようとしたのですが、
惑星の命名の規則がありませんでした。
これまで新たな惑星が発見されるとは
考えられていなかったのです。
今後太陽系内で似た星の発見があったときや、
太陽系外でも惑星らきものが見つかった時
そもそも惑星とは何かという定義が
なされていなかったのです。
そのことにエリスの発見で気づいたのです。
その結果、いろいろな議論を経た後
現状のように準惑星という分類が導入されました。
新しい発見は、時に今までの考え方に
変更を迫ることもあるのです。

・年末は・
大学は23日の祝日は通常通りに講義があり、
あとは年末年始の休講に入ります。
しかし、教職員は講義がなくとも
25日まで仕事があります。
私は、26日も出る予定があります。
年末もどうなるか不明です。
まあ、我が家では、年末年始は
特別なことはあまりしませんので
私がいなくても、いつもとは変わりはないのですが。

2015年12月17日木曜日

2_135 41億年前の生命 4:履歴

 ジャックヒルで見つかったジルコンは、「選ばれし」ものでした。そのジルコンは、複雑な履歴と論理を背景に今回の報告に至ります。分析自体は既存の方法でしたが、それを用いた素材とアイディアが優れていました。

 今回報告に利用された「選ばれしジルコン」は、花崗岩を形成するようなマグマからできた結晶でした。その花崗岩マグマは、堆積岩に水が作用してできた可能性が高いものでした。生物にとって、水は重要な環境を提供し、生存するためにも水は不可欠な素材となります。41億年前、多くの生物活動があったとすれば、その痕跡は堆積物に残されることになるはずです。ですから、マグマとともにあった堆積物や水の痕跡をうまく探れば、生物の痕跡が残っているかもしれません。
 生物の痕跡が、何らかの物質に取り込まれ、現在まで残る可能性が一番高いものは、ジルコンでしょう。41億年前の「選ばれしジルコン」には、多数の包有物が含まれていました。包有物には炭素原子からでているグラファイトもありました。そのグラファイトの炭素同位体組成を調べたところ、生物もっていたと考えられる値が得られました。
 この炭素同位体組成は、古い時代の化学化石には常用される手法です。手法自体は新しくはないのですが、それを適用した対象がなかなか素晴らしいアイディアだったのです。ただし、その対象は1万粒から1粒しかなく、それを選び、測定をしていくということがなされました。それが優れた点です。ジルコンの年代は、41億年前のもので地球最古ではなかったのですが、重要な指摘でした。
 最後に、今回の複雑なジルコンの来歴をまとめておきましょう。報告に用いられたジルコンは、堆積岩が水の関与のもとで溶けて花崗岩のマグマができ、そのマグマが固まる時に晶出しました。
 マグマの材料となった堆積岩のできた時代は不明です。その時代には堆積物となるほどの痕跡が残せるほど生物がいて、マグマができても消えないほどの炭化物があったようです。年代は、マグマの年代の41億年前より古いものになります。
 生物の痕跡をもった花崗岩は、44億年前から38億年まえくらいの大陸の一部となっていました。地球深部で固まった花崗岩は、やがて陸地に顔をだして、浸食を受けて30.6億年前に堆積物になりました。その堆積物が変成作用を受けながらも現在まで残ったのです。
 ジルコンは複雑な履歴を持っていました。そのジルコンの成分から更に過去に遡るのです。今回の報告は、いろいろな紆余曲折、複雑な論理をもった報告であることがおわかりいただけたでしょうか。もしここで出された根拠が正しく、生物の存在が41億年前まで遡れるのであれば、多くの人が認めている最古の化石とされる35億年前より6億年、あるいは最古の堆積岩である38億年前より3億年古い記録となります。
 まだまだ検証やデータも必要になるのでしょうが、重要な報告です。今後の議論が気になります。

・エルニーニョ・
現在、観測史上最大のエルニーニョが発生してようです。
エルニーニョが発生すると、
日本では、暖冬と冷夏になるそうです。
北国の住人は、暖冬はありがたいものです。
除雪や雪の害が少ないので助かります。
大雪があると交通も混乱します。
予報通りなるかどうかは、不明です。
予報と現実がどこまで一致するかは、
その時が来るまでわかりません。
それが予報というものです。

・ジャックヒル・
グリーンランドの39億年前の堆積岩とともに
オーストラリアのジャックヒルの堆積岩中のジルコンも
地質学では重要な報告に何度も登場してきます。
重要な報告が何度もでてくる地域となるには、
そこにしかない特徴あるためです。
単に最古を追いかけるだけであれば、
さらなる最古が見つかると、
以前の最古は忘れられる存在となります。
最古はつぎつぎと塗り替えられるのです。
しかし、そこにしかない特徴があると
何度も学問の歴史を彩る重要な地点として現れます。
ジャックヒルもそんな地点になりつつあるようです。

2015年12月10日木曜日

2_134 41億年前の生命 3:グラファイト

 今回の報告に使われたジルコンは、選りすぐりの一粒でした。その当選確率1万分の1です。宝くじではないので、研究者は一粒ずつ吟味して、この一粒にたどり着いたのです。そこから得られた結果が今回の報告となっています。

 報告された生命の痕跡は、西オーストラリア、ジャックヒルの30.6億年前の堆積岩に含まれていたジルコンの砂粒からでした。もちろんこのジルコンは30.6億年前より古くなります。堆積岩を構成する砂粒ですから、すでにあった岩石が、浸食、運搬されてたまったものです。堆積岩の砕屑物が堆積岩の年代より古いのは、当たり前のことでもあります。ジャックヒルの堆積岩のジルコンの年代は、さまざまなものが見つかっています。そして、一番古い年代が44億年前で、地球最古の物質の記録フォルダーになっています。
 今回、生命の痕跡がみつかったジルコンを見つけるのに、大変な苦労があったことが、論文からうかがえます。ジャックヒルの堆積岩から取り出されたジルコンは、1万個を越える数になっているようです。多数のジルコンから、38億年前より古いものが5%ほどで、今回の研究対象になったのは、1個だけだったそうです。非常に貴重な試料だったのです。
 そのジルコンには、グラファイトとよばれる物質が包有物として取り込まれていました。グラファイトとは、石墨と呼ばれる鉱物で、炭素だけからできています。注意が必要です。なぜなら、ジルコンは、堆積岩から見つかったものです。その堆積岩には炭素物質が含まれていてもいいし、他の鉱物や岩石片からも由来してもいいし、堆積後の変形や変成作用の時に由来する可能性もあります。ですから、このグラファイトがジルコンができるときに取り込まれたことを確かめておかなければなりません。
 割れ目などから炭素物質が入り込むことないジルコンを選ばなければなりません。その包有物のうち、4%にダイヤモンドやグラファイトを含んでいるという報告があったのですが、その中には試料の処理中が汚染されたことがわかってきました。それを注意深く除く必要があります。今回はそのような危惧をなくすために、割れ目がないか注意深くチェックされています。そのようにして選ばれたのが、この一粒だったのです。
 ジャックヒルズの38億年前以前のジルコンには、多くの包有物が含まれており、それらは花崗岩から由来した可能性を示しています。ですから、今回注目されたジルコンも、その一つでした。このジルコンの年代が、41億年前だったのです。ジルコンの包有物であるグラファイトの化学分析をしたところ、生物の痕跡みつかったのです。
 その内容は、前回のエッセイで述べた複雑な履歴と関係があります。次回としましょう。

・根雪?・
週末には大雪の予想がハズレました。
しかしあたり一面、白くはなりました。
週明けには、予報を補うほどではありませんが、
そこそこ降り、さらに積雪が増えました。
積雪量はそれほどではないのですが、
根雪になっていきそうな気配があります。
今年の冬は長くなるのでしょうか。

・卒業研究・
師走のこの頃になると、
卒業研究の添削に追われます。
私の学科は必修なので
学生も卒業がかかっているため大変でしょう。
しっかりの指導すれば、進んでいきます。
ひとりずつペースはばらばらですが、
自分なりの成果を上げていくので、
完成度は上っていきます。
来週が締め切りですので、あとひと頑張りです。
達成感を味わっていただければと思います。

2015年12月3日木曜日

2_133 41億年前の生命 2:ジルコン

 報告では、堆積岩の中にある鉱物の粒から、生命の痕跡が見つかったというのです。実はこの堆積岩は、30.6億年前で形成されたもので、最古のものではありません。少々複雑な履歴が想定されますので、整理しておきましょう。

 今回、最古の生命が報告された岩石は、堆積岩です。ここまでは、堆積岩から化石が見つかったということになり、当たり前のことになります。実はここから、問題があります。
 この堆積岩は、30.6億年前で形成されたもので、最古の岩石でも、最古の堆積岩でもありません。堆積岩の中にあった鉱物の粒から、生命の痕跡が見つかったというのです。ただしその鉱物は古いもので、41億年前の年代もっており、そこに生命の痕跡があったと報告されています。話が複雑になってきました。
 堆積岩の産地は、西オーストラリアのジャックヒルということろです。そこには、かなり古い堆積岩、とはいっても30.6億年前にできたものがあります。ジャックヒルは、地球最古の固体物質、鉱物の産地と有名で、44億年前に形成されたジルコンが見つかっています。その岩石のジルコンが今回の報告の対象でした。ただし、最古の44億年前のジルコンではなかったのですが。
 ジルコンは、火成作用で形成される鉱物です。結晶構造が丈夫なので、一旦形成されると、少々の変成作用でも変化することなく、できた時のままの情報を保存していることが知られています。この堆積岩も変成作用を受けているのですが、頑丈なジルコンには、できたときの情報(化学成分)が残っていました。
 次に火成岩でできた鉱物に、なぜ生命の痕跡が残るのかという問題です。ジルコンという鉱物は、珪酸ジルコニューム(ZrSiO4)という化合物で、火成岩でも、珪酸の多いマグマ(酸性マグマと呼びます)から形成されます。そのような酸性マグマは花崗岩を形成するので、大陸地域で形成されたと考えています。ですから最古のジルコン44億年前が、最古の大陸の形成時代を示しているという報告がされたことがありました。これは以前紹介しました。「1_5 「最古のもの」より古いもの」や「1_6 最古の鉱物のもつ意味」などです。
 さて、花崗岩には、いくつか起源があると考えられてます。マントルで形成された玄武岩質マグマが結晶分化作用でできたタイプや、地殻の玄武岩が熱や高度の変成作用で融けてできたタイプ、堆積岩が溶けてできたタイプなどがあると考えられています。堆積岩が溶けてできるタイプのものは、マグマでありながら、堆積岩との関係が出てきます。
 今回の報告も、堆積岩由来の花崗岩で形成されたジルコンが堆積物の生物の痕跡がみつかったとされているのです。少々複雑な履歴が理解していただけたでしょうか。

・宝石・
ジルコンは鉱物の一種なので
いくつかの特徴がある。
ジルコンは、屈折率が高く、
硬度もそれなりにあります。
よく輝き、無色透明なものもあります。
鉱物の中ではもっとダイヤモンドに似ています。
それにダイヤモンドより頻度が多くでています。
そのため、金額も安いため、
ダイヤモンドの代わりに
使われていることがあります。
色も多様で、人工的に熱処理で色を出すこともされるので
ジルコン自体も宝石となります。
でも、地質学では年代を測定のための素材として
重要な役割を果たしています。

・花崗岩の分類・
上記の分類で、でてきた花崗岩の分類は
ホワイトとチャペル(White and Chappell, 1979)が提唱したものです。
起源をいろいろ細分化したので古い論文ですが
花崗岩を概観するとき、利用されています。
堆積岩由来の花崗岩はSタイプと呼ばれてます。
上では説明しなかったのですが、
非造山帯にでててくるタイプ(Aタイプ)も区分されています。
Sは堆積岩の英語、sedimentaryの略号です。
ほかタイプは、I、Mタイプなどがありますが、
専門家だけの用途ですから、説明はやめておきましょう。