ヴォイニッチの科学書 Chapter-442

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ヴォイニッチの科学書
2013 年 4 月 27 日
Chapter-442
電流生成菌

http://www.febe.jp/
http://obio.c-studio.net/science/

配付資料

ガラスのコップに植物プランクトンの一種アオ

さて、ここで疑問に思われるのはなぜ生きた細コ、乳酸菌、その他の微生物を入れて日光を当て菌から電気を取り出すことができるのか、というると電気が発生します。アオコは湖などに大量にことなのですが、そこにはシトクロムとフラビン発生していて水質汚濁の原因となる生物です。という二種類のタンパク質が関わっています。
細菌が有機物を酸化分解するときに受け取る電子を菌の外にある電極に渡すことによって電流が流れます。電子を細胞の外にある電極へ運ぶ仕組みは最近まで謎でした。
東京大学の研究者らは MR-1 という菌を使って研究を行いました。この細菌は細胞内部の電子を細胞の外部へ運ぶために必要な複数のタンパク質を持っています、細菌の表面にはシトクロムと呼ばれる酸化還元反応を起こすタンパク質が存在していて、シトクロムが細菌の電源端子の役目をしてアオコは光合成をしてものすごいスピードで増電子を電極へ渡します。この部分の詳細な電子の殖し、乳酸菌のエサとなります。乳酸菌はアオコ流れを調べることのできる電気化学計測システム

を食べて有機物を作り、その有機物を別の微生物の新たに開発して細菌から流れる電子を直接的かが分解して電流を流します。この微生物のことをつ高感度に観測したところ、フラビンが重要な役

電流生成菌と呼びます目をしていることがわかりました。

電流生成菌が作り出す電気のもとは太陽光だと細胞表面と電極との間の電子の移動にフラビン言えますので、これは微生物太陽電池とも言うべというタンパク質分子が関わっていること自体はきものです。東京大学の研究者らが取り組んでい以前から知られていました。フラビンは電流生成

るこの微生物太陽電池はまだ実験室レベルの技術

菌が細胞の外に分泌して電子の運搬役として使っですが、汚染対策と発電を同時に行うことができている分子です。この装置を使ってフラビンの挙る画期的なシステムとして、将来的には食品工場動を観察したところ、菌から放出されたはずのフなどの排水の有機物から電気を取り出すことを目

ラビンは、これまでは科学者は細菌の周辺の液体指しています。に溶けた状態になっているだろうと思っていたの1/4

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ですが、実はそうではなく、電極に結合した状態で存在しており、電子を電極に渡す際にフラビン

また、微生物によって燃料を発酵生産する技術の研究も進んでいます。

分子は電流生成菌の膜タンパク質と結合した状態

国際石油開発帝石と東京大学の研究チームは油で相互作用を起こし、横軸に細胞膜のシトクロム田やガス田に生息しているメタンを作る細菌に着と結合したフラビンの量を、縦軸に細菌が流す電目しています。この研究はもともと、細菌を利用子の量をプロットすると非常に相関の高い直線関して採掘した跡の油田にわずかに残っている原油係にあることがわかりました。と二酸化炭素をメタンに変換して燃料として利用することが目的でしたが、最近の研究ではある特殊な細菌を使えば原油は不要で二酸化炭素、水素、電気でメタンを作り出すことができることがわかっています。
細菌がこれらの原料からどのようにして電気を作り出しているのかはまだ解明されていません。
こちらの技術もまだ実験室レベルですが、生成したメタンから得られるエネルギー量とメタンを作るために消費される電力量はほぼ同等です。そのため、電力源を風力や太陽光などの自然エネルギつまり、シトクロムと結合しているフラビンのーを使うことによって、実質電力ゼロで燃料とし量が多いほど電子はたくさん流れていた、といこて有効なメタンを作り出すことができる技術です。とです。このことから電流生成菌が発電する際にはフラビンが両面テープのような役目をして電極と細菌を貼り付けていることによって、菌の表面そして、バイオ燃料の古株と言えばセルロースです。

から直接的に電極に電流が流れていることがわかりました。

セルロースは、実際には稲わらや木材のことです。トウモロコシを燃料として利用する際には実を利用することが効率的なのですがこれは食料を燃料として使ってしまうことになります。セルロースは多糖類ではありますが、人間はセルロースを食料にすることはできませんので、食糧供給を妨げないためには食べることのできないセルロース部分を有効活用できないか、というわけです。
セルロースを分解すればメタノールが生成することは明白なのですが、化学的には高い圧力や高い温度が必要なため、より投入する燃料を少なくして効率よくセルロースをメタノールに分解する技術を開発する必要があります。
シロアリの腸内細菌がセルロースを分解できる2/4

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ことを応用して、セルロースを原料としたエタノ

れば領海と排他的経済水域のほぼ全ての海底を調ールの発酵生産のための有用な菌のスクリーニンべることができます。また、多くの岩石を持ち帰グが行われていましたが、最近のおもしろい研究ることで、深海底に眠る希少資源の状況をより詳として、イオン液体と呼ばれる特殊な液体を使っしく調べるのに役立ちます。てセルロースを分解して糖類を取り出す方法が開

潜水艇の大きさは縦 3 メートル、幅 2 メートル、発されています、イオン液体を使うと圧力をかけ高さ 2.6 メートルで重さは 6 トン。海上にある母ることなく 100 度程度の加熱でセルロースが糖類線とケーブルでつなぎ、電力を供給しながら操作に分解されますので既存の化学的な方法よりもはします。建造費は 14 億 3000 万円です。

るかに投入するエネルギーが少なくて済みます。
イオン液体を発光の前段階として使用したバイオ燃料の開発研究を行っているのはトヨタ自動車や▼超新星爆発の明るさばらつきがある可能性

九州大学から成る研究チームですが、2020 年代の実用化を目指しています。

恒星が一生を終える際に引き起こす大爆発の一種「１ａ型超新星爆発」の明るさは、これまで一定と考えられていましたが、宮崎大などの研究チ

ちょきりこきりヴォイニッチ

ームは日本のエックス線衛星「すざく」による観

今日使える科学の小ネタ測の結果、ばらつきがある可能性があることが分かったと発表しました。
１ａ型超新星爆発の明るさが一定であることを▼海洋研究開発機構が水深 7000 メートルまで探査前提に、観測された明るさの違いから、宇宙が膨できる新型無人潜水艇を開発張するスピードが加速的に増しているとされています。
▼頭を使うだけで DNA が損傷する神経細胞の DNA は、放射線や活性酸素などによってダメージを受け、高齢者ではそれらのダメージを修復する能力が低下しているため、アルツハイマー病などの原因になると考えられてきました。
けれど、米グラッドストーン研究所の研究によると、頭を使うだけで神経細胞では DNA の二本鎖切断ダメージが起きているようなのです。ただし、2014 年度から運用を開始する予定のこの探査機

普通の人であればこの損傷は速やかに修復されるは、7000 メートルまで潜って既存の潜水艇の 3 倍ため、頭を使えば使うほど早く認知機能が低下すにあたる 300 キログラムの岩石や泥を積み込むこるというわけではありません。とができます。7000 メートルまで潜ることができマウスを住み慣れた飼育籠から取り出して、見3/4

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慣れない環境やにおい、感触などで刺激すると、に見せて脳活動のパターンを調べ、この脳のパタ脳のあらゆる部位、特に海馬歯状回の神経細胞で、ーンと夢を見ているときの脳のパターンをマッチ

DNA の二本鎖切断が 3～10 倍程度増加することをングさせるプログラムを作りました。実際に、睡発見しました。神経以外の細胞ではそのような DNA眠中の脳活動データから夢に出てくる物を推定しの損傷はなく、マウスを元の飼育籠に戻すと DNAたところ約７割が当たったということです。の損傷の増加はおさまりました。神経細胞の種類

さらに夢を当てるには、目覚める直前（0～15ごとに視覚野、線条体など個別に受けた刺激の強秒前）の脳活動データを用いた方が確率の高いこさと DNA の損傷の相関を調べたところ、刺激されとが分かりました。それ以前の夢では、内容が忘た神経ネットワークでのみ、DNA 二本鎖切断が誘導れ去られているためのようです。また、脳活動のされることも確認されました。

データとしては、大脳の後頭葉から側頭葉にかけこの損傷の原因を調べてみましたが、一般に DNAて広がり、とくに物体画像に対して強い活動を示の損傷の原因として知られているストレスホルモ

す高次視覚野を用いた場合に高い精度が得られるンや活性酸素によるものでないことはわかりましことが分かったということです。

たが、詳細は解明できませんでした。また、このような変化が単なる神経細胞への悪影響なのか、それとも刺激に対応するために必要な反応なのかも判断できていません。

▼脳活動データから夢を解読
睡眠中のヒトの脳活動を計測することで、見ている夢の内容をある程度解読することに、株式会社「脳情報研究所（ATR）」神経情報学研究室の神谷之康室長らと奈良先端科学技術大学院大学、独立行政法人・情報通信研究機構のグループが成功しました。
成人の男性ボランティア 3 人の協力を得て、睡眠中の脳活動を「機能的磁気共鳴画像（fMRI）装置」で測定しました。fMRI のデータからボランテ
ィアが夢を見ていると判断されると起こして、直前まで見ていた夢の内容を報告してもらい、また寝てもらうという作業を繰り返すことで、1 人あたり約 200 回分の夢と脳活動のデータを得ました。
これを基に、「本」や「クルマ」など、夢に出てくる約 20 の一般的な物体の画像を起きている 3 人
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