研 究 会・学 会 スケジュール

名古屋大学理学部･大学院理学研究科広報誌［理フィロソフィア］
autumn ̲ winter 2012

編 集だより

動物と植物の有性生殖機構に関する国際シンポジウム
International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in
Animals and Plants
開 催 日 ： 2012 年 11月12日（月）〜 16日（ 金 ）開 催 場 所 ： ホテル名古屋ガーデンパレス（ 名古屋市 ）主
催 ： 文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「 動植物に共通するアロ認証機構の解明 」
問い合わせ ： 澤田 均 理学研究科 教授
hsawada@bio.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-2514
http://allo-authentication.net/5thMCBEEC/index.html

23

当広 報 委員会は、広 報 誌や理 学 懇 話 会を通じて、我々の学部、研究科で行われている教育や研究について、できるだけわかりやすく市民の皆さんに紹介したいと考えている。その際、技術や産業に直結しない、理学
本来の醍醐味を伝えることに心をくだいている。しかし、自然 科 学の面白さを味わっていただくためには、それなりの基 礎 知 識と論 理 的な思 考が求められる。これは第 7 回ニワトリ研究国際学術集会
The 7th International Chick Meeting「 理Philosophia 」に限らず、多くの科学雑誌にとって開 催 日 ： 2012 年 11月14日（ 水 ）〜 18日（日）開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館
主
催 ： ニワトリ研究国際学術集会準備委員会
共催 ： 名古屋大学大学院生命農学研究科附属鳥類バイオサイエンス研究センター
鈴木孝幸 理学研究科 助教
問い合わせ ： suzuki.takayuki@j.mbox.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-2997

共通の悩みだ。そこで、今回の特集、「 神経生物学に恋をする」では、神経生物学における最先端の研究の紹介とあわせて、講師の方に研究生活のエピソードや自身の「 研 究 史 」の紹 介に紙 幅をとっていただいた。

「 代数幾何、保型形式と物理への応用 」
Algebraic geometry, modular forms and applications to physics

研究の背景にある人物像を浮かび上がらせることにより、

開 催 日 ： 2012 年 11月26日（月）〜 30日（ 金 ）開 催 場 所 ： エディンバラ（イギリス）
主催 ： International Centre for Mathematical Sciences（ ICMS ）問い合わせ ： 金銅誠之 多元数理科学研究科 教授
kondo@math.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-2815
http://www.icms.org.uk/workshop.php?id=198「この人あってのこの研究 」であることをわかってもらいたい。研究者の人物としての魅力は、その人の研究の面白さと共通するものがある。そんなことを考えたからだ。
果たしてその効果はいかに。
（ 杉山伸 ）

2012 年国際ワークショップ「 LHCによる強結合ゲージ理論の展望 」
2012 KMI Workshop on“Strong Coupling Gauge Theories in the LHC
Perspective（ SCGT 12 ）”開 催 日 ： 2012 年 12月4日（ 火 ）〜 7日（ 金 ）開 催 場 所 ： 名古屋大学理学南館坂田・平田ホール
主催 ： 名古屋大学素粒子宇宙起源研究機構
問い合わせ ： 山脇幸一 素粒子宇宙起源研究機構 特任教授
yamawaki@kmi.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-2862

表紙説明
ショウジョウバエの求 愛 歌、線虫の「 好き嫌い」、小さな生物のこうした行動を決めてものという。生物の行動を神経レベルにさかのぼって探る神経生物学の世界をめぐる。

18 12 03 02 08 04

開 催 日 ： 2013 年 3月4日（月）〜 9日（ 土 ）開 催 場 所 ： ホテル近鉄アクアヴィラ伊勢志摩（ 三重県志摩市 ）主
催 ： 名古屋大学大学院理学研究科附属南半球宇宙観測研究センター
問い合わせ ： 福井康雄 理学研究科 教授
fukui@a.phys.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-2837

広報委員

篠原久典（研究科長）
松本邦弘（副研究科長）
杉山 直（評議員）
南

和彦（数理学科）

福井康雄（物理学科）※委員長

組織図

中村光廣
（物理学科）

理学部・理学研究科・多元数理科学研究科・環境学研究科（地球環境科学専攻）

山口潤一郎
（化学科）

理学部（学科名）

寺崎一郎（物理学科）
大学院研究科（専攻名）

多元数理科学研究科
数理学科

多元数理科学専攻
理学研究科

杉山 伸（生命理学科）

関連施設等
附属南半球宇宙観測研究センター

瀧口金吾（生命理学科）

附属タウ・レプトン物理研究センター

ウォリス・サイモン（地球惑星科学科）
斉藤

太陽地球環境研究所

物理学科

素粒子宇宙物理学専攻

素粒子宇宙起源研究機構

化学科

物質理学専攻物質科学国際研究センター

生命理学科

生命理学専攻編集発行

附属臨海実験所

本誌の原稿執筆や取材などにご協力いただける方を求めています。
広報委員会までご連絡ください。

遺伝子実験施設
環境学研究科
地球環境科学専攻

名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会〒464 -8602 名古屋市千種区不老町
ご意見、ご感想をお待ちしています。

附属構造生物学研究センター

地球惑星科学科肇（事務長）

エコトピア科学研究所

なお、
ご投稿などの採否については当委員会にお任せください。

生物機能開発利用研究センター

次号は2013年 4月頃発行の予定です。

附属地震火山研究センター
博物館

事務部

年代測定総合研究センター

技術部

地球水循環研究センター
減災連携研究センター

制作
編集協力
デザイン

株式会社電通株式会社コミニケ
株式会社ティ・エム・シー

・本誌記事、写真等の無断複写、転載を禁じます。

I S S N 1884 ̲ 8486

̲﹁ 愛 の 歌 ﹂に と き め く 小 さ な 脳 の 仕 組 み ◇ 上 川 内 あ づ さ̲﹁ 好 き 嫌い ﹂をつく り 出 す 神 経 回 路 を た ど る ◇ 森 郁 恵

autumn _ winter 20122012年10月20日発行

Workshop on the super CO survey with NANTEN2

̲時 を 語 る も の︿ 岸 義 人 博 士 ﹀◇ 上 村 大 輔
̲理 のエッセ イ ◇ 上 羽 牧 夫

No .23

国際ワークショップ「 NANTEN2による超広域分子雲観測 」

̲理 の 先 端 をいく ◇ 小 山 昌 子 ／ 伊 藤 武 男 ／ 中 村 光 廣̲理 学 部 交 差 点

開 催 日 ： 2012 年 12月末
開 催 場 所 ： 名古屋市科学館
主
催 ： 名古屋大学大学院理学研究科・名古屋市科学館
問い合わせ ： 戸本 誠 理学研究科 准教授
makoto@hepl.phys.nagoya-u.ac.jp ／ 052-789-5505

特集第 11 回坂田・早川記念レクチャー﹁ 神 経 生 物 学に恋 を する ﹂いるのは、人 間と同じように脳の働きによる時を語るもの◎ 理のエッセイ

I Tは人を賢くしたか
上羽牧夫

岸 義人 博士 ＿分 子レベルのものづくりの 匠

岸物質理学専攻教授

義人（ 1937 ̲ ）名古屋大学理学部卒、同大学院博士課程修了（ 1966 ）元名古屋大学農学部助教授（ 1969−1974 ）ハーバード大学教授（ 1974−1997 ）ハーバード大学名誉教授（ 1997−）
名古屋大学特別教授（ 2010−）
文化功労者（ 2001 ）Illustration: Suharu Ogawa

私が学校で科学を学び始めてからもう半世紀になる。この間の科学技術の進歩は目覚ましいが、なかでも予想を超えて変わってしまったのが情報技術（ I T ）である。インターネットとスマートフォンに代表されるI Tは私たちの知的生活を変えてしまった。昔なら何週間もかけてやっと手に入れたような情報が今は瞬時に手元に集まる。この恩恵は計りしれない。
だが、I Tによって本当に人は賢くなったのだろうか。I Tを象徴するものは「 検索 」であろう。同僚はいつも、検索的思考の学生が増えてゼミが成立しなくなったと嘆いている。ヒントになるキーワードをいうと、言葉として別のキーワードが返ってくるだけで論 理 的 思 考 がまったくできないというのである。
「 検索 」が手軽に回答を用意してくれるため、考えることをI Tに預けてしまった状態が出現しているのだろう。
I Tが抱えるこの問題は科学にとって他人ごとではない。科学は物事を正しく予測することで、人々を幸せにする技術を生む。精密な実験装置や精緻な科学理論の発達が技術に貢献していることはいうまでもないが、科学の高度

岸 義 人 博 士は 1957 年に名 古 屋 大 学 理 学 部に入 学、＊1

1964 年に平田義正 教授の研究室においてフグ毒で有名な＊2に抜擢され、主に生物活性をもつ化合物の全合成研究に＊4取り組んだ。有名なウッドワード の後継者として世界的に認知成分テトロドトキシンの構造決定を行った。また、下村脩 博士

され、複雑な物質の合成手法や新規合成反応の開発を行い、が単離したウミホタルの発光物質であるルシフェリンの構造

その研究成果は現在の有機合成化学の進展に大きく寄与

決定、化学合成も達成した。その後、平田研究室の助手をしている。なかでも、2011 年 7月に国内で発売された天然物

務め、米国ハーバード大学博士研究員として渡米、帰国後、由来の抗がん剤「 エリブリン」は岸博士が確立した62 工程

まもなく農学部（ 後藤俊夫＊3 研究室 ）の助教授に着任した。

の精密な化学反応を介して製造されており、天然物化学とそこで、テトロドトキシンの全合成（ 人工的に物質を化学合成

有 機 合 成 化 学の集 大 成といっても過 言ではない。現 在もすること）に取り組み、1972 年、世界で初めてそれを達成

精力的に研究を行っている岸博士は、まさに分子レベルでのした。2003 年に次の合成が報告されるまで岸博士の合成はものづくりの匠であるといえよう。

世界で唯一の成功例であった。1974年にハーバード大学教授（ 名古屋大学名誉教授・神奈川大学教授

02 時 を 語 るもの

上村大輔 ）◇写真の説明化が進んだ分野ほど科学自身がIT化しているように思えるのだ。答えを出す

写真は平田研究室の図書と貸出カード。

ための有効性にのみ目が行き、人を賢くするのにあまり役立っていないという

貸出カードには岸博士と後藤俊夫博士の名前が残る。左下はルシフェリンの化学合成を研究テーマとした岸博士の学位論文。

事態である。もし人類の夢である室温超伝導体が発明され、実用化されたとしても、その原理や仕組みは人々に正しく伝わるのだろうか。科学を問題解決の手 段であると割り切ればよいのかも知れないが、技 術として使われるだけで、＊1 平田義正（1915 ̲ 2000）
元名古屋大学理学部教授（本誌 5号 P. 2、16号P.4 参照）＊2 下村 脩（1928 ̲ ）元名古屋大学理学部助教授。
ノーベル化学賞（2008）を受賞。
（本誌 15号 P. 19、18号P.2参照）＊3 後藤俊夫（1929 ̲ 1990）
元名古屋大学農学部教授＊4 R.B.ウッドワード（1917̲ 1979）
元ハーバード大学教授、ノーベル化学賞（1965）を受賞。

人々の知の世界が豊かになり人が賢くなることがないとしたら寂しいことである。
この事態を放っておけば、ブラックボックスは大きくなり、科学のIT化がどんどん進むだろう。
20 世紀の科学は私たちにこの世界の成り立つさまを教えた。21 世紀に見出したことが、次の世代の「 知 」の中に組み込まれ、人の知恵となっていくように努めることも理学に携わる者の大切な仕事である。

Makio Uwaha

1951 年福島県生まれ。名古屋大学理学研究科博士課程修了。現在の専門は結晶成長とパターン形成の理論。
No.23 autumn _ winter 2012

03

特集

神 経 生物学に恋をする

小さな生き物たちも、生きのびるために意外に複雑な情 報 処 理をしている。
生物の行動はどうやって決まるのか、神経レベルにさかのぼって探る神 経 生 物 学 。
今回の懇 話 会では、その最前線で活躍する 2 人の女性 研 究 者に研 究の面白さを語っていただいた。
ショウジョウバエは相 手の求愛歌をどうやって聞き分けるか。
線虫の「 好き嫌い 」はどうやって形成されていくのか。魅 力的な神 経 生 物 学の世 界 へようこそ。
（ 2012 年 6 月 9 日、第 2 1 回理学懇話会より）ショウジョウバエとの出会い「 愛の歌 」にときめく小さな脳の仕組み

現在、哺乳類の脳について、脳のどの場所“Drosophila melanogaster”によるものです。

がどのような機能を司っているのかということ

ショウジョウバエは遺伝学の材料としてよくを示す大まかな地図ができあがっています。

使われていて、高校の生物の教科書に1 回

しかしこの地図は大まか過ぎる、と私は思っては出てきます。実際にキイロショウジョウバエ

います。たとえば、「それぞれの領域に、どのが遺伝学の材料として使われはじめたのは神経生物学の対象は脳をつくりあげているような神経細胞がいくつぐらいあるのか 」とか1910 年ぐらいですので、もう100 年 以 上の「 神経細胞 」です。神経細胞は、脳の中で「 それがお互 いにどのようにつながっている

歴史がある、由緒正しい実験動物です。この互いに複 雑につながり合って機 能していまのか 」、ヒトの大きくて複雑な脳で全体像をショウジョウバエは、脳の神経細胞の数がす。細 胞 体 から軸 索という枝 がすごく長く探るのは少々難しい。神 経 回 路の精 密な

私 たちに比 べて圧 倒 的 に少ないのです。

する領域などがあります。このような領域が伸びていて、その枝の先で別の細胞とくっつ

地図をつくるためにはヒトの脳は大きくて複雑

実際に数えてみたところ10 万個ぐらいです。

協力し合って、いろいろな行動を制御してき合っているのです。神経細胞がどのようにすぎるようです。

また、脳をつくっている細胞や機能を操作するいるのです。

上 川 内 あ づさ 生命理学専攻教授

図 1 ショウジョウバエの脳頭部（ 上図 ）の表皮を取り除くと、脳（ 下図 ）が観察できる。数十種類の領域に分かれていて、それぞれ特定の情報処理を担う。

つながり合っているのか、神経細胞がどのようヒトの脳に神経細胞は推定で860億ぐらい、実験の方法がそろっているので、実験がやり

ショウジョウバエは攻撃行動や求愛行動な働きをしているのか、こうした疑問を私たち

ネズミでも数億個あるといわれています。そこやすいこともメリットです。すぐに増えるのでもとります。夜は眠ります。
また、嫌なことを覚えは解き明かしていこうと思っています。

で、もう少し小規模な生き物をモデルにして、実験も速く進みます。

ます。たとえば電 気ショックを受けたときにその全 体を調 べる方がいいのではないかと（図 1）。
ここでハエの脳を見てもらいましょう

嗅いでいた匂いには、そのあと寄りつかなくからです。カハール が「 脳の中にはニュー

発想を変えました。そこで今は、キイロショウ

ほかの動物の脳と同じように、ハエの脳も領域なるという記憶を示します。さらに、走光性、ロンという細胞があり、それがつながり合ってジョウバエを使って研究をしています。ショウという機能区画に分かれています。それぞれ

反走地性などの単純な走性も示します。あと、機能している」という「ニューロン説 」を最初

ジョウバエは世界中にいる、果物やワインや匂いの情報を処理する領域だったり、記憶

私たちにはできない飛行もできます。飛行はに唱えました。カハールはこの業績でノーベルお酢が好きなハエです。研究している人たちを担っている領域だったり、あとは運動を制御

自分が三次元的に動きながら体を制御する脳の研究が進んだのは1800 年代に入って＊1

1975 年東京生まれ。2002 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了、博士（ 薬学 ）。科学技術振興機構・バイオインフォマティクス推進センター（ BIRD ）・研究員、
ドイツ・ケルン大学・博士研究員、
日本学術振興会・海外特別研究員、特別研究員、
東京薬科大学・助教を経て、2011 年より現職。動物の脳が音を理解する仕組みを解明する目的で、ショウジョウバエをモデル動物とした研究を展開している。

は「ドロソフィラ」とよびますが、それは学名の賞を受賞しています。私は、このニューロンという複雑な行動ですが、ハエは簡単にできという細胞（ 神経細胞 ）を研究対象としてるわけです。

います。脳をつくりあげている神経回路、神経

ヒトの脳とはかたちが全 然 違 いますが、細胞と神経細胞のつながり方をまず理解し、機能的には似ているところもあります。感覚

その構造、かたちが理解できたら、そのかた情報を受け取って、処理して、行動に結び

ちからどうしてその機能が生み出されるのかつけるだとか、嫌なことがあったらそこにはのか 」ということもわかりません。そして「 感動ということを理解したいのです。脳の病気は近寄らないようにするとかです。ですから、私本日の講演タイトルは「 神経生物学に恋をする自分とはなんなのだろう」、「 私を感動

私たちにとって深刻な問題ですが、どうしてたちの脳を考えるうえでもキイロショウジョウ

する」です。
「 神経生物学 」、あまり耳慣れさせている世 界は本 当に実 在 するのだろう

異常になるのかを知るためには、まず「 正常

バエの脳をみていくことは面白い研究になるない言葉だと思いますが、いってみれば脳にか 」と思うこともあります。このような感情やな状 態というのはどのようなものなのか 」をのではないかと考えています。違いや共通性

ついての学問です。たとえば私は春になると、不安を生みだしているのが脳です。脳につい知る必 要があります。
「 異 常 」を知るには、をみていくことで、より広い視野で深く理解できいつも「 桜は美しい 」と思いますが、「なぜて知りたいと思うことは人間にとって根源的な「 正常 」がわかっていることが大前提です。

るのではないかと期待しています。

美しいと思うのか 」と考えてみると、よくわかり

欲求なのではないでしょうか。その脳をつくっ

その観点からも、「 正常な状態の脳がどのません。あるいは音楽が心に響いて感動するている要素を生物学的に詳しく調べていこう

ように組み上 がっているのか 」ということをことがありますが、「どうして音楽は心に響くというのが神経生物学です。

理解したいのです。

Azusa Kamikouchi

神経生物学とは

04 特 集 ＿ 神 経 生 物 学 に 恋 をする＊1 S.カハール（ 1852 ̲ 1934 ）
スペインの神経解剖学者。
ノーベル生理学・医学賞（ 1906 年 ）を受賞。

No.23 autumn _ winter 201205

特集̲ 神 経 生 物 学に恋をする
一方向に
引っ張る

振動させる

AB 細胞

内側
前側
図 3 耳の中にある感覚細胞のカルシウム応答

CE 細胞

ジョンストン神経は、解剖学的にA B細胞群とC E細胞群に分けることができる。そのうちA B細胞群は振動させると反応し、C E細胞群は一方向に引っ張ると反応する。点線は、
おおよその細胞体の位置を示す。

音を理解する脳

小

応答強度

大

わけです。ショウジョウバエは世界中に3,000

ちがすぐにわかるということも、ショウジョウバエて、それぞれの細胞の行き先を示す地図をということを世界で初めて発見しました。この

いよいよ「 愛の歌 」の話です。ショウジョウ

種類以上いるのですが、種によって音の時間の脳を研究する利点です。

つくることに成功しました。この成果は「ジョン発見を学術雑誌『 N a t u r e 』に掲載したとバエは「 求愛歌 」をもっています。求愛歌は的なパターンが違っていて、それで自分のでは、ハエは求 愛 歌をどこで感じている

ストン器 官から脳 へ投 射 する感 覚 神 経のころ、非常に多くの反響をよびました。

いろいろなムシがもっていて、たとえば夏に種を聞きわけているといわれています。つまりのでしょうか。多くの昆虫は顔の前に触角が精密な投射地図 」として、全 40 ページにもさて、求愛歌を受け取る脳の仕組みはわ

聞くセミの声や、コオロギやキリギリスがリン

ハエは「 音を理解する脳 」をもつわけです。

付いています。
その触角の付け根にあるジョわたる膨大な論文として発表されました。

かってきました。次の研究テーマは、脳の中にリン鳴いているのも求愛歌です。ムシは音をそこで私たちは、音を受け取る神経細胞をンストン器官とよばれる器官で、ハエは音を求 愛 に使うわけですが、音 の情 報を受 け調べることにしました。それがだいたい10 年

受け取っています（ 図 2 ）。ジョンストン器官の取って、「自分の好みの歌かどうか 」という前です。最初の3 年間で、
まずどのような神経

中には音を感じる神経細胞が入っています。

これでショウジョウバエの脳の一次聴覚を知ることです。これが名古屋大学で進めてことを脳で判別しなければいけません。その細胞がハエの中で音を受け取るのかを調べ

この神 経 細 胞を少しずつ、G F P（ G r e e n

地 図はできたのですが、次に知りたいのは

いる最新の研究テーマです。私たちは、求愛です。私たちの脳があってはじめて意味がとような判別がどのような神経細胞と神経回路ました。

fluorescent protein ）というクラゲの緑色「この地図は、なにを表しているのか 」という歌を受け取る神 経 細 胞をみつける「 神 経りだされるのです。ハエには言葉はありません

それが自分の好 みの歌なのかを判 別 する

重力や風も聞く耳

仕組み、つまり「 愛の歌 」を識別する仕組み

で行われているのかを、みつけたいのです。

ハエの脳を取り出すためには、高性能の蛍光タンパク質で光らせます。その写真をとることです。そのために2005 年の終わりから、解剖学チーム」、
どのような細胞がどのようなが、求愛歌や攻撃音をもっています。それがショウジョウバエの求 愛 行 動をみてみま

実体顕微鏡を使います。ハエをピンセットでことで、細胞のかたちがよくみえるわけです。

ドイツで研究を始めました。
ここでは、
カルシウム

刺 激に反 応 するかということをみる「 神 経

脳の中で処 理されて、その意 味を理 解ししょう。オスは一生懸命メスを追いかけて求愛

解 剖してだいたい 0.2 mmぐらいの大きさの神経細胞は、
軸索を伸ばしてターゲットに向かイメージングという方法を使いました。これを生理学チーム」、求愛歌への応答を調べるます。かたちは違うけれども、なかで起きてします。追いつくと片方の羽を振るわせて「 求脳を取ってくるわけです。この脳を、「 共焦点

うのですが、
この先にあるのが脳です。

使うと、神経細胞の活動を色の変化で見る「 行動解析チーム」とに分かれて研究を進めいることは似ているのかもしれません。

愛歌 」とよばれる音を出します。つまりハエがレーザー顕微鏡 」という装置で観察します。

緑 色 蛍 光タンパク質で光らせた細 胞のことができます。私 が使ったタンパク質は、ています。たとえば、オスしかいないところに

もう1 つ面白いと思っていることがあります。

「歌う」といっても、
それは「羽音」なわけです。

解像度の高い画像がとれ、厚みがあるもので軸索が脳のどこに行くのかということを調べる

神経細胞が興奮していないときは青い光を

求愛歌が響き渡ると、オスは走りまわって他のショウジョウバエの求愛歌は種によって違い

メスは聞いているうちに、その歌が気に入っても情報を細かく取り出せるので、細かいものをために、何千匹ものハエを解剖しました。そし出しているのですが、興奮すると黄色くなるとオスを追いかけ始めます（ 図 4 ）。
「どこかにます。音を発する仕組みと音を受け取る仕組

くればあまり逃げなくなり、カップルが成立する

じっくりみるには非 常にいい顕 微 鏡 です。

て「この細胞はこの領域のこのあたりに行きいうことで、カメレオンという動物になぞらえてメスがいるのではないか 」という思いから、

みは、それぞれの種で共 進 化してきたはずハエの脳は小さいので、共焦点レーザー顕微先がある」とか「この細胞はこの中のこの「カメレオンタンパク質 」とよばれています。

脳の中にあるスイッチがオンになるのだと思いです。これからその研究も進めたいと思って鏡を使うと脳の正面から奥まで連続画像をあたりに行き先がある」と1 個 1 個しらべま

私はこれを使って、先ほどみつけた神経細胞

ます。
これから、
どこにそのスイッチがあるのかいます。こういった研究を続けることで、音を撮影できます。これによって、3 次元的なかたした。これを繰り返していくことで、世界で初めたちがどのような状況で反応しているのか、を調べようと思っています。

介した動物のコミュニケーションの成り立ちや

（a）

頭部 胸部

腹部

を観察しました。
その結果、耳の中にある細胞

ヒトも音楽や言葉をもっています。しかし、は大きく分けて、「 揺らすと反応する細胞 」と音楽や言葉は物理的には単なる空気の振動

起源、さらには音楽を美しいと感じる心のメカ
ニズムにも迫っていきたいと考えています。

「引っ張ると反応する細胞 」の2 種類あること

触角がわかりました（図 3）。
さらに研究を進めると、揺らすと反応する細胞は「 求愛歌など音を上側
前側
図 2 ショウジョウバエの「 耳 」（ a ）頭部にある触角で、音を検知する。
（b）
触角の第三節は長軸（ 点線 ）を中心に回転振動し（ 双矢印 ）、触角の第二節にあるジョンストン神経を刺激する。ジョンストン神経
は、直接脳へ軸索を投射する。
（ c ）触角第二節の内部を蛍光を使って撮影した様子。
ジョンストン神経を緑色蛍光蛋白質で標識している。細胞体から軸索が伸びていく様子が観察できる。青色で神経細胞の核、紫色で神経細胞の繊毛を標識した。

（b）

（c）
上側
横側

ジョンストン神経
触角第二節

聞く」ために、引っ張ると反 応 する細 胞は「 重力や風の方向を知る」ためにあることがわかってきました。いままでハエの耳といって触角先端部

図 4 オスに求愛歌を聴かせる実験の様子

いた、音を聞く器 官だと思われていたところ
触角第三節

触角の正面図上側
内側は、実際には「 音の情報 」と「 重力や風の

1cm
オスのハエ

スピーカー

5 cm
行動
観察容器

情報 」を受け取る細胞に分かれていて、それ
ぞれ別々の経路で情報を脳に伝えている、

生 体 構 築 論 講 座 脳 回 路 構 造 学グループウェブページ
06 特 集 ＿ 神 経 生 物 学 に 恋 をする

ビデオカメラ

行動観察容器にオスを6 匹入れ、スピーカーから録音した求愛歌を再生する。音がない状態
ではバラバラだったオスが、音を再生することで互いを追いかけ始める。

無音状態 音を再生

http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/seminar/nc.html
No.23 autumn _ winter 201207

特集̲ 神 経 生 物 学に恋をする

含むほ乳類にもつながる生物学上の大きなました。
「 遺伝子の言葉で行動を語るようななり、線虫の研究室で、学位を取ることにしま

当時、日本には線虫の研究をされている

発 見を生むため、線虫は生 物 学の研 究にことをやりたいです 」と答えたら、「 森さん、した。指導教官は、ブレナーの最初の弟子の先生は、ほとんどいませんでした。ショウジョウ

おいてたいへんに魅力的な素材です。

研究者としての私
ここで研 究 者としての私 の歩 みを振り返ってみたいと思います。私もやはり動物がIkue Mori

1957 年生まれ。Washington University 博士課程修了。九州大学理学部助手、名古屋大学大学院
理学研究科助教授を経て、2004 年より現職。専門は行動遺伝学、分子生物学。
「 何度読んでも新しい発見がある」といわれる論文を書き、「 奥深く美しい 」と形容される研究をするのが目標。

それは贅沢ですね。そんな学問はありません

1 人であるウォーターストン です。

バエから線虫に実験材料を変えたこともあり、よ」といわれました。日本では、やりたい研究

博士課程の大学院生は、家賃と食費に日本における研究上のコネを失いました。そこができないのであれば、と考えて、アメリカの消えてしまうほど少ない奨学金をもらい、ひたで、1987 年、学位の目途がたつと、日本の大学

セントルイスにあるワシントン大学の博士課程

すら研究に没頭することを課されました。そしを行脚し、線虫の紹介も兼ねて、自分の売りに入学しました。

て厳しい教育を受けます。
まず、「 資格試験 」

込みをしました。幸運にも、「 線虫の神経生物という筆記試験に合格しなければ、学位取得

学のラボをセットアップしたい」という九州大学のための研究を開始できません。2 回不合格の教授に、助手として採用していただきました。

好きでした。子供の頃から、いろいろな動物を飼っていました。一方で、「 人は、なぜ、
この＊9厳しかったドクター時代

タイミングで人を傷つけるようなこと、
あるいは、

アメリカの大学院には、ラボローテーションになると、退学です。次の関門は、「 審査会 」

渡米前にお茶の水女子大学の先生にいった

勇気づけることをいうのか 」ということを疑問制度というのがあり、学位を取得する研究室です。私の場合、主査はウォーターストン、副査「 行動を遺伝子の言葉で語りたい 」というに思い、ずっと考え続けるような子供でした。

を決める前に、3 つの研究室に、それぞれの先生は5 人いました。審査会で、「 研究が研究ができることになりました。
「 偶然が重なり

朝会って「 おはよう」の声が半音下がって3カ月程 度 滞 在 することになっていました。

進んでいない」と判断されると、退学になりまあって、自分 がやりたい研 究 ができるとは。

いると、「この人、何かあったのかな」と心配

本命は、キイロショウジョウバエの研究室でしした。そして、最後は学位論文公聴会です。

なんという幸せ者 」と喜びに浸りました。

になりました。人は日によって心の動きが違う。

たが、「ハエ以外のモデル動物を経験するの通常の公開セミナーをして皆が部屋を出てそれはどうしてなのか、と興味はつきません

も、きっと将来、何かの役に立つだろう」と思い、いった後、副査の先生が1人 30分程度、意地でした。

3カ月間だけ滞在するつもりで、日本では聞き悪な質問をしてくるので、それに全部答えな

お茶の水 女 子 大 学 理 学 部 生 物 学 科に慣れない線虫の研究室に出入りすることにければいけません。この儀式をディフェンスと入 学し、3 年 生のころには、動 物の社 会 性しました。ところが、線虫を知れば知るほど、いうのですが、文字通り、研究の根拠、必然

ベル賞を受賞しています。2002 年に3 人の行動はどのように進化したのかについて研究「これは将来性がすごい 」という思いが強く性、成果について、「 すべて妥当であり、重要

私の研究材料は、体長約 1 mmの「 線虫 」

線虫研究者がノーベル生理学医学賞を受賞

したいと思うようになりました。そのためには、である」と説明し、自分が行ったことを防衛です。学名を Caenorhabditis elegans としました。ブレナー、ブレナーの最初の弟子で遺 伝 学をきちんと勉 強 することが大 事だとするのです。

「 好き嫌い」をつくりだす
神経 回 路をたどる
森郁恵

生 命 理 学専攻教授

線虫の魅力とは＊2＊3いい、和名がないので、日本では「シー・エレ

あるホロビッツ とサルストン です。彼らは、思い、卒業研究は、ショウジョウバエの集団

ディフェンスを終え、ちっぽけなアリになった

ガンス（ C. elegans ）」とよばれています。線虫細胞が分裂して 2 つの細胞になると、その遺伝学を行っている研究室で、集団におけるような気 分になって研 究 室に戻ったら、メンの研究は1960 年代に分子生物学の創始者

うち1 つの細胞が自然に死ぬことがあること、遺伝的変異の推定や、分子進化の中立説に

バー全員から「おめでとう！」といわれました。

であるブレナー が始めました。彼は「 今後、いわゆるアポトーシスを発見しました。2006 年

基づく進化などの理論的研究を行っていま学位を取得する学生が出たら、指導教官は、分子生物学を使って解き明かす問題は2 つには、ファイアー＊4とメロー＊5 がノーベル生理した。修 士 課 程の時に、文 部 省 国 際 派 遣

シャンパンボトルを2ダースふるまうことにある」と考えました。1 つは「 生き物のかたち学 医 学 賞を受 賞しました。彼らは2 本 鎖の留学生制度を利用してイギリスのサセックスなっているのですが、それはちゃんと用意されがどのようにつくられていくのか 」という発生RNAが、線虫の遺伝子の発現を抑えることを大学に1 年間留学し、理論生物学者としてていました。ウォーターストンは非常に厳しい

＊1

の問題、
もう1 つは「 脳や神経系がどのように発見し、この抑制は人間の遺伝子にもある＊7

著名なメイナードスミス 教授が率いる研究＊8

先生として有名でしたので、研究室ではポス働くのか 」という神経の問題です。この2 つことを突き止めました。2008年は、
GFPの発見グループで、チャールズワース 博士の指導ドクが中心で、学 生はほとんどいませんでの問 題を解くために最 適な動 物は何 かをと応用に対して、下村脩先生を含む3 人のを受けていました。

した。私は図らずも、ウォーターストンの学生と考えた末、ブレナーは、
線虫シー・エレガンスを研究者がノーベル化学賞を受賞しましたが、帰 国して、博 士 課 程に進 学 する段 階にして博士号を取得した第一号となりました。

選びました。

そのうちの1 人が線虫の神経を研究しているなった時に、お茶の水女子大学の指導教官

アメリカで、このようなトレーニングを受けたことから「 将来何をやりたいのですか 」と聞かれは、非常によかったと思います。

2000 年以降、6 人の線虫研究者がノー08 特 集 ＿ 神 経 生 物 学 に 恋 をする＊6

チャルフィー です。線虫の研究は、ヒトを＊1 S.ブレナー（ 1927̲ ）イギリスの生物学者。
ノーベル生理学・医学賞（ 2002 年 ）を受賞。
＊2 R.ホロビッツ（ 1947̲ ）アメリカの生物学者。
ブレナーとともにノーベル生理学・医学賞（ 2002 年 ）を受賞。
＊3 J.サルストン（ 1942̲ ）イギリスの生物学者。
ブレナーとともにノーベル生理学・医学賞（ 2002 年 ）を受賞。
＊4 A.ファイアー（ 1959 ̲ ）アメリカの遺伝学者。
ノーベル生理学・医学賞（ 2006 年 ）を受賞。
＊5 C.メロー（ 1960 ̲ ）アメリカの生物学者。
ファイアーとともにノーベル生理学・医学賞（ 2006 年 ）を受賞。
＊6 M.チャルフィー（ 1947 ̲ ）アメリカの生物学者。
ノーベル化学賞（ 2008 年 ）を受賞。
＊7 J.メイナードスミス（ 1920 ̲2004 ）イギリスの生物学者。
数学理論を取り入れて、進化生物学を確立した第一人者。
＊8 B.チャールズワース（ 1945 ̲ ）イギリスの進化生物学者。
＊9 B.ウォーターストン（ 1943 ̲ ）アメリカの生物学者。

No.23 autumn _ winter 201209

特集̲ 神 経 生 物 学に恋をする

私の線虫研究て研究を開始しました。

かになってきました。驚くべき発見の1つは、

（AIY、
AIZ、
RIA）
で認識される「餌がなかっ線虫の頭部先端には、感覚神経細胞の線虫で神経生物学を行うメリットは、302 個

温度走性の神経回路において、温度を感知た」という餌情報を連合学習するため、飼育先端が集合している感覚器官があり、そこで存在する神経細胞のすべての結合様式、するだけの機 能しかもたないと考 えていた

温度を「 嫌い 」になり、温度勾配上で飼育

さまざまな外界刺激ををキャッチし、応答行動

すなわち神 経 細 胞 の配 線 図 が明らかに

A F D細胞は、感知した温度を記憶していた温度へ移動しないことになると考えられます。

をとることが知られています（ 図 1 ）。線虫は、なっていることです。この利点を生かし、最初ことです。また、「 餌があった」あるいは「 餌研究も軌道に乗ってきた2006 年ごろになる餌である大腸菌の存在下で、一定の温度に温度走性の神経回路を決める仕事にとりがなかった」という餌情報は、A F D細胞とはと、個々の遺伝子の働きを見ているだけではで飼 育された後、餌のない温 度 勾 配 上にかかりました。幼虫期にレーザーの照射実験

無関係に、AFDと接続しているAIY細胞、行動を規定する神経回路の神髄は解読できビジョンがあり、研究のゴールが見えるよう好き嫌い」を決めている神経回路をみてみる

置かれると、飼育温度付近に移動し、そのを行い、特 定の神 経 細 胞だけを殺します。

そしてAIZ細胞やRIA細胞で認識されることないのではないかと自問自答する日々が続きでした。高 度なイメージング技 術を企 業とと、人間の脳と見事に一致していることが、温度付近にとどまろうとします（ 図 2 ）。反対成虫まで成長させてから温度走性が正常かもわかってきました（ 図 3 ）。つまり、「 餌がある

ました。そして、入力から出力までが明確で、共同で開発したり、神経科学の最先端技術

最 近、わかってきました。すなわち、温 度をに、餌のない状態で飼育された後、餌のない異常かをみることによって、殺した神経細胞状態 」で、ある一定温度で飼育された線虫

実験的にも理論的にも仮説の検証が可能なである光遺伝学を活用することで、神経回路

記憶するA F D細胞は、大脳皮質に対応し、

温 度 勾 配 上に置かれると、飼 育 温 度 へはが温度走性の神経回路を構成する細胞かは、A F Dで記憶される温度情報と、3 つの温度走性の系は、システムとして神経回路の内での情報の流れやその制御の理解が進み

その温 度 情 報と餌の状 態を学 習している

移動しません。
この行動は温度走性とよばれ、どうかを決めていきました。それらの結果から、介在神経細胞（ AIY、AIZ、RIA ）で認識さダイナミックな情 報の流れを理 解 するのにました。実験データをもとにした温度走性の介在神経細胞は、大脳基底核に対応して行動の可塑性を直接的に観察できる行動と1995年、
温度走性の神経回路を提唱しましたれる「 餌があった 」という餌 情 報との間で

理 想 的だと気 がつきました。タイミングよく、理論モデルの構築なども、理論生物学者とのいるのです。一 見 似ても似つかない線虫として注目され、
1975年に報告された当初から、（ 図 3 ）。

連合学習が行われ、記憶している飼育温度を2008 年度に「 生命システムの動作原理と共同研究として行いました。

人間ですが、私たちは、線虫の温度走性行

多くの研究者の関心を集めました。しかし、1998 年、名古屋大学で研究室を立ち上げ「 好き」になり、温度勾配上で、飼育温度へ基盤技術 」というシステム生物学を推進する

人間の脳では、記憶は大脳皮質で行わ動の成り立ちを解読することによって、人間の国内外で本格的に温度走性の研究を深めるてからは、温度走性や連合学習を制御する

移動すると考えられます。逆に、「 餌がなかっ研 究 費の公 募が出たので申請したところ、れ、学習や感情は大脳基底核で行われます

脳が、どのような仕組みによって心の営みを研究者はいませんでした。そこで、1989 年、

多くの遺伝子がみつかり、それらが神経細胞た状態 」で飼育された線虫は、A F Dで記憶採択していただきました。

（ 図 4 ）。非常に興味深いことに、我々の研究つくり出しているのかを明らかにできると確信

九州大学に赴任した時に、温度走性についや神経回路で機能する様子が、
どんどん明らされる温 度 情 報と、3 つの介 在 神 経 細 胞によって明らかになってきた線虫の「 温度のし、日夜、研究を続けています。

15℃で飼育後20℃で飼育後

それからは、自分の中に研 究のクリアな温度刺激25℃で飼育後

線虫

ヒトの脳

温度

（ 入力）

AFD

感覚神経細胞

温度感知
温度記憶

介在神経細胞

餌条件の認識記憶温度と餌条件
適合学習

シプナス結合と伝達の方向

温度走性行動記憶

温度の「 好き嫌い 」を決める神経回路（大脳皮質）

温度の記憶（感覚神経細胞）0.2mm

感覚 ― 入力
温度
味
匂い
接触

反射
神経環

走性

感覚器官

図1

AIY

行動 ― 出力

線虫 C. elegans の感覚器官と神経細胞

線虫の応部先端には、感覚神経細胞の先端が集合している感覚器官があり、そこで、温度、味、匂い、接触刺激などの外界からの刺激の入力を受けます。それらの外部情報は、神経細胞どうしが多数のシナプスによって接続している神経環で処理され、最終的に、応答行動として出力されます。

2cm
図 2 線虫 C. elegans の温度走性
線虫は、ある温度において餌（ 大腸菌 ）が十分存在する条件で飼育された後、餌がない温度
勾配上に置かれた場合、飼育された温度へ向かって移動する。図では、中心が約 17℃、縁が約25℃の放射状温度勾配上に、線虫を置いた場合を示す。15℃で飼育された個体は、低温である
中心の17℃に移動し、20℃で飼育された個体は20℃付近に円を描くように移動し、25℃で飼育された個体は、縁の25℃に移動する。図には示していないが、逆に、ある温度で飢餓状態を経験した後に温度勾配上に置かれると、その温度へ移動しなくなる。この温度走性行動は、線虫が過去の温度情報を記憶していること、そして記憶している温度記憶と過去の餌情報という2 つの情報を連合学習していることを表している。

AIZ

RIA

温度走性

（ 出力）

学習
（大脳基底核）図 3 温度走性の神経回路
温度は、主にAFD神経細胞で感知され、記憶されていると考えられる。餌状態（ 餌があり満腹なのか、餌がなく空腹なのか ）は、A F D細胞とは独立に3 つの介在神経細胞（ AIY、AIZ、RIA ）で認識されると考えられる。線虫は、AFD細胞で記憶されている飼育温度の情報と、3 つの介在神経細胞（ AIY、AIZ、
RIA ）で認識される餌情報を連合して学習している。

生 体 構 築 論 講 座 分 子 神 経 生 物 学グループウェブページ
10

特 集 ＿ 神 経 生 物 学 に 恋 をする

温度と餌情報の学習（介在神経細胞）図4

温度走性行動線虫の「 好き嫌い 」の神経回路と人間の脳構造

人間の脳では、大脳皮質は記憶をにない、大脳基底核は学習や感情をになう。線虫で、温度を記憶するAFD細胞は、人間の脳の大脳皮質に対応し、温度情報と餌情報を連合学習している
3 つの介在神経細胞は、大脳基底核に対応している。

http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/japaneseNo.23 autumn _ winter 201211

理 の 先 端を いく Ⅰ

（A）

図1

図 2 輸送を制御する2 種類の蛋白質複合体

核から細胞質への物質輸送（A）：核内で形成される、CRM1、積み荷、積み込み役（ RanGTP ）の 3 つの蛋白質からなる複合体。黄色がCRM1（ マゼン
タ色がスイッチ、オレンジ色が荷札結合部位 ）、紫色が積み荷の荷札（ 灰色は積み荷のその他の部分 ）、水色が積み込み役。
（ Monecke, T. et al., 2009, Science, 324, 1087-1091 ）（B）：細胞質で形成されるCRM1、荷下ろし役（ RanBP1 ）、積み込み役（ RanGTP ）の 3 つの蛋白質からなる複合体。緑色が荷下ろし役。
（ Koyama, M. & Matsuura, Y., 2010, EMBO J., 29, 2002-2013 ）細胞内では、核と細胞質を隔てる脂質二重膜（ 核膜 ）に開いた孔（ 核膜孔 ）を通して盛んに物質が輸送されている。
「 運び屋 」
蛋白質は核膜孔を通って核内外を自由に出入りすることができるが（ 運び屋の出入りに方向性はない ）、その他の蛋白質は積み荷として運び屋によって運ばれる必要がある。核内では運び屋CRM1と積み荷の結合反応が優勢に起こり、細胞質では解離反応が優勢に起こることによって、積み荷は「 核から細胞質へ 」一方向に輸送される。

Masako Koyama

1984 年愛知県生まれ。2007 年名古屋大学理学部生命理学科卒業。2012 年名古屋大学大学
院理学研究科博士課程修了。平成 23 年度日本学術振興会育志賞受賞。

「 運び屋 」蛋白質が 働く仕 組み

物質輸送のメカニズムさせる「 荷下ろし役 」として機能することを見に“オフ”に切り替える「 荷下ろし役 」蛋白質

んだものの、
CRM1の通り道である核膜孔が、出した。このような機能を持った因子があれは細胞質にのみ局在するため、C R M1は核通るべき分子のみを迅速に通過させる仕組

ばこそ、輸送というのは効率よく起こるのであから細胞質へ、一方向に積み荷を運ぶことがみについては、依然として未解明な部分が多る。そこで、「 荷下ろし役 」が結合しているときできるのだ（ 図 3 ）。

い。この仕組みを解明するためには、核膜孔（ 積み荷が解離した直後の状態 ）のC R M1

私はこの研究により、蛋白質複合体の構造という超巨大な蛋白質複合体の構造研究ををターゲットとして構造解析にチャレンジし、2を解くと、構造が解けるまでまったく予想できな推進する必要がある。そのためには新たな技

年間半の試行錯誤の末に、その結晶構造をかった新たな仕組みが見えてくる、という構造術開発が不可欠となるだろう。研究から得ら解くことに成功した。そして、CRM1の立体構

生物学の醍醐味を堪能することができた。しれる感動を糧にして、今後もこのような難問に造を、積み荷が結合している状態と解離してかし、運び屋C R M1 への積み荷の積み込み挑んでいきたい。

送シグナルという共 通した「 荷 札 」をもち、いる状態で比較することにより、C R M1 が運と荷下ろしの原理については大きく理解が進

小 山 昌 子 生 命 理 学専攻 日本学術振興会特別研究員

構造生物学を志す
蛋白質は、生命が長い進化の過程を経て私がこれまで取り組んできたのは、細胞のC R M1はこの荷 札 を識 別して結 合 する。

び屋として機能するメカニズムを明らかにした磨き上げてきた、柔軟にして精巧な「 分子機

核と細胞質の間で行われる「 物質輸送 」
といCRM1 が積み荷を「 核から細胞質へ運び出（ 図 2、3 ）。

械 」であり、生体内においてじつに多様な機う現象のメカニズム解明である。細胞の核は、す 」ためには、核内においては積み荷を「 積C R M1はその分子内部に、積み荷との結能を果たす。この分子機械が「どのような構ゲノムDNAという生命の設計図を保持しておみ込み 」（ 荷札と結合し）、細胞質に出たら合・解離を制御する「スイッチ」をもっていた造をしており、どのような原 理で作 動 するのり、まさに生命の司令塔として機能する。この速やかに「 荷下ろし」する（ 荷札と解離する）（ 図 2 ）。この分子内スイッチには、積み荷のか 」を解明することは、生命現象を理解する

司令塔がうまく機能するためには、司令塔でよう空間的に制御される必要がある（ 図 1 ）。

荷札と結合するC R M1 表面の溝を、開いたための重要な鍵となる。学部生時代の私はこある核と細胞質の間で物質輸送による情報

これがどのような原 理によるものであるかは、構造にする“オン”と、閉じた構造にする“オフ”のように考え、多様な生命現象を構造生物学

伝達が適切に行われることが必要不可欠で長年の謎であった。

の二状態がある。C R M1 が核内にいるときに的なアプローチにより研究している、
松浦能行

ある。

准教授の主宰する研究室の門をたたいた。

とくに着目したのは、CRM1という「運び屋」

主体性と独創性を育むことを重視する松浦

蛋白質である。C R M1はさまざまな生体分子

はスイッチが“オン”になって積み荷と結合でき積み込みと荷下ろしの原理
私はまず、新たに開発した速度論解析系

るが、細胞質ではスイッチが“オフ”に切り替えられることによって、積み荷がCRM1 から解離

准教授の指導方針に心ひかれたのも進路のを、核から細胞質へ一方向に運ぶ。CRM1にを使って、細胞質に局在するある蛋白質が、させられる。スイッチを“オン”に切り替える「 積決定要因だった。

よって運ばれる「 積み荷 」蛋白質は、核外輸

C R M1 からの積み荷の解離をスピードアップ

み込み役 」蛋白質は核内にのみ局在し、逆

図3

輸送が一方向になる原理「 積み込み役 」が局在する核内では、CRM1の分子内スイッチが“オン”に安定化されて、CRM1 表面にある荷札結合部位の溝が開き、積み荷の荷札が結合できる（ 左 ）。逆に、「 荷下ろし役 」が局在する細胞質では、スイッチが“オフ”に切り替えられて、荷札結合部位の溝が閉じ、荷札がCRM1 から解離させられる（ 右 ）。

超分子機能学講座超分子構造学グループウェブページ
12

理 の 先 端 をいく Ⅰ（B）

http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/seminar/mb3.html
No.23 autumn _ winter 201213

理 の 先 端を いく

Ⅱ

235˚

240˚

245˚

48˚

48˚

44˚

44˚

40˚

40˚
mm
25

m
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

図 2 M2 分 潮 の海 洋 潮 汐 によって生じる変位分布

図 1 M2 分潮の海洋潮汐の振幅分布

北アメリカ西海岸でのG P S観測
によって得た海洋潮汐応答の変
位 分 布。だ円 形 の形は変 形 パ
ターンを示す。

衛星データと潮汐モデルとのデータ同化により推定した海洋潮汐モデル（ FE S 2004 ）による結果。四角は研究対象領域を示す。ただし、実際の海水面の変動は週・月・年などのさまざまな周期の分潮が重ねあわさるため、より複雑な振幅分布になる。

海洋 潮 汐から地 球の構造を診る

また、地震波トモグラフィーや減衰構造＊3と比

空間スケールの地球内部構造を知るには、重要な情報であり、いまでも議論の対象で推定することはできない。
しかし、海洋潮汐に較すると低密度層がまわりよりも約 300℃高温＊1

地 震 波トモグラフィー の登 場を待つしかある。これまでの海洋潮汐による地殻変形のよる荷重変形は水平成層構造を成す地殻にであることがわかった。つまり、プレート直下なかった。

研究は重力計やひずみ計を用いており、観測

水平方向の密度差を生じさせ、その力学的がほかの領 域よりも熱くて柔らかくなってお点の空間分布に限界があった。我々はG P S

不安定により生じる浮力が荷重変形の復元

り、プレート運動をするために必要な潤滑油を使うことで、より多くのデータを大量に処理力の一部として働く。このことから、荷重変形の役割をしていること意味している。

潮汐力によって生じる海洋潮汐は大量のすることができるようになり、飛躍的に精度をの解 析は弾 性 定 数だけでなく密 度も推 定

このように、我々が開発した手法は地震が海水の移動を伴う。図 1は海洋潮汐のM2あげることに成功した。研究対象領域としてすることができる。しかし、地下構造の荷重発生しない地域でも地下構造の推定ができ

分潮 の空間分布を示しており、海水の移動

北アメリカ大陸の西海岸地域に設置している

変形への影響は極めて小さいため、全地球ることから応用範囲は広く、また、
プレートテクに伴って海水面が 1m近く変動する場所も約 700カ所のG P S観測点で観測した1 年間の海洋潮汐による荷重変形を約 2 万 kmから

トニクスの主な原動力は密度差によって生じあることがわかる。ただし、図 1はある1 つの分のデータを解析し、海洋潮汐応答の時空100mのさまざまな空間波長で、0.1 mmよりもる浮 力であることから、密 度 構 造を調 べる

分潮だけを示しており、実際の海水面の変動

間 分 布を得た（ 図 2 ）。我々はこの解 析を高い精度で予測する必要がある。そのため、ことはプレートテクトニクス、地殻の成長過程

は多くの分 潮を重ねあわせたものである。

15の異なる周波数帯（ 分潮 ）で解析し、海推定には600 台の計算機を約 2日間使ってや大地形の生成要因などの理解が深まる

たとえば、世界で最も大きな大潮の時の平均

洋潮汐による地殻の変形を0.1mm程度の精

計算し、
その結果、
プレートの直下の約 80kmと期待できる。

潮位差はカナダ南東部のファンディー湾で度で測定することに成功した。

から220kmの深さに低密度層が存在するこ荷重をかけるため、地殻を荷重変形させる。
0

変形量は固い板よりも柔らかい板の方が大き正確に知ることができるという特徴がある。

い。
この板を曲げる力に相当する海水荷重は
海 洋 潮 汐 モデルにより正 確に予 測できるが 1日に2 回上下する潮の満ち引きのことで建物も１日2 回の周期で約 1m動いている。

ため、高い精度で地殻の変形を測定し解析ある。これは海洋潮汐という現象であり、この20 世紀の初頭から、多くの研究者は潮汐力

すれば、上部マントルの基本的性質である

海洋潮汐を引き起こす力を潮汐力とよんでによる地球の変形を測定し、地球の大局的弾性定数や密度がわかる。

な構 造を明らかにして来た。しかしながら、この上部マントルの基本的性質を知ること

深さ (km)の位置関係で決まる引力に起因するため、

一 方、潮 汐 力は固 体 地 球も変 形させ、

100

A

B

とが明らかになった（ 図 3Bの灰色の部分 ）。

ΔT

C＊1 地震波トモグラフィー
地震波のP波やS波の伝搬速度を視覚化する方法であり、現在では最も一般的な地下構造を可視化する手法として定着し
ている。

Q

200
300

PBO−1D/M-Tidal

PREM

PBO−1D/M-QPREM

STW105PREM

STW105PREM

PBO-1D/M
PBO-1D/P300

STW105607080

剛性率 (GPa)
図3

3300

3500

密度 (kg/m3)＊2 M2 分潮
潮汐は決まった周期をもっており、それぞれを分潮とよんでいる。とくに、M2 分潮は12 時間 25 分の周期で、起源を月とする
最も振幅が大きな潮汐成分である。

PBO-1D/Q

30 50

100

1000

剛性率の減衰係数 (無次元)

海洋潮汐荷重による地殻変形解析により推定した構造分布

PBO-1Dモデルは我々が推定した構造。STW105は全地球モデル。A：剛性率を示す。温度の補正が灰色の領域、減衰（Q）の補正が太い黒線。B：密度を示す。密度の圧力補正後が細い黒線。C：剛性率の減衰を示す。

地 球 惑 星ダイナミクス講 座ウェブページ

理 の 先 端 をいく Ⅱ

32˚

原 理 的に地 震 波 から密 度 構 造を直 接あるだろう。一般に「 潮汐 」という言葉は海面

14

245˚

など地 球 の本 質 的 な姿を理 解 する上 でという単純な実験を地球で行うことに相当し、いる。潮汐力は月などの地球外天体と地球と240˚

以上の空間スケールがあり、数百 km程度の

これは板に荷重かけたときに、板が変形する

潮 汐という言 葉はだれでも聞いたことが235˚

15mにも達する。この海水の移動は海底に

伊 藤 武 男 附 属 地 震火山研究センター助教

天体間の引力による地球の変形

32˚

はマントル対流やテクトニックプレートの成長＊2

Takeo Ito0
M2 分潮の
海洋潮汐応答

潮汐力に対する固体地球の変形は 1 万 km

海洋潮汐による地殻の変形を探る

2003 年京都大学理学研究科地球惑星科学専攻博士課程修了、2003 年日本
学術振興会特別研究員（ PD ）、2004 年から現職。2009 年〜2011 年、
日本学術振興会海外特別研究員（カリフォルニア工科大学 ）、
専門は地震測地学。

地震波に頼らない地下構造の推定

36˚

36˚

＊3 減衰構造
減衰構造は減衰係数（Q）を用いて、減衰の程度を表現する。
たとえば、あるQ値をもつ媒質の中を伝搬する波動がQ回振動すると振幅ははじめの約 2 3分の１になる。よって、ゼロに近い
Q値は強い減衰を意味する。

http://www.seis.nagoya-u.ac.jp/dynamics/
No.23 autumn _ winter 201215

理 の 先 端を いくⅢ

ニュートリノ速 度の測定実験とその顛末
中 村 光 廣 現 象 解 析研究センター准教授

Mitsuhiro Nakamura

前 者に関しては、光ファイバーのコネク

なしとはいえないのが事実であった。電線を測定精度も、G PSと測量によって20 cm以下

ターが正確な位置で固定されておらず、光使い慣れていた我々にとって完 全な落とし

両者に共通することは、いずれも「 論理 」にすることができ、世界最高精度での速度

ファイバーの端面と光検出器（ P D ）の間の穴 であった。この不 正 確な接 続 がいつ起あるいは「 説明 」で納得をしてしまったところ測定が可能となった（ 図 1 ）。

距 離が広がったことが原 因であることがわ

こったかを検証するため、同じくL N G Sでに間違いがあったことである。実験屋である

実験では、装置の応答特性や、ケーブルにかった。端 面とP Dの間の距 離 が変わると実験中のLVD実験の助けを借り、OPERA

限りは測定できるところは愚直に測定をするこ

よる信 号の遅れを正 確に把 握 する必 要 が

P Dが受ける光量が変化し、コンデンサーととLVDをつらぬく宇宙線のタイミングの変化とが重要であることを改めて思い知らされるこあったが、それらの測定を2006 年から2008

見なせる P Dへの充電率が変化する。あるをみたところ2008 年の中 頃に起こったことととなった。

年にかけて重点的に行い、データの取得を

閾値をもって信号到来とデジタル的に判断がわかった。この頃に誰 かがコネクターを日本グループとしての反省は、課せられた2008 年に開始、2011 年 3月、速度解析のふするので、結果信号が遅延する（ 図 2 ）。第

外し不 正 確な位 置での再 接 続を行ったと検証の役割を十分に果たせなかったことにたを開け、ニュートリノが光より早く到着してい一次検証活動の中では、この部分は 2006思われる。

あり、この点に関して深く反 省するとともに、るという結果を得た。研究グループでは、検証

年度、2007 年度の異なる方法での複数の後者に関しては、第一次検証の中で、日本支援いただいている皆さんの信頼を裏切ったのための作業部会を立ち上げ、約半年の第測定結果と「 信号が来ている」ことを根拠グループが厳しく指摘した箇所であったが、ことに対してお詫びを申し上げる次第である。

一次の検証活動の後、同年 9月に公表した。

にして問題なしと結論したが、これは電線の欧州の担当者の思い込みもあり、1msのリセッ

現在本来の目的であるニュートリノ振動の場合の論理であって、光ファイバーの場合

トゆえに問題なしとされ、我々もこの「 説明 」

研究で名誉回復を図るべく、研究グループをは信号が来ているからといって遅延に変化で納得してしまっていた（ 図 3 ）。

あげて反応解析に邁進しているところである。

2 つの問題点

1957 年生まれ。1980 年信州大学理学部物理学科卒業、1985 年名古屋大学大学院理学研究科博士課程単位取得退学。名古屋大学大学院理学研究科助手、助教授、准教授をへて2010 年より現職。2012 年 3月〜6 月OPERA実験の実験代表。前代表辞任後、発覚した問題点の検証にあたり、5月の最終検証実験、6月の国際会議での報告、CERNでの経過最終報告を経て、事態を収拾。

しかしながらビーム停止後の2011 年 12月から開始した第二次の検証活動の中で2 つの問題点が明らかとなった。1 つは LNGSで
対

地上のG P S信号を地下に伝える光ファイバー実験の概要と経緯

かったことから、その測 定に意 味ありとしての遅延時間が、基準とする測定に比べ 74 ns

世界中を騒がせたニュートリノの光速越え

2003 年から準 備を行い、2007 〜 2008 年に長かったこと。もう1 つは局所時計のリセットの実験結果は、その原因が実験装置の不備

高精度のGPS（ Global Positioning System ）が、予定の1ミリ秒（ ms ）ごとではなく600 msにあったことがわかり撤回、その発表が拙速システムを設置、730 km離れた両研究所にごとになっており、結果時計の誤差が積分されすぎたとの誹りを免れない事態となった。本稿

ある原子時計の時刻を1ナノ秒（ ns ）の精度

15ns程度になっていたことである。

光ファイバー

では、この騒動の経緯を当事者として反省の

光PD（不正確接続）ニュートリノは、スイスジュネーブ郊外のリア・グランサッソ研究所（ LNGS ）のOPERA

局所時計

検出器まで直進してくる。この飛行の距離と時 間を正 確に測 定することが速 度 測 定の要である。OPERAにとって速度測定は実験の副産物に過ぎないが、ニュートリノの速度について実 験 室レベルでの正 確な測 定 がな

反応時計
記録装置

波形記録装置
SPS
加速器

ビーム
モニター

ニュートリノ

OPERA
検出器

地下

地下

CERN研究所

グランサッソ研究所

図 1 ニュートリノ速度の測定実験の概要
ニュートリノを発 生させる陽 子ビームの通過をC E R Nの地 下に設 置したビームモニ
ターで検出し波形記録装置で記録する。またL N G Sの地下にあるO P E R A検出器でニュートリノ反応を検出し反応時刻記録装置で記録する。精密な測定のためには各々の装置の応答性、接続ケーブルの遅延時間などを正 確に押さえる必 要 がある。図 3に主要なものとその測定値をリストする。

光信号到達

理 の 先 端 をいく Ⅲ

2011/3‒810077± 2・原子時計位相差・二方向遅延測定

再測定

オシロスコープ

再測定

第二次検証
2011/12‒2012/2

バンチビーム
実験
2012
実時間測定

波形記録装置の応答性

26± 1

ビームモニターの応答性と信号遅延

580 ± 5・原子時計位相差

LHCビームによる独立実験

CERN‒LNGS
GPS時計合わせ2.3 ± 1.7

・スイスの国立機関
による較正

ドイツの国立機関
の独立測定

再測定

論理

再測定

実時間測定

閾値

OPERA局所時計
信号遅延
リセット

4262.9 ± 1

・原子時計位相差・二方向遅延測定
・設定

再測定
論理

再測定
測定

実時間測定

時間

OPERA反応時刻
記録装置
応答性24.5 ± 1

オシロスコープ
テスト実験

実験室で同型の検出器測定本物の検出器で測定

・ピコ秒レーザー
励起パルスのオシロスコープ観察・シミュレーション

実験室で同型の検出器測定

本物の検出器で測定

不正確な接続により生じた信号の遅れ

OPERA検出器の応答性
光電子増倍管ほか
シンチレーター反応特性50.2 ± 2.3
9.4 ± 3図 2 光ファイバー端面と光検出器（ P D ）の距離変化による遅延時間の発生メカニズム

図 3 装置の応答特性ならびに遅延時間の測定値

光ファイバー端面とP Dの間の距離が変わるとP Dが受ける光量が変化
し、コンデンサーと見なせるP Dへの充電率が変化する。ある閾値をもって信号到来とデジタル的に判断するので、結果信号が遅延する。

間違いは第二次検証の赤と青で示したところで発見された。最終検証は 2012 年 5 月10 〜 24日に速度測定に適した
バンチビームを用いて行い、光との到着時間の差にして、−1.6±1.1（ 統計誤差 ）＋6.1−3.7（ 系統誤差 ）n sと誤差の範囲で光速と一致する結果を得た。

基 本 粒 子 研 究 室ウェブページ
16

第一次検証

・原子時計位相差・二方向遅延測定

8.3km
ファイバー

C E R N研究所で生成後、730k m離れたイタ

主測定・較正
2006‒2008

40996 ± 1

PDの出力信号GPS同期時計

測定値［ns］

LNGS GPS
同期信号の遅延（8.3kmファイバー）意も含めてまとめるとともに、実験の検証過程を省みて今後の教訓としたい。

象

CERN GPS
同期信号の
遅延時間

PD
（正常I）

GPS同期時計愚直さこそ原点

で合わせることに成功した。また飛行距離のhttp://ﬂab.phys.nagoya-u.ac.jp
No.23 autumn _ winter 201217

理 学 部 交 差点
同 窓 生から

キャンパス通信書籍紹介

神から授かった2 年 間に導かれた音楽への道

市民と大学をつなぐために「海底ごりごり地 球 史 発 掘 」

指揮者

物理学科3年

地球環境科学専攻教授

望月沙也可（Sayaka Mochizuki）

ウォリス・サイモン（Simon Wallis）

内藤彰（Akira Naito）

私の現在の肩書きは「 一般社団法人東京ニューシティ

あったのかもしれない。

名古屋大学ミュージアム活性化プロジェクトNUMAP

科学者はどのような研究生活を送っているのか、

管弦楽団音楽監督 」、つまりプロ楽団の指揮者である。

その後紆余曲折あり、小澤征爾氏他、多数の指揮者を（ ニューマップ ）は、本学の研究内容やその成果を新しい発見に至るまでどのような作業を行い、頭の中で

しかし私も昔は化 学 者を目指し理 学 部に入 学した。もう育てられた斉藤秀雄先生のお誘いで桐朋学園大学指揮科

市民にわかりやすく伝え、親しみをもってもらうことを目的

何を考えているのか。これらの疑問について、科学者を半世紀近くも前の話である。振り返ると、これまでの道程はの研究科（ 現大学院 ）に進学した。修了後、地方オーケスとした社 会 貢 献 活 動を展 開 する学 生 団 体である。

目指す学生をはじめ、基礎研究を支える納税者など“運命の悪戯”が大きく関係していた気がしている。

トラの専属指揮者となり、海外で指揮する機会にも恵まれた。

現在、文理双方の学部・大学院生約 10 人が所属して関心のある方が多いであろう。その答えの一部が本書

40 歳近くで現在の楽団を組織し、近年ようやく文化庁からいる。2007 年の設立以降「キャンパスにミュージアム力の中にある。

の助成金や公演の依頼もいただけるようになった。

を」というスローガンを掲げ、名古屋大学博物館ガイド

本書は、古生物学者である著者が参加した海底ツアーや天文現象の観望会、サイエンスカフェなどさま

掘削プロジェクトの目的・背景、また船の上での著者のざまなイベントを実施してきた。

経験についてわかりやすく説明する。著者は船上の

私は団塊の世代一期生である。同期が激増したため（ 中学は 1 学年 30クラス1600 名であった ）、昭和 43 年、
学 部 進 級 時に一 生の転 機となる事 件が思わぬかたちで一方では、世界中の楽団が見過ごしてきた“名曲の中にやってきた。理学部の定員を増員したにもかかわらず、学部

潜む楽譜の誤り”や、“作曲家の意図に反する演奏慣習”に側は実験設備の拡充が間に合わないとして増員分に当た対し、根拠を明確に示した上で世界に先駆けて修正・発信

とくに考古学・赤外線などメンバーの専門分野を生か生活についての面白いエピソードと海底掘削に関わる

る化学科志願者に2 年後期の必修授業の単位を与えないしていく仕事にも、評価をいただけるようになった。たとえば、した体験型のイベントに注力しており、学外での出展

研究テーマ（とりわけ地球環境変動履歴の解明など）ことで人数調整を図ったのである。私は授業で数分の遅刻

歌劇「蝶々夫人」
では、今までお寺の鐘が世界中で「ジャ〜ン（ JST主催「サイエンスアゴラ」）も行っている。今後はをたくみに編み込みながら解説してくれる。近年の海底が半年に4 回、他に授業中の私語を1 度注意された者、（ 中国銅鑼の音 ）」と鳴っていた。信じ難い話であるが、キャンパスを開かれた博物館として見立てる「キャン掘削研究において注目を集め、年代そして古環境の

半年で2回“も”欠席した者等、ただそれだけの理由で「 授業

私が大枚をはたき作成した鐘を「ゴ〜ン」と鳴らすまではパスのミュージアム化 」にも取り組む予定である。

指標として非常に有用な微化石については特に詳しく態度が学部生としてふさわしくない 」とされた。それからの誰もがその誤りに気付いていなかったのである。その鐘はもう1 つの活動の柱は、自主ゼミや博物館見学、活動

私は音楽三昧の1 年であった。この1 年がなければ音楽の

海を渡り、
イタリアの劇場でも使われ、新聞紙上を賑わせた。

の評価に関する研究活動といったアカデミックな活動

船を航海させ、長時間海底を掘削することは莫大なまた楽譜に無数の誤りがあったドボルザークの「 新世界である。自主ゼミでは実践的なスキル・知識の他、博物研究費がかかり、国際的な協力が必要な場合が多い。

学部進学後は「看守の目を盗み脱獄を図る囚人のごとく」より」他、多くの名曲に私のメスが入り、近々出版される。

館学や科学コミュニケーションなど幅広いテーマを

その国際的な研究者のコミュニティーのなかで著者は先生方の目を盗み音楽活動を続けていたが、なんと実験

やがて世界中で正しく一新された名曲が聴かれるように扱い、社会における研究機関の役割を考える機会とどのような働きをしたのかについて書かれた箇所は留学の出席日数不足（ 数え違い？）により、またもう1 年となった。

なるだろう。

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を考えている学生にとって大いに参考になるであろう。

道へ進むことなどあり得なかったであろう。

解説されている。

その間、名大交響楽団で学生指揮を務め、東京へ指揮の人は私の一連の仕事をみて、「 やはり理科系だね、思考

イベントで参加者の真剣な眼差しや笑顔に出会う

海洋地球科学の基礎について学び、学術海底掘削

レッスンに通い、各地に武者修行に行く間に大御所の先生

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度、伝える楽しさと同時に大学は研究成果の還元にプロジェクトの仕組みとその意義について興味のある方の目に留まり、その方々の勧めもあり音楽の道に進む決心な国費が、このように間接的にでも生かされているとする

よる社会貢献を求められていると強く感じる。NUMAP

人に是非お薦めしたい一冊。表紙の宇宙飛行士・が固まっていった。万が一実験の単位が取れていたらとならば、税金の無駄使いではなかったかもと胸をなでおろし

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毛利衛氏による推薦文にあるように、「 研究のリアルな考えると、この余分な2 年間は「 神からの授かりもの 」でている昨今である。

ざまな活動を展開していく。
（ NUMAP代表 ）描写が非常に面白い」ことが本書の醍醐味だ。

『海底ごりごり地球史発掘』
須藤斎（ Itsuki Suto ）著
PHP研究所／ 2011 年 11月発行
880 円（ 税別 ）青色LEDの原理と本学との関係について説明する筆者。
2011年オープンキャンパスにて。

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理学部交差点

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