名古屋大学理学部･大学院理学研究科広報誌

研 究 会・学 会スケジュール

編 集だより［ 理フィロソフィア ］April 2008

編集に参加して２号目になる。一般読者を想定した作業を通第213回アメリカ電気化学会「フラーレンとナノチューブに関するシンポジウム」

じて、改めて名古屋大学理学部・理学研究科をながめてみると、

14

ここはさまざまな色や味や香りのする「智のビュッフェ（Buffet）」

開 催 日 ： 2008年5月18日（日）〜23日（金）（アメリカ）
開 催 場 所 ： フェニックス
主催 ： アメリカ電気化学会
問い合わせ ： 篠原久典 理学研究科 教授
noris@cc.nagoya-u.ac.jp／052-789-2482のように思えてくる。日頃、自分の専門分野に没頭している限りは、
おいしいながらも時には単調に感じる味だが、目線を少しずら
せば、新鮮で刺激的なものがここにはある。
たとえば、生命分野の私からみると遺伝情報の記録媒体で日本地球惑星科学連合2008年大会

あるDNAは、パソコンのハードディスクみたいなもので、情報を開 催 日 ： 2008年5月25日（日）〜30日（金）開 催 場 所 ： 幕張メッセ国際会議場（千葉県）
主
催 ： 日本地球惑星科学連合
問い合わせ ： 鷺谷 威 環境学研究科 教授
sagiya@seis.nagoya-u.ac.jp／052-789-3043

読み取ったり、書き込んだりするばかりで、その合理性に感心しつつも、他の用途に使えると思うことはまずない。
しかし、それが今回特集した「ナノの世界の匠」の手にかかると、本来の用途はお構いなしに、「よくできた素材だから生かさなければ公開講演会「光合成をささえる多様な分子機構」と日本光合成研究会2008年度年会

もったいない」ことになり、DNAが「電線」に変身する。同じ分子をながめながら、専門によって、ここまで違った見方ができ

開 催 日 ： 2008年5月30日（金）〜31日（土）開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館
主
催 ： 日本光合成研究会
問い合わせ ： 伊藤 繁 理学研究科 教授
itoh@bio.phys.nagoya-u.ac.jp／052-789-2883

ることは痛快だ。また、電池や磁石の原理は金属特有の性質に基づくイメージがあるが、必要な性質さえ持ち合わせていれば、有機物だって金属の代わりになり、金属とは全然ちがう、柔ら
かくかつ軽い「もの」がつくれるはずだという発想にも、柔軟な

第15回名古屋大学理学懇話会「地球温暖化に挑む」
開 催 日 ： 2008年6月21日（土）開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館カンファレンスホール
主催 ： 名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会
講 演 者 ： 安成哲三 地球水循環研究センター 教授
高野雅夫 環境学研究科 准教授
問い合わせ ： 理学部庶務掛
kouhou@sci.nagoya-u.ac.jp／052-789-2394
http://www.sci.nagoya-u.ad.jp/kouhou/※懇話会終了後、「高校生のためのサイエンスカフェ in 名大」を開催。

第8回名古屋国際数学コンファレンス
Combinatorics and Representation Theory（組み合わせ論と表現論）
開 催 日 ： 2008年9月1日（月）〜5日（金）開 催 場 所 ： 名古屋大学理学部1号館509号室
主催 ： 多元数理科学研究科
問い合わせ ： 岡田聡一 多元数理科学研究科 教授
okada@math.nagoya-u.ac.jp／052-789-5596
http://www.math.nagoya-u.ac.jp/ja/research/

思考によって常識が覆されていく心地よさがある。私の感じた
新鮮な驚きがみなさんにも伝われば幸いである。
（杉山伸）

表紙説明
最近よく耳にするナノとは、どのくらいの大きさなのか。
1ナノメートルを、約2ミリメートルのゴマにたとえると、

nm

1メートルは2000キロメートル。北海道から九州までの距離とほぼ同じとなる。こんな極小の世界でも可能な「ものづくり」とは。

No.14 April 2008
2 0 0 8 年 4 月 1日発 行

日本遺伝学会第80回大会
開 催 日 ： 2008年9月3日（水）〜5日（金）開 催 場 所 ： 名古屋大学IB電子情報館
主催 ： 日本遺伝学会第80回大会組織委員会および日本遺伝学会
問い合わせ ： 森 郁恵 理学研究科 教授
m46920a@nucc.cc.nagoya-u.ac.jp／052-789-4560

広報委員

近藤孝男
（研究科長）
國枝秀世（副研究科長）
大島隆義（評議員）
粟田英資（数理学科）
杉山

組織図

飯嶋

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）
理学部（学科名）

数理学科

大学院研究科（専攻名）
多元数理科学研究科
多元数理科学専攻
理学研究科

斎藤進（化学科）

杉山

伸（生命理学科）

附属南半球宇宙観測研究センター

舛本寛（生命理学科）

太陽地球環境研究所

鷺谷威（地球惑星科学科）

森本正廣（事務長）

素粒子宇宙物理学専攻

エコトピア科学研究所

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

生命理学専攻附属臨海実験所

環境学研究科
地球環境科学専攻

徹（物理学科）岡本祐幸（物理学科）

関連施設等

物理学科

地球惑星科学科

直（物理学科）※委員長

福井康雄（物理学科）

編集発行

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

特集「ナノの世 界のものづくり」

附属構造生物学研究センター

04

遺伝子実験施設08

生物機能開発利用研究センター
附属地震火山・防災研究センター
博物館

次号は2008年10月頃発行の予定です。

02
03

事務部

年代測定総合研究センター

12

技術部

地球水循環研究センター

1618＿ 有機分子でつくる柔らかい磁石と電池◇阿波賀邦夫＿ 生 体 分 子にヒントをもらうものづくり◇ 田 中 健 太 郎＿ 時を語るもの〈 石 崎 宏 矩 博 士 〉◇ 溝 口 明＿ 理のエッセイ◇ 浪川幸 彦＿ 理の先 端をいく◇ 東 山 哲 也 ／川村 友 美＿ 講義探検◇臨海実習／原子核物理学＿ 理学部交差点

時を語るもの◎ 理のエッセイ

読み書きそろばん、
リテラシー
浪川幸彦 多元数理科学専攻教授

いしざきひろのり

石崎宏矩（1930−）
名古屋大学名誉教授。日本学士院賞（1992）

教育問題に関連して、
近年「リテラシー（literacy）」という言葉がよく聞かれる。元来は「読み書き能力」を意味するが、昨今「科学リテラシー」などといわれる場合には、むしろ「科学的素養」とでも訳す方がぴったりする。
これは単に言葉を知っているだけではなく、文化的営みとしての科学の価値を認め、「科学的にものを見，考える」とはどんなことかを理解し、科学の知識や考え方を個人
あるいは社会生活の中で応用できることを意味する。
昨年末にOECDの「PISA2006国際学力調査」の結果が出て話題になった。残念ながらマスコミは日本の順位しか問題にしない。
しかしこの調査はまず「科学リテラシー」（および「数学リテラシー」「読解リテラシー」）
は何かを明確に規定した上で、そのどこに
石崎宏矩博士の近著、
名古屋大学出版会 2006年発行問題があるかを調査しているのである。
これを含む各種国際学力調査の結果明らかになった日本の問題点は大きくいって2つある。1つは科学のもつ価値・効用の理解が世界で最低レベルだということである。

石崎宏矩博士 ＿絵筆を持った昆虫ホルモン学者◆写真の説明これはPISA調査でも同様の結果が出たが，「 理科が日常生活に重要ではない」とする

日本の蚕糸業がまだ盛んであった1970年
代までは、蚕種（卵）製造業者から大量の使用済み蚕の雄蛾を無償で譲り受けることがででの「読み書き」能力がOECD平均レベル程度しかない、という事実である。
「科学リテ

いったん冷凍し、冷凍倉庫で保管していたラシー」が曲がりなりにもなおトップレベルであるのに比べ、大きく見劣りする。これは前回

蛾から頭部を切断する作業は、農閑期の農2003年のPISA調査で明らかになり、今回も改善が見られない。

れた蛾頭部は、ピーク時には年間500万個、蝶や蛾の幼虫は、十分に成長するとからだを大改造して蛹、わら、水彩画やドライポイントの制作にもいそしみ、何度か個展も成虫へと変化する。変態とよばれるこのプロセスは脳からの前胸開いている。
もう1つの趣味である昆虫採集も、時代により、シャクガ、

腺刺激ホルモン（PTTH）の分泌が引き金となって起こる。1960

カミキリ、
キノコバエと対象が変わったが、研究の疲れを癒す大事

博士 （退官後は後任の鈴木昭憲博士 ）と年にPTTHの構造決定を目指し研究を開始した石崎宏矩博士

な清涼剤であったようだ。

の共同で進められた。東京大学が精製作業を、は、ライバルが精製の困難さから次々と研究を断念する中、30年

生命理学専攻准教授）

通算では3000万個に達した。PTTHの精製「数学リテラシー」は両者の中間になる。数学が1つの言葉であり、科学はその言葉として数学を用いていることから、
この結果はうなずける。

は最 初は独 力で、名 古 屋 大 学 着 任 直 前のいわゆる「学力低下」問題を最初に提起したのは数学を含めた自然科学分野の

1 9 7 2 年からは東 京 大 学 農 学 部 田 村 三 郎

研究者たちであったが、それは単なる知識の不足ではなく、こうした「論理的思考力」を＊1＊2

含む言語能力の低下、あるいは文化としての科学の価値の認識不足の指摘であった。

名 古 屋 大 学が活 性 検 定 作 業を分 担した。

その意味で近年明らかになった日本の現状は、
まさに10年前に我々が指摘した「学力東京大学から送られてくる大量のサンプルの低下」の姿そのものといえよう。

間におよぶ苦闘の末、1990年、
ついにその全構造を明らかにした。

活性検定には膨大な数の除脳蛹が必要で、その数年前には昆虫インスリンの構造を世界に先駆けて決定す

その作製には多大な労力を要した。この共同研究はPTTHと蚕インスリンの構造決定のかる快挙も成し遂げている。

もう1つは「読解リテラシー」つまりテキストを理解し、利用していくという、本来の意味

き、その頭部がPTTH精製の材料となった。

家の主婦を雇って行われた。こうして集めら（溝口明

生徒が半数をはるかに超える（IEA調査）事実に最も端的に現れている。

たちで実を結び 、その 功 績により1 9 9 2 年 、

ただ現在のPISA国際調査にあるような具体的「リテラシー」像を当時の我々が持ち合わせておらず、
指摘が抽象的一般的であったことは否めない。
遅ればせながら、
日本でも北原和夫氏（国際基督教大学）を中心として日本人のもつ石崎博士の経歴は一風変わっている。はじめ画家になることを鈴木昭憲博士とともに日本学士院賞を受賞

べき科学（技術）
リテラシー像の策定作業が進められ、間もなくその報告が公にされる。

志し、
京都市立美術専門学校（現京都市立芸術大学）洋画科をした。最近発行された自伝的研究小史「サナ

筆者もこれに関わっているが、日本の教育「再生」にはこうした地道な基礎作業こそがギから蛾へ」は、当時の研究の息吹を伝える

有効であると信じて、まとめのラストスパートに入っているところである。

卒業した博士は、
その後、京都大学に入学し生物学の世界に入った。名古屋大学には1973年、助教授として着任。研究のかた
バック写真



石崎宏矩博士の作品「貝と羽毛1a」2002年、
鉛筆−水彩画。

時を 語 るもの

写真（上）蚕種会社から譲り受けたカイコの雄蛾
写真（右）カイコ蛾頭部の採取

名 著である。絵 画の近 作「 貝と羽 毛 」には博士のやさしいお人柄がしのばれる。
＊1 田村三郎（1917−） 東京大学名誉教授＊2 鈴木昭憲（1935−） 東京大学名誉教授

Yukihiko Namikawa

理 の エッセイ

1945年千葉県生まれ。東京大学理学部卒業、同大学院修了。理学博士（名古屋大学）。
名古屋大学理学部、教養部を経て1995年より大学院多元数理科学研究科教授 。
2008年4月より椙山女学園大学教授。専門は代数幾何学および数学高等教育。現在は数学教育カリキュラムの理論的基礎付けおよびその具体化に取り組んでいる。

-

No.14 April 2008

!

特集

ナノの世界のものづくり

ナノの世界のものづくり
1ナノメートル、
それは1メートルの10億分の1の長さであり、水素原子1個の直径の約10倍に相当する。
このナノの世界では、物質は原子・分子といった単位で取り扱われ、ニュートン力学ではなく、量子力学の法則に従うために、
私たちがふだん見ているマクロな世界では考えられないようなふるまいをする。
「ナノの世界の匠」は、ナノの世界の法則を利用して、人工的に分子や原子をナノサイズで集め、これまで予想もできなかったようなさまざまな性質をもつ物質をつくりだす。
大きな可能性を秘めたナノの世界のものづくりについて、2人の研究者に最新の研究成果を紹介していただいた。
（2007年11月17日、第14回理学懇話会より）有機分子でつくる柔らかい磁石と電池

1959年生まれ。1988年東京大学大学院理学系研究科単位取得退学。同年、岡崎国立共同研究機構分子科学研究所助手。1992年東京大学教養学部助教授を経て、2001年より現職。専門は物性化学。とくに分子の機能開拓に関心をもつ。

Kunio Awaga

阿波賀 邦夫 物質科学国際研究センター教授
有機物で磁石をつくる

O-

本日は、
硬い無機物のイメージがある「磁石」

甲のかたちをしたベンゼン環を考えてみましょう。

炭素と炭素の間に1つの結合ができます。そしてるかもしれません。これは、有機分子に工夫をこや「電池」を柔らかい有機物あるいは分子でつ・は不対電子を表
ベンゼン環に CH2 基（ここで、炭素と炭素の間では4つの結合をつくることがでらす（この場合はメタ体をつくる）
ことで、
不対電

くる話をします。
「分子でものづくりを進める化学」

す。炭素のもともとの4つの不対電子のうち、2つきます。この図では、炭素の原子価を4、つまり結子が残った分子を設計できることを意味していま

N

は、とくに日本で活発な研究分野です。井口洋

は水素と、1つはベンゼン環と結びつき、1つ残る）

合1個をつくる電子対の片割れを腕1つとした場

す。このメタ位の不対電子効果を実験的にはじO

夫＊1先生はそれまで絶縁体だと思われていた有を2個つけてみます。これをつける場所の位置に合、その腕の数を4に固定して、単結合と二重結めて示したのが伊藤公一＊4先生です。この研究機物がトランジスタ＊2のような半導体＊3として働く

よって、
「オルト」
「メタ」
「パラ」とよばれる3種類

合（それぞれ1本の実線と二重線で表されている）

が発表されるやいなや、メタの位置だけでベンゼことを発見しました。この研究は、近年、急速にの構造が違う分子をつくることができます。このを入れかえたいくつかの構造が記してあります。

ン環をつないだ有機ポリマーが、有機磁石のモ

発展した有機エレクトロニクスの基礎となっていなかで、オルトとパラ体は不対電子が出会って対この図から明らかなように、どうしてもメタ体では2デルとして提案されました。不対電子が対をつくます。有機物でのものづくりのもう1つの潮流とし（電子対）をつくるため、
これをもたないのですが、個の不対電子が残ってしまうことがわかります。

らず、連なることで有機磁石となりえるのです。有て、
有機強磁性体研究が挙げられます。有機物

メタ体は不対電子を2個もつのです。図１Aにはですので、この例に限っていえば有機ラジカルとは、

機磁石の可能性が化学者に意識された瞬間です。

くりには使えません。そこで我々は、アリルラジカル

で磁石をつくる研究です。私はこの分野で研究

このメタ体のいくつかの構造が記してあります。

「3つの手（結合）と不対電子（結合をつくらない

ここまでは、1分子のなかで不対電子を残す話の特長を保ちつつ、
もっと安定な分子を探した結を続けてきました。

2つの電子でつくる対、すなわち電子対1つで、電子1個）をある炭素上にもつ有機分子」といえでしたが、分子と分子の間でも不対電子を残す

果、
ニトロニルニトロキサイド＊6という分子群を見有機半導体や有機磁性体をつくるためには、分子設計が可能です。たとえば、
図1Bに書いた

つけました。この分子群をモデルに、その性質を分子のなかで、電気を伝えたり磁石の性質を示

という分
のは、
アリルラジカル＊5（ CH2 CH=CH2 ）●変えないように改変した分子をたくさんつくってしたりする粒子である電子が余分に存在してい子が2つ相対している様子です。アリルラジカル

調べたところ、
幸いなことに、そのうちの1つが実

増幅、またはスイッチ動作をする半導体素子。
「電気抵抗の変化による信号変換器」を意味する。近代の電子工学における主力素子である。
「トランジスタラジオ」を中学生のころ作ったことのある方も多いであろう。

る状態にしなければなりません。通常、
分子のな

自身が、
不対電子を1個もちます。つまり有機ラジ

際に低温で磁石になることがわかりました
（図2）。

＊3

世界ではじめてつくり出された有機磁石です。たしています。
しかし、特別な場合に、不対電子とよカルです。ここで、図にあるように、
アリルラジカル̲
を2つ、C C結合1個分だけずらして、
結合させて

だし、
キュリー温度という、
この温度以上になるとA

かでは電子は2個ずつ対をつくって安定に存在

N+
NO2

世界ではじめて見つかった有機磁石であるニトロニルニトロキサイドの分子構造と磁化曲線。強磁性キュリー温度0.65Kよりも高い温度
では、磁化は、ほとんど生じない。一方、キュリー温度よりも冷却すると、磁場をかけることによって磁化が生じることから、この物質が磁石となることを示している。

ばれる、
対をつくらない電子をもつことがあります。

みましょう。すると、どうやっても、2個の不対電子

磁石の性質を失ってしまう温度が、絶対温度1Kが残ってしまうことがわかります。一方、
もし結合以下というとてつもなく低い温度だったために、
こルとよびます。有機ラジカル中の不対電子が、電をずらさずにならべると、すべての炭素から4本の分子は残念ながら実用とは縁のないものでした。

の手がでますので、不対電子は存在しないことに

ところが、いったんブレイクスルーがあると、面B機物で半導体や磁石をつくることができるのです。

なります。以上のことからわかるのは、「有機ラジ

白いもので、
その後続々と、有機強磁性体が発見では、有機物で実際にどのように磁石をつくる

カルを結合1つ分ずらして相対させる」ことが、不されるようになってきました。今のところキュリー温対電子を残すために必要な設計だということです。

度の最高記録は15Kぐらいで、室温にはほど遠

アリルラジカルはあくまでモデル物質で、実際いのですが、実用化のために、
あと10年ぐらいでには不安定ですぐに壊れてしまうために、ものづ

何とか室温ぐらいにもっていきたいと考えています。

のか、次にお話しましょう。そのためには、
まず、

図1

有機物上に磁石のもととなる不対電子をつくら

A.分子内で CH2 基2つをベンゼン環のメタ位でつないだ場合、どのように結合を組み替えても2つの不対電子が対をつくる結合にはならない。

なければなりません。有機物でおなじみの亀の"

特 集 ＿ ナノの 世 界 のもの づくり

有機分子上の不対電子をつくる化学的方法論●

オルト体およびパラ体では、不対電子が出会い、結合をつくる。半矢印は電子一個の移動を表す。B.分子間で2分子のアリルラジカルが結合1つ分だけずれて配置された場合、不対電子は対をつくらない。

↑

4K

図2 ニトロニルニトロキサイド

とくに不対電子をもつ有機物のことを、
有機ラジカ
気を伝え、
また小さな磁石としてふるまうので、
有

↑

0.4K

磁化

●

-50

0

50

磁場［mT］＊1

井口洋夫（1927̲）

東京大学名誉教授。有機物質の電気伝導に関する研究を先駆的に進め、有機半導体の概念を確立して今日の有機エレクトロニ
クスの基礎を築いた。1965年に日本学士院賞、2001年に文化勲章。
＊2 トランジスタ

半導体

電気を流す「導体」や電気を流さない「絶縁体」に対して、それらの中間的な性質を示す物質のこと。周囲の電場や温度、あるいは光の照射の有無や不純物の多い少ないによっても電気の通りやすさが変わる場合がある。
これらは金属にはみられない性質である。
＊4伊藤公一（1934̲）

大阪市立大学名誉教授。有機物は強磁性を示さないという常識に挑戦し、高スピン有機分子の合成、強磁性的磁気相関の解明を通じて、有機強磁性を発見した。岩村秀、
木下實とともに2003年に日本学士院賞受賞。
＊5 アリルラジカル
奇数個の電子をもつ中性ラジカル。不安定化合物だが理論モデルして有用。
＊6 ニトロニルニトロキサイド
奇数個の電子をもつ中性ラジカル。有機強磁性体やカゴメ格子反強磁性体など、さまざまな物性が見出された。

-

No.14 April 2008

#

特集

ナノの世界のものづくり

分子で電池をつくる

A

さて、
ここで冒頭の有機半導体に話を戻しましょセパレーター
4.0

Mn12う。有機半導体の研究は、さらに高い電気伝導

1回目充電
1回目放電
2回目充電
2回目放電

3.5

電流

正極 : Mn12

電圧［V］性を求めた結果、有機金属や有機超伝導体の研究に発展しました。大きな成果へと至る過程

化学太陽電池を構造設計する

B
負極 : Li

では、有機磁石の研究と同様に、分子設計から

3.0
2.5

物質合成、
その物性測定という一連の作業の莫
2.0

大な試行錯誤があったのはいうまでもありません。

5μm

最近では、有機半導体を電子回路に応用する-0.5 0.0

0.5

1.0

1.5

電圧［V］

0

50

100

150

200

電池容量［Ah kg ］
-1

研究が進展しています。有機エレクトロニクスと

図3よばれる研究領域で、有機半導体を利用した有

A.Mn12の分子構造とサイクリックボルタモグラム。これをカーボンファイバーに練りこみ、正極とした。Li負極と組み合わせて、分子クラスター電池を作製した。B.分子クラスター電池の充放電曲線。横軸は電池容量で電流が流れた時間に相当する。1回目の放電曲線（定電流を取り出しながら電位の減少を観測したもの）
はゆっくり減少し、電池として作動することを示している。その容量は200Ahkg -1を超え、リチウムイオン電池よりも高い。

機トランジスタ、
超薄型画面が実現可能というこ

単分子磁石Mn12を使った電池

最後に、
化学の視点から「環境問題」についのです。太陽光を電気に変換する効率をもっとこの現象は起こらず、光は衝突するようになります。

て考えてみたいと思います。
さまざまな問題が指高めないと、
温暖化対策の決め手とはなりません。

ナノサイズである二酸化チタン粒子を、可視光の摘されていますが、
とりわけ重要なものとして、
二

そこで紹介したいのが、
色素増感太陽電池で波長以上の大きさにすれば、太陽光の吸収効

酸化炭素の急増による地球温暖化があります。

す（図４A）。1991 年にグレッツェルらが提案した率がぐっと上がることが期待されるのです。そこで、

二酸化炭素濃度が増加した原因は、
産業革命

新しい太陽電池で、製作に大量の電気を必要と

我々は二酸化チタンを可視光の波長程度の大以来の、石油や石炭といった化石燃料の爆発するシリコン半導体を用いた通常の太陽電池ときさの中空球殻構造に化学合成するという取り的な消費にあります。大気中に放出された二酸は異なり、大がかりな設備を必要としない低コスト組みを行いました。図４Bは二酸化チタン中空球

化炭素は、地球から宇宙に放出される赤外線（つの太陽電池として、大変期待されています。そのの電子顕微鏡写真です。直径が500nｍ、球殻まり熱）を遮断して、
地球の温度を上げる温室効

構造ですが、
半導体である二酸化チタンの表面の厚さが30nm程度の中空球殻構造をしています。

果をもたらすのです。化石燃料の消費を減らすに色素がつけられています。この色素が光を吸このような中空球殻二酸化チタンを電極の上にことは、
人類緊急の課題です。

収すると、光エネルギーによって電子を放出して、ならべて色素をつけ、太陽電池を試作しました。

＊7

二酸化チタンに渡します。
これが外部回路を通っその結果、
単位物質量当たりの効率が、二酸化で、有機物中の電子の動きを制御することによっな期待が寄せられています。無機物の独壇場と晶を砕いてカーボンファイバー＊8に練り込んだもて仕事をした後、反対側の電極に移動し、電解

チタンナノ粒子を使った既存の太陽電池の2.5て高い機能性を得ています。

思われていた電池材料の世界に、初めて有機のにしました（図3A）。3Bに、この電池の充放電

溶液中のヨウ素を経由して色素が受け取ります。

倍程度になることがわかりました。期待した通り物が登場したのです。

試験の結果を示します。縦軸が電圧、横軸が電光を受けて、電子が回路を通って仕事をするのの結果がでたのです。

そして有機太陽電池まとで今話題の有機EL 、

このような潮流にのって、有機物のような分子性物質で、電池をつくる研究がスタートしています。

さて、このような分子でつくる2次電池につい池容量です。実験では、充電、放電を繰り返しまですから、電池として働いていることになります。

普通の電池には、
使いきりの1次電池と充電がでて、我々の行っている研究を紹介しましょう。我々した。充電時（1回目が黒線、2回目が青線）には、色素を用いた化学電池です。

きる2次電池があります。そして、
現在2次電池とは、先の分子でつくる磁石研究の一環として、定電流を電池に与え、電圧の上昇を測定します。

軽く、色や形状を自由に設計できる色素増感

います。光やエネルギーに対するしっかりとした

して広く普及しているのがリチウムイオン電池です。

単分子磁石研究に携わってきました。これは、また放電時（１回目が赤線、2回目がピンク線）には、太陽電池ですが、
難点は、
太陽光を電気に変え

物理化学的理解に基づき、新しい感覚の物質

これは携帯電話やコンピュータに使用されており、1個の分子が磁石として働くものをつくって、定電流を電池から取り出しながら電圧の減少をる効率が低いことです。そこで、新しい色素の開設計が行われる時代がやってきたのです。

皆さんもその恩恵に少なからずあずかっている

これまでとは比べものにならない大容量ハードディ

観察します。図を見ると、まず1回目の充電曲線（黒発をはじめとしたさまざまな取り組みがされていまはずです。この電池の長所は電池容量が大きスクの実現などに発展させようという研究です。

線）が極端に短いこと、
つまりすぐに充電が完了す。次にご紹介する我々の研究は、色素を塗っいことですが、欠点は充電に必要な時間が長い

単 分 子 磁 石として 最も有 名なの が M n 1 2したことに気づきます。これは、電池作成のプロことでしょう。
また充電しすぎることで正極と負極とよばれる分子です。
（[Mn12O12(RCOO)16(H2O)4]）

セスで、偶然ですが充電されていたことを示して期待されています。これは、太陽から来た光のエ

光をもっと効率よく色素に吸収させようというもの

がショートして発火するといった事件があり、これは、1分子中にマンガンイオンが12個あり、そいます。次いで測定した1回目の放電曲線（赤線）

ネルギーを電気エネルギーに変換するものです。

です。さて太陽光ですが、
これはさまざまな波長＊7有機エレクトロルミネッセンス（Electro−Luminescence）の略。

脱化石燃料の方策の1つとして、太陽電池がはゆるやかに減少しています。このことは、
Mn12

テレビCMにもたびたび登場していますので、皆の光が集まったもので、その中心は波長が500ナ

リチウムイオン電池の充電の遅さは、その電気て結びついています。このような、金属イオンと分の電池から電流をうまく取り出すことができたこさんもきっと夢のエネルギー源として期待されて

ノメートル
（nm）
ぐらいの可視光です。光は波のリ
化学反応において、
LiCoO2などの無機物へ、子が結びついているものを金属錯体とよび、このとを意味しています。電圧を保ったまま、電流をいるのではないでしょうか。
しかし、せっかくの太性質をもっています。波長よりも小さな物質を光

チウムイオンが入っていくプロセスがあるためです。

場合のような複数の金属イオンを含むものをとくに、流すことができたのです。この際、示された電池

陽電池も、電池をつくるのに必要なエネルギーが、は囘り込んですり抜けるのです。この現象を回リチウムイオン電池に比べてはるかに充電が速

クラスター錯体とよびます。Mn12は、とても大きい容量は200 Ah／kg（Mn12、1kg当たり200アン

太陽光を変換することで生み出す電気エネルギー

折とよびます。つまり、500ナノメートルよりも二酸い電池として期待されているのが、
有機ラジカルですが、1個の分子です。これは、極低温で磁石ペアが1時間継続して流れたことに相当）以上で、よりも多いようだと、環境のために何をやっている化チタンが小さければ、光がすり抜けてしまって、電池です。この電池は、負極がリチウム、正極がのようにふるまいます。単分子磁石なのです。
しリチウムイオン電池をしのぐほど大きなものです。

のかわかりません。
どうも現状の太陽電池は、
環

効率よく表面の色素に吸収させることができませ有機ラジカルのポリマーで構成されています。
もかし、
ここで今日お話したいのは、電池としての続いて、2回目の充電ですが、曲線（青色）
は、
電境のためによいかどうか怪しいという指摘もある

ん。一方、物質の大きさが波長よりも大きければともとは中性の有機ラジカルが、酸化されたり還応用です。この分子の溶液に電極をひたし、電圧の急上昇の後に飽和して、充電が完了したこ

元されたりすることによって、充放電が可能とな圧を変化させながら流れる電流を測定してみまとを示しています。そして2回目の放電（ピンク線）

るのです。充電が速い理由は、リチウムイオン電した。その結果が図3Aです。電圧を上げていくでも電流を取り出すことができることを示していま池の場合とは違って、ラジカル部位での酸化還と、Mn12が1電子ずつ酸化あるいは還元されるす。ただ、残念ながらその容量は半減してしまい元反応が非常にスムーズだからです。ただし、ことを示す電流のピークが図に出現します。このました。
しかしながら、実験を続けると、3回目以残念ながら今のところまだ、
ラジカル部位に電子図を見ますと、1つのMn12分子に、ピークの数に降の減衰はあまりないこともわかりました。

を1、2個しか貯められないことから、電池容量が相当する、多くの電子を出したり入れたりできる

Mn12の電池実験は、初回としては大成功で小さく、大量の電流を流すような用途には使えまことがわかります。電子を取り入れたり、出したりした。我々は、
このような金属クラスター錯体を電せん。電池容量とは、電流がどれだけ流れたかするのが電池として必要な性質ですから、これ極に使った電池を、
分子クラスター電池と名づけを示す量で、電流値に時間をかけたものです。

は電池として使えるのでは、と思いついたのです。

ました。
まだまだ改良する余地はありますが、2次そのために、リチウムイオン電池の座を脅かすま

企業の協力を得て、早速Mn12の電池を試作

電池を分子設計する時代の到来を告げる実験

でには至っていませんが、その将来性には大きしてみました。負極はリチウム、正極をMn12の結であると自負しています。

A

特 集 ＿ ナノの 世 界 のもの づくり

うございました。

有機EL

エレクトロルミネセンスとは、注入された電子と正孔（ホール）の再結合によって生じた励起子から発光する現象。光を発する層が有機化合物のフィルムからなる発光ダイオードを有機EL（材料）とよぶ。
携帯電話など、厚さがミリメートルサイズ以下の超薄型ディスプレイ
などへ応用されている。
＊8 カーボンファイバー
炭素繊維ともいう。熱安定性や物理的な力に対する強度や耐久性にすぐれており、金属よりもはるかに軽量であることから、近年大きな注目を集めている炭素材料。ロケットや航空機などの大型輸送機からテニスラケットや釣り竿など身近な道具にまで用途を広げている。

B
光

半導体（二酸化チタン）
色素

−

l−

−

二酸化チタン中空球

−

−

l3

−

V

−

分子機能化学研究室ホームページ

$

約束の時間になりました。本日はどうもありがとている二酸化チタンの構造をつくりかえることで、れらが図３Aに見るように、分子と電子対を通じ安全面からも難があります。

このように、
化学の力は化合物をつくるばかりでなく、自在にナノ構造をつくるにまで発展して

図4

太陽電池極

色素増感太陽電池

A.色素増感型太陽電池の原理。 B.化学合成された中空球殻形状の二酸化チタンとこれを用いた太陽電池電極。電極の色は色素のもの。1μmは1000nmに相当。

http://www.chem.nagoya-u.ac.jp/awagak/-

No.14 April 2008

%

特集

ナノの世界のものづくり

生 体 分 子にヒントをもらう
ものづくり
田 中 健 太 郎 物質理学専攻教授

分子を集める、分子をならべる
生体分子とはタンパク質や核酸、糖類など、DNA生物がつくり出す有機分子、無機分子のこと

順番にならべるということも難しくなってきます。

です。生体分子がどのようにできていて、どのたとえば、AとBという2種類の分子を単純に交ような働きをしているかを見てみると、新しい物互にならべるのはうまく設計すればできるかも

質をつくるためのヒントが見えてきます。そこでしれませんが、もっと複雑な配列、
たとえば「A・

生体分子のものづくりの方法からヒントをもらい、B・A・B・A・A・B・B」などと設計し、その通りに新しい人工的なものをつくっていく、
そんな研

ならべるのは難しくなってきます。

究について話をさせていただきます。

タンパク質

しいということは、違う種類のものを決められた

一方、分子の数や配列を正確にコントロー

DNAやタンパク質は：
人工的には合成し得ないような高分子量をもつ

−

「数」
「組成」
「配列」
「方向」が自然の法則によってプログラム化されている−生体分子にかぎらず、さまざまな物質のなかルして集める方法として、走査型プローブ顕微では、分子や原子が集まることによっていろい

鏡を使って原子を集めてくる方法や、閉じた構ろな機能を発現します。たとえば、日常生活に造をつくるようなかたちでの自己組織化があげ

欠かせない携帯電話、テレビ、パソコンの液晶ディられます。

スプレイのなかでは、細長い液晶分子のならぶ走査型プローブ顕微鏡とは、原子レベルの方向を自在にコントロールすることが大事な設

分解能をもった物質の表面を見ることができる

計要素になっています。このように、分子もしく顕微鏡です。

厳密な「選択性」と正確な「空間配置」で集積化する−

生体の定めた規律に従い、適切な「タイミング」で高度な機能を発現する−

図1

生物が つくる高分子

生物がつくる高分子を生体高分子という。DNAやタンパク質、糖など、その分子構造や機能から、ものづくり の視点で、多くのヒントを見いだすことができる。

驚くべき生体分子の力

は原子が集まることをいかにコントロールするか、走査型プローブ顕微鏡の1つである走査型

集めた分子や原子にどういうかたちで働きをもトンネル顕微鏡を開発したIBMの研究者は、

人工的に分子を集めたり、ならべたりする方

たせるかということが機能性の高い物質をつく

顕微鏡を原子を見るだけではなく、ならべてみ法を見てきましたが、では、自然界において生ご存じのとおり、DNAはA、T、C、Gという4る上で大切になってきます。そこで、まず最初に、るために使いました。キセノンの原子を1個1個、物がつくる分子にはどんな特徴があるのでしょ

種類の核酸塩基が順番にならぶことによって

いかに原子や分子を集めるかについて考えた

針先でつまんで金属の表面上にならべ、「IBM」

うか（図1）。

遺伝情報を形成しています。人間の遺伝子の

いと思います。

という字を書いたデモンストレーションを行い、をもたないことも驚きです。

まず、DNA、タンパク質、糖類などの生体分なかには30億個の塩基対が連なって、二重ら

鉄イオンを使って「原子」という字を書いていま子は人工的には合成しえないような高分子量

せんを形成しています。それが、配列どおりに化や高分子的な自己組織化、ポリマーの上にす 。集める原子の数を厳密に制御し、思う場の長い分子であることがあげられます。

複製されて新しい細胞が生み出されます 。こ分子をならべる、といった方法が考えられます。

所に原子を置くことができるようになったのです。

代表的な人工的な高分子であるポリエチレ

こに、分布が生じるような合成方法をつくると、結晶化によって、原子や分子を規則正しくなら

また、環状構造などの閉じた構造を設計す

ンは、超高分子量のものでも100マイクロメート

次に新しくできた細胞は、元の細胞とはまった

べることができますが、石鹸の分子からシャボることにより、
自己組織化という方法を通して、
ボー

ルはありません。これに対して人間の細胞、1く違った遺伝情報をもってしまい、生物としてなン玉をつくるような自己組織化によっても分子ル型の分子など、サイズやかたちがきっちりと個のなかに約２mのDNAが入っています。細

りたたなくなってしまいます。生物のすごいとこを整列させることができます。また、ビニールや決まった構造の分子をつくることができます。う胞が分裂するたびに、このような長いDNAがろは、分布なく、これだけの数の分子を1個ず

プラスチックの分子は長い線状の分子です。

まく分子設計をすると、ねらった数の分子をねらっ

複製されています。こんなサイズのものを生物つつなげる方法を確立しているところにあります。

こうした線状の分子をポリマーといいます。線た空間配置で集めることができるようになります。

多数の原子や分子を集めるためには、結晶状の分子をつくるときには、1つ1つの小さいパー

これからは、
よりたくさんの分子を、いかに簡ツとなるモノマーとよばれる分子を重合という単に集積するか、新しいアイデアを考えていく

方法でつなげることによって合成しますが、こことが必要になってきます。

は簡単につくっている、
これはまさに驚異的なことです。
高分子量であるということだけでも驚きますが、そのうえ「数」「組成」「配列」「方向」に分布そして、生体高分子は3次元的なものづくりの方法、「選択性」と「空間配置」を厳密に制御し、さらに時間的な「タイミング」も緻密に制御する機能をもっています。

のモノマーとして自分がつなげたい分子をならべて重合することによって、分子を集めることが可能になります。
ここにあげた3つの方法は多数の分子を集める上では効率的ですが、数や配列を厳密に制御して分子を集めるのはなかなか難しいといえます。たとえば100個ずつの分子を集めよ

Kentaro Tanaka&

1967年生まれ。1990年東京工業大学工学部卒業、1995年同大学院生命理工学研究科博士課程修了。カリフォルニア大学アーバイン校博士研究員、
分子科学研
究所助手、
東京大学大学院理学系研究科助手、同助教授を経て、2007年より現職。

特 集 ＿ ナノの 世 界 のもの づくり

うとしても、101個のもの、99個のものなど、その数に分布が生じてしまいます。数の制御が難-No.14 April 2008

'

特集

ナノの世界のものづくり

人工DNAの可能性
細かく見るとDNA

法論として人工DNAが利用できるかもしれません。

金属イオンの数をそろえることができることがさらに人工的なDNAの2重らせん構造のなかわかったため、今度は、DNAを使って好きな金

使っても新しい分子をつくることができます。異なに金属イオンをたくさんならべたらどうなるだろう

属イオンを好きな数だけ好きな配列でならべるこるタイプの金属イオンワイヤーをデザインすることかと考えました。自分の好きな数だけ人工的なとができないか考えました。

ができるようになりました（図４C）。

塩基対をつくるような場所をならべておきます。
らせん構造

シート構造

細かく見るとタンパク質

図2

生体分子からヒントをもらい分子ナノ組織をつくる

ヌクレオチドやアミノ酸が、意味のある配列で長い鎖となり、DNAやタンパク質などの生体高分子ができあがる。DNAでは4種類の塩基A、T、G、Cをもつヌクレオチドが、
一方タンパク質では20種類の残基（R1、
R2 、
R3…）
をもつアミノ酸が、ある順列でつながり、
繰り返し構造をつくる。
これら DNA
やタンパク質などの生体高分子は、繰り返し構造の 数 、 組成 、 配列 、 方向 も自動プログラム化されることで、らせん構造、シート構造、
環状構造、二重らせん構造など、特徴的な分子構造をつくる。
このような分子構造をヒントとして、
人工的な新しい機能性分子をつくることができる。

DNAを分子合成に利用する
いよいよ、
生体分子が小さいパーツとなる分

自動合成機が市販されています。自動合成機は、自分がつくりたいA、T、G、Cの配列をボタンでイづくりのアイデアを抽出することを考えていきましょンプットしておくと、自動的にDNAを合成してくれ

う
（図2）。

る機械です。
ヌクレオチドを順番に1個1個つなげていくとい

好きなかたちに順番にならべることができます。

や磁石、触媒などに利用できる可能性があります。

この方法を使えば金属イオンといろいろな相性を

たとえば一番端に置いておいた金属イオンに光一度に集めるという方法論を考えると、そこにはもっている金属配位子を順番にならべるというこを当てると、そのなかに電線の役目をする部分が分布が必ず生じてしまいます。しかし、これはとができるようになると考えたのです。

あり、電子がつながっていくことで最後にどこかDNAの骨格が数をきっちり決めて合成するため、

たとえばHという人工核酸塩基は銅イオンに集めてくる分子の数を自分でデザインすることが強く結合する金属配位子です。それと銀イオンできます。

や水銀イオンに強く結合するPという人工核酸

本日は、生物の機能の一部である、
生体分子

塩基を順番にならべることによって、そのなかにがもついろいろな構造や配列を制御して合成す

最後に私たちのしている研究についてお話します。
DNAの塩基対の間で水素結合を使い、二重たとえば、不対電子というスピンを1個もつ2価金属イオンをデザインして順番にならべてみまし

る方法論からアイデアを抽出することにより、すぐれたものづくりができるようになってきたことをごう順番で金属イオンを集めることができます 。

紹介しました。こうした研究は非常に時間がか

HHPHHとすると、それに合わせたかたちで、かります。科学をしているうえで一番面白い部分

銅、銅、水銀、銅、銅というならび方ができます。

は、
これまで誰もつくったことがないような物質をいろいろな組み合わせをしてみると、今のところ、世の中ではじめて自分の手でつくり上げることが10個まで、こういう金属イオンを好きな順番にならできるというところにあります。そういうところに面べることができました（図4B）。

白みを感じつつ、毎日、研究室で楽しんで実験をこの方法にはいくつか特長があります。
まずは、の銅イオンを集めるとします。そうするとナノサイ

いっぱいの分子のパーツをいっぺんに集めるこてタンパク質になります。
また、
ヌクレオチドというパーう方法を基点にして、現在、機械を使って100個た、人工的なDNAをつくることを考えました。そズのDNAの構造のなかで、それぞれの金属イオ

ツが1個ずつ順番につながって線状の分子になぐらいのヌクレオチドをならべることができます。

こで、化学的な有機合成の力を使い、天然の核ンが強磁性的にスピンの矢印の方向を合わせるとができます。
しかも、分布をもたないかたちで、り、二重らせん構造をつくりDNAになります。
さら

生物的に応用するにはさらに長くする必要があ

酸塩基といわれるA、T、G、Cの部分を金属配位かたちで集まるということがわかりました（図4A）。

金属イオンの配列をプログラムすることができます。

に、それが組み合わされて、いろいろな分子の集りますので、
その場合には酵素でつなぐ方法が子に置き換えたような人工的なDNAを合成しま

これまでは難しかった、数を制御してスピンをさらに熱を使わずに、つまり、室温ぐらいの温度

合構造をつくり、体のなかの機能性分子は働い用いられます。

した。そうすると、人工的なDNAは、水素結合の集めるという方法を確立することにより、将来的の水中で混ぜるだけで100％の収率で合成ができます。

ています。このような階層的な分子の構築方法

こうしたDNAの二重らせん構造をいろいろな

代わりに、
金属イオンを介した結合で2本の鎖がには、新しい分子レベルの磁石をつくることも可から、新しい分子を合成するうえでのヒントを得る

分子をつくるうえで、利用できないかというのがこ集まってきて二重らせん構造をつくります。こうし能になると期待しています。

ことができます。

こでのテーマです。

てつくった二重らせん構造のなかに、
金属イオン

まずDNAの構造について考えてみましょう。

ナノテクノロジーの分野にDNAを利用しようという考え方が、1980年代後半に現れました。
まずす。横幅は2.5ナノメートルぐらいの非常に長いは特徴的な分子構造をDNAの二重らせん構造

金属配位子と金属イオンの相性を考えてうまく分子です。ヌクレオチドが10個ずつでらせんが1を使ってつくることがなされ、ナノメートルサイズ

デザインすると、結合の強さ、
スピードをコントロー

巻きします。

のDNAでできた立方体などをつくることに成功

ルすることができるようになります。つまり、天然の1本ずつのDNAはリボースという糖がリン酸しました。こうしたナノ構造をタンパク質の配列化、DNAのなかに1カ所だけ人工的なDNAを入れジエステルという結合で1個1個がつながる繰り

触媒などに応用できる金微粒子、光のワイヤーとておくにより二重らせん構造がついたり離れたり

返し単位でできています。その横に遺伝子のコーなるような色素分子の配列化などに利用する研することをコントロールするできるようになります。

ドになるC、T、G、Aが順番にならんでいるという究が活発に行われるようになってきました。100ナ

金属イオンを入れると二重らせん構造をつくり、構造をつくっています。

ノメートルぐらいからナノメートル以下のサイズまで、

金属イオンをとると二重らせん構造がばらばらに

1950年代にワトソン とクリック がDNAの二

幅広いスケールで分子や原子を集める場としてわかれるような機能を、DNAに組み込むことがで重らせん構造を発見し、その構造を解明してか

DNAを利用できることがわかってきました。これ

きることがわかりました。

＊1

＊2

＊1

アメリカの生物学者。ノーベル生理学・医学賞（1962年）
を受賞。
＊2

また、
こういう方法論で、DNAだけではなく、J.ワトソン（1928 ̲）F.クリック（1916 ̲2004）

イギリスの生物物理学者。ワトソンとともにノーベル生理学・医学賞（1962年）を受賞。

す（図3）。

らの研究は、本来、遺伝子であるDNAに、分子生物の複製やDNAのシークエンスからタンパ

伝子のもとになるDNAを人工的につくってみよう

材料としてのまったく新しい機能を吹き込むこと

ク質をつくっている過程では、必ずらせん構造がという研究がスタートしました。現在ではDNAのになります。

ほどけなければならないため、それを制御する方

B

C
A

図3

金属錯体型人工DNA

図4

DNAは核酸塩基間の水素結合で2本の鎖が集まり、二重らせん構造をつくる（上図）。水素結合の代わりに、
金属イオンとの配位結合で塩基対をつくる人工DNAを合成し、これに対して金属イオン（青丸）を加えると2本の鎖が集まり、二重らせん構造をつくる（下図）。金属イオンがなければ、人工の二重らせん構造はつくれない。この人工DNAの二重らせんを使って、その中心に金属イオンをならべることができる。

分析化学研究室ホームページ
特 集 ＿ ナノの 世 界 のもの づくり

しています。本日はありがとうございました。

が中心にならぶような構造をつくることができまら約50年経ちました。発見してしばらくすると、
遺



が光る、
そういう分子レベルのデバイスをつくることができるようになるかもしれません。

た。HPHという配列をつくると、
銅、
水銀、
銅とい

合をつくっている部分を、何か別の力に置き換え

DNAは右巻きの二重らせん構造をつくっていま

将来的にはこうした方法を分子レベルの電線

そうすると、その数にきっちりとあわせて金属イオ

二重らせん構造

らせん構造をつくります。私たちは、
その水素結

DNAは、
もともとは4種類の核酸塩基を自分のンを集めることができることがわかりました。物をDNAに金属イオンをならべる

子を階層的にくみ上げている方法をもとに、ものアミノ酸というパーツが1個ずつ順番につながっ

環状構造

タンパク質になるアミノ酸がつながったペプチドをDNAやペプチドの中に金属イオンをならべる

DNAやペプチド（タンパク質の部分構造）の分子骨格を利用して、高分子に通じる方法論を使い、金属
イオンなどの化学的機能を精密に集積化することができるようになってきた。A.金属イオンのスピン（矢印で示している）を配列する。B.さまざまな金属イオン（青丸や黄丸）をデザイン通りにならべる。C. DNA
ではなく、ペプチドを鋳型にして、結晶中でしかできなかった金属ワイヤー（白丸、橙丸、黄丸がつながった部分）をつくる。

http://supra.chem.nagoya-u.ac.jp/-

No.14 April 2008理 の 先 端 をいくI

植 物 学 者 140 年の夢 、
花 粉 管 誘 引 物 質の同定に迫る
東 山 哲 也 生命理学専攻教授

図2

突出する卵装置に誘引される花粉管時間は観察開始からの分：秒。1本目の花粉管が進入できずにまごついている間に、2本目の花粉管も誘引されている。花粉管の太さは約10マイクロメートル。

図1 トレニア（Torenia fournieri）の花
ゴマノハグサ科に属し、日本ではポピュラーな園芸植物である。

誘引物質に迫る

誘引物質は幻か？
植物の花が受粉すると、花粉から花粉管とい学者がこの物質の同定を試みてきた。この物質てめしべ抽出液から物質の精製が試みられた。

花粉管誘引物質の研究は、
トレニア
（図1）
と

分泌する誘引物質探しの競争が行われている。

グナル分子となるタイプの遺伝子が1つ、助細う細胞が伸びだし、卵がある場所まで精細胞をが見つかれば、植物の受精の基本的な仕組み

しかし、試験管内の検出法で 誘引 と 伸長促

いうユニークな植物を用いた我々の研究から進

我々の研究から、誘引シグナルには強い種特胞で活発に働いていることを明らかにした。低異性が存在することが示されている。
トレニア

分子量のタンパク質をコードするこの遺伝子は、運ぶ。植物の受精が成立して種子がみのるたを明らかにできるだけでなく、人為的に花粉管伸進 を厳密に区別することは難しい。また、めし展する。どうユニークかというと、トレニアでは、

めには、花粉管が複雑なめしべのなかで迷うこ

長をコントロールして、
従来は不可能だった交雑

べの構造が物理的に花粉管の伸長方向を規定

普通は胚珠とよばれる受精前の種子組織の内に近縁なアゼトウガラシという植物があり、このトレニアのすべての細胞のうち助細胞だけでとなく、卵がある場所を見つけることが必要不可

により新しい植物をつくりだすことも可能となる。

する例も示され、ことはそう単純ではないことが明奥に埋め込まれているはずの卵装置が、胚珠植物でも卵装置は突出している。
トレニアとア

働いていた。さらに、
このタンパク質を試験管内欠である。今から140年以上も前から、
めしべの

しかし、
その同定の試みは混迷を極めることらかとなってきた。そもそも誘引物質など存在しなの外に突出してむき出しになっている。
トレニア

ゼトウガラシの胚珠を顕微操作により近接させで合成したところ、強い誘引活性があることがなかに花粉管をおびき寄せる物質、すなわち 花になる。誘引物質を検出するためのさまざまな

いのではないかという意見も出され、「誘引物質：の花粉管とむき出しの卵装置で何とか試験管て培養し、それぞれの花粉管を伸長させると、明らかとなった。このタンパク質こそが、長年探

粉管誘引物質 があると考えられ、多くの植物試験管内の検出法が開発され、それらを利用し事実か幻か」
といった論文までもが発表された。

内で受精を再現できないか試みていた時に、あ

花粉管は同種の卵装置だけに選択的に誘引し求められてきた花粉管誘引物質であると考る条件で花粉管が卵装置の先端、花粉管の入される。このように非常に近縁な種間でも特異えられる。現在、最終的なデータのとりまとめをり口にあたる場所に誘引されることに気がつい性が生じていることから、誘引物質は、助細胞急いでいる。

た（図2）。卵装置には複数の細胞が含まれるが、で生合成されるような進化速度が速い物質でUVレーザーで1つ1つ破壊したところ、卵細胞あることが予想される。

の隣にある2つの 助細胞 という細胞から誘引

我々はトレニアの特徴を生かし、助細胞だけ

物質の正体についても世界に先駆けて発表し、シグナルが出ていることが明らかとなった（図3）。

を顕微操作で取り出してきて遺伝子解析を行

長いつきあいとなってきたトレニアに恩返しした

この成果を受けて、再び世界中で助細胞がうことに成功した。そして、しばしば分泌性のシ

いものである。

図3

Tetsuya Higashiyama

1971年山形県鶴岡市生まれ。1999年東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。同年より同研究科にて助手。
2007年より現職。専門は、植物の顕微分子生物学。

花粉管誘引の模式図

卵細胞（EC）、2つの助細胞（SY）、中央細胞（CC）からなる卵装置（胚嚢）から拡散性の誘引物質（赤点）が分泌され、その濃度勾配に従い花粉管が誘引される（左）。助細胞を2つともUVレーザー（UV）で破壊すると花粉管は誘引されなくなり（中央）、逆に助細胞を1つ残せば誘引が見られる（右）。このことから、2つの助細胞が誘引物質を分泌していることがわかる。

機能調節学講座生殖分子情報学グループホームページ

理 の 先 端 をいく Ｉ

卵装置が突出しているトレニアを用いることで、存在が明らかになった誘引物質。何とかそのhttp: //www.bio.nagoya-u.ac.jp/seminar/b3.html-

No.14 April 2008!

理 の 先 端 をいく

II

図1

3次元空間内のトマトと4次元空間内のトマト

ここでは4次元空間内のトマトを「3次元空間内の宙に浮く薄切りのデータ」で表している。

危険な 4 次元空間

結び目を数 学で解く
すでにご存じの方もいらっしゃるかもしれな

4次元といえば、多くの方が一度は憧れた部分を伸ばして直方体から「垂直方向」にはいが、数学にはトポロジーという「柔らかい幾であろうあの不思議なポケットを連想するかもみ出させると、そのまま結び目がほどけてしま

何学」と形容される分野があり、その一種とししれない。しかし、3 次 元 空 間 内の立 体 図 形

い保管に失敗してしまう事態が起こる（ 図４）。

て結び目理論が発展し、現在も活発に研究がを4次元空間内に収納保管することは、（ それ

そう考えると、脳内でのみでは飽き足らずにう進められている。この理論はその名の通りにがそういう設定かどうかは不明だが）かなり困

かつに実際に4次元空間へ冒険へ出かけると、紐を結んで得られる図形を研究対象としている。

難な技術を要するものと思われる。あやとりに

自身の肉体を維持することすら難しくなるであ

ただし紐の両端は継ぎ目が目立たないように向かない結び目を直方体に収め、さらにこのろう。少しだけ手を出したり足を踏み入れるの閉じておく。もう少し数学らしくいい直すと、3結び目を直方体ごと4次元空間に、図形が写も危険であるといえよう。少々夢のない話にな

次元空間内の閉じた曲線を結び目とよび、そるただ1 枚の断 層 写 真とこの直 方 体が 一 致ってしまったが 、その自由度が数 学では大 変の複雑さを研究するのである。ここで、回転さするように収める。ところがこの結び目のある

魅力的であったりもするのである。

せたり平行移動させたり、紐がゴムのように伸縮したり、あやとりのような変形を施したりした

Tomomi Kawamura

1972年生まれ。東京郊外でのんびり育つ。お茶の水女子大学理学部卒。東京大学大学院数理科学研究科修了。青山学院大学理工学部助手を経て2007年より現職。専門は結び目理論。

ものは、すべて「同じ図形」として考える（あや
とり愛好家の苦労は報われない学問である）。
この複雑さの調べ方は数多くあり、さまざまな「物差し」を用意してそのデータを見ることが多い。
私の現在までの研究では、2つの結び目を4

図２ ２つの結び目を4次元空間の中で繋ぐ曲面の表示例
この例は、結び目の紐を結合させたり、つなぎかえたりして得られる。理フィロフィア第13号の表紙のイラストの意味が理解できれば、これはその応用問題である。

次元空間の中で曲面でつなぐことで結び目や結び目越しにみる4 次 元空間

その曲面の性質を分析してきた（図2）。即ち、

川 村 友 美 多元数理科学専攻准教授

最後がこの2つの結び目になるように両者間のはみ出させる

4次元空間内の図形の「断層写真」の最初と連続的な断層写真をなるべく変化度が少ない
ように構成することでこれらの性質を調べてきた。

4 次元空間に浮か ぶトマト

とくに2つの結び目のうちの一方を、研究がか

立体図形を内部まで詳しく平面上のデータ

くつかの例外を除いて平面上の曲線として表真は長方形ではなく直方体である。大雑把になり進んだ特別な結び目にすると、もう一方がとして表す方法の1つとして、端から極薄くスラされる。いい換えると、3次元空間内の図形（立例をあげてみると、トマトを薄切りにしたものを1

どの程度それに近いかを論ずることができ、大イスした断面図をならべていく方法がある。医体図形）
を2次元の断層写真で表すと多くは、枚ずつ端から順番に、それぞれ同じ大きさの直まかではあるが性質がある程度読み取れるの療で用いられる断層撮影がその代表例といえ中身の詰まった３次元図形は2次元図形として、方体の中の同じ場所で同じ向きにあるようにぴである。たとえば、
ある結び目に対して、紐が交よう。中身の詰まった立体をこの方法で表すと、2次元図形（曲面や平面）は1次元図形（曲線

らぴらと浮かせたとしよう（図1）。3次元空間内

差している部分の上下を何カ所交換すれば平らな切り絵をたくさんならべたものになる。ゴや直線）として得られる。

の図形を断層写真から読み取った要領でこの

普通のあやとり紐の状態になるか（図3）、といム毬や浮輪のような薄い膜でできた空間図形（数この方法を応用すると、4次元空間内の図形

直方体の断層写真を考えると、今まさに我々はう研究も行った。実はこれは一般的な公式が学では曲面とよばれるもの）の断層写真は、
いも表すことができる。ただし、このときの断層写

4次元空間内にあるトマトを眺めていることになる。

未だに見つかっていない問題でもある。
多 元 数 理 科 学 研 究 科ホームページ

" 理 の 先 端 をいく ＩＩ←実際は直方体

図３ 交差交換で結び目をほどく
左の結び目の場合1カ所の交差の上下を交換すると、右のようにあやとり紐として使えるものができる。一般には1カ所だけではなく2カ所以上交換しないとならないことも多い。

図４ ４次元内での収納保管失敗
最も左の結び目はあやとりに向かない。あやとりに向かない左端の結び目も、その赤い部分を「浮かせるように」断層写真の直方体からはみ出させ、直方体の中身だけを見ると、するりとほどけてしまう。

http: //www.math.nagoya-u.ac.jp/-

No.14 April 2008

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講義探検

ナマの生物を学ぶ実習

探究心を育てる講義【臨海実習／ 3 年前期】

【原子核物理学 ／3年前期】

原田正康 素粒子宇宙物理学専攻教授

周囲13km、鳥羽市中之郷市営定期船乗り

杉本耕一 Kouichi Sugimoto（物理学科 4年）

均 附属臨海実験所所長・教授

語ってくださったのは講義も担当されている本

私たちが暮らす、
この世界のあらゆるもの、とした配列を目の当たりにすると、科学の簡潔場から船で1 0 分ほどのところにある、豊かな実験所所長の澤田均教授である。教授のお話

すべての物質は細かく分割していくと、非常にさの前に美しさすら感じてしまう。マレー・ゲル

自然に恵まれた菅島。この菅島にある名古屋

通り、分類学の講義や実験に使う生物は近くの小さな原子に分けられる。レウキッポスやデモマンは、ハドロンのこのような特徴から、それら大学附属臨海実験所で本実習は行われた。

磯で学生自身が採取する。この採集では実験

クリトスが、そのように原子論を提唱したのはがさらに小さなクォークから構成されるという模実習では、研究所に付属する宿泊施設に泊ま所から少し離れた磯まで行き、ウニやヒトデ、ナマ

2000年以上も昔のことになる。科学の進歩に型を提唱したそうだ。このクォーク模型は数百り、学生は6日間レクリエーションをはさみながらコ等の生物を採集した。珍しい生物が見つかより、かつては不可分とされていた原子は、実というハドロンの性質を予測し、実際に発見さしっかりと講義、実験を行う。そして、その中でるたびにあちこちで歓声が上がり、気がつくとは陽子、中性子や電子などの、さらに小さな粒れる前にその性質を予言されたものもあったと

自分が興味をもったテーマを見つけ、最終日に私も夢中で石の裏に何かいないかを探していた。

子からなることが明らかになった。このように長いう。なんと革命的な発見であったことだろう。

この実習の大きなテーマである自由実験でい時間を経て、素粒子を追い求める研究が続

ゲルマンが分数電荷という考え方を発見した

けられてきたわけである。

ことの重要性を先生は強調されていた。このその成果を発表する。

◎取材・文

澤田

最初の講義ではウニ、ホヤの受精におけるは採集した生物を使い、実験の目的から方法

アロ認識について学んだ。アロ認識とは生物までを教員の指導を受けながら各学生が計画

今回、私は陽子や中性子の仲間であるハド偉大な発見について語る先生の口調には熱がが自己と他の 個 体を識 別 することで、とくにする。この実習での実験を発展させて修士論

ロンの分類に関する講義を聴講した。ハドロン

こもっており、新たな発見によって科学の歴史

ホヤにおいては雌雄同体で繁殖期に生殖細文にした学生もいるそうで、短い期間ではあるは、大きくバリオンとメソンにわけられ、バリオン

が塗り替えられていく世紀の瞬間を垣間見た

胞をばらまいて増えるため、自家受精が起こらが将来研究に必要とされる自主性を磨く良い数やスピン、
ストレンジネスといった粒子の性質ように感じられた。

ないように自己の生殖細胞と他の生殖細胞を場となっているようだ。今回のテーマの中にはによりさらに細かく分類される。これらさまざま

今回の取材で、原田先生は学生への図のわけることが重要となる。次の分類学の講義

異種間ウニの交雑やヒトデの発生といったものなハドロンを、
アイソスピン成分とストレンジネス

見せ方、話の流れに対して、とても気を配ってでは、動物界を分類する門について学び、実際があり、自ら取った生物を前にどうやって実験という粒子の性質を座標軸とする二次元平面

おられるように感じた。こうした講義の工夫かに生物を分類し、スケッチを取った。スケッチはを進めるか苦悩している姿が見られた。

上にプロットし，電荷に注目してながめてやると、らは、学生に科学や素粒子のおもしろさを伝え外観だけでなく解剖し、詳細な内面まで観察

今回は最終日まで滞在しなかったため、残念

規則正しい美しい並びが現れる。原田先生はたいという先生の熱意がひしひしと伝わってくる。

している学生や薬品でたんぱく質を分解し、ながらこれらの実験の成果を見届けることはこの並びを黒板に大きく描き、大変見やすい

このような熱心な指導をしてくださる先生の講義

骨格を調べている学生も見られた。

できなかったが、学生の生物を見つめる真剣

図として私たちに示された。その並びは非常を受け、学生は未知なるものへの探究心を育「この実習を通して教科書の中でなく実際のなまなざしからは、何か 新しい発 見 が 起こりに簡単な式で定式化され、ハドロンの基本的てていくのであろう。
さらなる発見を求めて、これそうな期待を抱かされた。

な構造が見て取れる。こうして視覚的に整然からも素粒子の探究は続くのだと感じた。

イキモノを通してセイブツを学んでほしい」と◎取材・文

小澤和浩 Kazuhiro Ozawa（地球環境科学専攻博士前期課程 1年）

Hitoshi Sawada

附属臨海実験所ホームページ

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講議探検

1982年北海道大学大学院薬学研究科博士課程修了。北海道大学薬学部助手、東京工業大学理学部助教授、米国ハーバード大学博士研究員等を経て2002年より現職。現在のテーマは原索動物の受精と同種異個体認識の分子機構。

http: //www.bio.nagoya-u.ac.jp/˜SugashimaMBL/Marine.html

Masayasu Harada

ハド ロン 理 論 研 究 室 ホ ー ム ペ ー ジ

1964年愛知県生まれ。名古屋大学大学院理学研究科博士課程修了。米国シラキュース大学研究助手、名古屋大学助教授などを経て、2005年より現職。専門はハドロン物理学。主として有効理論を用いてハドロン現象の解明を進めている。

http: //hken.phys.nagoya-u.ac.jp/-

No.14 April 2008%

理学部交差点

キャンパス通信キャンパス通信グローバルCOE

グローバルCOE中西香爾博士に文化勲章

企画展「宇宙 137 億年の旅」開催「システム生命科学の展開：
生命機構の設計」「分子性機能物質科学の国際教育研究拠点形成」

物質理学専攻教 授＊

附 属 南 半 球 宇 宙 観 測 研 究センター長

生命理学専攻特任教授

物質科学国際研究センター教授

上村大輔（Daisuke Uemura）

福井康雄（Yasuo Fukui）

伊藤知彦（Tomohiko Itoh ）渡辺芳人（Yoshihito Watanabe）

こう じ

名古屋大学理学部出身者である中西香爾コロンビア大学名誉教授に平成19年度文化勲章が親授された。
中西博士は1925年香港に生まれ、その後神戸市の旧制甲南高校を卒業し旧制名古屋大学に入学、1947年9月

2007年9月8日から17日まで、東京・上野公園の国立科

今年度7月にグローバルCOEプログラム「システム生

2002年度に開始された21世紀COEに引き続いて、学博物館において、国立科学博物館と名古屋大学の命科学の展開：生命機能の設計」が採択された。この

昨年からグローバルCOEが始まった。21世紀COEは、分

共催による第15回上野の山発・旬の情報発信シリーズ

プログラムでは、システム生命科学をポストゲノム時代の野ごとに平均すると25件程度の採択であったが、本COE「宇宙137億年の旅」を開催した。

新しい生命科学と位置づけ、将来の日本の研究の最前は12件程度の採択となり、ますます狭き門となっている。

に卒業されている。1954年に平田義正名古屋大学教授

名古屋大学21世紀COEプログラム「宇宙と物質の起源：

線を担う若手研究者の育成を大きな目標にしている。

今回の申請では、理学系と工学系の分子性物質をのもとで学位を取得、助手、助教授を務められた後、1958

宇宙史の物理学的解読」（ORIUM）が中心となって企

現在の分子生物学の発展は、ゲノム解読という大きな研究対象とする基礎化学分野で世界をリードする研究

年には東京教育大学教授、1963年には東北大学へ移られ、画した展示は、137億年前のビッグバンに始まる時空をこ

成果を挙げた。これは、生物をつくりあげている分子設者が結集し、「分子性機能に重点をおく物質科学の新1969年からはコロンビア大学の教授として研究・教育に従えた宇宙の旅を体験してもらうことを目的とし、会期中、1万計の全貌がわかりはじめたことを意味する。
「システム生たな流れを生み出す総合的かつ世界水準の教育研究事された。卒業生、博士研究員を数えると500人以上の門5765人の入場者を集めた。

命科学」は、生命をつくる部品である分子の理解を踏まによって、未来を担う若い国際的研究リーダーを育成する

えた上で、その部品同士が複雑に相互作用してできることを目指した提案」を行った。特に、大学院の講義に下生が現在世界中で活躍しているものと思われる。
中西博士の周辺での逸話には事欠かない。たとえば、会場は、「ビッグバン−宇宙と物質のはじまり」「銀河、星、惑星が生まれる」「ブラックホールに大接近」「不思議な生物をシステムとして理解しようという学問である。この関して、理・工系の相互乗り入れを可能とするための統御父君が外交官であった関係で、エジプトをはじめ世界

物質と生き物の世界」「野依・赤記念コーナー／名古プログラムでは、基礎研究を推進する当理学研究科生

一的なカリキュラムの整備・実質化、化学系共通セミナーの各地を転々とされ、その間に得た国際性を遺憾なく発揮、屋大学の知と創造」という5つのセクションからなり、各セク

命理学専攻と応用面を推進する生命農学研究科が連の実施などが初めて実現した。

当時の有機化学、
とくに天然物化学の分野で国際的にそションでは、素粒子加速器や電波望遠鏡「なんてん」、「あ携しており、
システム生命科学のレパートリーを網羅した、
世界レベルの研究拠点形成の構築を目指している。

の存在を早くから知られたようである。単に英語に強いだ

かり」や「すざく」などの天文衛星の模型のほか、ブラック

けではなく、学術に対する高い志に裏打ちされていたこと

ホールや磁石、細胞など、物理学の魅力を知ってもらえるも事実であろう。現在の理学部A館の「くの字」に曲がっ

多彩な展示が行われた。

さらに大学院講義やセミナーと並行して、幅広い学術的見識を養成するための様々な活動を行っている。特に、このような新しい生命科学をつくりあげていくには「学「社会における科学」を主題とするセミナーやキャリア際的能力」と「国際的能力」にすぐれた人材育成も重要

パス教育セミナーを実施することで、高い倫理観と社会である。自身の研究を深めながら、
かつさまざまな異なっ性をもった人材を育成したい。

たあたりの一階で、真夏の暑い時に3階の図書室から

これら展示のほか、
アクリルレンズを使ってブラックホー

Chemical Abstractsを運び込んで死に物狂いで勉強さ

ルの世界が体験できたり、霧箱をつくって宇宙線を観測した視野から見つめ直す能力、
また、研究成果は国際的「国際性の涵養が重要である」ことは明らかであるが、れたと聞いている。

たりする「実験・体験ステーション」を設け、クイズに答えてに通 用しアピールできなければならない 。グローバル

なかなか実現できない問題である。自立して世界で活躍

受賞の対象は生物活性天然有機化合物の作用メカニ

賞品がもらえるなどの催しを行った。また、9日、16日、17日

COEでは、研究者を目指す博士課程後期の大学院生をできる若手研究者を育成する手始めとして、国際交流のズムを分子構造レベルで解明したことで、生物有機化学には「宇宙のはじまり」「ブラックホールに大接近」「不思

経済的に支援するとともに、学生の能力を高めるためのためのコミュニケーション技術を教授するコースを整備の世界の第一人者としての貢献が大きいと判断される。

議な物質と生き物の世界」というテーマで特別講演会を企画、「学内留学」、「第2専門分野制度」、学位取得後した。同時に、優秀な外国人院生を獲得するためのシス

ほとんどの世界的な賞を受賞されているが、残っている賞開催して、盛況だった。

にプラス のトレーニングをする「プレフェロー制度」、

テムの確立、英語による講義の開講、「日独共同大学院は1つであると皆が思い期待しているところである。中西

宇宙の歴史や科学に興味をもってもらうよい機会となっ研究交流である「リトリート」、専門講師による英会話

プログラム」など海外の大学院との連携を通じて、世界

香爾氏のご健勝を心より祈念するとともに、次世代の真にたほか、名古屋大学をPRするなど、収穫の大きなイベント

クラスや学生による国際シンポジウム主催、海外の企業に開かれた大学院教育を実現するために日々汗をかい国際人たる若者の出現を待望する。

となった。

や大学の研究室への短期派遣、などの実施をはじめた。

ている今日この頃である。

理・農の生命系研究室が一堂に会して研究交流するリトリート

外国人招聘教授による英語での講義＊2008年4月より慶応義塾大学教授

2007年7月に京都で開催された天然物化学国際会議での中西香爾博士

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理学部交差点-No.14 April 2008'