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 2009

今回の『理フィロソフィア』はノーベル賞特集だ。理学部の2009 年度森野レクチャー

歴史に輝く坂田スクールと平田スクールにスポットライトを当て、Morino Lecture

両スクール関係者の座談会を行い、まとめてみた。物理と化学、（金）
開 催 日 ： 2009年5月15日
開 催 場 所 ： 富山大学理学部多目的ホール（富山市）
主
催 ： 分子科学研究奨励森野基金
問い合わせ ： 平原靖大 環境学研究科 准教授
yasu@nagoya-u.jp／052-789-3992

また理論と実験、と分野や手法は違えど、非常に高いレベルで独自の研究成果を多数挙げた両者には、共通するものが大変多く、期待を越えて興味深いお話をうかがうことができた。

第 215 回アメリカ電気化学会「内包フラーレンシンポジウム」

2月7日には、名古屋大学豊田講堂で名古屋大学レクチャーがThe 215th Electrochemical Society Meeting: Endofullerene Symposium

行われ、
小林先生、
益川先生に同時にお目にかかる機会を得た。

（日）〜29日（金）
開 催 日 ： 2009年5月24日（アメリカ）
開 催 場 所 ： サンフランシスコ
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@nagoya-u.jp／052-789-2482

エールを送っていただけないか 、とお願いしてみたところ、千載一遇とばかりに、理学部・理学研究科の在校生に何か
お二人とも快くお引き受けくださった。まず、益川先生からは、即座に「少し高めが目標、でも着実に」という言葉をいただいた。
一方 、小林先生は、その翌日に「過去は序幕にすぎない」とモジュライと離散群

Moduli and Discrete Groups

書かれた紙をそっと私に手渡してくださった。なお、写真はその開 催 日 ： 2009年6月8日（月）〜12日（金）
開 催 場 所 ： 京都大学数理解析研究所（京都市）
主
催 ： 日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究（Ａ）「格子、
保型形式とモジュライ空間の研究」
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

折りに、理学部に向けて書いていただいた色紙で、小林先生は同じ意味のお言葉を書かれ、益川先生は、期せずしてギリシャ
語でフィロソフィア（知を愛する）とお書きになっている。
（杉山直）

第17 回名古屋大学理学懇話会「小林・益川理論を超えて」
開 催 日 ： 開催日：2009年6月13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 ： 棚橋誠治 理学研究科 教授
戸本 誠 理学研究科 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.ac.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。

表紙説明
細菌に力強い推進力を与えるべん毛モーター。

第 14 回国際生物無機化学会議

シアノバクテリアの中で正確に時間を刻むタンパク質。

（土）〜30日（木）
開 催 日 ： 2009年7月25日
開 催 場 所 ： 名古屋国際会議場（名古屋市）
日本学術会議、
日本化学会、錯体化学会
主
催 ： ICBIC14組織委員会、
問い合わせ ： 渡辺芳人 理学研究科 教授
yoshi@nucc.cc.nagoya-u.ac.jp／052-789-3049

まいに思いを馳せるとき、ふと思う。
「生物は誰が14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry（ ICBIC14）極めて微小な世界で精緻な動作を行う生物のふる何のためにつくったのか」。科学には人の思考を飛躍させる大きな力がある（K）。

第 9 回名古屋国際数学コンファレンス

No .16 April 2009
2 0 0 9 年 4月2 5日 発 行

Harmonic Analysis and Partial Differential Equations（ 調和解析と偏微分方程式）（月）〜10月1日（木）
開 催 日 ： 2009年9月28日
開 催 場 所 ： 名古屋大学理学部1号館509号室
主催 ： 名古屋大学大学院多元数理科学研究科
問い合わせ ： 杉本 充 多元数理科学研究科 教授
sugimoto@math.nagoya-u.ac.jp／052-789-2544

広報委員

國枝秀世（研究科長）
篠原久典（副研究科長）
松本邦弘（評議員）
吉田健一（数理学科）
杉山

組織図直（物理学科）※委員長

福井康雄（物理学科）
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）

徹（物理学科）岡本祐幸（物理学科）
理学部（学科名）

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

関連施設等

吉久

徹（化学科）

附属南半球宇宙観測研究センター

杉山伸（生命理学科）

附属タウ・レプトン物理研究センター

瀧口金吾（生命理学科）

太陽地球環境研究所

鷺谷

森本正廣（事務長）

物理学科

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編集発行

附属構造生物学研究センター

地球惑星科学科

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。
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。

遺伝子実験施設
環境学研究科威（地球惑星科学科）

広報委員会までご連絡ください。

生物機能開発利用研究センター

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。

附属地震火山・防災研究センター

次号は2009年10月頃発行の予定です。

博物館
事務部

年代測定総合研究センター

制作

技術部

地球水循環研究センター

・本誌記事、
写真等の無断複写、転載を禁じます。

株式会社電通23 22 20 18 16 03 02 12 08︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳ノ 理 追 講 理 理 時 生 細ー 学 悼 義 の の を 命 胞ベ
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16

時を語るもの◎ 理のエッセイ

理学研究：理念の不変性と学術の変遷巽

和 行 物 質 科 学 国 際 研 究センター長

益川敏英（1940−）
名古屋大学理学部卒、理学研究科修了（1967）
元名古屋大学理学部助手（1967−1970）
京都大学名誉教授、
京都産業大学理学部教授（2003−）
名古屋大学特別招へい教授（2007−2009）名古屋大学特別教授（2009−）
文化勲章（2008）、
ノーベル物理学賞受賞（2008）

知の創造とその継承をうたう「理学」精神は、
我々科学研究者の共通の拠り所である。
数学・物理・地学・化学・生物と専門分野は異なっていても、何かしらお互いに意想が◆写真の説明2008年ノーベル物理学賞の受賞論文はわずか6ページのもので、E研の5年後輩の小林誠
博士（ノーベル賞共同受賞者）との共著である。
くりこみ可能な理論（Renormalizable Theory）
がどのようにクォークの性質を規定するかが基本的なテーマであり、その過去の例として、3種類＿

益川敏 英 博 士
CP対称性の破れ＊1の起源の発見者

通じるように思えるのも、理学の理念が共有されているからであろう。学術研究が極細分化したといわれる昨今でも、その共通理念の普遍性と不変性は暗黙裡に了解され、大学の存在意義を示す1つの重要な論拠ともなっている。
しかし、我々の「知の創造」活動を客観的に評価することは実に難しい。誰も理解し得なかった現象を解読し、新たな発見をめざすことは当然としても、
その「知る」ことのクォークの困難が4種類なら解決するという学術的価値と意味、
そして学術研究がめざす到達目標と成果に対する評価基準は

GIMの結論と、4種類のクォーク間の力はすべて

あくまで相対的であり、かつ主観的である。また、価値観は時代とともに変遷するかも同じになるという牧博士との共著が挙げられて知れない。社会から見れば、我々の研究は良くて「何か難しいことをやっておられますね」

いる。論文の主要部分は4種類のクォークではCP対称性の破れを説明できないことの厳密という外交辞令的評価を受ける程度であろう。精度や論理性に欠ける研究は論外と証明に費やされて、当時としてはあまりにも

しても、
たとえば、
根本的に重要な意味をもつ研究なのか、あるいは蛸壺に入った些細な益川敏英博士がE研に入った1962年に、
坂田模型＊2（1955年）の突飛な6種類クォークの提唱は、その困難を研究であるのかに対して、
まず我々自身で辛口の判定をなすべきであろう。一方 、発展として牧・中川・坂田理論が生まれた。これは1998年に神岡のるに過ぎない（要約にも明示されていない！）。

実験で検証されたニュートリノ振動を予見したことで有名であるが、それに関連して第4番目の基本粒子をも示唆していた。そのため、
小林・避けるための可能性の1つとして挙げられてい本人たちも含め当時だれもこの論文が大発見であるから、継承されるに足る「知」であるかどうかの判断が求められる。研究の内容とであるとの認識はなかった。歴史の妙という形態がそのまま若手研究者に引き継がれることには善し悪しの二面性がある。
「知の継承」べきであろう。

益川理論誕生の1972年当時、クォークそのものに懐疑的な世界の大勢に抗して、坂田学派はu、d、
sクォークはもちろんのこと、
cクォーク

＊1

の存在までも信じていた。
さらに益川博士は、くりこみ可能性を意識＊3
する中でGIM理論＊4の重要性に気づいてクォーク4種類の論理的必然性に確信を深めていた。当時グラショウ・サラム・ワインバーグ（GSW）
理論は実験的に（誤って）否定されていた＊5。にもかかわらず、
1971年
そのくりこみ可能性が証明されるや、この理論の枠内でCP対称性の破れを4種類のクォークで説明することを試みたのである。
もくろみに反して4種類では否定的な結論を得たが、6種類のクォークならば説明できることを発見した。cクォークまで信じた坂田学派の伝統の上に高度の論理性を追求した結果 、素粒子物理学の新時代を切り開くこととなった。
（山脇幸一

素粒子宇宙物理学専攻教授）「知の継承」
も悩ましげな問題をはらんでいる。学問は絶えず変遷しつつ進化するもの＊2

CP対称性は粒子（物質）と反粒子（反物質）の世界が対称（同じである）
ことを意味するが、素粒子レベルでこの対称性は破れている。CP対称性の破れは、
我々の宇宙が物質のみで構成され反物質がないことを説明するために必要である。CP対称性の破れが実験で確かめられたのは1964年であるが、当時大学院生であった益川博士は、この結果を文献紹介で研究室に報告している。
当時知られていた強い相互作用をするすべての素
粒子を、3種類の基本粒子（陽子・中性子・ラムダ粒子）の複合粒子とする模型。u、d、sの3種類のクォークの概念は、
坂田模型が発展して生まれたものである。

＊3 当時一般的であった弱い相互作用の理論はくりこみ不可能な理論（計算の過程において制御できない発散が現れ、自ずから適用限界をもつ理論）であったが、
益川博士はくりこみ不可能な南部理論（2008年ノーベル物理学賞受賞論文）を徹底的に検討した結果、この問題点について強く意識していた。
＊4 グラショウ・イリオポウロス・マイアニ（GIM）理論（1970年）。4種目のクォークを導入することによって、
ストレン
ジネスを変える中性カレントの問題が解消されること
を示した。
＊5

GSW理論を否定した（と当時受け取られていた）実験を覆す高精度な実験結果が得られたのは、
小林・益川理論の翌1973年のことである。

が負のスパイラルに入るものであってはならない。
何か禅問答めいた話となったが、このエッセイを私の自戒の念として読み取っていただければ幸いである。私自身、「名古屋大学理学研究科」は研究者にとってたいそう居心地の良いところであると常々感じている。また、そのような優れた教育研究環境を提供し続けてきた本理学研究科を誇りに思っている。
いつの頃であったか、金沢での学会を終えて寿司屋に立ち寄った際に、ランチョンマットに記された「心算10カ条」が目に留まった。その書き出しが振るっている。
高いつもりで低いのが教養低いつもりで高いのが気位
深いつもりで浅いのが知識浅いつもりで深いのが欲望
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
四句熟語風に詠まれたものを「心算即是正」ともいうらしいが、 庶民 の機知に富んだ戒めである。独善に陥りやすい知識人、そして理学人を揶揄しているようにも読め、言い得て妙である。
Kazuyuki Tatsumi



時を 語 るもの

理 の エッセイ

1949年奈良県生まれ。1976年大阪大学大学院基礎工学研究科修了。現在の専門は無機化学。分子の世界の美しさに魅せられている。

-

No.16 April 2009!

ノー ベ ル 賞 受 賞 記 念 座 談 会

記録に残っています。
杉山

その後、有名な「物理学教室憲章」が上村

それに、人を育てるのがお上手でした。

プラス変換と、同時進行する2つの解き方を見せられて、目を白黒させていました。
小林君は、
益川君とは正反対で、優等生制定されたのですね。

中西香爾さんや岸義人さんなど、優れた人が大貫

大貫 ええ。憲章には、教室の運営は民主主義

集まってきていて、それが活 気につながっての見本のような人でした。エピソードのないのがの原則に基づくとうたわれ、研究室会議では指導いました。
「いい弟子から外に出す」というのがエピソードというくらい。でも、その優秀さは噂に教官も院生もなく、みな自由に発言していました。

持論で、有機化学に留まらず、物理化学や生物学、なるほどで、上級国家公務員試験にも合格し、僕が入ったときは、すでに坂田先生は数学など、いろんな才能を育てて世界中に送りスカウトも多かったようですね。その後、72年に一線を退かれ、中堅の助教授や助手を先生が出していました。

京都大学の助手になるんですが、そのとき実は、後ろから御している感じでした。大 貫さんと大貫

北門
◎出席 者 ／ 大 貫 義 郎 名 古 屋 大 学 名 誉 教 授 ／ 北 門 新 作 名 古 屋 大 学 名 誉 教 授 ／ 江口 昇 次 名 古 屋 大 学 名 誉 教 授 ／上 村 大 輔 慶 応 義 塾 大 学 教 授・名 古 屋 大 学 名 誉 教 授 ／ 杉 山 直 素 粒 子 宇 宙 物 理 学 専 攻 教 授〈 司会 〉

が古武士のような人間的魅力がありましたね。

坂田先生もそうです。坂田先生は、伸びる

金沢大学からも誘いがあり、最初彼は、静かで牧二郎さん、
大槻昭一郎さんの3人が先頭に立ち、人をちゃんと伸ばした、
素晴らしい指導者でした。

研究に没頭できそうだと、金沢大学に心が傾い

まるで3頭だての馬車のような勢いがありました。

「ああしなさい」「こうしなさい」とは決していわず、ていたんですよ。あのときまわりの者が京都へ

私が平田研 究 室に入ったのは、平田

研 究 室 会 議などでとことん議 論させたので、行くことをすすめなかったら、歴史は変わって

2 0 0 8 年のノーベル物 理 学 賞に輝いた小 林 誠 博 士と益川敏 英 博 士 、そしてノーベル化 学 賞の下 村 脩 博 士は、先生が名古屋大学の教授になられて2年目のみんな、自分で勝手に研究していると思っていたん

いたかもしれません。

それぞれ 名 古 屋 大 学 理 学 部の物 理 学 科・坂田昌一 博 士と化 学 科・平田義 正 博 士の門 下 生であった。

ころで、先生も若かったし、教授室にいることはですが、不思議なことにいつのまにか大きな影響

江口

ほとんどなく、食 事も来 客の応 接も、いつでもを受けている。

室のソフトボールや飲み会には、よく参加されて実験室か「たまり場」でした。

北門

杉山 たまり場というのは。

論文について討論しあうんですが、そういう場でも、

上村

江口

坂田博 士 、平田博 士の研 究 室は、どちらも多 数の優れた人 材を輩出し、また独自の研 究スタイルは、国 内 外に大きな影 響をもつものであった。

そうでしたね。コロキウム室で世界中の下村さんは研究一筋の人でしたが、
研究

いました。
平田先生が、下村さんのことを「実験がそれは、単に理 学 部の物 理・化 学の一 研 究 室であるに留まらず 、学 派（スクール）とよばれるにふさわしい広がりをもっていた。

江口

大実験室の隣にあった、細長いウナギの研究員はみな平等でしたから、かなり辛辣なうまくて、勘がいい人だ」とおっしゃっていたのを

今 回の3 名のノーベル賞は、坂田スクールと平田スクールの活 動 最 盛 期の頂 点を示 す

寝 床のような部 屋のことです。3 0 人くらいで議論をしていた記憶があります。そういう自由な覚えています。酸 素に弱いウミホタルの発 光

研 究 成 果に対して与えられたものであり、またどちらのスクールにもこれに匹 敵 する業 績が他にもいくつも残されている。

いっぱいになる広さでしたが、主だった化学学術

雰囲気の恩恵を一番受けていたのは、益川君

物質を、爆発するかもしれない水素気流下で

雑誌はほとんどそろっていて、それが天井までだったでしょう。
「いちゃもんの益川」と異名を抽出するなんていう難しい実験をこなしていた

戦 後の混 乱 期に新しい研 究 室として産 声を上げ 、研 究 室のあり方を模 索していくなかで、やがて大 輪の花となって輝いた坂田スクールと平田スクールについて、
O Bの方々に当時を振り返っていただき、次 代の名 古 屋 大 学を見 通 すヒントを得たい。

民主的な教室運営をめざした草創期
杉山

本日、司会を務めさせていただきます理学研究科の杉山です。このたび、名古屋大学理学

積み上がっていました。実験装置も最新のもの取るほど、議論好きなヤツでしたから。

が入っていましたし、研究環境の整備には相当

杉山

気を使ってくださっていたと思います。
また、
学生

ノーベル賞受賞者のエピソードをお願いします。

だけでなく、大学や企業の研究者などいろいろ

北門

益川先生のお話が出たところで、今回の益川君は、学生時代から非常に個性のそうです。だから、平田先生も「下村さん、下村さん」といってかわいがっておられたそうです。
江口

そうでしたね。下村さんがGFPを発見した後の話ですが、アメリカへ来ないかというな方が先生をしたって集まってきていたので、強い人でした。あるとき、演習を指導しに来た

誘いの手紙を彼からもらったことがありました。

いつもにぎやかでした。

助手の先生が波動方程式の解き方を出題されドイツの学者がプリンストン大学に来て君と同じたんです。普通はフーリエ変換を使うんですが、研究を始めるから、負けないようにとハッパを益川君はそれをラプラス変換で解いてみせるわけ。

かけられたんです。そのとき僕は、事情があって今日は、益川君や小林君の身近にいた存在として、の雰囲気を大いに語っていただくことで、ノーお話しできればいいなあと思っています。

ベル賞受賞者を輩出した秘密を解き明かし、

自由な風 土 から生まれ たノーベ ル賞

部にゆかりの深い小林誠先生、
益川敏英先生、江口

私は、大 学 院 生のときに下 村 先 生の

今 後の 糧にしたいと思いますので、よろしく

杉山 どちらの研究室にも勢いがあったのは、先生は「こんな解き方を他の学生に見せちゃ

プリンストン大学へは行けなかったんですが、下村脩先生のノーベル賞受賞を記念し、座談会を指導の下でウミホタルの研究をしていました。

お願いいたします。では、まずはそれぞれの研究

両先生のお人柄にもよるのでしょうか。

マズイ」と思ったんでしょう。黒 板を半 分に海外ですでに活躍していた平田スクールの門下開催することとなりました。ご出席いただいたのは、

当時は右も左もわからない学生でしたから、研究室の草創期のお話をうかがいたいと思います。

江口

人間性豊かで、厳しい言葉にも愛情が仕切って、右側でオーソドックスな解き方を説明

生らしく、常に世界の動向に目を向けて、後輩に3人の先生方が学ばれた坂田スクールと平田室の雰囲気などを思い出しながら、お話ししたい大貫

感じられましたし、
うまく言葉では表現できません

しはじめ、僕たちは右にフーリエ変換、左にラも情報を発信されていらっしゃいましたね。

スクールの当時の様子をよくご存じの方々です。

と思います。

名古屋大学の教授になられ、戦後、物理学の坂 田 先 生 は 、第 二 次 世 界 大 戦 中に平田先生の最後の弟子の1人で、平田研究だけでなく、民主主義国家にふさわしい発表された当時、
坂田研究室に籍を置いていた先生が1979年に退官されるまで助手を務めて研究室のあり方についても構想を練ったそうです。

ものとして、私の知っていることが少しでも役におりました。下村先生との接点はありませんが、そのときにお手本としたのが、イギリスの物理学

立つのであれば喜ばしいことです。

研究室の雰囲気や平田先生がどのように下村者バーナルの『科学の社会的機能』という著書

元名古屋大学理学部教授。1933年京都帝国大学卒業。1942年

元名古屋大学理学部教授。1941年東京帝国大学卒業。1944年

先生のことを語っていらしたかをお話ししたいとです。坂田先生は、「研究者はすべて対等でに提唱した二中間子論は、クォーク模型の先駆けとなった「坂田に名古屋帝国大学に講師として着任、1954年名古屋大学教授。

模型」や、
ニュートリノ振動を予見した「牧・中川・坂田行列」

フグ毒テトロドトキシン、
イワスナイソギンチャクの猛毒パリトキシン

思います。

なければならない」というお考えで、
1946年4月に、とともに、現在の素粒子標準模型の基礎をつくる。1942年になど、複雑な構造をもつ生物活性物質の化学構造を次々と名古屋帝国大学理学部教授。1946年、戦後の名古屋大学決定する。優れた教育者としても知られ、
中西香爾（コロンビア

大貫

北門

小林・益川理論の元となった坂田模型が僕は、益川君と同級生で、いっしょに坂田研究室に入門した仲間でした。当時、
坂田先生

上村

はすでに学部長などの公職で大変にお忙しく、

杉山

ありがとうございます。坂田昌一先生と初めての物理学教室会議を開催しています。

直接指導を受けることは少なかったのですが、平田義正先生のお人柄や、それぞれの研究室

会議では、教室の方針について議論をしたと"

ノーベ ル賞 受 賞 記 念 座 談 会

坂 田 昌 一（1911−1970）

平 田 義 正（1915−2000）

物理学教室の再建において、
その民主的運営を定めた「物理学大学名誉教授）、
岸義人（ハーバード大学名誉教授）など、
門下

教室憲章」を策定し、全国の大学・物理学教室に大きな影響をから多数の研究者を輩出している。1977年、日本学士院賞受賞。

与えた。1950年、恩賜賞・日本学士院受賞。

1977年から2000年まで日本学士院会員。

-

No.16 April 2009#

ノー ベ ル 賞 受 賞 記 念 座 談 会

平田スクールと坂田スクールの違い
逆に、坂田研究室は、海外との交流が行ったとか。当時の文部省が問題視したそう

上村 シンポジウムなどの席で、学生にもどん少なかったことが独創的な研究に結びついた

ですが、
これが、
日本と中国の科学者の交流のどん発言させることが大切ではないでしょうか。

ともお聞きしますが。

始まりになったのです。ただ、坂田先生は反戦

打たれ強くなるし、キャリアに関係なく同じ土俵

G F Pについての私 的な思い出

坂田先生が戦時中に確立した二中間子運動に力を入れられていたこともあって、アメリカで議論させることに意義があるんです。それには、生命理学専攻准教授

また世界の研究者が良く顔を出されました。

論は、純粋に国内で構築されたもので、そのころの入国ビザがおりなくて、おそらく生涯、
アメリカ

せっかく手を挙げて発言しても、間違っていたらそのため、日本オリジナルの研究テーマを世界から独自の理論を打ち立てる流れがありました。

の土は踏んでないんじゃないでしょうか。

ペケをつけられるような今の減点法を変える最先端の実験方法を駆使して解明することを現在の素粒子の標準模型も、名古屋大学だけポリシーにしていました。また後年、平田先生はでつくられた、オリジナルな成 果 がいっぱい

自由 の伝 統を生 かし て

中国からの学生や博士研究員を熱心に招いてつまっています。

杉山

多くの優秀な人材を輩出し、世界に通用いました。漢文がお好きで中国に興味があった

大貫 でも、
まったく外国との交流がなかったかする成 果をあげられた坂 田スクールと平 田

杉山

平田研 究 室は海 外との交 流はかなり盛んだったのでしょうか。
上村

平田研 究 室には中西 香 爾さん、後 藤俊夫さんなどハーバード大学への留学者が多く、

杉山

北門

必要があります。
北門

議論をする機会を増やすことには僕もする極めて寡黙な」老学究の、今回のご受賞を皆さまとともに祝いたい。それにしても、先見の明をもってGFPの遺伝子クローニングを成し遂げ賛成です。僕が名古屋大学にいたころは、机があってもそこにおとなしく座っている人なんてに滞在していた。カナダの秋の早い夕暮れ時、販売店で送迎車の運転手として生計を立てて研究室でスナックをかじりながら線虫研究者のおられるというプラッシャー博士の話を聞き、
嘆息

情報誌、
その名も
「線虫ブリーダ通信」をめくってを禁じえないのは私だけだろうか。

ほとんどいなくて、研究室などに集まって散々もらった経験を、
今度は中国の若者に還元しよう

ストックホルムへ行った帰り、
旧ソ連と中国に渡り、が学ばなければいけないのは、どんな点だと議論したものです。
ところが、博士課程を修了しという思いがあったのではないでしょうか。

まだ国交のなかった中国のあちこちで講演を思われますか。

て助手として京都大学に移ってみると、みんな

$

緑の蛍光を放つ蛋白質について説明は不要だ
ろう。
ところで、
私は名大関係ではGFPを最初にながら研究費打ち切りで姿を消し、今は自動車のスクールですが、
この偉大な業績から現在の我々

いた大 学 院 生アンの声を今でも憶えている。
Glow Worms ? How stupid ! Ha ! 翌年の1人で部屋に閉じこもっているんですよ。最初はサイエンス誌への発表に先立って、
チャルフィー

寂しくてしょうがなくてね。僕自身は、京都大学で博士らがGFPを用いて線虫の神経細胞を光ら部屋に閉じこもることを習いましたけれど、研究せた実験について報告していたのだ。アンの冷笑に反してこの蛋白質は瞬く間に線虫業界、のためには、みんなで議論しあえる方が断然

そしてあらゆる実験生物に広まった。私も即座にいいと思います。
江口

飯 嶋 徹 Toru Iijimaである。新聞によれば「家族総出でクラゲ集めを

私はマックギル大学の線虫C.elegansの研究室というとそうでもなくて、坂田先生は、1955年に素粒子宇宙物理学専攻准教授

GFP。今秋のノーベル賞フィーバーの後で、この扱った人間ではないかと思っていた。1993年10月、のと、ご自身 が ハーバード大 学 で学 ば せて

小 林・益川理 論を実 証した実 験

高 木 新 Shin Takagi

GFP遺伝子を取り寄せて実験を始め、虫が輝きそうですね。今の学生は、横のつながりながら動き回る姿に歓声をあげた一人だった。

は強いのですが 、上 下の交 流が少ないのがしかし、私は寡 聞にしてG F Pの生みの親とも

気になります 。先 輩 後 輩 関 係なく、積 極 的にいえる下村脩博士のことをほとんど存じ上げてGFPによって緑色に光る線虫

ノーベル賞決定後の記者会見で益川さんが、1秒の寿命しかないB中間子の崩壊を精密に「2002年−2003年の実験で我々のいったことが測るという提案当時には常識破りと思われた

正しいとわかった。それが科学者としては一番

実験技術を磨き上げ、小林・益川理論の最終重要なこと」と語った。この「実験」が、「Bファク検証を達成した。名古屋大学の実験グループはトリー実験」である。つくば市の高エネルギー

この実験を中心になって進めた。名大発の理論

加速器研究機構（KEK）にある加速器で電子とを名大が中心となって実験的に検証しノーベル

づけでよぶのがいいですね。
「研究の前では、陽電子のビームを衝突させ、自然界には存在

賞につながった。優れた理論的予言も実験でみんな平等」という意識が徹底してこそ、自由なしない大量のB中間子とその反粒子である反B

定量的に実証されて初めて科学となる。今後も討論もできるのだと思います。

中間子を生成し、両者の崩壊の違いを精密に

名大の素粒子研究が理論と実験の両面から測る実験だ。
「粒子・反粒子（CP）
対称性の破れ」大きな貢献を果たしていくであろう。
とくに、
宇宙が

江口

を説明する理論として小林・益川理論は提唱

なぜ反物質ではなく物質でできているかを説明されたが、B中間子の崩壊では大きく対称性がするには、小林・益川理論を超える新たな物理破れて小林・益川理論の定量的な検証が可能と理論が必要となっている。そのために理論家がなる。そのことを理論的に世界で最初に示したさまざまな可能性を模索する一方、実験家はそののが、名古屋大学名誉教授である三田一郎博士

発見をめざしてヨーロッパのCERN研究所で研究室にいると、気づかないうちに、
自然に感化

上村

昔は教科書もなかったですしね。先生も闊達さこそが、サイエンスの発展のためにはたちであった。そして実験家たちは、加速器のLHC実験を開始し、さらにKEKではビーム強度をされ教育されている感じでした。

学生も、自由度は失われているかもしれませんね。

最も重 要であるという結 論 が 出たところで、ビーム強度を1000倍に増強し、わずか1兆分の増強したスーパーBファクトリー実験を計画している。

当時は、教える方も自由だったんですよ。

とくに理学部には、多様な才能をもった人材が座談会を終わりたいと思います。本日はありが今の先生は、
キチッと教えることを義務づけられ必要ですから、入試方法を考える必要もある

とうございました。

コミュニケーションをとってほしいですね。

いなかった。博士が名古屋大学理学部に在籍

北門 坂田スクールの伝統でもありましたけれど、されていた事実を今回はじめて知り、驚いた次第「先生」というよび方はやめて、みんな「さん」「Belle（ベル）」測定器とよばれるBファクトリーの実験装置。測定器の中央部で電子と陽電子のビームが衝突し、生成されたB中間子と反B中間子の崩壊が記録される（写真提供：高エネルギー加速器研
究機構素粒子原子核研究所）。

研究にとって、自由であることは本当にていますからね。昔は、1学期で2回しか講義にかもしれませんし、研究室では、たとえば坂田

来ない先生もいました。

先生のつくられた教室憲章のように、いいたい大切だと思います。平田先生も、坂田先生同様、大貫

そうそう。今なら大問題ですが、それで、ことをいえる関 係 、徹 底 的にディスカッション

研究テーマを与えたら、あとは細かいことはいわ学生も別に驚かなかったですよね。教わるものでできる雰囲気をつくることが大切だと思います。

ずに、自由にやらせていました。だからでしょうか、はなく、自分で学ぶものだという意識が強かった

サイエンスは、
自由でなければできないんですよ。

特別教えを受けたという覚えはないのに、平田んでしょうね。

杉山

北門

名古屋大学理学部の伝統である自由

大 貫 義 郎 Yoshio Ohnuki

北 門 新 作 Shinsaku Kitakado

江口 昇 次 Shoji Eguchi

上 村 大 輔 Daisuke Uemura

杉山名古屋大学名誉教授。1928年生まれ。
1953年名古屋大学理学部物理学科卒業。
同年、名古屋大学大学院理学研究科に進み、1960年、
名古屋大学理学部助手。
1971年、
名古屋大学理学部教授。院生
時 代から坂田研 究 室に在 籍し、益川敏英博士と小林誠博士には助教授と名古屋大学名誉教授。1938年生まれ。
1962年名古屋大学理学部物理学科卒業。
同年、名古屋大学大学院理学研究科に進み、1967年、
京都大学基礎物理学研究所助手。1991年より名古屋大学に戻り、
教 養 部 教 授 、理 学 部 教 授を務める。
益川敏英博士とは同級生で、ともに坂田名古屋大学名誉教授。1934年生まれ。
1957年名古屋大学理学部化学科卒業。
同年、名古屋大学大学院に進み、1962年
名古屋大学工学部助手。1985年名古屋
大 学 工 学 部 教 授 。平 田 研 究 室には
1957年〜1962年まで在籍し、「ウミホタルルシフェリンの構造研究」で下村脩博士

慶應義塾大学教授・名古屋大学名誉教授。
1945年生まれ。1968年名古屋大学理学部化学科卒業。同年、名古屋大学大学
院理学研究科に進み、1973年名古屋大学理学部助手。1997年より同大大学院
理 学 研 究 科 教 授 。平田研 究 室には、
1967年から平田義正博士が退官される

素粒子宇宙物理学専攻教授。1961年生まれ。1984年早稲田大学理工学部物理学科卒業 、早稲田大学大学院理工学研究科修士課程、
広島大学大学院理学研究科博士課程を修了。東京大学理学部
助手、京都大学助教授、
国立天文台教授
を経て、2006年より現職 。名古屋大学

して指導に当たる。

研究室に在籍。

の指導を受ける。

1979年まで在籍。2008年4月より現職。

理学部・理学研究科広報委員会委員長。

ノーベ ル賞 受 賞 記 念 座 談 会

直 Naoshi Sugiyama-

No.16 April 2009

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特集

機 械 仕 掛けの生きものたち

機 械 仕 掛けの生きものたち「やわらかさ」や「なめらかさ」をイメージさせる生きもの 。
そんな生きものも分 子レベルで観 察 すると精 巧な機 械のようにふるまっている。
生きものの奥 底には、機 械 仕 掛けの何かがひそむ。その正 体を探る。
（ 2 0 0 8 年 1 1月1 5日、第 1 6 回 理 学 懇 話 会より）

（a）

（ b）

細胞に組み込まれたミクロのモーター（c）

本 間 道 夫 生命理学専攻教授

図1 ビブリオ菌のべん毛モーター

図2 タンパク質が積み重なってできあがるべん毛構築過程の模式図（ a ）べん毛を見ることのできる特殊な光学顕微鏡で観察したビブリオ菌。
（b）細菌のべん毛基部に存在する膜に埋まった回転モーターの模式図。青で書かれた回転子の周りに赤で示された固定子が集合して、固定子と回転子の相互作用により、回転力がつくられる。
（c）
ビブリオ菌からべん毛構造を取り出して、電子顕微鏡観察した基部体部分。精製過程でモーター機能に大切な部分はとれてしまっている。

最初に構築の基礎となるリング構造が細胞膜につくられ、その基部にタンパク質を輸送する装置が構築され、自分自身のなかをつくられたタンパク質が輸送されて、べん毛の構築が進行する。影がついているのが新たに加わったタンパク質。

モーターはどうやって動くのか
Michio Homma

1955年生まれ。東京大学大学院理学系研究科修了。その後日本学術振興会特別研究員、エール
大学研究員を経て現職。専門分野は、生物物理学、分子生物学、細菌学。

生きものを機 械ととらえる＊1

私は、「生きものが動く仕組みはどうなっている

進む力をつくる「回転子」からなります。モーター

図2には、小さな機械であるべん毛の部品がのか」ということを研究しています。生きものとをまわすエネルギー源は、ナトリウムイオンや水素

組み立てられて、膜に埋まってできていく過程がいっても、サルモネラ菌やビブリオ菌といったイオンの流れです。水力発電で、水を落として示されています。この図1枚をつくるのに、何十人

ばい菌（細菌）です。こうしたばい菌は、べん毛

タービンを回転させたり、風力発電で風車をまわすもの研究者が10年や20年の時間を費やしてを回転させて活発に動くことができます。べん毛

ように、イオンが流れるときのエネルギーを使って、います。私もその一端を担いました。

の根元に「モーター」が入っています。べん毛のこの小さなモーターを回転させることができます。

「機械論」や「唯物論」という言葉を聞いたにシュレディンガー が「 What is Life? 」という学者が、物理学的見地から生命現象を研究

かたちはらせん状で、船のスクリューのように

このように、
単純なばい菌にも実は非常に巧妙ことはないでしょうか。これは哲学でよく使う言葉で、題で講演を行い、翌年、それをまとめて書かれたしようと試み、
それが、
生物物理学や分子生物学

ぐるぐるとまわすことで推進力をつくり泳ぐことがな仕組みがあります。さらに、人間と同じように精神的なものを物質的なことばで表現していこう

本です。シュレディンガーは量子力学の創設者の発展を支えてきたのです。

できます。モーターが 回 転し、ばい菌 が 泳ぐ

ばい菌も「あっちにおいしいものがある」と感じて、というものです。すなわち「精神」と「物質」のうち、で物理の第一人者です。生命に興味をもった仕組みを解明するのが私の研究テーマです。

そちらに動いていくことができます。具体的には、『生命とは何か』では、物理の言葉、化学の物を基準にしていろいろなことを説明する立場

彼は、「量子力学で生命を説明しよう」と考え

言 葉で生 命 現 象を記 述しようとしています 。

たとえば機械がどうやって動くのか調べたい

化学反応
（認知）
が起こり、
それがシグナル（信号）です。ギリシア哲学から脈々と続いてきた考え方で、ました。当時としては大胆なことでした。

「物質として生命をとらえて、その立場で生命をときに、まずは分解して中身を見てみます。細胞を生じ、モーターに伝わり（伝達）、回転の方向

そして、
このような考え方に刺激されて、DNA証明していこう」ということで、
まさに機械論であり、を分解しモーターを見てみるとこのような構造に（ 動き）が 決まります。このような視 点から、の二重らせん構造を解いてノーベル賞を受賞

生物学ではこのような物質論的なアプローチがなっています（ 図1 ）。モーターは細胞の膜にバクテリアのモーターをみてみると、小さな機械

したウィルキンス＊2 、クリック＊3 、
ワトソン＊4などの成功をおさめてきたのだと思います。

埋まっており、軸を支えるリング状の「固定子」と、仕掛けの生きものだといってもいいと思います。

「物によって精神はつくられる」という客観的なものの見方がされてきたわけです。
『生命とは何か』という本があります。1943年

&

特 集 ＿ 機 械 仕 掛 け の 生きもの たち＊1

E.シュレディンガー（1887̲1961）

オーストリアの物理学者。ノーベル物理学賞（1933年）を受賞。
＊2

M.ウィルキンス（1916 ̲2004）

イギリスの生物物理学者。
ノーベル生理学・医学賞（1962年）を受賞。
＊3

F.クリック（1916 ̲2004）

イギリスの生物物理学者。ウィルキンスとともにノーベル生理学・医学賞（1962年）を受賞。
＊4

J. D.ワトソン（1928 ̲）アメリカの生物学者。ウィルキンス、
クリックとともにノーベル生理学・医学賞（1962年）を受賞。

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No.16 April 2009

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特集

機 械 仕 掛けの生きものたち

図3

固定子をキメラにしたときのイオン特異性（a）大腸菌の固定子−回転子モーター。（b）
ビブ
リオ菌の固定子−回転子モーター。（c）大腸菌の中でNa＋駆動型の固定子とキメラにしたモーター。
（d）
ビブリオ菌の中でH＋駆動型の固定子とキメラにしたモーター。モーターは、
PGB部分で固定される。

学 生 時 代 の私
ここで自分が科学の道に入ったときのことを

講演前にはフルートを演奏

べ ん 毛モーターのエネルギーでは小さ過ぎて取り出せないので、モーターにここからは、べん毛モーターの動く仕組みのリウムイオンをエネルギー源に使って回転する

次に、ナトリウムイオン駆動型のPomBタンパク

水素イオン駆動型モーターの部品なのに、2種類つながった回 転 軸にあたるフックとよばれる話をします。いろいろなモーターを比較したいと質のイオンが通ると考えられている部分を、水素のタンパク質を入れ換えただけで、水素イオン型

私は研究室にいて実験をするのが好きでした。

部分を含めて取り出すという作業に必死になって思います。私たちが研究しているべん毛モーター

ところが、水素イオンとナトリウムイオンは分子イオン駆動型のMotBの対応する部分と入れからナトリウムイオン型に変化させることができたのそれで、大学を卒業するときに「もっと実験を取り組んでいました。当時はフックとプロペラとは、直径が45nmという、ほんとうに小さなモーターの大きさが違うのです。それぞれどうやって、替えます。前半がMot由来で、後半がPom由来です。つまり、大腸菌のモーターの性質を、人工したい。大 学 院に行きたい」と思って勉 強をして働くべん毛の繊維部分の間は直接につなです。このnmという単位は、
1mmの100万分の1

水素イオンとナトリウムイオンを使うのでしょうか。

の MomB というキメラタンパク質をつくらせ的に大きく改変させることができたことになります。

お話しします。

ことが明らかになりました。

始めました。けれども、実験が好きなだけで、がっていると思われていました。ところが、そのの長さになります。タンパク質1つの分子を、
球状

これは大きな謎です。このような疑問をもとにして、ます（図３d）。そうすると、イオンが通る部分は、大腸菌のべん毛モーターによる運動は、
塩（塩勉強はほとんどしなかったのです。東京大学の他のタンパク質があるはずのないところからなものと仮定すると、その分子の大きさは、直径

このようなエネルギー源の違いがうまれる原因は

全部水素イオン駆動型の部品にしたことになり化ナトリウム）の濃度には依存しません。塩を入れ植物学科に入ることができたのは本当に偶然と発見したのが、HAP1 、HAP2 、HAP3というが3〜5nmとなります。これらが、何十個も積みどこにあるのか、
結果として、
機械仕掛けのモーターます。しかし、相変わらずこのモーターが、ナトリ

ない場合も、塩を入れた場合も、両方ともによくいってもいいような出来事でした。また、細菌を

私が名前をつけたタンパク質です 。最初は、重ねられてべん毛モーターはつくられています。

がどのようにイオンを使ってまわっているのか、

ウムイオンで動いてしまうのです。
これは矛盾です。

泳ぎます。ところが、先ほど作成した新しいモーター

扱っているということでたまたま選んだ研究室が私のような大学院生が「変なタンパク質がある」

まさに、分子モーターということがわかると思います。

という根源的な問題に立ち向かっていくわけです。

この結果を出したときには、みんなに「お前、をもった大腸菌では、塩がないと泳がないけれども、べん毛の研究をしていて、私も何となくべん毛といっても、
みんな、「単なるゴミだろう」といって一方、普通のおもちゃなどに使われる電池モー

まず、
私は、
なぜ水素イオンとナトリウムイオンがこれ、何をやっているんだ。これではわからない

そこに塩をパっと入れると、活発に泳ぐことができ7いたのです。今の技術では、フックを取ってくれ

ター（マブチモーター）の大きさは、2.5×10 nm

区別されてモーターが動くのかということを研究

じゃないか」といわれたのですが、実験事実はました。そして、塩の濃度をどんどん濃くしていくと、

当時はべん毛のモーター部分が、どのようなば簡単に検出できるタンパク質ですが、
なぜか、（2.5cm）
です。桁違いに、サイズも性能も違う2つしました。これには誰もが考える当たり前の方法

曲げられません。何度実験を繰り返しても同じ

つまりナトリウムイオンの濃度が高くなるほど、結果になってしまいます。

スピードが上がってきます。面白いことに、元の大腸の研究をすることになったのです。
部品（タンパク質）でつくられているのかがまだそのときは、私にしか検出することができていまのモーターですが、それよりも何をエネルギーにを使いました。光合成する紅色細菌であるロド

わかっていませんでした。そこで、まずは調べせんでした。この発見で、無事に学位を取ることして回転するのかが違います。

バクター菌の水素イオンで動くモーターのMotA

つまり、私たちが考えるように、
水素イオン駆動菌の水素イオンモーターで運動できるスピード

たいべん毛の根元の部分を、分離して集めてができ、その後、海外に留学した際も、この研究

電池モーターは、電子の動きによって磁力がとMotBは、ナトリウム型モータータンパク質で型かナトリウムイオン駆動型というのは、
イオンの

よりも、
ナトリウムで速く運動できるようになります。

いきました。とはいっても、モーター部 分だけを発展させ、評価していただきました。

誘発され、その誘引力により回転します。べん毛

あるPomAとPomBとのアミノ酸配列の類似性が、通り道だけで単純に決まっているのではなくて、まさに、べん毛をより速く、
強く回転させるモーター

モーターは、
水素イオンやナトリウムイオンの流れ

水素イオンで動く他のモータータンパク質よりももう少しダイナミックにタンパク質の構造がイオンをつくることができました。つまり、一般的な大腸で回転します。他のイオンでは回転力をつくるこ

高いので、大きな違いはないはずです 。このに対応して変動する流動的なモデルを考える

菌のモーター（水素イオン型）のエンジン部分に、とはできません。イオンをエネルギー源に使ってことから、MotAとPomAの似たもの同士を入れ必要があるのではないかという印象をもちました。

ナトリウム駆動型のモータータンパク質（Pom）
を、動かす生物界の器官は、淡水と海水に多くある

換えるという実験をやってみます（図3）。PomA

これが生物機械の特徴かもしれません。

新しいエンジンとして入れ換えることで、大腸菌

この2つのイオンのどちらかが用いられているといっとMotBでつくられたモーターと、
MotAとPomB

私たちの出した結果からは、イオンの特異性をてもいいと思います。大腸菌のべん毛モーターでつくられたモーターがどちらのイオンを使ってタンパク質のどこの部分が決めているかはわか

では、固定子として、MotA（モータータンパク質A）、

動くのかを調べます。PomAとMotBの組みりませんでした。
しかしながら、
モータータンパク

今後、大腸菌で機能するこの新しいモーター

MotB（モータータンパク質B）という膜に埋まった合わせのモーターは機能しませんでしたが、質AとBがどのようにイオン特異性を決めているを使った実験で、べん毛モーター研究が大きく

タンパク質が必要となります。大腸菌の場合、
これ

M o t AとP o m Bの 組み合わせのモーターはかというヒントを得ることができたと思っています。

進むことを期待しています。なぜかというと、大腸

らに水素イオンが流れ込んで回転力をつくります。

ナトリウムイオンで動きました 。そのことから、

さらに、PomBとMotBを切り貼りして配列が菌というのは分子生物学のなかでは研究者が私たちが発見した海に住んでいるビブリオ菌「あっ、
PomBが使うイオンを決めているのだ」

入れ子になったキメラタンパク質 PotB をつくり、多く、多くの情報を共有でき、その扱い方が知りという結論になります。

大腸菌の中でPomAといっしょに、新たにモーター尽くされています。回転がどのように制御されてのナトリウムイオン駆動型モーターでは、MotA、



特 集 ＿ 機 械 仕 掛 け の 生きもの たちはナトリウムイオンで運動できる菌となり、それまでより速く動けるようになりました。

MotBと相同なタンパク質であるPom（polar motor：

このように、
つくるタンパク質を自由に組み合わをつくらせてみました。大腸菌のべん毛モーターは、

いるのか、
エネルギー源であるナトリウムイオンの極べん毛モーター）
Aタンパク質とPomBタンパク

せてモーターを改造できるのは、遺伝子工学

水素イオンが流れてまわるモーターです。面白い

流れがどのように回転力につながるのかという質に加えて、2種類のモータータンパク質MotXとなどが発達して、簡単に遺伝子（DNA）
を切り

ことに、
この新しいモーターは何とナトリウムイオン

べん毛モーターの機械的な仕組みの研究をさらにMotYがいっしょになって初めてべん毛モーター貼りして、ある一 部 分のタンパク質を簡 単にで動くモーターになります（図３c）。

進めることができるからです。べん毛モーターをがまわります。こちらは水素イオンではなく、ナトつくらせることが可能となったからです。

すなわち、モータータンパク質AとB以外は

超分子機能学講座生体膜機能グループホームページ

http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/bunshi4/fourth.html

機械論で本格的に語れるのはこれからです。

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No.16 April 2009



特集

機 械 仕 掛けの生きものたち

時 計 遺 伝 子 の発 見

生命の時を刻む
タンパク質
近 藤 孝 男 生命理学専攻教授

生 物 時 計とそ の3 つ の特 徴ちょっと信じ難いかもしれませんが、生物のシアノバクテリアとの出 会い「グルグル回る」ということでkai（回）と名づけた

こうして私は生 物 時 計の研 究を始めたの

私は1990年ごろまでは植物の時計の研究をですが、その仕組みの解明は当時の生物学していましたが、ショウジョウバエの時計研究とでは歯が立たない状況でした。謎が解明されて競うには限界を感じて、何かいい研究材料は次に、先ほどの転写翻訳モデルにしたがってきたのは1980年ごろから普及した遺伝子工学

ないかと探していました。そんなときにテキサス

kai遺伝子の発現を調べると動物の場合と同じ技術のおかげです。スタートになったのは、
私がA＆M大学のスーザン・ゴールデン博士に偶然ことが起こります。kaiCからつくられるK a i Cのです。

大学院に入った1971年の報告です。ショウジョウ

出会い、
シアノバクテリアを利用して新しい研究

タンパク質が自分自身の遺伝子を非常に強くバエの野生型は24時間周期で羽化しますが、を進めることができました。これは私にとっては抑えるのです。実験ではKaiCタンパク質だけを3種の突然変異（リズムがなかったり、周期が大変ラッキーなことでした。シアノバクテリアの細胞の中で大量につくらせます。すると、
この短くなったり、周期が長くなったりする）が見つ示してくれた生物時計の謎は、おそらく他のどの遺伝子の発現はパタっとなくなってしまいます。

かりました。これらは同じ遺伝子の変異である生物より本質に迫るものでした。このバクテリア

つまり、強い負のフィードバックが起こっています

ことがわかり、
period (per)＊1と命名されましたが、（ 図2 ）は自然がその時計の秘密を我々にささから、これが原因で振動が起こっていると考えその実体が明らかになるまでには、10年以上やくために準備した生物のような気がします。

られます。おまけに、一時的にKaiCタンパク質

かかりました。

その一部をこれからご紹介しようと思います。

だけたくさんつくらせる実験をすると、いかにも余 談 です が 、当 時 、私は 理 学 部 ではなく

KaiCタンパク質の量を変えて、時計をずらせる

山岳部ではないかといわれるほど、山登りに一生こともできました。そこで、私たちは疑うことなく、懸命でした。山登りもそろそろ一段落したころ、

シアノバクテリアでも転 写 翻 訳モデルが当て

気づいて見ると、1984年、per 遺伝子がクローはまると考え、論文を出しました。

ひとつひとつの細胞は腕時計のような仕組みをニングされ、解読されました。実体が明らかにこうした話を講演ですると、必ず「わかった。

もっています。ヒトの生物時計の存在を明らかになると、芋づる式に多くの時計遺伝子が明らか

これがフィードバックを起こして、こういう仕組みするためには2 、3カ月間 、ボランティアの人に

Takao Kondo

外部と遮断され 、時間を知る手がかりがない

1948年生まれ。名古屋大学理学部の太田行人教授の研究室でウキクサの概日時計の研究を始める。1978年岡崎国立共同研究機構基礎生物学研究所助手、1995年名古屋大学大学院理学研究科教授。概日時計の研究から生物の生き様を理解したいと考えている。

で振動しても不思議はないだろう。だけど、
なぜになり、急に多くの研 究 者が 参 入 するようになりました。さらにper遺伝子とよく似た遺伝子が図2 シアノバクテリア

24時間で振動するのだ。どうして12時間じゃ隔離室で生活してもらう実験を行います（図1）。

我々哺乳類にもあることがわかり、時計研究は最初に行ったことは生物時計に応じてシアノないんだ」と聞かれます。それから、「なぜ温度を人工時計や昼夜のない条件でもヒトは周期的にさらに我々に身 近なものになっていきます 。

バクテリアを光らせることです。まず発光細菌の変えてもスピードは変わらないのか」と聞かれ

per 遺伝子発見以来、その成果ですが、約15年

発光遺伝子をシアノバクテリアのゲノムに組みますと、実は答えようがないのです。改めて先ほどぐらいかかって、多くの重要な発見が積み重なり、込みます。生物時計にコントロールされて発光

私が示しました3つの特徴を考えてみると、もし睡眠覚醒を繰り返しますが、この条件ですと、睡眠時間が規則的に1日に1時間ずつ後ろにということで私は研 究を始めたわけですが 、ずれていきます。これは、われわれの身体の中になかなか苦労します。しかし、面白いと思った以上ほれたようなものですから、
もう容易に逃げサイクルであることは、
このリズムが地球の24時

0

こういう非常に「ニッチ」なテーマを選びますと、

時 計がひそんでいて、それが2 5 時 間 周 期で動いていることを意味します。周期が25時間

1日の時刻

10

多くの生物時計を調べていくと必ずみつかる

間のサイクルによるものではなく、生物時計による

3つの性質があり、「生物時計の3つの条件」といわれています。1つは、約24時間周期で持続中に24時間周期の明暗のサイクルをつけると、することです。2つ目は、温度を変えても時計の睡眠のサイクルはすぐ24時間周期になります。

速さはほとんど変らないことです。これを周期の241出すわけにはいきません。

ものであることを示しています。一方、
この実験

12

20

滞
在
日
数

30

40

それが時計として働く機構を説明する仮説が遺伝子が動くようにいろいろ条件を試し、24時間

これが24時間でなければ何の役にも立ちません。

まとまってきました。その考えは時計遺伝子の周期の生物発光リズムを得ることに成功しました。

温度によって変わるようでは、やっぱり役に立た「転写翻訳モデル」とよばれるものです。この生物時計の動きを光でモニターできるようになり、ない。
「これで満足していてはいけない。そこを考えの基 本は時 計 遺 伝 子のつくる時 計タン

測定が飛躍的に正確になりました。よく調べて説明しなければ肝心なことには何も答えていない」と考えて、さらに研究を進めたわけです。

パク質が時計遺伝子自身の働きを抑える負の見ると、バクテリアの時計であっても、温度によってもフィードバックの存在です。時計タンパク質が周期は変わらないし、光や温度の24時間サイ自分の発現（転写）を抑えますから、
タンパク質

クルに同調することもできました。重要なことはの合成（翻訳）も停止します。時計タンパク質が生物発光による測定を利用すれば、1万個以上

私も皆さんも、
本当は25時間の時計をもっている「温度補償性」といいます。地球の自転に合わ

一定の速度で分解されることで、タンパク質濃度のバクテリアの生物時計測定を自動化すること

のですが、
毎日、
1日1時間ずつ早起きしてそれをせるためには、夏と冬で時計の速さが変わるとがしばらくして下がり、
また、
時計遺伝子が発現ができます。そこで石浦正寛博士（ 現・名古屋

24時間に調整しているのです。この昼夜サイ困るわけです。3 つ目の特 徴は先ほども話しします。これで、24時間の振動が発生します。

大学）
やカール・ジョンソン博士（現・バンダービルド

クルへの同調機能も生物時計の重要な特徴です。

ましたが、外から24時間サイクルがくれば、簡単

実際、測ってみれば時計遺伝子のメッセンジャー

大学 ）らとともに分子遺伝学の手法に従って50

60

生 物 時 計があることを証 明したデータは、に同調できることです。生物時計は時計として

R N A（ m R N A ）もタンパク質も少し ず れた突然変異体を分離し、時計遺伝子を探しました。

1960年ごろにはすでにいくつも報告されていまし

不可欠なこの3つの条件を満たしてはじめて24時間の振動を示し、時計遺伝子の発現をみつかったのが3つのkai遺伝子kaiA、kaiB、たが、生物が24時間を独自に計れるなんていう

地 球 上で生 活 するために役に立つのです。

乱してやれば、リズムも変化します。DNAから

kai C です。その突然変異はper 遺伝子と同じことはおよそ信じ難いもので、ほとんどの研究者

このメリットがあるため生物時計は進化してきた

タンパク質へのセントラルドグマ（分子遺伝学のように周期が長かったり短かったり、リズムがなくは信じていませんでした。ですが、私はこれはわけで、これらを説明しないと生物時計の謎を

中心原理）
で生物時計も説明できる。めでたし、なったりしますが、50以上のさまざまな突然変異

信じざるを得ない、面白いと思ってしまった。

解明したことにはなりません。

めでたし、というわけです。

はすべてkai遺伝子に変異をもっていました。

図1 ヒトの生物時計実験
外界の昼夜環境の変化を遮断し、時間情報の手がかりを得られない隔離実験室での睡眠の記録 。1日の各時間（ 横軸 ）のうち睡眠時間を黒線で示した。最初の１週間、32〜50日、60日以降
24時間の昼夜サイクルを与えた。

＊1 生物学の決まりでは、遺伝子を表すときには「per」や「kaiC」のように斜体の文字で示す。これに対して、その遺伝子からできるタンパク質は「Per」や「KaiC」のように書き表す。

大学院生時代に登ったヒマラヤにて



特 集 ＿ 機 械 仕 掛 け の 生きもの たち-

No.16 April 2009

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特集

機 械 仕 掛けの生きものたち

タンパク質による時 計
なぜ24時間になるのか。この問いに答える

僕たちも困りましたが、他の生物の時計研究者も1万分の１程度にしかならず、
酵素としては壊れてしょうか。その答えはおそらく生物時計研究のには細胞の中でのKaiCタンパク質の働きを調べショックだったと思います。実際、KaiCのリン酸いると考えるべきレベルで、普通であれば測定を最終解答となりますが、現在はまったくわかってるしかありません。
なぜならKaiCの突然変異だけ、化のサイクルは温度を変えても周期は変わり諦めるところです。しかし我々は非常にゆっくりいません。それが得られるためにはKaiCタン

周期が大きく変わるからです。いろいろなことをませんでした。

した振動を扱っているため、長時間根気強くパク質のダイナミックで高精度な構造解析がもしもこれがタンパク質だけで起こっているの測定することは慣れています。測って見ると2つの不可欠となります。これは大変困難な作業ですが、

タンパク質にリン酸基がくっつくことでした 。

なら、試験管の中でタンパク質を混ぜただけで驚くべき性質が明らかになりました。まず驚いた

KaiCタンパク質の原子構造の中に、
これこそつまり、KaiCのリン酸化も１日の間でサイクルをリズムが出るのではないか 。そういうことに、ことは、ほとんどゼロでもその活性は大変安定で時計のからくりだと、我々が感動するであろう

刻んでいたのです。
「このリン酸化は怪しい」とわれわれは気 づいた、といえばカッコいいの

温度に左右されないことです。大変理解し難かっ

答えがかくされているはずです。これはタンパク考えたのですが、
実はその先、
どうやればいいのですが、「まあ、やってみよう」あるいは「誰かた温度補償という現象を支えていたのは、たった質による情報処理という新たな視点を拓くものにかまったくわかりませんでした。こうした時は五里

他の人がやっちゃうと悔しいから」ぐらいの感じで、1つの「壊れかけ」の酵素だったのです。さらになるでしょう。

調べた末わかったことは、量が多い時にKaiC＊2

霧中の努力を続けていると、
なぜか運のいいこと

みんなでワイワイいって始めました。そして、驚いたことは、異なる周期の突然変異のKaiC

がまわってきます。この時もこうしたことが起き数カ月の努力の結果、試験管の中でKaiCのタンパク質をつかって調べると、ATPase活性がました。シアノバクテリアを外の24時間サイクルに

リン酸化振動を再構成する、
つまり、
生物時計を

高いKaiCだと時計は速く進み、低いと遅く進んだ

同調させるためには、12時間真っ暗にすれば試験管の中でつくることができたのです。3つのことです。Kaiタンパク時計は、ATPをゼンマイに、いいのです。その時「どういう仕組みで同調するタンパク質（KaiA、
KaiB、
KaiC）
を精製し、
エネ

KaiC のATPaseを振り子として動いていたのか」ということが私の研究室の冨田淳さんというルギー源としてのATPといっしょに混ぜ、KaiCのです。KaiCのATPase活性は、
転写翻訳モデル

大学院生の研究テーマでした。シアノバクテリア

状態を2時間ごとに測定します。そうするとリン

では説明することが絶望的であった生物時計のは暗くなると転写や翻訳が止まります。そもそも酸化されたKaiCとそうでないKaiCがきれいに

周期決定機構とその温度補償性の両方を説明

転 写 翻 訳モデルからすれば、転 写や翻 訳が

1 2 時 間 ずれて交 互に現れたり消えたりしてする重要な鍵を与えてくれたのです。

止まるということは時計が止まるということです。

います（ 図 4 ）。この周 期は温 度を変えても、

そんなところを調べて何になるのだということで、もちろん変わりません。
さらにkaiCの突然変異の踊っていたのかもしれないということです。
どちら

それまで誰もやらなかったのですが、彼はまる

タンパク質を精製し、再構成して周期を調べての場合もほとんど同じに見えるのですから。区別A T Pで時を測る性質であることです。ですからKaiCのATPase

最後にお話ししたいことは最初に申し上げた

活性という酵素反応が、２つのユニークな性質を3日間徹夜して、真っ暗な状態でKaiCタンパク質

みると、もとの突然変異の示す周期と同じ21時間するために片方を止めてみればよいのですが、24時間の謎について、
シアノバクテリアのKaiC満たすと考えざるを得ません。多くのATPaseでや28時間という周期を示します。このデータがその結果は冨田さんの実験が示したとおりです。

が何を教えてくれたかです。結論から先に申しはATP分解により発生したエネルギーはすみや

暗くすると、遺伝子はまったく読まれなくなり、示されると、「試験管の中で発生しているリズムが、

つい最近までは、私たちも発現フィードバック

上げれば、
KaiCによるATPの分解＊3が時を刻む

かに他の分子へ移され、多くの仕事がなされタンパク質の合成も分解も止まってしまいます。

細胞の中で実際に時間を測定している」以外のモデルで説明できると思っていましたし、データも最も基本的な素過程ではないか、ということです。

ますが 、K a i Cの場 合にはこのエネルギーはしかし、驚いたことに、KaiCの量はずっと変わら

可能性はちょっと思いつくのが難しいわけです。

見事にそのようになっていました。生命の各プロ

実はKaiタンパク時計の主役であるKaiCはATP

分子内歪みとして蓄積され、自身の活性を強くないのに、KaiCのリン酸化のサイクルだけはKaiCがリン酸化されたり脱リン酸化される

セスは細胞の中で相互に影響しあって進んで分解酵素（ATPase）です。実際にKaiタンパク抑えるのではないでしょうか（ 図5 ）。とすれば続いており、時計が止まってないことに冨田さん

サイクルが実は自発的に振子として働いていて、います。ですから2つのプロセスの関係（原因と時計にはATPが不可欠です。タンパク時計の

これは強い負のフィードバックになります。これがは気づきました（図3）。これは転写翻訳のフィード細胞の中で遺伝子発現がサイクルで起こって結果）を混同しないのはとても難しいことなのです。

ATP分解を調べると、その活性の低さにもう十分強くすみやかに行われれば、温度上昇にバックが振動の原因だとするモデルという考えいるのは、その時計の針に過ぎないことになります。

「遺伝子の発現がより重要だ」なんて思い込んで一度驚かされることになりました。
１つのKaiCはより潜在的ATPase活性が強まってもブレーキも方を根底からひっくり返し、KaiCのリン酸化の

これまでオーケストラを指揮していたと思われいると、ついつい「こっちが原因で、こっちが結果だ」

一日に16個のATPを分解するだけです。これは強まるので実活性は一定に保たれます。KaiCはサイクルが振動の原因だということを意味します。

ていた指揮者は、実は、オーケストラにあわせてと勝手に考えてしまいます。注意が必要です。

それまで知られていた最も活性の弱い酵素のどのようにしてそんなことを可能にしているので

1.0

0
0

12

24

36

時間
図3

48 h

12

24

36

時間

48 h

KaiCリン酸化（％）

KaiC 蛋白質

mRNA
0

リン酸

100

KaiCのATPase反応

KaiC
KaiC
0

12

24

36

時間

暗期中のKaiCタンパク質の状態

シアノバクテリアを長時間暗黒中に置き、
kaiC-mRNA、
KaiCタンパク質量、およびそのリン酸化を測定した。黒丸は前培養の明期中の状態。赤丸がそのあと連続暗条件、白丸は連続明条件にしたときの状態。

ATP
0

12

24

36

48

60

72

48 h

ADP ＋ Pi ＋ エネルギー
抑制

反応時間
図4

KaiC構造の歪み促進

試験管の中のKaiCリン酸化時計

精製したKaiA、KaiBおよびKaiCをATPとともに試験管内で混合し30℃に保った。2時間ごとに少量を採り、反応を停止させ、電気泳動によりKaiCの状態を調べた。KaiCタンパク質は上のリン酸化型および下の脱リン酸化型の2本のバンドとして検出される。図から明らかのようにリン酸化の状態は約24時間周期で振動した。この周期は温度補償されており、突然変異体のタンパク質は変異体のリズムと同じ周期のリズムを示した。

図5

KaiCのATPase活性とその温度補償の仮説

KaiCによりATPが分解されると得られたエネルギーはKaiCのなかに蓄えられ、ATPase 反応を強く抑制する。この負のフィードバックがKaiCの温度補償性を支えていると考えられる。

分 子 遺 伝 学 講 座 時 間 生 物 学グループホームページ

"

特 集 ＿ 機 械 仕 掛 け の 生きもの たち

いろいろな生化学反応のエネルギー源として用いられる。
ATPaseはこのATPを加水分解して、ADPとリン酸にする酵素。この際に放出されたエネルギーが、多くの場合、他の生体反応に利用される。

大切なことはこの2つの性質がKaiCのみのの状態を測定してみました。このバクテリアでは

1＊2 タンパク質の中には特定のアミノ酸にリン酸基が結合したものがあり、
これをタンパク質のリン酸化という。このリン酸基は特殊な酵素によって結合させたり、解離させたりできるので、生物はしばしばリン酸化をタンパク質の機能制御に用いている。
＊3 ATPはアデノシン3リン酸とよばれる化合物で、生体内では

http: //clock.bio.nagoya-u.ac.jp/web/index.htm-

No.16 April 2009#理 の 先 端 をいく

サンゴ骨格から古気候を読み解く

研 究フィールドとし てのグアム島

井 龍 康 文 地球環境科学専攻教授

記 録 の空 白をうめる造 礁 サンゴ

私たちは、西太平洋低緯度域に位置する

測定し、1980〜2000年の測器観測による気象・

温暖化傾向によるものと推定される。このようグアム島で採取した造礁サンゴの骨格コア試料

海洋データとの関係を解析した。その結果 、に造礁サンゴは過去の環境を記録した優れた（1787年〜2000年に形成された骨格）を用いて、この造礁サンゴの酸素同位体比は海水の酸素古文書として非常に有用であり、
今後、
世界各地

過去200年間の古海洋環境の復元に取り組んだ。

同位体比と水温の変化を反映していることがの骨 格 記 録を網 羅 的に解 析 することにより、グアム島の造礁サンゴに着目した第一の理由は、わかった。海水の酸素同位対比は塩分と相関

過去数百年間の熱帯〜亜熱帯海域の海洋環境

この海域に存在する西太平洋暖水塊が地球上をもつため、ENSOに伴うグアム島付近の海水変動を高精度かつ高解像度で描き出すことができると期待される。

近年、異常気象による大規模災害が多発して低緯度域）
における長期間のデータが不足してで最大の熱の貯蔵庫であり、その大きさの変化

温と塩分の変化が記録されていることになる。

いるといわれている。しかし、私たちが直面している。このデータの空白域を埋める優れた情報や挙動がENSOの規模や持続期間等と密接に

次に、1980年以前に形成された骨格の同位体

最後に、ここで紹介した研究には、浅海竜司

いる「異常気象」が、本当に「異常」なものかを源として、熱帯・亜熱帯の浅海域に広く生息する

関連するため、
この海域での古海洋環境研究

比分析を行い、過去200年間の水温と塩分の博士（ 琉球大学理学部 ）が大きな貢献を果た

適切に判断し、地球環境の将来像を正確に造礁サンゴを挙げることができる（ 図1 ）。造礁

がENSOの実態解明に重要な情報をもたらすとデータ（１年あたり12試料）を得た。このデータしたことを付記する。

予測するためには、気候変動のメカニズムをサンゴは1年間に約0.5〜2cm成長し、その際に考えられるためである。第二に、造礁サンゴのの解 析を行った結 果 、
この造 礁サンゴには、理解するだけでなく、測器記録のない過去に骨格には木の年輪のような成長バンドが形成

骨格記録からENSO履歴（ 発生回数・規模・

エルニーニョが46回、ラニーニャが53回記録まで遡って気候の変遷を明らかにする必要がある。

される。
また、
その骨格の伸長量、
密度、
化学組成・

周期変動）
を復元した研究例が西太平洋ではされていること、
また、ENSOの周期は一定ではそのような異常気象を地球規模で引き起こす

同位体組成（金属元素濃度や炭素・酸素同位少なく、
古海洋環境記録の空白域になっていた。

なく3〜7年の間で変化してきたことが明らかに＊1

典型例としてENSO（エルニーニョ・南方振動）体比 ）には成育時の生息環境の変化が記録

これまで研究が少なかったのは、
西太平洋低緯なった（図2）。さらに、
この海域では15〜45年のが挙げられる。過去のENSOに関しては、樹木される。
したがって、直径が数メートルを越える

度域における数年スケールの海水温変化が周 期で温 暖な時 期と寒 冷な時 期が繰り返し

中央〜東 太 平 洋 低 緯 度 域に比 べて小さく、ており、これは太平洋十年規模変動＊2といわ過去のENSOを捉えにくかったためである。

れる気候イベントに対応していると考えられる。

の 年 輪 や 古 文 書 の 研 究 から陸 域においてサンゴ群 体を研 究 すれば、過 去 数 百 年 間の数 多くの記録が得られているが、海域（とくに海洋環境変動を詳細に復元することができる。

図1 造礁サンゴのサンプリング
サンプリングの様子および採取されたサンゴのサンプル。
写真はサイパン島のもの。

さらに 、1 8 世 紀 末 から現 在にか けて 、この

過 去 数 百 年 間 の環 境を描き出 すしたことが示された。この長期トレンドは西太平洋

酸素同位体比を詳細に（1年あたり12〜24試料）

暖水塊の拡大もしくは産業革命以降の 長 期

1790＊2 太平洋十年規模変動
気候レジームシフト（気候がある状態から他の状態へ急峻なシフトを伴って変化する現象）の代表例。北太平洋中央部の水温と赤
道域中部〜東部・北米西岸海域の水温が数十年スケールでシー
ソーのように変動し、それに伴ってアリューシャン低気圧や偏西風の強さが変化する現象。

海域の海水温が0.75℃上昇し、塩分は0.85減少

私たちの研究チームは、造礁サンゴの炭素・1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910

1920

1930

1940

＊1 ENSO（エルニーニョ・南方振動）
エルニーニョおよびそれと密接に関連した現象である南方振動の総称。エルニーニョは東太平洋の赤道付近で海水の温度が上昇する現象（ラニーニャとは、エルニーニョ現象と逆に東太平洋の赤道付近で海水の温度が低下する現象である）。西太平洋と中央
太平洋で地上気圧がシーソーのように東西振動する現象を南方振動とよぶ。

1950

1960

1970

1980

1990

2000
分析測線

10cm

酸素同位体比（パーミル）

-5.6
-5.4
-5.2
-5.0
-4.8

エルニーニョ

-4.6

ラニーニャ

-4.4
1800

1850

1900

1950

2000

図2 グアム島で採取された造礁サンゴの軟X線写真画像と酸素同位体比変動

Yasufumi Iryu

1958年鹿児島県川内市（現薩摩川内市）生まれ。1987年東北大学大学院理学系研究科博士課程修了。東北大学大学院理学研究科
助手、助教授、准教授を経て、2008年より現職。専門は、
炭酸塩堆積学・地球化学。

グアム島で採取された造礁サンゴの軟X線写真画像（上図）には年輪が明瞭に認められる。分析測線に沿って測定した酸素同位体比（下図。青は月毎の値、
黒は25カ月移動平均値）
は、
明瞭な季節変化、
数年〜数十年スケールの変化、
長期温暖化の傾向を示す。この造礁サンゴに刻まれた
ENSO記録を復元したところ、グアム島周辺では過去210年間に46回のエルニーニョと53回のラニーニャが発生していたことが明らかになった。

生 物 圏 進 化 学 研 究 室ホームページ

$ 理 の 先 端 をいく

http: //nagoyaseiken.com/-

No.16 April 2009

%

講義探検

物理の面白さと奥深さを「魅せる」講義

物理学を数学で考える【物性物理学 ／3年後期】【数理物理学 ／4年後期】

佐 藤 憲 昭 物質理学専攻教授

菅 野 浩 明 多元数理科学専攻教授「私は皆さんに、
物理の面白さを伝えたいのです」。

なり回転させても区別できない。これを『回転朝10時半。博士課程に入ってから講義という用いた手法を用いて解く。これもやりました。

先生は、穏やかな表情で、私たちに真剣なまな

対称性をもつ』といいます。一方、回転させるとものを受けることがなくなった。久しぶりに講義を懐かしいなと思いながらノートを取っていく。

ざしを向けた。私が受講したのは佐藤憲昭先生

区別できる時は『回転対称性が破れている』

受けるということで内心ちょっと楽しみであった。

ここまではよく見知った内容だ。
しかしそのあと、による「物性物理学というのです 。言 葉は難しいけれどそんなに今日は、菅野先生の数理物理学を受講する。

菅野先生は次のような問いを発した。
「調和」の最終回 。ノーベル物理学賞で話題となった「自発的対称性の破れ」
を磁性体に関して解説されると聞き、取材依頼を受けてからとても楽しみにしていた。
講義は前回の復習から始まった。原子レベル

数理物理学とは端的にいえば、物理学の内容を振動子の解をシュレディンガー方程式を使った

さらに話は「自発的対称性の破れ」へと拡張

数学的にしたものだ。具体的には、物理学で方法と生成・消滅作用素を用いた方法で求め、され、磁性体の自発的対称性の破れのアイデアを出てくる数学をより厳密にしたり、数学的な問題

両者が等価であることを示しました。しかし、素粒子論に導入した南部−ゴールドストーンを解く方法などを扱う。

他に解はないのでしょうか」。ああ、
そういえば難しいことではないのですよ」。

での磁性をおさらいした後、
ヘルムホルツの自由

モードの励起まで進展した。宇宙レベルから日常的

この日の内容は、物理学科の3年生が量子考えたことなかったな。ここからが数学者の本領

エネルギーの式を用いて、温度変化による磁性

なレベルまで、相転移は非常に一般的に理解

力学の講義で勉強する調和振動子（単振り子）発揮だ。ハイゼンベルグ代数の表現論とよば状態の変化、相転移へとテンポ良く展開されてされる。物理現象の法則の美しさをまさに実感した。

の量子化に関するものであった。数理学科ではれる数学を用いて他に調和振動子を表すことの講義の最後は、次のようなメッセージで締め

物理への応用にどれだけの人が興味をもってできる方法はないことを示していった。

いく。
絶対温度零の時、すべてのスピンの方向がくくられた。
「私は、難解なディテールで、物性そろい強磁性体ができる。逆に絶対温度を無限

物理を嫌いになってほしくない。まずはわかった

大にすると常磁性状態、
つまり磁石でなくなる。

気持ちになってもらって、物理学の面白さを伝え

ここで先生はテレビ番組のクイズを引用された。

たい。そして、その後、君たちがもう一度勉強「こんなクイズがありました。磁石をバーナーでした時に、厳密に考えたときの疑問を解決して数理学科の人は純粋な数学のみに興味がある

昨年ノーベル賞を受賞された益川先生の言葉

加熱するとどうなるでしょう。これはまさに今のいってほしいのです」。

わけではないようだ。

をさらに実感した。

説明で磁石でなくなるわけです。芸能人で答えられた人はいなかったですね」。

◎取材・文

竹井一陽 Kazuaki Takei（素粒子宇宙物理学専攻博士後期課程1年）

いるのかな、と思いつつ教室に入ると、人があまりこの講 義を受 講して感じたことは、数 学をいない 。あれれ 、あんまり興 味 がないのかと専 攻している人には物 理を知るきっかけに、

ちょっと残念に思っていたが、講義が始まる時

物理を専攻している人には数学を知るきっかけにはけっこうな人数になっておりちょっと安心。

になる素晴らしい講義だということだ。そして私は、

人 類 が 積み上げてきた発 見の源にある、講義が始まると、
前回のまとめを復習してくれて、

サイエンスに対する興味と好奇心、
それを先生

前 回の 講 義に出ていない私にも内 容 がよく先生の講義は、
わかりやすくて面白い。ベースは非常に大切にされている。講義後、質問にわかった。そして、量子力学の基本的な方程式は常にシンプルで、何より丁寧だ。私は、先生の向かう学生が絶えなかったのは、そうした先生であるシュレディンガー方程式を使って計算する。

世界に惹き込まれた。

の思いが伝わったことの証明だろう。物理の3年生の時に計算したなあと思いながらノートを「キュリー温度を超えると、磁石は常磁性体と素晴らしさに魅せられた講義であった。

取る。次は調和振動子を生成・消滅作用素を「自然には理由がある」。

◎取材・文

朝日友香 Yuka Asahi（地球環境科学専攻博士前期課程1年）

Noriaki Sato

磁 性 物 理 学 研 究 室ホームページ

&

講議探検

1955年宮城県生まれ。1984年理学博士（東北大学）。名古屋大学、
東北大学、
マックスプランク研究所を経て1999年名古屋大学大学院理学研究科助教授。2007年より現職。専門は、物性とくに磁性の物理学。磁性体を舞台に展開される奇妙な現象・ふるまいの発見および解明に意欲を燃やす。

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

Hiroaki Kanno

多 元 数 理 科 学 研 究 科ホームページ

1960年生まれ。京都大学理学部卒、京都大学理学博士（1989）。 理論物理学国際センター博士研究員、仁科記念財団海外派遣研究員等を経て、1993年広島大学大学院理学研究科助手。 同助教授を経て2001年多元数理科学研究科助教授。2004年より現職。

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

No.16 April 2009

'

追 悼・
関 一彦

有 機エレクトロニクスを究める
関一彦先生が残されたもの−

電 子 分 光とは何 か
電子分光とは、物質から積極的に電子を叩き電気的な性質が周囲の気体によって大きく影響

体と金属とが接した界面付近で電子の取り得る

出したり、
あるいは逆に物質に電子を打ち込むされるという化学者の日常体験を、電子分光法

エネルギー状態を詳しく解析した。そして、
有機過程で生じる電子や光の放出を検出し、物質によって定量的に解明することにはじめて成功

半導体でもわずかな不純物を加えることで、この中で電子がもつエネルギーやその分布を知るした。世界に1台しかない装置を開発し、世界にエネルギー状態を制御できることを発見した。

手法で、物質の構造や反応に関する基本的な

先駆けてユニークなデータを取る、という物理

これによって有 機 半 導 体の電 気 的な特 性を情報が得られる。その歴史は古く、光照射に化学の理想を有言実践されたのが関先生で、飛躍的に向上させることにも成功している。

2008年6月30日、理学研究科、関一彦教授が60歳の若さで他界された。

よって金属表面から電子が放出される現象の残された手法は今後多くの研究者によって受け関 先 生は、学 生 時 代より、有 機 分 子を対 象とするさまざまな「 電 子 分 光 法 」の発 展に尽 力され 、発見は19世紀にまで遡る。これは、1905年アイン

継がれ、発展していくことだろう。

阿 波 賀 邦 夫 物 質 科 学 国 際 研 究センター教 授

多くの物 質の電 子 構 造を明らかにされた。
ここ1 0 数 年ほどは、金 属と有 機 物の境 界（ 界 面 ）の電 子 構 造の解 明に精 力的に取り組まれ 、事実、
関グループの研究成果をまとめた総説は、シュタインによって「光電効果」として説明されたが、電子分光が化学あるいは分子科学の有機エレクトロニクスの分野では、
いまや上記の成果は新しい常識として受け入れられている。

解けた謎

界 面 電 気 二 重 層 の発 見−他の論文での引用回数が800回を超え、この領域に入ってきたのは1960年代以降である。

関先生はご研究の初期に、さまざまな分子性分野の研究者・技術者にとっての定番となって

近 年 急 速な発 展を遂げた有 機エレクトロニクス研 究の礎となる成 果を上げられている。

これは、電子のもつエネルギー分布の分析法の固体について光電子分光の計測を行われた。

いる。関先生が残された光電子分光の新しい

電子分光という基礎研究によって、応用指向の強いエレクトロニクス分野に強いインパクトを与え、などの技術的発展とともに、有機半導体＊1のここで得られたイオン化エネルギーなどの情報は、手法や研究業績が、今後、
有機エレクトロニクス

基 礎と応 用が絡み合った国 際 的な研 究プロジェクトを推 進されていた矢 先のことで、

発 見 や 分 子 分 光 学 の 発 展に呼 応 する動き

現在の有機電子物性研究の発展を支える極めなどの研究分野をますます発展させることはでもあった。そして今、関先生のご業績を科学て貴重なデータベースとなった。

疑いない。また関先生は生前、国際的な人材

この分野の研究リーダーを失った喪失感は国内外において極めて大きい。
本 稿では、理 学 研 究の理 想 的モデルとでもいうべき
関 先 生のご業 績を振り返り、その足 跡をたどることにする。

史的に位置づけるとすれば、ともかく有機分子研究中期からは、電子分光法の手法を駆使育成にも大変な情熱をもたれていた。関先生のの分光データが取れるといった黎明期を脱却して、して、有機物と金属電極がつくる界面の電子薫陶を受けた学生や若手研究者が、日本だけ

精密計測手法としての分子電子分光法を確立し、構 造の研 究に精 力的に取り組まれた。有 機

でなく世界の有機エレクトロニクスを発展させ、この手法がもっとも真価を発揮する分野に応用

半導体を応用した有機エレクトロニクスが脚光

また新しい分野を切り開いていくことだろう。

した、ということができる。

を浴びているが、当時 、金属電極に挟まれた有機半導体がn型とp型＊3のどちらの性質をもつ

手 法を磨くかといった極めて基本的な問題すら未解決で関先生のご研究の一貫した特長は、常に計あった。関先生は光電子分光法によって、有機測法の発展に注力され、さまざまな測定装置を

分子と金属とが接した面で、正・負電荷のシート

新しく開発された点にある。有機物を対象としたが平行に向かい合う「電気二重層」が自発的にPenningイオン化電子分光や逆光電子分光法

形成され、これによって有機層と金属層のエネなどの電子分光用の装置開発のほか、
ケルビン

ルギーの相対関係が大きく変化することを発見

法の利用、
種々の有機薄膜試料作製法の開発した。電 気 二 重 層を考 慮 することで、用いたなど、多くの手法や装置を開発された。最新の有 機 半 導 体がn 型 、p 型どちらとなるかもごく

成果の1つが、真空中・気体中の両方でイオン化

自然に説明できることを見出した。さらに最近、＊２エネルギー を測ることのできる「光電子収量

関先生は、光電子分光法とケルビン法という

分光装置」
（図1）
の開発である。有機半導体の物質表面の電位の測定法を併用し、有機半導単色光

B引き出し電極＊1 有機半導体
通常の半導体（トランジスタやダイオード）
はケイ素やゲルマニウムなどを中心とした無機物質で構成される。これに対し、炭素骨格をもつ有機化合物を利用した半導体を有機半導体とよぶ。
＊2 イオン化エネルギー
分子や原子などから、電子１個を引きはがすのに必要なエネルギー。
反応に関わる可能性の最も高い電子の状態を知るための基本的な値。
＊3 n型半導体、p型半導体
半導体のうち、負電荷を運べるものをn型、正電荷を運べるものをp型とよぶ。ケイ素をベースにする半導体では、
リンやホウ素など特定の不純物をわずかに加えることでn型、p型いずれかの性質をもたせることができる。両者を適切に配置することで、トランジスタをつくることができる。

A

基板

電流計

関
一
彦

東京大学理学部化学科卒業（1970年）。同理学系研究科化学専攻修了（1975年）、理学博士。学振奨励研究員をへて分子研物性化学部門助手（1978〜1986年）。その後広島大学理学部物性学科助教授（1986年）、
名古屋大学理学部化学科教授（1991年）、
同物質科学国際研究センター
教授（1998年）
をへて2005年より同大学院理学研究科教授。この間、2006〜2007年には副研究科長に任ぜられる。専門は有機固体・薄膜・界面の物性化学。21世紀COE「分子機能の解明と創造」拠点リーダー（2002〜2007年）、学振先端研究拠点事業「有機エレクトロニクス関連薄膜・界面の電子構造と電子過程」日本側コーディネーター（2007〜2008年）などを務める。温厚さと高潔さを兼ね備えたご性格で、さまざまな研究
教育に対する見識の高さと献身的な姿勢から、分野を超え、
また世代を超えて多くの方々から慕われていた。2008年6月30日ご逝去。享年60歳。

 追 悼・関

一彦

金属

アース
図1

光電子収量分光法装置の外観図

Aは試料に照射する特定の波長の可視-紫外光を発生する機械。Bは測定を行う超高真空槽。
光電子収量は、光電子の放出に伴う微小電流を捉える事で測定される。光電子収量の照射光の波長依存性から、試料のイオン化エネルギーを決定することができる。

図2

有機半導体
（単層の薄膜など）

界面電気二重層の形成

左図のような金属と有機半導体を貼り合わせた場合、右図に示すように金属と有機分子との界面には片方に負の電荷、反対側に正の電荷が集まった、
電気二重層が形成される。
これを考慮すれば、有機半導体のもつp型、n型特性を、
自然に理解することができる。

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No.16 April 2009



理学部交差点
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キャンパス通信グローバルCOE

タウ・レプトン物理研究センター発足

宇宙基礎原理の探求

敏英先生が授賞式に参加できる切符を3枚、名古屋大学にプレゼントしてくださったことに

附 属タウ・レプトン物 理 研 究センター長

素粒子宇宙物理学専攻教授

大 島 隆 義（Takayoshi Ohshima）

杉山

講演の前日
（12月7日）の夜だった。ノーベル賞講演は朝9時過ぎに始まるというので、8時前端を発している。ともあれ、
フランクフルト経由でストックホルムに到着したのは、ノーベル賞

直（Naoshi Sugiyama）

理学研究科の全面的支援のもと、2008年10月、「タウ・

平成20年度から、素粒子宇宙物理学専攻と太陽地球

レプトン物理研究センター」を発足させることができた。

環境研究所を中心とした表記グローバルCOE（GCOE）

本センターは、本 学の特 徴である世 界 的に高 水 準のプログラムが始まった。これまで、
GCOEには名古屋大学

素粒子研究をさらに飛躍的に展開させることを通して、全体で6つ、理学で3つが採択されている。

本学の研究ならびに教育の発展に貢献する。

ひょんなことからノーベル賞の授賞式に参列する機会が巡ってきた。その吉報は、益川には会場（ストックホルム大学）に到着した。この時間でも日の出前ということで、外は薄暗く、
陰鬱な雰囲気が漂っていた。開場が講演の10分程度前だったので、ホールのドア付近はあふれる人たちでごった返すようであった。
物理学賞講演の二番手として、
小林誠先生がちょっと緊張した面持ちで登壇され、挨拶に引き続き、受賞対象の研究が名古屋大学で始められたものであることを最初に指摘し、本拠点は、素粒子から太陽系、
そして宇宙全体までを坂田昌一先生の業績にもふれられながら、
約30分の講演を行われた。引き続き、益川先生のクォークとレプトンの素粒子を世代でグループ分けし、俯瞰する国際的教育研究拠点の設立をめざす。教育では、講演に移り、開口一番

素粒子の現象を統一的に扱う理論は、本学の素粒子理論

宇宙を理解するための包括的な教育体制を構築し、講演が始まった。スクリーンには、講演の逐次訳が英語で表示されるという、一風変わったグループによって坂田模型として誕生し、
小林・益川理論、新たな研究領域を創成する人材を育成する。研究では、ご講演となったが、愉快な話題では会場から笑い声が聞かれるなど、和やかな雰囲気が講演

三田一郎名古屋大学名誉教授のBファクトリー提唱を

分野間融合テーマを設定して研究グループを組織し、経て発展した。小林・益川理論の実験的検証は、本学のまた先鋭的研究も同時に推進していく。多数の国際拠点

高エネルギー素粒子実験グループが活躍するBファクと国際共同研究体制が基盤となる。
また、オックスフォード

トリー国際共同実験（Belle実験）にて達成され、これらの大学など海外5大学と包括的な協力協定を結び、共同理論・実験の連携研究が小林・益川両氏のノーベル物理

教育研究体制を進めている。

学賞に大きく貢献したといえる。

具体的には、教育面では、確固とした基礎と広い視野

ノー ベ ル 賞
授 賞 式に参 列して名古屋大学広報室長
物質科学国際研究センター教授

I'm sorry, I can't speak English. と宣言され、日本語による

会場を包んでいたのが印象的であった。実は、講演が始まったときに、益川先生が原稿を一生懸命読んでいらっしゃるので、「日本語の講演なので、原稿なしで講演されればいいのに」と感じていた。しかし、上述のようにスクリーンに逐次訳が映し出されるので、脱線するわけにはいかなかったというのが本当の理由だろうと納得した。
約1時間半の休憩を挟んで、化学賞の講演へと移り、
トップバッターの下村脩先生は、登壇するなり、
おもむろにGFP入りの試験管を取り出し、紫外光を当てて緑色に輝くGFPのこうした背景の中、
Belle実験のタウ・レプトンやB中間子の獲得のため、
カリキュラムを見直し、宇宙を学ぶ上で物理研究は、
小林・益川理論を超える「新しい物理」の探索

必要な知識を確実に身につけるための科目群、物理学

デモで講演を始められた。ご家族全員でオワンクラゲを採取に行ったときの集合写真も使いが期待できる実験感度に到達している。
とくに、
タウ・レプ

MINIMAを用意した。チューター制度やものづくり実習ながら、非常にわかりやすく講演をまとめられていた。

トンは、電子の仲間でありながら約4000倍もの重い質量をなど、学生個々に対する手厚い指導プログラム、
自発的ノーベル賞受賞者は、いっぱいに詰まった毎日のスケジュールを必死にこなしているようにもつ素粒子である。
このタウ・レプトンの崩壊に現れる「新しい研究推進能力涵養のための、
若手主導分野横断セミナー、

見受けられた。80歳とご高齢な下村先生には相当きつかったようで、キャンセルできるイベント

物理」の探索は、本学が世界をリードしている。そして今、リトリート合宿、
優れた研究提案に対する資金援助などを中はほとんどホテルでお休みになっていたと奥様からは伺っている。

欧州でスタートした世界最高エネルギーLHC-ATLAS

進めている。国 際 性を養うため、海 外 協 力大 学 院に

メインイベントの授賞式はさすがに華やかで、出席者は燕尾服か民族服の着用が求めら

実験で、ヒッグス粒子や超対称性粒子とよばれる新しい

数カ月単位で学生を派遣、また英語力強化のための授業れる格式の高いものだった。平野眞一総長、近藤孝男研究科長、山脇幸一教授の燕尾服姿は、素粒子の直接検出をも射程内に捉える段階に突入した。

も実施している。

良くお似合いで、威風堂々とはこのことかと思ってしまった。かく申す私は、
バルコニーの後方

素粒子物理の革命期を目前にひかえ、
本センターでは研究面では、粒子加速、暗黒物質・暗黒エネルギー、

国内外の二大国際共同実験（Belle、
ATLAS）を強力に物質の起源、
星間物質と構造形成といった具体的な分野間

推進し、
加えて、
理論と実験グループの連携を一層強化させ、横断研究テーマを設定し、分野間の連携を推進していく。

国内外の素粒子研究の結節点として役割を担う。また、

グローバルな宇宙教育研究拠点構築を目指し、拠点最先端の研究環境が最高の教育の場を提供するであろう。

推進メンバー一丸となって、プログラムの実施に邁進してさらに、最先端の素粒子研究の情報発信拠点としてのいるところである。

渡 辺 芳 人（Yoshihito Watanabe）

席であったため、ダークスーツで出席しても良いとのお話で、ほっと胸をなで下ろした次第だ。
テレビニュースなどで、愉快なお話をされる益川先生が話題になっているが、私が写真を撮る際に、「益川先生、1枚お願いします」と一声をおかけしてからカメラを構えると、必ず直立不動の姿勢をとられたのが非常に印象的だった。益川先生は、
本当は生真面目な先生である
ことがよくわかった。なお、御三名の先生方は、2009年3月に名古屋大学特別教授となられた。

機能も果たしていく所存である。

2008年10月10日に開催されたタウ・レプトン物理研究センター主催のイベント「小林・益川の理論とは？」での講演風景

理学部交差点2009年2月17日〜21日に開催されたウィンタースクールの様子

小林誠 教授益川敏英 教授

下村脩 教授-No.16 April 2009!