KANTO CHEMICAL CO., INC.

Cç2006 No.3（通巻201号）

ISSN 0285-2446

ミルクオリゴ糖（乳中少糖）の比較生化学（X） −化学構造的特徴とその利用性−

齋藤 忠夫

新しいフッ素化合物合成技術

岡添

浦島

匡

2

隆

6

高笠 信之

9

新・私の古生物誌（2） −ハイギョの進化古生物学−

福田 芳生

12

ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（14） ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウス

原田

22

2-Chloro-4-nitrophenyl-4-galactopyranosylmaltoside(Gal-G2-CNP)を基質とした新しいアミラーゼ
および膵型アミラーゼ測定法 −シカリキッド-N AMYおよびシカリキッド-N p-AMYの基本性能評価−

編集後記

馨

24

ミルクオリゴ糖（乳中少糖）の比較生化学（X）
Comparative Biochemistry of Milk Oligosaccharides (X)─化学構造的特徴とその利用性── Characteristics on the Chemical Structure and Their Application ─
国立大学法人 東北大学大学院農学研究科 教 授 農学博士

齋藤 忠夫

TADAO SAITO Dr. Agric.
Graduate School of Agricultural Science, TOHOKU University
国立大学法人 帯広畜産大学大学院畜産学研究科 教 授 農学博士

浦島匡

TADASU URASHIMA Dr. Agric.
Graduate School of Food Hygiene, OBIHIRO University of Agriculture and Veterinary Medicine

元末端にN-アセチルラクトサミンを含むものを除いては、ラ1．はじめにクト系列かネオラクト系列の糖脂質糖鎖構造に分類され哺乳動物は、その名の通り仔に対して自ら乳（ミルク）ていた。ところが、最近Uemuraらによりバンドウイルカ初を分泌して与える。泌乳初期に限定されて生合成・分泌乳に発見されたミルクオリゴ糖の化学構造は、ヒトなどでされる乳は、とくに「初乳（colostrum）」と呼ばれ、常乳は脳神経系に局在するガングリオ系列スフィンゴ糖脂質（normal milk）とは区別される。初乳は常乳と比較して成のGM2の糖鎖構造と同一であるという大きな知見が含ま分的に大きく異なり、多量の免疫抗体（immunoglobulin,

れていた10）。本稿では、その構造決定にあたって威力をIg）に加えて、ラクトース（乳糖）以外に多種多様な「ミル発揮したHSQCによる二次元核磁気共鳴スペクトル法

クオリゴ糖（milk oligosaccharides, MO）」と呼ばれる特殊（NMR）の解釈を中心に、イルカという陸棲動物とは異なっな糖質（炭水化物）が含まれている。

た海獣類の乳中に存在するミルクオリゴ糖の存在意義と

1）

2）

3）
,8）

これまでに著者らは、ヒト 、ウシ 、ウマ
4）

6）

7）

3）
,5）

、ヒツジ

、

重要性について考察してみたい。

9）

ヤギ 、イヌ 、カモノハシ およびツキノワグマ の乳に含まれるミルクオリゴ糖の化学構造解析を行い、乳中での2．バンドウイルカミルクオリゴ糖の分離精製

存在意義について比較考察してきた。人乳（ヒトミルク）には、これまでに100種類以上のミルクオリゴ糖が全泌乳期
1）

2

バンドウイルカ（Tursiops truncatus）の初乳は、神戸市に亘って存在することが知られている 。しかし、ウシなどの須磨水族館で1999年6月に出産した個体より分娩後2幾つかの哺乳動物種においては、泌乳初期の非常に短日目に得られた。その15 mLを常法に従い、4倍量のクロい期間に分泌される初乳に限定されて含まれるミルクオリ

ロホルム/メタノール混液（2:1, v/v）で振とう抽出し、メタノー

ゴ糖は、その生物の初期成長に特別に必要な成分であ

ル可溶性画分をBio Gel P-2によるゲルろ過、DEAE-ることが考えられる。ミルクオリゴ糖には、乳仔腸管内のSephadex A-50による陰イオン交換クロマトグラフィーでの脱有用細菌であるビフィズス菌に対する特異的増殖活性塩の後、TSK-gel Amido-80カラムによる順相高速液体ク（ビフィズス因子）、有害微生物の排除や毒素の中和作用

ロマトグラフィー（HPLC、移動相：50%および80%アセトニなどの感染防御活性（感染防御因子）などの機能が推定

トリル/15 mMリン酸緩衝液を用い、80%から50%までのアされているが、その存在意義を巡る全貌はいまだ解明さセトニトリルの直線濃度勾配溶出）によって各オリゴ糖を分れていない。

離・精製した。

ヒトや各種の哺乳動物のミルクオリゴ糖には、動物組織

バンドウイルカ初乳より抽出した糖質画分のBio Gel P-2の上皮、内皮、神経などの細胞表層に存在するスフィンゴ

クロマトグラムを図1に示した。peak 1およびpeak2をあわ糖脂質に結合している糖鎖と化学構造的に同一のものがせた画分のDEAE-Sephadex A-50による陰イオン交換ク

存在している。従来報告されてきたミルクオリゴ糖は、還ロマトグラフィーとBio Gel P-2によるゲルろ過によりTt1およTHE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

ミルクオリゴ糖（乳中少糖）の比較生化学（X）

びTt2を得た。その後Amido-80によるHPLCによりTt1-4、また、化学シフト値δ1.927、δ2.657およびδ2.030には、

Tt2-2、2-3、2-4を調製した。また、Tt3からはAmido-

Neu5AcのH-3アクシャル、H-3エクアトリアルおよびN-アセチ

80HPLC（移動相：50%および80%アセトニトリル/イオン交換

ル基に相当するシアル酸に特徴的な3つのシグナル群が認

水、80%から50%までのアセトニトリルの直線濃度勾配溶められた。しかし、H-3アクシャルシグナルは3'-SLの同位出）
によりTt3-8を単離精製することができた。

置の化学シフト値（δ1.800）
よりも著しく低磁場シフトし、一方H-3エクアトリアルシグナルは同オリゴ糖の化学シフト値（δ2.757）
よりも著しく高磁場（右側）
シフトしていた。N-アセチル基由来のδ2.013の化学シフトは、シアル酸以外にN-ア
セチルヘキソサミン残基（HexNAc）の存在を示し、アノメ
リックプロトン領域のδ4.732のアノマーシグナルは、この残基がβ-配向性で隣接残基に結合していることを示していた。δ4.119の化学シフトは、置換によって通常よりも低磁場シフトしたシグナルと考えられるが、2.9 Hzの結合定数（ガラクトースのH-3、H-4間の結合定数に相当する）の値から、このシグナルはGalβ4残基のH-4残基に由来し、こ図1 バンドウイルカ初乳より抽出した糖質画分のゲルろ過溶出曲線
全糖質画分のゲルろ過は、以下の条件で行った。
充填剤：Bio Gel P-2 (Extra Fine)
カラム ：2.6 X 100 cm
移動層：蒸留水（流速は15 mL/h）
分画 ：5mL/本
検出 ：中性糖はフェノールー硫酸法（−）
シアル酸は過ヨウ素酸-レゾルシノール法（…◆…）の位置がβ-配向性のN-アセチルヘキソサミン残基によって置換を受けている可能性が示唆された。

3．1H-NMRおよび 1H-13C HSQCによるミル
クオリゴ糖Tt1-4の構造決定
HPLCによって分離されたミルクオリゴ糖：Tt1-4のプロトン（1H）-NMR解析により得られたスペクトラムを図2に示した。オリゴ糖還元末端のグルコース（D-Glc）のC-1に結合するα-およびβ-アノマープロトン（δ5.219,δ4.665）が観察された。また、N-アセチルノイラミン酸（Neu5Ac）がラ
クトース単位に結合した酸性3糖である3'-シアリルラクトー
ス［Neu5Ac（α2-3）Gal（β1-4）Glc, 3'-SL］のGalβ4H-1アノマープロトンと同様のδ 4.529のシグナルが観察された。
またδ4.151のダブレットダブレットの特徴的なシグナルの存在は、3位が置換を受けたGalβ4残基のH-3シグナルに由来するものと考えられた。以上より、このミルクオリゴ

図2 バ ンドウイル カ 初 乳からの シアル 酸 を 含 む 酸 性ミル クオリゴ 糖：
Tt1-4のプロトン（1H）-核磁気共鳴スペクトル法（NMR）で得られたスペクト
ラムと主要シグナルの帰属
スペクトラムはD 2 Oを溶媒とし、内部標準物質にアセトンを使用した。
測定は、JEOL EPC-400 FT NMRスペクトロメーターを使用して、500MHzの磁場下、室温で実施した。

糖は置換を受けた3'-SLユニットを含んでいることが強く同オリゴ 糖の詳細な構造解析は、1 H- 13 C HSQCス

示唆された。
しかしながら、Galβ4残基のH-3シグナルであるδ4.151のペクトルの解析により行った。ミルクオリゴ 糖：Tt1-4の化学シフト値は、3'-SLの同残基の化学シフト値（δ4.115）

1

H- 13 C HSQCスペクトラムを図３に示した。 13Cシグナ

よりもかなり低磁場（左側）にシフトしており、Galβ4の周辺

ルの中でδ76.65はδ4.151の 1Hシグナルと相関しているの位置がさらに他の糖質により置換を受けている可能性をで、Galβ4残基のC-3に帰属された。これは3'-SLの同位示唆していた。

置の化学シフト値（δ78.15）
よりも若干高磁場側にシフトし

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

3

ている。δ79.82の 13Cシグナルはδ4.119の 1Hシグナルと相糖の3'-SL単位に帰属されないシグナル（δ177.49, 105.41,

関しているので、Galβ4残基のC-4に帰属される。このシ

77.36, 73.66, 70.40, 54.97および25.24）
も、遊離のβ-グナルは、3'-SLの同位置の化学シフト値（δ70.17）
よりもGalNAcの13Cシグナルとの比較から帰属された。

大きく低磁場シフトしている。13C-NMRにおいて、置換を

この残基のC-3 ~ C-6の化学シフト値およびアセチル基受けた位置のシグナルは受けていない同位置のシグナル（CH3CO）の同値は、β-GalNAcの対応する化学シフト値

よりも大きく低磁場シフトし、その隣接位置のシグナルはとよく一致している。δ105.41の化学シフト値はグリコシド

未置換の糖の対応する位置のシグナルよりも若干高磁場結合のため、β-GalNAcのC-1（δ98.08）よりも低磁場シフ

シフトするというNMRの経験則がある。

トしているが、δ54.97の化学シフト値はβ-GalNAcのC-2（δ56.42）
よりもC-1位のグリコシド結合の影響により若干
高磁場シフトしている。これらの考察から、このオリゴ糖のHexNAc残基はβ-結合したN-アセチルガラクトサミン（β-GalNAc）と決定された。もしこの残基がβ-GlcNAcであれば、C-2シグナルはGlcNAc（β1-6）Gal（β1-4）Glcのβ-GlcNAcの 13C-NMRで観察されたδ58.2011）に近い位
置にあらわれることが予想されるからである。
表1以上のような1H-13C HSQCの解析により、同糖の完全
図3 ミルクオリゴ糖：Tt1-4の1H-13C HSQCスペクトラム（a）アノマー領域における1H-13C-相関共鳴シグナル（b）δ3.0〜4.4の一次元 1H-NMRスペクトラム領域における1H-13C-相関共鳴シグナル

化学構造は、GalNAcが3'-SLのGal部位に結合した
GalNAc（β1-4）［Neu5Ac（α2-3）］Gal（β1-4）Glc（GM24糖）と決定された。またMALDI-TOF/MSによる質量分析
では、m/z 875.31のピークが検出され、これはM+K+イオ

以上の解釈により、このオリゴ糖のGalβ4残基の4位が4ンの質量値と良く一致していた。

β結合HexNAcで置換を受けていることが証明された。

これは、構造決定に1H-NMRならびに1H-13C HSQCのこのオリゴ糖に含まれる3'-SL単位の各シグナルは、3'-SL

シグナル解析が見事に実施されたモデルケースと考えられの同位置のシグナルとの比較から表1のように帰属される。その他のミルクオリゴ糖のTt2-2、Tt2-3およびTt3-8は、た。ここでδ76.65の 13CシフトはGalβ4残基のC-5に帰属

標準糖との1H-NMRのシグナルパターンの一致から、それされるが、3'-SLの同位置のシグナル（δ77.84）
よりも若干

ぞれ3'-SL、 Neu5Ac（α2-6）Gal（β1-4）Glc（6'-SL）および

高磁場シフトしており、ここでも置換位置の隣接位置につGal（α1-4）Gal（β1-4）Glc（グロボトリオース, Gb33糖）と同いての13C-NMRの経験則に当てはまっていた。同オリゴ定された。

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ミルクオリゴ糖（乳中少糖）の比較生化学（X）

4．GM24糖および Gb33糖発見の意義

よって、ミルクオリゴ糖には種による多様性が予想以上に拡がっていることが再確認された。

構造決定されたオリゴ糖の中で、GM24糖とグロボトリ

これまでの著者らの一連の研究では、ヒツジ初乳中にオースはとくに注目される。GM 24糖と同一の構造をもつ

抗ウィルス活性の期待される3'-シアリルラクトースラクトンの糖鎖を結合したスフィンゴ糖脂質GM2は、ヒトやラットでは発見や5）、イヌ乳中に網膜や脳の発達に重要な無機硫酸

主に脳神経系に局在するGM1｛Gal（β1-3）GalNAc（β1-基の供与体としての硫酸化ラクトース（ラクトース-3'-O-硫

4）［Neu5Ac（α2-3）］Gal（β1-4）Glc-Cer｝の合成中間産酸）の発見6）、ウマ初乳中の新規なN-アセチルラクトサミン物である。GM1やGM2は、ガングリオ系列の糖脂質として

α1-二リン酸8）の発見およびクマ乳中にヒトには見出され分類されている。同4糖が遊離のオリゴ糖として、哺乳動ないABH抗原構造を有するオリゴ糖群の発見などの例

物の乳中に発見されたのは本研究が初めてである。

を紹介した9）。さらに、著者らのミルクオリゴ糖研究に関し前述したように多くのミルクオリゴ糖は、ラクト-N-テトラ
オース（Gal（β1-3）GlcNAc（β1-3）Gal（β1-4）Glc）、ラクト-ては、原著論文を概説した総説があるので13）-23）、興味のある方はさらに参考にしていただきたい。

N-ネオテトラオース（Gal（β1-4）GlcNAc（β1-3）Gal（β1-4）

今後、さらに新たなミルクオリゴ糖の発見などにより、泌

Glc）、ラクト-N-ヘキサオース（Gal（β1-3）GlcNAc（β1-3）

乳初期に限って乳中に出現するミルクオリゴ糖の存在意［Gal（β1-4）GlcNAc（β1-6）］Gal（β1-4）Glc）
あるいは ラ義が次第に明らかにされてくることが期待される。

クト-N-ネオヘキサオース（Gal（β1-4）GlcNAc（β1-3）［Gal（β1-4）GlcNAc（β1-6）］Gal（β1-4）Glc）
をコア骨格として参考文献

1）

おり 、哺乳動物細胞表層に存在するラクト系列、ネオラク
ト系列のスフィンゴ糖脂質糖鎖と構造的に近い。ラクト系

1）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 154, 13-21（1994）.
2）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 165, 15-20（1997）.

列やネオラクト系列の糖脂質は、上皮系や内皮系の細胞

3）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 167, 3-9（1998）.

表層にあることから、一般的にはミルクオリゴ糖は上皮や

4）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 173, 2-8（1999）.

内皮の糖鎖合成系と同一の生合成系によって合成され

5）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 175, 3-8（2000）.

ると考えられる。それに対しガングリオ系列の糖脂質は6）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 176, 18-21（2000）.

神経系に多い。バンドウイルカの初乳にGM24糖が発見

7）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 177, 11-16（2000）.

されたことは、バンドウイルカのミルクオリゴ糖生合成系
は、ラットやヒトにおける神経系の糖鎖合成系に類似していることが示唆される。すでに、クマのミルクオリゴ糖にはヒトのABO式血液型抗原に類似しているものが含まれることを示したが 9）、ミルクオリゴ糖は哺乳動物種により極めて固有の生合成系を反映することが再確認された。
また、グロボトリオースが遊離ミルクオリゴ糖として発見されたのも意義深い。これまで、ウシ、ヤギ、ヒツジ、クマ、
ハナグマなどの広範囲な種にGal（α1-3）Gal（β1-4）Glc（イソグロボトリオース）は発見されているが2）,3）,4）,9）、グロボ

8）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 183, 20-24（2002）.
9）齋藤忠夫, 浦島 匡, The Chemical Times, No. 184, 2-6（2002）.
10）Uemura,Y., S. Asakuma, T. Nakamura, I. Arai, M. Taki, T.
Urashima, Biochim. Biophys. Acta, 1725, 290-297（2005）.
11）Urashima, T., W.A. Bubb, T. Saito, M. Messer, Y. Tsuji, Y.
Taneda., Carbohydr. Res., 262, 173-184（1994）.
12）Newburg, D.S., S. Ashkenazi, T.G. Cleary, J. Infect. Dis., 166,
832-836（1992）.
13）浦島 匡, 齋藤忠夫, 化学と生物, 31, 80-82（1993）.
14）Messer, M., 浦島 匡, 化学と生物, 33, 816-824（1995）.
15）浦島 匡, 中村正, 齋藤忠夫, Milk Science, 46, 211-220（1997）.
16）齋藤忠夫, 浦島 匡, 化学と生物, 37, 401-403（1999）.

トリオースは見出されなかった。グロボトリオースを結合し17）浦島 匡, 齋藤忠夫, バイオサイエンスとインダストリー, 57, 619620（1999）.

たスフィンゴ糖脂質（Gb3）は上皮系細胞表層にあり、その

18）齋藤忠夫, 浦島 匡, 中村 正, 畜産の研究, 53, 1155-1160（1999）.

糖鎖部分は病原性大腸菌0-157H7の生産するベロ毒素19）齋藤忠夫, Milk Science, 48, 199-205（1999）.

のレセプターである12）。バンドウイルカの初乳に遊離のグロ

20）齋藤忠夫, 浦島 匡, 中村 正,シープジャパン, 33, 11-13（2000）.

ボトリオースが発見されたことは、同毒素が乳仔腸管の上皮に付着するのを防ぐ可溶性レセプターアナログとして機能している可能性を示唆するものである。これらの発見に

21）齋藤忠夫, 浦島 匡, 化学と生物, 38, 447-451（2000）.
22）齋藤忠夫, 乳業技術（創立50周年記念号）, 50, 38-57（2000）.
23）浦島 匡, 齋藤忠夫, 中村
195-202（2000）.

正, 荒井威吉, Milk Science, 49,

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

5

新しいフッ素化合物合成技術
An Entirely New Methodology for Synthesizing Perfluorinated compounds

旭硝子株式会社 中央研究所 主幹

岡添 隆

TAKASHI OKAZOE
Research Center, Asahi Glass Co., Ltd.

ルオロモノマーの合成と、PERFECT法による新しいペル

1．はじめにフルオロ化合物合成の原理について概観する。
「こんな分子構造のフッ素化合物があれば合成ビルディ
ングブロックとして使えるのに」そういったニーズはユーザー

2．直接フッ素化によるペルフルオロモノマー合成の皆さんからたびたびお聞きすることである。
分子構造中にフッ素原子を含む有機化合物は、ほか

F2を用いるフッ素化は、反応性の激しいFラジカル（F・）のものでは得られない材料特性や生物活性を示すことかが関与する反応である。この反応を制御する際に最も重ら、今日の高機能材料や医薬品などに欠かせないものと要なことは、反応熱を迅速に除去することである。Lagow

1）

なっていることが背景としてある 。しかしながら、フッ素化

らはペルフルオロ化された化合物などの不活性媒体中、合物は一般に高価で、入手できる化合物の種類も決して基質とF2の両方のフィードを厳密に制御しながら液相で反多くないために、ユーザーの皆さんのご要望に必ずしもお応を実施することによりこれを可能にした 2）。筆者らは、応えできていないのが現状ではなかろうか。

これを工業的に有用なフッ素樹脂モノマーの原料合成にでは、なぜ、フッ素化合物は高価で種類も多くないのであろうか？

まず、分子構造が比較的単純な、ペルフルオロ（プロピ

実は、工業的に実施できるフッ素化方法が限られていルビニルエーテル）［PPVE］
を直接フッ素化で合成しよう

ることと、フッ素化したあとの化合物の反応性に制約があと考えた。PPVEは半導体工業分野での需要が急速にることに起因しているのである。とくに、ペルフルオロ化合伸びている、耐熱性かつ耐薬品性で熱溶融成形可能な物による骨格形成反応には、工業的に利用できる反応がフッ素樹脂PFA（TFE／ペルフルオロアルキルビニルエー

あまりないうえ、フッ素化合物の反応が特殊で非常に限ら

テル共重合体）のモノマーである。

れている。

しかし、PPVEに対応する炭化水素化合物、プロピル

これに対し、「今日の有機合成化学の進歩をもってすれ

ビニルエーテルの二重結合を塩素化して保護した後Ｆ2とば、安定に存在できる通常の有機化合物であればどんな反応させたところ、反応基質の沸点が低いために気相で化合物でも合成できるのに」と考えていた筆者らは、ここの激しい分解反応が起こってしまいうまく行かなかった3）。

で発想を変えて、「それならいっそ、骨格合成を通常の有標的化合物をPPVEの前駆体である酸フルオリド（1）に機合成で行った後、あとから一気に炭素−水素結合を直変更してみた。対応する炭化水素構造はアルコール（2）接フッ素化できないか」と考えた。これが、直接フッ素化をである。これをまず、目的物である酸フルオリド（1）自身と応用して筆者らが開発した新しいペルフルオロ化合物合

反応させて半フッ素化エステル（3）としたのち、25℃でF2成法「PERFECT」に繋がった。

と反応させたところ、高収率で全フッ素化エステル（4）が本稿では、PERFECT法確立のきっかけとなったペルフ

6

適用しようと試みた。

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

得られた（図1）3）。

新しいフッ素化合物合成技術

まず、欲しいペルフルオロ化合物の骨格に対応する炭化水素構造をもつアルコール（I）
を酸フルオリド（II）と反応させて、部分フッ素化エステル（III）を合成する。次に部
分フッ素化エステル（III）
をフッ素ガスと反応させ、全フッ素化エステル（IV）を得る。最後に全フッ素化エステル（IV）
をフッ化ナトリウムまたはフッ化カリウム触媒の存在下で加熱することにより、エステル結合を分解し、目的物（V）
を

図1 PERFECT法によるPFA樹脂モノマーPPVEの合成得る。最初に用いた酸フルオリド（II）は蒸留で分離して回反応基質である炭化水素の分子をエステル化すること収する。ひとたび目的の酸フルオリド（V）が得られれば、によって大きくし、揮発性を低くしたことで気相での分解

これを
（II）
として用いて図1と同様のプロセスで増殖させ反応を抑制できたことがよい結果をもたらしたものと考えてることができる。

いる。得られた全フッ素化エステル（4）をフッ化ナトリウム
触媒の存在下に加熱すると、エステル結合が分解されてこのようにしてさまざまなペルフルオロアシルフルオリドが得られた4）。

2倍モルの目的物酸フルオリド（1）が得られた。得られたペルフルオロアシルフルオリドは、図1と同様にして二重結酸フルオリド（1）
は、最初エステル化に使用した酸フルオリ合を作り出すための前駆体となる。すなわち、重合する

ド（1）の1.8倍量であったことから、理論的に、プロセスのためのモノマーとすることができるので、フッ素化学におｎサイクルをｎ回繰り返すと、酸フルオリド（1）は1.8 倍に増殖

いてはとりわけ重要な化合物である。

することになる。したがって、この一連のプロセスは酸フル

また、PERFECT法を用いて、ペルフルオロスルホン酸のオリド（1）の増殖プロセスであると言える。我々はこのプような機能性構造を持った新しいペルフルオロ化合物を合

ロセスを、PERFluorination of Esterified Compound then

成することも可能である。たとえば、図2において、RH1に

Thermal elimination を略して、PERFECT法と呼んでいる。

スルホニルフルオリドを有する基質を用いることにより、RF1にスルホニルフルオリドを有するペルフルオロ化合物を合成

3．直接フッ素化による新しいフッ素化合物合成
3.1 さまざまなペルフルオロアシルフルオリドの合成
目的の酸フルオリドがあらかじめ入手可能でない場合には、目的物に対応する構造の炭化水素アルコール（I）

することができた5）。
3.2 ペルフルオロケトンの合成
同様に、二級アルコールからはペルフルオロケトンが得られる（図3）6）。

を入手可能な酸フルオリド（II）と反応させることから出発すればよい（図2）4）。

RH1, RH2 = 任意のアルキル基（エーテ
ル結合を含んでもよい）RF1, RF2 = RHの全てのC-H結合がCF結合に置き換わった基RF4 = 任意のペルフルオロ基

図3 PERFECT法によるペルフルオロケトンの合成

RH1=任意のアルキル基（エーテル結合を含んでもよい）
RF1= RH1の全てのC-H結合がC-F結合に置き換わった基RF4= 任意のペルフルオロ基

図2 PERFECT法によるペルフルオロアシルフルオリドの合成

二級アルコール（I）
として、合成したものを基質に用いることもできる。したがって、炭素骨格を自由にデザインしてペルフルオロケトンを作ることができる。

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

7

3.3 ペルフルオロジアシルフルオリドの合成
PERFECT法では、アシルフルオリドやケトンのような官能基を有するペルフルオロ化合物が合成されることが特③ いずれの工程においても有機溶媒を使用しない（フッ素化工程においては、目的物自体を溶媒とする）
ので、廃棄物が少ないプロセスである

徴である。このような官能基が複数ある化合物も、原料④ 反応の副生物は本質的に水素のみ（副生フッ化水素

アルコールの水酸基を同じ数だけ有するようにすれば合は電気分解でフッ素と水素に変換される）、という廃棄成可能である。

物が少ないプロセスである

たとえば、一級ジオールからはペルフルオロジアシルフル
7）オリドが得られる（図4） 。

以上のように、PERFECT法によって、有機合成で得られるさまざまなアルコールから、新しいペルフルオロ酸フルオ

ペルフルオロジアシルフルオリドは、その片方のアシル基リド、ペルフルオロケトン、ペルフルオロジアシルフルオリドがから重合基形成を行い、もう一方のアシル基はペルフルオ

得られるようになった。得られた化合物のアシル基やカル

ロカルボン酸としてフッ素系イオン交換樹脂のモノマーとす

ボニル基は、種々の官能基に変換することができる。ま8）

ることができる 。この目的に用いるペルフルオロジアシル

た、炭素-炭素結合形成にも使える。

フルオリドの従来の合成法では、発煙硫酸を用いて含ヨ

すなわち、これまでは入手困難であったペルフルオロ基

ウ素化合物を酸化する工程があったが、PERFECT法をを有する合成ビルディングブロックを作ることが可能になっ用いればこの工程を経ずに合成することができる。

たのである。
現在弊社では、PERFECT法を用いて新しい機能性材料を開発検討中である。

参考文献
1）日本学術振興会フッ素化学第155委員会 編、「フッ素化学入門
先端テクノロジーに果すフッ素化学の役割」、三共出版（2004）.
2）T. R. Bierschenk, T. Juhlke, H. Kawa, R. J. Lagow, US Patent
RH3=任意のアルキレン基（エーテル結合を含んでもよい）
RF3= RH3の全てのC-H結合がC-F結合に置き換わった基RF4= 任意のペルフルオロ基

図4 PERFECT法によるペルフルオロジアシルフルオリドの合成

5,093,432（1992）.
3）T. Okazoe, K. Watanabe, M. Itoh, D. Shirakawa, H. Murofushi,
H. Okamoto, S. Tatematsu, Adv. Synth. Catal. 343, 215（2001）4）T. Okazoe, K. Watanabe, M. Itoh, D. Shirakawa, S. Tatematsu, J.
Fluorine Chem. 112, 109（2001）.

4．おわりに

5）T. Okazoe, E. Murotani, K. Watanabe, M. Itoh, D. Shirakawa, K.
Kawahara, I. Kaneko, S. Tatematsu, J. Fluorine Chem., 125, 1695

PERFECT法の特徴をまとめると下記のようになる。
① 骨格形成を炭化水素化合物で行なうので、合成の自由度が飛躍的に向上し、新しい有用なフッ素化合物の創出が可能になる② フッ素化合物を原料とする既存の手法に比べ、炭化水素化合物を原料とするので安価に合成することが可能になる

8

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）（2004）.
6）T. Okazoe, K. Watanabe, M. Itoh, D. Shirakawa, H. Takagi, K.
Kawahara, S. Tatematsu, to be published.
7）T. Okazoe, K. Watanabe, M. Itoh, D. Shirakawa, K. Kawahara, S.
Tatematsu, J. Fluorine Chem., 126, 521-527（2005）.
8）M. Yamabe, S. Munekata, I. Kaneko, H. Ukihashi, J. Fluorine
Chem., 94, 65（1999）.

000000000

2-Chloro-4-nitrophenyl-4-galactopyranosylmaltoside(Gal-G2-CNP)を基質とした新しいアミラーゼおよび膵型アミラーゼ測定法
A new assay method for measurement of total and pancreatic amylase activity with 2Chloro-4-nitrophenyl-4-galactopyranosylmaltoside (Gal-G2-CNP) as a substrate

─シカリキッド-N AMYおよびシカリキッド-N p-AMYの基本性能評価─
─ Evaluation on basic performance of CicaLiquid-N AMY and CicaLiquid-N p-AMY ─

関東化学株式会社 ライフサイエンス部

高笠 信之

NOBUYUKI TAKAGASALife Science Dept. Kanto Chemical Co.,Inc.

り加水分解され、遊離した2-Chloro-4-nitrophenol（CNP）

1．緒言を直接計測することにより、P型およびS型の総活性（以下、α-アミラーゼ（AMY）（EC 3.2.1.1 α-1,4-glucan-4-

総AMY）を求めることができる。今回、本法の基本性能、

glucanohydrolase）
は膵臓、唾液腺に高濃度で存在する

検量用ERM「トレースキャリブ」
によるJSCC勧告法への校が、肝臓、肺、小腸、卵巣などにも分布しておりデンプン、

正効果および抗S型AMY阻害抗体を用いた同基質のPグリコーゲン等の多糖類のα-1,4-グリコシド結合を加水分

型AMY測定試薬である「シカリキッド-N p-AMY」（以下、解し、グルコース等を生成する。ヒト体液中のAMYには

P-AMY）について紹介する。

膵型（以下、P型）および唾液腺型（以下、S型）の2種類のアイソザイムが存在する。現在、異なる合成基質を用

2．測定原理いたいくつかの測定試薬が使用されているが、基質による反応性の違いから測定法間差が生じ、そのため基準

2.1 T-AMYの測定原理

範囲も方法により異なる等、施設間差縮小が困難となっ

T-AMYおよびP-AMYの測定原理を以下に示す。

ていた。一方において、適当な検量物質があれば、現基質であるGal-G2-CNPの構造を図1に示した。

在市販の基質についてはどの方法を用いても校正が可能であるとの報告もあり、早期の勧告法制定が望まれていた。1998年、国際臨床化学連合（IFCC）
より4,6Ethylidene-4-nitrophenyl-α-D-maltoheptaoside（Et-G7PNP）を基質とする勧告法が公表され、2004年には日本・常用酵素標準物質（常用ERM）Lot 004制定時において日本臨床検査標準協議会（JCCLS）がIFCC勧告法

図1 基質の構造

総AMY
Gal-G2-CNP

Gal-G2 + CNP

をJCCLS-標準操作法（SOP）
として認証した 1）。さらに

Gal-G2-CNPは総AMYにより加水分解され、CNPを遊2005年10月、同基質を用いた方法が日本臨床化学会

離する。このCNPの主波長400〜415nmにおける吸光度を

2）（JSCC）
より、勧告法 として承認された。これにより、各連続計測することにより、AMY活性を求めることができる。

合成基質を用いた方法は検量用ERM等を用いることにより校正可能となり、長年の懸案であったAMY測定における施設間差縮小の問題解決が期待される。
2-Chloro-4-nitrophenyl-4-galactopyranosylmaltoside

2.2 P-AMYの測定原理
第一試薬中の抗S型AMY抗体により、S型AMYが阻害される。残存したP型AMYを以下の反応により、測定する。

3）（Gal-G2-CNP） を基質に用いた「シカリキッド-N AMY」
（以下、T-AMY）
は共役系酵素を必要とせず、AMYによGal-G2-CNP

P型AMY
Gal-G2 + CNP

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

9

4.2 希釈直線性

3．試薬組成T-AMYおよびP-AMY共に直線性は約4,500U/Lまで認
T-AMYおよびP-AMYの試薬組成および反応液終濃められた（図2、3）。
相対％度は表1の通りである。
表1 試薬組成

T-AMY
第二試薬

反応液終濃度

50mmol/L, MES（pH 6.0, 37℃）

50mmol/L, MES（pH 6.0, 37℃）

49mmol/L

140mmol/L, KSCN

140mmol/L, KSCN

138mmol/L

5.0mmol/L, CaCl2

5.0mmol/L, CaCl2

4.9mmol/L

300mmol/L, NaCl

300mmol/L, NaCl

295mmol/L

10.6mmol/L, GalG2-CNP

2.6mmol/L

総AMY (U/L)

第一試薬

MES : 2-Morpholino ethane sulfonic acid

P-AMY
第二試薬

反応液終濃度

50mmol/L, MES（pH 6.0, 37℃）

50mmol/L, MES（pH 6.0, 37℃）

49mmol/L

140mmol/L, KSCN

140mmol/L, KSCN

138mmol/L

5.0mmol/L, CaCl2

5.0mmol/L, CaCl2

4.9mmol/L

300mmol/L, NaCl

300mmol/L, NaCl

295mmol/L

10.6mmol/L, GalG2-CNP

2.6mmol/L

図2 T-AMYの希釈直線性

20μg/mL, 抗ヒトS型アミラーゼマウス
モノクローナル抗体

相対％

第一試薬

P型AMY (U/L)

15μg/mL4．基本性能試験
4.1 同時再現性
T-AMYおよびP-AMYについて、3試料のn=30繰返測定を行った結果を表2、表3に示した。
表2 T-AMYの同時再現性 （単位：U/L）

n

MEAN

MAX

MIN

R

SD

CV（%）

血清１ 30

76.1

77

75

2

0.670

0.88

血清２ 30

84.7

86

83

3

0.862

1.02

血清３ 30

202.2

209

198

11 2.362

1.17

Sample

図3 P-AMYの希釈直線性

4.3 共存物質の影響
T-AMY、P-AMYについて共存物質の影響を調べた。
ヒトプール血清に干渉作用の可能性のある成分を10%添

表3 P-AMYの同時再現性 （単位：U/L）

n

MEAN

MAX

MIN

R

SD

CV（%）

加し、
最大添加濃度が以下の濃度になるように調製した。

血清１ 30

37.3

38

36

2

0.512

1.37

ヘモグロビン500mg/dL、抱合型ビリルビン20mg/dL、遊血清２ 30

43.3

44

42

2

0.512

1.18

離型ビリルビン20mg/dL、乳び2000ホルマジン濁度まで

血清３ 30

112.7

115

111

4

1.106

0.98

の影響については、ヒト生体色素成分による測定干渉作

Sample10

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

2-Chloro-4-nitrophenyl-4-galactopyranosylmaltoside(Gal-G2-CNP)を基質とした新しいアミラーゼおよび膵型アミラーゼ測定法

用確認試料である干渉チェック（シスメックス（株）製）
を

n=234、相関係数; r =0.996、直線回帰式;y=0.985x + 5.5

用い、アスコルビン酸50mg/dLまでの影響については純であった（図6）。

品（関東化学（株）特級）を用いた。その結果、いずれの4.4 反応タイムコース
生理食塩水、血清検体、尿検体のタイムコースを図4に示した。

T-AMY（U/L）

影響も認められなかった。

JSCC/JCCLS-SOP（U/L）
図6 T-AMYのJSCC/JCCLS-SOPとの相関

5．結語
本法は試薬調製を必要とせず、そのまま使用可能な無図4 反応タイムコース

調製試薬であり、測定原理は共役酵素を必要としない一次発色基質を用いたシンプルな反応系であることが特徴となっている。また、検量用ERMである「トレースキャリブ」

4.5 抗S型AMY阻害抗体阻害能を用いて検量すれば、上位のJSCC勧告法に校正するこ

P-AMYの抗S型AMY阻害抗体は、少なくとも7680U/Lのとが可能であることが証明された。このことから、本法はS型AMYを98%阻害可能であることが確認された（図5）。

JSCC標準化対応法試薬としての条件を満足する性能を有していると考えられる。したがって、学会等よりJSCC勧告法による基準範囲4）が提示されれば、それを本法に適用することが可能である。
以上のことから、本法は実用性に優れたJSCC標準化
対応法試薬と位置付けることが可能と思われる。

参考文献
1）JCCLS 認証委員会標準物質小委員会 WG: 酵素標準物 質（ERM）Lot004の設定概要,日本臨床検査標準協議会会誌別
刷,19:34-41,2004.
2）日本臨床化学会酵素・試薬専門委員会:ヒト血清中酵素活性測
図5 抗S型AMY阻害抗体阻害能定の勧告法 ―α-アミラーゼ―,臨床化学,34:350-361,2005.
3）Yoshitaka Morishita.et.al.:Total and pancreatic amylase measured
with 2-Chloro-4-nitrophenyl-4-O-β-D-galactopyranosylmaltoside,

4.6 JSCC/JCCLS-SOPとの相関
検量用ERM、トレースキャリブにより検量したT-AMY（y）のJSCC/JCCLS-SOP（x）との相関性試験の結果は、Clin.Chem,46:928-933,2000.
4）加藤隆則,他:JCCLS自動化法での基準範囲算出と標準化対応
法のトレーサビリティの確認-その1 T-AMY-,日本臨床検査自動化
学会会誌,28:353,2003.

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

11

新・私の古生物誌（2）
New Series of My Paleontological Notes (2)─ハイギョの進化古生物学─
─Evolutional Paleontology of Lungfish─
医学博士

福田 芳生

M.Dr. YOSHIO FUKUDA

ちらか一方の肺が退化消失しています。ハイギョの中で

1．はじめに最も有名なものは、なんと言っても前記のネオケラトダスで
熱帯地方の湖や河川には、ハイギョ（ラングフィッシュ）と呼ばれる奇妙な魚が生息しています。このグループは魚しょう（図２）。この魚は、東部オーストラリアのクィーンズラ
ンド州を流れるバーネット河（図３）に棲んでいます。

えら

鈍く光る銀緑色の鱗で全身くまなく覆い尽くされ、大き本来の鰓の他に、空気呼吸用の肺を持っています。

おびれ

そんなハイギョは水面への浮上が阻止されて、空気をなコイに似た外形をしています。でも、尾鰭は幅広のウナ

取り込むことができなくなると、たちまち窒息死してしまいま

ギのしっぽに近いと申せましょう。
身体の前方及び後方に、す。魚のくせに水中で窒息死するなんてと、意外な感じが

それぞれ1対のボートのオールにそっくりの鰭があります。

します。でも、本当の話なのです。
こんなハイギョの仲間は、今から4億1千万年前の古生代デボン紀初期に初めて姿を見せました。その姿が出現
a

当時とあまり変わっていないので、有名なシーラカンスと共に 生きている化石の代表 と目されています。今回は太古の魚の姿を留めたネオケラトダスを中心に据えて、ハイ
ギョの身体の仕組みとその進化について述べることにしbます。
図2. 生きている化石ネオケラトダス・フォルステリィ。aは全身骨格、bは銀緑色の鱗に覆われた全形。ボートのオールに似た肉厚の4枚の鰭、幅の広いウナギ型の尾が特徴である（E.ヤーヴィックによる）に く き る い

2．ハイギョは肉鰭類の仲間
さて、現生種のハイギョ、レピドシレン（図1a）やプロトプ
テルス（図1b）は左右1対の肺を備え、ネオケラトダスはどab

図1. 現生の2種類のハイギョ。aは南米に生息するレピドシレン、bはアフリカのプロトプテルス（P.ジャンビエールによる）

12

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

図3. ネオケラトダスの故郷。豊かな水流のあるバーネット河（A.ケンプによる）

新・私の古生物誌（2）ハイギョ の進化古生物学

この肉厚の鰭（図４）を持つ魚のグループを、特に肉鰭3．生きている化石ネオケラトダスの発見

類（にくきるい）と呼び、現生のハイギョはすべて、その仲間に入れられています。読者の皆さんは多分、同じハイ

1869年春のことです。オーストラリア東部に位置すギョでも、プロトプテルスやレピドシレンは細いムチ状の鰭るクィーンズランド州の牧場主ウィリアム・フォースター氏が所なのに、同じ肉鰭類と見なすのは、変だと思うのではな

用で州都タウンズビルに出張した折、暇を見つけて当地

いでしょうか。このムチ状の鰭は、以前持っていた肉厚の博物館に足を運びました。展示室には東部オーストラの鰭が退化したものなので、そのまま肉鰭類として分類

リア特産の動植物の標本が、所狭しと並べられています。

されているという訳です。

ところがどんなに探しても、自分の牧場近くを流れるバー

さて、本題のネオケラトダスは成体で１.5メートルもの大

ネット河の魚が見当たりません。いたく気分を害したフォー

きさになります。オーストラリアの魚類学者ケンプ博士によ

スター氏は「なんで俺の所の魚がいないんだ」と、博物館

ると、今迄に記録された最大の個体は1.7メートルもあったの研究員ジェラード・クレフト博士に文句を言いました。

そうです。口内にはシカの枝角型をした独特の歯板があります。

牧場主フォースター氏の主張する魚は体長1.5メートルほどあり、先述のように楕円形の銀緑色をした大きな鱗で全現在、ハイギョの仲間はアフリカ、南アメリカ、オーストラ

身を覆われ、ボートのオール形をした鰭が4枚もあるという

リアの３大陸に分布しています。それは、かつて大陸がパものです。この魚は俗にバーネットサーモンと呼ばれ、サンゲア（ギリシャ語で総ての陸地の意）と呼ばれる大きなケに似た赤い肉は適度に脂がのっていて、大変味が良塊であった証拠なのだそうです。

いのだそうです。
当初クレフト博士は、田舎者が何を言うかと思っていたのですが、フォースター氏の話を聞いているうちに、その魚にひどく興味を覚えました。そこで博士は「できるだけ早くバーネットサーモンを1匹送って下さい」、「フォースターさん、お宅が大発見したことを賭けてもいいですよ」と告げました。
暫くすると、重い木箱がクレフト博士の研究室に届きました。蓋を開けると、そこには3匹の大きなバーネットサー
モンの塩漬けが入っていました。魚を調べてみると、確かにボートのオールに似た鰭には、明瞭な厚い肉質の柄を認めることができました。
クレフト博士は「こりゃあバーネットサーモンが水中で四足動物のように、鰭で身体を支えていると考えざるを得ませんな」ということになりました。そして、肺で空気呼吸をしていることがはっきりしました。

4．肺から浮き袋が誕生した
ここで、肺と浮き袋の関係について少し説明しましょう。
読者の皆さんは多分、学校で浮き袋が血管を有するようになり、遂に肺になったのだと教わったのではないでしょうか。
最近の研究では、何と肺から浮き袋が誕生したと訂正されています。それは元々魚には肺があったのですが、
図4. ネオケラトダスの鰭と筋肉。図は左側しり鰭で、分厚い筋肉質の柄を持つことから、肉鰭類という名が起こった（G.C.ヤング他による）

海にくだって生活するようになると、空気呼吸を止めます。

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

13

そして、肺の内部に気体を貯留し、浮力を調整する浮き袋になったというものです。内部の気体というのは、空気に近い組成です。
ほとんど海にくだることの無かったハイギョでは、そのまま肺（図５）が残存したという訳です。このように考えると、肺はひどく原始的な器官と言えそうです。ブドウの房のよ
うな形をした肺胞は、分泌腺に似ています。発生学的に

abも唾液腺と同一の起源を有し、 肺は炭酸ガスの分泌器官なのだ とする生理学者の意見は、理にかなっていると申せましょう。
図6.
ハイギョの鰓。aはプロトプテル
スの鰓。矢印はひどく密度の低い鰓薄板。bは鰓薄板の部分を拡大して示す。cはボラの鰓。ハイギョと比べ、鰓薄板（矢c 印）の密度が桁違いに大きい。

ブラジルの約1億年前のサンタナ層から掘り出される魚の化石（図7）には、鰓（図8a）がちゃんと残っているのですから驚きです。なぜそんな事が起こったのでしょうか。
a

その一説に、海底に沈んだ魚の遺骸に細菌が取り付き、大繁殖します。その結果、酸素がすっかり消費され、腐敗が中断したからだというのがあります。

b
図5. ハイギョの肺。aはプロトプテルスの肺表面。網目状構造は肺の収縮に与る平滑筋の束。bは肺表面の一部拡大。

5．ハイギョの鰓と心臓

a

肺を主要な呼吸器官とするハイギョでは、鰓の方はどのようになっているのでしょうか。ハイギョの鰓は鰓薄板が減少し、ひどく退化的ですが、ちゃんと存在しています（図6a〜b）。魚は鰓を用いて水中でガス交換を行っています。
鰓薄板というのは、鰓の呼吸に関与する最も重要な部
分で、小型の舌状突起からなっています（図6c）。突起を包む呼吸上皮の下側に毛細血管が密に分布しています。
水に接する呼吸上皮の部分でガス交換を行います。鰓全体で数千枚にも達する鰓薄板がありますから、かなり精巧な呼吸装置ということになります。

14

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

b
図7. ブラジル大西洋岸のサンタナ層より産出した約1億年前の 魚類化石（a,b）。魚は海水魚で、いずれも立体的な形状を保っている。それらの鰓蓋の内側には、繊細な鰓が保存されている。

新・私の古生物誌（2）ハイギョ の進化古生物学

さて、本題のハイギョの鰓の方は、もっぱら炭酸ガスのついて、当時（19世紀後半）の学者は、魚類の歯である排泄に重点が置かれ、機能の点でも通常の魚の鰓（図のは確かであるにしても、その持ち主が一体どんな生活

8b）とはかなり異なります。心臓も独特なもので、肺から来を送っていたのか、さっぱり見当がつかなかったのです

た酸素に富んだ血液と、体循環を経た血液とが混ざらなから。

いように、大きな弁で双方を遮る仕組みになっています。

と言うのも、その独特な形をした歯板の所有者は、人類が出現する遙か以前に絶滅していて、現生種との繋がりが一切不明だったからです。
バーネットサーモンの口中を調べ、シカの枝角型をした歯板を初めて目にしたクロフト博士は、驚きのあまり呼吸が止まる程だったでしょう。かくして、バーネットサーモンは
今から約7千万年前の中生代末に姿を消したと固く信じられていた、ケラトダス「ラテン語で角歯魚の意味」の生き残りであることがはっきりしました。
くだんのバーネットサーモンは発見者のフォースター氏
aの功績を称えて、1870年にネオケラトダス・フォルステリィと命名されました。それは世紀の大発見として、動物学史に不滅の名を残すことになりました。その記念すべき日は、
クレフト博士が初めてバーネットサーモンを目にした、その1年後ということになります。

7．ネオケラトダスの生活史
ネオケラトダスは、水温が15から20℃、水深3から10メー
b
図8. 魚の鰓の化石。aは細かな鰓薄板（矢印）まで完全に保存されている鰓の化石の電子顕微鏡像。これが遙か1億年前のものとは到底思えない。b
は現生のボラの鰓。この写真と比較しても、少しも見劣りしない（aはD.M.マーティルによる）

トルほどの、かなり水量のある河川に生息しています。日中は物陰に潜んでじっとしていますが、夜間食物を求めて活発に動き回ります。
食物は年齢によって多少異なり、若い個体では昆虫の6．バーネットサーモンの正体判明する幼生、水草などを摂取し、成体になると、甲殻類や貝類が主体になります。成熟した雌のネオケラトダスは8月から

バーネットサーモンの最も重要な点は、上下の顎に合計4枚に及ぶシカの枝角を思わせるような形の歯板が存在することです（図9）。このシカの枝角型をした歯板に12月にかけて、直径0.5ミリメートル前後のピンポン玉のよ
うな卵を水草の根元に産み付けます。
その時、雄魚が放精し、受精卵になります。水底を掘り起こして、産卵床を造るといった特別な行動は一切ありません。産卵数は200個から時に600個というものまであり、数は一定していません。また、雌雄で卵を護ることもありません。時折、雄あるいは雌魚が産卵場所を訪れる程度です。
約30日で孵化し、その4週から6週後に腹部の卵黄は、すっかり吸収されてしまいます。この段階になって初めて、水底で餌を探し始めます。ネオケラトダスの稚魚はオタマ

図9. ネオケラトダスの歯板。図は下顎内側（E.ヤーヴィックによる）

ジャクシに似た姿をしています（図10）。

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

15

そして、数年後に成体に達します。最近ネオケラトダスの人工孵化に成功したそうですから、日本各地の水族館
で 生きている化石ネオケラトダス の姿が見られるのも、そう遠い将来ではないと思います。

abc
図10. 卵孵化後40日ほどのネオケラトダスの稚魚。体長1.5センチメートル前後ある。全体にオタマジャクシに似た姿をしている。
（A.ケンプによる）

8．ハイギョの歯板
ハイギョは水底に潜む貝類や甲殻類を見つけると、シカの枝角型をした歯板を用い、グシャリと噛み潰して呑み込んでしまいます。この歯板は、沢山の歯が融合して1枚の板になったものです。
さて、ネオケラトダスの御先祖ケラトダスの歯板は、モロッコのタオツにある今から約7千万年前の白亜紀末の地層から大量に産出します（図11a〜b,d〜e）。

de

図11. ケラトダスの歯板の化石。a〜bは小型のケラトダスのもの。長さ3セン
チメートルほど。cは現生のネオケラトダスの歯板。dは大形のケラトダスの歯板。長さ7センチメートル、厚さ1センチメートルほどある。eは歯板の裏側。化石は総てモロッコのタオツより産出した約7千万年前のもの（cはA.ケンプによる）化石は濃いアメ色をしています。それは化石化の過程
で、地層中の鉱物質が歯板に染み込んだためです。それを除けば、現生のネオケラトダスの歯板とほとんど見分
けがつかない程です（図11c）。かつてクレフト博士が、
バーネットサーモンの歯板を見て驚愕したのも当然だなという気持ちになりました。実物の持つ力というのは大変なものですね。
このケラトダスの歯板は、近頃日本にもかなり輸入されていますから、入手することが可能です（図12）。
オーストラリア産の化石化したケラトダスの歯板のなかには、硬質の貝殻を噛み潰した時に、歯の方が負けて、鋭い亀裂の入ったものがあります。以前、筆者はイギリス産の石炭紀後期（約3億年前）の代表的なハイギョ、サゲ

16

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.3
（通巻201号）

図12. 恐竜の歯と共に、日本で販売されているハイギョの歯板。写真中央の鋭い刻みのある三角形の化石がそれ。合計4点が認められる。

新・私の古生物誌（2）ハイギョ の進化古生物学

ノダスの歯板（図13a）をダイアモンドカッターで切断し、電9．ハイギョの進化

子顕微鏡で観察したことがあります。
きっと緻密な鉱物質の結晶からなっていると予想してい最古のハイギョは、デボン紀の極初期（4億1千万年前）たのですが、電子顕微鏡の画面に現れて来たのは、なんに登場したディアボレピス・スペラタスでしょう。それは1984と隙間の多い網目状の構造でした（図13c）。化石を手に年に中国雲南省の奥地から発見されたものです。残存す

した時、ひどく軽かったのは、その隙間のためだと分かりる箱形の頭部は長さ3センチメートルほどで、全長10センました。

チメートル未満の小型種です。
小さいとは言え、上下の顎の内側に明瞭な扇形の歯板を認めることができます。歯板表面には、円錐形の微小な突起が放射状に並んでいます（図14a〜b）。それらの突起は、それぞれ歯の先端部に相当しています。この事
a

実は、歯板の起源が多数の歯の融合したものであることを証明しています。

abc
図13. 石炭紀のハイギョ、サゲノダスの歯板。aは歯板全型。長さ3センチメー
トルほど。表面の稜が大変低いことが特徴。b〜cは電子顕微鏡像で、bは歯板表面、cは断面。写真上方が表面に当たり、全体にスポンジ
ケーキのような構造からなっていることが分かる

このスポンジケーキのような仕組みは、サゲノダスが硬いb

食物を噛み砕く際、歯板に加わる大きな圧力を吸収・拡散するための優れた構造と言うことができます。
私達の歯は、歯槽と呼ばれる顎骨の窪みの中に収まっています。そのため、食物を噛む時の衝撃が窪みの部分

図14. 最古のハイギョ、ディアボレピスの歯板。aは下顎内側の1対の歯板、bは歯板の1つを拡大して示す。歯板の長さは2センチメートルほどある（M.M.チャングとX.B.ユウによる）で吸収されます。もし歯槽が無ければ、物を噛むたびに前記の放射状に並んだ突起列は、次第に稜に変化し脳にビンビンと衝撃が来て、ゆっくり食事を楽しむことは難て行きます。このようなハイギョは総鰭類（そうきるい）オス

しいでしょう。

テオレピスの仲間から、ハイギョ型類（ディプノモルファ）
をサゲノダスの歯板表面を放射状に走る稜は、ケラトダス

経て、デボン紀初期に誕生しました。

に比べてかなり低く、全体に滑らかな感じがします（図ラテン語のディプノとは、重複呼吸という意味です。そ13a〜b）。そんなことから、サゲノダスはもっぱら水中のれは肺と鰓呼吸を指しています。もっとも、鰓の方はもっぱ

植物を食べていたのではないかとする意見があります。

ら炭酸ガスの排泄器官となっているので、訂正を要します。

雑食性のハイギョはいても、草食性のハイギョというのは

しかし、肺の未発達な稚魚の段階では、鰓呼吸に大きくどうでしょう。将来糞化石でも見つかれば、その分析か依存しているので、ディプノという用語は部分的に正しい

ら正しい答えが得られると思います。

と申せましょう。

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ハイギョ型類は分類学上、完全にハイギョの仲間という訳ではありません。総鰭類とハイギョ類の中間的なグループと理解して頂ければ結構です。総鰭類というのは、両生類に向かって進化の主流を歩み続けた魚のグループで、

a

その仲間にはシーラカンスやユーステノプテロンがいます。
ハイギョは独特の歯板を備え、骨が軟骨化するなど、特殊化が著しく、両生類への道から逸れたグループと考えられています。
ハイギョ型類のポウイキテス（図15a）やヤンゴレピス（図b15ｂ）では、上下の顎の前縁に鋭い円錐形の歯が生えています。それらの歯は扇形の歯板がほぼ完成の域に達したディアボレピスの段階になると、かなり小型化し、顎後方に移っています。この顎前縁の鋭い歯は、ハイギョ型類
が活発に水中を泳ぎ回り、獲物を発見するや、それを追跡し捕えるといった生活を送っていたことを示しています。

c

ところが、機能的な歯板を獲得したハイギョ、ディアボレ
ピスでは食性も変化したに違いありません（図15c）。積極的なプレディターとしての生活を止め、水底に潜む動きの鈍い貝類や甲殻類に栄養源を仰ぐことになったのではないで

図16. ケラトダスの先祖と目されているデボン紀後期のハイギョ、スカウメナキ
ア。aは復元されたスカウメナキア。bは全身骨格。cはスカウメナキアの化石（aはE.ヤーヴィック、bはR.クロティエールによる）しょうか。
このようなハイギョの仲間は、古生代デボン紀から中生代

体長は大きなものでは30センチメートル近くにもなります。

全期間を通して、当時の湖や河川で大いに繁栄しました。

身体の後方に帆のような形の大きな背鰭があり、尾の部
分にまで達しています。しっぽは独特な格好をしていて、上方がムチのように細長くなっています。下方は三角形の房状です。
この様に上下で形の異なるしっぽを指して、不等尾と呼びます。4本の鰭はボートのオールに似ています。スカウ
メナキアは、ゆっくりと水底表面を泳ぎ、獲物を探したでしcょう。大きな背鰭は身体の安定と方向転換に役立ったのではないでしょうか。このスカウメナキアの仲間から、中生

ba

代初めの三畳紀にケラトダスが誕生します（図17a, b）。それは今から約2億1千万年以前の事です。

図15. ハイギョの進化。a〜bはデボン紀初期のハイギョ型類。aはポウイキテ
ス、bはヤンゴレピスの口蓋側。cは最古のハイギョ、ディアボレピスのもの。歯板が完成に向かうに従い、顎前方の歯が小型化し歯列も内側に後退する（P.ジャンビエールによる）

10．ハイギョ、ケラトダスの出現
ケラトダスの先祖は、カナダのデボン紀後期（約3億7千ab万年前）の地層から発掘されたスカウメナキアでしょう（図16）。このスカウメナキアという学名は、ケベック州のスカウ
メナック湾に化石層があることに由来しています。

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図17. ハイギョ、ケラトダスの歯板。aはタイの三畳紀産のハイギョ、ケラトダ
ス・スゼチュアエンシスのもの。歯板の大きさは2センチメートルほどある。
bはマダガスカル島の三畳紀産のハイギョ、ケラトダス・ヒスロビアヌスのもの。歯板の大きさは5センチメートル前後ある（M.マルチンによる）

新・私の古生物誌（2）ハイギョ の進化古生物学

11．現在、北米大陸にハイギョがいない理由

12．ハイギョの巣穴

ケラトダスは中生代に最も繁栄したハイギョのグループで、

今日、アフリカや南米の湖や河川に生息しているハイ

化石はヨーロッパ、アフリカ、アジア、新大陸、オーストラリ

ギョ、プロトプテルスやレピドシレンは、雨季が終わって次アなど、世界各地から続々と発見されています（図18）。

第に日射しが強くなり、水位が下がり始めると、水底の硬い粘土層を根気よく噛み砕き、深さ1メートルほどの円筒状をした巣穴を造ります。その際、泥屑は口から水を噴出して吹き飛ばしたり、口中に含んで外に捨てられます。
巣穴に入ったハイギョは、皮膚に分布する大形の分泌腺（図20）から放出した粘液で泥の細粒を固めて、丈夫
な まゆ を形成します（図21a）。
ハイギョは身体を丸めて頭部を上方に向け、 まゆ の図18. 北米カンサス州の白亜紀前期の地層より産出したハイギョ、ケラトダス・フラツェリィの1対の歯板（J.I.カークランドによる）中に籠もります（図21b）。そして、再び雨季が巡って来るまで、じっと辛抱強く待ちます。この まゆ の上方に小さ今から約1億2千万年前の白亜紀前期に、ケラトダスのな孔が開いているので、内部の魚が窒息死することは少数のグループが、遂に海に進出することに成功しました。

ありません。このようなハイギョの習性を、夏眠と呼びます。

かんすいいきしかし、生活場所が河口付近の鹹水域といった狭い場所に限られていたため、大きな勢力になり得ませんでした。
さて、新大陸南米の河川にはレピドシレンと呼ばれるハイギョが生息していますが、今日北米には全くハイギョの仲間を目にする事ができません。それは中生代白亜紀（今から1億4千5百万年前）になると、北米大陸の河川に肉食性の凶暴な硬鱗魚（アミアやオステオステウス図19の仲間）が勢力を増して来ました。

図20. アフリカ産のハイギョ、プロトプテルスの表皮断面。矢印は大形の粘液腺。写真左側が水に接する表面に当たる。

図19. ワニのような口をしたオステオステウスの化石。体長50センチメートル近くある。

そこへカメやワニが加わってハイギョを圧迫したため、今から約9千万年前の白亜紀後期（セノマニアン）に至って完全に姿を消し、それが今日まで続いているという訳です。
更にハイギョの生息し易い沼地が減少したことも、絶滅に追い打ちをかけました。このようにして見ると、オーストラリアのバーネット河にネオケラトダスが存続し得たのは、天敵がいなかったこと、生息域の環境が長期に亘って安定していたことが挙げられます。

ab

図21. 夏眠するハイギョ、プロトプテルス。aは巣穴の底にある丈夫な泥製のまゆ 、bは まゆ を破壊して、内部の魚を示す（A.G.ジョーネルスと
G.S.O.スベンソンによる）

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見したからです（図22b〜d）。グナトリーザは夏眠時に、プ

13．巣穴の化石

ロトプテルスと同様な姿勢を取っていたことが分かりました。
夏眠を行うハイギョは、今から約3億年前の石炭紀末地層の堆積状況を丁寧に観察したローマーとオルソン

頃に初めて出現します。世界的な規模で乾燥した気候

両博士は、今から約2億8千万年前に、その場所が大洪の続く二畳紀になると、ハイギョの巣穴の化石はかなり水に見舞われたことを知りました。

増加して来ます。この巣穴の化石は、絶滅動物の古生

恐らく、巣穴のグナトリーザは夏眠をむさぼっている間に、態を示すものですから、重要な生痕化石の１つに数えら

洪水により押し流されて来た大量の砂泥が巣穴の上に堆れています。

積し、生き埋めになったのでしょう。もし、泥柱の内部にグ化石化したハイギョの巣穴は、北米テキサス州中央部

ナトリーザの遺骸が保存されていなければ、正体不明のの北寄りにある、ウィルバーガー郡の二畳紀初期（約2億8

大形生痕化石として片づけられてしまい、 ハイギョの巣

千万年前）のアロヨ層では、かなり普遍的な化石となって穴の化石 として世に出るチャンスは永久に無かったと思います。それは風化した露頭の泥岩層中に顔を出していいます。

る、直径10から15センチメートル、高さ30から40センチメー
トルに及ぶ円筒形の泥の塊です（図22a）。

これは本当にあった話ですが、前記の泥柱を指してかつて水辺に生えていた植物の痕跡に違いないと、本気でこの奇妙な泥柱の列がハイギョの巣穴と判明したのは、考えた古生物学者もいたのですから。筆者の経験からし1954年のことです。北米の著名な古脊椎動物学者ローても、植物の幹が腐って空洞になり、そこに泥が侵入してマーとオルソン両博士が、問題の泥柱を切断して細かく調固結すれば、ハイギョの巣穴そっくりの泥柱が完成します。

べ、遂に当時のハイギョ、グナトリーザ・セラタの遺骸を発この例は研究者に、常に綿密な観察が大切なことを示し
ています。

a

b

c

d

図22. 初めて学会に報告されたハイギョの巣穴の化石。aは北米テキサス州の二畳紀初期（約2億8千万年前）の地層面に顔を覗かせる泥柱。内部にハイギョ、グナ
トリーザの骨格が保存されていたことから、その正体が判明した。bは巣穴内部のグナトリーザの尾部。cはグナトリーザの頭骨背面。長さ10センチメートルほど。dは頭骨の復元図。側面を示す。
（aはA.S.ローマーとE.C.オルソンより作図、c〜dはD.S.バーマンによる）

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新・私の古生物誌（2）ハイギョ の進化古生物学

14．巣穴の断面を顕微鏡で調べる
ハイギョの生痕化石に関する研究は、その後も続けられ、1989年テキサス州ミッドウェスタン大学に所属する古生物学者ダルクェスト博士らのグループは、グナトリーザの巣穴（図23a）の横断標本を作製し、顕微鏡やX 線装置を用いて念入りに観察しました。
顕微鏡写真を検討したダルクェスト博士は、多数の厚手の鱗がグナトリーザの骨格をぐるりと取り巻いていることに気付きました（図23b）。

a

鱗は現生のレピドシレンのものによく似ています。そのことから、ダルクェスト博士はグナトリーザがレピドシレンと同様、ムチ状の鰭を持っていた可能性が高いとみなしています。このグナトリーザの歯板を詳細に調べたカリフォルニ
ア大学のバーマン博士は、稜が鋭いブレード状になっている点に注目し、グナトリーザが恐るべき肉食魚であったと考えています。それが事実とすれば、時に他の魚を捕えて食べたのかもしれません。

b

ところで、ケラトダスはなぜ巣穴を造らなかったのでしょうか。それは、ケラトダスが季節に変わりなく、常に豊富な水流に恵まれた河川に生息していたので、夏眠の必要が無かったからだとする説が広く信じられています。

図23. ハイギョの巣穴の化石。aは北米テキサス州の二畳紀初期のハイギョ、
グナトリーザの巣穴。激しい風化により、泥柱が地層より完全に露出している。bは巣穴の横断面。この横断面を顕微鏡やX線で調べることにより、多くの情報を得ることができる。写真の巣穴は直径10センチメート
ルほどあり、骨格の周囲に細かな鱗が認められる（W.W.ダルクェスト他による）

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（14）ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウス
Scientists and Engineers in German Stamps (14). Johann Carl Friedrich Gauss

筑波大学名誉教授

原田馨

KAORU HARADA
Professor Emeritus,University of Tsukuba.

ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウス
ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウス（Johann Carl Friedrich
Gauss, 1777-1855）
ドイツの数学者、物理学者、天文学者。
ガウスはブラウンシュヴァイク
（Braunschweig）の貧しい職人の家に生まれた。幼少の頃から神童の誉れ高く、アルキメデス、
ニュートンと共に人類が生んだ3大数学者の一人とされた。子供の頃から数学と言語に非凡な才能を持っていることが認められ、ブラウンシュヴァイク公フェルディナンドから奨学金を与えられ、ギムナジウム及びゲッチンゲン大学へと勉学を続けることができた。幼少の頃、小学校で教師が1から100までの数字を順次加えると総計いくらになるかと云う算数の問題を出すと、ガウスはC. F. ガウス死亡100年記念切手1955年西ドイツ発行。

直ちに独特の算法を発案し、その答えは101 x 50 = 5050であると暗算で答えた話はよく知られている。
最初の数学的理学的研究は、測定に関する「最小二乗法」
及び「小惑星セレスの再発見」であった。定規とコンパスによる正17角形の作図、楕円函数の二重周期性、代数学の基本定
理の証明、整数論などが発表された。研究の成果は必ずしも公表されなかった。公表されなかった研究には、超幾何級数
複素関数論、非ユークリット幾何学、曲面論、ポテンシャル論などがある。ガウスは電 磁 気 学の 研 究をW. E. ウエ バー（Wilhelm Edward Weber, 1804-1891）
と共に行い、はじめてゲッチンゲン市内での電信による実用的通信に成功した。ガウスとW. E. ウエバーの記念碑がゲッチンゲン市のニコライ通りとガイスマー通りの間の広場にある。それは座ったガウスの右後にウエバーが寄りそっている像である。ついでながらウエバー
は、1837年のゲッチンゲン7教授事件で、大学を追放された7人の教授の内の一人であった。リベラルな立ち場のウエバーが新しく発布された法律に反対したが、他の6人と同じように市民

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（14）ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウスの後援があり、1849年ゲッチンゲン大学へ帰り、ガウスといる人がいた。話しかけると彼はアメリカの大学の数学の共に電磁気学の研究を続けた。

先生であった。アメリカからわざわざブラウンシュヴァイクまガウスの住んでいた家が市内に2軒、更に天文台を加でご苦労さまと云うと、彼は「日本の化学者が数学者のえて計3軒あり、夫々の家に記念板が掲げられている。

記念碑を見るためにわざわざブラウンシュヴァイクに来る方

彼の墓は市内のアルバニ墓地にあり、立派なよく手入れが珍しいのではないか？」と云われ、互いに楽しい気分にされた高い墓石で、上部にガウスの右向きのブロンズのなった。この記念碑へ来る道の途中にガウスの生家の跡

丸いレリーフがはめ込まれている。ウエバーの墓は市のを示す記念板があった。

中心から少し北にある市営墓地（シュタット墓地）にある。

ナポレオン戦争でブラウンシュヴァイク公が死亡し、ガウスはウエバーの墓地は物理学者M. ボルンと法学者イエーリ

パトロンを失ったが、アレキサンダー・フンボルトがガウスをゲッ

ングの墓地の間にある。

チンゲン大学の天文台長に推薦したことにより安定した研ブラウンシュヴァイクのガウスの立像を訪ね、小さな丘を究場所を得、その後多くの研究を成し遂げることができた。

上がったり下ったりしていると、同じようにあたりを散歩して※本稿に掲載の写真は、全て著者の撮影によるものである。

ゲッチンゲン市内のアルバニ墓地にあるガウスの墓。この墓地は天文台に近い。

若きガウス像と直角定規とコンパスのみで画かれた正17角形を画いた切手。正17角形は円に内接している。 1977年DDR発行。

数学者、物理学者、地球学者、天文学者であるガウスが生まれたブラ
ウンシュヴァイクの生地には記念板が掲げられている。

ゲッチンゲン大学の天文台はガウスのための研究所となった。ハノファ出身でイギリスで活躍した天文学者ヴィルヘルム・ヘルシェ
ルの磨いた金属製凹面望遠鏡が天文台に保存されていたが、残念ながら盗難により失われた。木製の望遠鏡の部分は残っている。

ガウスの墓から直線で15mほど離れた場所にヨハン・フリードリッヒ・グメリン（1748-1804）の墓がある。 このグメリンは無機ハンドブックのレ
オポルド・グメリンの父であり、ゲッチンゲン大学の最初の化学教授であった。

ブラウンシュヴァイクの近くの丘の上に実験するガウスの立派なブロンズ像が建っている。 この像は酸性雨による風化が甚しい。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（14）ヨハン・カルル・フリードリッヒ・ガウス

ガウスの名はドイツでよく知られている。 ユーロの設立により廃止されたドイツ・マルク
（DM）
のうち最も
よく使用されたのが10M紙幣でありガウスの肖像が印刷されていた。

ゲッチンゲン大学天文台の小講義室に、ガウスとウエバーの協同研究を記念して二人を画いた美しい肖像画
が、掲げられている。

ゲッチン ゲンに「ガウス 薬 局（Gauss Apotheke）」という名の薬局がある。

ガウス薬局で「ガウス・ガイスト」
を
買う筆者。

液体の胃薬
「ガウス・ガイスト」の小さなビンに貼られたラベル。

ゲッチンゲン大学天文台の一階の講義室には約15号ほどのC・F・ガウス（左）とW・
F・ウエバー（右）の肖像が掲げられている。室内は絵を保護するために暗く保たれている。若いガウス像は２階の小展示室にも掲げられている。

編

表紙写真

集

後

記

コバイケイソウ（小梅恵草）
ユリ科シュロソウ属

新緑爽快であった若葉達も入梅の雨に料整理を兼ねて最近の１００号を製本して本州中部以北の高山帯に群れるこのコ

洗われ、一際緑が深まる時節となりました。

残すよう企画しておりましたが、保管や閲

ケミカルタイムスも55年の時の流れを重覧の利便性からｐｄｆファイルにして保存す

ね、今年4月に２００号を迎えました。化学

ることとなりました。読者の皆様には、ご分野にあっても、技術革新の前線から豊要望に応じて適宜バックナンバーをご提供

かに降り注ぐ雨滴を受けて、つつがなく申し上げてまいりましたが、引き続き継続

今日を迎えることができましたことに感謝できることとなりましたのでご用命のほどおの念を深めております。編集室では、資待ち申し上げます。

バイケイソウは、1ｍ程に育つものもある
大柄な花です。緑鮮やかな草葉からそびえる白い大きなガンマイクか、ブラシを連想させるような花は、独特な形と力強さで非常に印象深いものです。また、理由は定かではありませんが、何年かの周期で大群落を作ることがあり、その最盛期の累々と続く白い群れは周囲を圧倒する豪華さです。

（写真・文

北原）

C K

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編集責任者 古藤 薫
平成18年7月1日 発行