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一一−一万字一

Ｆｏ−ｒ一四＝〃盃〃
Fd−両＊4［訳注]ここでの議論はおもに，エネルギー↑「今月のキーワード｣(p.82)参照。の比較的大きな8Bニュートリノのことをいっている。エネルギーの低いppニュートリノなどの場合は，事情が異なると考えられる。
＊5 ［訳注]このMSW効果の発見により太陽ニユートリノの研究が非常に活発になったが，その研究の行き着いた先は 混合角は大きかったという皮肉な結末に終わった。

リノのエネルギーに依存する｡ニュートリノが最終的に太陽から出るとき，フレーバー状態のコヒーレントな重ね細胞膜が破れない理由

合わせは， よい近似で'つの質量固有状態になっていて，地球への旅の途中チャールズ°デイの真空中では振動を起こさない*4o△加2の重さの2乗差がある2つの質量

好村滋行訳

固有状態のうち重い方は,大ざっぱにExperimentsinvestigatetheBehaviorofPoresinArtificiaiVesicles

いって3つのすべてのフレーバーが同CharlesDay程度に重ね合わさった状態だというこ

PhysicsTodayVo1.56No.5@2003AmericanlnstituteofPhysicsとがわかっているoこのMSW効果はもともと，どうやって小さな混合角が太陽ニュートリノの大きな欠損を引き起こすかを説明するために導入された*5。

21世紀の実験技術が19世紀の理論と｢私は,われわれカムランドの最初の結び付き，細胞膜が破られたときにどう観点でも，線張力が実際に役割を果

観測結果は発見なのか,あるいはみんのようにふるまうかが研究されていたしていると考えられる理由がある。

なが正しいと信じていたことの確認にる。

たとえばニューロンは，膜に包まれた細胞膜がどのように機能するかとい神経伝達物質のパケット("シナブテイすぎないのかとよく聞かれる｡｣米国グ
ある意味で，単純なバクテリアはシャックベシクル"とよばれる)を交換するあるグラッタ(GiorgioGratta,スタン

ボン玉に似ている。どちらも流体からことによって交信する。ベシクルはシフォード大学)はいう。「私は，この状成り，別の流体の薄膜に包まれていナプスを通って移動した後，どうにか況を,9世紀に初めて実験室で線スペる。しかし，それぞれの構造に穴をあして標的のニューロンと融合し，ベシクトルがつくられたときと対比したい。

けてみると，違い力覗れる。すなわち，クルの中身を伝達する。膜どうしが融ループのもう1人のスポークスマンでフラウンホーファー(J.vonFraun‑

シャボン玉は破裂するが，バクテリア合するには，そのメカニズムがどうでhofer)は，太陽のスペクトルの中に線の単細胞の穴はふさがる。この違いのあるにせよ，ベシクルとニューロンのがあることをすでに発見していた。し起源は，表面張力と線張力iの競合に両方の膜に穴が形成されなければならかし，それを地上で再現するまではある。後者は前者の1次元版であるない。

それは星の世界だけで生じている何かが， まだあまりよく知られていない。

であるという以上のことはわからなかった。」

参考文献

1)K.Eguchiet"(Kamlandcollaboration)
Phys.Rev.Lett.90,021802(2003).
2)J､Bahcal1,M,Gonzalez‑Garcia,C.Pefia‑Garay
J.HighEnergyPhys.02,009(2003) .

54

しかし，細胞融合や膜で起こるほか線張力は，穴の縁で分子が再配列の過程に対して，線張力がどのようなする必要があるときに生じる。この再影響を及ぼすかを見る前に， まず線張配列でエネルギー的には損をするが，力を測定しなければいけない。そして，分子は縁を強制的に短縮させることにそれは難しいのだ。線張力は微弱であよって，これを実現している。エネルるだけではなく，瞬間的かつ小さなスギーの損を担っている分子の割合はごケールでしか働かない。水中において，くわずかなので，ほとんどの場合で線数マイクロメートルの大きさの穴は，張力は微弱である。シャボン玉では，数ミリ秒で閉じてしまう。

線張力より表面張力の方が勝ってい過去数年間に，フランスのパリにある。しかし，細胞膜は内側と外側からるキュリー研究所のブロシャールーヴ

等しい圧力を感じているため，線張力イアール(FrangoiseBrochardWyart)の方がより大きな力となる。と彼女の共同研究者らは，人工ベシク

パリティVol.18No.102003‑10

~ＦＵゴLIr

ルにおける穴の形成を観察して理解すEる方法を開発してきた。彼女たちの最新の研究では，穴の縁に分子力珈えられたときに，線張力がどのように変化するかが調べられたl)o
彼女らの結果は， 1世紀以上も前にギブス(JWillardGibbs)によって導かれた熱力学公式と一致する。ブロシャールーヴィァールが指摘しているよう<図1＞細胞膜の穴の模式図

穴の縁において，脂質分子の親水性頭部は，膜面のそれ以外の部分と比較して，むりやり引き離されてい玩る。このような分子の配置にはエネルギーがともなうため，線張力鬼が生じる。線張力は表面張力yに逆らって，穴を閉じようとする。(Adaptedfromref.4.)に， このような法則は普遍的であるため，特定の構造の原子レベルのモデル

速すぎてビデオで観察することができもつ多層膜ベシクルができる。しかし，ない｡4年前にブロシャールーヴイア

細胞膜の力学的性質は，その主成分隙間に10Hz程度の交流電場を加える

ールと彼女の共同研究者は，ベシクルである脂質分子によって決まっていと，このような問題が防げる。誰もな

内外の溶液の粘性を高くすれば，ダイる。脂質は親水性の頭部と疎水性のぜかわからないが，結果として，実験ナミクスが遅くなることに気づいた。

尾部から成る。疎水性尾部を細胞内に適切なサイズ(直径10〜100"m)の水にシロップ状のグリセロールを加え外の水から遠ざけるために，脂質は22重膜ベシクルが形成される。

ると，数ミリ秒の過程が数秒の過程には，穴のダイナミクスについて多くをル化して解析することによって，穴の簡単のために，ブロシャールーヴイア知ることはできない。ベシクルをぴんールと彼女の共同研究者らは,DOPCと張った状態にするため，実験家は光半径が小さくなる速度と穴の半径が比例することを発見した。簡単な物理的とよばれる純粋な人工脂質から成るベを用いる。なぜ光が表面張力を生み出考察から比例係数を求めることがでシクルを扱った。ベシクルをつくるたすのか明らかではないが，その結果はめに， この研究グループは"エレクト明瞭に観察できる。光を強く照射する

ロフオーメーション とよばれる技術とベシクルの膜は膨らむ。やがて膜のき，その中の唯一の未知数は線張力である。したがって，穴の半径の対数を時間に対してプロットすれば，その傾を用いた。まず溶媒に溶かした脂質波打ちが止まり，ベシクルは最終的にきから線張力が求まる。DOPCベシクを， 2枚の導電性の表面に厚く塗りつ球形になる。

ルに対して，研究グループは15pNとける。脂質が乾燥した後， 2枚の表面さらに強く光を照射すると，膜は穴を1mm以内に接近させ，水が主成分が開くまで引っ張られる。ベシクルのの混合液でその隙間を満たす。

内側に閉じ込められていた水が，広がいう値を導出した2)。
EJ,ウィラード･ギブス

すると2枚の脂質のコーティングはった穴を通過して外側に出ていくにし線張力は，自発曲率とよばれる量を用膨潤し，小さな膨らみになる。膨らみたがって，膜の内側の圧力は低下すいて考えることができる。この用語は，は隙間で成長し，やがて互いに接触する。それにともなって，表面張力も低る。膨らみが合体すると，脂質分子が下する。表面張力がゼロに近づくと，たとえば脂質のような，親水性の末端と疎水性の末端を兼ね備えた分子，す表面からはがれ，溶液を内側に取り込今度は線張力の作用によって穴が閉じんだ状態で自発的にベシクルを形成する。この過程をく図1＞に示す。

なわち両親媒性分子に対して用いられる。正の自発曲率をもつ分子は，水溶55

パリティVoI.18No.102003‑10

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やその他の分子を含んでいる｡しかし昌のグループは，ビデオデータをデジタ■る。単にその1つに穴をあけるだけで丘

実際の細胞膜は特異的なタンパク質■になった。ブロシャールーヴィアール

Ｆのクラゲのように溶液中を漂ってい■変化し，顕微鏡下で映像化できるよう■できたばかりのベシクルは，海水中重膜を形成し，その表面は親水性の頭部で覆われている〈図1>・§臣には数日かかり, II幅広いサイズ分布を圏人エベシクル■

穴の開閉が水中で起こる場合には，■る。何も手を加えなければ，この過程はそれに従うべきなのだ。

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■L三である。このような普遍的公式は， もⅢ叩川

０２

しも適用可能であれば，同様な系全般のふるまいをモデル化または予測する

５１﹄

１ＣＣＭに，ブロシャールーヴイアールとカラロ

５

1次元のギブスの吸着式を試すため

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０１︵ 三 ｓ 偶 蝋 籠のにたいへん有用であるに違いない。

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0CO20．06のピュエッシュ(Pierre‑HenriPuech) ,耶

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0テキン(ErdemKaratekin),大学院生
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ポルギ(NicolasBorghi)らは, "Tween

濃度（mM）
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度を変えて, DOPCベシクルの線張力を測定した。現在のところ，実験装置

Ｏ８Ｏ６、
Ｏ２０010の温度を変化させることができないの

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２ ０１ １20"とよばれる工業用の合成洗剤の濃Ⅲ−2で，彼らは等温線を1本だけ測定した。
10−1Tween20分子は正の自発曲率をもっている。そのような分子は親水性頭濃度（mM）

部力猟水性尾部よりも大きく，小さな円錐形に対応させることができる。膜<図2＞穴の縁における線張力の縁で脂質の親水性頭部はむりやり引

Tween20洗剤分子の濃度が, 3つの臨界値C", C**, CMC(臨界ミセル濃度)を通って上昇するにしたがい，穴の縁における線張力は3つの領域に分かれて減少する。上のグラフにおいて，2つの軸は線形であき離されているため， くさび型の隙間る。下のグラフにおいて，濃度軸は対数的にとっている。(Adaptedfromrefl.)

ができてしまう。そこに活性剤分子がぴたりとはまる。隙間を埋めることによって，活性剤分子は分子間のひずみ液中で親水性の末端を外側に向けたることの効果が，ギブスの吸着式を連を緩和し，それにともなって線張力も曲面を形成する。負の自発曲率をもつ想させる点にある。この式は，溶液の低下する。

分子は，逆向きの曲面を形成する。

表面張力γと溶質のバルク濃度cをさまざまな活性剤分子濃度の ﾄで穴表面過剰量rsと結びつけるものであの開閉を観察した結果をく図2>に示

脂質はほとんど自発曲率をもたなる。すなわち，ギブスの吸着式はす。そこには， 3つの異なる領域が存

Ib=､"T)‑1』LdlnC在する。領域Iにおいて，活性剤分子疑問に答えようとした。この問題は少で与えられる。ここでルはボルツマン吸着する。より多くの分子が吸着すれい。異なる自発曲率の値をもつ分子を加えて，線張力を変化させることは可能だろうか？

パリのグループはこのはむき出しになった穴の縁に選択的になくとも2つの理由で興味深い。まず

定数,Tは周囲の温度である。一定温

ばするほど，線張力は減少する。その第1に，分子を添加して線張力を低下

度におけるrsとγの関係は"等温線とき，線張力は1次元のギブスの式にさせることは，生物学的なプロセスにとよばれる。

従って対数的に低下する。〈図2>の下とって重要であるかもしれないからだ。

ブロシャールーヴイアールは，膜のたとえば遺伝子治療において，健全な縁における吸着が 上の公式の 次元側の片対数プロットの傾きから, rLは約2nm‑1であることがわかる。

DNAを細胞膜の中へ送り込むことが版で支配される可能性に気づいた。こブロシャールーヴィァールがC*と定容易になるかもしれない。

れは， γを線張力定で，またrsを線過剰量rLでそれぞれ置き換えたもの

義した臨界濃度で，線張力の減少が第2の理由は，穴の縁に分子を加えパリティVol,18No.102003‑10Ｅドョ２３56停止する。これより先の2番目の領域ー｡

畠Ｈ
実験を行った4)。コレステロールのお値を境にして，活性剤分子はミセルとでは，どんなに活性剤を加えても，分子は穴の縁ではなく膜面に吸着する。

よばれる球状構造に集合するようになもな生物学的役割は膜の硬さを増大

活性剤濃度が2番目の臨界濃度C**る。ミセルはベシクルも溶かし込む。

させることであり，負の自発曲率をもに達するまで，線張力は一定のままで線張力がギブスの吸着式に従うことつ。コレステロールを加えると線張力ある。2番目の臨界濃度から，線張力を示してから，ブロシャールーヴィアは逆に増加したが，このことはギブスは再び対数的減少を示し始めるが，こールはその式を用いて,Tween20分も予測したに違いない。の領域ではより急激に減少する。領域

子，個の吸着エネルギーを計算した。

111で, rLは約9nm‑1である。ブロシ

得られた値は12ル?､で， 3年前にスイャールーヴィアールは,CがC**を超え

スのバーゼル大学のへールクロッツ

参考文献

ると，活性剤分子が再び縁に吸着し始(HeikoHeerklotz)とゼーリヒ(Joachim1)P H. Puech, N. Borghi,E.Karatekin, F.

めると推測した。ただし，それは分子Seelig)が熱測定で求めた値と同程度がぎっしりと詰まった新しい凝縮相でであった3)｡

Brochard‑Wyart:Phys.Rev.Lett､90, 128304(2003)

2)O.Sandre,L.Moreaux,FBrochard.Wyart:
Proc.Natl.Acad.Sci.USA96,10591(1999) .

別の仕事として,ブロシャールーヴあると考えた。
濃度がいわゆる臨界ミセル濃度に到イアールのグループは,Tween20の代達するまで領域111は続く。そのしきいわりにコレステロールを用いて同様の

3)H.Heerklotz,J.Seelig:BiOchim.Biophys.Acta

l508,69(2000)．
4)E.Karatekine"/.:Biophys.J.84,1734(2003).

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新理科教育入門ｌA5判199ページ本体2,000円+税永田英治/著

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宮城教育大学教育学部教授｡科学史､教育学､理科教育が専門。

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著書に1665年ロパート･フィック原著『ミクログラフィア』(仮説社:板倉聖宣と共著）

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『日本理科教材史』(東京法令出版）

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児童書に『にじってなあに』『うずまきは右巻き左巻き』(ともに大日本図書)などがある。
〃（一対象:科学教育に携わる全ての人教師｡研究員｡大学生他 う１■ｌｒｌＩ■１日ｌ■１１■■■■■ワ●ＤａＩ１ｇ０＆■■■■■１１■■１１■■１１■ＩＩ４Ｉｑａ■＆寺ｂ９ｑ■★理科教材研究､科学史研究､授業研究をもとに理科教育の基本的な諸問題に答える。
★教材史研究をもとに科学｡理科教育を継承して､過去の成果から新しい発想を生み出し､これからの教材をめざす。

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