Science May 31 2024, Vol.384

世界が温まるあいだに (As the world warms)

気候温暖化によって生じているグリーンランド氷床からの氷の大量損失は、大規模な海洋循環を乱してしまうだろうか? Zhouたちは、氷山が海洋循環に影響を与えたハインリッヒ・イベントと呼ばれる最終氷期の氷床からの大規模な氷塊分離の間の、氷山生成速度を再現した。著者たちは、現在のグリーンランド氷床の氷塊分離速度が、それらの事象のいくつかと同程度に高いことを見出した。しかしながら、融解現象がグリーンランド氷床を、氷山を創造する場所であるグリーンランドの海岸から後退させつつあるため、その氷山の流出は、それ自体によって大西洋南北熱塩循環の大きな乱れを引き起こすのに十分なほど長くは続かないであろう。(Sk,kh,kj)

Science p. 983, 10.1126/science.adh8369

人の触覚を模倣する (Mimicking the human sense of touch)

人間の皮膚の表皮の底部と真皮内にそれぞれあるメルケル細胞とルフィニ終末は、外力と皮膚の歪みをそれぞれ感知することができる。Liuたちは、人工知能による信号処理を設計・製造・使用して、人間の機械感覚を模倣する電子皮膚を開発した。圧力検出素子と歪み検出素子の3次元構成と異種素子を組み合わせた封入法が、垂直力またはせん断力と誘発される歪みの区別を可能にした。著者たちは、弾性率変化の接触感応検知を通して、果物、ケーキ、パンなどの食品の鮮度を測定することにより、この電子皮膚の応用を実証した。(Sk,MY,nk)

Science p. 987, 10.1126/science.adk5556

ペロブスカイト・ナノワイヤーの溶液成長 (Solution growth of perovskite nanowires)

鋳型法により、偏光蛍光を示し低損失導波を可能にする二次元の金属-ハロゲン化物ペロブスカイトを成長させることができる。Shaoたちは(BrCA3)2PbBr4からなるナノワイヤーを成長させた。ここでBrCA3は、2-(2-ブロモ-5-カルボキシフェニル)エタン-1-アミニウムである。BrCA3中のカルボン酸基は、[110]面以外の全ての結晶面の成長を抑制し、その結果、一方向成長をもたらした。このナノワイヤーはまた、効率的な光増幅を閾値が平方センチメートルあたり20マイクロジュール未満で実現した。(MY)

Science p. 1000, 10.1126/science.adl0920

爆発ではなく淘汰 (A filter not a burst)

哺乳類は、その非常に高い形態的多様性のため、特別な研究上の注目を集めてきた。最近まで、大多数の人は、白亜紀末期の恐竜の減少が生態的隙間を広げ、そこを哺乳類が埋めて、それが爆発的な種分化もたらしたと信じていた。Quinteroたちは、系統発生学と化石を統合してすべての哺乳類系統にわたる多様化速度を推定するモデルを開発し、哺乳類の種分化率が白亜紀-古第三紀境界よりかなり前から高かったと結論付けた。この時代の重要な環境変化は、多様化の爆発に導いたのではなく、よりゆっくり種分化する哺乳類系統を淘汰し、より急速に種分化する哺乳類系統による哺乳類の支配に導いた。(Sk,nk,kh)

【訳注】
  • 白亜紀-古第三紀境界:巨大隕石が衝突し、生物大量絶滅につながったとされる地質年代。
Science p. 1007, 10.1126/science.adj2793

低温の中で流れに従う (Going with the flow in the cold)

低温構造材料は、液化天然ガスの輸送や貯蔵などの用途に重要である。Wangたちは、液体窒素温度でも魅力的な延性を持つ高強度鋼を開発した。この鋼には鉄、マンガン、アルミニウム、ニッケル、炭素が含まれており、局所的な秩序とナノ析出物の領域を持つ非常に強力なマトリックスを形成する。この高強度は固溶強化によるもので、その強化効果は十分に高いため、通常は脆いナノ粒子がそうならず、ずれて変形する性質を得る。これにより、この高強度鋼は他の低温構造材料よりも脆性破壊に強くなる。(Wt,nk,kh)

Science p. 1017, 10.1126/science.ado2919

寄生性が種分化を速める (Virulence speeds up speciation)

共進化は感染病などの系で多く研究されてきており、これらの系では宿主と寄生者の間で、世代時間と他の生活史特性が大きく異なっている。それに対しLangmoreたちは、孵化後に宿主の幼鳥を巣外に放り出し、その結果、宿主に替え玉を受け入れるよう高い選択圧をかける托卵性の鳥である、カッコウのいくつかの(宿主に対する)寄生種について研究した。著者たちはモデル化により、特に寄生性の高い種はそれほどでもない種よりも種分化速度が高いことを見出した。彼らはまた、テリカッコウ(bronze-cuckoo)類のDNAと形態を調べ、同種の宿主を標的にする種間で同類交配が起きていることを見出した。この研究は、この共進化系における種分化の動態を明らかにしている。(MY,nk,kh,kj)

【訳注】
  • 同類交配:類似の表現型を有する個体同士が好まれて、任意交配で予想されるよりも頻繁に交配するという、性的選択の一形態のこと。
Science p. 1030, 10.1126/science.adj3210

神経保護のためにセプチンを標的にする (Targeting septins for neuroprotection)

神経変性過程に寄与するアルツハイマー病(AD)の特徴の1つは、神経細胞のカルシウム恒常性の変化である。Princenたちは、複数のADの生体外および生体内モデルにおいてカルシウム恒常性を回復することのできるReS19-Tと呼ばれる一連の化合物を特定した。この化合物は、セプチンと結合してストア作動性カルシウム・チャネルを通じてカルシウムが神経細胞に流入することを制限することによって、このチャネルの悪性化を阻止することができた。ReS19-T化合物でADの動物モデルを処置することによって、病原性タンパク質の蓄積が減少し、神経細胞機能が回復した。このことは、セプチン調節によるカルシウム恒常性の正常化が、ADにおける神経変性を減少する効果的な取り組みとなるかもしれないことを示している。(hE,kh,kj)

【訳注】
  • セプチン:真核生物に保存された重合性グアノシン三リン酸(GTP)結合タンパク質ファミリーの総称であり、セプチン重合体は多様な分子の足場ないし拡散障壁となり、分泌小胞の開口放出を含む多彩な生命現象に関与する。
  • ストア作動性カルシウム・チャネル:カルシウム・イオン貯蔵庫および供給源としてカルシウム・シグナルに関与する細胞内小器官を細胞内カルシウム・ストアという。ストア作動性カルシウム・チャネルは、小胞体Ca2+ストアのCa2+枯渇によって活性化開口される細胞外からのCa2+流入経路である。
Science p. 976, 10.1126/science.add6260

腫瘍を遺伝子編集で除く (Editing tumors away)

HER2-陽性乳ガンなどのガンは、通常、ガンの進行や治療への応答に影響を与える発生場所とマーカー・タンパク質によって特徴付けられる。しかしながら、名目上は単一のカテゴリに分類されるガンや腫瘍のすべてが同じようにふるまうわけではない。これらの違いの一部は、Houlahanたちが示したように、免疫系と腫瘍の相互作用に影響を与える遺伝的にコードされた属性によって引き起こされる(WaddellとAddalaによる展望記事参照)。著者たちは、HER2などの関連するガン遺伝子における患者の生殖系列変異と、T細胞への抗原提示を担うそれらのガンのヒト白血球抗原が、どの腫瘍が生き残り、どの腫瘍が患者の免疫系によって破壊される可能性が高いかを決定するのに役立つことを実証した。(KU,nk,kh,kj)

Science p. 975, 10.1126/science.adh8697; see also p. 961, 10.1126/science.adp7370

発ガンの遺伝子ネットワークを追跡する (Tracing gene networks in carcinogenesis)

腫瘍内の残りの細胞を生み出す未分化細胞であるガン幹細胞の概念は、長年の研究にも関わらず議論の対象となっている。実際、これらの細胞が実在するのか、それらが健全な組織幹細胞とどのように関係しうるのかについては依然として分かっていない。Taylorたちは、健全な皮膚から前ガン病変および最終的に本格的ガンへと標準進行する各段階で、皮膚組織を体系的に研究できる皮膚ガン発症のマウス・モデルを用いた。著者たちは、各段階での遺伝子発現様式を調べることで、皮膚細胞の挙動と化学療法への潜在的な応答および観察された細胞状態間の移行に関係する、特定の遺伝子ネットワーク、すなわち「メタ遺伝子」を特定した。(MY)

Science p. 977, 10.1126/science.adi7453

フラグが付けられていない投稿がワクチン接種への躊躇を助長する (Unflagged posts driving vaccine hesitancy)

COVID-19パンデミックは、誤情報の拡散によるワクチンの低い接種率よって悪化した。幸いなことに、Facebook上のワクチンに関する悪質な誤情報の影響は、そのような投稿が第三者のファクト・チェッカーによってフラグが付けられ、虚偽であると証明されたことで大幅に緩和された。しかしながら、あいまいな誤情報はフラグが付けられないまま残った。Allenたちは、ファクト・チェッカーをうまくのがれたグレー・ゾーン、即ち事実的には正しいが誤解を招くコンテンツを調査した(van der LindenとKyrychenkoによる展望記事参照)。このフラグが付けられていないコンテンツはワクチンの安全性や有効性に疑問を投げかけ、フラグが付けられた誤情報よりも46倍もワクチン接種への躊躇を助長した。テクノロジー企業は、フラグが付けられていないコンテンツは米憲法修正第1条の言論の自由の権利(First Amendment free speech rights)によって保護される必要があると主張している。しかしながら、フラグが付けられていないコンテンツが公衆衛生に最大の脅威を与えたというこの研究の因果関係の証拠は、人命を救うために必要な政府の規制に対する政策的意味合いを持っている。(KU)

Science p. 978, 10.1126/science.adk3451; see also p. 959, 10.1126/science.adp9117

スーパーシェアラーの肖像 (A portrait of supersharers)

Twitter(現在はX)上のフェイク・ニュースのほとんどは、スーパーシェアラーと呼ばれる極めて少数のユーザーによって拡散されている。彼らはプラットフォームを溢れさせ、政治的議論を不平等に歪めているが、これらのユーザーの人口統計学的な姿は明らかになっていない。Baribi-Bartovたちは、2020年の米国大統領選挙の間のスーパーシェアラーに対する重要な標本を特定し、彼らが誰でどこに住んでいて、どのような戦略を使ったかを質問した(van der LindenとKyrychenkoによる展望記事参照)。著者たちは、スーパーシェアラーがアリゾナ、フロリダ、テキサスの3つの保守的な州に住む共和党支持の中年白人女性に偏っていることを見出したが、これらの州は論争の多い中絶と移民の戦いの焦点となっている。彼女たちの近隣は教育水準が低いものの、収入は比較的高い。スーパーシェアラーは、誤った情報を手動で執拗にリツイートしていた。これらの洞察は、誤った情報を抑制するための効果的な緩和戦略を開発する政策立案者にとって重要である。(Uc,kh)

Science p. 979, 10.1126/science.adl4435; see also p. 959, 10.1126/science.adp9117

微小液滴で鉱物を壊す (Breaking minerals with microdroplets)

天然に形成される鉱物のナノ粒子は豊富にあり、その形成方法を理解することは重要である。Spoorthiたちは、鉱物粒子の懸濁物を静電噴霧の際に微小液滴の中に分散すると、鉱物ナノ粒子が生成することを発見した(CooksとHoldenによる展望記事参照)。著者たちは5~10ミクロンの粒子から始め、最終的に5~10ナノメートルの粒子に達した。ナノ粒子は、結晶欠陥、液滴形成、化学的相互作用、電場を含む複雑な過程を経て作られた。この過程は、ある設定では自然に再現される可能性があり、そのことはいくらかの鉱物のナノ粒子の起源を説明できるかもしれない。(Wt,MY,nk,kh)

【訳注】
  • 静電噴霧:噴霧用ノズルと基体との間に高電圧を印加することで、噴霧される液体が帯電し、液体の表面力が不安定化することで微細液滴化し、この液滴が静電気力で基体に飛翔することで塗工が行われる技術。
Science p. 1012, 10.1126/science.adl3364; see also p. 958, 10.1126/science.adp7627

固体の時間結晶 (Solid-state time crystal)

結晶秩序構造は通常、系の基底状態であると考えられている。しかし、近年の研究により、周期的または連続的に駆動された解放量子系は時間の関数として変化する秩序状態を形成できることが示されている。これらの離散的または連続的時間結晶は、多くの系において実現されている。Carraro-Haddadたちは、固体系において連続的時間結晶の例を示している。半導体微小共振器内で相互作用励起子と光子は、エネルギーが連続的に系に送り込まれるにつれて時間並進対称性を破り、フォノン周波数に応じて振動する時間結晶を形成する。この可変システムは、時間結晶の基礎研究やポラリトニクスの応用のための汎用性の高い実験基盤である。(NK,kh)

【訳注】
  • 時間結晶:全く同じ物理条件でエネルギーを加えているにもかかわらず、時間(試行回数)によって結果が変化する現象。ここでいう結晶とは物質ではなく状態をさす物理学上の用語であり、時間結晶とは時間によって物理法則が変化する(対称性が破れている)現象もしくは状態をいう。
Science p. 995, 10.1126/science.adn7087

生きたバイオインターフェースを備えた素子 (Devices with living biointerfaces)

生体組織とつなぐことが必要な生物医学的素子の開発においては、電子素子と組織との間を橋渡しするという課題がある。前者は通常は硬く電気信号を介して動作し、後者は柔らかく主にイオン伝導を使っている。Shiたちは、電子工学による層と表皮ブドウ球菌を含むヒドロゲル複合体からなる「生きたバイオインターフェース」を開発した(Olofssonによる展望記事参照)。この複合層は、微生物と哺乳類間のインターフェースでの多様な信号変換を容易にする。さらにこれは、細菌の高い生存率を確保し、素子の凍結保存を可能にする。著者たちはこの素子を用いて、マウスの皮膚表面からの電気信号を無線で記録し、乾癬のマウス・モデルにおいて疾患治療を改善した。(Sh,MY,kh)

【訳注】
  • バイオインターフェース:生体の神経回路と電子機器をつなぐ装置。
  • 表皮ブドウ球菌:皮膚表面や毛穴に存在し、汗や皮脂からグリセリンや脂肪酸を作る常在菌。脂肪酸は肌を弱酸性に保ち、抗菌ペプチドを作ることで黄色ブドウ球菌の増殖を防ぎ、グリセリンは皮膚のバリア機能を保つ。
  • ヒドロゲル:高分子鎖が架橋した三次元網目構造の内部に多くの水を含んだ膨潤体。
Science p. 1023, 10.1126/science.adl1102; see also p. 962, 10.1126/science.adp5201