Science February 14 2025, Vol.387
一時河川は散発的にしか流れず、それ以外の時間は干上がっている。それらの出現と消失は河川網全体の長さにどの程度影響するのでろうか? Prancevicたちは、水位計の測定値と地形データを組み合わせた半機械論的モデルを用いて、米国本土全体の河川網の長さの変動性を推定した。この方法により、米国の河川網長中央値が、年高水流量期間では年低水流量期間よりも6倍長いと結論づけることができた。(Wt,nk,kh)
がんはゲノム全体の過剰転写を示すことが多いが、この現象を引き起こす機序は依然として不明である。転写の増加ががんの進行にどのように寄与するかを理解するために、Henikoffたちは、異なる腫瘍タイプのRNAポリメラーゼII(RNAPII)活性を調べた。腫瘍と正常組織のゲノム全体にわたってRNAPII活性をマッピングすることで、著者たちは広範な転写の変化を見出した。彼らはまた、ヒストン遺伝子におけるRNAPIIの占有率が、特に髄膜腫と乳がんでの腫瘍の攻撃性と相関することを発見した。ヒストン遺伝子におけるRNAPIIの上昇が、急速ながん再発を予測し染色体喪失に対応していたことから、ヒストン遺伝子の過剰転写が、がんの過剰増殖とゲノム不安定性を引き起こす可能性を示唆している。(Sh,KU,kh)
熱触媒法は、水素を作るために用いられる従来のメタン改質法とは異なり、二酸化炭素の生成がほぼゼロでありながら、低温でエタノールと水を水素と酢酸に変換する。Pengたちは、金属と支持体の界面で改質を促進する、白金とイリジウムの金属種が反応性α-モリブデン・カーバイド上に高密度で原子的に分散する触媒を開発した。この触媒は、この金属と支持体の界面で改質を促進する。より大きな金属ナノ粒子表面のこの不在は、不要な炭素-炭素結合の切断を回避する。（Sk,nk,kh）
海洋魚類の生物量のほとんどは、「薄明帯」に存在している。ここは、サンプルを採取して観察することが極めて難しい外洋の重要な領域である。Beltranたちは、この生態系の重要な捕食者であるキタゾウアザラシが、この薄明帯における魚類の豊かさ、ひいては生態系の健全性の指標として使用できるかどうかを試験した。著者たちは、海洋状況に関連する母アザラシの採餌パターンと出産育児の成功度を使用して、薄明帯の魚類の豊かさをうまく推測することが出来た。このような推測の成功が、将来の予測を容易にした。ゾウアザラシはこの隠れた、しかし重要な系が外部変化にどのように応答するかについての洞察を与えることが出来る。（Uc,KU,nk）
微量のアセチレンは、アセチレンの選択的燃焼により、エチレン原料から除去することができる。Jacobたちは、酸化ビスマスの格子酸素が、エチレン中に等モルまたは希薄な量のアセチレンを含むガス流に対して、99%以上の選択度でアセチレンを燃焼できることを見出した。燃焼によって取り除かれた格子酸素は、酸素分子との反応によって何回も繰り返し再生することできた。アセチレンの半水素化に対するこの代替精製経路は、高圧を必要とせず、二酸化炭素と水の不純物に対して耐性がある。（Sk）
プラズモニクスは、集団的な電子励起を利用して光の波長をナノスケールまで縮小する方法を与える。直感的には、導電性の高い金属がプラズモンの寿命を長くするとして、選択される材料である。Rutaたちは、電子相関によって高い抵抗率が生じる、いわゆる「だめな金属」である二塩化モリブデン酸化物に注目した。驚いたことに、彼らは非常に長い寿命を持つプラズモンを観察した。長寿命のプラズモンという予想外の結果は、ナノフォトニクス用途の材料の選択肢を広げる方法となる可能性がある。(Wt,kh)
イオンから水を分離する膜技術の分野における重要な課題は、堅牢な二次元材料上での大面積表面上の均一ナノ孔の形成である。Shenたちは、化学蒸着過程中に60度の粒界（反射双晶境界としても知られている）に沿って二硫化モリブデンの結晶たねを並べて八員環孔を形成することで、二硫化モリブデン膜を作製した。この内在性八員環の物理的な大きさは水分子だけの通過を許し、他方、広範囲の水和イオンをその大きさのため遮断した。この性能は八員環の密度を制御することで調整できる。最適化された膜は、塩化ナトリウムに対する水の極めて高い選択性と卓越した水浸透性の両方を示した。（MY,kh）
神経進化は、生物進化を模倣するアルゴリズムを用いてコンピューター上で神経回路網を構築する、機械学習の有望かつ刺激的な分野である。レビュー記事で、Miikkulainenは神経進化の概要を示し、神経進化の実験をどのように用いて神経科学の問題に関する洞察を得るかを探索している。著者たちは、神経進化の応用が大きな進歩につながる可能性がある分野として、脳の構造と機能、神経発達、心理的行動など、神経科学における分野を提案している。神経進化における最近の進歩を深く理解することは、人工知能を用いて脳機能と認知行動を支配する原理を理解しようとする科学者にとって価値あるものとなるだろう。(KU,nk,kh)
生命の樹全体で行動と認知に莫大な多様性があるにもかかわらず、脊椎動物で爬虫類、鳥類、哺乳類を含む最大のグループである有羊膜類全体では、脳の構造と遺伝子発現にさえ驚くべき類似性がある。この号の3つの論文は、このグループ全体の脳の終脳の発達と進化について研究している (GattoniとToschesによる展望記事も参照)。Rueda-Alanaたちは、単一細胞分解能で転写分析と数学的モデリングを統合して、ニワトリ、ヤモリ、マウスにおける感覚回路の発達を研究した。Zarembaたちは、ニワトリの（脳）外套における空間的に解像された細胞地図を作成し、それをマウス、2種類のトカゲ、カメと比較して、細胞状態の遺伝的保存性を詳細に調べた。Heckerたちは深層学習モデルを開発し、ニワトリ、ヒト、マウスにおける終脳細胞型の間で共有されたおよび異なる調節的特徴を特定した。これらの研究は合わさって、有羊膜類の脳の進化と発達に関する理解を深める。(KU,kh)
酵素の三次元構造は、これらの酵素が驚くべき反応高速度化を達成する化学的機構への重要な洞察を提供してきた。Duたちは、何十年にわたる酵素学および構造生物学に基づき、セリン・プロテアーゼの1000を超える構造を分析して、この触媒ファミリーにおける反応高速度化の起源に対する包括的で定量的な枠組みを発展させた。著者たちはセリン・プロテアーゼによる速度加速の重要因子として、触媒残基の正確な配置、基底状態の不安定化、および有効経路に沿った柔軟だが制約もある動きに光を当てている。（MY,nk）
病気の兆候に応答する集団内におけるCD8 T細胞は、異なる機能特性を有するいくつかの別々の状態を形成し得る。Fagerbergたちは、CRISPR/Cas9遺伝子編集と単一細胞RNA配列解析を組み合わせて、マウスT細胞における遺伝子欠失が、これらの異なる免疫応答状態の形成にどのように影響するのかを調べた。転写因子KLF2は、機能的エフェクターを形成する可能性がある細胞の利用可能性維持に必要で、また、リンパ球性脈絡髄膜炎の感染後にCD8 T細胞が疲弊表現型となることを抑制した。腫瘍の状況においては、KLF2の発現は幹様T細胞の維持と、終末機能不全を限られた範囲にすることに関連していた。（MY）
満腹またはもう十分だと感じると全体的な食物摂取は減少するが、この状態にはデザートのような甘い食べ物を食べたいという欲望の増すことが付随する。なぜ満腹状態で糖願望が選択的に刺激されるのかは明らかではない。Minereたちは、弓状核由来のプロ-オピオメラノコルチン（POMC）ニューロンが脳室周囲の視床に投射を送っていることを見出した。ほとんどの他のPOMCニューロン投射とは異なり、このPOMCニューロンはα-メラニン細胞刺激ホルモンを放出しない。むしろ、このPOMCニューロンは食欲刺激オピオイドであるβ-エンドルフィンを産生し、これはμ-オピオイド受容体を発現する脳室周囲の視床中にあるシナプス後ニューロンを選択的に阻害し、これが給餌状態における糖消費へと駆り立てる（Farooqiによる展望記事を参照）。したがって、このオピオイド伝達の阻止が糖摂取を減少させ、過食それに肥満とに戦う可能性がある。(hE,kh)
商業的な電気化学的水素製造における陽極プロセスである酸素発生反応の効率は触媒の耐久性によって制約されることが多く、特に酸性条件下でそうである。Shiたちは、超音波処理と熱処理によって継続的に熟成される酸化セリウム担持体上のイリジウムナノ触媒の核形成を制御することで、ナノ触媒を酸化物基質内に効果的に埋め込んだ。この方法は、動作中にナノ触媒が剥離したり凝集することを防ぎ、並はずれた効率と超安定な性能を与える (PendergastとBoettcherの展望記事参照)。さらに、この戦略は他の化合物系にも適応可能で、さらなる高性能触媒開発への道を開く。(KU,nk)
カリフォルニア州の大気の川の嵐は、地表の貯水池の補充に役立ってきた。地下の貯水池に流れ込む水の量は、一つにはこの容量が測定困難であることから、はるかに不明確である。Maoたちは、地震による周囲場干渉法が、ロサンゼルス大都市圏において地下水を追跡するために使用可能であることを示した（TairaとBurgmannによる展望記事参照）。著者らは、非常に雨の多かった2023年によって、2006年以降に失われた地下水の約25%しか補充されなかったことを見出した。これらの観測結果は、より継続的な監視の必要性を浮き彫りにし、地下水資源を推定する別の方法を提供している。（Sk,nk,kh）