Science (AAAS) February 11, 2000, Vol.287

Science February 11, 2000, Vol.287

磁性半導体のモデル化(Modeling Magnetic Semiconductors)

工学的に重要なⅢ－Ⅴ族(GaAs)、及びⅡ－Ⅵ族(ZnTe)化合物半導体は、普通非磁性であるが、少量のマンガンを添加すると強磁性体になりうる。このような材料において、電気的スイッチングは電荷と同様にスピン相互作用によって制御される。今まで,この強磁性体に関する知見は限られものであり,むしろ現象論的ものにとどまっている。Dietlたち(p.1019)は、材料物性,及び系に導入された磁性イオンの濃度の関数としてその磁気特性を表現する理論を提案することにより、この問題にはるかに強い基礎を与えている。更に,その理論を他の材料にも拡張することにより、彼らは未来の磁気デバイスの動作温度を高めるための方法を示唆している。(KU)

双方向に流れる有機トランジスター(Organic Transistors that Conduct Both Ways)

有機半導体における電荷輸送は,主としてホールキャリア(p型,或いはpチャンネル) に依存しており、電子伝導(n型,或いはnチャンネル)は通常小さい。この制限のために、無機半導体にもとづいた一般的なエレクトロニクスに比較して、より安価な、そして十分に相補的な代替物として広範囲に応用されることへの大きな障壁となっている。Schoenたち(p.1022)は、ペンタセンの単結晶に基づくアンバイポーラ (ambipolar)(p-チャンネルとn-チャンネル二つのモードで動作する)作動の電界効果トランジスター(FET)を実証している。更に,この有機FETsの室温におけるキャリア移動度が水素化アモルファスシリコンのそれに匹敵し、そしてその移動度の温度依存性から、バンド的な輸送であることを示唆している。(KU)

移動性の細胞情報伝達(Mobile Cellular Signaling)

食物を探す微生物や獲物をおいかける食作用性免疫細胞は、化学的な信号、すなわち化学遊走物質に頼って移動の道標としている。走化性細胞は、細胞表面における受容体の分布は一様であるにもかかわらず、その前側の縁を刺激勾配方向に向けることができるのである。5つの報告が、ホスファチジルイノシトール3'リン酸化酵素 (PI3K)が走化性において果たす役割に焦点を当てている(DekkerとSegalによる展望記事参照のこと)。Hirschたち(p. 1049)、Liたち(p. 1046)、そしてSasakiたち(p. 1040)は、PI3Kg、すなわちGタンパク質結合受容体(GPCR)に反応して活性化するイソ型の一つ、を欠くマウスの表現型について記述している。この動物たちにおける欠陥は、試験管内および生体内における好中球およびT細胞のさまざまな機能にとって、PI3Kgが必要であることを示している。3つのグループすべてが、炎症反応がいくつかの点で妨害されたことを記している。変異を有する動物から得られた好中球は、遊走に障害をもち、GPCRを介した刺激に応答して、呼吸性のバーストを示した。Sasakiたちはまた、T細胞受容体を介してのT細胞活性化が阻害されていることを見出した。Liたちはまた、ホスポリパーゼC(PLC)-b2とPLC-b3を欠くマウスを作り出した。彼らは、PI3Kgはl軽鎖を含む免疫グロブリン(Ig)の正常な産生にとって必要なのだが、PLC経路はIglLの走化性と産生を抑制できる、と報告している。この結果は、炎症を扱うための薬剤の開発努力を強化することになるにちがいない。内部の情報伝達勾配が、そうした方向性のある走化性応答に適応している可能性がある。Jinたちは、強く分極したアメーバ細胞においては膜結合型のGタンパク質サブユニットが前側から後側へ向けて緩やかな勾配となって存在していることを示している(p. 1034)。Servantたちはまた、そうした内部の情報伝達勾配には、グアノシン・トリホスファターゼのRhoファミリと好中球様細胞中のPI3Kとが含まれていることを明らかにした(p. 1037)。このように、情報伝達分子は走化性の感受性を決定する内部勾配を調節しているらしい。(KF)

反強磁性体を可視化する(Imaging Antiferromagnets)

磁性体の薄層は記録メディア中に多くの応用が見出されるが、それらの磁気特性を特徴付けるさらに特別の方法が求められるであろう。一つの今問題となっている問題は、反強磁性薄膜中の軸の方向を決定することである。Scholl たち (p.1014) は、Ｘ線磁性ダイクロイズム(２色性・円偏光２色性)と元素特有の光電子分光とを組み合わせた新しい方法を発表している。このダイクロイズムでは、ある表面に入射したＸ線の応答は、その層の磁化方向に依存している。彼らは、LaFeO₃ 薄膜中の反強磁性の磁区を20nmの解像度で可視化できている。(Wt)

ボース-アインシュタイン凝縮物質中に分子を作る(Making Molecules in a Bose-Einstein Condensate)

レーザー光の場を用いて、ルピジウム原子のボース-アインシュタイン凝縮物質中に、２原子分子が作られた。 Wynar たち (p.1016; Williams と Julienne との展望記事を参照のこと) が、誘導ラマン過程を利用してこれを実現した。この誘導ラマン過程では、原子の近接した対がある振動数で光子を吸収し、わずかに高い振動数で光子を放射する。そして、原子はある励起した分子状態に陥る。このプロセスは、振動数の差に対応したある特別の回転および振動状態に対して選択される。分子はほとんど並進エネルギーを持つことなく形成される。この結果、非常に狭いライン幅のスペクトルが得られ高精度で分子の結合エネルギー測定が可能となる。(Wt)

冷たくしておく(Keeping Cold)

室温よりかなり低温で動作する改善された熱電性材料は、電子工学にとってとくに興味深いものである。そうした、熱エネルギーを電流に転換することで冷却効果をもたらす材料は、超伝導性デバイスを冷やしたり、トランジスターから熱を奪う助けになったりする可能性がある。有望な材料は、高い電気伝導性、高い熱電性発電力、そして低い熱伝導性という、普通にはない組み合わせの性質を備えていなければならない。Chungたちは、CsBi₄Te₆は適切にドープされると、現在用いられている Bi_2-xSb_xTe_3-ySe_y合金の低温での性能にすでに匹敵するものとなっていること、また CsBi₄Te₆について、いくつか有望なドープのあるいは合金化のシステムが探求できそうなこと、を報告している(p. 1024; また、Choによるニュース記事参照のこと)。(KF)

コアの一貫性(Core Consistency)

液状外核(liquid outer core)の高圧下(140から330ギガパスカル)における鉄の融解温度は、これまで確定することが困難であった。実験では直接融解温度を計測することはできない、そして外挿により様々な結果を導き出してきた。衝撃波による推定は、静的高圧研究よりも、より高温な融解温度を示唆してきた。Laioたち (p.1027)は、鉄の融解温度と液体密度を決定するために、2つの理論的なアプローチ、第一原理計算(first-principles calculations)と分子ダイナミクスシミュレーションとを組み合わせて行なった。彼らは、内核境界(330ギガパスカル)において 5400±400Kの融解点を計算し、さらに外核境界(140ギガパスカル)における液体の鉄の密度より6％大きい密度を計算した。こうした結果は、以前の実験結果と融合させるのに役に立つのみならず、地震波データとも整合している。(TO)

ナチュラルキラー細胞を回避する(Avoiding Natural_Killer_Cells)

ヒト・サイトメガロウイルス (HCMV)は、細胞毒性Ｔ細胞を回避する一連のタンパク質をコードすることで知られている。しかし、そうすることで、ウイルスはナチュラル・キラー (NK) 細胞を誘発しうる。Tomasecたち(p. 1031)は、ヒトのリンパ球抗原-E (HLA-E)に結合する細胞性分子と同一なペプチドを含むHCMVのUL40糖タンパク質のアミノ末端領域を見つけた。結合した結果、感染した細胞表面において、HLA-Eの合成が増加し、これによってNK細胞を抑制する作用が認められた。(Ej,hE)

胎児がアルコールへ曝されることの影響(Early Effects of Alcohol Exposure)

ヒトの胎児をアルコールに曝すと、脳が縮小し、引き続き、機能亢進からうつ病、精神病にいたる神経行動学的効果を引き起こす胎児性アルコール症候群を引き起こす。Ikonomidouたちは(p.1056、Barinagaのニュース解説も参照)、アルコールの投与が、生まれたばかりのラットの脳の発達(げっ歯類でシナプスが広範に形成されるステージ)に対する影響を調べた。彼らは、NMDA(N-メチル-D-エステル)受容体の遮断とGABAA受容体の過剰な活性化により前脳に広範なアポトーシスが生じているのを発見した。一過性にエタノールへ曝されると、何百万ものニューロンが除去され、脳の重量減少が説明出来る。(Na)

捨てられないものが蓄積(What's Not Thrown Away-Accumulates)

ゲノムサイズと生物体の複雑さと、遺伝子数との相関がないというC値の逆説は、分子進化における主要な謎である。この謎を説明しようとするひとつの仮説は、ゲノムサイズの差が生物体の非必須なDNAの減少速度の差が持続しているために生じていることである。Petrovたち(p 1060;Capyによる展望記事参照)は、非常に異なっているゲノムサイズの2つの昆虫の属におけるDNA減少を比較し、この仮説を実験で証拠立てている。ハワイのLaupala属コオロギはショウジョウバエより、ゲノムサイズが一桁多く、非必須なDNAの減少速度が、約1/40である。(An)

C. elegansの分析(A C. elegans Analysis)

ゲノムの配列決定は、生きている生物体の基礎生物学の理解の最初の段階にすぎない。Hutterたち(p 989)は、配列決定が最近完了したCaenorhabditis elegansのゲノムを検査し、細胞外基質と細胞接着のタンパク質を分析した。この研究は、進化によれば、新しい遺伝子とタンパク質の現れ方を示唆している。(An)

量子ドットにおけるオージェプロセス(Auger Processes in Quantum Dots)

低準位レベルが空の励起された原子はエネルギーを放出して(例えば、X線を発生するなど)に失うが、このプロセスは励起電子のオージェ放射と競合する。類似のオージェプロセスはバルク半導体にも起きるが、一般的には効率が悪い。Klimovたちは(p. 1011)、原子とバルク個体の中間ケースである、半導体量子ドットに起きるオージェプロセスを研究した。オージェリラクゼーション（緩和）の速度はバルク個体と同様にキャリア濃度に対する立方である。しかし、彼らはオージェ定数がサイズに強く依存し、ドットの半径の3乗(バルクモデルで予測されたような6乗でなく) により変化する性質を発見した。(Na)

クリティカルな要求(Critical Requirements)

マウスとラットにおける雌性性的受容性は、女性ホルモン受容体が仲介している。DARPP-32は、プロゲステロン（黄体ホルモン）の情報伝達のために決定的な媒体となるリンタンパク質である。そのDARPP-32へのアンチセンス・ヌクレオチドが、ラットに性的受容性を発揮させるプロゲステロンの効果を妨げることを、Mani ら (p.1053)は見つけた。DARPP-32関して無変異なマウスは、また、プロゲステロンによって促進される最も弱い受容性を示した。(hk)

NADHシャトルとインシュリン分泌(NADH Shuttle and Insulin Secretion)

Etoたち(Reports, 12 Feb. 1999, p. 981)は、原形質からミトコンドリアへと、ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド (NADH)を運搬するシャトルの役割についてテストした。これは、グルコースに誘発された代謝が増加することに相互作用を受け、マウスの脾臓β-細胞からインシュリンの放出を増加させる。彼らの結論は、グリセリン・リン酸シャトルも、リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルも両方ともグルコースに誘発されたインシュリンの分泌を抑制する。これに、SchurrとPayneはコメントして、もし仮に、乳酸が乳酸脱水素酵素によってピルビン酸に転換されて、それに伴ってNADHが産生されているのならば、原形質の解糖に由来する乳酸は、ミトコンドリアに影響を与えた可能性があると述べている。しかし、Etoたちは、このアイデアを確かめるために、Schurr and Payneに提案された方法で実験した結果は、乳酸が決定的な役割を果たしていることを支持してはいないと述べている。これとは別のコメントにおいて、MacDonald and Fahienは、彼らの自信の証拠、あるいは他の人の証拠によると、リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルの阻害薬であるaminooxyacetate (AOA)は、Etoたちがマウスの細胞に対して報告したものより、ラットのβ細胞に対してより顕著な効果を示すことを報告している。彼らもまた、Etoたちが結論付けた、シャトルを抑制しても解糖を防ぐことは出来ない、あるいは、ピルビン酸のミトコンドリアへの輸送は「生化学的には不可能である」ことを見つけた。Etoたちは、彼らの結論は一般的に認められている仮説の改訂を迫るものかも知れないと応えている。この全文は下記を参照。(Ej,hE)
www.sciencemag.org/cgi/content/full/287/5455/931a