サイエンスニュースまとめ☆ななめ読み

新しい発光植物は生涯にわたり外部要因なしで発光し続けることができる
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ファンタジーや映画の世界の森の中には、幻想的な光る植物が多く描かれています。

ですが、最早それは架空の存在ではなくなりました。

国際的な研究チームは、光るキノコの遺伝子を植物に組み込むことで、植物を生涯にわたって発光させ続けることに成功したのです。

以前にも光る植物を作ろうとする試みはありましたが、蛍光エネルギーを外部からの化学物質に依存していたために、光の持続時間は長くても数時間でした。

しかし今回の研究では、植物は自らに組み込まれた蛍光遺伝子を使って光を発するために、外部からの支援は必要ありません。

さらに光る遺伝子は種を通して次世代に受け継がれ、拡散していくことも可能です。

研究者は「光の強さを強化することで、将来的には街路樹を外灯の代わりにすることも可能」と述べています。

いったい植物たちはどうやって生涯にわたる発光能力を身につけたのでしょうか？

光る植物の発光メカニズム

Q.どうしてキノコが光るんだ？A.蛍とかと同じ生物発光。 いわゆるルシフェリン・ルシフェラーゼ反応。簡単に言うと、ルシフェリンがルシフェラーゼの存在下で酸化されて3-ヒドロキシヒスピジンと二酸化炭素に分解されるのだが、この3-ヒドロキシヒスピジンのカルボニル基が電子的に励起された状態にあって、それが基底状態に戻る時に光が放出される。



今回の研究は、2018年に同研究チームが解き明かした「光るキノコの発光メカニズム」が基になっています。

発光の仕組みは上の図のように、カフェイン酸（カフェインとは無関係）を材料として「ルシフェリン・ルシフェラーゼ」反応（蛍の光る仕組みと同じ）を起こします。

この反応にかかわるのは4つの酵素です。

最初の2つがカフェイン酸をキノコ製のルシフェリンに変換し、3番目の酵素（ルシフェラーゼ）によって酸素がくべられ発光が起こります。

そして4番目の酵素によって、発光後の燃えカスは再びカフェイン酸へとリサイクルされます。

興味深いことに、発光メカニズムの材料であるカフェイン酸は全ての植物に含まれています。カフェイン酸は植物の細胞壁の重要な材料でもあるからです。

つまり、キノコの発光遺伝子があれば、全ての植物は潜在的に光る能力を秘めていることを意味します。

「若い葉」と「花」が最もよく光る

発光は一定ではなく、つねにチラついている



キノコの遺伝子を組み込まれた発光植物は、なぜか星の光ようにチラつきます。

研究者は光のチラつきのパターンを調べることで、隠れた植物の内部活動を解き明かせると考えています。




また同じく原因は不明ですが、「若い葉」と「花」が最もよく光るようです。

さらに、リンゴやバナナが発するエチレンガスを吹きかけると、発光量が劇的に増加することがわかりました。

近年の研究によって、植物は化学物質を使って周囲の個体とコミュニケーションをとっていることが判明しており、化学物質と発光パターンの変化を調べることで、植物の会話を探れると考えられます。

ファンタジー世界の再現と現実への侵食

今回の研究は複数の企業から資金援助を受けているため、今回の成功を受けて商品化が加速でしょう。

実験では主にタバコが使われていましたが、今後はバラやペチュニア、ツルギキョウなどにも遺伝子組み換えを行っていく予定です。

試みが成功すれば、様々な種類の樹木や草花に発光遺伝子を組み込み、ファンタジーや映画に養生するような幻想的な光る森を作り出すこともできるかもしれませんね。

研究内容の詳細はロシア科学アカデミーのタチアナ・ミティオウキナ氏らによってまとめられ、4月27日に学術雑誌「Nature Biotechnology」に掲載されました。

https://nazology.net/archives/58215

https://www.cnn.co.jp/business/35145403.html

植物由来のバーガー好調、欧州市場でも発売　米バーガーキング
2019.11.14 Thu posted at 15:51 JST


ニューヨーク（ＣＮＮ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ） 米ファストフード大手バーガーキングは、植物由来のパテを使ったハンバーガーの販売を欧州市場でも始めた。バーガーキングは今年８月に米市場で植物由来のパテを使った「インポッシブル・ワッパー」の販売を開始し、大きな成功を収めていた。

レストランチェーン各社は、健康や環境的な理由から肉の消費を控えたいと考える消費者を取り込もうと、植物由来製品の選択肢の拡大に積極的に取り組んでいる。英金融大手バークレイズの試算によれば、代替肉の市場は向こう１０年で約１４００億ドル（約１５兆円）の規模に達する可能性がある。これは世界の肉市場の約１０％に相当する。
バーガーキングの親会社レストラン・ブランズ・インターナショナルによれば、インポッシブル・バーガーは「大ヒット」となり、バーガーキング史上で最も成功を収めた商品のひとつとなったという。

インポッシブル・バーガーの発売は米市場の売り上げ増につながった。２０１９年７～９月期の開店から１年以上の既存店の売り上げは５％増加した。これは１５年以来の高い伸びだったという。

バーガーキングによれば、植物由来のパテを使った「レブル・ワッパー」の販売を欧州の２０カ国、２４００店舗で開始した。レブル・ワッパーは、食品・日用品大手の英蘭ユニリーバ傘下のベジタリアン・ブッチャーが製造を手掛けている。

https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2019/10/post-13126_1.php
＜植物は、昆虫などに攻撃されると、揮発性有機化合物（VOC）を発することがわかっているが、条件によってどのように違うのか......＞
　植物は、害虫からの攻撃といったストレス要因に反応すると、揮発性有機化合物（VOC）を発して情報を伝達し、周囲の植物は、大気中の
揮発性有機化合物の排出量の変化から危機が差し迫っていることを感知して自己防衛の準備をする。
では、植物はどのような「言葉」で互いにコミュニケーションしているのだろうか。

米コーネル大学のアンドレ・ケスラー教授や龍谷大学の塩尻かおり博士らの国際研究チームは、12年にわたってセイタカアワダチソウの植物間コミュニケーションについて
研究し、2019年9月23日、学術雑誌「カレントバイオロジー」でその研究成果を発表した。

これによると、害虫がいない環境では、遺伝的に同一な植物との間でのみコミュニケーションする一方、害虫がいる環境では、遺伝子型によらず、
同種の植物すべてとコミュニケーションすることが明らかとなった。

■植物は、遺伝子型によって異なる匂いを持つが......
　研究チームでは、鉢植えにしたセイタカアワダチソウを用い、自然環境条件下で実験を行った。ハムシの一種「アワダチソウハムシ」の被害を受けた
セイタカアワダチソウを中央に配置したグループと、害虫の被害を受けていないセイタカアワダチソウのみで構成されたグループとを比較したところ、
後者のセイタカアワダチソウは近縁のみで閉鎖的なコミュニケーションをしていた一方、「アワダチソウハムシ」の被害を受けているグループでは、
同じ「言葉」で情報をオープンに共有していた。
この実験結果により、害虫の有無がセイタカアワダチソウのコミュニケーションの方法に大きな影響を与えていることがわかる。

植物は、遺伝子型によって異なる匂いを持ち、同じ遺伝子型の個体間でのみ、揮発性有機化合物の排出によってコミュニケーションするが、
害虫からの攻撃を受けると、揮発性有機化合物によって伝達される匂いがより似たものになる。
隣接する植物は、揮発性有機化合物を吸収し、この匂いに反応し、自己防衛の準備ができるというわけだ。
揮発性有機化合物の一部は、捕食性の昆虫に魅力的である場合があり、捕食性昆虫が植物を攻撃していた昆虫を殺すことで植物は救われる。
そうした間接的な防御法がある。また以前の研究では、昆虫の幼虫は揮発性有機化合物を発している植物を避けることがわかったという。

■ヒトの免疫系のよう
研究論文の責任著者であるケスラー教授は、
「我々人間は情報を秘密にしたいとき暗号化するが、これと同じ現象が植物でも化学物質レベルで起こっている」と驚きを示すとともに、
「植物は害虫や病原体から攻撃を受けると、代謝を変化させることが知られているが、ヒトの免疫系のように、これらの代謝的および化学的変化によって
外敵に対処しているのだろう」とコメントしている。

動画
https://www.youtube.com/watch?v=xOXSqy05EO0

https://www.nikkei.com/article/DGXMZO45904220Q9A610C1MM8000/

日清食品、カップヌードル容器に植物性プラスチック
2019年6月10日 19:00 ［有料会員限定］

日清食品ホールディングス（HD）は、カップ麺の容器を植物由来プラスチックに切り替える。まず国内で販売する主力の「カップヌードル」で2020年初めから導入し、数年内に非石油資源の素材の使用量を97%に高める。石油由来品を減らし二酸化炭素（CO2）排出量を削減する。世界でプラスチック製品への環境規制が強まる中、国内外で販売する他の製品も順次切り替える。

サントリーホールディングスはペットボトルの再生
（リンク先に続きあり、要会員登録)

二酸化炭素排出量の増加は地球温暖化の原因とされていますが、植物は光合成を行うことで二酸化炭素を吸収することができます。都市部を緑化して樹木に二酸化炭素を吸収させる試みは多くの地域で行われていますが、都会に植えられた樹木は田舎の樹木よりも成長が早い反面、死ぬのも早いことが明らかになりました。

Live fast, die young: Accelerated growth, mortality, and turnover in street trees
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0215846

Urban trees grow fast and die young | Cosmos
https://cosmosmagazine.com/biology/urban-trees-grow-fast-and-die-young

地球温暖化や住環境向上に努める多くの都市が、緑化プログラムを立案して都市部に街路樹を植えるなどの活動を行っています。しかし、ボストン大学の環境科学者であるイアン・スミス氏が率いる研究チームは、「街路樹を植えることは広く支持されていますが、炭素循環における都市植生の役割は不確実なままです」と述べています。

樹木は多くの二酸化炭素を吸収してくれますが、苗木の段階から多くの二酸化炭素を吸収できるわけではありません。現実には植えたり育てたりするプロセスの中で多くの二酸化炭素が排出されており、樹木を植えたことで排出された二酸化炭素排出量をトータルの二酸化炭素吸収量が上回るには、およそ26年～33年ほどかかるとのこと。

スミス氏が率いる研究チームは、都市部の街路樹が環境改善にどれほど役立っているのかを調べるため、ボストンにある街路樹を数えて大きさを測定し、2005年から2006年にかけて行われた調査結果と照らし合わせて成長度合いや死亡率を調べました。また、都市部のボストンにある樹木との比較対象として、マサチューセッツ州郊外にある植林地で25年間にわたって収集されたデータを用いました。

調査の結果、都会の樹木は郊外にある樹木よりもはるかに成長が早く、ボストンの街路樹は郊外の樹木よりも約4倍のスピードで成長していたとのこと。この理由について研究チームは「1本の木に当たる光が多いこと」「周囲に別の木が少なくスペースが広いこと」「二酸化炭素量が多いこと」「肥料となる窒素が多いこと」「ヒートアイランド現象により暖かいこと」などが考えられるとしています。

樹木が大きければ大きいほど多くの二酸化炭素を吸収することができるため、1本あたりの二酸化炭素吸収量でいえば郊外や田舎にある樹木よりも、都会の街路樹の方が早く大量の二酸化炭素を吸収できるようになるそうです。

しかし、都会の中で樹木が大きく成長することにはリスクが伴うとのこと。樹木が大きくなるにつれて根元のスペースが窮屈になり、時に過剰な刈り込みが行われ、道路や建物にとって危険になったり開発で邪魔になったりすれば撤去されてしまいます。都会にある街路樹の死亡率は郊外の樹木の2倍近くになるそうで、若くて大きな木が最も死の危険にさらされていると研究チームは主張しています。

街路樹の急成長は二酸化炭素吸収においてメリットですが、研究チームは「今のところ、樹木が急成長する利点は街路樹の死亡率の高さによって十分に生かされていません」と指摘。大きく成長した街路樹の死亡率を下げるための施策は、新たに街路樹を植える試みに注力するよりも、結果的に多くの二酸化炭素を吸収することにつながるだろうと研究チームは述べました。



https://gigazine.net/news/20190513-urban-trees-grow-fast/

20年前に素粒子物理学から二酸化炭素を大気から回収するテクノロジーの研究に転じたクラウス・ラックナー教授の考えは、ようやく世間から認められつつある。ラックナー教授は、二酸化炭素回収技術を確立しなければ、地球温暖化により人類は深刻な危機に瀕すると主張している。

クラウス・ラックナー教授の研究室に置かれた大きな金属製の容器は、地球を救う装置にはとても見えない。まるでゴミ箱のようだ。というより、ゴミ箱そのものだ。

ラックナー教授が、きっちりと折り目のついたカーキ色のズボンのポケットに手を突っ込んで眺めていると、その機械が変形し始める。マットレスのような形をした3つの金属製フレームが、容器の内部から出てきて、アコーディオンが広がるように天井に向かって伸びていく。

それぞれのフレームには、二酸化炭素分子と結合する樹脂で満たされた数百もの白いポリマーの細長い布が入っている。この布は、船の帆のような形をしており、この奇妙な装置を大気が吹き抜けるときに、温室効果ガスを取り出すように設計されている。

重要なのは、この材料が湿ると、二酸化炭素を放出するということだ。このことを実証するため、ラックナー教授は、装置のフレームを容器内に格納し、水で満たした。放出された二酸化炭素を集めれば、他の用途に活用することが可能で、再び初めから同じプロセスを繰り返せる。

アリゾナ州立大学にあるネガティブ・カーボン・エミッション・センター（Center for Negative Carbon Emissions）のラックナー教授の研究室は、気候変動の影響を緩和するために二酸化炭素を回収してリサイクルするという壮大な目的を掲げ、シンプルな機械を作った。ラックナー教授は、この装置が森のように無数に設置され、田園地帯を越えて広がり、数十億トンもの二酸化炭素を大気から回収する風景を思い描く。

薄くなった白髪頭のラックナー教授（66歳）は、20年間この問題に取り組んできた。1999年にロスアラモス国立研究所の素粒子物理学者として、大気から二酸化炭素を回収することで気候変動に対抗することの実現可能性を探る最初の科学論文を書いた。何年もの間、ラックナー教授の声は届かなかった。だが、壊滅的な温暖化を防ぐための温室効果ガス排出量の迅速な削減に世界が苦労する中、多くの人がラックナー教授の考えに同意するようになってきている。ラックナー教授の論文は、複数の大気回収スタートアップ企業にヒントを与え（そのうちの1社はラックナー教授自身の企業だ）、研究者を刺激して科学論文の発表も増加している。同じようなスタートアップ企業であるカーボン・エンジニアリング（Carbon Engineering）を共同創業したハーバード大学のデビッド・キース教授は、「たった1人の人間の考えや主張から生み出された製品によって作られた分野というのは、他に類を見ません。ラックナー教授は、二酸化炭素による気候問題を解決できる規模で、大気から直接回収する技術を開発できると主張する研究者の中心的存在でした」と話す。

この枠組みがうまくいくかどうかは、ラックナー教授を含め、誰にもわからない。化学式は極めて単純だ。だが、気候変動に待ったをかけられるような二酸化炭素除去装置を本当に作れるのだろうか？ 資金は誰が提供するのだろうか？ さらに、回収した二酸化炭素をどう処理したらいいのだろうか？

ラックナー教授は、答えがまだわからない部分があることをすぐに認めたが、プロセスが安価になるほど実現に近づくとも考えている。「『炭素問題の解決には1トン当たり1000ドルかかる』といえば、『気候変動は、でたらめだ』と言われるでしょうし、1トン当たりの処理額が5ドルや、1ドルだと言えば、『なぜ早く解決しないのだ』と言われるでしょう」。


https://www.technologyreview.jp/s/129898/one-mans-two-decade-quest-to-suck-greenhouse-gas-out-of-the-sky/
続く）

■地球のCO2貯蔵庫は温暖化で崩壊寸前

＜温室効果ガスを吸収して保持する、植物と土壌の「貯蔵機能」がもうすぐ限界に＞

気候変動に起因する潜在的脅威は山ほどあるが、今回さらに新しい問題が見つかった。気候変動が気温上昇に対する自然の抵抗力を低下させる可能性だ。

植物や土壌には二酸化炭素（CO2）を吸収・保持することで、温室効果ガスによる気温上昇を防ぐ「炭素貯蔵庫（カーボンシンク）」の機能がある。

メカニズムは単純明快だ。植物はCO2を吸収し、光合成によって炭素を成長と回復のためのエネルギーに変換する。土壌も腐食した植物、動物の死骸や老廃物などの有機物からCO2を取り込み、大気中の2～3倍の炭素を保持する。両者が吸収するCO2は、人類が排出する量の25％に達すると推定される。

18年、人類は過去最大のCO2を大気中に排出したが、植物と土壌の炭素吸収能力は限界に近づいた可能性がある。気候変動が引き起こす干ばつや洪水などの異常気象が土壌の水分量を変動させたり、植生を壊す原因になるからだ。

今年1月に英科学誌ネイチャーに掲載された論文で、研究チームは土壌の変化が炭素吸収に及ぼす影響を調べた。その結果、土壌は当面はより多くの炭素を何とか吸収しようとするが、2060年までに吸収量はピークに達し、その後は大幅に低下することが分かった。このため大気中により多くのCO2が残り、地球温暖化を加速させるという。

「これは大変なことだ」と、コロンビア大学工学・応用科学大学院博士課程のジュリア・グリーンは論文で述べている。温暖化に対する土壌水分の影響の大きさに衝撃を受けたと、グリーンは言う。

この研究は今世紀末までの影響を定量化した最初の例だ。干ばつや熱波は土壌を干上がらせ、植生を破壊して炭素吸収を不可能にする。この研究によれば、通常より降水量の多い年があっても、乾燥した年の損失分を補填できないという。

「干ばつによって森林が乾燥したサバンナや泥炭地に変われば、土壌が保持する炭素が減る。それによって大気中に残るCO2が増え、温暖化を加速させる」と、英エディンバラ大学のデーブ・レイ教授（この研究には参加していない）は解説する。

今回の研究で使われたモデルはまだ、地域ごとの気候変動に対する多様な反応をうまく説明できていないと、レイは言う。だが同時に、こう強調するのも忘れなかった。

「世界中の森林と土壌という巨大な炭素貯蔵庫は、過去1世紀の急激なCO2排出量増大の影響を緩和する『地球サイズの圧力弁』の役割を果たしてきた。もし排出量を早急かつ大幅に削減できなければ、この巨大な貯蔵庫の機能が損なわれ、CO2を吸収する『人類の友人』がCO2を大量排出する敵へと徐々に変化しかねない」




ニューズウィーク日本版
https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2019/03/co2-6.php?t=1