2001年2月 No.11
21世紀を迎える低温研：学生達による恒例のクリスマスアイスキャンドル
低温科学研究所所長 本堂武夫
研究組織のあり方をめぐって様々な議論が飛び交う昨今である。個々の研究組織の運営に関わるような問題から、各大学における研究組織や国家戦略的な問題まで、大小様々な問題が俎上に上っている。科学・技術の急速な進歩に比肩し得るほどには、研究組織は進化して来なかったということであろうか。研究は結局'人'だから、いたずらに組織を変えても無意味だという醒めた見方の一方で、硬直化した組織に対する危機感も広がっている。大学院重点化に絡む改革論には、「附置研（国立大学附置研究所）の使命は終わった」という'決めせりふ'まで用意されているという状況である。進化した研究組織とは、いかなるものであるべきか、思いを巡らせてみたい。
生物細胞には、アポトーシスという自発的な死のメカニズムがある。生物が活性を保ち、進化を行なうためには、細胞がプログラムにしたがって死ぬ必要があるというのである。活発な細胞増殖を行なう臓器では、細胞分裂に見合った数のアポトーシスが起こり、個体成長の過程で不要になる器官や部位の細胞は時期がくると、あたかも自殺でもするかのように死んでゆく。それが、生物の成長や進化には欠かせないというのである。アポトーシスというメカニズムが働かなければ、臓器は肥大し、不要な器官を抱えたまま、生物の進化も遅々として進まなかったかもしれない。
研究組織を生物と同列に論ずるつもりはないが、現在の我が国の研究組織が抱えている問題の根元には、アポトーシスに相当するメカニズムが存在しないということがあるのではないか。科学・技術の発展のためには、新たな研究分野を拓く必要があったし、そのために組織的な拡大が行われてきた。しかし、組織の拡大が困難な最近の状況にあって、ますます高まる新規分野への要求に対応するためには、それに見合った組織の改廃が不可欠である。学術研究全体の発展のために、ある組織が自発的に消滅するというような仕組みをつくることは可能であろうか。現実にはこれに近いことが起こってはいるが、アポトーシスのような仕組みとはほど遠い。
研究組織のアポトーシスが可能となるためには、まず組織の骨格が明確でなければならない。生物も全ての器官が、増殖とアポトーシスを繰り返しているわけではない。皮膚や造血組織では、常に活発な増殖が行われそれに見合うアポトーシスが起こるが、神経細胞や心臓は増殖能がない。すなわち、生命を維持する上でもっとも基本的な器官にはアポトーシスが働かず、生物のアクティビティを決めるような部分では絶えずアポトーシスが起こっているのである。研究組織も、学問の基礎となる部分には、流行に惑わされない確固たる組織が必要である。実用とは無縁の世界で、連綿と続く研究があってこそ、科学・技術の進歩も可能になる。学術研究には、そういう'幹'となる組織が不可欠である。
その一方で、新たな研究分野を開拓し得るようなフレキシブルな組織も必要である。新たな分野を創造する時、研究者の力が最大限に発揮されるはずであり、これを推進する組識も必要である。しかし、これを固定的な組織にしてしまうと、必ずマンネリに陥る。ここに、アポトーシスが要る。研究組織に時限をつけるというのは、ひとつの方法であるが、十分ではない。新たな研究分野が開拓され、体系化されれば、その成果は上記の'幹'に取り込まれるべきものであって、同じ組織の延命を図るべきではない。新たな分野の誕生は、さらに新たな分野を生む原動力になるはずであり、そのための新たな組織に移行し得る仕組みを持たなければならない。
大学附置研の存在意義に対して疑問が投げかけられるようになった直接の原因は、大学院重点化にあるが、根本には先端的な研究の担い手であるはずの附置研がマンネリに陥っていることに対する批判がある。研究重視の大学院重点化大学において、マンネリ化した附置研の存在は希薄にならざるを得ない。いかに特徴があったとしても、先端的でなくなった時点で、'幹'に体系化すべきものであろう。新たな分野を開拓するためにできた研究組織は、成果が体系化されると共に消滅して、まったく新たな組織が生まれる。そういう仕組みで、'幹'である'知の体系'が拡大する。
生物におけるアポトーシス発現のメカニズムは、良く分かっていないようであるが、長い進化の歴史の中で、生物が獲得した機能であることは確かである。研究組織に同じメカニズムを持ち込むことが良いことかどうか、またどのようなメカニズムでアポトーシスを発現させるべきか、試行錯誤が必要であろう。４年間の所長職を今年度末で終えるにあたって、所長という職そのものがアポトーシス細胞なのかもしれない、と思い始めている。
竹澤大輔（低温基礎科学部門）
真核細胞の細胞内カルシウムイオンは、成長過程や細胞外環境の変化に敏速に反応して濃度が劇的に変動することから、細胞機能を調節する「シグナル（信号）伝達物質」として重要な働きを持っていると考えられている。ほ乳類の細胞では、カルシウムによって活性化される「CaMキナーゼ」という酵素が、カルシウムのシグナルに応答して細胞内の様々なタンパク質の機能を調節することがわかっている。しかし、植物ではこのような酵素の存在も機能調節のメカニズムも不明であった。
筆者らは、米国の研究者と共同で、植物から新規のCaMキナーゼの遺伝子を単離することに成功し、その機能解析、発現解析および生理学的な解析を行った。生化学的機能の解析から、植物CaMキナーゼは、動物のものとは異なり、濃度の異なるカルシウムにより２段階の活性化を受けることが明らかとなった。また、遺伝子の発現解析から、このCaMキナーゼは花粉形成期のみに発現することを見出し、植物の花粉形成におけるカルシウムシグナルの重要性を示した。CaMキナーゼ遺伝子の発現を「アンチセンスＲＮＡ」を導入して抑制した形質転換植物を作ったところ、その雄しべの葯では、正常な発芽能を持つ花粉は形成されず、植物は雄性不稔となることを見出した。
これらの結果から得られた知見をまとめて「雄性不稔植物作出のための成分と方法」として米国で特許出願し、2000年6月に取得した。この成果により、CaMキナーゼアンチセンス遺伝子を用いることによって、様々な植物において作物育種に有用な雄性不稔植物を遺伝子工学的に作出する事が可能となった。このような植物は交配が容易な上に、花粉の飛散がきわめて少ないことから、花粉アレルギーをなくしたり、環境への影響が少ない植物の開発することにも応用できると考えられる。
植物では、カルシウムシグナルによって、花粉形成だけでなく他の成長プロセスや異常環境への適応機構、さらには病原菌抵抗性発現など、広範囲の細胞応答過程が調節されていることが知られている。植物に複数存在するといわれているCaMキナーゼは、このような個々のカルシウムシグナル伝達経路において役割を果たしていると考えられる。これまでに得られた知見を応用して、様々な植物CaMキナーゼの生理機能の解析をすすめることにより、植物におけるカルシウムを介した環境応答シグナル経路の全貌が明らかになってゆくものと期待される。
これまでの研究では、アンチセンスＲＮＡ導入によって植物CaMキナーゼ遺伝子が抑制された植物の解析を行ってきたが、この方法では、遺伝子を100%不活化することはできない。より詳細にその生理学的機能を解析するためには、染色体上のCaMキナーゼ遺伝子が完全に破壊された植物を作出する必要がある。筆者は、植物で唯一、遺伝子破壊株が容易に作出可能なヒメツリガネゴケを材料として用いた研究を最近スタートさせ、この植物から新たにCaMキナーゼ遺伝子を単離した。今後は、このCaMキナーゼ遺伝子が破壊された植物を作り、逆遺伝学的手法によってカルシウムシグナル経路とCaMキナーゼの生理学適役割を明らかにすることを計画している。
図１ 通常のタバコ（左上、左下）とアンチセンスRNAでCaMキナーゼ遺伝子を抑制した遺伝子組み替えタバコ（右上、右下）の比較。
図２ 植物CaMキナーゼタンパク質の一次構造とカルシウムによる活性化の模式図。タンパク質リン酸化を触媒するキナーゼドメインの活性は、C末端付近へのカルシウムの結合とカルシウム結合タンパク質CaM(カルモジュリン)の作用により調節されている。
荒川政彦（低温基礎科学部門）
1998年12月から2000年6月までの1年半，アメリカ東海岸北部の州，ニューハンプシャーのはずれにある小さな町，ハノーバーに滞在して研究することになった．この人口１万５千人程の町は，アパラチアン山脈の中にある緑豊かな町である．このハノーバーにあるダートマス大学は日本ではあまり知る人はいないが（オリンピックのアルペンスキーで銀メダルを獲った猪谷千春の留学先かマッキントッシュのFTPソフトFetchの開発元で知っている人もいるかもしれない），1769年に創設されたアメリカでも有数の歴史を誇る大学で，ハーバード大やコロンビア大が属するアイビーリーグを構成する８大学の一つである．ここの工学部には，最近「Physics of ice」という教科書を出版したことで低温研の物理系研究者にも良く知られているVictor F. Petrenko教授という氷物理（特にその電気物性）の専門家がいる．Petrenko教授は，氷の力学物性で有名なErland M. Shulson教授および氷結晶中の転移の研究をなさっているIan Baker教授とともにIce Research Laboratoryを運営している．私はこのPetrenko教授の要請で共同実験を行うために渡米することになった．
Petrenko教授の研究室では氷の基礎的な物性研究とその工学的な応用に関する研究がバランス良く行われており，滞在した私もその両方に関与する機会に恵まれた．関わった研究課題は「海氷中のクラック伝播」，「氷と金属の付着に対する電場の影響」，「電線着氷の交流加熱法による除去」，「氷の電気分解による航空機の着氷除去」と数も多く，残念ながらここで説明する紙面はないが，課題だけみても基礎研究とその応用の両者がなされていることがわかっていただけると思う．この中で航空機と電線の着氷除去に関してはPetrenko教授ご自身で特許をもっており，その特許をもとに企業との共同研究を現在進行中である．着氷の研究は低温研の創立当初から中谷先生を始めとして精力的に行われていたと聞いているが，アメリカでまったく異なる視点から新しい方法により，この着氷の研究に携わることになるとは思わなかった．
ここではアメリカで行った研究の中で特に気に入っているものを簡単に紹介するに止める．それは，氷と金属の摩擦に対する電場の影響を調べた研究である．氷と金属の摩擦と言えばアイススケートを思い浮かべるまでもなく，大変に滑りやすいものだと多くの人は思うのではないだろうか．この氷の摩擦を自由にコントロールできたら面白いのでは？というのが研究の始まりである．その方法であるが，Petrenko教授が数年前に氷と金属の間に電場をかけると摩擦力が増加することを発見していたので，その手法を踏襲することにした．図１はこの実験に用いた実験装置の写真である．その結果，図２に示すように直流・交流電場に関わらず，摩擦力の大きな増加が観察された．その増加率は電圧を加えないときの30倍以上にも達することがわかった．この摩擦力の急激な増加は，静電圧力や接触面での霜の成長により起きていると思われるが詳しいことは引き続き研究中である．なお，Petrenko教授の研究室では，この結果をもとに伝導性ゴムを用いた同様の実験を行い，凍結路面での車の制動を制御する方法も開発中である．
私の専門は惑星科学という分野で，これまで特に氷天体の形成過程を中心に研究を進めてきた．今回，海外で研究を行う機会を得て，このように多少異なった分野の研究に挑戦してみたが，自分の研究の幅を広げるには大変良い経験になったと思う．最後にアメリカでの研究を行うに当たって，すべての経費をまかなってくれたPetrenko教授にこの場をおかりしてお礼を述べたい．
図１ 実験装置の写真。厚さ4mmの透明な氷がステンレス板の上に貼り付けられている。その上を円盤状のスライダーが移動し、その時の摩擦力を計測する。電場はステンレス板(+)と円盤スライダー(-)の間にかけられる。
図２ 摩擦力の電圧依存性。DCは直流電圧、ACは交流電圧を示す。電圧の増加とともに、急激に摩擦力は増加する。
持田陸宏（寒冷海洋圏科学部門）
地球温暖化など、人間活動が気候変動に与える影響の議論や研究が進められて久しいが、その中で人間活動を含めたエアロゾルとその前駆体の大気への放出が、温暖化にどのような影響を与えるのかという点が大きな注目を集めている。アジアなどにおいては地球温暖化物質の放出量が今後増加すると思われるが、人為起源物質の放出は同時に硫酸エアロゾルや有機エアロゾルなどの増加を伴うため、エアロゾルが負の放射強制力を及ぼすことに起因する大気の冷却効果をもたらすと考えられる。
エアロゾルによる大気の冷却効果にはエアロゾル自身が太陽光線を反射することによる作用（直接効果）と、太陽光線を反射する作用を持つ雲の生成を通した間接的な作用(間接効果)の２つが挙げられる。直接効果に関しては、様々な空気塊において有機態炭素の全エアロゾルに占める割合は大きいことから、有機物は直接効果に対して重要な成分であると考えられる。また間接効果に関しては、近年大気中において有機物を主成分とするエアロゾルが、雲凝結核に大きく寄与する可能性が指摘されている。しかしながらこれら有機化合物の冷却効果への寄与の大きさは、エアロゾル中の有機化合物の組成や起源、分布についての情報が極めて乏しいため、定量化できていないのが現状である。
現在私の所属する研究グループでは、このようなエアロゾル中の有機化合物に注目し、大気観測を中心とした研究を進めている。粒子相に存在する有機化合物は、極性が高い、あるいは分子量が大きいために蒸気圧の低い成分が多くを占めている。中でも極性官能基を持つ化合物群は、大気中に直接的に放出されるものに加え、ラジカル酸化などにより大気中で生成されるものがあり、その生成消滅過程は非常に複雑で、現在までそのごく一部が明らかにされているにすぎない。今後、液体クロマトグラフィー／質量分析計によるエアロゾル中の有機物の組成の全体像の解明、ガス／粒子の分配比の測定や有機成分の粒径分布の観測によるエアロゾル生成、成長への有機物の役割の解明、室内実験による反応機構、生成過程の解明などを目指し、最終的に放射影響などの議論につながってゆく研究を進めていきたい。
図１ 海洋大気エアロゾル中に含まれるジカルボン酸をブチルエステル誘導体化し、液体クロマトグラフィー／質量分析計に導入して得られたトータルイオンカレントクロマトグラムの一例
若土正曉（寒冷海洋圏科学部門）
当研究所は、ＣＯＥ（Center of Excellence）研究機関の指定を受け、研究プロジェクト「オホーツク海と周辺陸域における大気-海洋-雪氷圏相互作用」（Atmosphere-Ocean-Cryosphere Interaction in the Sea of Okhotsk and the Surrounding Environment、研究代表者：若土正曉）を立上げ、国際共同研究の形をとり、オホーツク海とカムチャッカを中心とした現場観測を、過去五年間にわたって実施してきた。多くの貴重なデータが得られ、現在それらの解析が精力的に進められている。
観測を中心に多くの研究成果が得られたこの機会に、関係する国の内外の著名な研究者を招き、活発な議論を通してより理解を深め、この分野の今後の研究指針を提示することを目的に国際シンポジウムの開催が企画され、平成12年12月12日から15日までの４日間、当研究所講堂（口頭発表）と交流ラウンジ（ポスター発表）で行なわれた。招待講演者２８名（外国研究者19名、国内研究者９名）を含む約200名の参加があり、発表も口頭、ポスター合わせて約100件にものぼり予想以上の盛況であった。シンポジウムでは、研究内容から大きく７つのセッション（海洋循環と水塊形成、海氷の成長履歴、大気-海洋相互作用、物質循環、古海洋、氷河変動と氷コア解析による古環境復元、植生動態と物理的環境の相互作用）に分けられ、それぞれの分野の新知見、今後の課題などが明確に浮かび出せるような配慮がなされた。
オホーツク海と周辺陸域という共通の研究対象域に注目して、海洋物理学、気象学、地球化学、雪氷学、植物生態学、地形学、古海洋学など多岐にわたる研究分野で著名な研究者が一堂に会し、この地域の気候システムにおいて果たしている役割について、かなり突っ込んだ議論を展開することができた。その活発な議論の過程で、多くの未解決の問題が残されていること、それら具体的な問題を解決するために何をなすべきか、などが鮮明になり、この分野の今後の研究推進に良い指針を得ることができた。
シンポジウムの最後に、当研究所の次期ＣＯＥ研究プロジェクト「寒冷圏における大気-雪氷-植生相互作用の解明」の研究代表者である、原登志彦教授からプロジェクトの研究上の重要性、実施計画、さらには第一期プロジェクトとの関連性などが述べられ、次への大いなる期待をもって閉会した。
写真１ Ohio State UniversityのLennie Thompson教授による公演
写真２ ポスターセッション会場
藤吉康志（海洋寒冷圏科学部門）
HUBEX (Huai-he River Basin Experiment)は、文部省の特定領域研究「アジアモンスーン地域におけるエネルギー・水循環」（GAME: GEWEX Asia Monsoon Experiment）の一環として、1998年と1999年の梅雨期に中国淮河流域で日本と中国の共同観測として行われた。1999年のGAME/HUBEXワークショップは中国の西安で行われ、今回は、本研究所講堂で2000年９月12日から14日の3日間行った。参加者は、国内（所外）から18名、中国（北京大学、国家気候中心、気象科学研究院、淮河水利委員会、国家衛星気象中心、安徽省気象局、南京大学、南京気象学院、国家自然科学基金委員会等）から31名、韓国（気象局、気象研究所、延世大学）から４名の合計53名であった(写真)。
ワークショップでは、観測期間中に得られたデータセットの情報交換、これまでに得られた観測およびモデリングによる研究成果の討議、及び今後の日中共同研究計画の打ち合わせを行った。以下は、セッションタイトルである。
1: Structure and dynamics of the Mei-yu front
2: Regional-scale energy and water cycles
3: Structure and dynamics of mesoscale convective systems
4: Modeling and prediction of mesoscale convective systems
5: Basin-scale water budget and hydrological model
6: Land surface fluxes
7: Discussion for future research work
GAME/HUBEXワークショップ参加メンバー
「寒冷圏及び低温条件の下における科学的現象に関する学理及びその応用の研究」を目的として、研究所内外の研究者が協力して実施する、(1)特別共同研究、(2)一般共同研究、及び(3)研究集会を公募します。
(1)特別共同研究とは本研究所が提案して重点的に推進する研究課題を、(2)一般共同研究とは申請者が設定した研究課題を、いずれも当研究所の施設、装置、データ等を主に利用して行うものです。(3)研究集会とは、研究企画のために開かれる会議・シンポジウムや成果発表会を行うものです。
(1) 特別共同研究：平成13年度の課題は「氷晶雲の放射特性に関する研究」(平成13年度で終了)及び「寒冷圏における大気-雪氷-植生相互作用の解明」(平成15年度まで)の２課題です。申請者は本研究課題に沿った分担研究課題を設定して応募願います。
(2) 一般共同研究：平成13年度の採択件数は50課題程度を予定しています。原則として旅費のみの申請としますが、報告書印刷費の申請も可能です。
＊ 消耗品費等の校費は申請できませんので、ご留意願います。
(3) 研究集会：平成13年度の採択件数は10課題程度を予定しています。原則として旅費のみの申請としますが、報告書印刷費の申請も可能です。
大学及び国・公立研究機関の研究者、又はこれに準ずる研究者で所長が適当と認めた者。
特別共同研究課題への応募は、個人での申請になります。
一般共同研究・研究集会を行うにあたっては、研究の推進及び取りまとめ等のため、研究代表者を定めて下さい。研究代表者は所外の研究者でも、当研究所の教官でも差し支えありませんが、研究組織の中には、少なくとも当研究所の教官１名が加わる必要があります。
申請に際して研究代表者として応募できるのは、(2)一般共同研究１件と、(3)研究集会１件です。特別共同研究の分担者として応募した場合は、一般共同研究の研究代表者としては応募できません。
研究代表者は、研究内容、使用機器、経費内訳等について、事前に当研究所の関係教官と相談の上、所定の申請書（別紙様式１）を所属長等の承認を得てから提出して下さい。また、同時にe-mail（kyodo@pop.lowtem..., ... は .hokudai.ac.jp と読みかえる）での登録も必要です。後述（公募要領3ページ）の「e-mailによる登録の様式」を参照下さい。
なお、研究代表者は、分担者の所属長等から承諾(別紙様式２-共通) を得て、併せて提出して下さい。
特別共同研究の分担研究、一般共同研究及び研究集会は１年です。
共同研究のために供することのできる施設、装置及びデータ・資料については、共同研究応募資料を参照下さい。
平成 13 年 2 月 28 日（水） 必着
共同研究の採否及び配分額は、共同利用委員会で審査し、教授会の議を経て、研究所長が決定します。採択された場合は５月上旬までに、配分額は予算示達後、いずれも研究代表者に通知します（不採択の場合は通知しません）。
研究代表者は、公募要領書類4ページ「報告書の様式」を参照のうえ、平成14年3月31日までに「共同研究・研究集会報告書」* を提出願います。
＊ 平成13年度より報告書を従来の冊子体での発行から、ホームページに掲載する方法に変更の予定です。提出要領の詳細については、採択時に配布する「共同研究のしおり」で確認願います。
共同研究の成果を学術論文として報告した場合は、そのコピーを１部送付下さい。その際、論文中に当研究所との共同研究であることを明記願います。
〒060-0819 札幌市北区北19条西8丁目
北海道大学低温科学研究所共同研究担当
TEL：011(706)5465（ダイヤルイン） FAX：011(706)7142
e-mail: kyodo@pop.lowtem...,
... は .hokudai.ac.jp と読みかえる
様式1〜2は当研究所ホームページ
(http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/kyodokenkyu/kyodokenkyu.html）
からダウンロード(Word 6.0・一太郎Ver.6)できます。
「e-mailによる登録の様式」
subject: applyとし、本文は以下のようにして下さい。
本文はa. から書き始めて下さい。
a. 「特別」「一般」「集会」の別
b. 申請者氏名
c. 申請者所属
d. 申請者職名
e. 低温科学研究所以外に所属する分担者氏名（所属・職名、e-mailアドレス）
f. 低温科学研究所に所属する分担者氏名
g. 研究課題名
h. 所要経費の内、旅費の要求総額（千円）
i. 所要経費の内、印刷費（一般及び集会）、消耗品・設備費等（特別共同研究のみ）の要求総額（千円）
j. 所要経費総額（千円）
注）e, fで複数の場合は ;（セミコロン）で区切って下さい。
（ 例 ）
To: kyodo@pop.lowtem...
(... は .hokudai.ac.jp と読みかえる)
subject: apply
----------------- 以 下 本 文 ----------------
a. 一般
b. 熱風太郎
c. 南海大学高温研究所
d. 教授
e. 変温花子（氷雪研究所・主任研究官、hana@kori.・・・）； 暖気三郎（東西大学農学部・助手、dansa@touzai-a.・・・）
f. 冷水次郎
g. オホーツク海の海氷とシベリヤの気候の相互作用に関する研究
h. 250
i. 120
j. 370
--------------------------------------------
※ 分担者の氏名・所属（支所名等まで）は正確に記入願います。
メールで送信されたデータで申請一覧を作成します。
以上
| 日付 | 内容 | 氏名 | 旧職（現職） |
|---|---|---|---|
| 13. 1. 1 | 採用 | 持田 陸宏 | 寒冷海洋圏科学部門助手 |
| 13. 1.11 | 任期満了 | ネスチェレンコ，V A | 外国人研究員 [客員助教授] |
| 13. 1.12 | 任期満了 | ヘルベン，トマシュ | 外国人研究員（客員教授） |
| 13. 2. 1 | 辞職 | ラシュケ，エールハルト | 外国人研究員（客員教授） |
平成13年1月30日（火）に次期所長候補者の選挙が実施され，若土正曉教授が 選出されました。