データ記録装置としてのDNA［Scientific America］

from Scientific America

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DNAは二重らせん構造をしていて、一方の鎖の塩基配列がわかれば、対となる鎖の配列も自動的にわかるので、情報の保存に最適だ。

またDNAは長期間安定しており、情報の完全性と正確さを維持できる。一例を挙げると、8,100年前の人骨から分離されたDNAが2017年に解析された。この遺物は理想的とはいえない状態で保存されていたものだ。低音で乾燥した環境で保存さていれば、DNAが何万年ももつのはほぼ確実といえる。情報を完全な状態で正確に維持できる。

だが最も魅力的な特徴は、DNA二重らせんが非常に稠密な構造に折りたたまれるという点だ。人間の細胞には直径約0.00001mの細胞核があるが、一個の細胞核の内部にあるDNAをまっすぐに伸ばすと長さが2mに達する。別の言い方をすると、一人の人間の体内にあるDNAを全部つなげると100兆ｍになる。

2012年に科学者が試算したところによると、理論上はたった1gのDNAに455エクサバイト（4,550億ギガバイト）のデータを保存できる。この情報記録密度はハードディスクの物理的記録密度の100万倍だ。

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様々な分野でDNAが情報の生成・追跡・記録に使われるようになった現在、いずれは在来の電子的記録装置に対抗してデジタルデータの保存に使われるのだろうかと問うのは自然な疑問だ。

現時点での答えはノーだ。最新のDNA記録システムよりも、ハードディスクやフラッシュメモリーのほうが情報の保存にはるかに優れている。

だがすべての技術と同様、在来の電子デバイスにも限界がある。物理的な空間を専有し、特定の環境条件を必要とする。最も耐久性に優れたものでさえ、寿命は数十年だ。こうした問題を考えると、私たちが現在作り出しているデータすべてを保持し続けるのは遠からず困難になるかもしれない。

これに対しDNAは、低温・乾燥環境で保存すれば、ほぼ確実に数万年はもつ。低温条件を必要とする研究室ではDNAを－20℃ないし－80℃で保管するのが当然になっているし、通常の電子機器が耐えられない高温での保存も可能だ。スイス連邦工科大学チューリヒ校のグラス（Robert Grass）とスターク（Wendelin Stark）は2015年、シリカに封入したDNAがエラーを生じることなく70℃の高温に一週間耐えられることを示した。

また、ハードディスクは１平方インチ（6.45cm2）あたり1テラバイトの情報を記録できるものの、最近の試算によると、全世界で生成された情報すべてをわずか1kg足らずのDNAに保存することが理論的には可能だ。

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J.E.ダールマン
DNAストレージ
世界の全情報をタマゴ1個に
日経サイエンス2019年11月号(北極融解/BMIで拡張する身体) 

落ちて下になるのは、バター面か？

From:
日経サイエンス2017年6月号
S.マースキー
「５秒ルール」を考える


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コメディアンのブースラー（Elayne Boosler）は、豊富な人間経験についてこんな話をした。

「母は掃除が大の自慢で、いつも『うちの床に落ちたものは食べても大丈夫だよ』と言っていた」

「わたしんちの床も食べられる。どっさり落ちてるから」





テレビアニメ『ザ・シンプソンズ』のホーマーは、床に落ちている一切れのパイを見つけて言った。

「うまそうなフロア・パイ！」




さらにテレビドラマ『フレンズ』には、こんなのがあった。

レイチェルとチャンドラーが、玄関の床に落ちた厚切りのチーズケーキをつついて食べているところに、ジョーイがやってきて腰をおろし、ポケットからフォークを取りだして言う。

「いいねえ、なんのごちそう？」


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ここで思い出すのは、バターを塗ったパンを落とした際に、バター塗り面が上になって着地したことに不安をおぼえたユダヤの老人についての有名な話だ。

ベタベタのバターが床に触れずにすむのは幸運に思えるかもしれない。だが、この世は憂き世であるからして、この老人は

「宇宙が創造主の遠大なる永遠の計画にそって機能していないのではないか」

と不安になった。そこで老人はラビに相談した。ラビは数日にわたって研究と熟慮を重ねたすえに、科学的な説明にたどりついた。いわく、

「バターを塗る面が間違っていたのである」


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いずれにせよ、わたしの場合、下になるのは決まってバターを塗ったほうの面だ。


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From:
日経サイエンス2017年6月号
S.マースキー
「５秒ルール」を考える

コウモリが「空飛ぶ変な哺乳類」であるように、鳥も「変な恐竜」なのだ。

From:
日経サイエンス2017年6月号
Stephen Brusatte
『羽根と翼の進化』


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鳥類には他のすべての現生動物と一線を画す特徴がおおくある。飛行能力をもたらす形質だけでなく、代謝が極めて高いために驚くほど成長がはやく、脳が大きいために高い知性と鋭敏な感覚をそなえている。実際、鳥類は非常に独特なので、研究者たちは長い間その起源について頭を悩ませてきた。

1860年代、ダーウィンの親友の一人で、もっとも声高な支持者だったイギリスの生物学者ハクスリー（Thomas Henry Huxley）は、鳥類の起源の謎に挑みはじめた。





ダーウィンが1859年に『種の起源』を出版してからわずか数年後、独バイエルンの採石場で、労働者が割った石灰岩のなかから１億５千万年前の骨格があらわれた。爬虫類のような鋭いカギ爪と長い尾、鳥のような羽毛と翼をあわせもつ動物の化石だった。

始祖鳥（Archaeopteryx）と命名されたこの動物が、やはりその当時に見つかりはじめていたコンプソグナトゥス（Compsognathus）などの小型肉食恐竜に不気味なほど似ていることにハクスリーは気づいた。

そこで彼は「鳥類は恐竜の子孫である」という大胆な説を発表した。ほかの科学者は彼の説に反対し、議論はその後100年間、行ったり来たりの状態だった。





この議論は、よくあることだが、新しい化石の発見によって決着がついた。

1960年代中頃、エール大学の古生物学者オストロム（John Ostrom）が北アメリカ大陸西部で、驚くほど鳥に似た恐竜デイノニクス（Deinonychus）の化石を発見した。その長い前肢は翼のように見え、しなやかな体つきは活動的な動物を思わせた。





デイノニクスには羽毛まで生えていたとオストロムは推測した。もし鳥類が恐竜から進化したのなら（そのころには多くの古生物学者がこの説を受け入れはじめていた）、その進化系統のどこかで羽毛が生じなくてはならない。

だが、彼には確信がなかった。手元にあるのはデイノニクスの骨だけだったからだ。残念なことに、羽毛のような軟らかい組織はほとんどの場合、動物が死んで腐敗し、地中に埋まって化石化する過程で失われてしまう。

オストロムは待った。鳥類と恐竜の関係を疑いの余地なく証明できる聖杯、羽毛があったことを実証できる細部まで保存された恐竜の骨格を探しつづけた。





そして引退間近の1996年、彼はニューヨークで開かれた古脊椎動物学会の年次会合に出席し、現在カナダのアルバータ大学にいるカリー（Philip Currie）に声をかけられた。やはり鳥に似た恐竜を研究していたカリーは中国から戻ったばかりで、同国で驚くべき化石のことを耳にしていた。

彼は一枚の写真を取りだしてオストロムに見せた。それにはなんと、羽のようなふわふわしたものに囲まれた、小さな恐竜が写っていた。この恐竜は、ポンペイのように火山灰によって素早く埋められたため、完全な状態で保存されていた。

オストロムはうれし泣きした。羽毛恐竜が、ついに発見されたのだ。






この化石は後にシノサウロプテリクス（Sinosauropteryx）と命名され、これを皮切りに新たな化石がつぎつぎに発見された。

科学者たちはゴールドラッシュ時代の採掘者のように、その恐竜が発見された遼寧省に駆けつけたが、どこを探したらよいかを知っていたのは地元の農夫たちだった。同省ではそれ以降、これまでの20年間に、20種類以上の羽毛恐竜の化石が見つかっている。

全長が９ｍもあって毛髪のようなもので覆われたティラノサウルス・レックス（Tyrannosaurus rex）と、同系統の初期の恐竜や、ヤマアラシの針のように羽毛が生えた犬ほどのサイズの草食恐竜、完全な翼をもつカラス大の飛翔恐竜などだ。これらの化石は、世界で最も有名な化石に仲間入りした。





遼寧省で発見されたこれら羽毛恐竜によって議論は決着した。

鳥類は実際に恐竜から進化したのだ。ただ、この言い方は両者が完全な別物であるような印象をあたえる点で、やや不適切かもしれない。実際には「鳥は恐竜だ」。

鳥類は恐竜と祖先を共有する、多数の下位グループの一つであり、トリケラトプス（Triceratops）やブロントサウルス（Brontosaurus）とまったく同様に恐竜なのだ。

次のように考えてもよい。

コウモリが「空飛ぶ変な哺乳類」であるように、鳥も「変な恐竜」なのだ。

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From:
日経サイエンス2017年6月号
Stephen Brusatte
『羽根と翼の進化』

賢くなる道があるというに…［大統領ガーフィールドの死］

1881年、時のアメリカ大統領、ガーフィールド（James Garfield）が狙撃された。

凶弾は背中に命中、そのおよそ2ヶ月後、ガーフィールド大統領は死亡した。




狙撃犯、ギトー（Charles Guiteau）は裁判の席上、大統領殺害を否認した。

ギトーはこう主張した。

「ガーフィールド大統領は『医療過誤』のせいで死亡した」

と。




歴史研究者のオシンスキー（David Oshinsky）は、著書『ベルビュー病院：米国の最も由緒ある病院における医療と混乱の３世紀』で、こう述べている。

「もし医師たちが苦痛軽減処置のみにとどめていたのなら、ガーフィールド大統領はほぼ確実に生き延びていただろう。しかし医師たちは逆に、洗っていない指で弾丸を不器用に探し回り、不潔な探針を開放創に差し込んだ」





19世紀後半のアメリカでは、いまだ『細菌』の存在が疑問視されていた。

ベルビュー病院のベテラン医師であったルーミス（Alfred Loomis）は、ふざけ半分にこう語っている。

「空気中に細菌がいるそうだが、私には見えないね」

狙撃されたガーフィールド大統領の医療処置にあたった外科医ハミルトン（Frank Hamilton）は、「手や器具を洗浄しようとはまるで考えなかった」。

というのも、手洗いと器具洗浄というのは当時最新の考え方であり、守旧派の60代後半だったハミルトン医師の容認するものではなかったのである。



人間が細菌の存在を信じようと信じまいと、細菌にはお構いなしだ。

ガーフィールド大統領は狙撃から死亡までの２ヶ月間で、体重が100ポンド（45kg）近く落ちた。死後解剖の結果、彼は感染症に侵されており、遺体の大部分は膿だったという。



はたして、狙撃犯ギトーが裁判で主張した言葉、「ガーフィールド大統領は、医療過誤のせいで死亡した」は正しかったのだろうか？

いまとなっては、すっかり後の祭りである。

ギトーはすでに絞首刑に処されてしまったのだから。



S. マースキーは、こう締める。

「人間はいつも、ある大きな問題に直面しがちである。つまり、『賢くなる道があるというのに、あくまでも愚かでありつづけようとする』という問題に、だ」



（了）



出典：日経サイエンス2017年4月号
S. マースキー「見る目を持とうよ」

宇宙はマトリョーシカ。その最後の中身は…

「超ひも理論」

このいかにも小難しいそうな理論を、大栗博司教授はロシアの「マトリョーシカ」にたとえる。







この可愛らしいダルマのような人形は、胴から半分に割れて、その中から一回り小さい人形が顔を出す。

その人形を割ると、さらにもう一回り小さな人形。また割ると、そのまた一回り小さな人形…。

こうしてついには、「小指の先ほど」の小さな人形にまで行き着く。



マトリョーシカの「入れ子構造」は、普通ここで終わる。それは原子にたとえると、原子の中にそれより一回り小さな「原子核」があり、その中には「核子（陽子と中性子）」、そして、その中の「クォーク」に至ったところだ。

「さて、この中には何があるでしょう？」

大栗教授は、試すように微笑みながら、小指大のマトリョーシカを丁寧に割って見せる。



そして、出てきたのは…

「輪ゴムだ！」

超ひも理論によれば、分割不可能と思われたクォークの中には、輪ゴムならぬ「超微小のゴムひものようなもの」が入っているとされている。

そして、その「ひも」は「バイオリンの弦」のようにプルプルと振動しているのだという。



素粒子を「点」ではなく、「弦（ひも）」と世界で初めてイメージしたのは「南部陽一郎」氏で、それは今から40年以上前の1970年のことだった。

その「弦理論（ひも理論）」が1970年前半に強化されたものが「超弦理論（超ひも理論）」と呼ばれるものだ。

マクロ世界を支配する「相対性理論」と、ミクロ世界を対象とする「量子力学」は、互いに相性が悪かったが、この「超ひも理論」がその仲を取り持ち、反目する両者を統合する可能性を垣間見せてくれたのだった。







大栗教授は小学生時代、湯川秀樹氏の伝記に感動したという。

「思考の力で自然界の最も深く揺るぎない真実に到達したという話に、感動しました」

そして、その憧れの京都大学へ。そこには「そんなことを考えている学生ばかり」がいた。



京大の数学者・佐藤幹夫（現名誉教授）は、若き大栗氏にこう言ったという。

「朝起きた時に、今日も一日数学をやるぞ、と思っているようでは、とてもモノにならない。数学を考えながらいつの間にか眠り、朝目が覚めた時はすでに、数学の世界に入っていなければならない」



超ひも理論によれば、極小のヒモなるものは「９次元空間」で振動しているという。

ご存知、われわれの知覚している世界は「３次元（縦・横・高さ）」。つまり超ひも理論が正しければ、「この世界には別に６次元の空間が隠されていることになる」。

「隠された６次元空間の中に、自然界の法則が書き込まれている可能性を、美しいと感じました」と、京大大学院に進んだ大栗氏は思ったという。



そして30歳の頃、アメリカ東部ボストンのアパートの中で、「100年に一度の大雪嵐」に閉じ込められる。

「そこで研究中の方程式を眺めていたら、ファインマン図を使ってそれが解けることが判ったんです。それまで数ヶ月にわたって考えていたことが、大雪嵐で閉じ込められていた時に結晶化したんだと思います」



大栗氏はトポロジー（位相幾何学）を用いた計算手法によって、「隠された６次元空間の距離をどのように測っても代わることがない物理量、それを素粒子が持っていること」を突き止めたのだった。

「数学の言葉で、この世界のことがスッキリわかるのは素晴らしいことです」と大栗氏。



こうした功績により、大栗氏はカリフォルニア大学バークレー校で教授に就任。32歳の最年少教授だった。

その後、超ひも理論は進化する。それまでは力が弱く働いている状態にしか適用できなかったものが、力が強く働く場合でも通用するようになる。

そのお陰で、犬猿の仲だった「相対性理論」と「量子力学」も、グッとその距離を近づけることになる。







両者の接点となったのは「ブラックホール」。

ブラックホールに入った「物質の情報」は失われるか否かという「ブラックホールの情報問題」が、そのキッカケになった。

ホーキング博士は「情報は失われる」と主張したが、逆の立場をとる科学者たちも多かった。



1996年、超ひも理論は「限りなく大きなブラックホールでは、情報は失われない」ということを計算によって証明。

残された問題は、「小さいサイズのブラックホール」だったが、こちらは2004年、「超ミニサイズ（プランクサイズ）のブラックホールでも情報は失われない」ということが証明された。

それを明らかにしたのは大栗教授。得意としていた「トポロジカルな弦理論」で、それを明らかにしたのであった。そして、ホーキング博士も自説を撤回することになる。



超ひも理論から40年。

それが万物の理論の本命であるのかどうかは、まだわからない。

まだまだ、大栗教授の仕事は残されている…！







（了）





出典：日経サイエンス2012年6月号
「超弦理論で世界の成り立ちを探る　大栗博司」

20年間「無敗」の雀士、桜井章一

「日常の中に負い目があると、肝心なときの流れを逃してしまう」

すなわち、日常の中に負い目をつくらないことが、雀士「桜井章一（さくらい・しょういち）」の勝利への哲学の一つであった。







1960年代に裏稼業「麻雀の代打ち」となった桜井章一は、その後20年間「無敗」のままに引退したとされている（唯一、孫の刀でボコられたことはあるようだが…）。

一晩で九蓮宝塔以外の役満を全て和了したという伝説もある（イカサマかどうかは知らない）。







「平常心を失うと、運をもっていかれる」

そう言う彼は、あたかも人の心の内を見透かすように、「泥棒がその日に窃盗したかどうか分かる」と語っている。



 



心とともに、常に身体も整えていなければならないと考えていた桜井。

武術家・甲野善紀をして「正中面が立っている」と言わしてめたほど身体のバランスが整っていたという。







出典：日経サイエンス2012年5月号
「大学１年生に薦めたい本　森田真生」

書籍「神は老獪にして… アインシュタインの人と学問」

まるで科学は「一握りの天才たち」がスイスイと完成させてしまったかのようにも思われる。

たとえば、アインシュタインにような大天才が。



だが、実際の科学の現場は、もっと泥臭い汗にまみれている。

かのアインシュタインだって、間違い続けてきたのだから。



そんな人間臭いアインシュタイン

それが本書の魅力である。







「自由な発想、それこそが唯一誰にでも平等に与えられた遊び心」





出典：日経サイエンス2012年5月号
「大学１年生に薦めたい本　前野昌弘」

書籍「素数に憑かれた人たち 〜リーマン予想への挑戦〜」

１＋１＋１＋１＋１＋１＋１……＝　−1/2

などと言われたら、ビックリしないだろうか？

「でも、これは真実だ（多少表記の仕方に問題があるにしても）」



この不思議は、数学史上最大の未解決問題「リーマン予想」と密接に関連するものだ。

その秘密が、本書にある。







本書は「知的であり、かつ好奇心もあるが、数学者ではない」という読者を対象にしている、とプロローグには記されている。

ただ、しょっぱなからlogが顔を出したりと、「頭の芯が疲れる」のも事実である。



それでも「素数」の魅力は色褪せない。

「素数に隠されたさまざまな意味を、まったく知らずに死んでしまったら、もったいないです」

そんなレビューも投稿されている。






出典：日経 サイエンス 2012年 05月号 [雑誌]
「大学１年生に薦めたい本　川端裕人」

「鼻クソは、なぜ大きくなる？」

「鼻クソは、なぜ大きくなる？」

そんな疑問を抱いた少年は、自分の鼻クソを箱に入れ、大事にとっておく。

その鼻クソを見つけた少年のお母さん、さあ大変！



この少年は、のちに日本を代表する科学者となる「小田稔」氏である。

「科学者とは、こうやって育っていくものか」

そんな愉快なエピソード。子どものように旺盛な好奇心と夢を持ち続けた小田氏は「星の王子さま」の愛称で親しまれた人物でもある。







出典：日経 サイエンス 2012年 05月号 [雑誌]
「大学1年生に薦めたい本　横山広美」

なぜか似ている「非なるもの」。イカと人と

「イカと人間が似ている？ 」

いったい、どこが…。



遺伝子レベルでみた場合、イカは同じ頭足類のタコよりも、人間などのホ乳類との共通点が多く見られるのだという。

「とりわけ血管構造や眼のつくりに共通点が多い。一万ほどある眼に関する遺伝子の多くが同じ塩基配列になっている（お茶の水女子大学・小倉淳特任助教）」

「イカの脳」は小型ホ乳類のそれに匹敵する数億もの神経細胞からなり、「海の霊長類」と呼ばれるほどに知能が高い（タコの名誉のために付け加えれば、タコの知能も抜群に高いとされている）。



なぜ、イカはホ乳類と似通ったのか？

両者は５億年もの遠い昔に、進化の樹から枝分かれしたのではなかったのか。

じつは、種の系統が違っていても姿形が似たりすることがよくある。逆に姿形が似てるからといって遺伝子も類似しているとは限らない。

意外なことに、コウモリとイルカは遺伝子的には親戚である。



神妙なる進化の過程においては、「住む環境」や「エサ」などによって、異なる種を似通わせたりすることがある。

決して「水平伝播」しないはずの遺伝子が、異なる種で見つかったりする一例がコウモリとイルカである。

コウモリとイルカが親戚というのは、両者ともに超音波を出してその反響で周囲の状況を把握する能力（エコーロケーション能力）を持つからだ。この能力に関するプレスチン遺伝子が種のカベを越えるはずがない。

洞窟などの視界のきかない暗闇に暮らすコウモリと、海が濁って視界を奪われることもあるイルカは、期せずして同じ能力を高めることとなったのである。



このように、種の系統は異なっても同じような進化をする現象を「収斂（しゅうれん）進化」と呼ぶ。

イカとホ乳類の神経系統が似通っているのも、そうした進化の末だと考えられている。

種は大きく異なれども、イカとホ乳類は「共通する何か」を必要としたということだ。



また、アフリカのマダガスカル島にはハリテンレックという「針ネズミそっくり」の動物がいるが、じつは彼らは「象の仲間」なのだという。

なぜ象が針ネズミになったのか？ 残念ながら毛を針化させる遺伝子はまだ見つかっていない。



かくも奥の深い生物の進化。

新しい事実が見つかるたびにその謎も深まっていく。そのたびに、従来の常識は再考を迫られる。



食卓にイカが上るとき、その深淵なる進化の歴史に思いを馳せて頂きたい。

なむあみだぶつ…。







ソース：日経サイエンス2012年3月号
「分子レベルで進む収斂進化の謎解き」