原子精度で定義されたナノ物質を正確に配置
理化学研究所（理研）開拓研究本部加藤ナノ量子フォトニクス研究室の大塚慶吾訪問研究員（研究当時）、方楠基礎科学特別研究員、加藤雄一郎主任研究員、光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チームの山下大喜訪問研究員らの共同研究グループは、カーボンナノチューブ[1]をはじめとする高品質のナノ材料を緻密に配置する手法を開発しました。 本研究成果は、表面を含め原子レベルで構造が定まった材料を構成要素としたナノデバイスの創製に貢献すると期待できます。 カーボンナノチューブは、原子スケールで見ると直径や原子配列のねじれ方にしたがって無数の幾何構造を取り得ますが、その発光特性から原子レベルでの構造が特定できる珍しいナノ材料です。しかし従来のデバイス作製手法では、所望の幾何構造を持つカーボンナノチューブを適切な場所に配置することは困難でした。また、カーボンナノチューブには光物性がその表面環境に大き
蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述
理化学研究所（理研）数理創造プログラムの横倉祐貴上級研究員らの共同研究チームは、量子力学[1]と一般相対性理論[2]を用いて、蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述しました。 本研究成果は、ブラックホールの正体に迫るものであり、遠い未来、情報[1]を蓄えるデバイスとしてブラックホールを活用する「ブラックホール工学」の基礎理論になると期待できます。 近年の観測により、ブラックホールの周辺のことについては徐々に分かってきましたが、その内部については、極めて強い重力によって信号が外にほとんど出てこられないため、何も分かっていません。また、ブラックホールは「ホーキング輻射[3]」によって蒸発することが理論的に示されており、内部にあった物質の持つ情報が蒸発後にどうなってしまうのかは、現代物理学における大きな未解決問題の一つです。 今回、共同研究チームは、ブラックホールの形成段階から蒸発の効果を直
「例外」を発見するAI「BLOX」の開発
理化学研究所（理研）革新知能統合研究センター分子情報科学チームの寺山慧特別研究員（研究当時、現横浜市立大学大学院生命医科学研究科准教授）、隅田真人特別研究員、津田宏治チームリーダー（物質・材料研究機構 統合型材料開発・情報基盤部門 NIMS招聘研究員）、物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の田村亮主任研究員らの共同研究チームは、「例外」の発見に特化した人工知能（AI）「BLOX」を開発しました。さらにこのAIを用いて、例外的な光を強く吸収する低分子量の有機化合物を複数発見することに成功しました。本研究成果は、材料分野のみならず、幅広い科学分野における例外的事象の探索に活用されると期待できます。 これまでに材料開発を飛躍的に発展させてきた要因は、予想や想定ができない、いわば例外の発見でした。しかし既存のAIでは、人間が望む材料特性を予め設定することで新材料を開発してきており、
心臓が左右非対称になる仕組み
理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター発生幾何研究チームの森下喜弘チームリーダー、大塚大輔上級研究員、川平直史大学院生リサーチ・アソシエイト（研究当時、現 京都大学大学院医学研究科博士課程大学院生）らの共同研究チームは、心臓[1]の初期発生で見られる左右非対称の「ループ状構造」が、心臓を作る「細胞そのものの再配列」という内因的かつ動的な要因により形成されることを明らかにしました。 本研究成果は、「臓器の形がどのように作られるのか」という生物学上の根本問題を、実験と理論の融合研究、および組織と細胞という異なる階層間の定量比較解析で解き明かしたものです。今後、同様の解析が、心臓以外の臓器や、先天性疾患・奇形の発生機序の解明に応用されると期待できます。 今回、共同研究チームは、発生のある時刻での形から次の時刻で見られる心臓の形の変化の過程を詳細に追跡し、その背後にある細胞プロセスの解明を目
新しい機能性ポリマーの開発に成功 | 理化学研究所
理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター先進機能触媒研究グループの侯召民グループディレクター（開拓研究本部侯有機金属化学研究室主任研究員）、ハオビン・ワン特別研究員、ヤン・ヤン特別研究員、西浦正芳専任研究員（開拓研究本部侯有機金属化学研究室専任研究員）らの共同研究チーム※は、希土類金属[1]触媒を用いることにより、極性オレフィン[2]とエチレンとの「精密共重合[3]」を達成し、乾燥空気中のみならず、水や酸、アルカリ性水溶液中でも自己修復性能や形状記憶性能を示す新しい「機能性ポリマー」の創製に成功しました。 本研究成果は、さまざまな環境で自己修復可能で、かつ実用性の高い新しい機能性材料の開発に大きく貢献すると期待できます。 今回、共同研究チームは、独自に開発した希土類触媒を用いることにより、エチレンとアニシルプロピレン類[4]との精密共重合に初めて成功し、得られた新しいポリマーが高い伸び
洗濯可能な超薄型有機太陽電池 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター（CEMS）創発ソフトシステム研究チームの福田憲二郎研究員（染谷薄膜素子研究室研究員、科学技術振興機構(JST)さきがけ研究者）、染谷隆夫チームリーダー（染谷薄膜素子研究室主任研究員、東京大学大学院工学系研究科教授）らの共同研究グループ※は、洗濯も可能な伸縮性と耐水性を持つ、超薄型有機太陽電池[1]の開発に成功しました。 衣服に貼り付けることができる太陽電池は、生体継続モニタリングに向けたウェアラブルセンサーなどを駆動するための電源として重要な役割を果たします。このような太陽電池の実現には①高い環境安定性、②高いエネルギー変換効率（太陽光エネルギーを電力に変換する効率）、③機械的柔軟性、の三つの要素を同時に満たす必要があります。しかし、従来の有機太陽電池ではこれらを同時に満たすことは困難でした。 今回、共同研究チームは、超柔軟で極薄の有機太
脳の進化的起源を解明 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）倉谷形態進化研究室の倉谷滋主任研究員、兵庫医科大学教養部門生物学の菅原文昭講師（理研倉谷形態進化研究室客員研究員）らの共同研究グループ※は、顎（あご）を持たない脊椎動物「円口類」に属するヌタウナギ[1]とヤツメウナギ[2]の脳の発生過程を観察し、これらの動物では見つかっていなかった脳の中の2領域を新たに発見しました。これにより、段階的に進化してきたと考えられてきた脳の各領域のほとんどが、5億年以上前にすでに成立していたことを明らかにしました。 脳は細かく領域化された複雑な器官ですが、各領域が進化の過程でいつ獲得されたのかについては、未解明な点が多く残されています。現在、地球上に生息する脊椎動物の中で最初に分岐したのは、顎を持たない「円口類」と呼ばれる動物群です。円口類と、ヒトのように顎を持つ「顎口（がっこう）類」との比較により、脊椎動物の脳の初期進化を解明できると
ゲノム解読から明らかになったカメの進化 | 理化学研究所
ゲノム解読から明らかになったカメの進化 －カメはトカゲに近い動物ではなく、ワニ・トリ・恐竜の親戚だった－ ポイント カメの祖先はワニ・トリ・恐竜のグループと約2億5千万年前に分かれ進化 特異な形態を持つカメも脊椎動物の「基本設計」を守りながら進化 爬虫類で初めて哺乳類に匹敵する数の匂い受容体を発見、陸上動物最多クラス 要旨 理化学研究所（理研、野依良治理事長）は、カメ類2種（スッポンとアオウミガメ）のゲノム解読を行った結果、カメの進化の起源と甲羅の進化に関して遺伝子レベルの知見を得ることに成功しました。これは、理研発生・再生科学総合研究センター（竹市雅俊センター長）形態進化研究グループの倉谷滋グループディレクターと入江直樹研究員、中国ゲノム研究機関BGI、英国ウェルカムトラストサンガー研究所、欧州バイオインフォマティクス研究所らをはじめとする国際共同研究グループによる成果です。 爬虫（はち
SWEETタンパク質は植物ホルモン「ジベレリン」を輸送 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）環境資源科学センター適応制御研究ユニットの瀬尾光範ユニットリーダー（首都大学東京大学院理工学研究科客員准教授）、菅野裕理テクニカルスタッフⅡ、東北大学大学院理学研究科の上田実教授、首都大学東京の小柴共一名誉教授（元大学院理工学研究科）らの共同研究グループは、これまで糖の輸送体として考えられてきたSWEETタンパク質が植物ホルモン「ジベレリン」を輸送することを発見しました。 ジベレリンは種子発芽、伸長成長、花芽形成・開花などを促進する低分子化合物です。これまでにジベレリンの代謝や情報伝達に関与する多くの因子が同定されていますが、植物体内でジベレリンがどのように輸送されているのかについては、ほとんど明らかになっていませんでした。 共同研究グループは、これまでにジベレリン、アブシシン酸、ジャスモン酸などの植物ホルモンの受容体をセンサーとして利用した酵母two-hybri
ミミズの筋肉を搭載した小型ポンプを開発 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）生命システム研究センター集積バイオデバイス研究ユニットの田中陽ユニットリーダー、東京電機大学の釜道紀浩准教授らの共同研究チーム※は、ミミズの筋肉組織を利用した小型ポンプを開発しました。 クリーンテクノロジーの開発目標の一つに、外部からの電力供給に依存せず、材料自体も全て自然に還元される機械の構築が挙げられます。栄養や酸素という化学エネルギーのみで機能を発現でき材料は自然に還元されるという点で、生物を材料とする機械は一つの理想形といえます。一方、水などを送る機械であるポンプは、微量サンプルの分析や体内埋め込み装置の開発など最先端研究分野において、小型化が求められています注1）。しかし、従来の機械工学による小型化では、電源やワイヤーなどが不可欠なため限界があります。そこで共同研究グループは、生体筋肉組織を利用することにより、小型で効率のよいポンプが実現できるのではない
分子間エネルギー移動の単分子レベル計測に成功 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）Kim表面界面科学研究室の今田裕協力研究員、金有洙主任研究員らの研究チーム※は、二種類の分子が隣接する異分子ダイマー（二量体）におけるエネルギー移動[1]を単分子レベルで計測することに成功しました。 分子間のエネルギー移動は、光合成反応や、太陽電池・光触媒などのエネルギー変換デバイスの動作に不可欠な物理現象です。これまで、エネルギー移動の研究には主に光学顕微鏡が用いられてきましたが、空間分解能[2]が数100ナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）と不十分なため、1nmのスケールで起こるエネルギー移動の詳細は未解明でした。一方、原子スケールの空間分解能を持つ走査トンネル顕微鏡（STM）[3]をベースとした発光分光法（STM発光分光法[4]）を用いた研究では、近年、さまざまな現象が単分子レベルで観測されており、エネルギー移動の研究への応用が期待されていまし
ポリマー末端基の新測定法 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）ライフサイエンス技術基盤研究センター NMR施設の前田秀明施設長、NMR利用支援特別ユニットの林文晶ユニットリーダー、大内宗城技師と、株式会社三井化学分析センター 構造解析研究部の脇浩部長、田中紀美子主席研究員の共同研究グループは、合成高分子（ポリマー）の末端基[1]や部分構造[1]を核磁気共鳴（NMR）装置[2]を用いて効率よく測定をする方法を開発しました。 プラスチックなどのポリマーは、さまざまな工業製品の素材として広く用いられています。ポリマーの主構造は、小さな単位分子（モノマー）が鎖状、もしくは、線（ひも）状に結合したものです。主構造とともにポリマーを構成する末端基および部分構造は、熱安定性・加水分解性・結晶性などのポリマーの性質を反映するため、その構造を知ることは産業利用にとって非常に重要です。ポリマーの構造解析においては、核磁気共鳴（NMR）が一般的な
化学反応ネットワークの新原理「限局則」を発見 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）望月理論生物学研究室の岡田崇特別研究員と望月敦史主任研究員（理論科学連携研究推進グループ 階層縦断型理論生物学研究チーム チームリーダー）の研究チームは、生体内でみられる化学反応系の酵素変化に対する応答の範囲がネットワークの局所的な形だけから決まるという新原理（以下、「限局則」）を理論的に証明しました。 生体内で起こる化学反応は連鎖的につながり、ネットワークを形成しています。このシステム全体のダイナミクスから細胞の生理機能が生まれ、さらに反応をつかさどる酵素の量や活性が変化することで、生理機能の調節が行われると考えられています。これまで、化学反応系のダイナミクスや調節機能を理解する目的で、各酵素の量や活性に撹乱を与え、化学物質の濃度変化を測定する摂動実験が行われてきました。しかし、ネットワークから化学反応系を合理的に理解することはほとんどできていませんでした。 研
毒のないジャガイモ | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター統合メタボロミクス研究グループの梅基直行上級研究員、斉藤和季グループディレクター、大阪大学大学院の村中俊哉教授、神戸大学大学院の水谷正治准教授らの共同研究グループは、ジャガイモに含まれる有毒物質であるソラニンなどの「ステロイドグリコアルカロイド（SGA）[1]」の生合成に関わる遺伝子「PGA1」と「PGA2」を同定し、これらの遺伝子発現を抑制するとSGAを作らなくなるとともに、ジャガイモの萌芽を制御できる可能性を発見しました。 ジャガイモは塊茎[2]（かいけい）の緑化した皮の周辺と塊茎から出る芽にSGAが高濃度に蓄積されます。SGA含量が少ないと“えぐみ”などの嫌な味の原因となり、SGA含量が多くなると食中毒を引き起こします。そのため、ジャガイモのSGA含量を低く抑えることは、ジャガイモ育種において重要かつ不可欠です。 また、ジャガイモには
磁性体に内在しているスピン流の役割を解明 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター スピン物性理論研究チームの菊池徹特別研究員、多々良源チームリーダー、計算物質科学研究チームの是常隆上級研究員、有田亮太郎チームリーダーらの研究チームは、磁性体（磁石）に内在する「電子スピンの流れ（スピン流）[1]」が、磁性体に分布する磁気モーメント[2]間に重要な相互作用を引き起こしていることを理論的に明らかにしました。 多くの場合、物質中の流れは、乾電池につないだ銅線の中を流れる電流のように、電圧などの外力によって生じています。しかし、何も外力を与えられなくても、物質自身の性質によって、物質中に自発的かつ、恒常的に流れが発生することがあります。物質界面や特殊な結晶構造をもった物質など、空間反転対称性の破れ[3]ている場合には、そのような自発的なスピンの流れが存在しており、「平衡スピン流」と呼ばれています。これまで、平衡スピン流は概念的に
シビレエイ発電機 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）生命システム研究センター集積バイオデバイス研究ユニットの田中陽ユニットリーダーらの共同研究グループ※は、シビレエイ[1]の電気器官を利用した新原理の発電機を開発しました。 火力や原子力といった既存の発電方法に代わる、クリーンで安全な発電方法の開発が急がれています。そこで近年、生物機能に着目し、グルコース燃料電池[2]や微生物燃料電池[3]などのバイオ燃料電池が開発されていますが、従来の発電法に比べて出力性能が劣っています。 一方、シビレエイに代表される強電気魚は、体内の電気器官で変換効率が100％に近い効率的な発電を行っています。これは、ATP（アデノシン三リン酸）をイオン輸送エネルギーに変換する膜タンパク質が高度に配列・集積化された電気器官とその制御系である神経系を強電気魚が有しているためです。共同研究グループは、これを人工的に再現・制御できれば、画期的な発電方
動物の争いでいつ降参するかを決める神経回路 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター発生遺伝子制御研究チームの岡本仁チームリーダーらの研究チーム※は、動物が争う際にいつ降参するかを決めるのに重要な役割を果たす脳内の神経回路を発見しました。 動物の多くは、食物や縄張り、より良い生殖パートナーなどを求めて、同種同士でも争います。通常このような争いは、相手が死ぬまで続けられるのではなく、2匹のうちのどちらかが降参すれば終わります。争いの勝ち負けによってそれぞれの優劣を決める仕組みは、グループ全体の存続を脅かすことなく、グループ内で資源を共有できる点で有効です。しかし、このような争いで優劣を決める際に働く脳内メカニズムは、ほとんど分かっていませんでした。 研究チームは、闘争や逃走、すくみ反応など、動物のさまざまな防御行動に関わるとされる中脳水道周囲灰白質（PAG）[1]に情報を伝える、「手綱核—脚間核神経回路[2]」に注目しました。
直観的な戦略決定を行う脳のメカニズムを解明 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター認知機能表現研究チームの田中啓治チームリーダーらの研究チーム※は、将棋の棋士が次の手を決める際の脳の動きを機能的磁気共鳴画像法（fMRI法）[1]で調べることで、ヒトの直観的な戦略決定が、大脳の帯状皮質[2]と呼ばれる領域を中心とするネットワークによって行われていることを明らかにしました。 複雑な状況の中で応答を迫られたとき、人はまず大まかな応答の分類（戦略）を決め、次にその戦略のもとで細部にわたる具体的な応答を決めます。このような戦略決定は具体的応答の分析を行わずに行うので直観的と呼ぶことができます。しかし、直観的な戦略決定の脳メカニズムはまったく分かっていませんでした。 研究チームは、攻めの手と守りの手の区別がはっきりしている将棋の特徴を活用し、与えられた盤面の状況によって攻めるべきか守るべきかを決定する戦略決定の脳メカニズムをfMRI法
106番元素シーボーギウム（Sg）のカルボニル錯体の合成に成功 | 理化学研究所
106番元素シーボーギウム（Sg）のカルボニル錯体の合成に成功 －Sgが周期表第6族元素に特徴的な化学的性質を持つことを実証－ ポイント 超重元素の有機金属錯体を初合成 Sgより重い超重元素の有機金属錯体の化学合成や溶液化学研究への展開に期待 原子力に重要な超ウラン元素の化学的性質の本質的理解に向けた大きな一歩 要旨 理化学研究所（理研、野依良治理事長）と日本原子力研究開発機構（原子力機構、松浦祥次郎理事長）は、106番元素「シーボーギウム（Sg）」の有機金属錯体（カルボニル錯体[1]）の化学合成に成功しました。また、その揮発性に関する化学データから、Sgが周期表の第6族元素に特徴的な化学的性質を持つことを実証しました。これは、ドイツのヘルムホルツ研究所マインツのイーヴン・ジュリア博士、重イオン研究所のヤクシェフ・アレクサンダー サブグループリーダー、マインツ大学のデュルマン・クリストフ教
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