気候変動により分解の進むヴァイキング時代の遺物

 気候変動により分解の進むヴァイキング時代の遺物に関する研究(Hollesen et al., 2019)が公表されました。この研究は、北極域内の7ヶ所の遺跡で22点の土壌試料を採取しました。この試料には、グリーンランドの3つの主要な文化である紀元前2500~紀元前800年頃のサッカック(Saqqaq)文化、紀元前300年~紀元後600頃の年ドーセット(Dorset)文化、紀元後1300年以降のチューレ(Thule)文化に由来する堆積物と、この地域に居住していたノルウェーのヴァイキング時代の入植者由来の堆積物が含まれます。有機堆積物は微生物による分解に対してひじょうに脆弱で、有機堆積物の分解には、土壌の温度と含水量が直接影響します。

 この研究は、コンピュータモデルを用いて、いろいろな気候変動シナリオのシミュレーションや、気温と降水量(雨・雪・みぞれ)の変化と北極の土壌への影響を原因とする、有機的遺物の喪失可能性のシミュレーションを行ないました。このモデルにより、地中に埋もれた考古学的遺物に含まれる有機炭素の30~70%が、今後80年以内に分解する可能性がある、と示されました。ノルウェーのヴァイキング時代の入植者の遺物が多数見つかっている北極の内陸部では、今後30年間に有機炭素の35%以上が失われる可能性があります。北極域には18万ヶ所以上の考古遺跡が登録されているため、最も脆弱な遺跡を見つけ出し、限られた保全用資源の分配を手助けする新しい方法が必要と指摘されています。また、この方法が気候変動に対してとくに脆弱な遺跡の特定に役立つ可能性がある、と指摘されています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用です。


【地球科学】気候変動によってノルウェーのヴァイキング時代の遺物の分解が進むかもしれない

 分解に対して非常に脆弱なノルウェーのヴァイキング時代の入植者の有機遺物(木材、骨、古DNAなど)は、今後の気候変動の影響のために、その存在が特に大きな危機にさらされるという見解を示した報告が、今週掲載される。

 今回Jorgen Hollesenたちの研究グループは、北極域内の7か所の考古遺跡で22点の土壌試料を採取した。この試料には、グリーンランドの3つの主要な文化であるサッカック(紀元前2500~800年)、ドーセット(紀元前300年~紀元600年)、チューレ(紀元1300年以降)に由来する堆積物と、この地域に居住していたノルウェーのヴァイキング時代の入植者由来の堆積物が含まれる。有機堆積物は微生物による分解に対して非常に脆弱で、有機堆積物の分解には、土壌の温度と含水量が直接影響する。

 Hollesenたちは、コンピュータモデルを用いて、いろいろな気候変動シナリオのシミュレーションや、気温と降水量(雨、雪、みぞれ)の変化と北極の土壌への影響を原因とする有機的遺物の喪失可能性のシミュレーションを行った。このモデルにより、地中に埋もれた考古学的遺物に含まれる有機炭素の30~70%が、今後80年以内に分解する可能性があることが示された。ノルウェーのヴァイキング時代の入植者の遺物が多数見つかっている北極の内陸部では、今後30年間に有機炭素の35%以上が失われる可能性がある。

 北極域には18万か所以上の考古遺跡が登録されているため、最も脆弱な遺跡を見つけ出し、限られた保全用資源の分配を手助けする新しい方法が必要とされている。Hollesenたちは、この論文で示した方法が、気候変動に対して特に脆弱な遺跡の特定に役立つ可能性があると考えている。



参考文献:
Hollesen J et al.(2019): Predicting the loss of organic archaeological deposits at a regional scale in Greenland. Scientific Reports, 9, 9097.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-45200-4

老化した脳における免疫浸潤

 老化した脳における免疫浸潤についての関する研究(Dulken et al., 2019)が公表されました。哺乳類の脳では、神経幹細胞や神経前駆細胞とその他のいくつかの細胞型から構成される神経原性ニッチ内において、新しいニューロンを産生する能力があります。神経原性ニッチの機能と新しいニューロンを産生する能力は年齢とともに低下し、この影響が、認知機能の低下の一因と考えられています。しかし、神経原性ニッチが年齢とともにどのように変化し、何がこうした変化を引き起こすのか、まだ解明されていませんでした。

 この研究は、3匹の若齢マウス(3ヶ月齢)と3匹の高齢マウス(28~29ヶ月齢)の脳細胞の特性解析を行ない、若齢マウスと高齢マウスの神経原性ニッチの細胞組成を比較しました。14685個の単一細胞のRNA配列の解析が行なわれ、活性化した神経幹細胞と神経前駆細胞の減少や、高齢マウスの脳におけるT細胞(免疫細胞の一種)の浸潤など、神経原性ニッチの年齢依存的変化が明らかになりました。高齢マウスの脳に由来するT細胞は、シグナル伝達分子の一種であるインターフェロンγを分泌しており、インターフェロンγが、培養神経幹細胞の増殖を抑制することも明らかになりました。この研究はこれらの結果から、加齢に伴うニューロン補充能力の低下の原因と考えられるものが明らかになり、加齢に伴う認知障害に免疫に基づいた戦略で対処する道が開かれるかもしれない、と指摘しています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用(引用1および引用2)です。


【老化】老化した脳における免疫浸潤

 マウスを使った研究で、新しいニューロンの産生(神経原性ニッチ)に寄与する細胞集団において年齢依存的な変化が観察されたことを報告する論文が今週掲載される。今回の研究から、加齢に伴う神経原性ニッチの衰退における免疫系の役割が明らかになった。この新知見は、老化した哺乳類の脳におけるニューロン前駆細胞の減少を食い止める戦略に役立つ情報となるかもしれない。

 哺乳類の脳には、神経幹細胞、神経前駆細胞とその他のいくつかの細胞型から構成される神経原性ニッチ内で新しいニューロンを産生する能力がある。神経原性ニッチの機能と新しいニューロンを産生する能力は年齢とともに低下し、この影響が、認知機能の低下の一因と考えられている。しかし、神経原性ニッチが年齢とともにどのように変化するのか、そして、何がこうした変化を引き起こすのかという点は解明されていなかった。

 今回Anne Brunetたちの研究グループは、3匹の若齢マウス(3か月齢)と3匹の高齢マウス(28~29か月齢)の脳細胞の特性解析を行い、若齢マウスと高齢マウスの神経原性ニッチの細胞組成を比較した。1万4685個の単一細胞のRNA配列の解析が行われ、活性化した神経幹細胞と神経前駆細胞の減少、高齢マウスの脳におけるT細胞(免疫細胞の一種)の浸潤など、神経原性ニッチの年齢依存的変化が明らかになった。高齢マウスの脳に由来するT細胞は、シグナル伝達分子の一種であるインターフェロンγを分泌しており、インターフェロンγが、培養神経幹細胞の増殖を抑制することも判明した。以上の結果から、加齢に伴うニューロン補充能力の低下の原因と考えられるものが明らかになり、加齢に伴う認知障害に免疫に基づいた戦略で対処する道が開かれるかもしれない、と著者たちは結論付けている。


神経科学:単一細胞解析から明らかになった、老化した神経発生ニッチにおけるT細胞の浸潤

神経科学:老化した脳では炎症が幹細胞機能に影響を及ぼす

 哺乳類の脳の神経発生領域には、活性化に応答して新しいニューロンを作り出すことのできる幹細胞が含まれている。ニューロンの新生能は加齢に伴って低下するが、その理由は分かっていない。A Brunetたちは今回、若齢マウスと老齢マウスの神経発生ニッチについて単一細胞RNA塩基配列解読を行い、老化したニッチではT細胞が増加していることを明らかにしている。これらのT細胞は血液中に存在するT細胞とは異なり、インターフェロンγを発現していて、これが老化した神経幹細胞における炎症性シグナル伝達応答の増大と相関する。これらの知見は、加齢に伴う脳の障害を防ぐための有望な将来の道を開くものである。



参考文献:
Dulken BW. et al.(2019): Single-cell analysis reveals T cell infiltration in old neurogenic niches. Nature, 571, 7764, 205–210.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1362-5

足の役に立っている足裏のタコ

 足裏のタコ(胼胝)が足の役に立っていることを報告した研究(Holowka et al., 2019)が公表されました。裸足で歩く習慣のある人の足裏には分厚いタコが自然にでき、歩きづらい地面や滑りやすい地面を歩くさいに足裏を保護します。現代の靴にも同じような保護効果がありますが、足裏で触刺激を知覚する能力が低下します。分厚いタコによる足裏の感度低下の可能性が指摘されてきましたが、この研究は、成人のケニア人81人と米国人22人の足を調べて、この見解に異議を唱えています。

 予想されたように、この研究では、裸足で歩く習慣のある人は、普段靴を履いている人よりも足裏のタコが分厚く、硬くなる傾向がある、と分かりました。しかし、タコの厚みが足裏の神経の感度に変化を及ぼさないことも明らかになりました。また履物は、地面に着地する時に足から加わる衝撃の大きさに影響を与え、普段靴を履いている人は、分厚いタコを持つ人よりも関節に多くのエネルギーがかかることも明らかになりました。クッション素材の靴底の靴は足裏の感度を低下させ、足から関節に伝わる力を変化させるわけです。こうした機械的負荷の変化が骨格に及ぼす影響についてはほとんど解明されておらず、この研究は、モカシンやサンダルのような薄くて硬く、クッション性のない靴底の履物が、分厚いタコにより近い足裏保護性と足裏感度をもたらす可能性を提示しつつも、さらなる研究の必要性を指摘しています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用(引用1および引用2)です。


【生理学】足裏のタコは足の役に立っている

 裸足で歩く人の足裏にできるタコは足裏を保護するが、これによって足裏の感度や歩き方は損なわれていないことを報告する論文が、今週掲載される。これに対して、クッション素材の靴底の靴は、足裏の感度を低下させ、足から関節に伝わる力を変化させる。著者たちは、モカシンやサンダルのような薄くて硬く、クッション性のない靴底の履物は、分厚いタコにより近い足裏保護性と足裏感度をもたらす可能性があると考えている。

 裸足で歩く習慣のある人の足裏には、分厚いタコが自然にでき、歩きづらい地面や滑りやすい地面を歩く際に足裏を保護する。現代の靴にも同じような保護効果があるが、足裏で触刺激を知覚する能力が低下する。分厚いタコによっても足裏の感度が低下する可能性があると考えられてきたが、今回、Daniel Liebermanたちの研究グループは、成人のケニア人81人と米国人22人の足を調べて、この仮説に異議を唱えている。

 予想されたように、今回の研究では、裸足で歩く習慣のある人は、普段靴を履いている人よりも足裏のタコが分厚く、硬くなる傾向のあることが分かった。しかし、タコの厚みが足裏の神経の感度に変化を及ぼさないことも明らかになった。また、履物は、地面に着地する時に足から加わる衝撃の大きさに影響を与え、普段靴を履いている人は分厚いタコを持つ人よりも関節に多くのエネルギーがかかることも明らかになった。こうした機械的負荷の変化が骨格に及ぼす影響については、ほとんど解明されておらず、さらなる研究が必要である。


生体力学:足の胼胝の厚さは歩行において保護と触覚感度の間にトレードオフを生じない

生体力学:足の胼胝が歩行に役立つ理由

 工業化社会では大半の人々が靴を履いているが、普段靴を履かずに歩いている人は、足裏が肥厚して硬化し、厚い胼胝(たこ)ができる。靴を履くと触覚刺激に対する感度が低下するため、胼胝でも同じことが起きると一般に考えられている。今回D Liebermanたちは、ケニアと米国ボストンで、常に靴を履いている人々と靴を履いていない人々を調べ、胼胝が触覚感度を犠牲にして保護機能を得ているわけではないことを明らかにしている。胼胝のある足が圧力を感じる程度は胼胝のない足と同等で、胼胝のある足が歩行時に地面に当たる際の衝撃は靴を履いている足の場合と同等だが、靴は負荷の割合を低下させるのと引き替えに力積を増大させており、このトレードオフによって関節にかかる全エネルギーは増大する。つまり、我々は靴を使って足を感覚刺激から守り、負荷を調節することによって、裸足で歩くときとは異なる様式で関節に力を伝えていることになり、これは体にさまざまな影響をもたらす可能性がある。ここから得られる教訓は明確だ。クッション性のあるかかとのついた靴を捨てれば、関節と腰はきっと喜んでくれるだろう。



参考文献:
Holowka NB. et al.(2019): Foot callus thickness does not trade off protection for tactile sensitivity during walking. Nature, 571, 7764, 261–264.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1345-6

収穫安定性を高める作物の多様性

 作物の多様性と収穫安定性の関係についての研究(Renard, and Tilman., 2019)が公表されました。食料システムの安定は、世界的な食料需要の増加や低水準の穀物備蓄量や気候変動のために、世界規模でも国家規模でも脅かされています。オーストラリアやロシアやアメリカ合衆国など世界の主要な農業地域の一部では、過去10年間に旱魃と猛暑のために穀粒収量が減少しました。収穫量と灌漑や作物の旱魃耐性を高める政策が、安定性を高める解決策として提案されています。

 この研究が提唱した作物多様性-安定性仮説は、そうした解決策の一つになる可能性があります。この研究は、91ヶ国の176種の作物の年間収穫量に関する50年間のデータを用いて、作物の多様性と各国の収穫量の安定性との関係を調べました。その結果、各国の収穫量の時間的安定性が、作物の多様性の増加による恩恵を直接的に受ける、と明らかになりました。また、収穫量の安定性がわずかに高まると、国内の収穫量の大幅に減少する年が出現する確率は大幅に低下しました。これらの知見は、国内の作物の多様性の増加が気候変動性の増加の影響を相殺する可能性を示唆しています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用です。


【生態学】作物の多様性が収穫安定性を高める

 作物の多様性が増すと、世界各国の作物の年間収穫量の安定性が大いに高まるという研究結果を報告する論文が、今週掲載される。

 食料システムの安定は、世界的な食料需要の増加や低水準の穀物備蓄量、気候変動のために、世界規模でも国家規模でも脅かされている。オーストラリア、ロシア、米国など世界の主要な農業地域の一部では、過去10年間に干ばつと猛暑のために穀粒収量が減少した。収穫量と灌漑、作物の干ばつ耐性を高める政策が、安定性を高める解決策として提案されている。

 今回Delphine RenardとDavid Tilmanが提唱した作物多様性-安定性仮説は、そうした解決策の1つとなる可能性がある。彼らは、91カ国の176種の作物の年間収穫量に関する50年間のデータを用いて、作物の多様性と各国の収穫量の安定性との関係を調べた。その結果、各国の収穫量の時間的安定性が、作物の多様性の増加による恩恵を直接的に受けることが明らかになった。また、収穫量の安定性がわずかに高まると、国内の収穫量が大幅に減少する年が出現する確率が大幅に低下した。これらの知見は、国内の作物の多様性の増加が気候変動性の増加の影響を相殺する可能性があることを示唆している。



参考文献:
Renard D, and Tilman D.(2019): National food production stabilized by crop diversity. Nature, 571, 7764, 257–260.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1316-y

睡眠の起源(追記有)

 睡眠の起源に関する研究(Leung et al., 2019)が公表されました。睡眠は、動物界の系統樹上の全ての枝について、行動基準を用いて記述されています。ヒトの場合には、主要な電気生理学的特徴、すなわち深睡眠と急速眼球運動睡眠(レム睡眠)が突き止められています。こうした睡眠状態は、他の哺乳類・鳥類・爬虫類にも見つかっていますが、ヒトの初期の共通祖先である魚類と両生類が同じ睡眠状態を経験するかどうか、不明でした。

 この研究は、非侵襲的な分子ツール、画像化ツール、生理学的ツールを用いて、2週齢のゼブラフィッシュ幼生の睡眠時の眼球運動・筋肉運動・心拍・脳全体の活動を測定し、ゼブラフィッシュの睡眠のニューロンのシグネチャーを初めて突き止めました。この研究は、徐バースト型睡眠(SBS)・深睡眠・レム睡眠などさまざまな睡眠状態を、心筋や眼筋などの筋肉に特有のシグネチャーと結びつけて明らかにしています。この研究はこうした知見から、脊椎動物全体にとって必須の祖先型の睡眠機能を示している可能性がある、と指摘しています。ヒトが経験する睡眠は、4億5000万年前に出現した可能性がある、というわけです。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用(引用1および引用2)です。


【進化学】ヒトはゼブラフィッシュのように眠る

 ゼブラフィッシュの睡眠段階は、哺乳類、鳥類、爬虫類と似ているということを示した論文が今週掲載される。この新知見からは、ヒトが経験する睡眠が、4億5000万年前に出現した可能性があることが示唆されている。

 睡眠は、動物界の系統樹上の全ての枝について、行動基準を用いて記述されており、ヒトの場合には、主要な電気生理学的特徴、すなわち深睡眠と急速眼球運動睡眠(レム睡眠)が突き止められている。こうした睡眠状態は、他の哺乳類、鳥類、爬虫類にも見つかっているが、ヒトの初期の共通祖先である魚類と両生類が同じ睡眠状態を経験するかどうかは不明であった。

 今回、Philippe Mourrainたちの研究グループは、2週齢のゼブラフィッシュ幼生の睡眠時の眼球運動、筋肉運動、心拍とともに脳全体の活動を測定し、この測定結果を用いて、ゼブラフィッシュの睡眠のニューロンのシグネチャーを初めて突き止めた。今回の研究では、さまざまな睡眠状態[徐バースト型睡眠(SBS)、深睡眠、レム睡眠など]を心筋や眼筋などの筋肉に特有のシグネチャーと結び付けて明らかにしている。Mourrainたちは、これらの知見が、脊椎動物全体にとって必須の祖先型の睡眠機能を示している可能性があると考えている。


神経科学:ゼブラフィッシュにおける睡眠の神経シグネチャー

Cover Story:うたた寝の記録:魚類とヒトの睡眠に共通する性質が神経信号から明らかになった

 魚類にとって眠りとはどのようなものなのだろうか。今回P MourrainとL Leungたちは、この問題に取り組んでいる。哺乳類、鳥類、爬虫類では、さまざまな段階の睡眠が特定され、特徴付けられているが、それが魚類などの他の脊椎動物にも当てはまるかどうかは分かっていなかった。著者たちは、非侵襲的な分子ツール、画像化ツール、生理学的ツールを用いてゼブラフィッシュの神経シグネチャーを観測し、少なくとも2つの異なる睡眠状態を特定できたことを報告している。これらの状態は、他の生物に見られる徐波睡眠状態および急速眼球運動睡眠状態と類似している。魚類においてこうした特徴が特定されたことから、これらの睡眠状態は、4億5000万年以上前に脊椎動物の脳に現れた可能性が示唆された。



参考文献:
Leung LC. et al.(2019): Neural signatures of sleep in zebrafish. Nature, 571, 7764, 198–204.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1336-7


追記(2019年7月12日)
 ナショナルジオグラフィックで報道されました。