水中のマイクロプラスチックを減らしたいですか?飲む前に沸騰させる丨Tech Weekly

周淑一編纂

この魚は爪ほどの大きさだが、飛行機が離陸するときと同等の音を出すことができる。

ダニオネラ・セレブラム |出典: ゼンケンベルグ/ブリッツ

タゴールは『三日月』の中でこう書いている。「水中を泳ぐ魚は沈黙している。」しかし、そうではありません。 2月26日にPNASに掲載された研究によると、ダニオネラ・セレブラムと呼ばれる小さな透明な魚は体長わずか12ミリだが、そのオスは140デシベルもの音を出すことができる。これは高度100メートルからジェット機が離陸する音と同じくらいの音量だ。

研究者らは、高速写真撮影、マイクロCTスキャン、RNA分析、差分シミュレーションを組み合わせて使用​​し、D. cerebrumがドラミング軟骨、特殊な肋骨、疲労に強い筋肉など、音を出すための独特の構造を備えていることを発見した。この構造により、鼓軟骨が 2000 g を超える加速度で引っ張られ、浮き袋にぶつかって急速で大きな音が発生します。体の両側の軟骨を通して浮き袋を交互に叩くと、高周波の音波パルスが発生します。片側を繰り返し打撃すると低周波パルスが発生します。これら 2 つを組み合わせることで、より多様なサウンドを生み出すことができます。 D. cerebrum はミャンマーの濁った水域に生息しています。研究者たちは、視界の悪い環境でのオス同士の競争がこの音声によるコミュニケーションの仕組みを促進していると推測している。

論文リンク:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314017121

おやすみ！オデュッセウス

インテュイティブ・マシーンズは2月29日、月面着陸から1週間後、オデュッセウス着陸機が月の南極で地球時間で14日間の長く寒い夜に入り、冬眠状態に入ったと発表した。寒い月明かりの夜を生き延びることができれば、2～3週間後に「目覚め」、地球と再びつながるかもしれない。

2月29日、オデュッセウスが電池切れ前に送ってきた最後の写真（22日撮影）。 |出典: Intuitive Machines

「オデュッセウス」は2月23日に月面着陸に成功した。当初、インテュイティブ・マシーンズは着陸機が直立姿勢にあると発表したが、その後の報道によると、飛行準備チームがロケット打ち上げ前に安全スイッチを手動で解除しなかったため、着陸機のナビゲーション用レーザー距離計が正常に起動できなかったという。着陸を支援するために、乗組員はNASAの搭載物に搭載された実験的なナビゲーションシステムに頼らざるを得なかった。この反応により、オデュッセウス号は着陸速度が速すぎた（水平速度約0.89メートル/秒）ため、機体が「つまずいて」岩の上に転がり落ちた可能性がある。その結果、「オデュッセウス」の太陽電池パネルやアンテナは計画通り完全に展開できず、電力供給や通信能力が制限され、ミッションサイクルは当初の想定されていた7～10日よりも短くなった。 （直感的なマシン）

着陸の瞬間。 |出典: Intuitive Machines

3Dプリントされたチタン合金が疲労強度の記録を樹立

3D プリンティングは、積層造形 (AM) とも呼ばれ、CAD 設計データに基づいて材料を層ごとに積み重ねることで物理的な部品を製造する技術です。従来の材料除去（切削）技術と比較すると、「ボトムアップ」の材料蓄積製造方法です。しかし、3D プリント部品は周期的な荷重下における疲労性能が一般的に劣っており、構造上の荷重支持部品としての広範な応用が制限されています。

2月29日にネイチャー誌に掲載された研究によると、理想的な条件下では、3Dプリント技術で直接作製されたチタン合金構造（Net-AM構造と呼ばれる）は優れた疲労性能を示すはずだが、実際の疲労性能は、プリント工程で気孔などの欠陥が発生するため劣っていると指摘されている。しかし、現在の気孔を除去するプロセスは、微細組織の粗大化を伴うことが多く、一方、微細組織を微細化するプロセスは気孔の再出現につながり、さらには粒界α相の濃縮などの新たな不利な要因を引き起こす可能性があり、ジレンマとなっています。研究者らは、Ti-6Al-4V合金において、高温での3Dプリント構造の粒界移動、気孔成長、相変態プロセスが非同期特性を示すことを初めて発見した。これは、粒界α相の濃縮と気孔の再出現を効果的に抑制しながら、ラス微細構造の微細化を達成できる熱処理プロセスウィンドウが存在することを意味します。これを基に、新たな研究では、欠陥と構造を段階的に制御し、ほぼ気孔のない Net-AM に近い Ti-6Al-4V 合金を製造するプロセス フローを開発しました。

試験の結果、新合金の引張-引張疲労強度は、元の状態の475MPaから978MPaに増加し、チタン合金材料の中では最高であり、これまで報告された材料疲労データの中でも最高の比疲労強度（疲労強度を密度で割った値）を有することが分かりました。研究者らによると、3Dプリント技術は現在、航空宇宙分野で広く利用されているという。新しい技術で作られたデバイスの疲労寿命は、同じ負荷の下で 10 ～ 100 倍に延長されます。同じ予想寿命の場合、耐荷重能力は 10% ～ 15% 増加します。

論文リンク:
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07048-1

水中のマイクロプラスチックを減らしたいですか?飲む前に沸騰させてください

マイクロプラスチックとナノプラスチック（NMP）は、産業化の波とともに急増し、現代生活のあらゆる場所に浸透しています。飲料水に遍在する NMP が心配な場合は、飲む前に沸騰させるという簡単な方法を試してみるとよいでしょう。 2月28日にEnvironmental Science & Technology Letters誌に掲載された研究によると、硬水の水道水を沸騰させると、3種類の一般的なナノプラスチック（ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン）の80％以上を除去できるという。

水道水を沸騰させると、マイクロプラスチックがスケール粒子に包み込まれ、ろ過して除去しやすくなります。 |出典: エディ・ゼン

ミネラルが豊富な硬水は、沸騰すると自然にスケール（主に炭酸カルシウム）を形成します。炭酸カルシウムの殻は、プラスチック粒子を包み込む結晶構造を形成します。これらの物質は徐々に蓄積してスケールとして沈殿し、それによって水から遊離 NMP を除去します。研究者らは、中国広州市で硬水の水道水サンプルを採取し、さまざまな量のナノプラスチック（NP）を加え、サンプルを5分間煮沸して冷却し、遊離プラスチック粒子の含有量を測定した。結果は、水温が上昇するにつれて（25℃〜90℃）、サンプル中のNP除去率は2％から28％に徐々に増加し、100℃では除去率が84％に劇的に増加することを示しました。水が硬いほど（ミネラル含有量が多いほど）、除去効果は顕著になります。硬水（炭酸カルシウム含有量 300 mg/L）の沸騰後のナノプラスチック除去率は 90% に達します。軟水（炭酸カルシウム含有量が60 mg/L未満）でも、沸騰後に25%以上のナノプラスチックを除去できます。研究者らは、フィルターを使用して飲料水中の浮遊するスケール粒子を除去し、マイクロプラスチックの摂取を減らすことができると示唆している。

論文リンク:
http://dx.doi.org/10.1021/acs.estlett.4c00081

ラッソが初の超宇宙線加速源を発見

高高度宇宙線観測衛星（LHAASO）は、はくちょう座の星形成領域に巨大な超高エネルギーガンマ線バブル構造を発見し、歴史上初めて、1億電子ボルトを超えるエネルギーを持つ宇宙線の起源が明らかになった。関連する結果は2月26日にScience Bulletinに掲載されました。

宇宙線は、星間空間をほぼ光速で移動する荷電粒子（主に陽子）です。伝播する過程で星間物質と相互作用し、ガンマ線光子やニュートリノなどの二次粒子を生成します。測定により、宇宙線エネルギースペクトル（つまり、粒子エネルギーの観点から見た宇宙線の数の分布）は、1京電子ボルト付近で膝関節のような形をしたキンク構造を示し、宇宙線エネルギースペクトルの「膝」と呼ばれていることが判明しました。これまでの研究では、天の川銀河の天体は宇宙線を最大で約1京電子ボルトまで加速できると示唆されている。

宇宙線のエネルギースペクトルとその「膝」構造。 |出典：中国科学院高エネルギー物理研究所

ラッソが発見した巨大な超高エネルギーガンマ線バブル構造は、直径が約1,000光年あり、その中心は地球から約5,000光年離れている。ここで観測される光子のエネルギーは、最大 2 京電子ボルトに達することがあります。 2 京電子ボルトのエネルギーを持つガンマ光子を生成するには、通常、10 倍のエネルギーを持つ宇宙線粒子が必要です。これは、バブル構造内に宇宙線加速源があり、最大200兆電子ボルトのエネルギーを持つ高エネルギー宇宙線粒子を継続的に生成していることを示しています。泡の中心付近に位置する巨大な星団（はくちょう座 OB2 星団）は、宇宙線加速源に最もよく対応する天体です。これらの星の放射線の強度は太陽の数百から数百万倍です。巨大な放射圧によって恒星の表面から物質が吹き出され、毎秒数千キロメートルの恒星風が形成され、それが周囲の物質と衝突して強い衝撃波と強い乱流の極限環境が形成され、強力な粒子加速器となります。これは、これまでに人間が認証できた初めての超宇宙線加速源です。研究者らは、観測時間が長くなるにつれて、「LASO」はより多くの類似した超宇宙線加速源を検出する可能性が高く、天の川銀河における宇宙線の起源の謎を解明できると期待している。

論文リンク:
https://doi.org/10.1016%2Fj.scib.2023.12.040

リチウム電池に新たなブレークスルー、-70℃～60℃の環境で「自由に充放電」可能

研究中のリチウムイオンパウチセル。 |出典：浙江大学

浙江大学の研究者らは2月29日、ネイチャー誌に論文を発表し、-70℃～60℃の極めて広い温度範囲で高エネルギー密度リチウムイオン電池の可逆充放電と、室温での急速充放電をサポートできる新しい電解質を研究・設計したと発表した。この新たな研究では、従来のリチウムイオン伝送モードを打破する一連の新たな極限の電解質設計原理が開発され、検証されました。試験データによれば、新しい電解質のイオン伝導率は、室温 25°C では市販の電解質の 4 倍、-70°C では市販の電解質よりも 3 桁高いことが示されています。この新しい電解質は現時点では比較的高価であり、極地科学研究、宇宙探査、海底探査などの極端な温度条件で最初に使用される可能性があると報告されています。

論文リンク:
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07045-4

人間はなぜ尻尾を失ったのでしょうか？

数千万年前の旧世界ザルから現代の人類までの重要な形態学的変化は、尾の退化と消失である。人間だけでなく、チンパンジー、ゴリラ、オランウータン、テナガザルにも尻尾はありません。これらの動物は人間と同じヒト上科に属します。ヒト科上科の祖先は約2500万年前に旧世界ザルから分岐し、尾が退化し始めたと推測されています。この表現型の変化により、類人猿は直立歩行の利点を獲得したが、木登りの際に尾を使ってバランスを保つ能力を失った。このことが、人類の祖先が樹冠から地上へ移動するのに寄与した可能性がある。しかし、尾の消失の遺伝的根拠は依然として謎のままである。

人類の祖先は約2500万年前に旧世界ザルから分岐しました。 |出典：板井・柳井他

2月28日にネイチャー誌に掲載された研究によると、特定の遺伝子に挿入された反復配列が結果として生じるタンパク質の構成を変え、それが類人猿上科の尾の消失につながった可能性があるという。研究者らは脊椎動物の尾の発達に関連する140の遺伝子を検査し、ヒト科スーパーファミリーのTBXT遺伝子のイントロン内に、他のサルには見られないAlu要素を特定した。 Alu 要素は、哺乳類、特に人間のゲノムに広く存在する反復配列の一種です。研究チームは、TBXT遺伝子のイントロンへのAlu挿入のプロセスはコーディング領域を変更しなかったものの、選択的スプライシングをもたらし、異なるmRNAスプライシング異性体が生成され、タンパク質産物の構造が変化し、その結果、尾部の表現型に違いが生じることを発見した。

この仮説を検証するために、研究チームは、ヒト科上科における TBXT の発現パターンをシミュレートする特殊なヘテロ接合マウスを構築しました。これらのマウスは、通常の全長形式と、Alu 要素の挿入によって媒介されるエクソン スキッピング形式という 2 つの異なる形式の Tbxt 遺伝子を発現します。結果は、両方のタンパク質アイソフォームを生成するマウスは、胎児の尾芽における発現の相対的な豊富さに応じて、尾が短くなったり、尾がなくなったりすることを示しました。これは、Alu 挿入によって引き起こされるエクソン スキッピングがテールの喪失を引き起こすのに十分であることを示唆しています。

さらに、著者らは、Alu 要素挿入を持つマウスは神経管欠損を発症する可能性があることを発見し、尾の喪失の進化プロセスが人間の神経管欠損のリスクを高める可能性があることを示唆しています。人間の新生児におけるこの欠陥の発生率は約 1/1000 です。影響を受けた子供は脳、脊椎、脊髄に特定の先天性欠損を示し、神経学的損傷を引き起こす可能性があります。 （無錫AppTec）

論文リンク:
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

特別なヒント

1. 「Fanpu」WeChatパブリックアカウントのメニューの下部にある「特集コラム」に移動して、さまざまなトピックに関する人気の科学記事シリーズを読んでください。

2. 「Fanpu」では月別に記事を検索する機能を提供しています。公式アカウントをフォローし、「1903」などの4桁の年+月を返信すると、2019年3月の記事インデックスなどが表示されます。

著作権に関する声明: 個人がこの記事を転送することは歓迎しますが、いかなる形式のメディアや組織も許可なくこの記事を転載または抜粋することは許可されていません。転載許可については、「Fanpu」WeChatパブリックアカウントの舞台裏までお問い合わせください。