光適応が緑藻の新たな運動様式を駆動 ― 「Intermediate light adaptation induces oscillatory phototaxis switching and pattern formation in Chlamydomonas」解読 1. 研究背景と科学的課題 微視的スケールの生体遊泳体（microswimmers）、例えば単細胞藻類・細菌・精子などは、自然界の重要な生態構成要素である。これらは“走性”行動（taxis、例えば走化性chemotaxis・走光性phototaxisなど）によって環境刺激に応答し、生態系における物質循環やエネルギー流動で重要な役割を担っている。長年にわたり、科学者たちはこれら生物の急速な刺激感知（ミリ秒級）、細胞レベルの行動調節...

緑のミクロな遊泳者の新発見：光適応が引き起こす振動的走光行動と群体パターン形成 ——「intermediate light adaptation induces oscillatory phototaxis switching and pattern formation in chlamydomonas」を評して 一、研究と学術的背景 光は生命体が環境に適応するための中核的シグナルの一つであり、微小遊泳生物（microswimmers）に多様な行動を引き起こします。走光性（phototaxis）とは、細胞が環境中の光シグナルに基づいて遊泳方向を変えることであり、水生生態系におけるエネルギー流動と栄養循環の鍵となるメカニズムです。Chlamydomonas reinhardtii（クラミドモナ...

学術的背景 プロトン伝達（proton transfer）は、生物エネルギー変換（ATP合成など）やシグナル伝達において中心的な役割を果たす。従来の理論では、プロトンは水分子鎖やアミノ酸側鎖を介した「ホッピング機構」（hopping mechanism）によって輸送されると考えられてきたが、近年提唱された「プロトン共役電子移動」（PCET, proton-coupled electron transfer）仮説では、電子移動がこの過程に同期して関与する可能性が示唆されている。生命システムは高度なキラリティー（chirality）特性を持つため、「キラリティ誘起スピン選択性」（CISS, chiral-induced spin selectivity）効果——つまりキラル環境で電子が移動する際...

学術的背景 ボウリングはアメリカで最も人気のあるスポーツの一つであり、2017年時点で4500万人以上が定期的に参加しています。毎年開催される全国大会では数百万ドルの賞金がかかっており、選手のスコアを向上させる方法が研究の焦点となっています。しかし、計算の複雑さやボールの軌道に影響を与える変数の多さから、ほとんどの研究は理論モデルではなく、経験データの統計分析に依存しています。例えば、2018年の米国ボウリング協会（USBC）の設備仕様報告書では、コンピュータモデルではなく、37人の選手のボール速度データを使用しました。 これまで、ボウリングの物理学に関する定量的分析は少なく、主に関与するパラメータの多さが原因でした。Fröhlich、Hopkins、Hustonらは過去数十年にわたり、ボウ...

学術的背景 極限条件下（高圧、高温など）での材料の挙動を研究することは、凝縮系物理学や材料科学における重要な課題です。レーザー衝撃技術は、ナノ秒の時間スケールで材料に極めて高い圧力を加えることができ、X線回折技術はフェムト秒の時間スケールで材料の構造変化を捉えることができます。しかし、これらの動的圧縮実験において、温度の測定は常に難しい課題でした。従来の温度測定技術（熱放射測定など）は、このような短い時間スケールと小さなターゲットでは実現が困難です。そのため、単一の実験で動的圧縮材料の温度を正確に測定する方法を開発することが重要です。 本研究では、X線自由電子レーザー（X-ray Free-Electron Laser, XFEL）とレーザー衝撃技術を利用し、X線熱拡散散乱（Thermal ...