論文まとめ272回目 Nature ハチは単体ではできない複雑な行動も社会的学習できる！？など
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなNatureです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
Buoyant crystals halt the cooling of white dwarf stars
浮遊する結晶が白色矮星の冷却を停止させる
「白色矮星がなぜ予想よりも長く暖かく保つかの謎を、特別な結晶が冷却を遅らせていることで解明しました。」
Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone
単独では思いつかない複雑な行動も、ミツバチは社会的に学習する
「単独では思いつかない複雑なパズルを、他のハチが解くのを見て学ぶことができるミツバチの驚くべき能力。」
Parental histone transfer caught at the replication fork
複製フォークで捉えられた親ヒストンの転移
「遺伝子複製時の親ヒストンの移動を初めて捉えた。」
Triple-junction solar cells with cyanate in ultrawide bandgap perovskites
シアネートを用いた超広帯域ギャップペロブスカイトのトリプルジャンクション太陽電池
「太陽の光をより多く電力に変える新しい窓を開発した。」
Dopant-additive synergism enhances perovskite solar modules
ドーパントと添加剤の相乗効果によりペロブスカイト太陽電池モジュールの性能が向上
「太陽光をもっと効率的に電気に変えるための小さな化学の魔法。」
要約
白色矮星の冷却を止める浮遊結晶
核エネルギー源を失った白色矮星は数十億年かけて徐々に冷却し、内側から凍結します。この研究は、一定の光度を保つ凍結中の白色矮星集団が、重い不純物で枯渇した固体相の結晶が浮力を持って上昇し、下方の重い液体を置き換えて重力エネルギーを放出することで冷却を数十億年間中断することを示しました。
事前情報
白色矮星の冷却プロセスは理解されていましたが、特定の白色矮星が予想以上に長く一定の明るさを保つ理由は不明でした。
行ったこと
白色矮星のコア組成が固体-液体蒸留メカニズムを引き起こし、結果的に冷却が遅延するプロセスを解析しました。
検証方法
理論モデルと観測データを用いて、浮遊する結晶が冷却を中断するメカニズムを明らかにしました。
分かったこと
白色矮星内で形成される浮遊結晶が冷却プロセスを数十億年間中断し、特異な遅延冷却白色矮星集団の観測特性を説明します。
この研究の面白く独創的なところ
浮遊結晶による冷却中断は、白色矮星が「死んだ星」としての通常のイメージを超えることを示し、恒星の合体残骸の存在を強調します。
この研究のアプリケーション
白色矮星を用いた恒星集団の年代測定における新たな考慮点を提供し、天文学の多くの分野に影響を与えます。
著者と所属
Antoine Bédard, Simon Blouin & Sihao Cheng (程思浩)
更に詳しく
白色矮星は核エネルギー源を失った恒星の残骸であり、数十億年にわたって徐々に冷却し、最終的には内側から固体状態へと凍結します。しかし、最近になって、宇宙の年齢に匹敵する期間にわたって一定の明るさを保持する凍結中の白色矮星の集団が発見されました。これは、冷却を抑制する未知の強力なエネルギー源の存在を示唆しています。研究チームは、特定のコア組成の下で、固体相が重い不純物で枯渇しているために固体・液体蒸留メカニズムが引き起こされると予測されています。この過程で形成される結晶は浮力を持ち、上昇して重い液体を下方に押し下げ、重力エネルギーを放出します。
この研究は、蒸留が数十億年にわたって冷却を中断し、通常とは異なる遅延した集団の観測特性すべてを説明することを示しています。一定の明るさを保ちながら、いくつかの主系列星よりも明るく輝くこれらの白色矮星は、従来の「死んだ星」という描写を覆します。この結果は、特異な合体残骸の存在を強調し、白色矮星を使用して恒星集団を年代測定するための深い意味を持ちます。白色矮星の冷却プロセスを遅らせるこの新たな発見は、白色矮星の理解において重要な進歩を示し、天体物理学における一連の理論と観測データを統合することで、宇宙の進化に関する私たちの理解を深めるものです。
ハチが見せる複雑な行動も社会的学習できる
ミツバチが訓練されたデモンストレーターから、単独では解けない二段階のパズルボックスを開ける方法を学ぶことができることを発見しました。この社会的学習により、ミツバチは個々で再発明するには複雑すぎる行動を獲得できることが示されました。
事前情報
文化は時間を超えて集団内で持続する社会的に学習された行動を指します。動物の文化が人間の文化のように累積的である可能性が増えています。
行ったこと
訓練されたデモンストレーターから、二段階のパズルボックスを開ける方法を学ぶミツバチの能力を検証しました。
検証方法
新しい二段階のパズルボックスを開ける行動を社会的に学習することができるかどうかを調べるために、実験を行いました。
分かったこと
ミツバチは訓練されたデモンストレーターから二段階のパズルボックスを開ける方法を学ぶことができますが、単独ではその方法を発見または学習することができませんでした。
この研究の面白く独創的なところ
無脊椎動物であるミツバチが、個体では再発明できないほど複雑な行動を社会的に学習する能力を持っていることを示した点です。
この研究のアプリケーション
社会的学習の理解を深め、動物の文化的進化の限界についての議論を促進します。
著者と所属
Alice D. Bridges, Amanda Royka, Tara Wilson, Charlotte Lockwood, Jasmin Richter, Mikko Juusola & Lars Chittka
更に詳しく
この研究では、ミツバチが訓練されたデモンストレーターを観察することで、単独では解決できない複雑な二段階のパズルボックスを開ける方法を学ぶ能力を持っていることが示されました。このパズルボックスは、食料報酬を得るためには、最初の段階として青いタブを押し出し、その後赤いタブを押す必要があります。この二つのアクションは、報酬に到達するために順序良く実行されなければなりません。実験では、デモンストレーターによるパズルボックスの開け方のデモンストレーションを見た後、訓練されていない観察者ミツバチがこのタスクを実行できるようになったことが観察されました。これは、ミツバチが個体では発見または学習することが非常に困難、あるいは不可能であるような複雑な行動を社会的学習を通じて獲得できることを示しています。
具体的には、訓練されていない観察者ミツバチは、デモンストレーションを受けていない状態ではパズルボックスを開けることができませんでしたが、デモンストレーターからの学習後には、この行動を自ら実行することができるようになりました。このプロセスは、観察者ミツバチがデモンストレーターの行動を模倣し、経験を通じて必要なスキルを獲得することを可能にします。観察者ミツバチがデモンストレーションなしでこの行動を獲得することはなく、特に最初のステップである青いタブを押す行動は直感的ではないため、これがなければ報酬に到達することができないという事実が、ミツバチが単独でこの行動を「再発明」することがいかに困難であるかを強調しています。
この発見は、ミツバチが複雑なタスクを解決するために社会的学習を利用する能力があることを示し、単独での学習や発見を超えた行動の獲得が可能であることを示唆しています。また、この研究は、非人間の生物が社会的学習を通じて新しい行動やスキルを累積的に獲得する能力を持つ可能性があることを示しており、動物の文化的行動の理解に貢献しています。
遺伝子複製時の親ヒストンの移動を初めて捉えた
酵母の複製装置とFACT複合体（Spt16とPob3から構成される）とともに、排出されたヒストンヘキサマーのクライオ電子顕微鏡構造を報告し、遺伝子複製におけるヒストンリサイクルの構造的洞察を提供しました。
事前情報
真核生物ではDNAはクロマチンにコンパクト化され、ゲノムの複製はクロマチンにエンコードされたエピゲノムの伝達と結合している必要があります。
行ったこと
酵母の複製装置とFACT複合体が関与するヒストンの移動プロセスを解明しました。
検証方法
クライオ電子顕微鏡構造を用いて、FACT複合体が親DNA二重らせんに結合し、Spt16の中間ドメインと酸性のカルボキシル末端ドメインを介してヒストンをキャプチャする構造を明らかにしました。
分かったこと
FACTは複製装置の前端に位置し、ヒストンリサイクルを促進し、新たに合成された遅延鎖DNAへの親ヒストンの転移を助ける構造的配置を持つことが示されました。
この研究の面白く独創的なところ
遺伝子複製に伴うヒストンリサイクルのメカニズムを詳細に解明し、エピジェネティックな遺伝の維持に関する重要な洞察を提供した点です。
この研究のアプリケーション
エピジェネティックな情報の維持メカニズムの理解を深めることで、遺伝子疾患の治療やエピジェネティクスの研究に貢献する可能性があります。
著者と所属
Ningning Li, Yuan Gao, Yujie Zhang, Daqi Yu, Jianwei Lin, Jianxun Feng, Jian Li, Zhichun Xu, Yingyi Zhang, Shangyu Dang, Keda Zhou, Yang Liu, Xiang David Li, Bik Kwoon Tye, Qing Li, Ning Gao & Yuanliang Zhai
更に詳しく
研究チームは、酵母のDNA複製プロセス中におけるヒストン転移の構造的側面を明らかにしました。この過程では、FACT（facilitates chromatin transactions）複合体、具体的にはSpt16とPob3という2つのタンパク質から成る複合体が、遺伝子複製フォークの前端に位置しています。この位置付けにより、FACT複合体は親DNA二重らせんと結合し、Spt16の中間ドメインと酸性のカルボキシル末端ドメインを介して、複製プロセスから一時的に排出されたヒストンヘキサマーを捕捉する役割を果たします。
具体的には、クライオ電子顕微鏡の構造分析を通じて、FACT複合体がヒストンH2A-H2BダイマーとH3-H4テトラマーをどのようにキャプチャし、配列するかを解明しました。Spt16のカルボキシル末端ドメインによってチャペロンされたH2A-H2Bダイマーは、H3-H4テトラマーに安定に結合され、空のH2A-H2B結合部位は、Mcm2のヒストン結合ドメインによって占められています。Mcm2のヒストン結合ドメインは、H3-H4ダイマーのDNA結合表面を取り囲み、H3-H4テトラマーのテトラマー化インターフェースを越えてSpt16中間ドメインの結合部位へと延び、そこから不規則になります。この配置により、もう一方のH3-H4ダイマーのDNA結合表面がさらなる処理のために露出します。
さらに、Mcm2のヒストン結合ドメインとその下流のリンカー領域は、Tof1の上に配置され、これによって親ヒストンが複製装置の前面に移動し、新しく合成された遅延鎖DNAへの転移が促進されます。この発見は、遺伝子複製に伴うヒストンリサイクルのメカニズムに関する重要な構造的洞察を提供し、エピジェネティックな遺伝の維持メカニズムの理解を深めるものです。
革新的な材料を使い、太陽光発電の効率を大幅に向上させた
新しい種類の太陽電池が開発され、その効率が著しく高いことが証明された
事前情報
ペロブスカイト材料を使った太陽電池は、その効率の高さから注目されているが、帯域ギャップを広げる際に性能が落ちる問題があった
行ったこと
研究チームは、ペロブスカイトの構造にシアネート（OCN-）を導入し、それが帯域ギャップを広げつつも品質を保持することを確認した
検証方法
電子顕微鏡とX線散乱を用いて、シアネートがペロブスカイト格子に組み込まれていることを確認し、その影響を評価した
分かったこと
シアネートを加えたペロブスカイトは、欠陥形成エネルギーが高く、非放射性再結合が大幅に減少するため、効率が27.62%に達するトリプルジャンクション太陽電池を実現した
この研究の面白く独創的なところ
シアネートをペロブスカイトに導入することで、帯域ギャップを広げつつも太陽電池の効率を落とさず、むしろ向上させる方法を見つけた点
この研究のアプリケーション
この技術は、太陽光発電の効率を飛躍的に向上させる可能性があり、エネルギー産業に大きな影響を与えることが期待される
著者と所属
Shunchang Liu, Yue Lu, Cao Yu, Jia Li, Ran Luo, Renjun Guo, Haoming Liang, Xiangkun Jia, Xiao Guo, Yu-Duan Wang, Qilin Zhou, Xi Wang, Shaofei Yang, Manling Sui, Peter Müller-Buschbaum & Yi Hou
更に詳しく
新しい種類の太陽電池が開発されたことにより、太陽光発電の分野において顕著な効率の向上が達成されました。この研究では、シアネート（OCN-）を導入した超広帯域ギャップペロブスカイト材料を使用してトリプルジャンクション太陽電池を製造しました。この太陽電池は、従来の太陽電池の性能を大幅に上回る27.62%の効率を記録しました。この数値は、専門機関によって認証された27.10%の効率という形でその信頼性がさらに裏付けられています。特に注目すべきは、開回路電圧（VOC）が1.422Vに達し、VOCと充填因子（FF）の積がShockley-Queisser限界の80%を超えるという点です。これらの成果は、シアネートがペロブスカイトの構造に組み込まれた結果、欠陥形成エネルギーが高まり、非放射性再結合が著しく減少したことによるものです。その結果、太陽光を電力に変換する際の効率が大幅に向上し、太陽光発電技術の新たな可能性を示しました。
ペロブスカイト太陽電池の新時代
特定の化学物質の組み合わせを使用してペロブスカイト太陽電池の効率と安定性を大幅に向上させる方法が発見された
事前情報
ペロブスカイト太陽電池は優れた光電変換効率を持つが、大規模生産時の効率低下や安定性の問題が商業化の障壁となっていた
行ったこと
メチルアンモニウムクロライド（MACl）をドーパントとして、1,3-ビス（シアノメチル）イミダゾリウムクロライド（[Bcmim]Cl）というルイス塩基性イオン液体を添加剤として使用する新しい戦略を採用した
検証方法
この戦略がペロブスカイト前駆体溶液の劣化を抑え、MAClの凝集を防ぎ、高結晶性で欠陥の少ない均一なペロブスカイト膜を形成することを確認した
分かったこと
このアプローチにより、27.22 cm^2の開口部を持つペロブスカイト太陽電池モジュールが23.30%の認証効率を達成し、1000時間の連続運転後も初期効率の94.66%を維持する長期安定性を示した
この研究の面白く独創的なところ
ドーパントと添加剤を組み合わせることで、これまでの大きな問題であったペロブスカイト太陽電池の大規模製造時の効率と安定性を改善した点
この研究のアプリケーション
この技術は、ペロブスカイト太陽電池の商業化を大きく前進させ、再生可能エネルギーのコストを下げることに貢献する可能性がある
著者と所属
Bin Ding, Yong Ding, Jun Peng, Jan Romano-deGea, Lindsey E. K. Frederiksen, Hiroyuki Kanda, Olga A. Syzgantseva, Maria A. Syzgantseva, Jean-Nicolas Audinot, Jerome Bour, Song Zhang, Tom Wirtz, Zhaofu Fei, Patrick Dörflinger, Naoyuki Shibayama, Yunjuan Niu, Sixia Hu, Shunlin Zhang, Farzaneh Fadaei Tiranito, Yan Liu, Guan-Jun Yang, Keith Brooks, Linhua Hu, Sachin Kinge, Vladimir Dyakonov, Xiaohong Zhang, Songyuan Dai, Paul J. Dyson & Mohammad Khaja Nazeeruddin
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最後に
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