論文まとめ137回目 SCIENCE(科学) 2023/10/20～
テラヘルツ放射を用いてホットキャリアの輸送動態を解明
ベーリング海のスノークラブの大量死の原因を解明
化学的にリサイクル可能なポリオレフィン様多ブロックポリマーの開発
トマトの果実の大きさに影響を与える遺伝子間の複雑な相互作用
13年または17年ごとに大量発生するショウリョウバッタが鳥類の食物連鎖に与える影響の解明
ベンジルカチオンを制御して不斉SN1反応を実現
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SCIENCE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
Determining hot-carrier transport dynamics from terahertz emission
テラヘルツ放射からのホットキャリア輸送動態の決定
「電子が光によって励起されると、通常は迅速にエネルギーを失います。しかし、これらのホットキャリア（高エネルギーの電子）を効果的に取り出す能力は、これらのプロセスを理解することによって向上します。この研究では、ホットキャリアが放出するテラヘルツパルスを解析する新しい技術を開発し、これらのキャリアの動態を詳しく調べました。」
The collapse of eastern Bering Sea snow crab
ベーリング海東部のスノークラブの大量死
「ベーリング海のスノークラブが「海のヒートウェーブ」の影響で大量に死滅したことを、科学的に解明した研究です。これは、気候変動が海洋生態系に与える影響の一例として注目されています。」
Chemically recyclable polyolefin-like multiblock polymers
化学的にリサイクル可能なポリオレフィン様多ブロックポリマー
「通常のプラスチックは分解が難しいが、この研究で開発された新しいプラスチックは、使用後に基本的な成分に戻して再利用することが可能です。」
Idiosyncratic and dose-dependent epistasis drives variation in tomato fruit size
トマトの果実の大きさの変動を駆動する特異的で量依存的なエピスタシス
「トマトの大きさを決める遺伝子が複数あり、これらの遺伝子がどのように相互作用するかによって、トマトの大きさが変わることが分かりました。これは、一つの遺伝子が変わるだけで、他の遺伝子の効果も変わるという複雑な関係を示しています。」
Periodical cicadas disrupt trophic dynamics through community-level shifts in avian foraging
定期的なショウリョウバッタの出現が鳥類の採餌におけるコミュニティレベルのシフトを通じて食物連鎖のダイナミクスを乱す
「13年または17年ごとに大量に出現するショウリョウバッタが、鳥たちの食事の選択を変え、それによって他の生態系にどのような影響をもたらすかを研究しました。ショウリョウバッタの大量発生により、鳥たちは他の獲物（例：毛虫）を食べることが減少し、それがさらに植物への影響をもたらすことが分かりました。」
Taming secondary benzylic cations in catalytic asymmetric SN1 reactions
二次ベンジルカチオンを制御し、触媒的不斉SN1反応を達成
「化学反応での結合形成において、特定のカーボン中心は非常に反応性が高く、その結果として予測可能な立体化学を持たないことがあります。この研究では、そのようなカーボン中心を制御し、特定の立体化学を持つ製品を効果的に生成する方法を開発しました。」
要約
テラヘルツ放射からのホットキャリア輸送動態の決定
https://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.adj5612
ホットキャリアの超高速励起と輸送の動態を理解することは、光電子工学、光化学、太陽エネルギーの収集の発展にとって重要です。この研究では、ホットキャリアの動態を研究する新しいアプローチを提案し、テラヘルツバーストの波形を解析しました。
事前情報
電子が光によって励起されると、通常は迅速にエネルギーを失います。ホットキャリアの効果的な取り出しは、これらのプロセスの理解が不足しているため難しい。
行ったこと
ホットキャリアから放出されるテラヘルツパルスの解析に基づく技術を開発しました。
検証方法
設計されたナノアンテナからのホットキャリアの放出によって放射されるテラヘルツバーストの時間波形を解析しました。
分かったこと
金のアンテナから放出される弾道キャリアには、プラズモンの寿命と弾道輸送時間を合わせた約11フェムト秒のタイムスケールがあります。テラヘルツの場の偏光と位相感度検出は、その弾道輸送軌道への直接のアクセスをさらに提供します。
この研究の面白く独創的なところ
ホットキャリアの超高速動態を解明するための新しいアプローチを提案し、テラヘルツ放射を用いてこれらのキャリアの動態を詳しく調べることができました。
この研究のアプリケーション
この研究の結果は、光電子工学、光化学、太陽エネルギーの収集などの分野でのホットキャリアの効果的な利用のための基盤となる可能性があります。
ベーリング海東部のスノークラブの大量死
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adf6035
2018年から2021年の間にベーリング海のスノークラブの数が100億匹減少しました。この大量死の原因として、海の温度上昇が指摘されています。この温度上昇はクラブのカロリー需要を増加させ、食料が不足し、結果として大量のクラブが餓死したと考えられています。
事前情報
ベーリング海のスノークラブは、経済的にも重要な魚種であり、その数が急激に減少していることが知られていました。
行ったこと
ベーリング海のスノークラブの数の変動を調査し、その原因を特定するためのデータ分析を行いました。
検証方法
過去のデータや調査結果をもとに、スノークラブの数の変動やその原因となる可能性のある要因をモデル化し、分析しました。
分かったこと
2018年と2019年のベーリング海の「海のヒートウェーブ」が、スノークラブの大量死の主要な原因であることが明らかになりました。特に、水温の上昇によりクラブのカロリー需要が増加し、食料が不足したことが大量死の一因として指摘されています。
この研究の面白く独創的なところ
従来、生態系の変動の原因として考えられていた要因とは異なり、気候変動による「海のヒートウェーブ」が生態系に与える影響を具体的に示した点が注目されています。
この研究のアプリケーション
この研究の結果は、気候変動が海洋生態系に与える影響を理解し、適切な対策を講じるための重要な情報となります。特に、漁業や海洋資源の管理に関わる者にとって、今後の方針を決定する上での参考となるでしょう。
化学的にリサイクル可能なポリオレフィン様多ブロックポリマー
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adh3353
ポリオレフィンは最も重要で大量に生産されるプラスチックですが、分解が難しく、プラスチック廃棄物の問題が増大しています。この研究では、多ブロックポリマーを使用して、ポリオレフィンと似た性質を持ちながらも、化学的にリサイクルが容易な新しい材料を開発しました。
事前情報
ポリオレフィンは非常に多くのプラスチックが生産されているが、分解が難しく、プラスチック廃棄物の問題が増大している。
行ったこと
ルテニウムを媒体とするリング開閉メタセシス重合を用いて、シクロオクテンから硬いおよび柔らかいオリゴマーのビルディングブロックを合成し、多ブロックポリマーを作成しました。
検証方法
多ブロックポリマーの物理的性質を評価し、その後、異なるプラスチックを組み合わせて基本的なビルディングブロックに効率的に分解し、閉じたループのリサイクルプロセスを実現するための試験を行いました。
分かったこと
開発された多ブロックポリマーは、エラストマーからプラストマー、サーモプラスチックに至るまでの幅広い機械的性質を持ち、高い融点と低いガラス転移温度を持っています。これにより、さまざまな用途に適しています。
この研究の面白く独創的なところ
従来のポリオレフィンとは異なり、使用後に基本的な成分に戻して再利用することができる新しいプラスチック材料を開発した点です。
この研究のアプリケーション
この新しいプラスチック材料は、環境に優しいリサイクルプロセスを実現するための潜在的な解決策として、さまざまな産業での使用が期待されます。
トマトの果実の大きさの変動を駆動する特異的で量依存的なエピスタシス
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5222
トマトの果実の大きさに影響を与える遺伝子間の相互作用を詳細に調査し、遺伝子の量や活性度が果実の大きさにどのように影響するかを明らかにしました。
事前情報
エピスタシスは、一つの遺伝子や変異が別の遺伝子の表現型効果を変更する現象です。これは、例えば、色素形成に関与する酵素の欠損が、別の遺伝子のパターン形成の調節を隠す場合などに発生します。
行ったこと
トマトの種の区画数に影響を与える三つの遺伝子のcis-調節アレルの一連の効果を調査しました。
検証方法
天然およびエンジニアリングされたcis-調節アレルを使用して、トマトの果実の大きさを制御するエピスタシス関係を系統的に評価しました。
分かったこと
遺伝子間の相互作用は、一部は量依存的であるが、多くの相互作用は予期しない効果を持っていることが分かりました。これは、農業目的で設計されたアレルから生じる予期しない表現型に洞察を与えています。
この研究の面白く独創的なところ
遺伝子のcis-調節アレルの多様性が、非線形で予測不可能な相互作用を引き起こし、表現型を形成するという、エピスタシスの未探索の側面を明らかにしました。
この研究のアプリケーション
この研究は、農業の遺伝子工学や品種改良において、特定の特性を持つ作物を開発する際の遺伝子間の相互作用を理解し、最適化するための重要な情報を提供します。
定期的なショウリョウバッタの出現が鳥類の採餌におけるコミュニティレベルのシフトを通じて食物連鎖のダイナミクスを乱す
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi7426
13年または17年ごとに北米の落葉広葉樹林で大量に出現するショウリョウバッタが、多様な生物に一時的な食物資源を提供することで、食物連鎖にどのような影響を与えるかを調査しました。
事前情報
ショウリョウバッタは13年または17年ごとに大量に出現し、その際に鳥や他の捕食者にとっての食物となります。
行ったこと
2021年のBrood Xショウリョウバッタの大量発生の前後、および発生中に一連の実験を実施し、この資源の追加が食物連鎖にどのように影響するかを決定しました。
検証方法
ショウリョウバッタの大量発生の影響を評価するために、鳥類の採餌行動、毛虫の捕食率、オークの若木への草食動物の影響を調査しました。
分かったこと
ショウリョウバッタの出現により、80種以上の鳥がショウリョウバッタを食べるようになり、その結果、草食昆虫への捕食が減少し、毛虫の密度とオークの若木への草食が増加しました。
この研究の面白く独創的なところ
ショウリョウバッタの短期的だが大規模な出現が、生態系内のエネルギーの流れや相互作用のネットワークをどのように変えるかを明らかにし、その長期的な影響についての理解を深める手助けとなりました。
この研究のアプリケーション
この研究は、生態系の管理や保全活動において、特定の生物の大量発生や出現が生態系全体に与える影響を理解し、適切な対策を講じるための重要な情報を提供します。
二次ベンジルカチオンを制御し、触媒的不斉SN1反応を達成
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adj7007
ベンジルの立体中心は天然物や医薬品に広く存在しています。これらの選択的な生成のための一般的なアプローチは、高反応性のベンジルカチオンを介して進行する不斉一分子核酸置換（SN1）反応です。この研究では、この問題の広く適用可能な解決策を報告しています。
事前情報
核酸置換反応はカーボンへの結合形成に広く使用されています。しかし、アリール環に隣接するカーボン中心など、一部のカーボン中心は非常に反応性が高い。
行ったこと
ベンジルカチオンが低温で形成されるSN1プロセスにおいて、キラルアニオンを使用して立体化学を選択的に制御する方法を開発しました。
検証方法
異なる前駆体からカチオン中間体をアクセスするためのLewis酸またはBrønsted酸触媒を使用し、C−C、C−O、C−N結合形成反応での不斉選択性を評価しました。
分かったこと
キラルカウンターアニオンを使用することで、二次ベンジルカチオンとのペアリングが可能であり、C−C、C−O、C−N結合形成反応で優れたエナンチオ選択性を持つ触媒的不斉反応を実現できることが分かりました。
この研究の面白く独創的なところ
ベンジルカチオンの高反応性を制御し、特定の立体化学を持つ製品を効果的に生成する新しい方法を開発した点が独創的です。
この研究のアプリケーション
この研究の方法は、天然物や医薬品の合成において、特定の立体化学を持つ製品を効果的に生成するための新しいアプローチとして利用される可能性があります。
最後に
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