注目の学部 学科 概説 あらゆる生命体とその生命現象を扱い生命の仕組みや営み 歴史などを追究する 東京大学副学長大学院理学系研究科生物科学専攻福田裕穂教授 の基本的な知識は現代人に不可欠な素養最初に 学校等において一般的な素養としてを学ぶ意義について触れる 生命の設計図ともいえる DNA の発見によ

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1 シリーズ 注目の学部 学科第 28 回 21 世紀は生命科学の時代 だといわれている 生命の謎を解き明かす技術革新が急速に進んだため より詳細な生命像が形成され それが農学や医学 薬学 工学といった科学技術分野だけでなく 法学や経済学 文学 芸術学などあらゆる学問分野に影響を与えている このことは同時に 人間生活のあらゆる面に生命科学的な知識と理解が必要になってきたことを意味している 生命科学は現在 特に研究が盛んな学問分野である 科学技術政策研究所 科学研究のベンチマーキング 2012 によれば 2009 年から 2011 年に世界中で発表された科学論文の 26% が 基礎生命科学 26% が 臨床医学系 であり 生命科学関連の論文が過半数を占めている< 図表 > そして その生命科学の研究の中心となる学問がであ CONTENTS 概説 p66 あらゆる生命体とその生命現象を扱い生命の仕組みや営み 歴史などを追究する 東京大学福田裕穂副学長 入試情報 生物物理学 p70 大阪大学難波啓一教授 植物生理学 中部大学中村研三教授 進化 p72 p74 p76 首都大学東京田村浩一郎教授 教育 p78 富山大学山崎裕治准教授 卒業後の進路 p80 る 生命現象の全てを研究対象とし 生命とは何か を探究する学問だからだ 今回は 発展著しい研究動向とともに 大学での の学び方 そこで身につけられる能力などに < 図表 > 研究論文の分野別割合 ( 年 ) ついて紹介する 概説では 現代社会を生きるため 分類 3 の一般的な素養としてを学ぶ意義から始まり 大学でのの研究や教育の動向を紹介する 各論では 広範囲にわたるの領域の中から 物 基礎生命科学 26 化学 12 化学 5 物理学 科学 10 理的な手法で生命を構成する分子の機能や働きの解 学 計 機科学 数学 5 明をめざす 生物物理学 人類の生存に欠かせない存在である植物の仕組みを扱う 植物生理学 生命の歴史を解き明かす 進化 について詳しく 神 学 / 理学 26 学 9 環境 / 生態学 科学 6 掘り下げ 合わせて科の教育の大きな特色で ある野外実習の実例も取り上げる 科学研究のベンチマーキング 2012 論文分析でみる世界の研究活動の変化と日本の状況 (2013 年 3 月 文部科学省科学技術政策研究所科学技術基盤調査研究室 ) より作成 Kawaijuku Guideline

2 注目の学部 学科 概説 あらゆる生命体とその生命現象を扱い生命の仕組みや営み 歴史などを追究する 東京大学副学長大学院理学系研究科生物科学専攻福田裕穂教授 の基本的な知識は現代人に不可欠な素養最初に 学校等において一般的な素養としてを学ぶ意義について触れる 生命の設計図ともいえる DNA の発見によっては大きく発展し 医療や農業 エネルギーなど人類が直面する課題の解決に向けて への要請は日増しに強くなってきている こうした課題に関わる話題は日々のニュースの中で取り上げられることも多いが それらをきちんと理解するにはの基本的な知識が欠かせない しかし があまりに急速に発展したために ニュースの背景がよく理解できず 冷静な反応ができないケースも増えている 例えば今年 特に大きな話題となった万能細胞について 東京大学の福田裕穂教授は次のように語る 近年 ips 細胞については京都大学の山中伸弥教授のノーベル賞受賞 臨床研究の発展などが大きな話題を集めたほか 今年は STAP 細胞に関する報道が過熱しましたが ニュース等では内容をあまり理解せずに 上辺だけの議論がなされている気がします ips 細胞は 決まった細胞にしかならない体細胞に 数種類の遺伝子を入れることで あらゆる細胞に分化できる可能性を持った細胞に変化させたもので 細胞の性質を変える技術が完成したことを意味しています ただし 遺伝子を入れるとガン化するリスクが高いため 最終的には化学的な処理で細胞の性質を変えたいという大きな目標があるはずです 植物の研究では 化学的な処理によって 細胞を根や葉など異なる器官に変える技術は数十年前に確立しており 動物の細胞でできても不思議はありません そこで 酸による化学的な刺激によって細胞の性質を変える STAP 細胞の作製方法に大きな注目が集まったのです 現在は立証されていませんが 将来的にこうした技術が確立する可能性はあると思います 世間の人々にもう少しの知識があれば STAP 細胞もそうした文脈で科学者の注目を集めたことがわかると思いますし 研究発表後の一連の報道や それに対する反応も もう少し落 福田裕穂教授 ち着いたものになった気がします 遺伝子組換え食品に関する反応も同じだ 組換え食品に対する最も大きな不安は 自然界にないものを食べて大丈夫なのか というものだろう しかし 自然界では常に遺伝子の組換えが起こっている 例えば植物や動物の 受精 では 親同士の遺伝子がそのまま伝わるわけではなく 親の遺伝子の間で頻繁に組換えが起こる これも遺伝子の組換えの一種である その際に食用となる植物の中に人間にとって有害な物質が生まれている可能性もゼロではない また 放射線を照射して突然変異を起こし 新しい品種を作る 放射線育種 は以前から行われており それらの品種を我々は毎日普通に食べている この方法は遺伝子組換えに比べて社会的な関心が高くないものの 放射線照射は多くの遺伝子に影響を与えるため どこにどんな変異が起きたのかを全て調べることは困難である それに対して 遺伝子組換え食品の場合は どの遺伝子を組換えたのかがわかっているため それによってどのような影響が出るか など安全性を検証することもできる 外来の遺伝子についても 生物は常に外敵からの遺伝子アタックにさらされていて これまでの長い歴史の結果として植物や人はそれらの外敵の遺伝子をたくさん自分の DNA の中にため込んでいる 遺伝子組換え食品が 自然界での変異や放射線育種に比べて危険という根拠はありません そもそも 遺伝 66 Kawaijuku Guideline

3 東京大学概説入試情報生物物理学大阪大学植物生理学中部大学首都大学東京Kawaijuku Guideline 進化教育卒業後の進路子そのものや遺伝子がつくるタンパク質は胃で分解されますから 組換えられた遺伝子は体内には残りません そうしたの知識があれば 遺伝子組換え食品を食べることに 必要以上に不安を感じることはないはずです ( 福田教授 ) 近年は有機栽培や無農薬の作物の安全性が強調され 農薬の使用を不安に思う人も多い しかし 無農薬にすると 病害虫にさらされますから 植物は害虫に食べられないように また病気にならないように 有毒な物質を体内に蓄積することもあります それが人間に良いわけがありません 現在の農薬は 散布時期や散布量などを徹底的に管理し 収穫時にほとんど残留しないようになっていますし 人体への影響なども研究されています 対して 植物が自分で作り出す物質は完全には解明されていませんから 無農薬の方が安全とは言い切れないのです ( 福田教授 ) 遺伝子組換え食品にしても 農薬にしてもリスクはゼロではないが リスクを減らすようにさまざまな努力が払われている 重要なのは そのリスクをどう判断するかだ サイエンスの世界におけるリスクの考え方は 非常に重要です 自然界のものも 人が作り出したものも 100% 安全なものはありません リスクを常にきちんと評価することが大事で リスクがわかれば対処方法は考えられます そうしたリスクを考える上で不可欠になるのがの基本的な知識であり それが現代人にとってのを学ぶ意義でもあります そのためにも 生き物のことをきちんと理解する教育がもっと早くから行われるべきだと感じています ( 福田教授 ) 生物の原理原則の追究と人類に貢献する技術開発を推進大学は そうしたの基盤となる研究を積み上げる教育研究機関である ただ 生物に関してはわからないことがまだ膨大にあるため 学生時代に新しい生物の法則が発見される瞬間に立ち会える可能性は 他の自然科学系の分野に比べて極めて高い 大学で行われる先端的なの研究は 主に2つの方向性がある 1つは まだわかっていない生物の原理原則を解明する研究だ ips 細胞にしても 特定の遺伝子を入れると細胞が初期化されることはわかったが な ぜ通常の体細胞は他の細胞に変わらないのか それが幹細胞にすると再び他の細胞に変わるようになるのはなぜかといった根源的な仕組みはわかっていない これらの性質は細胞の基本的な特性であり その仕組みの解明は ある状態を保つということはどういうことか 生きているとはどういうことかといった根源的な問題につながっていく 本当に革新的な発見は そうした不思議なことへの探究 原理原則の追究から生まれる DNA の二重らせん構造にしても 何かの役に立つと思って見つけたわけではないが 結果的に人類に多大な貢献をすることになった の世界では 偉大な発見につながるチャンスは 他のサイエンスと比べて多いと思います 巨額の予算と大掛かりな設備を使い 多国籍の多くの研究者と共同で行う研究プロジェクトもありますが 個人での研究も盛んですから その人なりのアイデアで新しい分野を作ることも 独創的な研究もできます これはの大きな魅力です ( 福田教授 ) もう1つの方向は を技術的に応用する研究で 農業 医療 創薬 繊維素材 エネルギーなど非常に幅広い分野がある エネルギー分野については 現在多く使われている石油や石炭は近い将来の枯渇が予想されており 原子力も原料のウランは有限であり 事故に対する不安も大きい そこで 植物が作り出す糖を原料としてエタノールを製造するなど バイオエネルギーに注目が集まっている また 無限である太陽光エネルギーの利用も進んでいるが 電気エネルギーへの変換効率が低い点が課題である 植物は光合成という 太陽光のエネルギーを最も効率的に利用する仕組みを持っているため 植物のエネルギー変換の仕組みや植物そのものを利用してエネルギーを創出できれば 持続可能な世界を作り出すことに大きく貢献できる 生体分子から全生物種まで多彩な研究対象もゲノムレベルで比較が可能にさて かつてのは 植物学 動物学 人類学 微 などに分かれて研究が進められていた 対象とする生物の種類によって 体の仕組みや行動など 生命現象が全く違うと思われたからだ しかし DNA の発見によって遺伝子がわかり ゲノムが解読できるよ 富山大学

4 注目の学部 学科 うになると どの生物も基本原理は同じであることがわかってきた ゲノムや遺伝子までさかのぼれば どの生物も共通の議論をすることが可能になりました 植物の遺伝子と動物の遺伝子に共通性を見出したり 植物 ( 動物 ) にこんな遺伝子があるなら動物 ( 植物 ) にもあるのではないか と探索が進んだり 似たような現象でも全く異なる仕組みがあることが判明したり 生物種を超えた研究も広がっています ( 福田教授 ) 現在 の研究にはさまざまな領域がある その領域の分け方はいろいろあるが ここでは 文部科学省の科研費 ( 科学研究費助成金および学術研究助成基金助成金 ) に応募する際の区分を例に挙げる< 図表 1> 科研費の区分は 研究手法を示すものや 研究の視点を示すもの 研究対象を示すものなどが入り交じっていてそのままではわかりにくいので 少しだけ並べ替えてみましょう の研究領域は 生命現象の階層性に注目すれば 細胞内の物質を扱う分子 構造生物化学 機能生物化学 生物物理学などのミクロレベルから 細胞生理学などの細胞レベル 生物の形がどうできるのかを追究する発生や動物生理 行動などの個体レベル そして進化 生物多様性 分類 生態 環境というマクロレベルの研究領域があり さらに自然人類学や応用人類学などの統合領域と 大きく3つに分けることができます ( 福田教授 ) ゲノムレベルの研究が進展すれば新しいを拓く可能性もここで で最近注目されている研究をいくつか紹介しておこう まずは ips 細胞に代表される 細胞の初期化 についての研究だ 細胞の能力を調節する仕組みの解明をめざす非常に大きなトピックスである 病気のメカニズムの解明も 医学の隣接領域として盛んに研究されている 特にガンは異常増殖と転移という細胞の問題であり ガン化した細胞のコントロールなど 今後もの領域で多くの研究が行われていくと予想される 脳の研究も盛んだ ヒトの脳の仕組みの解明をめざし その前段階としてもう少し単純な動物の脳を理解するため 線虫の記憶 などの研究が進んでいる ヒトの脳研究に関しては 他の動物の脳との比較や 人文系の研 < 図表 1 > 科研費の関連の申請区分 分野分科細目名分子構造生物化学機能生物化学生物科学生物物理学細胞発生植物分子 生理科学形態 構造動物生理 行動基礎遺伝 染色体動態進化生物多様性 分類生態 環境自然人類学人類学応用人類学 ( 平成 27 年度科学研究費助成事業系 分野 分科 細目表 より抜粋 ) 究者と共同研究で 正義とは何か といった 人間の行動規範を作り出す脳の仕組みを解明する研究など 新しい研究も行われるようになってきている 植物の研究については 持続可能な地球をどうつくるかという観点での研究が注目されている 先ほどのバイオエタノールを含めバイオマスの効率的な活用のためには 生物の原理原則をさらに追究する必要がある 食糧問題の解決にもが不可欠だ 近い将来に地球の人口は 90 億人を突破すると予想されているが そうなると現在の農業生産の方法では全人口を賄うことはできない そのためには作物の収量を上げる必要があり 植物の仕組みをもっと詳細に研究する必要がある 生態学やフィールドサイエンスも大きく変わりつつあります これまで野外での観察と 実験室におけるゲノムの分析などは別々に行われることが多かったのですが 両者を融合した研究が進んでいます それによって 例えば夜間のある温度になったときに植物が大きく成長し そのときに特定の遺伝子が活発に働いている といった新しい発見が生まれています また 現在のは採取し培養できる生物を主な対象としており 土中や海中の微生物はほぼ手付かず状態でしたが これらの微生物のゲノムを解読する技術が発達してきました すると 有用な機能を持った遺伝子をはじめ 新しい生き物の断片が見つかるかもしれません 地球上の全ての生き物のゲノムを解読し そこから興味深い事実を探るような新しい研究も動き出すと思います ( 福田教授 ) 68 Kawaijuku Guideline

5 概説入試情報生物物理学植物生理学進化教育業後の進路複雑な世界を対象とするが故に 論理性が身につく科 最後に 大学におけるの 教育について触れておこう 生物 学科や農学部 医療系の学部の学 生は それぞれの専門領域を追究 する前提として 全体に関 する基本的な理解が欠かせない 扱う内容は学科や専門のコースに よって異なるが 一例として東京 大学で使われている教科書の目次 を紹介する < 図表 2> の 素養は全ての現代人に必要という 観点から 文系用 理科 Ⅰ 類用 ( 理 工系学部への進学が中心 ) 理科 Ⅱ Ⅲ 類用 ( 医学 薬学 農学などへの進学が中心 ) に分け て それぞれの進路で必要な内容 が含まれている 最も詳しい教科 書では 生命の基本的概念から仕 組み ヒトとの関係まで網羅して いる これらの教科書は いずれも 1~2 年次で使うもので 教養としての基礎知識です 科などに進めば 教科書の章にあたる部分をさら に詳細に勉強することになります 現実的には 教科書 の内容を全て理解するのは難しいと思いますが 大切な のは分子から生態系 進化まで生命現象の全領域を一通 り勉強するということであり そのために将来の進む道 の異なる学生に向けて 3 冊の教科書を用意しているわけ です ( 福田教授 ) 文系 の教育においては実験と実習が重視される 生 物学の実験は 影響因子が多くて失敗する確率が高い しかし 失敗を通して考える力が身につくため 詳細な 実験レポートの提出と合わせて 実験に力を入れている 大学は多い また 実習は 生物が本来暮らしている自 然環境そのものに目を向ける重要性に加えて の 基本的な素養を身につける役目も果たしている 自然界は極めて複雑な現象の集合体です だからこ そ どんな切り口で 何を見て 何を採取し 何を計測 文系のための生命科学第 2 版 (2008 年 3 月 ) 理系総合のための生命科学第 3 版 (2007 年 2 月 ) 第 Ⅰ 部ヒトの基礎 1 章生命科学はどのように誕生したか 2 章細胞 : 生命の基本単位 3 章生命の設計図 : ゲノム 遺伝子 DNA 4 章エピゲノム : ゲノムの後天的修飾第 Ⅱ 部ヒトの生理 5 章発生と分化 6 章脳はどこまでわかったか 7 章がん 8 章食と健康 9 章感染と免疫第 Ⅲ 部ヒトと社会 10 章生命倫理 11 章生命技術と現代社会 12 章生物多様性と生態系の保全 理科 Ⅰ 類 生命科学改訂第 3 版 (2006 年 2 月 ) 序説 1 章生物の多様性と一様性第 Ⅰ 部細胞と遺伝情報の関係 2 章遺伝情報の複製 3 章遺伝子の発現 4 章遺伝子発現の調節第 Ⅱ 部個々の細胞を機能させる原理 5 章細胞の膜構造と細胞内小器官 6 章細胞骨格 7 章代謝 8 章生体エネルギー 9 章細胞周期第 Ⅲ 部細胞集団の組織化 10 章シグナル伝達 11 章発生と分化 12 章生殖と減数分裂 理科 Ⅱ Ⅲ 類 第 Ⅰ 部生命科学の基本概念 1 章生物の基本概念と基本構造 2 章生物の増殖と恒常性 3 章個体 環境相互作用第 Ⅱ 部生命現象のしくみ 遺伝, 膜構造, 代謝を中心に 4 章タンパク質と酵素 5 章核酸の構造と DNA の複製 6 章遺伝子の構造 7 章遺伝子の発現 8 章有性生殖と個体の遺伝 9 章生体膜と細胞の構造 10 章代謝と生体エネルギー生産 11 章光合成第 Ⅲ 部生命現象のしくみ 増殖, 形態形成, 恒常性と環境応答を中心に 12 章細胞内輸送 13 章細胞骨格と細胞運動 14 章細胞間シグナル伝達系 15 章細胞内シグナル伝達系 16 章神経伝達と機能 17 章細胞周期 18 章動物の発生 19 章植物の発生 20 章遺伝子発現の制御 21 章ゲノムと進化 22 章生物群集と生物多様性 Advance ヒトと生命科学 23 章感染と免疫 24 章がん 25 章創薬と生命科学 26 章生活 環境と微生物 27 章生物情報科学 28 章脳付録 1 バイオテクノロジー 2 倫理に対する配慮と法の整備 ( いずれも東京大学生命科学教科書編集委員会編 株式会社羊土社発行 ) 卒すれば 自分の知りたいことが得られるのかという 課 題設定能力 を身につけるのに 非常に適した教育方法 でもあるのです ( 福田教授 ) を学ぶことでどのような能力がつくのか 福田 教授は次のように締めくくる 第一に 論理的な能力が身につきます 生命現象と いう基本的に複雑な事象を扱うため 論理的に検証を進 めていかないと 何を明らかにしようとしているのか 途中でわからなくなります は きちんとした論 を立てることが求められる かなり論理的な学問なので す 第二に ものを見る力がつきます 複雑な現象を漫 然と見ても何も見い出せないからです 細胞などの変化 を見ることも多く 違いを見抜く力もつくでしょう 第 三に 失敗に強くなります では失敗がつきもの ですから タフになります こうしてみると これらの 力は一般社会のどこでも求められる力であり を 学んだ学生はどの世界に進んでも活躍できるはずです 東京大学大阪大学中部大学首都大< 図表 2> 東京大学で使われている教養としてのの教科書の目次学東京富山大学Kawaijuku Guideline

6 注目の学部 学科 入試情報 ここでは系の学科 専攻の近年の志願動向や 2015 年度の入試科目について見ていく は医学 や農学系 教育系など幅広い学部 学科で学べる分野で あるが ここでは理学系で学べるに限定している 文低理高を追い風に人気私立大理学系では志願者数最多の分野 系の学科 専攻を持つ大学は 国公私立大を合 わせて 70 校ある 国公立大に 39 校 私立大に 31 校と いう内訳で 私立大では他分野と比べて学べる大学は限 られる < 図表 1> は 国公立大 私立大の系志願者数 の推移である 近年 学部系統の人気は文低理高となっ ている そのなかでの志願者は 国公立大では 2 千人台前半で推移 倍率 ( 志願者 / 合格者 ) も 2 倍台後 半で安定している 一方 私立大では今春こそ前年並み の志願者数にとどまったが それまでの 4 年間は増加を 続けており この間に志願者数は 1 万人以上増加した 現在では理学系の中で最も志願者が多い分野となっている 倍率は3 倍台中ごろで推移している 新課程センター試験理科の科目設定状況系の入試科目の特徴を見てみよう 国公立大前期日程のセンター試験必要教科 科目数を見ると 富山大が5 教科 6 科目を課すほかは 全大学が 7 科目 ( 理型 ) を課す 一方 私立大では4 割が3 教科を課すほか 2 教科が 26% 1 教科は 16% と 多くの大学は3 教科以下で受験可能だ 立命館大 関西学院大には国公立大と同様の7 科目を課す方式があるが 教科数の少ない方式も用意されており 必ずしも7 科目の準備が必要なわけではない 2015 年度入試から数学 理科は新課程に移行する センター試験の理科は 基礎を付した科目 ( 基礎科目 ) を理科 1 基礎を付さない科目(4 単位科目 ) を理科 2 のグループとし 別時間帯で実施する 受験生は理科 1 2の組み合わせと科目数で分かれた4つの科目選択方法 ( 旧課程生は6つ ) から1つを選んで受験することになった < 図表 1> 系の志願者数推移 国 大 ( 期日 ) 大 ( 一 ) ( 人 ) ( 倍率 ) ( 人 ) ( 倍率 ) 志願者数倍率 志願者数倍率 ( 年度 ) ( 年度 ) ( 河合塾調べ 倍率は志願者 / 合格者 ) 70 Kawaijuku Guideline

7 東京大学概説入試情報生物物理学大阪大学植物生理学中部大学首都大学東京進化富山大学教育卒業後の進路< 図表 2> 系のセンター試験理科 科目指定パターン ( 河合塾調べ理科 1 は基礎を付した科目 理科 2 は基礎を付さない科目で 理科 1 は 2 科目を 1 時間で解答する ) < 図表 2>はセンター試験理科の科目指定パターンである 国公立大では9 割の大学が理科 22 科目を課している 一方 私立大では大学により指定科目が分かれている 科目パターンは2~3 割ずつ各パターンに分かれており さらに理科が必須か他教科との選択かで多くのバリエーションに分かれる 理科 22 科目を課す大学は 2 割 このうち国公立大と同様に理科 22 科目を必須で課す大学は 12% である 一方 理科 21 科目または理科 1でも受験可の 理科は1 時間分でよい大学が半数を超えており 国公立大と比べ負担は軽い 2 次試験 私立大入試の状況国公立大の2 次試験については 前期日程では3 教科 4 科目 ( 英語 数学 理科 2 科目 ) を課す大学が約 4 割となっている 理科 1 科目の3 教科 3 科目を課す大学を合わせると 3 教科で受験できる大学は約 6 割となる なお 東京大 名古屋大 京都大の3 大学は国語を加えた4 教科 5 科目を課す 後期日程では学科試験を課す大学とともに面接を課す大学の割合も高い 面接は生物を中心とした理科など教科に関する口頭試問を含む大学が多く 学科試験同様の対策が必要だろう 私立大では2~3 教科を課す大学が主流となる 英語 数学 理科の3 教科で準備しておけば ほとんどの大学で対応可能である なお 慶應義塾大と早稲田大では理科 2 科目必須の3 教科 4 科目が必要で 他大学と比べ負担が重い 理科は新課程では基礎科目と4 単位科目に分かれ 入試ではどの範囲まで出題されるのかが注目された 系では 国公立大で基礎科目のみで受験できる大学はない 私立大でも基礎科目で受験できるのは4 大学のみである 学問分野の特徴上 理科は全範囲の学習を求められている なお 指定される科目は物理 化学 生物の3 科目から選択というのが主流だが 千葉大 お茶の水女子大 静岡大などは生物が必須となっている また 東京工業大 (7 類 ) 大阪大 ( 理 - 生命理学 ) 慶應義塾大は物理 化学が必須となっている 数学の範囲は 国公立大では数学 ⅢBが主流で 一部に数学 ⅡBで受験できる大学がある程度である 一方 私立大では 数学を課す大学のうち半数以上は数学 ⅡB で受験できる 残りは数学 ⅢBまで必要な大学と数学 Ⅰ Aまたは数学 ⅡAで受験できる大学が各々 2 割程度となっている 理科に比べ 数学は比較的軽い範囲でも受験できるのが特徴だろう Kawaijuku Guideline

8 注目の学部 学科 生物物理学 物理的な運動法則に則った生物の作る分子機械の仕組みを解明 大阪大学大学院生命機能研究科 難波 啓一教授 生物は細胞で構成されているが 細胞の主要な機能を担っているのはタンパク質である タンパク質は一定の構造を持った分子であり 細胞内で機械のような振る舞いをする その機械の仕組みを解明しようというのが生物物理学だ 分子や原子の運動は物理法則に従うので 研究では物理学的な手法を駆使する その際 タンパク質が機械として運動する様子や構造などを観察することは非常に重要で そのための技術開発もまた生物物理学に求められている 難波啓一教授 観測装置を自ら開発しながらタンパク質の運動や構造を見る生物物理学は 物理学の考え方や手法を用いて 生物の仕組みを解明しようとする学問です 細胞や生理学などもミクロな視点から生物の仕組みの解明をめざしていますが どちらかといえば化学的な反応を重視しています 生命現象を分子のレベルから説明しようとする分子は もともとは生物物理学の一分野でしたが 1970 年代に遺伝子を操作できるようになってからは 遺伝子操作という手法を使うことに重点が置かれ 現在の生物物理学とは異なる方向に発展し 現在は再生医療への応用などで大きな注目が集まっています 生物物理学では さまざまな物理現象や物理法則を応用しながら 生物を構成する分子や原子を観測することで その構造や働きに迫っていきます そのときに 観測する方法や機器を同時に開発する場合がある点も 特徴の一つです 生物物理学の代表的な研究成果の一つに 筋肉が収縮するメカニズムの解明があります 筋肉は 筋肉を構成するミオシンとアクチンという2 種類のタンパク質が動くことで収縮しますが その様子を観察することは困難でした ミオシン分子は 10 ナノメートル程度の大きさですが 光学顕微鏡では数百ナノメートルの大きさの物体までしか見ることができません 電子顕微鏡ではもっと小さなものが見られますが 観察する試料を真空中に置いて電子線を照射するため タンパク質は壊れてしまい ます そこで 全反射する角度で光をガラスに当てたときに エバネッセント光 ( 近接場光 ) という 光の当たる場所が非常に狭い特殊な光が発生する原理を応用した 全反射照明蛍光顕微鏡が考案されました その結果 電子線を照射しなくても数ナノメートルの分子の挙動を見ることが可能になり ミオシンやアクチンが働く様子が観察できるようになったのです 医学 神経科学 心理学などの分野で活用されている fmri( 機能的 MRI) も 生物物理学の研究の中で生み出された機器の一つです 脳のある部分が活性化すると その部分を流れる血流が大きくなり その際に血液中の成分の影響で磁気的な信号が強まるボールド効果が生じます その物理的な原理を応用し 脳のさまざまな神経活動を見ることを可能にしたのです 超高性能モーターであるべん毛モーターの構造を解明私は X 線や電子顕微鏡 そして光学ナノ計測法などの手法を駆使しながら研究を続け 細菌のべん毛モーターの構造と機能を明らかにしてきました 細菌は数本のらせん状になったべん毛を高速回転させながら泳ぎ回りますが べん毛の根元には 人間が作るモーターに似た構造を持ち タンパク質で構成される極めて高性能な回転モーターが存在しています < 図表 > モーターには 中心で回転する回転子と その周囲で細胞膜に固定された固定子があり 固定子には水素イオンの通り道があって 水素イオンが通り抜けるときその 72 Kawaijuku Guideline

9 概説入試情報生物物理学植物生理学進化学東京タンパク質の構造が変わり 回転子のタンパク質と結合 富山大学教育卒業後の進路したり乖離したりします そのとき 回転する力が生まれるのです モーターが回転する仕組みを観察しようとしましたが べん毛の回転速度は毎秒 200 ~ 300 回転なので 通常のカメラでは撮影できません そこで毎秒 100 万コマを撮影できる高性能 CMOS カメラを使い マイクロ秒単位で何が起こっているかを見られる装置を開発して解析したところ このモーターは一度に約 14 度ずつ動く ステップモーターのような動きをしていることがわかりました モーターの構造を詳しく見るために電子顕微鏡でも観察しました 前述の通り 電子顕微鏡は真空中で電子線を当てるため タンパク質でできているモーターは 焼いた干物 のようになってしまいます しかし 観察方法の工夫により 試料を 269 度ほどの極低温に冷やすと 電子線を当ててもタンパク質があまり壊れないことがわかりました そうした物理的な原理を応用し クライオ電子顕微鏡という特殊な顕微鏡が開発され べん毛モーターの構造についてもいろいろな角度から撮影することができるようになりました そして画像解析技術を使って立体像を作成すると モーターの回転する部分に 26 個のタンパク質がリング状に並んでいる構造が見えてきました 360 度を 26 で割ると約 14 度で 先ほど示した モーターが一度に動く角度と一致します ここから 回転する部分のタンパク質が1 個分 歯車のように動くたびに力が発生し モーターが回転することがわかったのです その後もいろいろと研究を進めて べん毛モーターがどのようにして作り出されていくのかを明らかにすることができました まずモーターの回転子ができ その周りに固定子がリング状に集まり べん毛繊維を形成するタンパク質が先端に送られてべん毛が伸びる様子や その過程でのタンパク質の働きなどがわかってきたのです 高効率な分子機械のエッセンスを人間の世界に応用できる日を夢見て生物物理学の魅力は 何といっても生物や生命現象について これまで見えなかったものが見えるようになることです 比喩的にいえば 神様だけが知っていることがわかってくるというわけです 生物物理学の世界は 科学技術の進歩と呼応するよう < 図表 > べん毛モーターの構造 ( 難波教授提供 ) に急速に発展しています 蛍光顕微鏡を工夫することで 生体のエネルギー通貨ともいわれる ATP( アデノシン三リン酸 ) 合成酵素に回転する構造があることもわかってきましたし 大型放射光装置 SPring-8 ( 注 1) を活用することで 光合成に関わる膜タンパク質の構造も明らかになりました また 以前は結晶化が難しい膜タンパク質の構造解析をする際 大きな結晶を作る必要がありましたが SACLA ( 注 2) が稼動したことで 極めて小さな結晶からでも構造を解析できるようになりました こうした技術開発によって 生物の分子機械の仕組みがさらに詳細に解明されることが期待されています 分子機械が働く仕組みの解明と同時に 応用への夢も広がっています 例えば べん毛モーターは毎分 2 万回転という F1 レースカーのエンジン以上の回転性能を誇りますが 使われるエネルギーは (1 京分の1) ワットにすぎません しかもこの非常に小さなエネルギーをほぼ 100% 近い効率で利用しているのです また モーターの製造プロセスは自動化されています タンパク質を構成するアミノ酸の配列情報が遺伝子に入っていれば あとは自動的にさまざまな機能を持ったタンパク質ができて集まり 複雑な機能を持つ機械構造を作り上げていくのです こうした 高いエネルギー効率を可能にする仕組みや 構造を決定することで自動的にものづくりのできるセルフアセンブリの仕組み さらに多少の欠陥さえも補う柔軟性など 生体ナノマシンの特長から得られた知見は 工学への応用などを通じ いつか人類の役に立つだろうと希望を抱いています 東京大学大阪大学中部大学首都大( 注 1)SPring-8 光速近くまで加速した電子ビームを磁場で曲げることで得られる非常に明るい放射光を使って 物質を原子レベルで観測できる国の研究施設 ( 注 2)SACLA 電子を加速して得られる X 線の位相を揃えた X 線レーザーを使うことで 原子の瞬間的な動きも観測可能にした国の研究施設 Kawaijuku Guideline

10 注目の学部 学科 植物生理学 植物の営みを解明する研究を通して食糧 薬 環境などの分野にも貢献 中部大学応用部長 中村 研三教授 植物は人類が登場するはるか以前から地球上に存在し 人類は衣食住全ての面で植物の恩恵にあずかってきた 太古から栄養源 薬 繊維材料などさまざまな用途に利用されてきたが 近年はバイオ燃料の原料としても注目を浴びている 植物の有効利用を促進するには 植物の生命現象への理解が欠かせない そこに寄与する学問が植物生理学である 植物の生理現象を探究する基礎学問であるだけでなく その知見を利用して人間生活のあらゆる側面に貢献できる可能性を持っている 中村研三教授 代表的な研究分野は代謝 植物ホルモン 環境応答など植物には 種子が発芽して成長し やがて花を咲かせて種子を作るというサイクル ( 生活環 ) があります 植物生理学は そうした生活環の過程で起こるさまざまな現象を研究対象としています 中でも 代謝 植物ホルモン 環境応答 は代表的な研究分野です 代謝 とは 生物の体内で起こる化学反応のことで 一次代謝と二次代謝があります 一次代謝は 生命の維持に必要なエネルギーを得たり タンパク質や脂質などを合成したりすることです 植物に特有な代謝としては 光エネルギーを使って水と CO2から糖を生成する光合成があり 植物生理学の古くからの主要な研究テーマになっています 二次代謝では 生命の維持には不可欠ではないものの その生物の営みに深く関わる色素や抗菌物質などの化合物を作り出します これらは医薬品の原料をはじめ 人間の生活にさまざまな用途で活用されています そこで 二次代謝の研究も盛んに行われています 植物ホルモン は 植物が生長し 根 茎 葉などが発生する過程や 体のいろいろな部分が機能を分担できるように調整したり さまざまな環境刺激に応答したりする際に 重要な役目を果たしています 5 大植物ホルモンのオーキシン ジベレリン サイトカイン エチレン アブシジン酸を中心とした植物ホルモンの働きを分子レベルで解き明かす研究も非常に進んでいます 環境応答 とは 環境の変化に対応して代謝や体の 状態を変えることです 動物と違い自ら移動できない植物は 置かれた環境で生育の様子を大きく変化させて柔軟に対応する性質を備えています 例えば水分が少なくなると アブシジン酸を生成して細胞を守る物質を作ったり 気孔を閉ざしたり 側根を増やしたりして 水分が少なくても生き続けられるように体を変えていきます こうした環境応答も代表的な研究の一つです 成長から栄養貯蔵に切り替えるスイッチ機能を持つタンパク質を発見私たちは植物の 栄養貯蔵 を大きなテーマとしています 光合成でできた糖は 成長期には体の生長点に運ばれて細胞分裂や成長に用いられますが 成熟した植物では糖は種子や塊根などの貯蔵器官に運ばれてデンプンや油脂に作り変えられて蓄えられます 例えばサツマイモの塊根 ( イモ ) は 水分を吸収する通常の根 ( 吸収根 ) の一部が肥大してデンプンを蓄える貯蔵根に変化したものです こうした塊根のタンパク質の大部分を構成する 貯蔵タンパク質 の遺伝子は体のどの細胞にもあるものの 通常は根が肥大してイモになるときにだけスイッチが働いてイモの中に大量の貯蔵タンパク質が作られるようになります その仕組みを調べる中で サツマイモの切り取った葉を砂糖水に漬けたところ 葉の細胞内で本来は塊根でだけ働く貯蔵タンパク質の遺伝子が働き始めることがわかりました このサツマイモの塊根貯蔵タンパク質の遺伝子をタバコやジャガイモに組み込んだ遺伝子組換え植物を作ると これらの植物でも糖に応答して 74 Kawaijuku Guideline

11 概説入試情報生物物理学植物生理学進化学東京サツマイモの塊根貯蔵タンパク質の遺伝子が働き始める 富山大学教育卒業後の進路ことが確認できました こうした研究から 植物には 糖栄養源のレベルに応じて イモや種子で働く栄養貯蔵に関わる遺伝子や葉の光合成に関わる遺伝子の発現を調節する仕組みがあることがわかってきました その後 モデル植物のシロイヌナズナで 糖の量に応答し 種子の中で糖を油脂に変えて蓄積させる働きをする遺伝子の指令役を担う WRI1 というタンパク質を見つけました 一方で 種子が発芽し生育する過程では 油脂を分解して生長に使うため 油を作らないように WRI1 とは逆に油脂合成の遺伝子を抑制するものもあるはずです 私たちは HSI2 と名づけたタンパク質がその働きをすることも発見しました WRI1 の働きを強くすると種子の中の油の量が増えますし HSI2 の働きを壊すと 発芽した後も糖を油に変換して蓄え続けます < 図表 > こうした研究成果は 植物油脂の増産に貢献できる可能性があります 植物油脂は食用油など多くの用途に広く使われていますが 近年はバイオディーゼルの原料としても注目されています 食用ではない植物の種子の中により多くの油を蓄える性質を持たせたり 将来的には種子以外の部分 例えばイモなどで油を蓄えるような植物を生み出せるようになるかもしれません 個々の遺伝子やタンパク質の研究からそれらのネットワーク全体の解明へ植物生理学の研究は多種多様な植物の生活環 いわば生きざまの謎に迫る学問です 近年は分子の発展もあり 遺伝子レベル 分子レベルでのメカニズムの解明が進んでいます 例えば 日長の変化を葉でシグナルとして受けて茎の先端での開花を促す植物ホルモン フロリゲン の存在は 1930 年代から知られていましたが それがどのような物質なのかは特定できていませんでした 数年前 フロリゲンの本体はタンパク質であることを日本人研究者が明らかにしました 遺伝子組換えの手法を使ってシロイヌナズナやイネが持つフロリゲン候補タンパク質に 緑色に発光する GFP 融合タンパク質をつなぐような遺伝子を作り 植物体の中での葉から茎の先端へのタンパク質の移動の様子を調べたことなどが発見につながりました 植物の営みには数多くの遺伝子やタンパク質が関与していますが それら一つひとつの働きに関する研究成果 < 図表 > 種子成熟遺伝子の活性化と不活性化 ( 中村教授提供 ) が蓄積し またさまざまな植物の全ゲノム情報の解読が進んできました 現在では ゲノム全体を対象に シグナルが伝達されるメカニズムや その際にどのような遺伝子やタンパク質がどう関係しあって動いているのかといった 遺伝子やタンパク質のネットワーク全体の解明をめざした新しい研究分野の開拓へと向かいつつあります このように植物生理学は 植物の営みを一つひとつ解明していく基礎科学ですが その研究成果は人間生活のさまざまな面に応用されてきました とりわけ農業には大きく貢献しており 最近では除草剤耐性を持たせた大豆など遺伝子組換え作物の普及が急速に進み 世界の大豆生産量の7~8 割を占めるまでになっています 日本では反対派の人も多く 遺伝子組換え作物は普及していませんが 農薬の消費を抑えて環境負荷が減るなど 生産者側だけでなく環境面でも大きなメリットがあることが普及につながっています 今後は 作物の安全性を評価し 丁寧に説明した上で付加価値の高いものを作るような 消費する側にメリットのある遺伝子組換え作物の開発が進むでしょう また 遺伝情報の詳細な理解が進んだことで 遺伝子組換えを伴わない品種改良をより早く 確実に行う技術も開発されています 農業以外にも 植物生理学の研究は創薬や機能性食品にも応用できますし 環境応答などの仕組みを利用して 環境問題の解決への貢献につながる可能性も高まっています 日本植物生理学会に所属する研究者は 理学部 農学部 薬学部 工学部など広範にわたっているように 植物生理学の知見は幅広い分野に応用できるのです 植物は身近な存在ですが ちょっと立ち止まってその生きざまを考えると まだまだ謎はたくさんあります 分子レベルで植物を研究し その謎を解き明かすことで 人間社会に広く貢献できる可能性があることに 植物生理学の大きな魅力を感じています 東京大学大阪大学中部大学首都大Kawaijuku Guideline

12 注目の学部 学科 進化 生物多様性の謎を求めてゲノムレベルの研究へ 首都大学東京大学院理工学研究科生命情報研究センター長田村浩一郎教授 現在地球上で存在が知られている生物は 141 万 3,000 種に上り まだ人類に発見されていない生物を含めると1 億種以上の生物が地球上に存在しているといわれている ( 注 1) 生命は 30 ~ 40 億年の時間をかけて 現在のような多様な種へと進化してきた 進化は この多様性がどのように生じてきたのかを解き明かそうとする学問だ かつては遺伝子レベルでの研究が中心だったが 今ではゲノム ( 全遺伝情報 ) の解析を通してその謎に挑もうとしている 田村浩一郎教授 進化遺伝学など 3 つの分野を中心に 生物の多様性に迫る 次世代 DNA シーケンサーの登場により 進化を実証できる研究も可能に あらゆる生命は たった1つの生命からスタートしたと考えられています そこから現在に至るまでに どのようにして多様な生物に進化してきたのかを研究するのが進化です 進化は 進化のどの部分に焦点を当てるかによっていくつかの分野に分かれます 中でも進化遺伝学 進化生態学 進化発生学の3 分野が中心となっています 擬態を例に それぞれのアプローチの違いを説明しましょう 擬態とは 体の形や色を枝葉に似せるなど 生物が周囲の環境に合わせて自分の形態を変化させることです 進化遺伝学は 遺伝情報の変化に注目します すなわち ゲノムの遺伝情報にどのような突然変異が生じて擬態するようになり それがどのようにその生物の集団全体に広まっていったのかを調べようとします 進化生態学は 生物と生物の関係から擬態を研究します 視覚が発達した捕食者が同じ環境に存在するためなど 生態系の中で擬態が生じる理由を明らかにしようとします 進化発生学は 変異した遺伝情報がどのように擬態を可能にする形状に変化するのか 発生過程に注目して進化を考えようとします このように 進化は遺伝や生態 発生などさまざまな視点から進化の様相を捉えていくのです 3 分野のうち進化遺伝学は 進化の中でも基礎となる分野です 親の遺伝情報が子どもに 100% 完璧に伝達されるシステムであれば進化は起きません 突然変異による親との微妙な違いが蓄積していって新しい生き物となるのが進化であり 遺伝情報の変化を研究する進化遺伝学は 進化を考える上で非常に重要な位置を占めます 従来のの研究の多くは 飼育法やさまざまな実験手法が確立している少数のモデル生物 ( マウス キイロショウジョウバエ 酵母 大腸菌など ) で行われてきました 代謝や発生などの基本的な生命現象はほぼ全ての生物で共通であるため 研究に適した生物が選ばれてきたのです しかし 進化の研究は 生物の多様性を対象としており モデル生物だけでなく いろいろな生物を対象としなければならないため 研究は容易ではありませんでした ところが 近年 遺伝情報を読み取る装置 ( 次世代 DNA シーケンサー ) の技術開発が急速に進んだ結果 ゲノムを短時間に読み取ることができるようになりました そのため さまざまな生物のゲノムを比較することが可能になってきました また 遺伝子操作の技術も向上したため ある生物のゲノム上の特定の遺伝子に変異を起こし その影響を調べることも可能になりました 将来 遺伝子操作によっ て祖先形に戻した生物について 別の進化が可能かどう ( 注 1)Edward O. Wilson (1992). The Diversity of Life. Harvard University Press. 76 Kawaijuku Guideline

13 概説入試情報生物物理学植物生理学進化学東京かを実験的に再現する可能性も期待できます 進化は過 富山大学教育卒業後の進路去の出来事であり これまで進化の説明は推測の域を出ない部分がありました しかし 今後はゲノム情報と遺伝子操作の組み合わせで 生物の進化過程を人工的に再現するなど 実証的な研究が行われる可能性が高まってきたのです 現在 自然保護や生物多様性の保全の必要性が説かれていますが そもそもなぜこれほど多様な種が生まれたのか 確かなことはまだほとんどわかっていません 遺伝情報の変化がどのように進化や多様性に結びついていくのかを網羅的に解き明かそうとする進化遺伝学の研究は そうした人類の直面する課題の解決の糸口となることでしょう 一方 進化生態学や進化発生学の分野でも 注目すべき研究成果がもたらされています 進化生態学では 最近 昆虫と腸内細菌との新たな共生関係が明らかになってきました 例えば 農薬耐性を持つ昆虫は 昆虫そのものではなく 腸内に共生する細菌が宿主の昆虫に農薬耐性をもたらすことがあるなどです このメカニズムが成り立つ理由についても遺伝子レベルで研究が続けられています 進化発生学では カメの甲羅の研究が注目を集めています 甲羅は肋骨が板のように広がって隣り合った肋骨同士が接してできたものです カメも元々は他の脊椎動物と同様の肋骨を持っていましたが それが甲羅になる発生過程が遺伝子レベルで明らかになってきました カメは天敵から捕食されることを防ぐために甲羅を獲得したと考えられるため 甲羅を獲得する以前のカメを取り巻いていた生態系を考える手掛かりにもなっていくはずです 進化の基本的な関係を明らかにするには分子系統樹解析に関する理論研究が不可欠進化遺伝学の研究例として 私の研究室で進めている研究を3つほど紹介します 1つ目は ショウジョウバエのゲノム進化と環境適応 に関する研究です 南方産のアカショウジョウバエには低温耐性がありませんが 低温環境に慣れさせる ( 順化 ) ことによって低温耐性が向上します その順化の際に発現する遺伝子を モデル生物であるキイロショウジョウバエの遺伝子操作技術を利用して強制発現させた < 図表 > mtdna 全ゲノム塩基配列による霊長類の系統樹 ヒトチンパンジーゴリラオランウータンテナガザルミトコンドリア DNA のゲノム情報から見ると ヒトに近い種はチンパンジー ゴリラ オランウータンの順であることがわかる ( 田村教授提供 ) ところ 低温耐性が向上することがわかりました まだ低温耐性が向上するメカニズムまではわかっていませんが 遺伝子操作によって 進化過程で獲得した生理学的な特性の変化を再現できることが実証できました 2つ目は 分子系統解析に関する理論的な研究 です 生物の進化を考える上で 進化の流れを樹木の枝分かれのように示す系統樹は非常に重要です かつては形態から種の系統関係を推定していたため 30 年ほど前にはチンパンジーよりオランウータンの方がヒトに近いとされることもありましたが 現在ではゲノム情報の違いからチンパンジーの方がヒトに近いことを示す系統樹が一般的です< 図表 > しかしゲノム情報は膨大で そこから種間の系統関係を推定するのは簡単ではありません そこで そうしたビッグデータをいかに早く 正確に処理して系統関係を推定するかという理論的な計算手法の研究は 進化においては不可欠な研究テーマなのです 3つ目は 分子進化遺伝学的解析のためのバイオインフォマティクス ( 注 2) の研究です 具体的には 生物種間の系統関係を推定するための使いやすいソフトウェアを開発しています 多くの研究者がしのぎを削るなか 我々が開発 改良を続けている MEGA6 は 現在 世界のトップを争っています 進化の世界は 研究が進めば進むほど謎が増えてくる世界です アカショウジョウバエで見つかった低温耐性に関わる遺伝子は脳でしか発現しません なぜかはまだわかっていませんが 進化の過程でそのようなシステムを作り上げたことは確かでしょう 次々と生まれる なぜ を追い求めていくことに 進化の醍醐味があると感じています 東京大学大阪大学中部大学首都大( 注 2) バイオインフォマティクス 生命情報学 等に関連した データの取得 蓄積 体系化 データベース化などを目的としたコンピュータツールの研究開発を行う学問分野 ( 統合分野の展望 2010 年 日本学術会議 ) ゲノム研究とともに発展してきた分野であり ゲノムの塩基配列など大量のデータから生命のシステムをどのように読み解くか またその発信の方法について扱う Kawaijuku Guideline

14 注目の学部 学科 教育 ありのままの自然を観察することで生物の多様性を実感する野外実習 山崎裕治准教授 富山大学理学部科山崎 裕治准教授 とうしょ 大学におけるの教育では 教室内で行う実験のほか 野山や臨海部 島嶼部など さまざまなフィールドでの実習に力が入れられている 野外実習を通じて経験する 生物の採取や標本作製 同定などは 多様な生物が複雑に関わり合う自然を理解するために不可欠なスキルだからだ ここでは 富山大学理学部科の 臨海実験 Ⅰ と生物多様性の研究室での活動を例に におけるフィールドワークの意義や研究との関わりなどについて紹介する 富山大学理学部科では 主に学部 2 年生を対象富山の豊かな自然を対象にに 海の生物を扱う 臨海実験 Ⅰ 昆虫を中心に動物海 山 里の生物に触れる群集を観察する 野外実習 Ⅰ 薬用植物を含む植物をの研究は 生命のメカニズムを分子レベルで解観察する 野外実習 Ⅱ の 3 種類の野外実習科目を設明することをめざす研究から 生態系や地球規模の生物置している いずれも 立山連峰 能登半島 県内の植多様性を扱うようなマクロな視点を持つ研究まで 非常物園や水族館など 富山県内のフィールドや施設においに幅広い 専門分野によっては実験室での研究が中心とて行われる 選択科目だが ほぼ全ての学生がいずれかなる場合もあるが 生物や生命現象を理解するためには の実習に参加する 自然界のどこで どのような生物が どのように生活し 近年は 科でも 自然や生物のことをあまりているのか 実体験をもって学ぶことが重要である そ知らない学生が増えています 富山県は標高 3,000 mをのため 多くの大学がフィールドワーク ( 野外実習 ) に超える立山連峰と水深 1,000 mを超える富山湾に囲まれ力を入れている の教育におけるフィールドワーています そうした豊かな自然の中で学生生活を送ってクの意義を 山崎裕治准教授は次のように語る いるのですから まずは富山の自然と生き物に触れ そ なぜ生物がこんな行動をするのか なぜ遺伝子にここからのものの見方や研究方法を身につけてほしんな特徴があるのか 実験室にいてはわからないことも いと思っています ( 山崎准教授 ) フィールドワークで納得できることはたくさんあります 採取 観察 分類 スケッチを通して例えば ある池にすむサンショウウオは 池の中の決まっ的な 自然の見方 を養うた場所に産卵していましたが 産卵する場所としない場所の水質や水温 水深などには違いがなく なぜそのよ山崎准教授が担当する 臨海実験 Ⅰ は 生物調査 うな違いができるのか不思議に思っていました しかし 分類の技法を習得することを目的として 講義と実習で何度も観察するうちに そこは季節が変わって池の水が構成されている 講義ではまず 日本海や富山湾の生成減っても 最後まで干上がらない場所だったことが判明過程 沿岸から急に深海へと切れ込む独特な地形 海流しました これは 何度もフィールドに出たからこそ気と海洋深層水の違いなどを含めて海の環境を説明するとが付くことです そしてさらに なぜサンショウウオは同時に 海の生物に関する基本的な知識を解説し 安全水が干上がらない場所を知ることができるのかという新に実習を行うための注意事項も伝えている しい研究テーマも生まれました フィールドワークは研実習は夏休み中に 富山湾の入り口と奥の2 回に分け究の幅を広げ深化させる源泉なのです て実施する 富山湾は対馬海流の影響を強く受ける入り 78 Kawaijuku Guideline

15 概説入試情報生物物理学植物生理学進化学東京口と あまり影響を受けない奥で 海水の 富山大学教育卒業後の進路成分も水温も違っており すんでいる生物も異なっている そうした環境と生物の関係を実感し 湾の中での生物多様性を理解することも 実習の大きな目的である 1 回目の実習は富山湾の入り口付近にある連携研究室 ひみラボ ( 氷見市 ) を利用して 1 泊 2 日で行う 海岸で 海中に生息する生物や 生物が付着している海草や石を採取する その際 どこにどのような生物がいたのかを記録していく 集めた生物は ひみラボの実験室に持ち帰り 顕微鏡などで観察し 図鑑を使って分類する 名前がわかった生物については詳細なスケッチも行う 例年 約 60 種類の生物が採取でき こうした活動を2 日間かけて行っている 大学内での実習でもスケッチをさせていますが どうしても死んだ生物の固定標本になってしまいます しかし 新鮮な生き物でなければ見られない形もあります そうした様子を観察できることが この実習を行う大きな意義の一つです ( 山崎准教授 ) 2 回目の実習は 湾の奥にある魚津水族館 ( 魚津市 ) で行う 水族館前の海で生物を採取し 館内の施設を借りて 水族館職員の説明も受けながら 1 回目の実習と同様の活動を行う 実習後は 富山湾の入り口と奥における生物の違いや その理由などをレポートにまとめる 臨海実験 Ⅰ を通じて 場所によって海中の生物が非常に多様であることに気付き 実習後に 海水浴に行くときも 見る場所が違ってきたし 生物の見方も変わってきました と話す学生も少なくありません 学生が生き物に目を向け 的なものの見方を身につけるきっかけになっていると思います ( 山崎准教授 ) 現場は新しい研究テーマの宝庫実験室での疑問もフィールドで解決富山大学理学部科では 4 年次からは研究室に配属され 学生のテーマに応じた研究を進めていく 山崎准教授の研究室では フィールドワークから DNA まで をモットーに 遺伝子実験とともに野外での生態調査を重視して研究を進めている 対象とする生物は 山岳地帯に生息するライチョウから 里に出没するクマ < 図表 > 富山県周辺のイノシシに見つかった 6 つの遺伝的グループと進入経路 ( 山崎准教授提供 ) やイノシシ 湧き水や川や海の生物と多岐にわたり 調査のフィールドも学生によって異なる イノシシの研究では興味深い事実もわかってきた 狩猟捕獲が進み 富山県では戦後間もなくイノシシがほとんどいなくなったが 近年は増えている 採取した糞や 猟師から提供を受けた遺骸などを遺伝子解析することで 隣接する県から移動してきたことが判明するとともに フィールドワークによって移動の経路や 県内で広がっていく様子なども判明したのだ< 図表 > こうした知見は 農作物被害の対策にも生かされている 天然記念物の淡水魚イタセンパラ ( 注 ) の生態研究 遺伝子研究も続けている フィールドワークを繰り返すことで 幼魚はミジンコなどが豊富に存在する 水田の水が流れ込む場所でよく成長することなどが明らかになってきた また DNA 解析によって 氷見市周辺の個体群は淀川や木曽川に生息している個体群とは全く異なる系統であることもわかった 研究結果は 農薬を使いすぎない といった耕作方法や 他から連れてくるのではなく川の中で個体数を増やすことが重要だ といった保護政策への提案にも結び付いている このようにフィールドワークを通じた生物多様性の研究は その実態を解明することだけでなく 環境保全や生物の保護に向けた対策にもつながっている 自然界には 教科書やインターネットに載っていない世界が広がっています 我々研究者が知らないことを 学生が現場で発見することも少なくありません におけるフィールドワークは まさに 自然に学べ を体現する重要な要素だと思っています ( 山崎准教授 ) 東京大学大阪大学中部大学首都大( 注 ) イタセンパラ タナゴの仲間で 日本の固有種 淀川水系 木曽川 氷見市周辺でしか存在が確認されていない絶滅危惧種 Kawaijuku Guideline

16 注目の学部 学科 卒業後の進路 食料品や化学などを中心に幅広い産業分野で活躍 を学んだ学生には 遺伝子や細胞などを扱う技術や 生命に対する深い理解が 期待されている 複雑な生命現象を一つひとつ解明する経験を重ねることで 複雑な問 題を論理的に解決する能力を身につけることができるため 幅広い分野への進出が可能 だ 実際 学士課程卒業後に就職した学生の半数以上は 事務や販売 営業などの職業 に従事している 大学院に進んだ学生の多くは を学んで培った知識や技術など 専門性を生かした職業が想定される 国立大は7 割が大学院に進学を学べる学科は 理学部だけでなく医学部や農学部 教育学部などにもあるが ここでは理学系統に分類される学科の中から を中心に学ぶ学科を生物系とし その卒業後の進路状況を紹介する < 図表 1> 学士課程卒業後の進路概況 河合塾と朝日新聞社が実施している ひらく日本の大学 の調査から 卒業者の進路状況について見ると 全体的な状況としては 生物系は同じ理学系統の物理系や化学系と比べて 進学率はやや低く 就職率が高いということがいえる 進学率 就職率は設置者によって異なるものの 就職者の就職状況は設置者によって大きな差がないことがわかった 卒業者は多様な職業 産業へと進んでいる では それぞれについて見ていこう まず 進学率から見ていくと 生物系の 2013 年度学士課程卒業者の進学率は 40% で 物理系の 53% や化学系の 54% と比べてやや低い< 図表 1> 設置者別に見ると 国立大 67% 公立大 38% 私立大 28% となっており 国立大の進学率が高い< 図表 2> 8 割以上の卒業生が大学院に進学する国立大もあり 急速に発展するを支える人材育成の場として機能していることがうかがえる < 図表 3> 修士課程修了後の進路概況 (2012 年度修了者 ) (2014 年度 ひらく日本の大学 調査より ) < 図表 2> 設置者別進路概況 ( 学士課程卒業後 ) (2014 年度 ひらく日本の大学 調査より ) (2013 年度文部科学省学校基本調査より ) 80 Kawaijuku Guideline

17 東京大学概説入試情報生物物理学大阪大学植物生理学中部大学首都大学東京進化富山大学教育卒業後の進路< 図表 4> 就職者の職業別割合 ( 学士課程卒業後 ) < 図表 5> 就職者の産業別割合 ( 学士課程卒業後 ) 教員 は 幼稚園 小学校 中学校 高等学校 中等教育学校 大学等 その他 ( 特別支援学校含む ) の計 (2014 年度 ひらく日本の大学 調査より ) (2014 年度 ひらく日本の大学 調査より ) 生物系の学士課程卒業後の就職率は 49% と 物理系 学士課程卒業後の産業別就職状況を見ると 生物系は や化学系よりも 10 ポイント以上高い 設置者別に見る 卸売業 小売業が 21% で最も高い < 図表 5> 次いで と 国立大が 25% と低いが 公立大と私立大は約 6 割 食料品等が 9% 化学工業 石油 石炭製品が 7% と続 と差が開いている くが 食料品や化学 医薬品などの製造にはの知 一方 修士課程修了者の状況について見てみる 2013 識が必要なため これらの分野への就職は専門を生かし 年度の文部科学省の学校基本調査によると 2012 年度 た就職といえるだろう 一方 理学系統全体では 最も 修士課程修了者のうち 生物系の博士課程等への進学者 高いのが情報通信業の 16% で 学校教育 13% 卸売業 は 22% と 理学系の他の系統と大きな違いはない < 図 小売業 13% の順だ 農学系統は卸売業 小売業 19% 表 3> 設置者別に見ると 進学者は国立大で 30% と 食料品 14% と 産業別の特徴でも農学系統に近い 公立大の 11% 私立大の 8% と比べて高い 幅広い職種に対応できる生物系出身者 就職者の半数は事務職や販売職に次に ひらく日本の大学 の 2014 年度調査から 学士課程卒業後の職業別就職状況を見ていく 生物系で最も多いのが販売従事者 30% で 次いで事務従事者 21% と続く< 図表 4> 両者を合わせると半数を超えており 全ての設置者で上位 2つを占めている 理学系統全体では両者を合わせても 40% 程度であり 両者の合計が 48% の農学系統に近い職業傾向といえる また理学系統では 理科教員が就職者の中で大きな割合を占めており 全体で 10% 以上が教員になっているが 生物系に限れば4% 程度である また 理学系統全体でみれば 情報処理 通信技術者の割合も 16% と高いが 生物系は6% にとどまる これらの点でも他の理学系統とはやや異なる 概説でも触れたように の教育 研究は 実習や実験が重視され 複雑な自然を観察し そこから一定の切り口で目的となる事象を取り出し 詳細に分析を行うというアプローチが取られる 生き物を対象とする実験は 実験条件を厳密にしても実験結果にばらつきができるのが一般的で 何度も実験を行い その中から意味のあるものを読み取らなくてはならない 生物系の出身者は 卒業研究などを通してこうした研究手法を身につけ 目の前で起こる現象の本質を見抜く力や 論理的に考え抜く力 忍耐力などを身につけていく その力はどの職業でも求められる基本的な力であり 生物系出身者は 専門を生かすというよりは 専門を学ぶ過程で培った力を生かすことで 幅広い職種に対応しているといえる Kawaijuku Guideline