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2012年4月17日 生理学
[科学] 世界と現象の一部を対象領域とする、経験的に論証でき
る系統的な合理的認識。 (広辞苑)
現代科学とは、未来を予測し、制御する
ための挑戦である。
やまだ (2012)
①ほんとうのこと。
②[truth] 絶対的存在または実在的関係・事態を表している判断
の客観的妥当性。従って、単なる概念は真でも偽でもなく、それが
判断により肯定または否定されたときにだけ真理・虚偽が云々され
る。この場合、真理とは実在の肯定であり、実在しないものの否定
である。それは一般に判断と実在との一致に他ならない。この一致
や、実在概念については諸々の見地がある。
(広辞苑)
多くの独立した検証による淘汰に耐えた
ものが真理となる。
やまだ (2012)
[生理] 生物体の生活現象と生活原理 (広辞苑)
ホメオスタシス
Homeostasis
from Greek: ὅμοιος, hómoios, "similar,
and στάσις, stásis, "standing still"
• ほぼ一定。
• 昨日の私 ≈ 今日の私 ≈ 明日の私
• 動的平衡(福岡伸一)
・ ・
Time
定義が不可能、そして不可能の定義。
捉えようとすればするほど逃げていく。
時間は言葉をすり抜ける。
ちょうど、空間が視線をすり抜けるように。
Josef Kosuth
“Time. Art as Idea as Idea” 1967
Yanagi Miwa ”The three fates” 2008
• ゾウの時間、ネズミの時間 (本川達雄)
• 動物は『時間』を意識しているのか?
• 視床下部的な時間、人間的(社会的・文化
的)な時間
Hirohiko Araki “Steel Ball Run” vol23
Femto sec
Pico sec
Nano sec
Micro sec
Milli sec
Sec
Min
Hour
Day
Month
Year
Life
• リズム(事象の規則的な繰り返し)
• 概日リズム
今日の今頃の私 ≈ 明日の今頃の私
今朝の私 ≠ 今夜の私
時間生物学は、すべての生物のすべての構造段階(共同体(群
集)、個体群、個体、器官、組織、細胞など)における自律振動現象、
とくに環境サイクルの長さに似た振動(概リズム)を記載し、その機
構や適応機能を扱う分野で、基礎、応用を問わず、生命科学のす
べての分野と深く関係している。(日本時間生物学会)
http://chronobiology.jp
24
12
18 6
24
12
18 6
血中成長ホルモン↑
細胞分裂↑
コレステロール↑
テストステロン・エストロゲン↑
コルチゾール↑
アルドステロン↑
レニン↑
カテコールアミン↑
赤血球↑
肺の機能↑
血圧↑
胃酸分泌量↑
交感神経緊張↑
体力↑
体温↑
ヒスタミン感受性↑
様々な生理現象にみられる概日周期
胃潰瘍
気管支喘息
心筋梗塞
アレルギー性鼻炎
慢性関節リウマチ
皮膚過敏
疾患の発症や増悪の好発時間
Metal Plates Used in
Francis Crick’s and
James Watson’s
Original Double Helix
Model of DNA
“時計遺伝子“
-Recently (1999–2010) the average annual length of the mean solar day in excess of
86,400 SI seconds has varied between 0.25 ms and 1 ms.
- The current rotation period of the Earth is the result of initial rotation and other factors.
-By changing the distribution of the Earth's mass, the Japanese earthquake should have
caused the Earth to rotate a bit faster, shortening the length of the day by about 1.8
microseconds," Gross told SPACE.com .
~30億年前:シアノバクテリア(藍藻、光合
成)
~2億年前:哺乳類
~6500万年前:霊長類
Kondo et al. 1998 Science
Hardin et al. 1999 Science
Reppert et al. 2000 Science
~3億年前:昆虫
http://www.brh.co.jp/seimeishi/journal/37/res
earch_21.htmlより
Input Output
ポジティブ→システムの不安定化
ネガティブ→システムの安定化
BMAL1
CLOCK
PER
CRY
PER
Delay (Δt)
• 転写・転写関連遺伝子
http://jaspar.cgb.ki.se/
JASPARより。
http://www.bea.ki.se/ser
vice_tiling.html
Ueda (2011)
UCSC Genome Bioinfomatics
BMAL1
CLOCK
Per1/Per2
Cry1/Cry2
E-box
E-box
D-box PER
CRY
B C
B C
SCF
P P
CRY CRY
FBXL3
+Ub
26S
REV-ERB
BMAL1
DBP
E4BP4
E-box
B C
Dbp
E-box
B C
Dec
DEC
DBP
E4BP4
RREBmal1
RREE4bp4
ROR REV-ERB
DEC
E-box Rev-erb
B C
CK1
CK1
PP
PER
P P
26S
+Ub
b-TrCP
PER
Degradation
Degradation
PERCRY
Nucleus
Cytosol
Clock Controlled Genes
CCG
PEPCK
Heterochromatin Euchromatin
Saurabh
and
Sassone-Corsi (2012)
1. 同調性
2. 自律性(フリーラン)
3. 温度補償性(温度非依存性ではない)
1. 同調性
2. 自律性(フリーラン)
3. 温度補償性(温度非依存性ではない)
Nagoshi (2004)より
1. 同調性
2. 自律性(フリーラン)
3. 温度補償性(温度非依存性ではない)
Nagoshi (2004)より
1. 同調性
2. 自律性(フリーラン)
3. 温度補償性(温度非依存性ではない)
Takahashi (2010)Ueda (2010)
Doi et al. (2011)
同調
フリーラン
温度補償
ホルモン・神経伝達・行動・食事時刻
などにより同調
<中枢時計>
視交叉上核
(Suprachiasmatic
nucleus)
末梢時計
Mouse Monkey
Liver (肝臓)
Cerebral cortex (大脳皮質)
mRNA量(Maxを1)
サンプル採取時間
Per1 Per2 Bmal1
Per1 Per2 Bmal1
SCN (視交叉上核)
Mouse
Monkey
Per1 Per2 Bmal1
光環境に
ロックされている。
What decides?
夜行性
昼行性
末梢時計=活動時刻とリンク
中枢時計=明暗サイクルとリンク
• 概日リズム分野は、時間を科学できる
ステージにある。
• 概日リズムは24時間を基準に対称で
ある。
• 社会的な時間は生物的時間に基づい
ている。
• 細胞の日めくりカレンダー

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授業2012 4 17_slideshare

Editor's Notes

  1. 授業って一方的。それではだめ。自分の考えを生み出すべき。疑え。疑問を抱け。自ら答えを作り出そう。 今日は曖昧な話をします。考える機会になればと思います。
  2. 解剖学…知るだけ? さらに今は『創る』という試みも。
  3. 授業の内容は真理でしょうか?Googleで検索した結果の真偽ってどうやって判断する?教科書は真理? 小朝さん『何を言うかではなくて誰が言うか』 教科書は実験データに基づいている。実験では、仮説を真理であるといいたい(証明したい)。でも独りよがりではダメで、複数の独立した研究機関から妥当性を示す結果が必要である。時間がたって、新しい別の事実との整合性も試されるし、新しい技術にもさらされる。かつて真理とされていても、間違ってましたというパターンもある。
  4. W. B. Cannon (ハーバード大学) 発生って生理学?生物体って何?生活現象?
  5. 昨日の自分やったら、戻れそうな気がしません?区別できない気がしません? 24時間の痕跡は見つかっていない (そもそも見つかるのか?)。日めくりカレンダーみたいなものがあるとすれば、ノーベル賞。 平衡のポイントは少しずつ時間の矢にそって遷移していってるはず。
  6. 自分なりの考えを書いてください。答えはありません。
  7. 白ワインに赤ワインを加えると?最終的にはロゼみたいになる。(不可逆的)さかのぼれない。因果律が存在する(エントロピーの増大)。エントロピーが増大することが時間の流れ。人間の主観からすると、マクロでは必ず原因と結果。でもミクロで個々の分子を見ると、混ぜてすぐ・まぜて5秒後は分からない。量子力学や、電磁気学などでは、基礎法則は全て時間対称であり、未来と過去を区別しない。 時間の矢とは、ばくだいな数の粒子が関係する現象のみに現れる。
  8. 生命は誕生した瞬間から死に向かう。死んだらエントロピー増大。
  9. ゾウの時間(心拍一回3秒、インド象の寿命70年近く)、ネズミの時間(0.2秒、寿命2-3年)、ヒト(1秒、心拍数15億回で計算すると、26年くらい) だいたい体重の4分の1乗に比例する。 動物はたぶん、時間を意識していない。あるのは、視床下部的な時間(潜在意識の欲求)。腹減った、眠い、発情、渡り鳥 ヒトの時間に対する概念は、農耕とともに発展したのではないでしょうか?遠い未来に想いを馳せる。意識して、予測して行動する。(生存に直接関係の無いことにも備える)
  10. 全部対象となるが、大変さが違う。化学反応はフェムトオーダー(一瞬といっていい)。光は一秒間に30万キロすすむが、1フェムト秒では300ナノメートルしか進まない。 動物のメリットは条件をそろえられる。遺伝的背景、週令、性別、育った環境。1歳のマウスを扱うだけでも大変。 年単位、一生単位を対象とするのは非常に大変。寿命の短い生物がモデルとして使われる。極端に短い寿命も問題ではあるが。
  11. 環境サイクルの長さに似た振動ということでは、研究しやすい時間のオーダー(要するに朝と夜)。 老化のような一方向にまっしぐらの時間ではなくて、周期的に繰り返す(可逆的?)な時間を扱う。 科学の定義にもどってみると、予測して、制御できるステージに来てる。 概日リズムは地球上の生物に備わったシステムで、地球の自転と深いかかわり。
  12. 今朝の私、今夜の私。
  13. もしも一定の環境に入れられたら?
  14. 自転の起源 [編集] 原始惑星系円盤の想像図 理論的には、地球は太陽系の形成と同時に形成したとされている。塵、岩、ガス等からできた回転する巨大な分子雲から、徐々に太陽系が形成された。この雲はビッグバンに由来する水素とヘリウム、及び超新星爆発で生成した重元素から構成されていた。ある理論によると、およそ46億年前に近傍の恒星が超新星爆発を起こし、衝撃波が太陽系に達して角速度が与えられた。回転する分子雲は押し潰され、ガスや塵の一部は重力によって凝集し始め、徐々に惑星を形成していった。最初の角速度が保存される必要があることから、集まった質量はより速く回転し始めた[10]。現在の地球の自転速度は、この初期の回転と、潮汐摩擦やジャイアント・インパクト説等のその他の要因の結果である。 東北地方太平洋沖地震の影響で、プレートが動き、地球内部の質量が変化し地軸がずれたことにより、地球の自転速度が100万分の1.6秒早くなったと言う。
  15. 生命が誕生した時には、既に自転していた。 生物は進化・多様化した。長い生命の歴史において、保存されているシステム、それが生物時計システムである。 つまり、昼夜の変動を予期した生物が生き残ったことを示す。 生命が誕生して以来、大陸移動、機構の大変動を経験した。時間を正確に知るためには光が最も信頼できる。 5億年前の時点は21時間くらいだった?ということは、昔のシアノは21時間周期?自転周期に合わせて適応できたものが生き残ってきたのでしょうか?
  16. 現在の地球上の生物はほとんど24時間前後なので、21時間の生物よりも生存に有利だったことがうかがえる。
  17. ホメオスタシスの基本。会社とかポジティブフィードバックがかかるとうれしい。投資→製品ができる、売れる、→次の投資
  18. 時計遺伝子、といいます。正の因子・負の因子
  19. セントラルドグマそのもの。直接DNAにくっつくものもあれば、くっつかないものも。上流とは限らず、イントロニックなものもある。 ChIp-seq ChIp-Chip
  20. Delay、サブループがインターロック
  21. Delay、サブループがインターロック
  22. 糖新生遺伝子・ステロイド合成・細胞分裂・覚醒シグナル?
  23. クロマチンリモデリングと、CLOCK:BMALによる転写がパラレルであることが知られている。 ちょうどほどけてる?リモデリング因子が重要であることは示されているが、順番はあいまい。
  24. Serum shockは初めだけ。24時間付近に同調。
  25. 個々の細胞には固有の周期(振動)
  26. すごく不思議。温度が上がると、細胞同士出会う確率が高くなるのに。ミステリー。解いたら大発見。
  27. 時間の流れはあるんだけれども、今日の今頃の私と明日の今頃の私はほとんど区別できない。