生命から見た時間の科学

1. Enjoy Science
生命から見た時間の科学
2023/9/17

2. 留意事項
◼ この分野はまだ不確定要素と流動性が高いので、あくまで発信日時での情報であ
ることに留意ください。
◼ 所属組織ではなく、あくまで個人としての発信です。本情報に伴う結果に関して責
任は負いかねます。
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3. 本シリーズ共通の趣旨：３つの謎への探求をカジュアルに楽しむ
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生命とは？
宇宙とは？
知能とは？
宇宙物理学
宇宙生物学
分子生物学
合成生物学
神経科学
コンピュータ科学
物理学
生物学
化学
生理学
数学
解きたい謎 関連する学問テーマ 学問テーマの大分類
今回の
テーマ

4. 資料の流れ
• 時間の定義と分類
• 生命から見た時間の研究分野
• 神経科学の視点
• 生命科学の視点
• その他
• まとめ
※質問・感想は都度チャットでお願いします
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5. 有識者による「時間の定義」と分類
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「時間」は各時代の各分野の有識者によって様々な切り口で表現され、今回は「生命科学」「神経科学」に絞ります。
※出所：「タイムトラベル」ジェイムズ・グリッグ
「時間とは永遠の揺れ動く写像である」（BC4世紀の哲学者プラトン）
「時間とは運動の前後における数である」（BC4世紀の哲学者アリストテレス）
「時間とは何であろうか。誰も私に問わなければ、私はそれを知っている。だが、だれか問う人がいて、
その人に説明しようとした時には、私はそれを知らない。」（BC4世紀の哲学者アウグスティヌス）
「時間など、存在しない」（20世紀の哲学者ハイデッガー）
「時間とは、すべてが同時に起こるのを防ぐ自然の手段だ」（20世紀の物理学者ジョン・ホイーラー）
「時間とは、他に何もない時に起きているものである」（20世紀の物理学者リチャード・ファインマン）
＜時間がテーマになる学問分野と今回の範囲＞
物理学、生命科学、神経科学、心理学、哲学
2023/8「時間の科学」資料を
元に加工

6. 状況によって異なる研究アプローチ
◼ 年齢を重ねると時間がたつのが速く感じる
◼ 恐怖体験は長く感じる（第三者視点は逆）
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◼ 赤信号の数十秒後には青になると予測
◼ 時間的に古くなると記憶の部位が異なる
◼ 夜になったら眠くなる
◼ 午前中は集中しやすい
心理学
神経科学
生命科学

7. 神経科学(脳)から見た時間
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https://monowasure.eisai.jp/mechanism/index.html
ニュートン時間の謎」
海馬（短期間の記憶をにない、時間順序の情報も保
持している可能性）
大脳新皮質
（数日単位の記憶）
視床下部
(脳幹にある自律神経
を統率する箇所)
小脳（短時間での時間計測を視床下部経由で大脳と
やりとりして行っている可能性）
脳幹（身体のコントロール
タワー）
ニューロン間を電気信号授受する
のが脳の最小原理。記憶や時間手
続きも、その活性度合いと物理的な
属性で保持されている可能性も。

8. 生命科学から見た時間：どのように24時間リズムを測っているか？
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地球は２４時間で１周まわる（朝と
夜が定期的に訪れる）
→人間含む生物はどのように
２４時間を計測しているのか？

9. 植物の生体リズム
18世紀：オジギ草の実験（ド・メラン）
19世紀：ネムノキの実験（カンドール）
20世紀：インゲン豆の実験（ビュニング）
これらの植物は、
夜になったら葉を閉じ、朝になると開く。
【実験】
常に光を当てる・あてない状態でも
定期的（24時間前後）で同じ動作を行う
事を確認（ダーウィンも同様の結果を確認）
当時の生物学ではメカニズム解明は不可能・・・ 9

10. 遺伝子の歴史：メンデルの遺伝法則
COPYRIGHT@ KOJI FUKUOKA
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今の遺伝子という概念に初めて科学的に取り組んだのは、19世紀のメンデルが行ったエンドウ豆の交配実験による
ものです。
それまでの遺伝：遺伝形質は交雑とともに液体のように混じりあうもの
グレゴール・ヨハン・メンデル
（1822年- 1884年）
メンデルの法則：遺伝は粒子のような実体が
あり下記の法則にしたがう
分離の法則：染色体が減数分裂して対立遺伝
子が2つに分かれることに対応
独立の法則：異なる染色体が独立に振る舞うこ
とに対応し、2組の対立遺伝子が異なる染色体
上にあるときに成り立つ。
優性の法則：両親から受け継いだ対立形質の
うち、どちらか一方の形質のみが現れる現象
研究成果は埋もれ、1865年に発表して35年後
（既に死去）に再発見されて初めて評価される
（時代背景も博物学から物質レベルの研究へ）
〇出所：Wiki「メンデルの法則」

11. 遺伝子の歴史：ついにDNAとそれによる遺伝の仕組みが解明
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ワトソンとクリックが、「物理学的アプローチ」で、DNAの二重らせんモデルを正式に発表しました。
左から順にA・B・Z型DNA
＜ワトソン・クリック発見の前段＞
・エルヴィン・シャルガフ
→DNA中に含まれるアデニンとチミン、グアニ
ンとシトシンの量比がそれぞれ等しい
・モーリス・ウィルキンス（下図最左）とロザリン
ド・フランクリン
→『X線結晶構造解析』でらせん構造
フランシス・クリック ジェームズ・ワトソン
1962年のノーベル賞受賞時の写真

12. 遺伝子の歴史：ショウジョウバエの貢献
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https://www.bri.niigata-u.ac.jp/research/column/001335.html
【ショウジョウバエの利点】
● ヒトと似た染色体やDNAをもつ。
● 胚発生に共通部分の仕組みを持ち、自然免疫も
ある。
● 体内時計を持っている（夜寝て朝起きる）
● 世界各地で広く見られ日本でも調達しやすい
● 2-3mmの大きさで繁殖サイクルが早い
（右図）
ショウジョウバエの実験での成果

13. ショウジョウバエから発展した時計遺伝子の解明
（実験方法）薬剤で色々と遺伝子変異を起こして生体リズムの変化を観察
1971年：1つの（遺伝子）変異体を発見
1984年：遺伝子配列の決定→時計の復元機能を確認（periodと命名）
1994年：2つめの遺伝子を発見（timelessと命名）
1997年：マウスとヒトでも同種の遺伝子を発見→同様の原理では？
→以降、続々と時計遺伝子がみつかる
疑問：遺伝子がどのように時計の機能を？
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14. 時計の原理：振り子時計
ゼンマイやおもりから動力を受
けた歯車で、振り子が物理的に
一周する速度を制御されている
生命時計→
振り子：タンパク質
歯車：転写制御スイッチ
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https://en.wikipedia.org/wiki/Escapement

15. 参考：DNAが紡ぐ生命活動：転写のプロセス
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DNAはまず「転写」を行い、必要な遺伝子を（媒体となる）RNAに渡して次の工程に移ります。
※出所：セントラルドグマとは
?
https://juken-mikata.net/how-to/biology/central_dogma.html
セントラルドグマの流れ
DNAの仕組み
ペア
固定
転写
DNA
（事前に複製＆該当部
らせんをほどく処理）
RNA
（らせんでなく
一本鎖）
化粧
mRNA
（次の工程へ）
転写で出来た
無駄を除去

16. 参考：DNAが紡ぐ生命活動：翻訳のプロセス
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核外に出たmRNAは、リボソームという工場内でタンパク質の元となるアミノ酸配列が指定され招集＆結合していき
ます。
※出所：セントラルドグマとは
?
https://juken-mikata.net/how-to/biology/central_dogma.html
タンパク質
アミノ酸1 アミノ酸2 アミノ酸3 …
塩基4種類×3文字（コドン）
→1つのアミノ酸に対応(一部重複)
セントラルドグマの流れ

17. 時計遺伝子の原理
哺乳類がタンパク質を定期的に一定量増える仕組み
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https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E6%99%82%E8%A8%88%E9%81%BA%E4%BC%9D%E5%AD%90
ハエの「Timeless」に結果として同じ抑制機能をそなえた
もの。但し発現メカニズムが異なる。
人体のどこで作っているのか？
遺伝子改変でPer1を発光化したマウスでの増減例

18. 人体の時計遺伝子
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SCN：視交叉上核（しこうさじょうかく）
視床下部の一部で、両目の
網膜から視神経が交叉する
場所（視交叉）の上にある
（2mm程度）
※脳に入った光が真っ先に伝
わる場所
ここ以外の細胞では？
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Circadian_rhythm_labeled.jpg

19. SCNから自律神経で配信
自律神経が24時間リズム情報を各臓器に配信
→さらに分けると下記の2種類
・交感神経：全身を緊張させる（日中に活発）
・副交感神経：リラックスさせる（夜に活発）
ただし自律神経だけだと、全身までは行き届かな
い・・・
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〇時計遺伝子

20. 副腎（ふくじん）が時間をホルモンへ変換
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SCN→副腎（皮質）→ホルモン（糖質コルチコイド）→血液中へ

21. 細胞内部
細胞がホルモンを受け取る仕組み
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〇時計遺伝子
ホルモン（糖質コルチコイド）
Per1遺伝子
Per1タンパク質

22. その他注目されているトピック
◼ 体内時計のメカニズムでの新たな発見がないか？
例：シアノバクテリアはたった3種類のタンパク質だけで生体時計化
◼ 睡眠（SCNが影響）の研究への貢献
◼ テクノロジーで脳の時間処理をコントロールできないか？
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23. 脳の時間研究：テクノロジーでの代替・拡張案も(人工神経回路)
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https://gendai.media/articles/-/91149
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/story/2021/specialite_003_4
楔前部（けつぜんぶ）はアルツハイ
マー病で初めに影響を受けるとされて
いる箇所
大阪大学 北澤 茂 教授「時間生成学」

24. まとめ
◼ 生命から見た時間は、状況（シーン、時間の幅etc）によって心理学・神経科学・
生命科学のアプローチがあります。
◼ 現時点では、人間が24時間を測る最小単位は、特定の遺伝子群がタンパク質の
量を絶妙に調整する仕組みであることが分かっています。（一部生物で例外）
◼ 神経科学とテクノロジー（AIやVR）を組み合わせることで、人工的に時間感覚を
生成しようとする研究もあります。
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