北海道大学低温科学研究所(研究代表=古川義純名誉教授)と宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟において、2 度目となる氷点下に冷却した水中での氷の結晶成長実験に成功した。

 極地の海の流氷直下に住む魚は、氷点下の環境でも凍結することなく生き延びることができる。これは、血液中に含まれる不凍糖タンパク質が氷結晶/水界面に吸着することで、結晶成長を抑制するためとされてきた。だが、実際にどのように界面に吸着しているのか、氷の結晶成長にどのような効果があるのかは不明であった。結晶成長の実態を探るには、成長速度の時間変動を精密に測定することが不可欠だが、地上実験では対流などの効果で成長速度が変化しやすいため、無重力環境での測定が重要となる。

 そこで、無重力環境が維持され、対流などの乱れを完全排除することができるという国際宇宙ステーションの特質を利用して、氷の成長速度を精密に測定する宇宙実験装置(Ice Crystal Cell 2)を北海道大学とJAXA が共同で開発。地上から送信する信号をもとに自動制御で実験を行った。

 その結果、流氷直下の氷点下の環境に住む魚の凍結を防ぐ機能を持つ不凍糖タンパク質が水中にわずかに含まれると、氷結晶のある決まった面の成長速度が純水中に較べ大幅に速くなり、さらに周期的に変動(振動)することが初めて検証された。

 本研究の成果は、不凍糖タンパク質が氷の結晶成長をどのようにして制御するのかという仕組みを明らかにするものであり、今後、生体の極限寒冷環境での生き残り戦略の物理的な仕組みに書き換えを迫っていくことになる。さらに凍結抑制の機能性タンパク質としての原理が明らかになることで、医療分野、食品分野、エネルギー分野などへの活用が期待される。

この記事が気に入ったらおねがいします。

大学ジャーナルオンライン編集部

大学ジャーナルオンライン編集部

大学ジャーナルオンライン編集部です。
大学や教育に対する知見・関心の高い編集スタッフにより記事執筆しています。