Pocochan通信

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    カテゴリ: 科学

    ○短時間で生命の危機にさらされる酸素欠乏症

    想像して下さい。窓もドアもない部屋の中に、突然あなたが閉じ込められたとします。壁には穴ひとつ開いておらず、外からのすきま風は一切吹いてきません。この部屋の中で、あなたどのくらいの間、安全でいられるでしょうか?

    密閉された部屋の中で憂慮すべき、緊急かつ最大の危険は、酸素欠乏症に陥る危険です。人間は周囲の酸素が薄くなると、意外なほど早く、頭痛やめまいを感じ始めます。そのため、外から酸素がまったく供給されない部屋の中では、短時間で生命の危険に晒されるのです。

    それでは問題です。昔話に登場する「かぐや姫」は、いったいどれだけの時間を、竹筒の中で生き延びていたのでしょうか?

    ○「かぐや姫」が竹筒の中で生きられる時間は10分未満

    熊本県立大学の井上昭夫 教授と、山梨大学の島弘幸 准教授(この記事の筆者)は、竹筒の形状[1,2]と人体のエネルギー代謝に関する科学的データ[3]をもとに、かぐや姫が竹筒の中で安全に過ごせた生存可能時間を算出してみました。かぐや姫の生理機能を現実の人間の生理機能と同等だと仮定したうえで、竹筒内部の酸素が消費されるスピードを計算した結果、かぐや姫が竹の中で生き延びられる時間はわずか「10分未満」だとわかりました。

    この結論が正しいとすれば、かぐや姫は非常に幸運な主人公だったと言えます。なぜなら、かぐや姫を竹筒の中から救い出したお爺さんは、たまたまその竹の近くを偶然通りがかったにすぎないからです。もしお爺さんが、その時とは少しだけ違う道を通っていたら。もしその竹の近くを通り過ぎた時刻が、ほんの少しでも遅かったら。そうしたらかぐや姫は物語に登場する前に、この世を去っていたかもしれません。実は竹の中のかぐや姫は、生死を分かつ緊急事態にいたのです。

    ○酸欠はどうやって起こるのか?

    こうした酸欠に陥る危険は、換気の悪い建物や外気と遮断された空間など、現実の世界でも起こり得る事態です。密閉空間に閉じ込められた時の危険の度合いは、その空間にある酸素の量と、1人の人間が消費する酸素の量からおおよそ割り出すことができます。

    空気中にはおよそ21%の酸素が含まれています。そして、人間が吐き出す呼気の中に含まれる酸素濃度はおよそ16%です。したがって、密閉空間に閉じ込められた人が、その空間を占める空気の半分を呼吸し終えた時点で、空間内の空気中の酸素濃度は18.5%程度となるでしょう。この値は、酸素欠乏症が現れ始める酸素濃度とおよそ一致します。つまり閉じ込められた人間にとっては、空間内の酸素をすべて消費するよりもかなり以前に、生命の危険を迎えてしまうのです。

    たとえば、体重50kgの人間が呼吸する空気の量は、呼吸一回あたりおよそ0.5リットルです。仮に1分間で20回呼吸するとすれば、1m3=1000リットルの空気の半分を呼吸するのに50分かかります。同様に、6畳の部屋の体積が約24m3だとすると、20時間を超えた時点で部屋の酸素濃度は危険な値に近づきます。(※ もちろん、部屋の換気状態や肺活量の違いによって、正確な時間は変わります)

    ちなみに、酸素が生命の維持に極めて重要であることを初めて指摘したのは、18世紀の科学者です。1770年代、イギリスの自然哲学者であるジョゼフ・プリーストリー(Joseph Priestly)は、酸化第二水銀を太陽光で熱することで得られた気体が、何か特別な性質をもつことに気づきました[4]。この気体の中では、モノが普通よりも燃焼しやすく、かつ気体の中に閉じ込めたネズミがとても長生きしたのです。最後には自分でもその気体を吸い込んで、「大気中に含まれるどんな気体よりも良い」と記しています。これが酸素(O2)の発見された瞬間です。
    ○酸素がない状態でも18分間生きられる「ハダカデバネズミ」

    最後にひとつ。数ある哺乳類の中には、酸素が薄い状況でも長く耐えられる動物がいます。それは、土の中で生活するネズミの仲間「ハダカデバネズミ」です。この種のネズミは、酸素がまったくない環境で18分間も耐えられることが、近年の実験で明らかとなりました[5]。ハダカデバネズミは無酸素状態にさらされると、通常時のエネルギー源であるブドウ糖の代わりに果糖を使って、脳や心臓にエネルギーを供給していると考えられています。このように、通常の酸素呼吸とは別の仕組みでエネルギーを生み出す仕組みは、ヒトが心臓病などで無酸素状態になった際に起こる損傷を防ぐ治療につながる可能性があります。

    酸素がない状況でも、しぶとく生き残れるハダカデバネズミ。ひょっとしたら、酸素の薄い竹筒の中でお爺さんを待っていたかぐや姫は、このネズミが人間(?)に変身した姿だったのかもしれません。

    原著論文
    "Survival time of Princess Kaguya in an air-tight bamboo chamber"
    by Akio Inoue & Hiroyuki Shima
    FORMA, Vol.33 (2018) pp.1-5.

     (プレプリント原稿)
    論文概要(Abstractの和訳): かぐや姫は、日本人なら誰もが知っている、昔話「竹取物語」のヒロインである。彼女は円筒形の竹筒の中で、お爺さん(竹取の翁)が偶然そこを通りかかるのを待っていたとされている。ところで彼女は、外から酸素が供給されない密閉された竹筒の空間内で、どれくらいの期間生き延びることができたのだろうか? 本論文では、彼女の生存時間が、3つの幾何学的な量 (竹筒内の容積・彼女の体の体積・体内の酸素消費速度)で決定されることを示す。さらに本論文では、この幾何学的問題が、生物学的量の間に成立する興味深いスケーリング関係と深いつながりがあることを解説する。

    参考文献
    [1] H. Shima et al., Phys. Rev. E 93, 022406 (2016).
    [2] A. Inoue et al., Trees 31, 1271-1278 (2017).
    [3] P. Davidovits, Physics in Biology and Medicine (Academic Press, 2012).
    [4] J. Priestley, Phil. Trans. 65, 384-394 (1775).
    [5] T.J. Park et al., Science 356, 307-311 (2017).

    ○著者プロフィール

    島弘幸
    山梨大学 生命環境学部 環境科学科 准教授
    1999年3月に北海道大学大学院工学研究科の修士課程を修了。
    その後、日本学術振興会 特別研究員(DC1)、同大学 同研究科 助手、カタルーニャ工科大学 客員教員を経て、2012年4月より現職。
    2014年5月からはサイバー大学 客員准教授を兼任。
    専門分野は、物性理論・数理科学・学際物理学など多岐にわたる。
    主な著書として "Functional Analysis for Physics and Engineering: An Introduction" (CRC Press, 2016)など。
    (島弘幸)

    画像提供:マイナビニュース


    (出典 news.nicovideo.jp)




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    Image: ESO/Y. Beletsky/Wikimedia Commons

    太陽よりも古くから。

    これまで観測されたなかで最も古い星のひとつJ0815+4729は、ふくまれる重元素の量からして、おそらくビッグバンから3億年後の約135億年前に誕生した星だと推測されています。ちなみに太陽は46億歳。

    学術誌「Astrophysical Journal Letters」に掲載された論文で、研究者たちは「こうして希少な部類に属する星を化学的に特定・特徴づけることは当然ながら初期の銀河や星たちの性質や進化についても明らかにするでしょう」と述べています。たしかに、太陽よりもずっと古い星の調査は、宇宙の歴史を紐解くような作業に通じるところがあるのかもしれません。

    スペインの研究チームは、カナリア諸島のウィリアム・ハーシェル望遠鏡とカナリア大望遠鏡を使うことで、この星の発見に至ったといいます。これらは、星が放出する光の波長からさまざまな元素を調べることができるんだとか。

    それによると「J0815+4729」には、水素とヘリウムよりも重い元素はきわめて少なく、鉄についてはほとんどなかったといいます。これについては、マンチェスター大学の研究者Iain McDonaldさんが、本研究には参加していませんが米Gizmodoにわかりやすく説明してくれました。

    J0815 + 4729の元素のほとんどは、炭素やカルシウムのようにかなり軽いようです。鉄は通常、星から最も見つかりやすい要素の1つです。ですが、J0815 + 4729には鉄がほとんどなく、太陽の1000万分の1以下。研究者は測定することさえできなかったようです。このような星では、星が形成される直前に、宇宙で最も古い世代の大質量星のひとつが超新星の爆発を起こして(水素とヘリウムより重い)すべての元素が作られた可能性があります

    ピンとこない場合は深く考えすぎず、ポケモンで想像するのがわかりやすいですよ。進化(=超新星)の段階で形状を変えて新しい特性を得る(=重元素)って感じです。

    また、McDonaldさんはオーストラリアのチームが発見した星、SMSS J0313-6708につづいてJ0815+4729が2番目に炭素が豊富で、金属不足の星であることを指摘しています。

    スペインの研究チームは今後、星の分類や銀河の歴史をより明らかにするのに活用するためにより解像度の高いスペクトル線を取得するなど、まだまだ先の長い研究が続きそうです。でも、今回見つかった星からほかにどんなことが分かるのか…今後のニュースが楽しみですね。


    Image: ESO/Y. Beletsky/Wikimedia Commons
    Source: arXiv, Astrophysical Journal Letters, Cornell University Library

    Ryan F. Mandelbaum - Gizmodo US[原文
    (Rina Fukazu)



    (出典 news.nicovideo.jp)


    <このニュースへのネットの反応>

    【観測史上、最も古い星のひとつを発見。その名も「J0815+4729」】の続きを読む


     宇宙に最も近い天文台から、銀河や惑星の起源に迫る-。南米チリ北部のチャナントール山(5640メートル)の山頂にある標高世界一の天文台での観測に向け、光赤外線望遠鏡「TAO望遠鏡」が完成した。東京大天文学教育研究センターが28日、仮組みをした兵庫県播磨町で報道陣に公開した。

     同山頂は晴天率が高く、宇宙からの赤外線を吸収する水蒸気がほとんどない。酸素ボンベが常時必要だが、天体が出す赤外線の観測には絶好の条件という。

     同センターは2009年、同山頂で口径1メートルの望遠鏡による観測を開始。銀河系中心部を調べ、ブラックホールの発達などの解明に挑んだ。

     完成したTAO望遠鏡は口径6.5メートル、高さ15メートルで重さ約200トン。赤外線の観察性能は世界最高水準という。広い範囲で、銀河が誕生する際に放たれる光を観測。惑星が誕生する際に中心部付近から出る赤外線も高解像度で見られるようになり、惑星誕生の様子も観察できるという。

     建設費は約70億円で、来年の観測開始を目指す。同センターの宮田隆志教授は「他にない高い解像度で新しい宇宙の姿を見られることを楽しみにしている」と語った。 

    〔写真説明〕完成した「TAO望遠鏡」。南米チリにある標高世界一の天文台から銀河の謎に迫る。中央は東京大天文学教育研究センターの宮田隆志教授=28日午後、兵庫県播磨町

    完成した「TAO望遠鏡」。南米チリにある標高世界一の天文台から銀河の謎に迫る。中央は東京大天文学教育研究センターの宮田隆志教授=28日午後、兵庫県播磨町


    (出典 news.nicovideo.jp)

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     理化学研究所は29日までに、仁科加速器センター(埼玉県和光市)の加速器を使い、73種類の新たな放射性同位元素(RI)を生成、発見したと発表した。8月に重力波が検出された中性子星同士の合体で金やプラチナなど鉄より重い元素が生成される際、こうしたRIの段階を経由すると考えられており、物質合成の謎の解明に貢献すると期待される。

     物質を構成する元素は、原子核の陽子の数が同じでも、中性子数が異なる同位元素が存在する。同位元素には自然界に安定して存在できるものと、放射線を出して崩壊するRIがあり、特に短時間で崩壊するRIの性質を調べるには、加速器などで生成するしかない。

     福田直樹研究員らは、光速の7割まで加速したウラン238やキセノン124のビームを、標的のベリリウムに衝突させ、飛び散ったり核分裂を起こしたりした原子核の中から、マンガン(陽子数=原子番号25)からエルビウム(同68)まで73種類の新しいRIを生成、発見した。

     実験は2011年10月から13年に実施。発見されたRIのうち、生成確率が低いものは1300兆回に1個の割合でしか検出できないものもあり、理研が発見した113番元素「ニホニウム」の生成率の10分の1に相当するという。 



    (出典 news.nicovideo.jp)

    【新同位元素、73種発見=物質合成の謎解明へ-理研】の続きを読む


     直感は古代ギリシアの哲学者アリストテレスから、20世紀の心理学者カール・ユングに至るまで、多くの思想家を魅了してきた。最近では、故スティーブ・ジョブズ氏も「直感はとてもパワフルなものです。私見では、知性よりも力があります。直感は私の仕事に多大な影響を及ぼしてきました」と語っており、微妙な判断が要求されるビジネスの場面おいても重要な要素として注目されている。


    ■直感は最高の知性

     しかし、一般的に直感の評判は悪いのではないだろうか? 独・マックスプランク研究所の心理学者ゲルト・ギーゲレンツァー博士によれば、直感は知的な活動とみなされないため、知性よりも低く見られがちだという。とはいえ、博士によると、合理的に考える場合は決断までに多くの情報を必要とし、時間がかかるが、その点、直感は複雑な計算を凌駕し、瞬時に判断を下す利点があるという。

    【その他の画像はコチラ→http://tocana.jp/2017/12/post_15368_entry.html】

    「直感は、意識に素早く入り込み、速断を可能にします。その人には、どうしてそのような直感が生じたのか分かりませんが、とても強い決断の契機となるのです」(ギーゲレンツァー博士)

     ビジネス誌「Forbes」の記事(2月21日付)では、執筆者でビジネスマンのブルース・カサノフ氏は、「直感は“最高の知性”」であると評している。

    「時に、集団で物を考えたり、合理的に何かの結論を導こうとすると、合理的な知性が誤った方向に向かうことがあります。そんな時に直感が窮地から救ってくれるのです」(カサノフ氏)

     以前トカナでも報じたように、ある情報を欲している時に、無意識にその情報に辿り着くような、GPS機能とも呼べる未知の知的直感が人間には備わっている可能性が指摘されている。脳に即して考えてみれば、米人気脳科学者デイヴィッド・イーグルマン博士が主張しているように、意識というのは広大な脳神経ネットワークの一部を占めるに過ぎず、その何倍ものサブルーティーンが無意識下で稼動している。我々が直感と呼ぶ現象も、そういった脳活動の結果なのかもしれない。


    ■直感力を高める7つの方法

     では、直感をうまく使いこなすためにはどのようなことを注意すれば良いのだろうか? これらが実践できている人は直感が強いのかもしれない。米オンラインメディア「Mashable」(4月25日付)が7つの方法を紹介している。

    ・直感力のある人は心の声をよく聞いている
     心の声をゆっくりと聞いてみてはどうだろうか。直感と合理的思考のバランスが最高の決断を導くのだ。

    ・直感力のある人は共感能力にも優れている
     直感の優れた人は他人の声色や身振りから、彼らの思考や感情を読みとることができる。共感力は人間関係を広げる上でも効果的な能力だ。

    ・直感力のある人は創造する
     作家のカーラ・ウルフは、「創造性は直感がうまく機能した時に最高の作品を生み出す」と語っている。

    ・直感力のある人はマインドフルネス(気付き)を実践している
     マインドフルネスは心の雑音から抜け出すために役立ち、自身の考えを客観的にし、直感を育むことができる。

    ・直感力のある人は内臓感覚を信じている
     直感がときに「内臓感覚(gut feeling)」と呼ばれることには理由がある。時々、我々の感覚は間違いを教えてくれる。病気でもないのに体の中に何かを感じるのだ。

    ・直感力のある人は夢を分析する
     おうおうにして夢は合理性を欠いているが、我々になにかを教えようとしている。印象に残る夢を見た時は、常に「この夢は自分に何を教えようとしているのか?」、「この夢から自分は何を得られるのか?」と問うことが肝要だ。

    ・直感力のある人はネガティブな感情に固執しない
     落ち込んだり、怒りに我を忘れている時、あなたの直感は鈍る。ネガティブな感情は健康に悪影響を及ぼすだけでなく、直感を育む上でも避けるべきなのだ。直感に優れた人は、ネガティブな感情に固執しない。

     如何だろうか? 「Mashable」執筆者のジョン・ランプトン氏は直感が間違う場合も当然あると注意を促しているが、時には直感の力を信用してみるのも悪くはないだろう。あなたの広大な無意識は、(おそらく)あなた自身よりも賢いのだから。
    (編集部)


    ※イメージ画像は、「Thinkstock」より

    イメージ画像は、「Thinkstock」より


    (出典 news.nicovideo.jp)

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