2019 年 5 月、Nature 雑誌は、18 歳から 25 歳の読者を対象に青年科学者論文コンペティションを開催しました。テーマは、1000 字以内で、彼らが生きている間に最も見たい科学の進展と、それがなぜ重要であるかを教えてもらうことです。以下は、受賞した三篇の論文です。
ベートーヴェンの夢#
Beethoven’s dream by Yasmin Ali
作曲家は、自身の聴覚障害を治療したいと願っていました。研究が進めば、これが私の弟や数百万の人々にとって現実となるかもしれません。
1802 年、6 月の陽光の下、31 歳のベートーヴェンはウィーン周辺の田舎を彷徨っていました。陽光が木々を通り抜け、硬い地面が彼の足元できしみ、鳥たちが自分たちのオーケストラを演奏しています。しかし、ベートーヴェンはこれらの細部に感動することはありませんでした。彼は自殺の考えに悩まされていました。数年前から彼は聴力を失い始めており、まだ深刻ではありませんでしたが、自分の状況に対して極度の不安を抱いていました。彼は、聴力のない世界で生きることは「悲惨」であり、絶望に陥ると書いています。彼は自分の仕事を続け、永遠の音楽を創作しましたが、その過程であまり喜びを見出すことはできませんでした。
私は 18 歳の時、弟のイスラムが聴力を失い始めたのを目の当たりにしました。彼の性格の変化にも気づきました。彼はかつて外向的ないたずら好きでしたが、今では静かで内向的になっていました。聴覚障害が明らかでないため、彼が何を経験しているのか分からず、彼のそばで支えるのも難しかったのです。
世界保健機関のデータによれば、世界中で 4.66 億人が重度の聴覚障害を抱えており、2050 年までに 9 億人以上になると予測されています。他の障害と比べて、聴覚障害の影響はしばしば過小評価されますが、聴力を失った人々は日常生活で常にコミュニケーションの困難に直面しています。彼らは他人の言葉を誤解することが多く、会話の進行についていくのが難しいのです。これらの誤解は、個人が孤立感を抱く原因となり、最終的には社会からの断絶を招くことになります。ヘレン・ケラーがかつて書いたように、「失明は私たちを物事から隔て、失聴は私たちを人々から隔てるのです。」
今日に至るまで、感音性難聴を治療する方法はありません（これは最も一般的なタイプであり、ベートーヴェンが患っていたものです）。私たちは、音を増幅するための高度な技術機器、例えば補聴器や人工内耳を持っていますが、聴力を回復することはできません。私と弟の生きている間に、私は研究がこれを実現することを望んでいます。
感音性難聴の原因は、内耳の器官である蝸牛の損傷です。蝸牛内には聴力を担当する複雑な毛細胞があります。人間や他の哺乳類では、毛細胞の損傷は不可逆的です。しかし、鳥類、魚類、両生類、爬虫類などの他の動物は、自発的に蝸牛の毛細胞を再生することができるため、聴力の喪失は一時的です。
科学者たちは、非哺乳動物における毛細胞の再生過程を研究しており、中心的な役割を果たす遺伝子やタンパク質を特定しています。これらの遺伝子やタンパク質をターゲットにして、蝸牛内の支持細胞を刺激し、死んだ毛細胞の代わりに新しい毛細胞を生成することができます。
いくつかの細胞療法は、マウスやモルモットの聴力を回復させることに成功しました：これは画期的な成果です！これらの進展により、より多くの治療法が開発されており、そのうちの一つは初めての人体試験を行っています。ロンドン大学の研究者が主導する国際共同プロジェクト REGAIN 臨床試験（γ- セクレターゼ阻害剤を使用した内耳毛細胞再生）は、支持細胞を新しい毛細胞に変換することによって聴力を回復させることを期待される γ- セクレターゼ阻害剤という分子をテストしています。
もしこれが成功すれば、このような科学の進展は私たちの聴力ケアの理解を根本的に変える可能性があります。私の研究は、聴力喪失が人々のメンタルヘルスに与える影響を探求しています。多くの人々は、自分の聴力が回復しないことに気づくと、ベートーヴェンのように絶望を感じます。希望は良好なメンタルヘルスを維持するための重要な要素です。
聴覚障害者コミュニティのメンバーは、自らを「治療」を必要とする障害者ではなく、文化的少数派と見なしています。私と他の科学者の研究は、聴覚障害によって不便を感じている人々を助け、音を聞くことができることを望んでいます。
イスラムと私は異なる人種の両親から生まれたため、見た目は大きく異なります。私は白いそばかすのある肌を持ち、彼の肌はオリーブ色です（彼は日焼けすると完璧になりますが、私はトマトのようになります）。私は青い目を持ち、彼の目はヘーゼル色です。私は聴力が正常ですが、彼は重度の聴覚障害を抱えています。彼は私と多くの人生の章を共有しており、彼の聴力が低下する中で、私たちを支えたのは共にこのすべてを理解できることでした。コミュニケーション、自我表現、聞くこと、そして聞かれること（手話を通じてさえも）は基本的な人間のニーズです。将来、私が弟に支持を表明する際、彼がそれを聞き入れ、受け入れ、孤独を感じなくなることを願っています。
ベートーヴェンが聴力を失ったとき、彼は社会から隔絶されましたが、彼に力を与えたのは、いつか聴力が回復するという希望でした。しかし、彼が試みたすべての治療法は失敗しました。1802 年、彼は「しかし、想像してみてください、私は 6 年間ずっと苦しんでおり、愚かな医者たちが状況を悪化させ、年々虚偽の回復の希望に欺かれ、最終的には長期的な病気の見通し（治癒には数年、あるいは不可能かもしれない）に直面せざるを得なかったのです。」と書いています。
ベートーヴェンの聴力回復の夢は実現しませんでしたが、毛細胞再生の科学的進展により、彼が 6 月を彷徨ってから 217 年後、この夢が現実になる可能性があります。ベートーヴェンが亡くなる際に言った最後の言葉は「私は天国で聞くでしょう！」と言われています。幸運なことに、聴力に困難を抱える人々は、地球上で音を聞くことができるようになるでしょう。
エネルギーの役割#
核融合発電所は、気候危機の解決策の一部になるかもしれません。
私を信じてください、私は 1 歳の時に初めて高出力エネルギー実験を行いました。
1995 年の大晦日、私はどういうわけか、今ではネジだとわかる 2 つの銀色の物体を手に入れました。私の視線がそれから外れたとき、私は壁から伸びる蛇のようなものに引き寄せられました。その先端には、延長コードの先端があり、2 つの小さな開口部があり、白いプラスチックの背景に対して黒い内部が際立っていました。私がこれから書く警告の物語を全く意識せず、私はためらうことなく行動しました。最後の一息を吸い込み、目標を定め、この 2 つの銀色の物体をこの 2 つの小さな穴に押し込み、私の新たなキャリアの最初の —— しかし幸運にも最後ではない —— 悪影響を生み出しました。
24 年後、私と両親はそれぞれのショックから完全に回復し、私は今も危険な機器をいじっています —— 現在はハーバード大学ケンブリッジ校の物理学者として —— エネルギーの誤った取り扱いは、私の生存を脅かすだけでなく、世界中の数万種の生物を脅かしています。私が子供の頃とは異なり、今日では無知を言い訳にすることはできません。たとえ気候変動が産業革命前よりも 1.5 度高い状態に保たれたとしても、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、「健康、生計、食料安全、供給水、人間の安全、経済成長に関する気候関連リスク」が増加すると警告しています。IPCC は、温度が 2.0 度上昇すると、世界の脆弱な地域の数億人にさらなる危害をもたらすと推定しています。しかし、各国がパリ協定で自主的に約束した排出レベルは、今後 80 年間で地球を約 3.0 度温暖化させることになり、現在ではこれらの目標すら達成できそうにありません。
気候変動に適切に対処できなかった世界の政治機関の失敗は、何らかの政治的または技術的な突破口への渇望を引き起こしました。
私たちが前者に対して持つ最大の希望 —— すでに世界中で表明されている気候行動の波の中で —— は、危機に対処するための行動の圧力を大幅に高める前例のない政治運動です。
私たちが後者に対して持つ最大の希望は、核融合です。
核融合は、軽い原子核が結合し、巨大なエネルギーを放出するプロセスです。それは太陽や他の恒星のエネルギー源であり、研究者たちが長い間核融合発電所を建設するために利用したいと考えている原理です。理論的には、この発電所は持続可能な水素同位体燃料を数千年使用でき、核分裂発電所よりも安全で、長寿命の核廃棄物を生じません。しかし、このような発電所を建設することは非常に困難です。
地球上での核融合には数千万度の温度が必要で、その際、融合燃料は狂暴なプラズマの挙動を示します。60 年以上の広範な研究を経ても、核融合エネルギー発電所はまだ実現しておらず、その主な理由はプラズマの挙動を制御することが難しいからです。しかし、これらの年の研究は多くの貴重な洞察をもたらし、今や核融合によるクリーンエネルギーの未来はかつてないほど現実的に思えます。
現在、フランス南部で建設中の ITER プロジェクトは、最も野心的な核融合プロジェクトであり、融合プロセスの出力がプラズマを維持するために必要な入力を超える「バランスポイント」を突破することを明確な目標としていますが、これまでのところ達成が難しいとされています。世界中の数十の実験室の協力を得て、ITER は 2035 年に全面運転を開始する予定であり、最終的な核融合発電所に必要な補助技術のいくつかもテストされます。一方、他の場所では競争的な核融合炉のタイプの研究が続けられ、深層学習などの突破口もこの分野の進展を促進しています (J. Kates-Harbeck et al. Nature 568, 526–531; 2019)。これらすべてを考慮すると、私は今世紀末までに機能する核融合発電所が建設され、核融合エネルギーが気候危機の影響を大幅に軽減するのに役立つことを期待しています。
この危機が存在するにもかかわらず、核融合に対する興奮を引き起こす他の多くの理由があります。物理学者として、私は太陽の中心の数倍の熱を持つプラズマを制御するという考えに謙虚さを感じています。研究者として、私は核融合発電所の最終設計に必要な複雑さに驚かされています。作家として、私は星を見上げるだけでなく、星を模倣する可能性に感動しています。
しかし、人間として他の人間を考えるとき、私は核融合を制御する突破口がすべてを超える可能性があると感じています。結局のところ、人間が引き起こした気候変動、上昇する海面と温度、より頻繁な干ばつや極端な気象事象の代償は、最終的には支払われなければなりません。そして、その代償は最も貧しい人々や最も底辺の人々が最初に負うことになりますが、彼らはこの危機に巻き込まれるべきではありません。まるで 1 歳の男の子が感電したことで非難されることがないように。
核融合発電所は、他のどの技術よりもこの代償を軽減するための独特で強力なツールになる可能性があります。
だからこそ、私は自分の生きている間にそれを目にしたいのです。
繁殖の再考#
Reproduction, rethought by Matthew Zajac
同性のパートナーは、いつの日か共同で生物的な子孫を育てることができるはずです。
大学 2 年生のある午後、私は寮から両親に電話をかけました。彼らにとっては、これは日常的な帰宅電話でしたが、私にとってはずっと行うべきだった対話でした。私は親しい友人たちと、どのように始めるかを練習しました。私の言葉は自信に満ちている必要がありましたが、同時に衝撃を和らげるものでなければなりませんでした。まるで彼らを私が投げつける手榴弾から守るかのように。
「ええと… 実は、私の生活にはいくつかのロマンがあります。男の子と一緒に。」
私は、両親が子供がゲイだと知ったときにしばしば尋ねる典型的な質問に対する答えを練習しました。「本当に？」「どうして教えてくれなかったの？」「前は女の子が好きだったんじゃないの？」しかし、これらの質問は一度も出てこず、私は母が尋ねるその質問に対する準備ができていませんでした。「子供は？」
私の子供を育てたいという願望に対する同情からか、あるいは孫を可愛がりたいという計画からか、母はすぐに私の性的指向が私の家庭を築く能力を脅かす可能性があることに気づきました。彼女は間違っていませんでした。2013 年の調査によれば、アメリカでは 74% の大人が親ですが、レズビアン、ゲイ、バイセクシャル、トランスジェンダーの大人のうち、親であるのはわずか 35% で、51% は子供を持ちたいと考えています。2015 年の時点で、同性パートナーと生活する未成年者の 3 分の 2 は以前の異性愛関係から生まれています。しかし、これは変化しつつあります。世界の一部の地域でゲイがますます受け入れられるようになり、人々は自分の性的指向を早く認識するようになり、異性愛婚に入ることが少なくなっています。したがって、子供を育てる同性パートナーはますます少なくなっていますが、これらの子供たちは同性関係から生まれる可能性が高くなっています。
この傾向の一因は、同性パートナーが養子縁組やその他の方法で育てる機会が増えたことです。体外受精（IVF）や代理母は、同性の女性や男性パートナーに部分的な遺伝的関連性を提供します。しかし、これらの選択肢は完全な遺伝的関連性を提供することはできません。遺伝的関連性が子供を育てるために必要または十分であるという証拠はありませんが、生理的に妊娠できない異性愛者のカップルに関する調査はその重要性を示しています。2017 年の研究では、97% 以上の参加者が遺伝的関係のある子供を持ちたいと考えていることがわかりました (S. Hendriks et al. Hum. Reprod. 32, 2076–2087; 2017)。
現在、イリノイ州シカゴ大学で化学生物学の研究を行っている大学院生として、私は自分の性的指向と科学的興味の交差点についてよく考えます。遺伝子編集技術は、私たちが基礎生物学を研究する能力を変えつつあります。しかし、私にとってより重要なのは、これらの技術がいつの日か私のパートナーと一緒に生物的な子孫を育てる希望を与えてくれることです。
同性の人間の繁殖の道は、多くの人々によって越えられないものと見なされています。倫理的および社会政治的な障害に加えて、根本的な生物学的問題も存在します。
無精卵繁殖は、受精なしに卵細胞を介して繁殖することを指し、これは鳥類やサメの中で自然に発生します。しかし、哺乳類の繁殖プロセスは、ゲノムの「印記」に影響されます。これは、精子または卵子の中で一部の遺伝子が修正またはオフにされ、その等位遺伝子が発現することを意味します。これを解決するために、研究者たちは「無印記」幹細胞を取得しました。2018 年の『Cell Stem Cell』誌の報告では、マウスのゲノムから印記領域を削除するために CRISPR を使用する方法が説明されており、これは生物のジッパーからジッパーの歯を取り除くことに相当します (Z.-K. Li et al. Cell Stem Cell 23, 665–676; 2018)。この技術を使用して雌のマウスの卵子と結合させると、健康で繁殖可能な子供に成長することができました。しかし、雄のマウスの精子を使用した場合、この技術で得られた子供は成長できませんでした。これは重要な突破口ですが、多くの人々は出生率の低さが哺乳類が性繁殖しかできないことを証明していると考えています（2 人の母親からの胚は 14%、2 人の父親からの胚は 2.5%）。しかし、この技術は、印記などの他の進展をよりよく理解することに基づいて、同性の人間の繁殖が可能であることを示唆しています。
同性繁殖技術の発展は、2019 年にはまだ科学的な幻想に過ぎないかもしれませんし、その使用は議論を引き起こすでしょう。しかし、1869 年には、試験管ベビーや同性婚も同様に想像できないものでした。その時、『Nature』誌は学問の自由主義と大胆な科学の基盤から出発しました。同性愛の繁殖に関する革新的な発明は、この努力を引き継ぎ、能力のある親に子供を提供するものであり、リスクを排除するために十分な研究が行われ、経済的に実行可能で責任を持って規制されることが前提です。
私にとって、私とパートナーが準備ができたとき、私はどんな実行可能な方法でも両親に孫を与えたいと切望しています。しかし、私とパートナーに遺伝的関係のある子供を育てること？それは私が永遠に抱く夢です。