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2011/11/30 　理研シンポジウム「宇宙線の発見から 100 年，Ｘ線天体の発見から 50年」

理化学研究所・基幹研究所　宇宙観測実験連携研究グループ　きぼう船内実験チーム　中野明彦

理化学研究所・基幹研究所　宇宙観測実験連携研究グループ　きぼう船内実験チーム　中野明彦

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宇宙生命科学のこれから宇宙生命科学のこれから

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きぼう船内実験チーム設置の経緯きぼう船内実験チーム設置の経緯(i) 2009.7 ， ISS 日本実験棟「きぼう」が完成。(ii) 2009. ８，「きぼう」曝露部で，全天Ｘ線監視装置 MAXI が

稼働開始。現在までに多大な成果。(iii) 極限エネルギー宇宙線観測計画 EUSO が，曝露部の次期利

用課題候補として採択。準備進行中。(iv) 生命科学関連でも，理研提案実験を「きぼう」船内で実施

（谷田貝：１期）。さらに次の実験計画中（若山：２期）。(v) 2010. ４， ASI 連携研究部門に宇宙観測実験連携研究グルー

プ発足。 MAXI チーム， EUSO チーム。(vi) 2010.5 ，理研・理研・ JAXA JAXA 間で「きぼう」の利用研究に関する間で「きぼう」の利用研究に関する

連携協力協定を締結連携協力協定を締結 。(vii) 2010.8 ，「きぼう」の運用を 2020 年まで延長の方針。(viii) 2010.10 ， ASI 宇宙観測実験連携研究 G 内に新たに生命科

学研究中心のきぼう船内実験チーム発足。

(i) 2009.7 ， ISS 日本実験棟「きぼう」が完成。(ii) 2009. ８，「きぼう」曝露部で，全天Ｘ線監視装置 MAXI が

稼働開始。現在までに多大な成果。(iii) 極限エネルギー宇宙線観測計画 EUSO が，曝露部の次期利

用課題候補として採択。準備進行中。(iv) 生命科学関連でも，理研提案実験を「きぼう」船内で実施

（谷田貝：１期）。さらに次の実験計画中（若山：２期）。(v) 2010. ４， ASI 連携研究部門に宇宙観測実験連携研究グルー

プ発足。 MAXI チーム， EUSO チーム。(vi) 2010.5 ，理研・理研・ JAXA JAXA 間で「きぼう」の利用研究に関する間で「きぼう」の利用研究に関する

連携協力協定を締結連携協力協定を締結 。(vii) 2010.8 ，「きぼう」の運用を 2020 年まで延長の方針。(viii) 2010.10 ， ASI 宇宙観測実験連携研究 G 内に新たに生命科

学研究中心のきぼう船内実験チーム発足。

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国際宇宙ステーション日本実験棟の科学利用に関する総合的研究

国際宇宙ステーション日本実験棟の科学利用に関する総合的研究

[ 研究代表者 ] 基幹研究所 宇宙観測実験連携研究グループ　　　　　 きぼう船内実験チーム TL 　中野明彦[ 共同研究者 ] 基幹研究所：牧島一夫， 齊藤知恵子， 谷田貝文夫，　　　　　　三原建弘，戎崎俊一，マルコ・カソリーノ放射光科学総合研究センター：城　宜嗣，山本雅貴発生・再生科学総合研究センター：若山照彦脳科学総合研究センター： 入來篤史， 宮脇敦史

[ 研究代表者 ] 基幹研究所 宇宙観測実験連携研究グループ　　　　　 きぼう船内実験チーム TL 　中野明彦[ 共同研究者 ] 基幹研究所：牧島一夫， 齊藤知恵子， 谷田貝文夫，　　　　　　三原建弘，戎崎俊一，マルコ・カソリーノ放射光科学総合研究センター：城　宜嗣，山本雅貴発生・再生科学総合研究センター：若山照彦脳科学総合研究センター： 入來篤史， 宮脇敦史

理研内 feasibility study理研内 feasibility study 2011.4 ~ 2013.32011.4 ~ 2013.3

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1: 宇宙環境における植物科学研究（ ASI 中野明彦，齊藤知恵子）

2: 宇宙環境における哺乳動物研究(1) 宇宙環境における哺乳動物の繁殖に関する研究（ CDB 若山照彦）

(2) 宇宙環境における DNA 修復の研究（ ASI 谷田貝文夫，戎崎俊一）

3: きぼう船内高性能顕微鏡設置（ ASI 中野明彦，齊藤知恵子； BSI 宮脇敦史）

読売新聞掲載

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4: 高品質タンパク質結晶化（ RSC 城 宜嗣，山本雅貴）

5: 宇宙飛行士の空間認知（ BSI 入來篤史）

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6: MAXI による全天Ｘ線観測の推進 （ ASI 牧島一夫，三原建弘）

MAXI の得た全天Ｘ線マップ 「きぼう」曝露部の MAXI

7: EUSO 用焦点面検出器モジュールの試作・評価（ ASI マルコ・カソリーノ，戎崎俊一）

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国内宇宙科学ソサエティ

国内宇宙科学ソサエティ

JAXAJAXA

6. 全天のＸ線観測： MAXI から MAXI2へ

1. 植物の重力応答

7. 極限宇宙線観測EUSO ：搭載実現へ

5. 無重力下の空間認知：宇宙飛行士の協力を

応用

2. 哺乳動物の繁殖とDNA 修復 DNA 修復

4. 高品質タンパク質結晶

画像転送 ノウハウ

耐振設計遠隔操作　

3. きぼうに高性能共焦点顕微鏡を 共焦点顕微鏡を

情報共有

情報共有

独創的な装置開発

理研内連携理研内連携

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■科学研究費補助金　時限付き分科細目（平成 24〜 26 年度）　「宇宙生命科学」　

内容： 宇宙生命科学は、宇宙環境を利用して生命の起源を探るアストロバイオロジー、地上とは異なる宇宙環境下で微生物や動植物及びヒトの適応と生存機構を解明する重力生物学並びに放射線生物学、そして宇宙実験の実施や人類が宇宙へ進出するために必要な工学、医学、農学諸分野を含む、広範で独創性に富んだ研究領域である。宇宙環境を利用した宇宙実験により、今日のように多様性に富んだ生命が地球で誕生し、巧みに地球環境に適応、進化してきたしくみの根幹にせまることができると期待されている。また、宇宙開発利用の促進、地球外視点での環境保全、宇宙時代の次世代教育等に対応できる学問分野としては現状で唯一である。本分野の発展に大きく寄与する研究を期待する。

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日本学術会議 報告

■学術の大型施設計画・大規模研究計画マスタープラン 2011

国際宇宙ステーションにおける宇宙生命科学研究計画保尊隆享（大阪市立大学）建設費： 100億円　運搬設置費： 30億円　運用費： 10億円 /年建設： H23-H26 　運搬設置： H25-H27 　運用： H26-H32

国際宇宙ステーションの本格的運用が始まったが、研究設備は開発時のまま更新されていない。最先端生命科学研究に対応した５種の新規研究設備を「きぼう」実験棟に設置し、宇宙生命科学研究を飛躍的に発展させる。生命の起源や地球環境への適応、進化のしくみを解明し、生命現象の根幹を明らかにする。健康な宇宙長期滞在に不可欠な科学的知識・技術の確立と地上生活への応用ができる。米国、欧州、ロシア、カナダとの国際共同により国際宇宙ステーションを建設・運用する。日本宇宙生物科学会を中心とした研究者コミュニティの総意として構想され、宇宙航空研究開発機構をはじめとする研究機関の連携・協力により開発準備が進められている。

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■計画説明

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■2020 年までの生命科学分野の ISS/ きぼう利用シナリオ国際宇宙ステーション・きぼう利用推進委員会　生命科学分野研究シナリオWG （ 2012.2 ）

宇宙生命科学研究のロードマップ

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■2020 年までの生命科学分野の ISS/ きぼう利用シナリオ国際宇宙ステーション・きぼう利用推進委員会　生命科学分野研究シナリオWG （ 2012.2 ）

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■平成 24 年度「きぼう」利用テーマ募集　重点課題区分の選定課題　生命科学分野：高橋　智（筑波大学生命科学動物資源センター）

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■平成 24 年度「きぼう」利用テーマ募集　重点課題区分の選定課題　宇宙医学分野：大野博司（理研・免疫アレルギーセンター）

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ISS での宇宙生命科学はISS での宇宙生命科学は

• 生命進化の謎に迫る

• 微小重力だからこそ可能な実験• さまざまな宇宙線の被爆の影響

• 将来の他天体への展開に備えて

• 生命進化の謎に迫る

• 微小重力だからこそ可能な実験• さまざまな宇宙線の被爆の影響

• 将来の他天体への展開に備えて

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億年前40 30 20 10 046

O ２

CO ２

O ２濃度

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

10 0

CO ２濃度

10 0

10 1

10 2

10 3

10 4

地球誕生

生命誕生

シアノバクテリア出現

真核生物出現

カンブリア大爆発

多細胞生物出現

脊椎動物上陸

植物上陸

地球と生命の進化地球と生命の進化

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縄文杉樹齢3 千年

植物の重力応答戦略植物の重力応答戦略

重力方向を感知し，倒れても起き上がる重力方向を感知し，倒れても起き上がる

重力屈性重力屈性

丈夫な細胞壁と細胞骨格を発達させ，自重を支える丈夫な細胞壁と細胞骨格を発達させ，自重を支える

Morita,M. T.

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重力応答の瞬間を高性能顕微鏡で捉える重力応答の瞬間を高性能顕微鏡で捉える

平衡石（ amyloplast ）液胞膜

g

Morita & Tasaka (NAIST)

ultra-high sensitivity high-speed cameras

spinning-disk confocal scanner

high-speed3D system

inverted microscope

spectroscopic unit

Custom-made extremely high-performance live imaging microscopeCustom-made extremely high-performance live imaging microscope

METI-NEDO project to develop a new microscopeMETI-NEDO project to develop a new microscopeMETI-NEDO project to develop a new microscopeMETI-NEDO project to develop a new microscope

100 nm

High spatial resolution achievedHigh spatial resolution achievedHigh spatial resolution achievedHigh spatial resolution achieved by oversampling and deconvolutionby oversampling and deconvolution

1 μm

Rambourg et al.J. Cell Sci. 2001

medial: RFP-Gos1p trans: Sec7p-GFP

Demonstration of Golgi cisternal maturationDemonstration of Golgi cisternal maturationDemonstration of Golgi cisternal maturationDemonstration of Golgi cisternal maturation

25 x speedMatsuura-Tokita et al. (2006) NatureMatsuura-Tokita et al. (2006) Nature

super resolution 3D moviesuper resolution 3D movie

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High-speed, high-sensitivity and high-resolutionHigh-speed, high-sensitivity and high-resolution mmuullttiiccoolloorr super confocal live-imaging microscope super confocal live-imaging microscope

High-speed, high-sensitivity and high-resolutionHigh-speed, high-sensitivity and high-resolution mmuullttiiccoolloorr super confocal live-imaging microscope super confocal live-imaging microscope

A. Ichihara

= MMuullttiiccoolloorr SCLIM= MMuullttiiccoolloorr SCLIM

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3: きぼう船内高性能顕微鏡設置（ ASI 中野明彦，齊藤知恵子； BSI 宮脇敦史）

[ 必要性 ]・動植物いずれも細胞レベルの研究に顕微鏡観察が必須・高性能顕微鏡をきぼう船内に設置することは 関連研究者の悲願。・宇宙飛行士に負担をかけない，地上からの遠隔制御と高速画像転送。

[ 準備状況 ]・スピニングディスク共焦点システムは， NASA でも打上げを前提にテスト済み。・さらに，長時間連続・多点観察が可能なシステムを開発。・打ち上げに向けて， FS 開始。

[ 研究目的 ] 微小重力下での細胞の振る舞いを生きたまま観察する，高分解能の顕微鏡システムを開発する

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温度制御 ± 0.1℃湿度・ CO2 濃度制御オートフォーカス可能長時間多点３Ｄ観察全てリモート制御可能

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100 µm

Ampicillin処理で巨大葉緑体を形成

葉緑体チラコイド膜のダイナミクスを可視化する

ヒメツリガネゴケ

岩井優和（ライブセル分子イメージング研究チーム）

100 µm

3D image deconvolution

Zeiss LSM5100.2 μm x 10 slices488 nm ex650 nm LP

葉緑体チラコイド膜のダイナミクスを可視化する岩井優和（ライブセル分子イメージング研究チーム）

5 µm

生細胞での観察は世界で初めて

葉緑体チラコイド膜のダイナミクスを可視化する岩井優和（ライブセル分子イメージング研究チーム）

CV1000 による長時間タイムラプス観察

Chlstroma-GFP Merged

1 h/s (15 min/frame), 288 frames (3 days)EMCCD 512 x 512 pixelsUPLSApo60xO, x60 oil, NA1.3510 x 0.6 μm slice488 nm ex, BP525-50 nm (GFP)561 nm ex, BP617-673 nm (Chl)

Time-lapse image of chloroplast degradation

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M. IwaiM. Iwai