2025年4月8日、文部科学省は、「科学技術分野の文部科学大臣表彰」の令和7年度受賞者を発表しました。本表彰は、科学技術に関する研究開発や理解増進において顕著な成果を収めた個人を称えるものです。沖縄科学技術大学院大学（OIST）の根本香絵教授（量子情報科学・技術ユニット）が、独創的な研究又は発明を行った、個人又はグループを対象とする科学技術賞（研究部門）を受賞しました。

新しい研究によると、地球の大気が酸素で満たされるかなり前に、細菌は酸素に適応していた可能性があるという。機械学習などを用いて数十億年にわたり微生物の進化をたどった研究者らは、酸素耐性の進化が、大酸化イベント（GOE）以前から存在していたこと、およびシアノバクテリアによる酸素発生型光合成の起源にとっても、地球大気の進化にとっても重要だった可能性があることを明らかにした。この研究結果によって、生物進化と地球の地質学的歴史との間に動的関係があることが浮き彫りになった。微生物は、少なくとも37億年間、地球の歴史を支配してきた。しかし、地球初期の生命体は化石記録（特に古い地質年代のもの）にわずかしか存在しないため、その進化についてはほとんど分かっていない。そこで、化石証拠の代わりに微生物による生物活動の地球化学的記録を用いて、主要な細菌系統の年代とその代謝変化について推定が行われている。約24億年前のGOEによって、大気中に酸素が蓄積していった。地球を一変させるこの事象は、酸素発生型光合成の出現によって引き起こされたと考えられている。酸素発生型光合成は、約32億2000万年前に現れたとされるシアノバクテリアによる進化上の革新である。この革新はGOE以前に起きたにもかかわらず、GOEによって大気中酸素濃度が上昇し始めるまで、ほとんどの生物は依然として嫌気的だったと考えられている。GOE以前に好気性生物がどの程度存在したかについては議論が続いており、酸素に適応した細菌系統の進化的タイムラインは今もなお十分に制約されていない。 この空白を埋めるため、Adrián Davínらは、細菌分類体系にまたがる1007のゲノムを用いて、細菌の種系統樹を作成した。次にDavínらは、機械学習と系統学的調停を用いて、細菌ゲノムにおける酸素適応の明確な進化的痕跡を確認し、嫌気的ライフスタイルから好気的ライフスタイルへ祖先が移行した系統を予想した。これにより、著者らは細菌における酸素使用の進化を太古までたどれるようになった。この研究結果によれば、初期の好気性細菌はGOEの前（約32億2000万年前～32億5000万年前）に出現し、酸素発生型光合成が出現する前に、いくつかの系統（おそらくシアノバクテリアの祖先）において好気的代謝が進化したと考えられるという。GOEの後、好気的代謝は著しく多様化し、嫌気的代謝と比べて酸素に適応した系統の多様化率が高くなったのである。

新しい研究によると、野生のボノボ ―― 最も人間に近縁な現生動物 ―― は複雑な構成の意味構造に組み立てた鳴き声でコミュニケーションをとっており、その意味構造は人間の言語の決定的な特徴に似ているという。この研究結果は、人間言語の唯一性についての長年の考え方に異議を唱えるとともに、コミュニケーションの進化の解明に向けた新たな方法を提示している。人間言語の独特な特徴は、それぞれ異なる要素を組み合わせてより複雑で意味深い構造を形成できることである。この原理は構成性として知られ、これによって形態素（意味のある言語の最小単位）を組み合わせて言葉に、言葉を文章にすることができる。そして全体の意味は構成要素とその並びで決まる。構成性は自明と非自明の2つの形式を取りうる。自明な構成性の場合、単語はそれぞれ独立した意味を維持する。非自明な構成性の場合、より複雑で微妙な違いのある関係を伴い、意味はそこに含まれる単語を単純かつ直接的に合算したものではない。構成性は人間言語に特有のものではないと考えらており、鳥類や霊長類の研究で、一部の動物には意味のある発声を組み合わせて自明な構成構造を作る能力があることが実証されている。しかし、今のところ、動物がコミュニケーションの際に非自明な構成性を使うことを示す直接的なエビデンスはない。 Mélissa Berthetらは今回、野生のボノボ（Pan paniscus）が音声コミュニケーションで非自明な構成性を使うことを示す強力な経験的エビデンスを報告している。彼らは、ボノボの鳴き声とその組み合わせの録音700件を分析し、それぞれの発声に関連する300以上の文脈的特徴を記録した。そして、分布意味論 - 言葉と言葉の意味の類似点を測定する言語学的枠組み - を基にした方法を用いてこれらの文脈的特徴を分析することで、個々のボノボの発声の意味を推測し、また、それらの関係も定量化した。続いて、ボノボの鳴き声の組み合わせが構成原理に従っているかどうかを評価するために、人間のコミュニケーションにおける構成性の特定に以前使用された多段階方法を適用した。その結果、ボノボの鳴き声は4つの構成構造に統合され、そのうち3つは非自明な構成性を示すことを発見した。このことは、ボノボのコミュニケーションはこれまで認識されていた以上に人間の言語と構造が似ていることを示唆している。

ライドシェアサービスLyftの登録運転手22万人超のデータを用いたところ、有色人種の運転手は同じ速度で運転していても白人の運転手よりスピード違反の切符を切られる可能性および不当に高い罰金を課される可能性が有意に高い、と研究者らが報告している。法執行機関によるレイシャルプロファイリングは米国における喫緊の社会問題である。警察記録や裁判記録を解析したこれまでの研究では、人種的・民族的マイノリティは、白人市民に比べて捜査や罰金、暴力、拘留、収監の対象になる割合が不釣り合いに高いことが示唆されている。しかし取り締まりにおける人種的偏見についての研究は、長らくデータ不足や解析の難しさによって妨げられていた。たとえば、取り締まりにおける人種的偏見を実証するためには、警官によるマイノリティの扱いと白人市民の扱いを同一条件下で比較しなければならず、その際には、警察と市民の遭遇場面における執行の格差を説明しうる他の要因をすべて調整する必要がある。このような「他の条件がすべて等しい」シナリオは、取り締まりの研究ではほとんど見られない。 ライドシェアサービスLyftから得たGPSの高頻度位置データを活用することで、Pradhi Aggarwalらはこうした課題のいくつかを克服し、スピード違反の切符交付と罰金にレイシャルプロファイリングが及ぼす影響を推定している。解析には2017～2020年にフロリダ州で操業していたLyftの運転手22万2838人のデータが含まれた。Lyftの運転手は、正確な位置と速度のデータをLyftのシステムに10秒間隔で送信するスマートフォンアプリを使用しており、詳細なリアルタイムの運転情報を研究者らに提供できる。次にAggarwalらは、このデータセットをフロリダ州政府のスピード違反記録とマッチさせた。スピード違反記録には、車両停止の詳細と車両停止命令を受けた運転手の免許証情報の詳細が記録されている。その結果、運転速度、場所、車両の特徴およびその他の関連変数などの因子で調整した後でも、マイノリティの運転手は白人運転手よりスピード違反の切符を切られる可能性および高額の罰金を支払う可能性が有意に高いことが明らかになった。研究結果によると、マイノリティの運転手は白人運転手に比べて、車両停止時に切符を切られる可能性が24～33%高く、23～34%高額の罰金を支払っている。さらに解析によって、白人運転手とマイノリティの運転手で事故率や再犯率に有意差はないことが明らかになり、運転手の行動よりもむしろ取り締まりにおける偏見が、これらの格差を促進していることが示唆された。関連するPerspectiveではDean KnoxとJonathan Mummoloが、「Aggarwalらは、取り締まりに関する研究を妨げていた特に厄介な障害を克服するために最新の技術進歩を用いるという手本を示した」と述べている。 この論文にご興味のある記者の方へ：2021年のScienceに掲載されたKnoxの論文では、シカゴ市警察の警官らによる日常パトロールのデータセットが用いられ、研究が行われた3年間で黒人警官が武力を行使する頻度は白人警官より低かったことが報告されています。https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abd8694

際立って高いウマの運動耐久性の背景には、エネルギー産生を高める一方で細胞を酸化ストレスから保護する遺伝子KEAP1の変異が隠されていることが、研究により明らかにされた。今回の知見は、自然が生み出した最も運動能力の高いウマという生物の独自の進化的適応に光を当てるものであるが、臨床医学にとっても重要となる可能性がある。また今回の知見は、ウイルスだけにみられる生存戦略と考えられていた新規終止コドンの再コード化が、いかに脊椎動物でも適応を促進し得るものであるかも示している。ウマはこれまで歴史上、その走るスピードと耐久力で尊重されてきたが、特にその体の大きさに比して、その驚くべき生理学的適応によって際立った耐久性を伴う走力を有している。ウマが酸素を取り込み、体内で輸送し、利用する能力が極めて高いことは広く認められており、その最大酸素摂取量（VO2max）はトップレベルの人間の運動選手の実に2倍以上である。ウマの骨格筋における高いミトコンドリア濃度は、エネルギー産生を高めてその優れた運動能力を可能にするが、同時に組織への大きなダメージと細胞の機能不全の原因となり得る活性酸素種（ROS）の産生を促す。ウマが、その際立ったミトコンドリア活性のもたらす酸化ストレスに対処するために進化させてきた分子メカニズムは、依然として不明である。 こうした知識のギャップに取り組むためGianni Casiglioneらは、196種の哺乳動物を対象に、レドックスバランスとミトコンドリアによるエネルギー産生の制御において主要な役割を担っているKEAP1遺伝子について進化解析を行った。KEAP1遺伝子は運動科学では重要な標的であると認識されており、肺がんや慢性閉塞性肺疾患（COPD）など複数のヒト疾患との関連が指摘されてきた。Castiglioneらは、現生のウマはロバやシマウマとともに、KEAP1遺伝子における未成熟終止コドン（UGA）を含む独自の遺伝的適応を進化させてきたことを見出した。系統ゲノミクス、プロテオミクス、およびメタボロミクスによる解析、ならびに生組織の分析を用いた結果、ウマの場合、コードするタンパク質が短縮されるのではなく、上記の終止コドンが効率的にシステイン（C15）に再コード化されてこの遺伝子の機能が増強されることが分かった。これらの所見によれば、この単一点突然変異が、酸化ストレスを軽減するタンパク質NRF2の産生阻害を抑制して、ミトコンドリア呼吸とATP産生を促進する。NRF2活性の過剰亢進は他の哺乳類では有害となり得るのに対し、ウマでは上記の適応進化がバランスの取れた、すなわちミトコンドリアのエネルギー産生を高めつつ酸化ストレスを制御するという解決法となっている。