環境にやさしい次世代肥料

今回は珍しく有機化学の話です。有機化学は前面に出ることはまずなく、例えば私は医薬品の研究をしていましたが、良い薬を創ってもその薬効などがメインで、難しい工程の話などはまず出ることはありません。

今回は徳島大学の研究グループが、イネ科の植物が分泌するムギネ酸という物質の類縁体を作り、アルカリ性土壌でも作物が育つ肥料を開発したという話です。

全世界の陸地の67％は農耕に適さない土地で、そのうち半分はアルカリ性の不良土壌で占められています。植物の成長には鉄が必要で、通常は根から水に溶けている鉄を取り込みます。

しかしアルカリ性土壌に含まれている鉄は水に溶けない酸化鉄のため、植物は当然取り込めず鉄欠乏で枯れてしまいます。その対応策として水酸化鉄を溶かす農業用キレート剤を開発していますが、これは分解できずに土壌に残り続けるという課題がありました。

イネ科の植物で特にオオムギはアルカリ土壌に強く、根からムギネ酸という物質を分泌して、土壌中の鉄と反応し鉄錯体を形成し鉄を取り込むことができるのです。研究グループはこのムギネ酸を安価に合成し、新たな肥料にしようと考えました。

この研究グループは天然物有機化学という分野を得意とし、自然から見つかった複雑な構造の化合物を安価な原料から作ることを専門としていました。ムギネ酸に注目しても、それが本当に植物に役立つかどうかを調べる相棒が必要となります。

企業研究ではそういった色々な分野の専門家を集めてチームを作りますが、大学では自分で探す必要があるわけです。幸い民間の鉄欠乏症の専門家が見つかり、研究がスタートしました。

ムギネ酸よりも容易に合成でき、同じような活性を示すデオキシムギネ酸（DMA）をまずターゲットとしました。ところがここで問題となったのは、原料のひとつが1グラム7万円もすることでした。

余談ですが薬の研究でも原料が1グラム1万円以上の原料は使えません。薬でも動物試験などには1キロ以上の量が必要になりますが、この原料代だけで1000万円ではとても大量に使うことができません。

特にこの研究は肥料を目指していますので、1キロ数千円台で作らなければいけないわけです。そこでこの高価なアゼチジンカルボン酸の代わりとなるアミノ酸類を使って誘導体を合成しました。

その結果プロリンという安価なアミノ酸を使ったものが、鉄キレート剤の10倍もの効果が認められたのです。しかもこの化合物は約1か月で分解されるため、環境にも負荷を与えません。

現在海外で栽培実験が進んでおり、このムギネ酸のプロリン誘導体が本当に肥料になるかどうかの瀬戸際まで行っているようです。

研究グループはさらに安価に作る方法を模索中ですが、こういった面白い発想の肥料が実用化できることを期待しています。

宇宙の始まりの元素はわずか数種類

私は宇宙にほとんど興味がありません。もちろん子供のころは宇宙の神秘に憧れ、宇宙に出れば地球にはない多くのことが得られものと期待していました。

ところがいろいろ学ぶにつれ、物質の基本である元素が現在知られているもの以外は、どんな宇宙に行っても存在しないことが分かり、宇宙への興味が薄れてきたのです。

つまりどんなに宇宙旅行が進歩しても、宇宙での新しい発見はないということになります。もうひとつが生命の起源です。たぶん科学が発達してきた何百年も前から、生命の発生については研究されてきたはずです。

ところがこれだけ科学分野が発展した現在でも、生命の起源の仮説すら満足なものは存在していません。

原始の地球では生命の元となる有機化合物が非常に多くの種類で、しかも高濃度に存在していたはずですが、何故そんな状況になったかすら分かっておらず、宇宙にはそんな状態の星があるのかは全く分かっていません。

従って私は、地球以外に生命は存在していないと思っており、これも宇宙に興味が無くなった理由です。

さて生物は主に6種類の元素からできており、炭素、水素、酸素、窒素、リン、硫黄というなじみのあるものです。この生命の原料であるこれらの元素はどこから来たのかは、既に答えが出ており、現代宇宙論の偉大な成功物語とされています。

原子は陽子と中性子からなる核とその周りに電子がまわっている構造を取り、中性子が陽子と電子に分かれることで生成します。宇宙の始まりであるビッグバンでは、この中性子からできた塊となっているようです。

この状態は想像すらできませんが、短時間で核融合が進み陽子と中性子が結びつき、最初の原子が作られます。この時作られるものは約75％が水素（陽子１）、約25％がヘリウム（陽子２、中性子２）、それと微量の重水素（陽子１、中性子１）、リチウム（陽子３、中性子４）などとなっています。

これはビッグバンから１分半ほどでできるようですが、その後100万年かけてヘリウムから炭素と酸素ができ、その後若干加速されて硫黄やケイ素が合成され、最終的に鉄までに至るとされています。

この鉄原子（陽子26，中性子30）は非常に安定なため、核融合反応はここで一時停止するようです。その後恒星の質量が充分に大きければ、物質は猛烈な勢いで中心部に向かって落下します。

この過程で鉄より重い銅や金、銀ができ、最終的に現在知られているほとんどの元素ができてくるようです。ここまで分かっていてもここからなぜ有機化合物が作られるのかは、全く別の科学のようです。

宇宙開発が進んだといっても、まだ太陽系内がやっとですのでこれ以上の解明は私が生きている間では無理なような気がします。

あまり知らないミネラルのはなし マグネシウム

身体にとってビタミンと同じように金属（ミネラル）が重要という話は時々目にしますが、ほとんど気にしたことがありません。

最近カルシウムの陰に隠れているマグネシウム（Mg）の重要性が注目されています。糖尿病や心筋梗塞からアトピー性皮膚炎、水虫まで多くの疾患に関わり、アンチエイジングにも効果があるとされています。

アトピー性皮膚炎に関しては食生活が穀類の大幅な摂取減少に伴い、マグネシウムの減少にかかわりがあるようです。皮膚の角質層にはセラミドがありますが、この中でアシルセラミドの減少がアトピー性皮膚炎の乾燥皮膚の原因とされています。

マグネシウムはこのアシルセラミドの産生能力を高めて、皮膚のバリア機能を回復させ皮膚の調子をよくします。アトピーの人が海水浴に行ったり塩分の濃い温泉に行ったりすると、皮膚の具合が良くなることがありますが、これは海水や温泉に含まれるマグネシウムが関わっているとされています。

生活習慣病との関係では、糖尿病とマグネシウムに関係があるようです。日本人は太っていなくても糖尿病になりやすいのですが、この理由が穀物、特にオオムギや雑穀の摂取量が激減したあたりから糖尿病が増えだしています。

この点に注目した研究の結果、マグネシウムの摂取量の激減が糖尿病発症に関わるという説が証明されています。

またマグネシウムは歯や骨の重要な構成成分である他、神経や筋肉の働きにも必要不可欠で欠かせないミネラルです。マグネシウムが不足すると、筋肉の痙攣やこむら返りが起きやすくなります。

またマグネシウムは血管を拡張させて血圧を下げる方向に作用し、血管の緊張を調整するため天然のカルシウム拮抗薬と呼ばれているそうです。こむら返りは明け方に多く、運動のし過ぎや過度の飲酒などで起こりやすく、マグネシウム不足が基本にあることがほとんどです。

これにより筋肉がつりやすいうえに、筋肉の過収縮を防ぐ腱紡錘の筋肉センサーの働きが低下して、筋肉の過収縮が起こります。運動はエネルギーを消費しますが、エネルギー産生には多量のマグネシウムを消費するため、よりつりやすくなります。

さらにマグネシウムは体内の600種類以上の酵素の働きを活性化します。不足すると細胞の機能が低下してさまざまな臓器の機能障害が起こり、例えばインスリンの働きが悪くなり糖尿病やメタボなど生活習慣病の発症リスクが高まります。

このマグネシウム不足になる一つの要因として、日本の水がほとんどミネラルを含まない軟水であることも挙げられます。最近はマグネシウムを多く含む機能性食品のスパークリングウオーターなども開発されているようです。

通常の食事でマグネシウム不足になるとは考えにくいのですが、若干気にするミネラルと言えるのかもしれません。

身近な「水」は不思議な液体

水が他の液体と異なった特性を持った不思議な物質であるという記事を見ました。確かに水は身近に存在するほぼ純粋な分子ですが、あまり物理化学的な性質など考えたことはありません。

ただ他の液体といっても、目にすることがあるのはガソリンや灯油といった石油製品やてんぷらなどに使う油類ぐらいであまり手に触ったりするものではありません。

私は実験に使うクロロフォルムなどの多くの溶剤や試薬が液体のものは多く、自然と比較していますが本当に水は特殊な液体であると感じていました。

その第1が水が個体となった氷が水よりも軽く、水に浮かぶというところです。物質の3形態において、気体は分子が自由に動き回れる状態で、それがやや規制され動きがやや悪くなるのが液体、分子が規則正しく並んで動かなくなったものが個体とされています。

従って密度が最も高くなる、すなわち重くなるのが個体であり、液体の中に同じ分子の個体を入れると沈むのが普通です。残念ながら身近なものでの例を挙げることはできませんが、イメージとしては理解できるのではないでしょうか。

ではなぜ水だけが個体となった氷が浮いてしまうのかの説明を、この記事では量子化学の専門用語だらけの文章でしていますが、分かりやすいものではないのでここでは省略します。

非常に大雑把に言えば、水素結合などの水特有の構造により、個体となった氷が水よりもスカスカの構造を持っているということです。この氷が水より軽いため、冬の凍った川や湖で生物が存在できるという、生命をはぐくむうえでも重要な性質となっています。

2番目が氷に圧力をかけると溶けて水になるという性質です。普通の物質は液体に高い圧力をかけると個体となり、酸素なども高圧化では固体になります。

氷は圧力をかけると液体になりますので、アイススケートで滑らかに滑ることができるわけです。これも氷分子に圧力をかけると、水素結合が切れてバラバラになる性質に基づきます。

3番目は100℃という水の沸点が異常に高いようです。液体の温度を上げていくと、分子の運動が激しくなりある程度を超えると分子は液体表面から飛び出す温度が沸点です。当然重い分子の方が動きが悪く、沸点は高くなりますが、水の分子量は18と軽い分子と言えます。

これも水素結合によりいくつかの分子が寄り集まって、大きな分子のような状態を作っているためです。この高い沸点により気候変動があっても、安定した生命活動が制御できていると考えられます。

その他大きな表面張力があるなど、通常の液体にない特性があり、地球の気候、海と大陸の関係、生命活動などがこの水の不思議な性質によって成り立っています。

水は現在でも不明な部分が多く、詳細な研究の対象になっているというのは興味深い話と言えます。

CBDとは何の略号か

ネットでそれほど良く見る略号ではありませんが、CBDというものが10億円の市場だったものが今年には100億円規模になるという記事を見ました。

そこでCBDを調べてみたところ、カンナビジオールという化合物であることが分かりました。実はこのCBDは私にとってなじみのある化合物で、昔てんかんの治療薬をテーマとして取り上げるか調査していた時に、CBDが効果がある物質として出ていました。

CBDの類をカンナビノイドといいますが、これは植物の麻の成分で大麻にも含まれているテトラヒドロカンナビジオールという物質と類似しているのです。

純粋なCBDには大麻のような精神作用や依存性、中毒性がないのですが、麻から抽出すると若干の大麻成分が混入してしまうようです。これをてんかんの薬として使用するには問題はないのですが、大麻取締法が微妙に絡んでくるようです。

CBDは構造中にポリフェノール構造を持ちますので、抗酸化作用が期待されるとともに気分をやわらげる作用があるとして、サプリメントとしての需要が出ているようです。

現在の大麻取締法では、大麻を含む麻の成熟した茎と種子には中毒作用がなく、ここからの抽出物は合法とされています。海外では難治性てんかんの薬として使用されていますが、パーキンソン病などさまざまな病気に効果がある可能性があるとして、研究が進められているようです。

実は人の身体の中では、内因性カンナビノイドが常時生成されているようです。カンナビノイドは神経伝達物質の伝達経路に関わっており、過剰な神経伝達を抑えています。

こういった背景からCBDが一般的な嗜好品として、化粧品、飲食品、雑貨、ペット用品などで取り扱われるようになってきました。特にコロナ禍でストレスを抱える人が増えたことなどから、市場規模が大きく伸びているようです。

この法整備も進みつつあり、昨年から厚生労働省内で「大麻などの薬物対策の在り方研究会」が開催され、医療大麻の解禁、部位規制の撤廃、成分規制の導入などについて話し合われています。

こういった背景があり、CBDに需要が伸びているようですが、私の専門の薬化学という観点からは、カンナビジオールは医師の処方もなく安易に摂取するにはやや危険な化合物という気がします。

現在も話題になっているコエンザイムQ10のように、化粧品などに配合する分には問題はありませんが、カンナビノイドはやはり精神作用が出る可能性があり、脳血管関門を通過する化合物として注意する必要がある気がします。