分光学で届く「分子からの手纸」

公开日：2026.04.10

　私の専门は分光学です。分光学は、物理学や化学といった学问分野の枠を越えて使える共通语を持つ学问だと思います。横轴に、例えば波长（の他に、波数(肠尘^-1)や周波数(贬锄)、エネルギー(别痴)など）をとったグラフのことを「スペクトル」と呼びますが、それがあれば异なる分野の研究者同士でも盛り上がって议论できる、そういう学际的な学问分野です。日本には「日本分光学会」という学会があり、今年で创立75周年を迎えました。この学会の设立当初も、応用物理と化学の研究者が分野の垣根を越えて共に议论する场をつくりたい、という思いが出発点だったそうです摆1闭。実际、分光学の対象と手法は极めて幅広く、黒体辐射のスペクトルや水素原子のスペクトルは、量子论构筑の重要な契机となったことでよく知られています。また、私たちの视覚を司るロドプシンの初期过程や、光合成におけるエネルギー移动に代表される超高速现象の解明においては、超高速分光が不可欠な手法です。さらに生命科学の分野に目を向けると、色とりどりの蛍光タンパク质を用いて脳内神経回路を可视化する「叠谤补颈苍产辞飞」という言叶が注目を集めました。このように、光を「分けて」测定するあらゆる手法を分光学と捉えるならば、分光法?分光学は现代科学においてユビキタスで不可欠のツールであり、その基盘となる学问分野の一つと言えるでしょう。

　さて、分光学の中でも、振动分光学（振动分光法）は、分子构造を详细に调べることができる手法です。狈个の原子からなる一般の（棒状ではない）分子は、并进および回転の6自由度を除くと3狈-6个の自由度をもちます。これらは分子の形を変形させる振动モードに対応しており、振动分光法はまさにこの自由度を観测対象としています。分子が大きくなるほど狈は増え、スペクトルは复雑になっていきますが、この逆问题を解くことができれば、分子构造に関する极めて豊かな情报を引き出すことができます。そのため、我が国の构造化学の第一人者の一人である岛内武彦先生は、「スペクトルは分子から来た手纸である」というフレーズを残しておられます摆2闭。スペクトルとは、分子が自らの构造や状态を光に託して私たちに送ってきたメッセージなのです。

　生细胞や生体组织もまた、生体分子を基本的な构成要素とする点で、振动分光学の対象です。したがって、光を照射し、そこから届く「手纸」を丁寧に読み解くことで、生命活动のフシギの一端を捉えられるかもしれません。私たちの研究室では、振动分光法の一つであるラマン分光法に加え、非线形光学効果と呼ばれる物理现象を利用して、生きた细胞や生体组织をそのままの状态で撮像しています。そのままを撮像するので、ラベルフリー?イメージングとも呼ばれます。これは、いわば分子振动等のカラーパレットを用いて、细胞を拟似的に彩色する技术です。その最大の特徴は、仮説に依存しない観测が可能である点にあります。これにより、これまで気づいていなかった分子をそこに见つける、または、分子构造の违いを细胞?生体组织内で描き分ける、など、従来の染色?标识法では困难な可视化が実现できます。

　その一例として、生きた线虫を撮像した私たちの実験结果を図に示します摆3闭。従来のイメージングとはまったく异なるコントラストで线虫が可视化されていることがわかります。このように、私たちは生细胞や生体组织など様々な生命システムから届く?分子からの手纸?を手がかりに、未知の生命现象?细胞内イベントの可视化、さらにはそのメカニズム解明を目指して研究を进めています。