培养科学好苗子，日本大学指导高中生进行科学研究

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2020年01月07日 中小学教育

旨在培养未来科学家的“全球科学课程（GSC）”令和元年发表会于2019年11月16日和17日在日本科学未来馆举行，来自日本全国约50名高中生分享了各自的研究成果，进一步加深了友谊。

15所大学推选50名高中生展示研究成果

GSC的目标是培养引领世界的科技人才，由JST理数学习推进部与日本各大学合作于2014年度启动。日本全国有15所大学通过GSC向高中生提供科学教育课程，约750名学生在大学教师等的支持下进行了专业性比较高的学习和研究活动。在今年第六届的发表会上，由各大学推荐的50名学生进行了39项展板发表，其中10项研究在第二天还进行了口头发表。

经过最终审查，神户大学、兵库县立大学、关西学院大学、甲南大学与启明学院高中共同实施、高三学生三井爱理发表的“涡虫体长的测量方法”获得文部科学大臣奖。

涡虫是生活在淡水中的生物，形似扁平水蛭，无论切成多少段，每段都能再生。关于这种超强的再生能力，此前已经有很多相关研究，但都是为了将涡虫的研究“定量化”。

美国遗传学家托马斯·亨特·摩根1904年发表的论文中介绍，将涡虫头部切成“非常短”的小段后，会发生“极性反转”，在本来应该再生尾部的位置生长出头部。要想验证摩根所说的“非常短”的长度，需要进行定量评估。

三井着眼于涡虫的体长测量方法。涡虫的伸缩性很强，长度会随着状态而变化，因此一直没有能稳定测量体长的方法。三井认为：“要想让此前‘定性’的研究‘定量化’，就必须确立体长测量法”。

三井发表“涡虫体长测量方法”

三井通过让涡虫振动使其体长稳定，然后冷却固化，经过这样反复试错，拍摄了涡虫在圆形培养皿侧面爬行的视频。利用独特的方法计算出了体长。利用爬行5秒以上的视频，分别在时长的1/4、1/2、3/4这3个时间点测量体长，计算了多次测量的平均值。

通过不同个体进行试验发现，利用这种方法能稳定测量涡虫的体长。通过提高图像的分辨率，能以8％左右的体长差异显示出个体的显著差异。另外，通过用图像比较个体之间存在差异的虎纹三角涡虫的体表图案，还成功地准确掌握了切断位置。现在正利用该方法，对摩根实验进行追加验证。

三井总结发表内容时表示：“利用这项研究成果，可以定量研究涡虫的再生机制。通过使各基因的表达量与正确的位置相关联，能从分子生物化学的角度评价摩根等人的研究。将来或许还能为使用iPS细胞的再生医疗的发展等做出贡献”。

因为敬仰山中伸弥教授而对医学感兴趣的三井从高二开始参加神户大学的GSC课程。不但与同龄的高中生进行交流，还到美国的大学发表了研究内容，三井说：“不仅了解到广泛学习各个领域的知识有助于开展研究，还发现自己对探索生物学奥秘很感兴趣，已决定升学时选择生命科学系”。关于此次的发表会，她表示：“相互介绍彼此的研究成果并交流了意见，这是在学校无法体验的愉快经历。度过了非常充实的两天”。

通过GSC成为国际研究团队成员的高中生

获得科学技术振兴机构理事长奖的，是参加庆应义塾大学GSC课程的丰岛冈女子学园高二学生细野朝子，她的研究题目是“大气卫星间无线电掩星观测金星的数据同化”。

金星的固体成分与地球相似，但大气部分大不相同。金星的大气大部分由二氧化碳（CO2）构成，而且高度45～70公里附近被厚厚的云层覆盖，因此不清楚大气下层的状态。

已知金星极地上空的大气存在温暖区域被低温区域包围的“冷环”等特有的大气现象，目前正在研究其机制。

作为调查金星大气现象的高精度观测方法，比较有希望的是把探测器与地面站之间的通信使用的无线电用于观测的“卫星间无线电掩星观测”方法。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在运行的金星探测器“拂晓号”配备了可以发送稳定频率的无线电的高性能发送器。发送的无线电受金星大气的影响折射后，接收频率会发生变化，因此通过分析频率变化，可根据折射率的高度分布观测气温的高度分布。

细野通过GSC参加的国际研究团队成员正向美国国家航空航天局（NASA）提议利用金星轨道上的多个探测器实施卫星间无线电掩星观测。研究团队利用自主开发的金星大气环流模型等，实施了假设进行观测的模拟实验，研究了要想获得足够的效果，应该发射几台探测器，以多高的频率进行观测。

研究团队实施了改变观测地点和频率的模拟观测，通过观察冷环的再现精度比较了观测的有用性，发现在2～3个地点、隔4～6小时进行观测时能再现冷环、温度观测会影响风速场、模型之间的偏差校正具有有效性等。

“大气卫星间无线电掩星观测金星的数据同化”发表幻灯片

在实际观测中，只要有3台探测器就可以在3个地点以2～4小时的间隔进行观测。细野介绍说：“研究发现，卫星间无线电掩星观测至少能有效再现极地的大气现象”，今后将就在观测地点为移动的实际轨道上运行的观测系统准备模拟实验，“希望在冷环以外的现象中也能验证卫星间无线电掩星观测的有用性”。

关于此次获奖，细野开心地表示：“能参加包括海外老师在内的国际研究团队是非常棒的经历，这不是凭我一个人的能力获得的奖项。还要感谢与我共同进行研究的同学、支持我的老师们以及周围的人”。

除此之外，“从冲绳县土壤中分离致病性钩端螺旋体”（ 冲绳县立开邦高中高二学生邱一泓/琉球大学GSC课程），以及“通过固相扩散接合超高温耐热陶瓷和钨”（ 熊本县立玉名高中高三学生田中光/九州大学GSC课程）获得了审查委员长特别奖，还有6项口头发表获得了优秀奖。

高中生建立科学研究联系的平台

在表彰仪式上，文部科学省科学技术与学术政策局局长菱山丰发表致辞，鼓励了参加GSC的学生，他表示：“通过这个机会与同龄的佼佼者建立联系能为今后在各个领域大展身手起到帮助作用。期待各位将来能够成为有能力解决全球规模课题的科技人才，并活跃于世界各地。”

全球科学课程审查委员会副委员长隅田学在讲评中对参加GSC课程的学生给予了高度评价：“研究内容自不必说，口头发表使用的英语和自我表达水平也非常高”。

关于三井的研究，他称赞说：“挑战了由摩根先生提出已经过去100多年的问题，从头开始设计实验，解决了测量生物体长的课题。这是回归科学原点的研究”。关于细野的研究则评价说：“参加国际研究团队，发现自己的职责并取得了成果，包括未来潜力在内都值得高度评价”，此外还就实施机构庆应大学与海外的大学和研究机构合作推进研究项目表示了赞赏：“是其他机构的榜样”。

最后作为主办方代表登台的JST理事佐伯浩治建议说：“希望各位同学能利用GSC课程学到的知识、经历和人际关系，成为活跃于全球的研究人员。为此，重要的是认真地坚持追寻自己感兴趣的事物。另外，在大学掌握广泛的文化知识对将来的研究也非常重要”。

获奖者合影

日文原文

日文：JST理数学习推进部 Rao Chigusa
中文：JST客观日本编辑部翻译整理