先生に聞いてみた

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京都先端科学大学先生に聞いてみた

福田 裕穂 教授

今回の「先生に聞いてみた」では、2021年度に本学バイオ環境学部学部長としてご着任された福田裕穂先生に、ご自身の研究や学生へのメッセージを語って頂きました。

植物から生物の進化のメカニズムを究める

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Q:理学部に進学されたきっかけを教えてください。

私が高校生だった当時、大きな社会問題になっていた公害問題に興味を持ち、大学に入学して、その解決策を研究したいと思っていました。当時、環境問題に取り組んでいた大学の工学部を受験しましたが、残念ながら入学できませんでした。その後1年間、受験勉強を続けていった中で、気持ちの変化がありました。公害問題を解消するためには、公害そのものの “原理・原則”をわかっていなければ、問題を解決することができないのではないかと考えるようになり、化学を学ぼうと気持ちを切り替え、東大の理科2類に進みました。

Q:理学部の中でも「生態学」、その中でも植物を研究対象とされました。

大学に入って学ぶうちに、公害は、化学や技術の問題ではなく、生物と環境との関係にこそその本質があると考えるようになり、理科2類から生物学科に進学しました。最初は、生態学を志したのですが、生態学は原理・原則を突き詰めるには不確定な要素があまりに多い分野であり、その原理を突き詰めるために、植物の生理学の分野を選択し、現在に至っています。

Q:先生は具体的にはどのような研究を行って来られたのでしょうか。

生物は、一つの細胞が異なる役割を持つ細胞へと変化していきます。私は、細胞が変わっていくしくみを調べていて、特に植物の血管である、水や養分を運ぶ道管の細胞について調べています。研究の始まりは、ばらばらにした葉っぱの細胞を試験管に入れて培養すると道管の細胞に変わるという実験系を作ったことです。実験すると4割くらいの確率で、道管ができましたが、教授たちからは4割くらいの確率では、まだノイズが多すぎるという批判を受けました。しかし、対照をきちんととればノイズは除けることを証明し、研究を続けました。

植物の細胞が変化する論文を書いたのは1980年で、それから実験を重ね、分化を抑えるノイズの原因となっていた新規のクレペプチドという物質を発見したのが2006年ですから、この原因を突き止めるまでに26年もかかりました。また、細胞が道管細胞へと変わるときに、タンパク質や遺伝子が大きく変わることを発見したのが1983年で、その鍵遺伝子を決めたのが2005年と、これも約22年の歳月がかかりました。その間、私は、若さ故の人が行わないような実験を繰り返しました。最初の就職先の大阪大学の研究室のボスに言われたことは、「1回ですぐに成功するような実験はするな、1万回行って1回しか成功しないような実験を、頭を使って100回まで減らし、100回実験をして1回成功させなさい。」を今でも肝に銘じています。

Q:研究は時間がかかるものですね。先生は研究の壁にぶち当たったことはありますか。

私は、とにかく二つの目標をもって研究するよう心がけてきました。一つは長期的な目標を持つこと。さもなければ研究が小さくなってしまいます。そして、もう一つは、短期的な目標を持つこと。結果が得られる研究をしないと、モチベーションを維持しづらくなります。とにかく、この両方を続けていくことが大切だと思っています。

その延長線上に、実験をするときには、私は三つの異なる実験を同時進行で進めていくようにしています。一つは全く新しい未知の領域の実験を行うこと。二つ目は、結果が確実に再現できることを確認する実験、そして3つ目は実験データを収集して統計処理を行う実験です。一つ目の実験が成功することは、なかなか期待できませんが、少なくとも二つ目、三つ目の実験であれば、成功を期待できます。実験は一つひとつ失敗を積み重ねていくものとは言いますが、時には実験にも成功体験を持たせるべきだと思っています。私は実験と生活を両立させるために、いつも住まいは職場のある東京大学本郷キャンパス近くを選んでいました。

Q:実験は本当に根気がいると思います。先生は以前、「植物は動けないのではなく、動かないんだ」とおっしゃっていました。

私は、植物には意思があると思っています。最近、地球温暖化や海洋プラスチックの問題がメディアでも多く取りざたされ、よく地球が危ないなどと言われていますが、実は危ないのは人類であって、おそらく人類が滅びても植物はずっと繁栄し続けると思っています。植物は、4億年前に海から陸に上がり、地球上に広く繁茂しています。植物は、動かないという人類とはまったく違う戦略で生存競争を勝ち抜いてきているのです。

そもそも動物の語源である動くことが、一番エネルギーを消費します。血管と維管束を比較してみましょう。動物は、血管をつくる細胞がぜんどう運動をし、エネルギーを使って血液を運んでいますが、植物の道管では、葉から水分を蒸散させることで道管内の圧力差を生み出し、物理的な力で水を引き上げています。植物はあえて動かないがゆえに、動物に比べて省エネにできているのです。

我々人類は、植物のもつ省エネの知恵を大いに学ぶべきで、これがこれからの地球環境を考える大きなヒントになると考えています。これを学ぶために最適なのが本学のバイオ環境学部ではないかと思っています。

Q:SDGsが重要視されるようになり、ますます植物の役割が見直されるべきですね。

今、人類にとって地球は大変な状況にあります。先日、東大で行われたグローバル・コモンズ・スチュワードシップフォーラムによると、2030年までに温暖化にしっかりと対応していかなければ、それから先、地球温度を下げることはできなくなるとのことです。これは、極寒の地シベリアの凍土に埋め込まれている二酸化炭素が一気に解けて、地球全体の二酸化炭素濃度を増やしてしまうからです。ですので今こそ、地球環境について正しく理解し、これからの環境や環境の影響を受ける農業・食のあるべき形をデザインし、それを実践することが大切です。本学では、バイオサイエンス、食・農、環境の3領域を勉強できますが、これからはこの3つをともに学び、未来の地球環境作りを積極的に行っていく若い人が増えていくと思います。これからの時代、若い人こそが主役になるので、ぜひ本学で勉強してほしいと思っています。

Q:お休みの日にはどう過ごされていますか。

歩くことと美術館や博物館でゆったりと時間を過ごすことが好きです。平日でも太秦キャンパスで会議がある時には、自宅から歩いて通っています。

また、海釣りが好きです。とにかく、食べておいしい魚を釣りたいと思っています。そのうち京都に慣れてきたら、ぜひ釣りにいってみたいですね。


Professor Hiroo Fukuda

In this edition of “Tell us Teacher”, Professor Hiroo Fukuda talks about his research and shares a message for students. Professor Hiroo Fukuda was assigned as the Dean of the Faculty of Bioenvironmental Sciences in the 2021 Academic Year.


Q:What made you decide to enter the Faculty of Science?

When I was a high school student, I was interested in the major social issue of pollution and wanted to enter university to research solutions. At that time, I took the entrance exam for the engineering department of a university that was actively tackling environmental problems, but unfortunately, I was not able to enter the program. After that, for a year I continued studying for the entrance exam but ended up changing my mind. I began to think that it would be impossible to solve pollution problems without understanding the principles and theories of pollution itself. Therefore, I decided to switch to studying chemistry at the University of Tokyo.

Q:In the Faculty of Science, you focused your research on ecology, and plants in particular?

In university, I came to think that pollution is not a matter of chemistry or technology, but that its essence lies in the relationship between living things and the environment. So, I changed my field from chemistry to biology. At first, I planned to study ecology, but there are too many uncertainties in the field of ecology to be able to pursue the principles and theories. So, I chose the field of plant physiology to pursue the principles and have continued to this day.

Q:Specifically, what kind of research did you do?

In living organisms, a single cell transforms into cells that have different roles. I am investigating how cells change, especially the vascular cells that carry water and nutrients, which are plants’ “blood vessels”. At the beginning of my research, I created an experimental system in which separated mesophyll cells were cultivated in a test tube and transformed into vascular cells. In the experiment, I was able to transform about 40% of mesophyll cells into vascular ells, however other professors criticized that there was still too much noise with a probability of about 40%. However, I continued my research, proving that noise can be eliminated if the controls are properly secured. In 1980, I published a paper on transformation of plant cells. In 2006, after repeated experiments, I finally discovered a new substance  regulating cell-cell communication. So, it took 26 years to find the cause of the noise. In 1983, I discovered that proteins change significantly when cells differentiated into vascular cells and was able to determine the key genes that induce vascular cell-related proteins in 2005. So, that took 22 years. The head of the laboratory at Osaka University, where got my first job, said, “Don’t do experiments that you can do once and succeed right away. Perform experiments that you have to do 10,000 times to succeed once. Then, think about how to reduce that number to 100. Experiment 100 times and succeed once.” I still keep these words in mind today.

Q:Research takes time, doesn’t it? Have you ever run into a wall during your research?

I have always tried to conduct my research with two goals in mind. One is to have a long-term goal. Otherwise, the scope of the research will be small. The other is to have a short-term goal. If you don’t perform research that yields results, it will be difficult to maintain your motivation. Anyway, I think it’s important to keep doing both of these things. To expand on that, when I do experiments, I try to carry out three different experiments simultaneously. One is an experiment in a completely new and unknown area. The second is an experiment to confirm that the results can be reliably reproduced. The third is an experiment to collect experimental data and perform statistical processing. You cannot always count on the first experiment to be successful, but at least the second and third experiments can be. Although it is said that each experiment is an accumulation of failures, I believe that experiments should also have success stories. I always chose to live near the University of Tokyo’s Hongo Campus where I worked to maintain a good work-life balance.

Q:I think doing experiments requires patience. You said earlier, “It’s not that plants can’t move, they just don’t.”

I guess that plants may have a “will” of their own.  People often say that the earth is in danger, but actually, it is human beings who are in danger by serious issues such as global warming and rapid accumulation of plastic in animals. I believe that plants will continue to thrive even if human beings die out. Plants emerged from the sea onto the land 400 million years ago and have flourished widely on the earth. Plants have been winning the race for survival by using a completely different strategy than humans, which is to remain motionless. To begin with, the etymology of the word “animal” in Japanese is “moving thing”. “Moving” consumes the most energy. In animals, the cells that make up the blood vessels make spontaneous movements and use energy to carry blood. However, in plant vessels, water is pulled up by physical force, creating a pressure difference in the vessels by evaporating water from the leaves. Because plants do not move, they can save more energy compared to animals. We human beings should learn a lot from the energy-saving wisdom of plants, and I think that this will be a big hint for the future of the global environment. I believe that our Faculty of Bioenvironmental Sciences is the best place to learn this.

Q:As SDGs become increasingly important, the role of plants should be reconsidered more and more, right?

Right now, the earth is in a perilous situation. According to the Global Commons Stewardship Forum recently held at the University of Tokyo, global temperatures cannot be reduced in the future unless we take firm action against global warming by 2030. This is because the carbon dioxide embedded in the frozen soil of the extremely cold region of Siberia will melt all at once, increasing the carbon dioxide concentration of the entire earth. Now is the time for us to have a proper understanding of the global environment, and to design and implement the future of the environment, agriculture and food. At our university, you can study generally basic science, environmental science and food/agriculture. I believe that more and more young people will study these areas and actively work to create the future global environment. Young people will play a leading role in the coming years, so I hope that they will study at this university, together with us.

Q:How do you spend your days off?

I like going on walks and spending time at museums. Even on weekdays, when I have meetings at Uzumasa campus, I walk there from my house. Also, I like sea fishing. At any rate, I want to catch fish that are good to eat. Once I get used to Kyoto, I definitely want to go fishing.

福田 裕穂 教授ふくだ ひろお

バイオ環境学部 バイオサイエンス学科

理学博士。大阪大学、東北大学を経て、1995年より東京大学理学部・理学系研究科教授。東京大学理学系研究科長、東京大学理事・副学長を歴任。2021年4月より現職。専門分野は「植物生理学」「生体制御学」

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