パブリックドメイン古書『放射線と農業』（1962）を、ブラウザ付帯で手続き無用なグーグル翻訳機能を使って訳してみた。

　原題は『Atoms in Agriculture: Applications of Nuclear Science to Agriculture (Revised)』、著者は Thomas S. Osborne です。
　例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに御礼を申し上げます。
　図版は省略しました。
　索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
　以下、本篇です。（ノー・チェックです）

*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「農業における原子：核科学の農業への応用（改訂版）」の開始 ***
原子指紋：中性子放射化分析
農業における原子
原子を理解するシリーズ
原子力エネルギーは、今日、アメリカ合衆国のあらゆる男女、そして子供たちの生活において極めて重要な役割を果たしています。今後数年間で、原子力エネルギーは地球上のすべての人々にますます大きな影響を及ぼすでしょう。国民としての責任を思慮深く果たし、原子力エネルギーがもたらす無数の恩恵を十分に享受するためには、すべてのアメリカ国民がこの重要な力について理解を深めることが不可欠です。

米国原子力委員会は、そのような理解を深めるためにこの小冊子を提供しています。

エドワード・J・ブルネンカントディレクター
技術情報部

米国原子力委員会
グレン・T・シーボーグ博士（会長）
ジェームズ・T・レイミー
ウィルフリッド・E・ジョンソン
テオス・J・トンプソン博士
クラレンス・E・ラーソン博士
農業における原子
トーマス・S・オズボーン著

コンテンツ
米国における研究1
放射性同位元素は研究にどのように使用されますか?2
「トレーサー」として使用される可能性がある2
放射性トレーサーはどれくらい効果があるのか？3
植物の栄養と代謝4
土壌中の肥料はどうなるのでしょうか?4
植物は根からのみ吸収するのでしょうか?4
肥料はどこに置くべきですか?5
肥料は植物内で速く移動するのでしょうか?5
放射性同位元素は他に何を教えてくれるのでしょうか?5
植物病害と雑草8
植物の病気とどう闘えばいいのでしょうか?8
化学物質が一部の植物を破壊するのはなぜですか?10
動物の栄養と代謝11
各種飼料の栄養価はどのくらいですか？11
赤身の肉は「生で」推定できますか?12
甲状腺は母乳や卵子の生産に影響しますか?13
動物栄養研究におけるトレーサーの増加13
昆虫15
昆虫はどこをどのくらいの速さで移動するのでしょうか?15
昆虫は花粉をどのくらい遠くまで運ぶのでしょうか?15
捕食動物は昆虫を駆除するために使われますか?16
トレーサーは噴霧残留物を測定できますか?17
放射線源としての放射性同位元素17
放射線は新しい植物を生み出すことができるか？18
放射線は細菌や昆虫を破壊できますか?19
放射線は家畜にどのような影響を与えるのでしょうか?22
放射線は他に何を教えてくれるのでしょうか?22
結論23
推奨参考文献24
米国原子力委員会
技術情報部
議会図書館カタログカード番号: 64-60274
1962; 1963(改訂)

著者について
トーマス・S・オズボーンは、テネシー大学農業研究所が原子力委員会のために行っている植物育種研究を担当しています。彼は1953年からこの研究に携わっています。

しかし、オズボーン博士は根っからの教師でした。そのため、生徒たちから種子への放射線の影響について質問の手紙が届くと、彼は熱心に返信しました。こうした返信から、生徒たちに実験を提案する謄写版印刷の資料が生まれ、そして本書をはじめとする様々な小冊子が生まれました。

オズボーン博士はオクラホマ州立大学で学士号を取得し、ワシントン州立大学で博士号を取得しました。

1
農業における原子

テネシー大学農学准教授、トーマス・S・オズボーン氏による。

Nature に対してどのような疑問を投げかけるべきかを知ること、それが科学研究の 95 パーセントを占めます。
—ホワイトヘッド

人間の地球上における存在を暦の 1 年に例えると、12 月 30 日の早朝に農作業が始まり、12 月 31 日の午後 10 時 15 分に体系的な知識を農業に適用し始めたことになります。

地球上に人類が初めて痕跡を残したのは、約175万年前のことです。当時の植物は現代の植物と非常によく似ていましたが、動物の種類は大きく異なっていました。人類は約8000年前、単なる採集・狩猟民から動植物の生産者へと変化しました。栽培植物や動物に関する体系的な研究が始まったのは、わずか300年前のことです。

米国における研究
米国における年間の農作物損失は、雑草によるものが約50億ドル、害虫によるものが約40億ドル、病害によるものが約30億ドルと推定されています。年間120億ドルの損失は、1分あたり約2万2500ドルに相当します。

2
こうした損失を減らし、生活水準を向上させるため、農業研究はより専門化され、より複雑化してきました。長年にわたり、生産性向上のための試行錯誤から、基本的な問題の真摯な研究へと徐々に変化してきました。植物の葉や動物の肝臓といった複雑なシステムを研究するために、農業科学はあらゆる科学の知見を結集する必要がありました。放射性トレーサーや放射線の研究利用は、農業にとって特に有望な分野です。

実際、農業は既にこうした研究の応用から恩恵を受け始めています。放射性技術は、土壌、植物、微生物、昆虫、家畜、そして食品の新たな利用方法や保存方法の研究に利用されてきました。放射性原子は農家が直接利用するものではなく、米国農務省や原子力委員会、各州の農業試験場、そして数多くの公的および民間の研究機関が主導する研究に利用されています。こうした研究から、農場で使用される材料や方法の改良が生まれています。

より発展した国では、農業研究の進展により、生産から利用への重点の移行が進んでいます。今日、アメリカ合衆国では、農家は一人当たり、自身と25人の他の人々を養うのに十分な食料を生産しています。さらに、農場で働く人一人につき、商品やサービスを販売したり、生産物を加工・流通させたりする人が2～3人います。

農業においても、あらゆる研究分野と同様に、自然に問うべき問いの数は無限に思えます。これらの問いに答えようとする未来の世代は、おそらく今日知られている他のどの方法よりも、放射性同位元素を用いた技術に頼ることになるでしょう。

放射性同位元素は研究にどのように使用されますか?
「トレーサー」として使用される可能性がある
人間が宇宙を説明しようとする試みは、自然に対して投げかける疑問に対する答えを見つけることから成ります。

3
井戸の深さはどれくらいでしょうか？石を投げ入れてみましょう。

猫はどこ？鈴をつけなさい。

野生の鴨はどれくらい遠くまで飛ぶのでしょうか？足にマーカーを付けてください。

ホタルはどこにいる？夕暮れ時に見てください。

衛星はまだ稼働していますか？無線信号を聴いてください。

農業研究では他の疑問も生じます。

根はどれくらいの速さで伸びるのでしょうか？どれくらい深くまで伸びるのでしょうか？雨が降った後、どれくらい早く水が届くのでしょうか？

一口の干し草が牛の胃に届くのはいつでしょうか？

栄養素が彼女の血液や母乳に取り込まれるまでどれくらいかかりますか？

松の花粉は風に乗ってどのくらい遠くまで飛ぶのでしょうか？

ミミズはどれくらい深く穴を掘るのでしょうか？

これらの疑問に答えるために、科学者たちはある種の小さな精霊、適切なタイミングで「私はここにいる！」と叫ぶ精霊を必要としている。根が肥料に到達したとき、水が根に到達したとき、干し草がミルクに変化したとき、またはミミズが特定の場所に到着したとき、旅をしてきたこの目に見えない小さな召使いは「私はここにいる！」と告げることができるのだ。

そのような役に立つ精霊が放射性原子として存在します。原子は目に見えないほど小さく、従順で、運搬可能で、消化可能で、火事や洪水や飢餓の影響を受けず、目に見えないマントをまとって自然界の生き物たちの秘密の隠れ場所まで移動し、待機しているガイガー管に「私はここにいる！」と知らせることができます。

物理的に不安定な放射性原子は、放射線を放出して安定状態になるまでは、化学的には安定状態にある原子と全く同じように振る舞います。例えば、放射性リンは、ベータ粒子を放出して安定状態にある硫黄になるまでは、生物学的にも化学的にも安定状態にあるリンと全く同じように振る舞います。ベータ粒子がガスを充填したガイガー管に入ると、微小な電気エネルギーのバーストが発生し、それが計数管によって記録されます。

夕暮れ時に閃光によって姿を現すホタルのように、放射性同位元素は目に見えない「光」の閃光によってその数と位置を敏感なガイガー管に知らせます。

放射性トレーサーはどれくらい効果があるのか？
放射性トレーサーの価値を知る一つの方法は、標準的な化学技術と比較することです。高感度の 4化学検査は10⁻⁷という希薄な分子も検知できます。つまり、1000万個の別の種類の分子に囲まれた分子を検出できるのです。一方、優れた放射性トレーサー技術は10⁻¹¹という濃度を区別できます。つまり、1000億分の1の濃度まで追跡できるということです。

つまり、化学検査を使えば、ニューヨーク大都市圏で口蓋に秘密のタトゥーを入れている人物を見つけることができる。トレーサー法を使えば、たとえ世界人口が50倍になったとしても、世界中どこでも同じ人物を見つけることができるのだ。

化学テストでは、貨車積載量の 10 分の 1 あたりにトウモロコシ 1 粒相当のものを識別できましたが、トレーサーでは、貨車 850 台あたりにトウモロコシ 1 粒相当のものを識別できました。

植物の栄養と代謝
植物の栄養と代謝に関する研究の多くは、以下の疑問に関係しています。植物が最適に成長するためには何が必要でしょうか？植物は必要な物質をどのように吸収するのでしょうか？根は何を吸収し、葉は何を吸収するのでしょうか？植物はどのようにして水やその他の単純な化合物を炭水化物やタンパク質に変換するのでしょうか？

原子力エネルギーが解決に貢献した具体的な問題が列挙されています。

土壌中の肥料はどうなるのでしょうか?
初期の研究では、リン肥料のうち、最初の1年間に植物に吸収されるのはわずか10～12%で、残りは土壌に「固定」されるか、流失することが示されていました。放射性リン32を用いた研究では、植物のリンの50～70%が生育開始から最初の2～3週間に施用された肥料由来であることが科学者によって発見されました。

植物は根からのみ吸収するのでしょうか?
土壌に施された肥料は、土壌粒子に結合したり、根から洗い流されたりして、大部分が無駄になる。 5土壌の無駄を省き、化学物質を葉に直接浸透させることができれば、莫大な節約効果が得られるでしょう。

近年、植物学者は、植物の葉も根と同様に栄養素を吸収できることを発見しました。トレーサーを用いて、多くの栄養素が、氷点下でも休眠中の樹皮を含む葉に容易に吸収されることを発見しました。同位体トレーサーによって示されたように、リン、窒素、カリウムなどの元素は、施用点から根からの吸収と同様の速度で上下に移動します。尿素（窒素化合物）は現在、この国で多くの果物や野菜の葉面散布に使用されています。

肥料はどこに置くべきですか?
トレーサーが使われる以前から、農学者たちは苗床に肥料を均一に散布することの非効率性に気づいていました。肥料は種子の近くに撒くべきだと分かってはいましたが、どこに？上？下？横？下と横？どれくらい離して？彼らはいくつかの研究を行っていましたが、その方法は時間がかかり、面倒でした。

研究者たちはトレーサーを用いて、種子の真下5cm以内に施した肥料に根が2～3日以内に到達するが、根はそこに密集する傾向があるという以前の研究結果を確認した。肥料が種子の真下5cm、横5cmの位置に施された場合、根は1週間以内に到達し、より良好な根系が発達した。種子と肥料の間隔が7.5cmの場合、期待される苗の「成長促進」は3～4週間遅れた。（図1参照）

肥料は植物内で速く移動するのでしょうか?
放射性リンの根から葉への移動は驚くほど速く、時には20分もかからないことが分かりました。（図2参照）

放射性同位元素は他に何を教えてくれるのでしょうか?
植物の中には、おそらく利用できない化学物質を吸収するものがあります。例えば、いわゆるロコウィードは大量のセレンを蓄積します。トレーサー技術を用いることで、根からの吸収過程における識別能力が低いことがわかります。

6
図1—土壌検査では、各肥料成分の必要量は分かりますが、苗に必要な「成長促進」を与えるためにどこに施肥すればよいかは分かりません。トレーサーを用いた調査では、以下のことが分かります。

(A) 土壌全体に混ぜた肥料は、苗に最も少ない利益をもたらします。

(B) 種子の下と横に帯状に施用すると、肥料の吸収率が向上し、根の分布が良好になります。

7
図2—土壌の根に注入された放射性植物栄養素

5分以内に地上部分に到達していない

しかし、ガイガーカウンターの測定によると、20分でこの部分に到達しました。

8
トレーサー実験により、根は（大量に必要とされる）カリウムと、化学的には類似しているものの、大きさが全く異なる他の元素を区別できないことが明らかになりました。植物体内に入ると、カリウムだけが代謝され、類似しているもののより重い元素（ルビジウム、セシウム）は役に立ちません。これは、壁を作るためにレンガ、玉石、砂利を無分別に購入し、結局材料の一部しか使えないことに気付いた、うっかりした建築業者のようなものです。

光合成と呼ばれるプロセスは、緑色植物が太陽エネルギーを利用して空気や土壌中の単純な化合物を複雑でエネルギーに富んだ物質に変換するプロセスであり、世界で最も重要な化学反応と呼ばれています。これは人類の食糧供給の基盤であり、原子力エネルギーを除くすべての重要な燃料の基盤でもあります。トレーサー技術の進歩により、光合成に関する研究は飛躍的に増加しました。

化学分析しか利用できなかった時代、科学者が生成物を測定できるようになるまで、緑の葉を使った食品製造には何時間もかかっていました。しかし、トレーサーなどの新技術の登場により、実験時間は数分、そして最終的には数秒にまで短縮されました。今日では、緑の葉はわずか 1秒間光にさらされるだけで、果糖よりも複雑な糖、つまり「フルーツシュガー」を生成することが分かっています。

光合成の信じられないほど複雑な仕組みが最終的に解明されるとき、放射性トレーサー、特に放射性炭素 14 が重要な手がかりを提供することになるだろう。

植物の病気と雑草
植物の病気とどう闘えばいいのでしょうか?
かつては植物病の流行を止めることは事実上不可能で、農家は畑や作物を放棄せざるを得ませんでした。微生物によって引き起こされたこのような大惨事は、歴史の流れを変えてきました。例えば、アイルランドの飢饉は、 91840 年代にはジャガイモ疫病が流行し、アイルランドからの大量移民が起こりました。

現在、この国では植物病害による損失は年間30億ドルと推定されています。これまでのところ、植物病害の被害を軽減する最も経済的な手段は、耐性のある植物品種の育成でした。このような品種の開発には10万ドルかかる場合もありますが、その費用は通常1～2年で回収されます。

しかし、この勝利は一時的なものに過ぎません。植物はその時の病原体（菌類）に抵抗するように品種改良されますが、自然は突然変異や交雑によって微生物群を絶えず変化させています。数年のうちに、「抵抗性」品種を攻撃できる毒性の強い菌類の株が大量に増加し、新しい品種の置き換えが必要になるほどです。

一部の野菜、ブドウ、果樹など、1エーカー当たりの収益性の高い作物では、真菌性疾患の化学的防除は経済的に可能であり、実際、必要不可欠です。しかし、安価な種子処理剤や肥料添加剤が見つからない限り、ほとんどの畑作物にとって、そのような処理はコストがかかりすぎます。

植物病害の防除における画期的な進歩はまだ見られません。数千種もの病原菌種と数百もの系統が存在するため、それぞれの病原菌について以下の疑問に答えることは不可能に思えます。微生物のライフサイクルはどのようなものでしょうか？どのような温度と湿度の条件が、微生物の拡散を促進するのでしょうか？どのような植物種を攻撃するのでしょうか？どのように侵入するのでしょうか？植物細胞内のどのような化学変化が、侵入者に対する抵抗力と屈服を決定づけるのでしょうか？病原菌はどれくらいの期間、その力を維持できるのでしょうか？風や水によってどれくらい遠くまで移動できるのでしょうか？どのような耐性品種、栽培方法、そして化学処理の組み合わせが、病気を防除できるのでしょうか？

トレーサーを用いることで、単一胞子における化学物質の吸収を測定し、植物体内における化学物質の挙動を追跡することが初めて可能になりました。こうした研究から得られる最も啓発的な情報は、一部の殺菌剤が、雑草や害虫を駆除するために使用される他の化学物質と比較して、「体重」単位あたりの効果が1万倍も低いという点でしょう。植物病害の化学的防除における飛躍的な進歩は、明らかにこれからです。

10
化学物質が一部の植物を破壊するのはなぜですか?
雑草は米国に年間推定50億ドルの損害を与えており、これは植物病害や害虫による損失を上回ります。「2,4-D」などの選択性化学除草剤は広く使用されるようになり、1959年には米国で1億3,500万ドル以上の売上がありました。これらの化合物は適切な濃度であれば、芝生や作物に害を与えることなく、多くの不要な植物を枯らすことができます。

図3 — 標識除草剤（A）はイネ科植物（B）と広葉植物（C）に同様に取り込まれ輸送されますが、後者のみが枯死します。

他の多くの事例と同様に、化学物質の有益な利用は、その作用機序の理解をはるかに超えています。このプロセスに関する依然として乏しい知識は、ほぼすべてトレーサー研究から得られています。

すべての植物は選択性除草剤（「除草剤」）を容易に吸収しますが、植物体内では分解されません。耐性 11植物はこれらの化学物質の影響を全く示さないものの、感受性の高い植物は活発に成長している根や芽に損傷を受けます。これらの植物では光合成中の糖生成が阻害され、リンの移動が遅延します。どのような新しい種類の化学物質が除草剤として有用であるかを予測するには、放射性トレーサーを用いた研究の結果を待つ必要があります。

動物の栄養と代謝
各種飼料の栄養価はどのくらいですか？
動物栄養学研究において、飼料効率、つまり摂取した飼料1ポンドあたりの動物の体重増加量は、終わりのない研究段階にあります。このような研究の標準的な方法は、数週間または数ヶ月間、複数の動物群に異なる飼料を与え、使用した飼料1ポンドあたりの体重増加の平均値を求めることです。

近年、科学者たちは化学試験を用いて、飼料中のカルシウム量と排泄量を比較しています。これにより、様々な飼料におけるこれらのミネラルの見かけの消化率が算出されています。しかし、これらの化学試験における重要な誤差要因の一つが、研究者を悩ませていました。

動物に与えられる栄養素には「ターンオーバー」が存在します。飼料中の成分は動物の体内に吸収され、しばらく体内に留まり、その後排泄されます。例えば、牛は乳を生産し始めて最初の6ヶ月間、通常の飼料に含まれる量よりも多くのカルシウムを（乳と排泄物を通して）失います。この循環量が不明である限り、例えば科学者は、摂取するカルシウムと排出するカルシウムの量を測定するだけでは、アルファルファの干し草に含まれるカルシウムの量を推測することはできませんでした。

かつて科学者たちは、食事からカルシウムを一切摂取しないことでしかこの問題を研究することができませんでした。この不自然な条件下では、排出されるカルシウムはすべて動物の体外から供給されていました。

放射性カルシウムを牛の餌（または血液に注入）に入れることで、科学者は排泄されたカルシウムのうち、動物の血液や臓器からどれだけのカルシウムが排出されたかをすぐに知ることができる。 12通常の条件下では、消化可能なカルシウム含有量は24%と推定された飼料が、化学的に測定された結果、トレーサー法では38%であることが典型的な例で判明しました。

トレーサー法では、牛乳にはリンが含まれていることが示されていますが、そのうち飼料由来はわずか20%、牛の骨由来は80%です。卵の場合、リンの約65%は飼料から、35%は鶏から供給されています。放射性トレーサーは、生化学者が言うところのこのような「生物学的経路」の測定を可能にします。

赤身の肉は「生で」推定できますか?
飼料の価値は、屠畜場で確認されると言ってもいいでしょう。つまり、かつては特定の飼料の価値は、屠畜体が解体され価格が付けられるまでは分からなかったのです。

時間と費用の制約から、過去の研究者たちは、数週間にわたって動物群に同じ飼料を与え、体重と体高を測定することで総成長量を推定するのみでした。しかし、この方法の主な欠点は、総成長量しか測定できないことです。肉用動物においては、総成長量を知ることよりも、より価値の高い赤身肉、脂肪、そして単なる水分の増加量を知ることが重要なのです。原子力を基盤とした技術は、動物に放射能汚染を与えることなく、新たなアプローチを可能にしました。

地球誕生以来存在する「背景放射線」の一部は宇宙線（宇宙から来るもの）から、一部は地球自体に含まれる放射性物質から来ています。これらの天然放射性同位体の一つが放射性カリウムで、これは微量ながらも相当な量で食品、人体、そして建築材料に存在しています。

炭素、水素、酸素などの化学物質は生物のほぼすべての種類の物質に含まれていますが、動物においてカリウムは特別な役割を果たしています。カリウムはほとんどの場合、骨や脂肪や水ではなく、赤身の肉に蓄積されます。

生物学と医学の研究者が協力して「全身」放射線カウンターの開発に取り組んでいます。人間や動物は実際にこれらの巨大な装置の中に閉じ込められ、 13これらのカウンターは非常に感度が高く、体から放出されるほぼすべての放射線を測定できます。これらのカウンターは多くの疑問に答えるのに役立ちますが、ここでは肉用動物の放射性カリウムの測定にのみ使用します。動物には放射能を添加していない試験飼料を与えます。1週間以上の間隔で体重を測定し、自然放射能の検査も行います。体重測定から総増加量がわかり、放射性カリウムの測定から目標とする赤身肉の増加量がわかります。この方法は驚くほど簡単で、飼料に放射能を添加していないため、動物はそのまま市場に出すことができます。

甲状腺は母乳や卵子の生産に影響しますか?
動物における甲状腺の重要性の認識、ヨウ素と甲状腺との関連性、そして優れたヨウ素放射性同位元素の利用可能性により、この重要な腺に関する研究が活発化しました。化学検査では、甲状腺と乳および卵の生産との関連が示唆されていました。放射性ヨウ素を用いて、科学者たちは乳および卵の形成が始まると甲状腺の活動が活発になることを発見しました。暑い時期には、乳および卵の生産量が減少するため、甲状腺の活動も低下します。

酪農家は、放射性ヨウ素で測定した甲状腺の活動に基づいて、将来的に乳生産に適した子牛を選抜できるようになるかもしれません。現状では、酪農家は子牛を数年間成長させ、乳を生産させた上で、群改良に使用する子牛を選抜する必要があります。（図4参照）

動物栄養研究におけるトレーサーの増加
マイクログラムレベルの女性ホルモン[1]は、牛や羊の肥育を促進する。しかし、この方法を食用動物に使用する前に、残留物による人体への危害の可能性がないことを確認する必要がある。化学検査では、測定は 14これほど微量のホルモンを体内に取り込むことは不可能だった。放射性炭素14を用いたとしても、体内のホルモン濃度を測定可能とするには、通常の1000倍ものホルモンを投与する必要があった。

図4 — 甲状腺の活性が測定されたことから、将来乳量の多い牛が子牛として選抜される可能性があります。微量のヨウ素131を投与すると、数分以内に甲状腺に濃縮されます。濃度が高いということは甲状腺の活性が高いことを意味し、高齢の牛では乳量が多いことを意味します。

ヨウ素131を摂取すると、甲状腺に濃縮されます。
最近、水素同位体（トリチウム、H³）がホルモンと関連付けられました。これらのホルモンは牛に通常量で投与されました。投与から90日後の検査では、肉中のホルモン濃度は1ppb未満でした。これは、ホルモンを用いた肉用動物の肥育コスト削減に向けた大きな一歩です。

市場に出荷される牛の慣習的な体重減少を抑えるため、精神安定剤の使用が提案されています。これらの化学物質は微量で使用されているため、残留物は放射性トレーサーを用いなければ検出できません。現在、保健当局は精神安定剤の効果を研究するためにトリチウムを使用することができます。

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昆虫
昆虫はどこをどのくらいの速さで移動するのでしょうか?
放射性同位体は、昆虫、そのライフサイクル、分散、交尾・摂食習性、寄生虫、捕食者などの研究に利用されてきました。数十種の昆虫を対象に、数百件ものこのような研究が行われています。

放射性トレーサーがあれば、どんなに小さな昆虫でも追跡が容易になります。例えば、カナダでは約50万匹の蚊の幼虫に放射性リンが標識されました。これらの幼虫の成虫の中には、後に7マイル（約11キロメートル）離れた場所でも発見されたものもありましたが、ほとんどは8分の1マイル（約1.2キロメートル）以内で回収されました。

関連する研究では、バッタに同じ同位体標識を付けました。バッタの平均移動速度は時速わずか21フィート（約6.4メートル）で、7日後には位置は完全にランダムな動きと卓越風によって決まるようになりました。バッタには餌に向かって移動する能力がないようです。

昆虫は花粉をどのくらい遠くまで運ぶのでしょうか?
この問題は、植物の純粋種を維持するために、種子畑をどの程度離すべきかを知る上で、実用上重要な意味を持ちます。過去には、ある目に見える形質に対する優性「マーカー」遺伝子を持つ植物を、そのマーカー遺伝子を持たない植物で囲んで栽培するという、骨の折れる方法が用いられていました。翌年、マーカー遺伝子を持つ植物から様々な距離にある植物の種子を栽培し、遺伝子的にマークされた花粉がどの程度運ばれたかを調べました。このような植物は通常、他家受粉するため、マーカー遺伝子の有無に関して遺伝的に純粋な系統を得ることは困難でした。また、相当な試験と記録作業が必要でした。

トレーサーを使えば、数日で答えが見つかるかもしれません。植物に放射性リンを注入すると、数日後にはその花粉は高濃度の放射能を帯びます。標識をつけた植物から様々な距離にある花の放射能を毎日検査することができます。アルファルファを使ったある研究では、放射性花粉はミツバチによって最大9メートルも運ばれましたが、 163分の1は、ラベルの貼られた植物に隣接する植物に付着しました。

捕食動物は昆虫を駆除するために使われますか?
害虫については、植物病害と同様に、生物的防除の方が人為的防除よりも経済的です。殺虫剤の使用は、害虫だけでなく益虫も殺してしまうケースが多々あります。害虫に対する抵抗性を持つ特定の植物の育種においては、限定的な成功しか収められていません。

近年、農業において生物的防除が 2 つの重要な用途で使用されています。カリフォルニアの雑草を駆除するためにオーストラリアから昆虫を輸入することと、特定のカイガラムシを駆除するためにテントウムシを配布することです。

図5 — 不要な昆虫を駆除する捕食者の特定。

アブラムシは放射能を帯びる。

近くで見つかった大型の昆虫は放射能がないか検査されます。

マルハナバチは放射能アブラムシを食べていないが、カマキリは食べている。

有益な寄生虫や捕食者は、利用する前にまず特定する必要があります。小型昆虫や夜行性昆虫の場合、これは非常に困難です。捕食者を特定するために、害虫に放射性同位元素を標識する 17最も効率的な捕食者が最も多くの活動を行っているため、それらを消費する捕食者の選定ははるかに簡単です。

昆虫学者は、このような技術を用いて、不要なアブラムシ、蚊、ブユ、ゴキブリなどを捕食する昆虫や動物を研究してきました。こうした実験は、有害な昆虫を駆除するために特定の捕食者を意図的に増やすことにつながる可能性があります。

放射性標識は、益虫の研究にも役立ちます。あるケースでは、雄蜂のケージに十分な量のシロップがあっても、隣のケージの働き蜂から全く同じシロップを受け取っていたことから、雄蜂の怠惰さが明らかになりました。

トレーサーは噴霧残留物を測定できますか?
植物や動物に害虫や病原菌を駆除するために使用される物質は、食品に蓄積しないよう厳格な検査に合格しなければなりません。これは特に、「全身性」毒、つまり葉や根から植物に供給され、植物のあらゆる部位に運ばれる毒物に当てはまります。このような化学物質は、綿花などの非食用植物に広く使用され、その植物を餌とする害虫を駆除することができます。

放射性標識を他の技術と組み合わせることで、研究者はいくつかの化合物がすぐに無害な化学物質に分解されることを実証することができた。これは、食用植物への使用が認められるための大きな一歩である。

放射線源としての放射性同位元素
この冊子の冒頭で、放射性同位元素は「光」を発することからホタルに例えられました。同位元素は、トレーサーとしてだけでなく、研究においてもう一つ重要な役割を果たしています。

半径100マイル以内のホタルをすべて集めてガラス瓶に入れたとしましょう。時折きらめくのではなく、安定した光が放たれるでしょう。同様に、膨大な数の放射性原子を小さな体積に圧縮することで、安定した強力な放射線源を作り出すことができます。農業研究は、このような放射線源を用いることで、多くの疑問に答えてきました。

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放射線は新しい植物を生み出すことができるか？
原子力の生物学的側面の中で、植物の新品種を生み出す可能性ほど人々の心を掴んだものはおそらくないでしょう。種子や芽に目に見えないエネルギーを注ぎ込み、芽吹く葉や花の変化を観察することには、どこか神秘的な魅力があります。また、変化がどこで、いつ、どのような形で現れるかを予測できないという、宝くじのような難しさもあります。

原子放射線によって「生み出された」驚くべき新しい植物についての熱狂的な園芸家や種子販売業者の主張は疑わしいが、放射線が遺伝的変化を引き起こしたという明確な証拠は、抑制された科学雑誌の中にさえ存在する。

30年以上にわたる科学的研究から、いくつかの結論が導き出されました。高エネルギー放射線は、人間、動物、微生物、植物など、あらゆる生物に突然の遺伝的変化（突然変異）を引き起こす可能性があります。遺伝的制御を受ける植物のあらゆる特徴（根、芽、葉、花、果実など）は、放射線によって変化する可能性があります。これらの変化のほとんどは望ましくないものであり、生物の正常な状態を阻害します。突然変異した生物のごく一部は、何らかの形で改善されます。これまでのところ、変化を制御または予測することはできません。

現在までに、放射線によって改良された14種類の新しい農作物が世界各地で生産されています。これらの品種の生産地と発表日は以下の通りです。

「Primex」ホワイトマスタード、スウェーデン、1950年
「クロリナ変異体」タバコ、インドネシア、1950年頃
「シェーファーズ・ユニバーサル」豆、ドイツ、1950年頃
「レジーナ II」夏の菜の花、スウェーデン、1953年
飼料用エンドウ豆「ワイブル・ストララート」、スウェーデン、1957年
「サニラック」ネイビービーン、ミシガン州、1957年
パラス大麦、スウェーデン、1958年
「NC 4X」ピーナッツ、ノースカロライナ州、1959年
「フローラッド」オート麦、フロリダ、1960年
「シーウェイ」豆、ミシガン州、1960年
「アラモX」オート麦、テキサス州、1961年
「グラティオット」豆、ミシガン州、1963年
「ペンラッド」大麦、ペンシルベニア州、1963年
「ユーコン1」カーネーション、コネチカット州、1963年
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これらの例では、処理された種子から直接育った植物には望ましい変化は見られませんでしたが、数世代後には現れました。多くの場合、望ましい変化が見つかるまでに数十万本の植物が検査されました。望ましい変化はほぼ常に望ましくない変化を伴い、使用可能な品種を得るには何年もの交配と「精製」が必要でした。

放射線育種技術は、低コストで大量に増殖・廃棄できるあらゆる生物に応用可能です。ペニシリンの生産量は、この抗生物質を産生する微生物に繰り返し変異を引き起こすことで、1000倍に増加しました。家禽類の放射線育種に関する研究もいくつか開始されています。

植物病害の分野では、誘発突然変異の巧妙な逆の展開が試みられています。種子や植物に放射線を照射して病害抵抗性の突然変異を獲得しようとする科学者がいる一方で、病害を引き起こす菌類に放射線を照射する科学者もいます。彼らはこうして、自然発生する病原微生物の新種を予見し、新たな病害が出現する前に耐性植物を育成しようと試みています。

放射線が植物の成長、発芽、成熟の促進などを促進するという主張があります。同様の効果が人間の健康にも及ぶと主張されることもあります。しかし、こうした主張は、信頼できる研究機関で証明されることはほとんどありません。ある権威者の言葉を借りれば、放射線は「剪定ばさみが刺激を与えるのと同じような意味でのみ」刺激を与える可能性が高いようです。

放射線は細菌や昆虫を破壊できますか?
食品技術者は10年以上にわたり、放射線を用いた食品保存の方法を研究してきた。その研究結果によると、食品を完全に放射線で殺菌するには、非常に高い線量（200万～600万レントゲン[2]）が必要となり、コストがかかる。20 現状では、これは法外な費用がかかり、食品が不味くなることも少なくありません。これほどのエネルギーは、通常食品の腐敗を引き起こす微生物や酵素を完全に破壊してしまいます。

食品保存に放射線が利用される場合、それはおそらく従来の加熱・冷凍法を補完するものとして用いられるでしょう。肉、果物、野菜に含まれる微生物の大部分（全てではない）を放射線で「低温殺菌」することは、殺菌に必要な量の5%未満で達成できます。このような処理は風味や食感を大きく変えることはなく、多くの生鮮食品の冷蔵保存期間を延ばすために利用できます。食品保存のための高エネルギー放射線の使用を承認する前に、人類の福祉に脅威が及ばないことを確認するのは、連邦食品医薬品局（FDA）の責任です。

穀物、タバコ、羊毛などの乾燥状態で保管される農産物の場合、主な被害要因は微生物ではなく昆虫です。米国では、昆虫による貯蔵農作物の損失は年間2億ドルと推定されています。これらの農産物を「低温殺菌」レベルの放射線で除虫することは実用的であり、製品に明らかな変化は見られません。

他の多くの食品と同様に、ジャガイモは収穫から消費までの間、何ヶ月も保存されることがよくあります。保存中は、腐敗だけでなく発芽による劣化を防ぐための注意が必要です。

冷蔵保存は発芽を抑制しますが、コストがかかり、さらに深刻な欠点があります。ポテトチップスの製造において、低温で保存された塊茎は過剰な糖分を含み、チップスが黒ずんでしまいます。高温で保存すると、デンプン質が糖分に変換されるのを防ぎますが、発芽を促進します。

原子力はこのジレンマを解決する可能性を秘めています。低線量のガンマ線（5,000～10,000レントゲン）を照射すれば、ジャガイモは室温で1年以上も発芽せずに保存できます。タマネギも同様の線量で発芽を抑制します。塊茎や球根をこのような線量で照射する場合の推定コストは、1トンあたりわずか14セントです。照射されたジャガイモには、食用に適さないほどの化学変化はまだ見つかっていません。実際、カナダの保健当局は、 21最近、保存後に人間の食用となるジャガイモの塊茎へのガンマ線照射が承認されました。米国食品医薬品局（FDA）も、ベーコンへのガンマ線照射と小麦への高速電子照射（害虫駆除用）を同様に承認しています。

原子力エネルギーの農業への巧妙な応用の一つに、アメリカ南部、メキシコ、カリブ海諸国の広い地域に生息するラセンウジバエが挙げられます。このバエは家畜の傷口、特に新生児のへそなどに卵を産みつけ、穴を掘るウジ虫によって家畜は必然的に死に至ります。アメリカ南東部では、この昆虫による被害は年間1,500万ドルから2,500万ドルに上ります。

1958年から1959年にかけて、フロリダ州全域、ジョージア州、アラバマ州の一部の上空に、20億匹以上のラセンウジバエが飛行機から意図的に放たれました。この驚くべき行為は、アメリカ南東部からこの害虫を根絶するための大きな一歩となりました。

この驚くべき計画を考案した昆虫学者たちは、基礎研究から以下の情報を得ていました。この昆虫は約3週間ごとに世代交代をします。蛹の段階では、オスは2500レントゲンのX線またはガンマ線で、メスは5000レントゲンで不妊化できます。この昆虫は大量飼育が可能です。不妊化したオスは、交尾相手を巡って通常のオスと十分に競争できます。そしてもちろん、不妊卵は孵化しません。（メスが一度しか交尾しないことは、偶然ではありますが、この計画に役立ちました。）

カリブ海の島での初期試験の後、大規模なハエ生産工場が建設されました。ハエは蛹まで育てられ、8000レントゲンのガンマ線を照射され、成熟した後、飛行機から放されました。フロリダ、ジョージア、アラバマの上空では毎週5000万匹のハエが放たれ、その地域は不妊のハエで覆われ、孵化する卵（通常の在来種のハエから）の数は急速に減少し、ゼロになりました。このプログラムは18ヶ月間継続され、この間にハエは完全に駆除されました。

不妊症撲滅技術の対象として、ワタミゾウムシ、ヨーロッパアワノメイガ、蚊、ツェツェバエなど、他の昆虫も検討されています。東洋の科学者たちは、従来の加熱法の代わりにガンマ線を用いて、繭の中の蚕を殺しています。

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放射線は家畜にどのような影響を与えるのでしょうか?
国内のいくつかの農業大学では、家畜に対する放射線の影響が研究されています。

豚やロバに例えられるのは必ずしも喜ばしいことではないかもしれませんが、人間は生理学的に豚やロバと非常によく似ているという事実は変わりません。これらの動物は単純な胃を持つ哺乳類であり、臓器の大きさ、形状、配置も人間とほぼ同じです。豚やロバを用いた放射線研究は時間がかかり費用もかかりますが、小型実験動物を用いたより迅速かつ安価な研究よりも、人間に応用可能な情報が得られるはずです。

放射線は他に何を教えてくれるのでしょうか?
土壌の肥沃度に加えて、極めて重要でありながら測定が難しい2つの特性があります。それは水分と密度です。効率的な灌漑のためには、水分を頻繁に測定する必要があります。密度は、水と酸素が利用できる間隙の空間を左右します。耕起機や収穫機による土壌へのダメージの可能性は、密度の測定前後を比較することで明らかになります。

土壌水分と密度は、かつては実験室で測定されていましたが、その方法には2つの欠点がありました。1つは手間がかかり、もう1つは不自然な状態の土壌を検査するということです。今日では、いわば二重放射法を用いて、これら2つの土壌特性を測定することができます。

中性子は水によって容易に散乱されますが、土壌によって散乱されません。ガンマ線は土壌と水の両方に吸収されます。実際には、実験者は土壌に数フィート離れた2つの穴を掘ります。一方にガンマ線源を、もう一方に放射線検出器を設置します。検出器の目盛りの指示値は、土壌と水の両方に吸収されたガンマ線の量を示します。ガンマ線源を中性子源に置き換えると、水のみによる吸収量が得られます。2つの指示値の差は、土壌の本来の状態における密度、つまり圧縮度合いに起因します。

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結論
放射性トレーサーと放射線源は、農業研究のあらゆる段階に不可欠なものとなっている。それらは、答えられないと思われた疑問に答える助けとなってきた。しかし、自然に投げかけるべき疑問は常に存在する。1890年の物理学者・哲学者たちは、物理宇宙に関する重要な知識をすべて獲得したと確信していた。しかし、その後20年間の発見は、その確信が未熟であったことを明らかにした。

現代の詩人アーチボルド・マクリッシュは知識の乏しさを劇的に表現した。[3]

私たちが学んだことすべてをお話しします…

空の光は星です

彼らは見ていないと思う

私たちもそう思う

木々は私たちのことを知らず、草の葉は私たちのことを聞いていません。

おそらく、今日の科学者の最も特徴的な認識は、宇宙は完全に説明するには複雑すぎるということ、新しい発見を吸収するために概念は繰り返し変化しなければならないということ、そして、繰り返される生命の奇跡は人間の脳が考え出せるどんな数式、どんなコンピューター、どんなロケットよりも雄大であるということだろう。

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推奨参考文献
生命科学における放射性同位元素と放射線の応用。米国議会原子力合同委員会研究・開発・放射線小委員会公聴会、1961年3月27日～30日。米国政府印刷局文書管理局、ワシントンD.C.25、1961年、513ページ、1.50ドル。

種子への放射線照射実験。トーマス・S・オズボーン著。米国原子力委員会技術情報普及部、テネシー州オークリッジ。第1号、11ページ；第2号、30ページ、無料。

オクラホマ会議—農業における放射性同位元素。（1959年4月2日および3日にオクラホマ州立大学で開催された会議の議事録）TID-7578。米国政府印刷局文書管理局、ワシントンD.C. 25、1959年、287ページ、2ドル。

農業における放射性同位元素（1956年1月12日～14日にミシガン州立大学で開催された会議の議事録）TID-7512。米国政府印刷局文書管理局、ワシントンD.C. 25、1956年、416ページ、3ドル。

科学と産業における放射性同位元素。米国原子力委員会。米国政府印刷局文書管理局、ワシントンD.C. 25、1960年、176ページ、1.25ドル。

放射線照射種子から何が期待できるか？ジェームズ・L・ブリューベーカー著。米国原子力委員会技術情報普及部、テネシー州オークリッジ。日付なし、8ページ、無料。

映画
（米国原子力委員会広報部（ワシントンD.C.）から無料で貸し出し可能）

原子力時代の収穫、20 分、16 mm、カラーおよびサウンド、1963 年。

脚注
[1] 1マイクログラムと1000ポンドの雄牛の関係は、1セントと45億ドルの関係と同じです。
[2]レントゲンは電離放射線の単位であり、フートカンデラは光の単位です。簡単に言えば、レントゲンとは、標準温度・標準気圧の条件下で乾燥空気1立方センチメートル（cc）あたり1静電単位（esu）の電気を発生させるX線またはガンマ線の量です。これは取るに足らないエネルギー量のように聞こえるかもしれませんが、実際には1立方センチメートルあたり20億回以上の電離に相当します。
[3]『地に残されるべき手紙』より
転写者のメモ
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*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「農業における原子：核科学の農業への応用（改訂版）」の終了 ***
《完》