農 業 と 科 学

平成 18
年10月 1日

第三種郵便物認可(1)， ・""1011，.
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微 量 元 素 よ も や ま 話 [1]ホウ素
京都大学名誉教授

高 橋 英
岩波生物学辞典の「微量元素」の項を引くと生その後このホウ酸を金属カリウムで還元して，体内に微量 (ppmレベル)存在する生元素(生命1808年にホウ素が元素として取り出されました。
ホウ素の単離は三人の化学者によって，同じ方法で殆ど同時に行われました。すなわちフランスの.
百lenard)とゲイ・リュサック(J.L.
テナール(L.]
GayLussac) が1808
年 6月21日に，イギリスのデーヴィ (H.Davy)が同年同月 30日に単離に成功したことを発表しました。デーヴィは 9日遅れていますが，単離の手段となった金属カリウムをつく
80
7年 10月，ったのはデーヴィでした。彼は前年の 1水酸化カリウムの溶融電解によって金属カリウムの単離(カリウム元素の発見)に成功していました。
天然に産するホウ素化合物
自然界に存在する元素の多少の目安になるものにクラーク数 *1があります。ホウ素のクラーク数.
001% (10ppm) で88元素中 41位ですが，海水は00位と比較のホウ素濃度は 4.6ppmで，溶存元素中 1的高い値になっています(因みに海水中のリンは17位の 0.07ppmに過ぎません)。土壌中のホウ素濃0 (2‑100) ppmで、塩類土壌に多い傾向があ度は 15元素 (B，F，Si，活動に関与する元素)として 1

V.Cr. Mn. Co. Ni.Cu.Zn.As. Se. Mo. Sn1)があげであります。ここではその中からホウ素，モリブデン，セレン，フ、ソ素，ヒ素の 5元素と，かつてメンデレーフがエカケイ素として存在を予言したゲルマニウムをとりあげ それらにまつわるお話をしたいと思います。
ホウ素の発見ホウ素という元素が発見されたのは 19
世紀の初1808年)ですがめ (ホウ素を含んだ化合物は古くから知られていました。それは天然に産出するホウ酸のナトリウム塩であるホウ砂で，中世には金属の接着などに利用されていました。さらに 18
世紀の初め (1702年)，ホンベルグ (W.Homberg)というオランダの医者がホウ砂を硫酸と熱して，

sedativesalt)Jと「ホンベルグの沈静作用をもっ塩 (呼ばれるものをつくりました。これはホウ酸のことで， I塩Jとよぶのは化学的に正しくありません。

一本 号 の 内容一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑ 1i S微量元素よもやま話[1]l￨

ホウ素
京都大学名誉教授

高橋英一
S北海道における施肥(6) .
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平成一適正化ヘ(財)北農会

関矢信一郎
Sのり面緑化工の変遷について[3]…...・ ・.
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1会 長

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ーのり面緑化工と導入植物の変遷‑
エコサイクル総合研究所
中野緑化工技術研究所

中野裕司

(2) 第 三 種 郵 便 物 認 可

農 業 と 科 学

平成 18
年10月 1日~1"h ， ll lI"喝，，，，，， 1 ，，，.，，，，，， .1・， 11 問問'，， 11 ， 11". 司 1111 川 111...ldllllll' ，.. ...fl ， IIIIIU....~\.IIII'U ・・・ 4 川 11111" ー‘川州1'1I ...~llll tI・・・・ ....."'11 ・""....川 1""".....'11"・ ".1......" ・..""， .....1'." ， 11. ，圃噂川， "1 ，，'....川 .'1'11" ，，，，.，，，・d・ III~ 田川， 1 ， .11・，ります。天然に産するわれわれに馴染み深いホウ

図 1.口スアンジェルスからサールス湖への道
カリフォルニア

素化合物としてはホウ酸とホウ砂があります。

ホウ酸は火山活動のあった地域に産することが多く，しばしば温泉に伴って地表にもたらされます。天然のホウ酸は 1778年

イタリア中部トスカナ地方の温泉で発見されました。分析の結果この

ネヴ、アダ

温泉は 0.
5‑1.0%のホウ酸を含んでいました。温泉からは強い硫黄臭の蒸気が立ちのぼり，地面はところどころ白い塩類の沈澱で覆われ，その中にホウ酸の結晶が見つかりました。
その後この天然ホウ酸はピサからシエナの聞のおよそ 100平方哩の地域で産出することが分かり91818
年になってラルデレル (FrancescoLarderel)
伯爵という貴族がトスカナ地方のホウ酸工業を起こしました。このホウ酸はイギリス，フランスに送られ，そこで純度の高いホウ砂にかえられましメキシコた。そして 1
9世紀の末にカリフオルニア産のホウ砂に取って代わられるまでイタリアは最大のホウ酸輪出国の地位を保っていました。
ホウ砂は火山地帯の他に塩湖や砂漠地帯に産出します。ホウ酸が発見されるまでは，ホウ砂をつくるのにテインカル (tincal) と呼ばれた鉱物が使われていました。これはチベットの荒原に産するホウ砂で，羊の背に積んでヒマラヤを越えカルカッタまで運ばれ，そこからヨーロッパに輸出されていました。ところが 1
9世紀後半，カリフオ
ルニアのモハーべ (Mojave) 砂漠に，ホウ砂の大鉱床が発見されました。これについてイギリスのロボッタムという探鉱家の興味深い報告があります(ArthurRobottom:TheHistoryofCalifornianBorax，ChemicalNews244‑2461886)。
彼は 1874年，ネヴァダのホウ砂探査の帰途サンフランシスコで，モハーヴェ砂漠にホウ砂を産する塩湖があることを耳にし非常に興味を覚えました。そこで自ら調査することを決心し，サンフランシスコから船でロスアンジェルスヘ赴き，そこさで!瞬、馬の旅を続けようやくスレート山脈からから螺馬に乗って内陸部ヘ向かいました。

42
哩のところにあるジム・ブリジャー勺の小屋目的地の塩湖(現在サールズ湖とよばれている)に辿り着きました。その辺りはグリースウッドとは，ロスアンジェルス北東 140哩余りのところに呼ばれる低木とガラガラ蛇以外は生き物の姿が見あり，デスバレー (DeathValley) の西を走るスられない荒涼とした風景であったとロボッタムはレート山脈 (SlateRange) の南西山麓近くに位置記しています。

しています(図 1参照)。彼は 1日12‑14
哩の速ブリジャーの小屋に暫く滞在したあと再び旅を農 業 と 科 学

平成 18
年10月 1日

第三種郵便物認可(3)

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ました。そしてそこでこの塩湖の発見者のサー

しかしその後ホウ酸入りの食品をとり続けると慢r1es) に会いましルズ兄弟(JohnandDennisSea

性中毒を起こす危険のあることが分かり，欧米やた。サールズ兄弟は 1
849年に起こったゴールドラ

日本では食品への添加は禁止されました吋。

ッシュの一旗組 (For句T‑
Niners，49年組と呼ばれ一方ハイテク時代の新しいホウ素の利用も生ま

873
年にこのホウ砂を産する塩湖る)の仲間で， 1れています。その一つにホウ素の原子核の特性をを発見したのでした。

生かしたものがあります。

ロボッタムはサールズ達と調査をし，湖の中央

ホウ素には原子量 10の lOB(19.
9%) と11の llB

数千エーカーの地(80.
1%) の 2種の同位体がありますが， lO
Bは低面が厚さ 3インチから 2ブートの厚さで天然の棚速から高速にわたる広いエネルギ一範囲の中性子砂に覆われていることを確認しました。彼はカリ(n) を吸収できるという特性をもっています。に長さ約 5哩の塩の層があり

and)フオルニアを去る前に，この土地 (boraxl

1:B+;n‑→ ;Li+;He1280エーカーを購入し 採掘したホウ砂を螺馬の背 で420哩離れたサンフランシスコまで運び，そこれを利用して金属ホウ化物や炭化ホウ素が，中こからイギリスヘ積み出しました。

性子遮断材や原子炉の制御棒として原子力施設でこうしてモハーヴェ砂漠のホウ砂は始めて世に用いられています。

でましたが，その後この辺りは世界最大のホウ酸

このホウ素の性質は医療の分野で，脳腫療の治塩の産出地になります。因みにその中心地の町の療にも活用されています。「ホウ素の中性子捕獲

名は， Boron (ホウ素)です。

治療 (BoronNeutronCaptureTherapy:BNCT)J

ホウ素化合物の利用と呼ばれるものでホウ素を含んだ脳腫湯細胞に今から二千年の昔の古代ローマでは，しばしば親和性の高い化合物を患者に投与し，それが脳腫剣闘技が催されていました。その際，血に汚れた湯細胞に取り込まれた頃に腫蕩部位に絞って中性円形闘技場の地面をきれいにするのに，皇帝のネ子束を照射し，ホウ素の原子核に吸収させます。

ロは砂を撒くかわりにホウ砂を撒いたといわれまするとホウ素は分裂してリチウム (Li) とアルフす。このことは， 19
世紀英国の政治家で劇作家，ア粒子 (He) になり小説家でもあったリットン卿 (1803‑1873) の代効率的に叩きます。しかしアルフア粒子は飛距離表的な作品「ポンペイ最後の日 J(1834) に記さが短く，核反応で発生した場所から他の細胞を貫れていますがワ通することはないのでこのホウ砂はどこからもたらされたのでしょうか。

健康な細胞組織を損傷することはありません。

それはさておきホウ砂は，金属の溶接(鎖付けの助剤)や陶磁器の紬薬

アルフア粒子がガン細胞を特殊ガラスや砿榔の原ホウ素と植物ホウ素が植物体中に最初に発見されたのは 1857料などとして古くから利用されていました。また年のことで，それはヤブコウジ科のイズセンリョウ

先に述べたように 18世紀にホウ酸が手にはいる(Maesapicta，N.
O.
) の種子でした。それから大と，そのマイルドな殺菌，防腐作用が保健医療用分たった 1888
年にに利用されるようになりました。例えば目薬，うくホウ素が検出され保存料としてのホウ酸の添がい薬，傷口や嫡れの手当に用いたホウ酸綿，ホ加が疑われました。そこで原料のブドウ汁を集めウ酸軟膏，更にはゴキブリ駆除用のホウ酸団子やて分析したところカビの生えないホウ酸入りデンプン糊("不易糊")まれていたことが明らかになりました。同じ頃ビなどです。

ールや砂糖大根の絞り汁 (sugarmust) にもホウまた食品の保存手段であった塩蔵に代わって，ホウ酸(ホウ砂も)が防腐剤として，ソーセージ，多くの産地のワインに例外なホウ素はもともとブドウに含素が見出されましたがこれは原料であるホップや砂糖大根に含まれていたものでした。

(4)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 18
年10月 1日

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世紀の末には，ホウ素は広く乏症を発現するには至りませんでした。オオムギ

植物界全体にわって分布しており，植物の種類にのホウ素要求量は小さいので，培養液に混入してよってホウ素含量は大きな差のあることが明らかいたホウ素で間にあっていたものと思われます。になりました。たとえば初期にホウ素の存在が認

1920年頃までホウ素の明瞭な欠乏症は知られめられたブドウやホップや砂糖大根はホウ素含量ず，むしろ害作用の方が問題でした。とくに第一が高いが，禾穀類(オオムギ，コムギ，イネなど)

次大戦 (1914‑1918) 中にアメリカで発生したは著しく低いことが分かりました。

カリ肥料に含まれていたホウ砂による農作物被害

これと平行してホウ素が植物の生育に与える影響をみるために，栽培試験も行われましたが，当時は現在の微量必須元素の試験のように，ホウ素は深刻でした句。しかし戦後間もなく，偶然のことからホウ素欠乏症が発見されました。
ロザムステッド試験場の昆虫部の D
avidsonは，ホウ酸添加の影

1920
年に水耕したソラマメにいろいろな無機化合響をみるのが一般でした。したがって生育に何ら物を与えてアブラムシに対する摂食忌避効果を調の影響も見られないかべていていました。その際少量のホウ砂が生育を促進することを認めたので植物部にその確認を培地から極力除くのではなく添加量が多すぎて害作用がでるかという結果にとどまった試験が多かったのも当然で、した。

renchleyのもとにいたKatharineを{衣頼しました。 B

水耕試験で，極めて低い濃度のときに生育が促進

Waringtonはこれを担当し，詳しい栽培試験を行った結果，ソラマメの生育はは僅か 0.08ppmのホされるのを認めたものもありました。図 2はロザム

ウ素があれば正常で、あるが図 2.培養液中のホウ酸濃度 (ppm)とオオムギのある異常症状を呈し遂に枯死することを認めました。またホウ素は生育の全期間にわたって必要で、しかし中にはホウ酸の添加量を広範囲にかえた

乾物重 (gm) との関係

(Brenchely1911)

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その効果は刺激的なものというよりも栄養的なものであるとし

1923年のAnnalsofBotanyに発表しました。これは後にホウ素が植or
al、、TShoot

物の微量必須元素に認められた年とされます。

一問題であり，マメ科植物の特殊な栄養生理(共生一的窒素固定など)がホウ素を要求するのではない

10.
4あったことから全く与えないと特徴

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この図は培養液中のホウ酸濃度 O.02ppmでオオムギの生育量は最大で、 4ppm以上で、過剰害が現われることを示している

しかし前述のように発表当時は有害作用の方がかと考えられたりしていました。ところがその後
ヒマワリ，ワタオオムギ

ソノすヒエ

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カラシなど広範な作物についてホウ素の必要性がipman1926)，また水耕で認められ (Sommer& L
野外で原因不明の生理病とされていた砂糖大根の「心材腐朽 j はホウ素欠乏が原因で，ホウ素施用

ステ、ソド試験場の女d性botanistのWinif
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によって治癒できることが発見されるにおよんでが191
1年にオオムギについて行った結果です。こ(Brandenburg1931)，ホウ素の必須性はようやくのホウ酸 (H3B03)添加で，生れをみると 200ppm一般の認めるところとなりました。

育は無施用に比べて著しく阻害されましたが，添このホウ素の例が示すように微量元素が必須

加濃度を 4ppmに低下させると生育は回復してい元素になるまでには有害元素として登場し，ついます。そして O.lppmまで生育はかわらず， 0.
04‑で刺激元素と見なされる段階を経るのが一般でしO.Olppmの問で、は生育促進が認められ，無施用でた(ホウ素の他に銅亜鉛もとに戻っています。この結果からホウ素には

W.E.Brenchley lnorganicP
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マンガンなどがある農 業 と 科 学

平成 18年10月 1日

第三種郵便物認可(5)

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Stimulants，CambridgeAgriculturalMonographs
1927)。
そして先ず特定の作物について欠乏症が水耕試
験などによって明らかにされついで、それが各種場は細胞壁です。したがって細胞に細胞壁を持た作物に拡張されさらに野外の経済作物にも欠乏ない動物がホウ素を必要としないことは理解でき症状が発見されその元素によって治癒されるこます。また細胞壁の成分組成は植物の種類によっとが証明されて始めて必須性が一般に認められまて異なる(たとえばイネはトマトにくらべてペクす。その後植物生理学生化学分野での研究によチン含量が非常に少な~ ~)ことは以前から知られって必須性の理論的裏付けがされて，微量必須元ていましたが，これがホウ素結合サイト，ホウ素素としての評価が確定します。

含量，ホウ素要求性，ホウ素耐性の植物による遠生物進化とホウ素一現象の背後にある意味一いの原因であったことも分かります。

最後にホウ素と生物の関わりについて考えてみさらに細胞膜や細胞質にくらべて軽視されがちたいと思います。ホウ素はこれまで植物を中心に，であった細胞壁の意義の再認識を，ホウ素は提起したように思います。

いろいろな現象が明らかにされてきましたが，主なものは次の三点に要約できます。

1)微量のホウ素は植物の生育に必須だが，動物には必要で、ない。

e以上の現象的知見から次のような意味が読みとれます。
ホウ素が必須元素としての役割を果たしている細胞壁には細胞の吸水によって内側から膨圧が常にかかっておりこの力を利用して植物細胞は伸長したり大きくなったりします。また植物の細

2)植物のホウ素含量，ホウ素要求性，ホウ素胞は，細胞壁のおかげでタイヤのように丈夫で弾耐性は植物の種類によって大きな差異があり，ホ力性があります。これに対してうすい細胞膜で包ウ素含量の高い植物は要求性が大で，過剰耐性も強い傾向がある。

まれただけの動物の細胞は軟らかい豆腐のようです。タイヤは接着してゆけば構造物をつくること

3)植物のホウ素欠乏症は根の先端や頂芽などができますが，豆腐では支えや覆いが必要になりの分裂組織に先ず現れ茎・葉柄の表皮組織の亀裂，果実や根菜の肥大根の表皮の褐変や亀裂，中ます。植物が動物のような骨を持たないのに，木造建築に見られるように丈夫にできている秘密心部の変色空洞化がおこる。これらのあるものは，細胞のっくり方にあります。

(トマトの尻腐れ落花生の空爽ハクサイ・キャ

植物の細胞は細胞壁を介して外界と接していまベツの心腐れなど)はカルシウム欠乏症と似たとす。養水分の吸収も環境中の微生物との相互作用ころがあり，またホウ素もカルシウムも共に，培も先ずこの細胞壁で起こります。それだけに細胞養液から取り除くと根の伸長は直ちに停止する。

壁が健全な構造，強さを保っていることは，植物さらに最近の間藤徹らによる細胞レベルの研究にとって大変重要です。そしてここにホウ素の意

では義があるわけです。必須元素は細胞の内部で何ら

4)植物に必要なホウ素の殆どは細胞壁に局在かの役割をもっているのが一般であるのに，ホウ‑しており，ホウ素は細胞壁を構成するペクチン質素の役割が細胞の外側の細胞壁に限られている

1(RGII)多糖の一種であるラムノガラクツロナン 1(少なくとも現時点で)という点で，ホウ素は特異と結合している。そしてこの結合サイト (RGII
含な微量必須元素です。

量)の多少は，ホウ素含量の多少に比例している。

ところでホウ素は植物の微量必須元素になって5)ホウ素は 2本のペクチン鎖を RGII領域で架橋しており，これは RGIIに含まれているアピオーいますが，必須性が確認されているのは羊歯植物以上の維管束植物です。これも興味ある現象です

ズという糖のシスの水酸基とホウ酸の水酸基どうが，それには次のような意味があると思われます。

しのエステル結合によって行われる。このホウ素三十数億年前，海の中に誕生した生命は原核生

架橋はカルシウムによって補強されている。
(間藤徹化学と生物

35(12) 864‑869 1997)

物のバクテリアから真核生物の動物と植物に進化し，更に多細胞化して今から四億年余り前に先ず(6)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 18年10月 1日~I'''"IIII''.・ 11'IUI"， ."lh.d. ・H 円四 '"11 ， 111'. 司 1111 川 III.....IIIIIIIII ，.. ...'I..IIIIU ・・ 0011 ，， ""1ドー "1111"11" ー‘ 1111 ・H ・ 11......11 11 '1・ 10 ， .....'''11'''' ， .....'11 川川』回 '11 ・ "1011......" ・ th.U. 圃司川 '"1111" 噂川 ..dlll~ ，. llhfl・， 11"..." ，.・ s ・ 1" ，，""1四 '."1" ，，..

れた環境を捨てて陸上に進出した原因として，海notric
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"cinnabar(E.B.L升ton:官 leLastDayso
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Libraryp.
365)
ノ「 tンサ(剣闘士#の試合を催した権力者)は自分水が光を吸収するために起こるエネルギーの不足がネロが常にしたようにが考えられます。生物の世界は究極的には太陽の散布するだけの財力をもっていないことを残念に光エネルギーによって養われているからです。

思った。 J

植物が上陸を始め動物がこれを追いました。海の中の植物は，光合成に必要な光も炭酸ガスもまた養水分も周りの海水を介してとることができるし，海水の浮力は体を支えてくれます。この恵ま陸上という新しい厳しい環境に適応するため闘技場に棚砂と辰砂を#剣闘士 (gladiator) :古代ローマの時代，市民に植物はいろいろな工夫をしました。地中に養水の娯楽のために分を求めて根をを相手に死ぬまで戦わされた奴隷や捕虜や罪人

地上に光と炭酸ガスを求めて葉を，そして両者をつなぐ維管束を内蔵した茎を分安

闘技場で他の剣闘士または野獣4 ホウ酸は昭和 3年に「飲食物防腐剤漂白剤化させました。これが典型的な陸上植物(維管束取締規則」ができたときから禁止されているが，植物)の姿です。

違反は絶えない。昭和 30年代には東京でホウ酸入植物が上方からくる光をできるだけ捕らえて大り煎餅による中毒事件や山口県から東京の市場にきく生長するには高く直立することが必要です。

運び込まれた蒲鉾や練り製品にホウ酸が使われ，植物は細胞壁を補強することによって機械的強度販売停止と大がかりな廃棄処分が行われるというを維持するという方法をとってきましたが，浮力事件が相次いだ。当時の食品衛生監視員の報告にを失った陸上では直立するのにその強化は一層必よれば，ホウ酸やホウ砂は防腐剤として使われる要であり，そこにホウ素を利用したと考えれば，以外に，煎餅，最中の皮，幼児用のウエハース，何故ホウ素の必須性が維管束植物に限られるのかソフトクリームのコーンカップなどにも使われて理解できます。ホウ素はいた。業者によると植物が上陸しコケ植物から維管束植物に進化してから仲間入りした新しい必須元素であるように思われます大 6。
勺クラーク数地球の表層を構成するすべての元素 (88種類)の量を重量百分率で表したも製品の出来上がりの色つやがよく，型抜きもきれいに仕上がるので，見かけの商品価値を高めるにはうってつけであるというのが使用の理由である。しかもホウ酸はうがい薬や洗眼用に誰でも薬局で簡単に買えるので違反がの。表層とは，岩石圏(地表から深さ 16kmまで)，絶えない。(昭和 44年 6月 2日 朝日新聞<違反

水圏，気圏をさし，地球全体の約 7%にあたる。と野放し:食品公害を考える>より)各圏の重量比は，岩石圏 93.06%，水圏 6.91%，気安5 ドイツは第一次大戦までヨーロッパ唯一の圏 0.03%で あ る 。 ( 大 沼 正 則 編 元 素 の 事 典 三

カリ生産国であったので省堂)

リカもカリを輸入することができなくなった。そ大戦勃発とともにアメワ JimBridger(1804‑
1881) は伝説的なマウン

こで連邦政府はサールズ湖がカリ塩も産出するこテインマン(西部開拓時代に山岳地帯や荒野で毛とに目を付け，ここを「カリ保留地」に指定した。

皮猟や道案内などに従事した辺境の開拓者)で，ユ

しかしそこからとったカリ塩を肥料にしたとこ

タのソルト 1
ンイクを最初に発見し，ロッキ一山脈ろ，大量に含まれていたホウ砂が，地方について最も明るいといわれた男であった。などの作物に大きな被害を与え

184
3年に彼がワイオミングのグリーン川の支流に農業協同組合はつくった砦は，ロッキ一山脈横断のための重要な補償をするはめになった。

補給所となり，その跡は今も残っている。(ロデリ
ク・ナッシュ著足立康訳人物アメリカ史上)犬3"
Pansaregretsnothingmorethanthatheis安

トウモロコシ

これを供給した

被害を被った農家に莫大な損害

6海棲の動物や海藻のホウ素濃度は海水濃度を反映して陸棲のものより高いが，どのような役割をしているのか明らかになっていな t¥0