hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境条件を考慮した木造躯体の劣化メカニズム解明に関する研究

本研究では、木造躯体の劣化プロセス解明のため、実際の住宅を想定した環境下での腐朽進行を定量的に把握するとともに、既往の腐朽進行予測モデルを検証した。はじめに建物木部の劣化事例を調査し、木材の腐朽が躯体への浸入雨水に含まれる菌類によって生じると仮定し、これらのプロセスを再現した実験から腐朽度の推移を測定し、予測モデルの結果と比較した。本検討から、建物内では腐朽菌が目視できない状況でも複数の菌が共存した状態で腐朽が進行する場合があることや、雑菌が混入しても条件によっては単離培養による腐朽試験と同等の進行速度となること、予測モデルが腐朽リスク評価に適用しうることが確認された。住宅の劣化事例について過去の調査を吟味したところ、木材が腐朽に至る住宅は、乾燥性能の低い外皮において雨水浸入が生じたケースが多いことが判った。これは木材腐朽菌の胞子の侵入が、浸入雨水によって輸送され木部に定着するといったプロセスが推測される。そこで、このプロセスを実験的に再現するため、屋外でサンプリングした雨水を噴霧した試料木片を、樹脂容器内で湿潤状態に維持する以下の試験法を立案した。1)屋根の模型を屋外に設置し、屋根面を流下した雨水を収集する、2)収集した雨水を培地に塗布し、木材腐朽菌が含まれるか確認する、3)雨水を試料木片に噴霧した後、湿潤状態に維持し、任意の温度環境下に暴露する。本年度は、試料が入った樹脂容器を実験住宅の小屋裏、床下及びインキュベータに設置し暴露実験に着手した。雨水収集及び暴露は、足利と京都の2つのサイトで行った。またこれと同時に、培養したオオウズラタケ(木材腐朽菌の一種)を接種した試料を用意し、同じ温度環境下で暴露した。暴露3ヶ月程度では、暴露開始が冬期であったこともあり、雨水噴霧による試料に腐朽した形跡は目視確認できていない。しかし、培養した菌糸を接種した試料については、インキュベータ内の試料のみ腐朽が確認され、冬期の小屋裏・床下の温度環境では腐朽進行は見られなかった。木造躯体の劣化メカニズムの把握と予測モデル開発のため、捕集した雨水を噴霧した木片を、実際の住宅の温度環境下に暴露し、腐朽プロセスを再現する実験を昨年度より着手した。今年度は木片の腐朽が進行し、以下の結果が得られた。1)雨水とともに腐朽菌やその他の雑菌が混入した場合でも、条件が良ければ無菌的に単一の菌を接種した試料と同等の腐朽速度が得られることが示唆された。2)通常は腐朽進行を阻害するとされているカビの菌糸が蔓延した試料でも、単一の菌を接種した試料に対し、2割程度の速度で腐朽の進行が確認された。3)温度変動が伴う条件下で、既往の予測モデルによる推定値と実験値の比較を行い、予測精度とモデルの改善点を確認した。4)遺伝子解析により試料へ付着した腐朽菌及び雑菌の種を同定した。上述した結果により、既往の腐朽進行予測モデルの精度や信頼性に関する知見が得られた。また、雑菌の影響を予測モデルで考慮するための基礎データが得られた。実験着手当初は、雨水を利用した木材の劣化状況の定量的把握に2年程度要することが危惧されていたが、実験開始6ヶ月以降は腐朽が順調に検出され、予想以上の知見を得ることができた。一昨年度より着手した、住宅等の実環境を想定した木材腐朽実験の結果より、雨水とともに腐朽菌やその他の雑菌が混入する際の腐朽進行のバラツキについて分析し、以下の知見が得られた。1)質量減少が生じた試料の付着菌を採取後、DNA解析により同定し、木材腐朽菌については、Gloeophyllum sepiarium、Antrodia sinuosa、Phlebia tremellosa等が検出された。また、単離培養した付着菌による室内腐朽実験を別途行い、温度と腐朽速度の関係を求めた。2)雨水を利用した腐朽実験の試料は、1腐朽菌が目視確認でき質量減少が顕著なもの、2腐朽菌は目視確認できないが質量減少が確認できたもの、3カビが優勢で質量減少が確認できないもの、といった3つの種類に分類され、1に関しては雑菌が混入した環境下でも、条件が良ければ1)の単離培養で得られた腐朽速度と同等であることが確認された。また、温度変動を伴う環境下において既往の予測モデルの精度が検証された。3)試料2に該当する腐朽菌が目視できない試料でも、走査型電子顕微鏡(SEM)により材内部で褐色腐朽菌による腐朽の痕跡が確認できた。さらに、試料表面の雑菌が腐朽菌を阻害しつつも共存し、バラツキの要因になったことが示された。これらの結果より、実環境における腐朽進行予測においても、強度低下予測など躯体安全性評価の観点からは、単離培養の腐朽試験によって得られた速度の適用が妥当であること、雑菌の影響を加味すればバラツキを再現しうるといった、予測結果の解釈に資する知見を得ることができた。

本検討から、建物内では腐朽菌が目視できない状況でも複数の菌が共存した状態で腐朽が進行する場合があることや、雑菌が混入しても条件によっては単離培養による腐朽試験と同等の進行速度となること、予測モデルが腐朽リスク評価に適用しうることが確認された。実験方法の検討に時間がかかり若干遅れたが、年度内に暴露実験に着手できた。今年度は、実際の躯体内で想定される菌類の遷移(雑菌の影響)や温度変動が再現された際の、腐朽速度や付着菌に関するデータを得ることが出来た。今後は本知見を裏付けるための、1付着菌の単離培養による腐朽速度の確認、2カビなどの雑菌による影響の定量化、等に関する追加実験を行う。また、予測モデルの改善や今回得られたデータをモデルに反映するための検討を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学雨水由来の菌を用いた暴露実験を継続するとともに、ランダムな雨水浸入が生じる環境下での実験に着手する。これらについて数ヶ月おきに腐朽度を測定し、暴露環境の履歴と腐朽度の関係から、住宅の実環境下での木材腐朽プロセスと腐朽速度の把握を試みる。また、腐朽材から菌を分離培養し、遺伝子解析により菌の同定を行う。実験自体の進捗は順調であるが、目視上カビが卓越した試料でも腐朽現象が検出されたため、検証を行うこととなった。結果として、サンプリングスケジュールの変更と実験期間延長により、単離菌の腐朽実験や菌のDNA解析が遅れ、残額が生じた。胞子収集方法の変更と実験着手が遅れたことにより、機器購入費用と作業謝金に残額が生じたため。上述した検証のための単離菌の腐朽実験や、菌のDNA解析等に使用する。作業謝金、交通費及び消耗品購入に充当する予定である。
近代日本における女子中等教育拡大構造に関する文化社会学的研究

本研究の目的は、わが国の大正期から昭和戦前期を対象として、この時期の女子中等教育への進学者層およびその家庭のアスピレーションの実態を実証的に明らかにし、さらにこの実態を社会学的に考察することにあった。この目的のため、本年度の研究においては、戦前期において進学準備校的な性格の強い師範学校附属小学校を対象として、その社会的性格に関する分析をおこなった。具体的には、大阪府において明治末に設置された師範学校附属小学校を対象として選定し、創立以来、第二次大戦終戦時までの全在学者について、その学籍情報(保護者職業・学業成績の変数を含む)ならびに進路情報をデータベースに入力した。特に女子児童を対象としつつ、男子児童との比較も視野に入れながら分析をおこなった。ここで明らかになった主要な知見は、以下のとおりである。(1)女子中等教育、とりわけ普通教育への進学の基盤は、大正期から昭和戦前期の時期において、いわゆる旧中間層から新中間層へと急激に移行した。(2)戦前期においてすでに、学業成績による進路の階層化が生じていた。(3)進学先の選択においては、学業成績の影響とは独立して、父職の影響が見出せる。また、父職の影響のパターンは、男子と異なる。なお、ここで見出されたアスピレーションのパターンは、当時の新中間層的なライフスタイルの構成要素であることを推察させるが、この研究ではこのライフスタイルの内実にまで踏みこむことはできなった。これは今後の課題である。本年度においては、以下の(1)(2)の作業がおこなわれた。(1)女子中等教育拡大の動態の解明大阪地域を対象とし、『大阪府統計書』および、文部省『女学校ニ関スル諸調査』を用い、戦前期における女子高等女学校就学者の拡大構造についての分析をおこなった。(2)マス・メディア記事の分析による女子進学に関する社会意識構造の解明戦前帰における主要な女子教育雑誌である『女学雑誌』および『女学世界』を対象とし、中等教育進学および卒業後の進路形成に関する意識についての記事を収集し、そこにおいて、いかなる家庭的・階層的な要因が反映されているかについて、分析をおこなった。これら(1)(2)の作業により、(1)先行研究でしばしばとりあげられていた男子中等教育拡大構造とは異なった、女子中等教育に特有の教育拡大パターン、(2)既存の教育社会学領域の研究(例、立身出世主義に関する社会意識論)によって言及される男子のものとは異なった、女子特有の教育アスピレーションの構造、が明らかになった。これにより、先行研究における技術機能主義的な学校教育拡大モデルとは異なった教育拡大モデルの提示の可能性が示された。また同時に、本研究の示す教育拡大モデルは、近年のフェミニズム歴史学において援用される「女子の国民化」論と女子教育拡大を結び付ける議論とは、一線を画すものであると考えられる。
Wntシグナル伝達経路をターゲットとした歯槽骨再生薬の開発に関する研究

Dkk1は、Wntシグナルの阻害分子であり、骨形成を阻害する方向へ導く。つまり、このタンパク質を阻害すると骨形成が促進される。抗Dkk1抗体を用いた研究では、溶解性骨病変が特徴の多発性骨髄腫に対して有効であり、またマウス実験モデルでは、リウマチにも有効であることが示されてきている。我々は、抗Dkk1抗体が、骨芽細胞に対して分化促進作用、石灰化促進作用を呈し、Wnt3aと同様の効果を示すことを明らかにした。骨芽細胞の分化を調節するWntシグナルという重要なシグナル伝達経路をターゲットにした歯槽骨再生薬の開発に関する研究を行った。骨芽細胞特異的に発現するDkk1というタンパク質に着目した。平成20年度は、in vitro、in vivoでのDkk1の作用を検討することであった。1. DkK1のantisenseもしくはsiRNAを骨芽細胞様細胞に導入し、in vitroでの細胞数および骨芽細胞分化マーカー発現に対する影響を検討する。はじめに、anti-Dkk1抗体を用いて、Wntシグナルを増強させたときの骨芽細胞への影響について検討した。細胞はMC3T3-E1細胞(マウス頭蓋冠由来骨芽細胞)およびSaOS-2(ヒト骨肉腫由来骨芽細胞様細胞株)を用いた。RT-PCR法によるmRNA発現、ウエスタンブロット法によるタンパク質の発現を検討した。その結果、anti-Dkk1抗体を添加したものでは、骨芽細胞分化マーカーであるアルカリフォスファターゼ、オステオカルシンの発現が、mRNA・タンパク質ともに増加していた。また、von Kossa法を用いて、anti-Dkk1抗体の骨芽細胞の石灰化に対する影響を検討した。anti-Dkk1抗体は、石灰化を促進させることが明らかとなった。この作用は、Wnt-3aを添加したものと同程度であった。現在、Dkk1のsiRNAを骨芽細胞様細胞に導入しており、その影響を検討しているところである。2. anti-Dkk1抗体の全身投与を行い、骨再生に関してその影響を検討する。当初歯槽骨欠損モデル(歯周炎を便宜的に起こしたもの)を作製する予定であったが、その前に大腿骨に人工的に骨欠損を作製した状態で、anti-Dkk1抗体を投与することとした。コントロール群と比較して、肉眼的に骨量の増加が認められた。現在、組織切片を作製し、免疫化学的染色を行い、骨系のマーカーの発現の程度、再生したと考えられる部位の状況を詳細に検討している。骨芽細胞に多く発現するDkk1というタンパク質に着目した。平成21年度は、抗Dkk1抗体の局所投与を行い、骨再生に関してその影響を検討することであった。抗Dkk1抗体の影響を検討するため、ラット脛骨に人工的に骨欠損を作成し、抗Dkk1抗体の局所投与を行った。経時的な骨量の変化を軟X線にて確認した。当初、歯槽骨に骨欠損を作成する予定であったが、X線装置、撮影の状況により、ラット脛骨に投与した。その結果、コントロール群と比較して、抗Dkk1抗体添加群では、早期に骨量の増加が認められた。また、追加として、in vitroにおいて、抗Dkk1抗体のWntシグナル伝達経路への影響を詳細に検討するため、Wntシグナル伝達経路の転写因子であるTCFレポーターベクター(TOPflash)を、マウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1に導入し、ルシフェラーゼ活性を測定した。その結果、抗Dkk1抗体を添加した細胞では、レポーター活性がコントロールと比較して、有意に増加した。さらに、ALPプロモーター領域のTCF結合部位を含むレポーターベクター(代表者が以前作成したもの)を用いて、同様にルシフェラーゼ活性を測定した。その結果、抗Dkk1抗体を添加した細胞で、レポーター活性が有意に増加した。抗Dkk1抗体は、TCF結合部位を介してALPの遺伝子発現を増加させることが示唆された。
トランスポータ分子の柔らかさが鍵を握る多剤認識メカニズムの解明と阻害剤設計の基礎

多剤耐性発現に関わる多剤認識タンパク質は一対多の非基質特異性を持つ。そのメカニズムとしては、1)基質結合サイトが柔軟に構造変化することで多様な薬剤分子をエントロピー支配的に認識する、2)形状の異なる多数の基質結合サイトがありエンタルピー支配的に認識する、場合が考えられる。NMRやITC実験から、乳酸菌の一種であるLactococcus lactisがもつ転写因子LmrRは前者のメカニズム、Stapylococcus aureusの転写因子QacRは後者のメカニズムに従っていると考えられている。本研究では、計算化学シミュレーションにより、これらの違いを半定量的に再現することに成功した。本研究では、これらタンパク質と基質との結合自由エネルギーは分子力学(MM)計算レベルの“エンドポイント"法を用いて評価した。すなわち、タンパク質や基質あるいはそれらの複合体平均内部(構造)エネルギーはMD計算で、水和自由エネルギーはMM/3D-RISM計算法で評価した。水和エントロピーや構造エントロピーについては、それぞれ種々の方法を比較検討した。その結果、LmrRでは基質の結合に伴い分子内の揺らぎが増大するという通常のホストーゲスト系とは対照的な変化が起こり、構造エントロピー利得が最大ー10 (kcal/mol)程度に達した。これと排除体積効果に基づく水和エントロピーの増大とあわせて、全体がエントロピー支配であることが判明した。また、基質分子種に関わらず共通して揺らぎが増大した部位を調べた結果、薬剤分子と直接相互作用する部位のみならず、薬剤分子から距離的に離れたDNA結合サイトにおいてもアロステリックに揺らぎの増加が起こっていた。対照的に、QacRでは、基質結合に伴って構造エントロピーが減少し、これは水和エントロピーでは補償できず、エンタルピー支配となった。29年度が最終年度であるため、記入しない。1)多剤認識転写因子LmrRは多様な薬剤分子を認識・結合し、その結果DNAから解離し下流の多剤排出トランスポーターを発現させる。本研究では、分子動力学シミュレーションと3D-RISM計算を連成した計算化学カロリメトリーの方法により次の結果を得た。LmrRは1つの基質結合サイトを柔軟に構造変化させることで複数種の薬剤分子を認識していること、またその過程がエントロピー駆動であることが判明した。興味あることに、LmrRでは薬剤分子の結合に伴いタンパク質の揺らぎが増加しており、これが構造エントロピーの増加となって薬剤結合に寄与していることが判明した。さらに、薬剤分子との相互作用は、結合サイトから距離的に離れたDNA結合サイトの揺らぎの増加を引き起こす(アロステリー効果)ことを明らかにし、DNAから解離に関し新規な分子モデルを提案した。2) Martini力場を用いた粗視化シミュレーションをABCトランスポーターの一種であるCFTRに適用した。その結果、ヌクレオチド結合ドメインへのATPの結合によって内向き構造から外向き構造への構造転移が起こることを実証した。また、この構造転移の結果、タンパク質内部にporeが形成され、その中をCl-イオンが移動する様子も観測できた。3)マルトーストランスポーターのATP加水分解反応のメカニズムをQMMM metadynamics計算により調べた。その結果、この反応はdissociativeモデルに従って起こり、lytic waterからプロトンを引き抜く触媒塩基はGlu159であることを明らかにした。多剤認識転写因子LmrRの薬剤認識機構に関しては、ほぼ当初の計画通り進行し、この転写因子がエントロピー駆動で基質を取り込むメカニズムを解明できた。更に、基質取り込みによりDNAとの結合作用も変化することを示唆する結果も得られ、この部分は想定以上の成果である。以下の2つは当初計画になかった想定以上の成果である。1)粗視化分子動力学シミュレーションをABCトランスポーターの一種であるCFTRに適用し、non-biasシミュレーションではおそらく初めてinward-facing構造からoutward-facing構造への構造転移を再現することに成功した。これによって、ATPの結合自由エネルギーだけでタンパク質のpower strokeが駆動されることを実証した。2) ABCトランスポーター(マルトーストランスポーター)内で起こるATPの加水分解のメカニズムを反応の自由エネルギー曲線を求めることによって解明した。

また、基質分子種に関わらず共通して揺らぎが増大した部位を調べた結果、薬剤分子と直接相互作用する部位のみならず、薬剤分子から距離的に離れたDNA結合サイトにおいてもアロステリックに揺らぎの増加が起こっていた。対照的に、QacRでは、基質結合に伴って構造エントロピーが減少し、これは水和エントロピーでは補償できず、エンタルピー支配となった。本年度導入した粗視化分子動力学シミュレーションのプロトコールを更に改良・発展させその有効性を確認すると伴に、適用限界をも明確にする。そのため、まずはCFTR以外のABCトランスポーターやmajor facilitator superfamilyのトランスポーターに適用し、それらの構造柔軟性と機能発現の関係を調べる。具体的には、マルトーストランスポーターをとりあげる。このトランスポーターのocluded構造からoutward-facing構造への構造転移、マルトースの輸送経路およびATP加水分解後の構造転移などを調べる。多剤認識のメカニズム研究に関しては、転写因子以外にも対象とする系を拡張する。たとえば、チオレドキシンのターゲットタンパク質認識や亜鉛センサーCzrAなどの基質認識などの実験的にエントロピー駆動であるといわれている系に対し、計算化学カロリメトリーの方法を適用し、その基質認識メカニズムを明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。
歴史的煉瓦造建造物の保存に資する、煉瓦の電気的特性が塩類風化に及ぼす影響の解明

材料中の塩水移動の定量的予測は、煉瓦造建築物の塩類風化による劣化メカニズムや対策を考える上で重要である。本研究は材料中の塩溶液の輸送現象と塩析出に及ぼす影響を解明し、それを考慮した劣化予測モデルを開発することを目的とする。γ線含水率計などの非破壊測定法を用いた吸水実験により、バルク溶液の特性や表面電荷が塩溶液の移動に及ぼす影響を評価する。また、煉瓦における塩析出性状と空隙構造変化に伴う水分移動性状の変化をX線CTの画像解析により定量的に明らかにする。これらの結果を踏まえ、塩を含むことによる水分の移動性状の変化を考慮した熱水分イオン同時移動、析出解析理論を構築する。
縮退プラズマ中の核反応計測

プラズマ診断技術およびターゲット技術の開発・改良と理論シミュレーションによる解析・設計に基づき、爆縮用の激光XII号レーザーと加熱用のPW/LFEXレーザーを用いて爆縮加熱統合実験を行い、縮退状態にある高密度燃料プラズマの核反応計測に成功し、加熱過程における高密度燃料プラズマ特性の計測・解析を行った。レーザー核融合は,超高密度に爆縮した燃料の一部を加熱して核融合点火を起こし、そこから放出されるα粒子により周りの燃料を燃焼させるものである.核燃焼で主要な役割を果たすα粒子は、主に電子との衝突によりプラズマにエネルギーを付与するが,超高密度に圧縮された電子はフェルミ縮退しているために,電子の遷移がパウリの原理により制限され,α粒子に対する阻止能が低下して輸送が非局所的になり,α粒子によって加熱される領域が空間的に広がる.本研究の目的は,フェルミ縮退プラズマ中の核反応を調べ,核燃焼のフェルミ縮退効果を予測できるだけの物理的理解を得ることである.縮退計測の方法は次のようなものである.アルファ粒子はプラズマの中で阻止されてしまうので観測にかからない.このためDD反応で生成される1-MeVの三重水素核Tが,重水素核Dと反応して生ずる11-17-MeVの高エネルギー中性子を観測する.他方DD反応のもう一方のブランチからは2.5-MeVの中性子が発生する.縮退効果により,Tの飛程が増大すると2次反応中性子と1次反応中性子の比が増大することから縮退度を測定することができる.本年度の課題であったインフラ整備の計画を一部変更し,まずクライオターゲットを完成させ,それを用いたプラズマ実験を開始した.また縮退計測の新しい方法として,高エネルギープロトンの縮退プラズマ中でのエネルギーや方向の変化を測定することが提案され,プロトン発生のための回折格子とその駆動装置等を整備した.目的:核燃焼で主要な役割を果たすα粒子は,電子との衝突によりプラズマにエネルギーを付与するが,高密度に圧縮された電子はフェルミ縮退しているために,電子の遷移が制限され阻止能が低下する.このため点火・燃焼の条件が変わる可能性がある.本研究の目的は縮退プラズマ中の核反応計測により,縮退プラズマ中の荷電粒子の阻止能の低下を検証し,縮退が点火・燃焼に与える影響を予測することである.全体計画:平成16-18年度に主として装置設計・製作、予備実験と性能評価を行い,平成19-20年度に,大阪大学レーザーエネルギー学研究センターにて,爆縮用の激光XII号(既設)および加熱用のLFEXレーザーを用いて縮退した爆縮プラズマの加熱実験を行う.クライオターゲットの開発:クライオターゲットの爆縮に先立って,まず平面状のターゲットの流体力学が予測通りであるかどうかを検証する必要がある.このためにターゲット製作装置を製造,その後順次,冷却準置を加え,さらに照射モニター装置を開発し,平面状のクライオターゲットの製作に成功した.爆縮に必要な球状のクライオターゲットは,フォーム球殻に液体重水素を含浸させることにより形成される.しかし所要の形状(直径500ミクロン,厚さ50ミクロン)をもつフォームを製造することが非常に困難であった.この原因は重合過程で球殻層とその周りの部分の密度整合が崩れてしまうことと,早期のゲル化が原因であった.これに対し「相関移動触媒」と呼ばれる新触媒と「直鎖型フェノール樹脂合成」と呼ばれる合成法を考案することによりこの問題を解決する見通しを得た.高速X線画像計測:加熱された爆縮コアの動的挙動を観測するために,超高速時間空間分解X線画像計測法として,5-10keV領域での位相型フレネル・ゾーンプレート(疇地)と2次元画像サンプリングX線ストリークカメラ法(SIXS法,白神,重森)を開発し,時間分解能2ps,空間分解能3μmの計測の原理を提案した.これまでに位相型フレネルゾーンプレートが必要とされる空間分解能をもつことを検証した.問題となる背景光をX線干渉により抑制する方法を新たに考案し,設計を完了した.またSIXS法の原理実証に基づき実機を設計した.中性子分光器:核融合反応による中性子スペクトル計測には高エネルギー分解能の中性子分光器が必要である.これまでに既設の842チャネル中性子分光器MANDALAを用いて,2次反応中性子の観測に成功した.しかし本実験で使用するためには2つの問題を解決しなければならない.第一は加熱用レーザーの一部との空間的干渉のため,中性子分光器を移設する必要があること,第二は加熱用レーザーの注入により発生する多量のγ線対策を行う必要があることである.第一の問題に対処するために,半数チャネルの移設を行った目的:核燃焼で主要な役割を果たすα粒子は,電子との衝突によりプラズマにエネルギーを付与するが,高密度に圧縮された電子はフェルミ縮退しているために,電子の遷移が制限され阻止能が低下する.このため点火・燃焼の条件が変わる可能性がある.

本研究の目的は縮退プラズマ中の核反応計測により,縮退プラズマ中の荷電粒子の阻止能の低下を検証し,縮退が点火・燃焼に与える影響を予測することである.全体計画:平成16-18年度に主として装置設計・製作、予備実験と性能評価を行い,平成19-20年度に,大阪大学レーザーエネルギー学研究センターにて,爆縮用の激光XII号(既設)および加熱用のLFEXレーザーを用いて縮退した爆縮プラズマの加熱実験を行う.中性子分光器:核融合反応による中性子スペクトル計測には高エネルギー分解能の中性子分光器が必要である.高速点火実験で使用するために,加熱用レーザーの一部との空間的干渉を避けるために,中性子分光器を移設する必要があり,半数チャネル(421チャネル)の移設後の再立ち上げを完了した.また加熱用レーザーの注入により発生する多量のγ線対策として必要な鉛厚さとその設置場所の最適化を行った.さらに2次反応中性子の観測に成功し,縮退度(温度/フェルミエネルギー)=1程度のプラズマが形成されていることを検証した.高速X線画像計測:加熱された爆縮コアの動的挙動を観測するために,超高速時間空間分解X線画像計測法として,5-10keV領域での位相型フレネル・ゾーンプレート(疇地)と2次元画像サンプリングX線ストリークカメラ法(SIXS法,白神,重森)を組み合わせ,時間分解能2ps,空間分解能3μmの計測の原理を提案した.これまでに位相型フレネルゾーンプレートが必要とされる空間分解能をもつことを検証した,問題となる背景光をX線干渉により抑制する3段ステップの位相型ゾーンプレートを開発した.またSIXS法の原理実証に基づきコーン付きターゲットの爆縮の観測に成功した.本年度は、,縮退プラズマ計測に関する主要計測装置の開発を続行し、これらを用いて爆縮実験を行った。中性子分光施設:主要設備である多チャンネル中性子分光器MANDALAの高次のγ線対策としてターゲットチャンバー付近での鉛設置を行った。これにより中性子検出時のS/Nが改善された。残るチャンネルについても実施の予定である。散乱中性子検出器:二次反応とは独立した燃料密度計測のため、燃料粒子による散乱中性子を利用する方法を検討し予備試験を行なった。小型電子スペクトロメータ:高速点火のエネルギー担体である高速電子の特性を測定するため、チャンバー内部に装着できる小型のスペクトロメータを設計製作した。エネルギー較正実験は今後行う予定である。超高速X線画像計測:一次元画像サンプリングを応用したX線ストリークカメラを多チャンネル化し、電子温度の二次元空間分布の時間変化を十分な時間空間分解能で直接計測する手法を確立した。また、大口径X線ストリーク管を製作し、画像計測の大面積化を行い、より広範囲の測定を可能とした。クライオターゲット:球殻状のフォームシェルターゲットを開発、液体重水素の充填を行ない、充填の均一性を評価した。理論・シミュレーション:二次元流体コードにより高密度爆縮時の燃料のダイナミクスを評価し、実験での測定結果を解析した。以上の成果のもとで爆縮実験を行い、高密度爆縮燃料プラズマの特性を詳細に計測・解析することに成功した。プラズマ診断技術およびターゲット技術の開発・改良と理論シミュレーションによる解析・設計に基づき、爆縮用の激光XII号レーザーと加熱用のLFEXレーザーを用いて、爆縮加熱統合実験を行い、加熱過程における高密度燃料プラズマ特性の計測・解析に成功した。中性子分光器昨年度設置した多チャンネル中性子検出機用ガンマ線遮蔽材の最適化を実施した。
代謝シミュレーションモデルを用いた赤血球の新規生理機能の探索ならびにその手法開発

低酸素によって起こるヒト赤血球細胞内の代謝変動の機序を理解するため、ヘモグロビンのアロステリ変化、それに伴う代謝物やタンパクの結合特性の変化を考慮した、ヒト赤血球代謝シミュレーションモデルを構築した。メタボロームプロファイルとシミュレーション結果の比較から、低酸素によるヘモグロビンアロステリの変化が解糖系を亢進させ、細胞内のエネルギーチャージを高めると同時に、低酸素の微小血管への酸素放出を効率的にしている可能性が示唆された。また、これらの代謝変動を急激に起こすためのスイッチとして、赤血球膜状に多量に存在するバンド3膜タンパクが機能していることが示された。また、酸素運搬に不可欠なヘモグロビンは、酸化ストレスによってメト化し、赤血球の機能に重大な低下をもたらすため、ヒト赤血球では2つの異なる代謝経路でこれを還元している。しかし、実験条件下において、一方の経路はもう一方と比較して活性が非常に低く、生理的意義は不明であった。これらのメトヘモグロビン還元経路について主要なエネルギー代謝経路と併せてモデリングし、解析を行った結果、少量のメトヘモグロビンにも感受性が高いが、還元流量が限られている経路(NADPH依存)、少量ではほとんど反応しないが、高濃度のメトヘモグロビンに対処できる経路(NADH依存)、という異なる性質を持つことを示唆した。これにより、これまで生理機能が不明とされていた代謝経路が、通常の生体内で存在する程度の、微量のメトヘモグロビン還元に関して、むしろ主要な役割を果たしていることを示した。それぞれの経路の特性を、主要エネルギー代謝経路の経路特性と併せて議論し、メトヘモグロビン還元経路が細胞機能を維持するのに合理的な代謝機構であることを示唆した。その他、代謝物質の時系列データからS-Systemモデルを簡便に構築する手法の開発とその精度検証を行い、誌上発表を行った。低酸素状態にある赤血球が起こす代謝変動と、それによる赤血球細胞、臓器、生体への作用機序を知ることは、微小循環の低酸素応答を理解または制御する上で非常に重要であると考えられる。低酸素下と高酸素下のヒト赤血球について、キャピラリー電気泳動/質量分析計(CE/MS)によるメタボローム(代謝物)一斉測定を行ったところ、低酸素で解糖系前半の代謝物質の著減と後半の代謝物質の上昇が観察された。更に、一酸化炭素(CO)を付加して人工的にヘモグロビンアロステリーを変化させた赤血球を用いた解析により、この代謝変動がヘモグロビンの型の違いによって惹起されていることを突き止めた。これをもとに赤血球代謝の詳細なキネティックモデルによるシミュレーション解析を行った結果、ヘモグロビンの型の違いによって起こる、Band3膜タンパクへの結合を介した解糖系酵素(PFK、GAPDH、ALD)の活性制御を考慮することで、低酸素におけるメタボローム変動が再現されることがわかった。シミュレーションモデルは更に、低酸素応答としての解糖系の活性化には、1)グルコース解糖経路の第一の反応であるヘキソキナーゼの活性上昇2)Band3に結合していた解糖系酵素の遊離の二つが関与していることを示唆した。前者は、長期的な解糖系活性の維持と2,3-ビスホスホグリセリン酸(DPG)の増加、後者は代謝物質プールの移動を利用した瞬間的なATP合成能の上昇に寄与している可能性が示された。
多元的放射線治療データに基づく患者統計的変動を考慮した放射線治療予後予測法の開発

本研究では神経膠腫を対象とした.治療前に撮像された悪性神経膠腫患者73例(グレードIII: 28例,グレードIV: 45例)のMR (magnetic resonance)画像を収集し,多元的医用画像データベースの構築を行った.構築した多元的医用画像データベース内の全てのMR画像において腫瘍輪郭を手動で抽出し,腫瘍内における476個の定量的な画像特徴量を抽出した.そして,全ての患者における高次元の画像特徴量を用いて患者の予後と相関するグレードを予測することを目的としたMPSFモデルを構築した.MPSFモデルとは多元医用画像データベースにおいて,ある潜在的構造を構成する少数の因子(低次元データ)によって患者内外の変動を表現するモデルである.悪性神経膠腫グレード予測のためのMPSFモデルは画像特徴量を入力とし,スパースモデリング手法であるLASSO (least absolute shrinkage and selection operator)ロジスティック回帰を用いて構築した.さらに,LOOCV (leave-one-out cross validation)を用いてMPSFモデルの精度評価を行い,結果として悪性神経膠腫のグレード予測を精度良く行える可能性を示すことができた.本年度の研究成果は2報の英語原著論文および国内外の多数の学術会議にて報告した.そして,当該研究に関連する知識・技術を解説した論文が日本医学物理学会誌に掲載された.さらに,現在研究成果を1報の英語原著論文としてまとめ,海外の学術雑誌に投稿中である.本年度は当初の計画通り,神経膠腫を対象とした治療前の患者変動を含む多元的医用画像データベースを構築し,データベース内の画像から抽出される定量的な特徴量を用いて悪性神経膠腫グレード予測のためのMPSFモデルを構築した.さらに,MPSFモデルの精度検証を行い,結果としてMPSFモデルに基づいて悪性神経膠腫のグレード予測を行える可能性を示すことができた.したがって,本年度は期待以上の研究成果が得られ当初の計画以上に進展したといえる.今後,対象症例を神経膠腫だけでなく肺がん,頭頸部がんなどに広げ,症例を多数追加し多様なモダリティ画像で構成される治療前・治療中における患者内外変動を考慮した大規模な多元的医用画像データベースへと拡張させる予定である.そして,拡張させた多元的医用画像データベースからMPSFモデルを構築し,モデルパラメータと腫瘍の形態・治療成績との間で機械学習を用いて治療後の患者予後予測を目的とした高精度の回帰・分類モデルを構築する予定である.本研究では神経膠腫を対象とした.治療前に撮像された悪性神経膠腫患者73例(グレードIII: 28例,グレードIV: 45例)のMR (magnetic resonance)画像を収集し,多元的医用画像データベースの構築を行った.構築した多元的医用画像データベース内の全てのMR画像において腫瘍輪郭を手動で抽出し,腫瘍内における476個の定量的な画像特徴量を抽出した.そして,全ての患者における高次元の画像特徴量を用いて患者の予後と相関するグレードを予測することを目的としたMPSFモデルを構築した.MPSFモデルとは多元医用画像データベースにおいて,ある潜在的構造を構成する少数の因子(低次元データ)によって患者内外の変動を表現するモデルである.悪性神経膠腫グレード予測のためのMPSFモデルは画像特徴量を入力とし,スパースモデリング手法であるLASSO (least absolute shrinkage and selection operator)ロジスティック回帰を用いて構築した.さらに,LOOCV (leave-one-out cross validation)を用いてMPSFモデルの精度評価を行い,結果として悪性神経膠腫のグレード予測を精度良く行える可能性を示すことができた.本年度の研究成果は2報の英語原著論文および国内外の多数の学術会議にて報告した.そして,当該研究に関連する知識・技術を解説した論文が日本医学物理学会誌に掲載された.さらに,現在研究成果を1報の英語原著論文としてまとめ,海外の学術雑誌に投稿中である.本年度は当初の計画通り,神経膠腫を対象とした治療前の患者変動を含む多元的医用画像データベースを構築し,データベース内の画像から抽出される定量的な特徴量を用いて悪性神経膠腫グレード予測のためのMPSFモデルを構築した.さらに,MPSFモデルの精度検証を行い,結果としてMPSFモデルに基づいて悪性神経膠腫のグレード予測を行える可能性を示すことができた.したがって,本年度は期待以上の研究成果が得られ当初の計画以上に進展したといえる.今後,対象症例を神経膠腫だけでなく肺がん,頭頸部がんなどに広げ,症例を多数追加し多様なモダリティ画像で構成される治療前・治療中における患者内外変動を考慮した大規模な多元的医用画像データベースへと拡張させる予定である.そして,拡張させた多元的医用画像データベースからMPSFモデルを構築し,モデルパラメータと腫瘍の形態・治療成績との間で機械学習を用いて治療後の患者予後予測を目的とした高精度の回帰・分類モデルを構築する予定である.
小型魚モデルの利点を駆使した脳形成オーガナイザーの形成制御機構の解明

ゼブラフィッシュを用いて脊椎動物脳形成制御機構の研究を行った。まず、峡部形成遺伝子gbx2とpou2について機能の詳細を明らかとし、いずれもが神経分化に関与することを示唆した。また、神経板前端形成遺伝子emx3、峡部形成を制御するpax2aとpou2について、転写制御機構の詳細を明らかとした。一方、多様な発生異常を示す変異体kanazutsi変異体について、神経堤及び体節の形成異常が起きること、原因がglobin family遺伝子の変異であることを示した。さらに、ゼブラフィッシュでの発生遺伝学研究において強力な新規研究技術であるGAL4/UAS系とTALEN法の導入に成功した。中脳、小脳を誘導する峡部オーガナイザーの発生機構解明に引き続き取り組んだ。前年度、峡部形成遺伝子gbx2の加温誘導実験系及びマイクロアレイ法により、胚内での発現が誘導直後に変動する遺伝子を明らかとしていたが、これらについてGO解析、Pathway解析を行い、発現上昇遺伝子には造血系遺伝子、細胞接着タンパク質遺伝子が多く、発現低下遺伝子には転写調節因子遺伝子が多いことを見出した。また、新たにgbx2誘導後2時間でマイクロアレイ解析を行い、誘導直後の発現変動実験の結果との比較を行った。さらにこれら2通りのgbx2誘導で共通して発現変動が示唆された遺伝子について、WMISH解析及び定量的PCR解析により、結果の妥当性を確認した。以前に峡部形成への関与が示唆されたsp5遺伝子について、新規技術TALEN法による遺伝子破壊に着手し、TALEN遺伝子の作製に成功した。現在、その有効性について確認を進めている。3.脳形成の遺伝子レベルでの制御機構解析のため、GAL4-UAS系の導入を進めた。今回は、fgf8aのMHBエンハンサー、emx3の終脳エンハンサーを利用したGAL4系統魚の作製を行った。現在これらのGAL4魚について有効性の確認を行っている。一方、加温誘導可能なGAL4系統魚とUAS制御下にfgf8aをおいた魚の交配により、fgf8aの時期特異的誘導、そして誘導時期特異的効果の観察に成功した。4.原腸胚期に神経板で発現して峡部形成を制御するpou2について、以前に胚への遺伝子導入法で同定していた転写調節領域の働きを、培養細胞系で検討し、この領域がpou2で自己活性化を受けること、これがオクタマー配列に依存することを確認した。また、この際にpou2はsox3遺伝子と協調的に働くこと、この調節領域DNAの調節能は後方形成遺伝子cdxにより抑制されることを見出した。1.原腸形成終了期ゼブラフィッシュ胚でのgbx2強制発現により発現変動する遺伝子を網羅的に同定し、神経形成阻害因子her5の発現が中脳で低下することを見出した。さらに、her5の発現を再現する上流3.4 kb DNAの転写活性化能がHEK293T細胞においてgbx2により抑制されること、her5とgbx2の発現が脳原基の中脳後脳境界(MHB)で接することを示した。以上は、gbx2がher5を抑制することで脳原基内に新たな境界領域ができることを示唆する。また、gbx2が中脳・後脳領域でプロニューラル遺伝子neurog1の発現を、まず抑制、その後活性化すること、MHB領域の発生を制御するpou2(Oct3/4の相同遺伝子)の発現がgbx2で抑制されること、pou2とneurog1の発現が脳原基において酷似することを明らかとした。以上より、gbx2が神経分化の制御に関わることを示唆した。2.pou2の発現を再現する上流2.3 kbの転写調節能をP19細胞で検討した結果、pou2自身とsox3で協調的に活性化され、この発現はher4, neurog1等で抑制、Notchシグナルで活性化された。この結果はpou2が神経分化制御ネットワークの一部であることを示唆する。3.脳原基で働くGAL4-UAS実験系の構築を行った。これまで、fgf8aのMHBエンハンサー、emx3の終脳エンハンサー、そして視床下部外側野で発現するhypocretinのプロモーターをGFP標識GAL4(GGFF)につなぎ、これらを導入した魚(Tg魚)とRFPがUAS制御下にあるTg魚を交配することで、子孫胚においてRFPが領域特異的に誘導された。一方、UASの下流にzic1とemx3を置いたTg魚系統を樹立した。これらのTg魚を利用することで、脳発生制御機構について詳細な解析が可能となった。1.中脳、小脳形成を制御する峡部オーガナイザーの形成遺伝子gbx2について、熱誘導性プロモーターにつないだ上でゼブラフィッシュゲノムに導入した。

得られたトランスジェニック(Tg)系統の胚において、原腸形成終了期でgbx2を誘導した際に峡部欠損が顕著に見られること、その際にotx2遺伝子の発現が直ちに低下すること等を見出した。この誘導系により、原腸形成終了期にgbx2強制発現で直ちに発現が変動する遺伝子群をマイクロアレイ法により網羅的に同定した。現在、これら同定遺伝子の発現について、in situ法、qPCR法により検討を進めている。2.前脳形成オーガナイザー(前方神経境界、ANB)の形成制御機構を明らかにするために、ANB形成遺伝子emx3の転写調節機構を検討した。すでに上流-2.9 kbから-2.0 kbまで(-2.9/-2.0領域)が終脳特異的エンハンサーであることを示していたが、今回、-2.2/-2.1領域に絞り込むことに成功した。現在、この領域に結合しうる転写因子をゲルシフト法等により検討している。3.脳形成の遺伝子制御機構を明らかにするため、GAL4-UAS系の導入を進めた。以前に作製した活性型FGF受容体遺伝子ca-R3にUASをつないでゲノムに導入し、得られた系統魚とGAL4を全身的に発現させる系統魚を交配することで、子孫胚において実際にca-R3が誘導されること、主として頭部形成の異常を誘発できることを示した。また、前脳形成遺伝子(emx3とfoxg1)にUAS配列をつなぎ(UAS-emx3、UAS-foxg1)、これらとGAL4 mRNAを胚に共導入することで、emx3及びfoxg1の発現を誘導できることを確認した。これら遺伝子のゲノムへの導入に成功し、さらにGAL4-UAS系での誘導実験にも着手した。gbx2の制御下にある遺伝子の網羅的同定を目指したマイクロアレイ解析について、新たな条件での発現比較を行った。これにより、gbx2標的遺伝子の理解をさらに深めることとなった。峡部形成遺伝子の機能解明を目的として新たな遺伝子破壊法(TALEN法)の導入に成功した。本法は脳形成研究における極めて有効な遺伝子機能解析法であり、今後の研究の発展につながると期待される。3.脳形成遺伝子の機能解明のために、培養細胞系での転写制御解析実験を取り入れ、この解析法を軌道に乗せたのみならず、既に重要な新知見を得ている。4.GAL4-UAS実験系についても、新たなGAL4系統、UAS系統の開発と利用を進め、この実験系が実際に動き始めている。本研究では、中脳、小脳形成を誘導し,さらにパターン形成を行うシグナルセンターの峡部に関して形成制御機構を理解することを目指しており、峡部をその後形成することになる中脳後脳境界(MHB)を決定し、さらに引き続いて進行する峡部形成にも関わるgbx2ホメオボックス遺伝子に着目し、その時期特異的誘導系を確立した。この実験系自体、MHB、峡部形成の遺伝子制御についてgbx2を中心に解明する上で強力な武器であり、今後の研究推進を可能とする。実際、この実験系を活用することによりgbx2の作用時期の特定に成功しており、その下流標的遺伝子の網羅的解析に向けた研究も始まった。すでにgbx2の下流遺伝子候補が多数予想されており、今後の成果が期待できる。また、ANB形成の基盤を知る上で、ANB形成遺伝子emx3のANB特異的発現制御は重要な課題であるが、すでに終脳特異的エンハンサー活性を約100 bpの領域内に見出した。
柔軟関節ロボットのゲインスケジューリング・ロバスト制御

本研究では、柔軟関節を持つロボットマニピュレータに対して、ゲインスケジューリング・ロバスト制御の実施を試み、関節角度の大域的な動きと弾性要素の不確かさに対して頑強に制御性能を保持するコントローラの設計を行なった。本研究実績の概要は次のようにまとめられる。1.まずはじめに、柔軟関節を持つロボットマニピュレータのモデリングを行なった。ここでは対象とする柔軟関節ロボットにおいて、関節の弾性カップリングをばね要素でモデル化することにより、その運動方程式を導出した。つぎに導かれた非線形微分方程式に対して、複数個の動作点を設定したうえで、その各動作点ごとに線形化を施し、数学モデルの表現を求めた。2.数学モデルに基づき、制御系設計のための問題設定を行なった。まず柔軟関節ロボットにおいては、関節弾性係数に不確かさが存在するため、この不確かさを考慮したモデルを記述した。つぎに目標値追従特性を系の制御性能として設定した。そして、どのような関節角度においても望ましい目標値追従特性をロバストに達成するコントローラの設計問題を考えた。3.設定された制御目的を満足するように、柔軟関節ロボットの制御系設計を行なった。まず、各動作点ごとに設定されているロバスト制御問題に対して、ここでは構造化特異値に基づいたロバスト制御法により、コントローラを設計した。つぎに、これを関節角度をパラメータとしてスケジューリングを施した。これにより、ゲインスケジューリングされたロバスト制御系の設計を進めた。4.計算されたゲインスケジューリング・ロバストコントローラを実現するためのリアルタイム制御用ソフトウェアを開発した。つぎに、開発された制御用ソフトウェアを実験装置に移植し、ロボット制御実験を実施した。最後に、得られた実験結果を解析し、これに関する検討を行なった。
海水湖で固有進化したクラゲ類に共生する藻類も固有進化するのか

海水湖毎に亜種にまで分化したタコクラゲに共生している渦鞭毛藻類(Symbiodinium spp.)も宿主同様、遺伝的に分化しているかどうかを葉緑体コード遺伝子psbAミニサークルDNAの非コード領域を分子マーカーとして集団遺伝学的に調査した。その結果、宿主の分化(亜種)よりもむしろ海水湖毎に固有のハプロタイプ(主要ハプロタイプとそれと1ないし2塩基異なる派生ハプロタイプ)が存在することが判明した。海水湖の地理的隔離の程度に依存して集団の遺伝的分化が振興していると理解できた。7月にパラオ、9月に宮古島および甑群島の海水湖にタコクラゲ類の採集・調査を挙行した。以前から蓄積してあるサンプルと今回採集したサンプルを用いて、(1)クラゲ体からの共生藻類の単離・培養、(2)固有進化を追跡できる分子マーカーの探索、(3)その分解能・適性の検証、(4)海水湖内クラゲ3集団と海水湖外1集団(いずれも固有進化し、亜種とされている)を用いた共生藻類固有進化解析の試行を行った。分子マーカーの適性試験に必要なクラゲ体より共生藻のSymbiodiniumのクロン培養株の確立を目指し、単細胞分離を試みたが、成功しなかった。これまでも成功例はなく、次年度、再度試みて、成功しなかった場合にはこの実験は放棄する。分子マーカーとして葉緑体ゲノム(多くの遺伝子がミニサークルDNAとする特異な存在様式を持つことに着目)のpsbA遺伝子(ca.2kbp)を候補とし、その遺伝子のコピー数およびコード領域と非コード領域に分けて進化速度の検証をクラゲ個体集団と海産ラッパムシから単離したクロン株を用いて行った。psbAのコード領域にはほとんど変異が見られなかったので、非コード領域の比較的保存(進化速度の遅い)領域に着目することとした。同時に、単一細胞内にpsbA遺伝子(非コード領域)のコピーがいくつ存在するのかを検討し、最大4個であることを確認した。いずれの細胞にも共通する基本配列があることから、コピーが存在しても適度な進化速度を持つ領域なので分子マーカーとして有効と判断した。この分子マーカーを用いて、ジェリーフィッシュ湖(JFL)、オンガエル湖(ONG)、ンゲルタオブ湖(NGO)および外海(OUT)から採集したタコクラゲ集団の遺伝的多様性を解析した。その結果、JFLとNGOにはそれぞれの湖独特のハプロタイプが存在し、ONGにはこの湖独特のハプロタイプとOUTのハプロタイプが共存していた。さらにJFLには主要ハプロタイプと1塩基置換したハプロタイプが多数存在し、現在遺伝的多様化の進行中であることを示唆していた。NGOは検体数が少なく結論は出せないが、どのハプロタイプともネットワークを形成せず、その集団遺伝学的な挙動が注目される。ONGは外海にハプロタイプと混在することから、地理的隔離が完全ではなく、遺伝子交流の可能性を示唆した。パラオ諸島に存在する約52の海水湖のうち9湖には海水湖ごとに5亜種に分化したタコクラゲが生息する。それらのタコクラゲには必ず渦鞭毛植物門のSymbiodinium属藻類が細胞内共生している。本研究は海水湖ごとに固有進化を進めている宿主のタコクラゲとともにその共生体である渦鞭毛藻も固有進化している、ことを作業仮説として実施した。実施に当たっては種以下分類群でも識別できる分子マーカーの探索とその有効性の検証から着手した。以下に本年度の調査と結果を纏めた。1)進化速度速く、近縁分類群の系統解析に好適な分子マーカーである事が造礁サンゴの共生藻で確かめられたpsbAミニサークルDNAの非コード領域について、単離・培養した海産ラッパムシの細胞内共生Symbiodiniumを用いて、とくにマルチコピーやハプロタイプの有無を検証した。2)その結果に基づき、パラオ海水湖9湖およびラグーン8カ所より採集したタコクラゲを供試して、psbAミニサークルDNAの非コード領域の塩基配列を決定した。3)検出できたハプロタイプの近隣接合ネットワークを構築し、海水湖の間、海水湖(湖内)とラグーン(湖外)の間の遺伝的変異の様相を分析し、海水湖毎、海水湖間、海水湖内外のタコクラゲ共生藻の集団遺伝学的特性に基づいて解析した。4)調査できた9海水湖は海水湖独自のハプロタイプが優占する場合、僅かではあるが海水湖間で共有するハプロタイプが存在する場合、海水湖内外で遺伝的交流の存在が示唆されるようなハプロタイプ構成が存在する場合、海水湖としての隔離がすでに崩壊したと思われる海水湖内外のハプロタイプが混在する場合のおおよそ4つのタイプに類別できることが判明した。5)日本産(2カ所)のタコクラゲ共生藻との比較も行い、パラオ産共生藻との類縁を解析している。6)タコクラゲ共生藻の系統的な位置を確認するために、ITS領域の塩基配列を決定し、他の宿主の同属共生藻との系統類縁を解析した。

パラオ諸島の海水湖(52湖のうち8湖)にはタコクラゲが地理的・遺伝的に隔離され、海水湖毎に亜種に分化した集団(Dawson & Hamner、2005)が生育している。それらには共通して藻類が細胞内共生している。その共生藻であるSymbiodinium属藻類も固有進化した宿主とともに固有進化しているかどうかを進化速度の速い分子マーカーを用いて調査・解析した。本研究では共生藻類の固有進化の遺伝的分化の機構を解明することを目的とした。進化分析対象が海水湖の成立した1万2千年の隔離期間とすると、進化速度の速い分子マーカーの適用が必須であった。採用したのは共生藻の属する渦鞭毛藻類の葉緑体ゲノムに独特な存在形態であるミニサークルDNA(葉緑体遺伝子1個が1つのミニサークルにコード)を選択し、rbcL遺伝子の非コード領域をマーカーとした。海水湖内の9集団、海水湖外(ラグーン)の8集団、日本産の2集団の系統解析を行った。その結果、海水湖内集団から多数のハプロタイプ、海水湖外(ラグーン)集団の主要なハプロタイプ、および日本近海から得た集団のハプロタイプを検出し、固有進化の士田を把握した。さらにそれらのハプロタイプネットワークを構築し、海水湖内集団ごとのハプロタイプ組成に基づき、集団遺伝学的な考察を行った。(1)パラオの海水湖内外集団と日本の集団はネットワーク上で明瞭に区別できる。(2)海水湖内集団は海水湖ごとに独特のハプロタイプを持ち、海水湖間、海水湖内外のハプロタイプが識別出来る。(3)海水湖内外、海水湖間の遺伝的交流が一部で認められる。そして、これら共生藻類の遺伝的分化機構は基本的には海水湖毎に固有進化を活発に行っており、さらには海水湖の地理的隔離の程度に依存して、海水湖内外、海水湖間で遺伝的不動が生じ、以下のような共生藻類集団が形成されていることが判明した。I型:海水湖独自のハプロタイプのみ)、II型:独自ハプロタイプがほとんどで僅かに他の海水湖のハプロタイプが混在、III型:独自ハプロタイプがほとんどで僅かに湖外のハプロタイプが混在、IV型:ほとんどが湖外のハプロタイプで僅かに独自のハプロタイプが残存、となる。