hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バクテリア集団が生成するマクロな秩序構造と生物機能

運動性シアノバクテリア細胞は集団化することで、円盤形の回転型運動や彗星型運動など様々なマクロ構造をとる。H23年度は、標準環境下において、束状、円盤状、彗星状のそれぞれの集団形態の運動解析を行った。その結果、コロニー形態に係わらずバクテリア密度が高いほど運動生が優れていることを見いだした。そこで、H24年度はコロニー形態毎の運動速度の解析と、バクテリアが分泌する粘液を想定した理論モデルの構築に取り組んだ。並進運動を行うコロニー重心の運動速度は、一本鎖、束状、彗星状の順に大きいことが分かった。また、同じコロニー形態でもコロニーサイズ(設置面積)にわずかに依存して速度が大きくなる傾向が見られた。さらにコロニー速度は培地表面にバクテリア自身が分泌した粘液の有無に大きく左右されることがわかった。以上のことを纏めると、バクテリアが集合することで粘液分泌総量が増加し、それが培地から受ける抗力を低減するものと思われる。これを基に、彗星状の積層コロニーについて、底面細胞のみが駆動力を生成し、側面および底面細胞が全面、底面の水(または培地)からの抗力を受け、その他の細胞は粘液を分泌するという運動モデルを構築した。その結果、上述に見られたコロニー毎の運動特性の定性的な性質を説明することができた。しかしながら、バクテリアが自発的に集合し、それによって多様な運動が生成するメカニズムは解明されていない。鍵となる粘液の定量化、1本鎖同士の相互作用の定量的観察を通して、より現実的な数理モデル構築を行うことが今後の課題である。24年度が最終年度であるため、記入しない。このような集団運動系の数理的取り扱いは、鳥や魚の群れから自動車の渋滞まで自己駆動粒子系モデルを用いて様々な取り組みが成されてきた。数理モデル系を用いる利点は、制御パラメータを動かすことで実環境では実現困難な条件下の振る舞いを予測できることにある。しかし、動物の群れや自動車集団ではパラメータを制御するのは困難である。そこで本研究では環境が比較的制御しやすい運動性シアノバクテリアをモデル生物とする。その結果、バクテリア密度が高いほど運動生が優れいてることを見いだした。形状毎にみると、束状のバクテリアは比較的細胞集団の規模が小さく最大密度、最大運動速度も比較的小さい。この形状のバクテリア集団にさらに多くのバクテリアが集まると回転運動する円盤状または並進運動する彗星状へと遷移する。シアノバクテリアは環境中の栄養分をアミノ酸に分解する酵素を放出すると言われているが、集団形成することで孤立した状態よりも効率的に栄養分摂取が可能になると考えられる。恐らく、重心位置の移動しない円盤状集団の回転運動は、細胞増殖に貢献すると思われる。しかし、固定した位置での栄養分量には限界がありやがて細胞集団の一部は円盤状集団から剥離して彗星状となる。この形態になるど、並進運動へと切り替わり、並進運動速度は他のどの形態よりも大きくなるので、より良い環境へと移動するのに有利であると考えられる。以上のように、運動生シアノバクテリアが形成する様々な集団形態と遷移についての生物機能について考察を行った運動性シアノバクテリア細胞は集団化することで、円盤形の回転型運動や彗星型運動など様々なマクロ構造をとる。当初の計画では、マイクロ構造物を利用して1次元環境でのシアノバクテリアの運動性を評価する予定であったが、実験セットアップが予想外に難しく、今年度は標準環境の自然に形成するパターンの運動性解析とその評価に集中した。しかし、その結果、バクテリア集団の各形態の生物学的機能についての考察が進んだ。

H23年度では、運動生シアノバクテリアが自発的に形成する複数のパターンとそのパターン間の遷移現象を見いだした。H24年度では、パターン形成の数理モデル化と、遷移現象のメカニズムについて理論的考察を行い、将来的には他の多細胞系へも適用できる汎用モデルの構築を目指す予定である。
海洋油汚染の生態系への影響に関する動態分析法の構築

油流出による海洋汚染には、船舶運航時のビルジの排出に伴う流出などの日常的汚染と衝突や座礁などの事故による突発的な流出がある。その内で船舶同士の衝突事故やオイルタンカーの座礁事故のような突発的な油流出は、その拡散防止や防除対策が遅れたり、対策の選択を間違うと、大量の油が広域にわたり拡散し、事故周辺海域の生態系や環境に重大な影響を与え、沿岸住民にも社会的、経済的に多大な影響を及ぼすことになる。特に油汚染による生態系への影響は長期に渡り、種の絶滅も含めて重大な問題となる。本研究では、油流出事故に伴う海洋油汚染の生態系への影響を、時間と共に状態が変化する多数の要因が、複雑に関連する問題として捉え、動物プランクトン、植物プランクトン、デトライタス、ネクトン、溶存酸素を構成要因とし、要因間の因果関係を考慮したシステ厶・ダイナミクスに基づく動態分析のためのシュミレーションモデルを構築した。その適用例として、広島湾における生態系に適用し、事故後の流出油がどのように生態系へ影響を及ぼすかを流出油量、油種、事故発生時期などを考慮して調べた。1)油量の違い:流出油が対象海域に一様厚さで拡散する仮定のもとでは、油量が多いほどデトライタスが急増することから、油量は生態系に極めて大きい影響を与える要因である。2)油種の違い:分解速度の遅いC重油、原油、A重油の順にデトライタスの発生が多く、C重油のように分解されにくい油は長期にわたり環境に大きな影響を与えることがわかる。3)流出時期の違い:生態系の構成因子が季節により変化するために、事故発生時期により生態系への影響は異なり、植物プランクトンが増加する秋から冬にかけて事故が発生した場合に生態系に与える影響が大きくなる。ただ、事故発生時期の影響度は他の要因に比べあまり大きくない。4)回収作業の違い:流出油量が多いときは、油回収船の数が多いほうが回収能率は上がり、油量が少ないときは油膜厚も薄くて、回収船の数を増やしてもあまり回収能率は上がらないことが、デトライタスの発生量に現れている。船舶衝突や座礁などの事故による突発的な油流出は、その拡散防止や防除対策が遅れたり、対策の選択を誤ると大量の油が広範囲に拡散し、沿岸住民に社会的・経済的に多大な損害を及ぼす。また、油汚染による生態系への影響が長期に渡って起こり、種の絶滅も含めて重大な問題を引き起こす。本研究では、油流出事故に伴う海洋汚染の生態系への影響を、動植物プランクトン、デトライタス、ネクトン、溶存酸素などを構成要因とし、時間と共に状態変化する問題として、要因間の因果関係を考慮したシステム・ダイナミックスに基づく動態分析法を構築することを目的としている。そしてこの方法を、事故時に大きな被害が予測される内湾における油汚染時の生態系に適用し、事故後の流出油が時間経過とともに生態系へ影響を及ぼす様相と変化を、流出油量、油種、事故発生時期(季節)を考慮して解析するために、平成12年度は下記のことを行った。1)原油、A重油、C重油について油の性状、特に粘性、流動点と塩水での油膜の形成状態、光透過率との関係を実験的に調べた。

特に光透過率は生態系の生産速度の支配要因であるため、油膜厚による光透過率を計測する装置を考案して実験を行った。2)植物プランクトン、動物プランクトン、ネクトンなどの生産、消滅と環境要因との関係を文献等を参照して状態方程式として表わし、これにより生態系モデルを作成した。3)油回収状況と油の蒸発・乳化・分解・拡散を考慮して、内湾における油拡散解析のための数値計算法を確立した。これにより、内湾における過去の油流出事故の解析を行い、解法の妥当性を調べた。4)油拡散と生態系の生産、死滅の関係を明らかにするフローダイヤグラムを作成し、システム・ダイナミックスの手法に基づき、油汚染の生態系に及ぼす影響に関する動態分析法の計算プログラムを作成して、広島湾について試算を行った。油流出による海洋汚染には、船舶運航時のビルジの排出に伴う流出などの日常的汚染と衝突や座礁などの事故による突発的な流出がある。その内で船舶同士の衝突事故やオイルタンカーの座礁事故のような突発的な油流出は、その拡散防止や防除対策が遅れたり、対策の選択を間違うと,大量の油が広域にわたり拡散し、事故周辺海域の生態系や環境に重大な影響を与え、沿岸住民にも社会的、経済的に多大な影響を及ぼすことになる。特に油汚染による生態系への影響は長期に渡り、種の絶滅も含めて重大な問題となる。本研究では、油流出事故に伴う海洋油汚染の生態系への影響を、時間と共に状態が変化する多数の要因が、複雑に関連する問題として捉え、動物プランクトン、植物プランクトン、デトライタス、ネクトン、溶存酸素を構成要因とし、要因間の因果関係を考慮したシステム・ダイナミクスに基づく動態分析のためのシュミレーションモデルを構築した。その適用例として、広島湾における生態系に適用し、事故後の流出油がどのように生態系へ影響を及ぼすかを流出油量、油種,事故発生時期などを考慮して調べた。1)油量の違い:流出油が対象海域に一様厚さで拡散する仮定のもとでは、油量が多いほどデトライタスが急増することから、油量は生態系に極めて大きい影響を与える要因である。2)油種の違い:分解速度の遅いC重油、原油、A重油の順にデトライタスの発生が多く、C重油のように分解されにくい油は長期にわたり環境に大きな影響を与えることがわかる。3)流出時期の違い:生態系の構成因子が季節により変化するために、事故発生時期により生態系への影響は異なり、植物プランクトンが増加する秋から冬にかけて事故が発生した場合に生態系に与える影響が大きくなる。ただ、事故発生時期の影響度は他の要因に比べあまり大きくない。4)回収作業の違い:流出油量が多いときは、油回収船の数が多いほうが回収能率は上がり、油量が少ないときは油膜厚も薄くて、回収船の数を増やしてもあまり回収能率は上がらないことが、デトライタスの発生量に現れている。
異なる銀河団環境における矮小銀河の種族特性

1998年4月に、ラパルマ天文台の口径4.2mのウィリアムハーシェル望遠鏡で、かみのけ座銀河団の矯小銀河約500個のスペクトルを得た。また、5月には我々のモザイクCCDカメラを、同望遠鏡の主焦点につけて、かみのけ座銀河団、おとめ座銀河団(一部)、及びヘルクレス座銀河団の観測を行い所期のデータを取得した。かみのけ座銀河団の撮像データの解析から始め、矮小銀河の性質をおとめ座銀河団のものと比較した。かみのけ座銀河団は、多数の銀河がほぼ球状に密集する「メンバー数が多く渦巻き銀河をほとんど含まない規則的な銀河団」であり、一方おとめ座銀河団は、「メンバー数が比較的少なく渦巻き銀河を多く含む不規則な銀河団」である。比較の結果、まず、かみのけ座銀河団の矮小銀河もおとめ座銀河団のものと同様に、銀河中心から半径方向に沿って、いわゆる指数関数型の光度分布を示すことがわかった。次に、矮小銀河のの真の明るさと面輝度の相関関係が二つの銀河団で極めてよく似ていることがわかった。この二つの事実は、大きく異なった銀河団環境にある矮小銀河の性質がほとんど同じであることを示している。矮小銀河の形成に関しては、先天的な要因によってその性質がほとんど決定されるという考え方と、銀河団内部での銀河同士及び銀河間物質との相互作用によって性質が変成されるという考え方がある。上記の知見は、矮小銀河の性質を決めるメカニズムは、環境や他の銀河との相互作用ではなく、内在的なものであること、つまり、前者の考え方を支持する。また、解析の副産物として、通常の巨大楕円銀河ばかりでなく、矮小楕円銀河にも、いわゆる色一等級関係が見られること、その傾きは、色を測定する開口のサイズによって変化することがわかった。この原因を調べるため、矮小楕円銀河内の色分布を調査中である。春に観測できる銀河団の観測を予定していたが、望遠鏡時間の割り当ての都合で、我々の次の観測は、1998年5月となった。このため、今年度新たな観測は行なわれなかった。平成8年度に取得した、かみのけ座銀河団のデータを解析した。銀河団中心部と周辺部の2視野についてデータ処理を完了し、矮小銀河の性質を、おとめ座銀河団のものと比較した。我々に最も近いおとめ座銀河団は、その近さのため矮小銀河の性質が写真観測からすでにかなり知られてる。かみのけ座銀河団は、多数の銀河がほぼ球状に密集する「メンバー数の多い規則的な銀河団」である。一方おとめ座銀河団は、「メンバー数の比較的少ない不規則な銀河団」である。比較の結果、まずかみのけ座銀河団の矮小銀河も、おとめ座銀河団のものと同様に、銀河中心から半径方向に沿って、いわゆる指数関数型の光度分布を示すことがわかった。次に、矮小銀河の明るさと平均の表面輝度の相関関係を求め、距離の違いを補正してみるとこの関係は二つの銀河団でほとんど同一であることがわかった。これらの二つの事実は、かなり異なった銀河団環境にある矮小銀河の性質が、ほとんど同じであることを示している。このことは矮小銀河の性質を決めるメカニズムは、環境や他の銀河との相互作用ではなく、内在的なものであることを示唆する。また、解析の副産物として、楕円銀河ばかりでなく矮小楕円銀河にも、いわゆる色一等級関係がみられるが、その傾きは、色を測定する開口のサイズによって変化することがわかった。1998年4月に、ラパルマ天文台の口径4.2mのウィリアムハーシェル望遠鏡で、かみのけ座銀河団の矮小銀河約500個のスペクトルを得た。

また、5月には我々のモザイクCCDカメラを、同望遠鏡の主焦点につけて、かみのけ座銀河団、おとめ座銀河団(一部)、及びヘルクレス座銀河団の観測を行い所期のデータを取得した。かみのけ座銀河団の撮像データの解析から始め、矮小銀河の性質をおとめ座銀河団のものと比較した。かみのけ座銀河団は、多数の銀河がほぼ球状に密集する「メンバー数が多く渦巻き銀河をほとんど含まない規則的な銀河団」であり、一方おとめ座銀河団は、「メンバー数が比較的少なく渦巻き銀河を多く含む不規則な銀河団」である。比較の結果、まず、かみのけ座銀河団の矮小銀河もおとめ座銀河団のものと同様に、銀河中心から半径方向に沿って、いわゆる指数関数型の光度分布を示すことがわかった。次に、矮小銀河のの真の明るさと面輝度の相関関係が二つの銀河団で極めてよく似ていることがわかった。この二つの事実は、大きく異なった銀河団環境にある矮小銀河の性質がほとんど同じであることを示している。矮小銀河の形成に関しては、先天的な要因によってその性質がほとんど決定されるという考え方と、銀河団内部での銀河同士及び銀河間物質との相互作用によって性質が変成されるという考え方がある。上記の知見は、矮小銀河の性質を決めるメカニズムは、環境や他の銀河との相互作用ではなく、内在的なものであること、つまり、前者の考え方を支持する。また、解析の副産物として、通常の巨大楕円銀河ばかりでなく、矮小楕円銀河にも、いわゆる色一等級関係が見られること、その傾きは、色を測定する開口のサイズによって変化することがわかった。この原因を調べるため、矮小楕円銀河内の色分布を調査中である。
歯根の形態形成を誘導する主要遺伝子の同定

ヒトの下顎第二大臼歯あるいは第三大臼歯にみられる癒合根は樋状根と呼ばれている。その成因に対する形態学的検討が数多く報告されているが、未だ不明な点が多い。そこで、ヒト樋状根の疾患モデルマウスであるC57Lマウスを用いた遺伝学的研究から、その成因には遺伝要因の関与が大きく、極少数の遺伝子によって制御されている可能性を示唆する報告がある。C57Lマウスを用いた分子遺伝学的研究が数多く行われてきたが、樋状根成因に対する原因遺伝子の特定には至っていない。その背景として、癒合形態の数値化の困難さが挙げられ、表現型としての癒合形態の評価法が存在していなかった。そこで、本研究では、歯根癒合形態をMicro-CT画像より3次元構築することで数値化に成功したことを踏まえ、樋状根を有するC57Lマウスと正常歯根を有するAKRマウスの交配から得られたF1マウスにAKRマウスを戻し交配しN2マウスを作出した。そこで、樋状根成因に対する量的遺伝解析をMapmanager QTxb11を用いて行った。その結果、染色体6番でHigh significantなLODスコアを、7番および8番でsignificantなLODスコアが得られたことから、3つの染色体が候補染色体となり得ることが示唆された。さらに、染色体6番の36.1cM付近に存在するD6Mit230で、High significantなLODスコア(LOD=4.7)が得られたことから、歯根の形態形成に関与する主要遺伝子が存在する可能性の高いことが示唆された。また、染色体7番の49.2cM付近に存在するD7MitlO5(LOD=3.0)ならびに染色体8番の24cM付近に存在するD8Mit65(LOD=3.0)においても関連遺伝子の存在が示唆された。1.歯根形態異常(癒合根)の出現時期の決定:生後7日齢から2週齢のC57LとICRマウスを用い、通法の病理組織切片およびMicro-CT画像の観察から、歯根形成開始期はC57Lマウス、ICRマウスともに生後10日齢で両系統間に違いはみられなかったが、生後13日齢ではC57Lマウスに癒合が出現し、正常マウスであるICRと歯根形態形成に大きな違いが認められた。以上の結果から生後1013日齢が、癒合根成因に関与する遺伝子の発現時期として重要なステージであることが示唆された。2.Classic geneticcrossを用いたQTL解析:癒合根を有するC57Lマウスと正常歯根を有するAKRマウスとの遺伝的交配からF1マウスを作製後、F1マウスにAKRマウスを戻し交配したN2マウスを合計155匹作製した。連鎖解析に用いるDNAマーカーは、全染色体上に合計100個設定し、現在QTL解析を進めている。特に、QTL解析に必要不可欠な表現型については、癒合根の度合い(DRFR)をMicro-CTで得られた3次元データをもとに再構築した画像から数値化に成功した。C57Lマウスでは、DRFRの平均値は86.8%で、AKRマウスではDRFRの平均値は37.1%であり、統計学的に有意な差を認めた。以上の結果から、N2組み換えマウスを用い、DRFRから算出した数値を表現型とし、DNAマーカーから得られた遺伝子型からQTL解析を行うことで、癒合根成因に関与する遺伝子の特定が可能となることが示唆された。

樋状根を有するC57Lマウス(MT)および正常歯根を有するマウス(WT)を用いて、生後7日から2週までの下顎第二臼歯を含む組織切片を作製した。H.E染色法にて歯根の形態形成過程を観察したところ、生後12齢ではMTとWTとの間の歯冠・歯根形態において組織学的所見から違いは認められなかったが、生後13日齢ではMTとWTとの間で歯根形態において明らかな違いが認められた。上記の結果から、生後13日齢における下顎第二臼歯の間葉系組織を標的にGene Chip解析を行うことにした。下顎第二臼歯を抜去後、歯髄細胞を中心にRNA抽出を行い、cDNA作製後解析を行った。Cy5/Cy3 ratio(Cy5 positive)で有意差がみられた20個の遺伝子の中から、QTL解析結果とoverlapする染色体を検索したところ、neuropeptide Y, brain and kidney protein, forkhead boxM1が候補遺伝子となる可能性が示唆された。しかしながら、過去において歯根形成に関与することが報告されているBMP4、MSX2、FGFなどのKey geneは、本研究において候補遺伝子とはならなかった。本研究における候補遺伝子は、歯根の初期形成のある一定の時期だけに発現し、さらにBMP、MSX遺伝子の下位に存在する可能性が考えられる。今後は、樋状根成因に関与する主要遺伝子を同定することで、歯根形態形成に関与する遺伝子相互作用を解明する予定である。
極低温・真空中の高分子電気絶縁材料の沿面絶縁性能向上に関する研究

本研究では、極低温・真空中に置かれた高分子材料の沿面フラッシオーバ電圧の温度依存性や真空度依存性などの基礎特性、沿面放電による高分子材料表面の劣化状態などを把握することを主目的とした。高分子試料としてポリメチルメタクリレートを使用した。試料(沿面距離510mm)を平行平板電極系に狭み、交流上昇電圧印加時の試料沿面のフラッシオーバ電圧の試料温度、試料形状、印加電圧上昇率、真空度依存性を測定するとともに、沿面フラッシオーバ後の試料の劣化状態の観察も行った。得られた結果を以下に示す。1.平板電極内部を空洞にして液体窒素を充填するように工夫したこと、試料長さが最大10mmと比較的短かったことから、試料長さ方向の温度差はほとんど認められなかった。また、液体窒素で冷却を開始後、試料表面の温度が一定値に到達するまでに要する時間は、実験条件により異なるが2030分程度であった。2.試料表面温度の低下につれて、沿面フラッシオーバ電圧は緩やかに上昇し、一定値に達した。3.沿面距離が長いほどと沿面フラッシオーバ電圧は高かった。また、試料直径が大きい方がフラッシオーバ電圧は低下した。直径が大きいほど電極と接する部分が増すため、弱点部が多くなることが原因と考えられる。4.沿面フラッシオーバ電圧は印加電圧上昇速度(500V/sec、1000V/sec)に依存しなかった。5.大気圧から真空度を良くして行くと、沿面フラッシオーバ電圧は一旦低下し、その後上昇する傾向が認められた。空気のパッシェン曲線との関連において検討を進めている。6.沿面放電発生後の試料表面の劣化はほとんど認められなかった。電圧遮断が早かったためと考えられる。今後、試料に温度勾配がある場合の特性についても検討を進める予定である。
ダイナミックランダムドットステレオグラムからの曲面再構成

本年度の研究により、本研究者が提案したステレオ照合ニューラルネットワークにより、静的ランダムドットステレオグラムと同様に、動的ランダムドットステレオグラムから高い精度で曲面を検出できることを明らかにした。また、ニューラルネットワークの時定数と検出精度の関係を求めた結果、画像の切替え時間を単位時間としたとき、時定数が1では検出精度が70%に留まるが、2以上になると90%を越えることが明らかになった。この結果から、時定数の長さがダイナミックランダムドットステレオグラムからの曲面検出に影響を与えることが分かった。さらに、時定数が長いほど検出精度が向上することが分かった。本研究では、さらにトランスペアレントな面、視差に曖昧さを含む面、簾状の面などの検出に提案ニューラルネットワークを適用し、高い精度でこれらの面を検出できることを示した。例えば視差に曖昧さを含む面は、中央の矩形領域が注視点の位置により背景より手前あるいは奥に見えるようなランダムドットステレオ画像で、その周りの上半分を奥に下半分を手前に見える画像で囲んだ場合、中央の領域の上半分は奥に下半分は手前に見えるように誘導知覚される。本研究では、従来のモデルでは再現困難であったこのような現象を、はじめてニューラルネットワークで再現することができた。今後、さらにモデルの精緻化を計って、さまざまな両眼立体視に関する視知覚現象を説明して行く計画である。
巨大ベシクルのレーザー分裂・融合・構造形成制御と二分子膜構造

Didodecyldimethylammonium bromide(DDAB)は水中におて数マイクロメートルから数十マイクロメートルのジャイアントベシクルを形成する。一方、集光したレーザー光が物質により散乱されるときに発生する放射圧を利用することによりマイクロメートルの微粒子から比較的に大きな分子や分子集合系を捕捉することが可能である。本研究においては、DDABベシクルをレーザー光により分裂、構造制御するとともに、顕微分光測定を通してベシクルを構成する二分子膜構造の再構成過程をその場測定することを目的として研究を行った。1)単一ベシクル形態ののレーザー制御:ベシクルをレーザー捕捉するため、2本のレーザー光で2箇所を独立に捕捉することのできるダブルビーム走査型レーザーマニピュレーションシステムを構築した。これにより、約10マイクロメートル程度の単一ベシクルの両端をレーザー捕捉し、一方の集光レーザー光をXY平面内で走査することによりベシクルを球形から楕円形へ変形させること、更には分裂、2つのベシクルの融合に成功した。2)単一ベシクルの顕微分光: DDABベシクルをFluorescein等の蛍光色素で染色して、単一ベシクル毎に顕微分光測定を行った。その結果、蛍光色素の極大波長と寿命はベシクルのサイズに依存することが見い出された。3)ベシクルの膜構造変化の電気科学制御:分子内に電気化学活性なフェロセン部位を有するDDAB誘導体を合成した。DDABとの混合ベシクルをマイクロ電極に接触させて電気分解することにより、単一ベシクルの消滅を電気科学的に制御可能であることを示した。先に述べたレーザーによるベシクルの分裂・変形操作と蛍光分光法を組み合わせることにより、二分子膜の再構成過程の情報が得られるものと期待される。まず、ベシクルを精密にレーザー捕捉するため、2本のレーザー光で2箇所を独立に捕捉することのできるダブルビーム走査型レーザーマニピュレーションシステムを構築した。これにより、約10マイクロメートル程度の単一ベシクルの両端をレーザー捕捉し、一方の集光レーザー光をXY平面内で走査することによりベシクルを球形から楕円形へ変形させることに成功した。変形後にレーザー光照射を止めると約3秒ほどで、元の球形に戻る過程も観測できた。さらにレーザー光強度を上げて同様の実験を試みたところ、ベシクルの分裂を誘起することができた。光の放射圧の大きさから二分子膜を構成する力学的な強度や分子間力を見積もることが可能と考え、理論的な考察を進めている。一方、DDABベシクルをFluorescein等の蛍光色素で染色して、単一ベシクル毎に顕微分光測定を行った。即ち、ベシクルサイズの減少とともに、蛍光極大波長は短波長シフトするとともに、蛍光寿命は長くなった。この現象には色素濃度依存性があり、高濃度の時にサイズ依存性は顕著であった。この事はベシクルサイズに依存して蛍光色素の会合状態が変化することを示唆するものである。
遺伝学的モニタリングのための超迅速マウス遺伝子プロファイリングシステムの開発

遺伝子改変マウスの表現型解析を行う際に、遺伝背景の統御が重要である。本研究で開発した遺伝子プロファイリングシステムは、効率的な遺伝背景検出が可能でTaqManアッセイ法がベースとなっている。本システムは、最汎用系統であるC57BL6(B6)系統を亜系統・生産ブリーダーレベルで判別可能で、Y染色体・mtDNA由来を含む184 SNPsマーカーとドライバーマウス由来の8つの導入遺伝子検出マーカーを合わせた192マーカーを、同時に1枚の384ウエルプレート上で検出可能なデザインであり、出力されるデータを表形式へ変換するツール開発によって、効率的で詳細な遺伝背景検査をスムーズに行うことを可能とした。遺伝子改変マウスが数多く開発され、遺伝子機能解明に活用されるが、正確な表現型解析には遺伝背景の充分な統御が必要で、これを効率良く検出可能な遺伝子プロファイリングシステムを開発することが本研究の目的である。前年度までに、384プレートにセットするための約300マーカーを選抜し、その中から192マーカーの遺伝子プロファイリングシステムを構築し全体の流れや運用の評価をおこなった。最終年度では、C57BL/6 (B6)亜系統間を詳細に判別可能とするため、データベースより得たSNPs情報を元に調査し、およそ140か所のSNPsマーカーをゲノム上に確認した。その中から我が国の主要な生産ブリーダー由来の7つのB6亜系統を区別可能なSNPsマーカー群の開発に成功した。これらを加え192マーカーを再構成することで、充分に精度の高い遺伝背景チェックシステムを構築できた。すなわち本システムでは、各B6亜系統の生産者ブリーダーレベルでの遺伝背景均一性、父系(Y染色体)・母系(mtDNA)の各由来系統をSNPsマーカーより検出、同時にベクター由来導入遺伝子を検出することで、高精度かつ効率的な遺伝背景検出を実現した。またTaqMan Genotyper (Applied biosystems)の出力データは、Microsoft Accessをベースに開発したツールを用いて省力的な表形式パネルへの変換を実現した。加えて、一連のマーカー開発でB6/JとB6/N亜系統間のSNPsマーカーが数多く得られた。交配系統が近縁な場合、変異遺伝子の表現型への効果が明瞭になり、本システムは遺伝子マッピングへの転用が有効と考えられた。ゆえに、B6/JとB6/N間SNPsマーカーを活用し約100 lociからなる遺伝子マッピングシステムへ発展させた。これら構築したシステムをホームページに公開した(備考参照)。対象遺伝子の機能を解明する有効な手段として遺伝子改変マウスが開発されるが、遺伝背景の統御が不十分な場合、その正確な解析に影響する可能性がある。遺伝背景のモニタリングは非常に労力と費用を要する側面があるので、効率的に遺伝背景の均一性を検出可能な、TaqManアッセイベースの遺伝子プロファイリングシステムを構築することを目的とした。まずシステム開発の中で重要な、マーカーのセレクションを行った。設計済みの約800のTaqManプローブから実験・野生由来近交系の33系統のSNPsアレルパターンの調査を行うと共に、公共データベース上のSNPs情報やベクター由来導入遺伝子から新規マーカーを見出し、TaqManプローブの設計及び評価を行った結果、約300マーカーを選抜した。これらはB6系統へのゲノムワイドな遺伝背景均一性を検出するB6特異的SNPsや、より詳細な検査のB6亜系統・生産ブリーダー間のSNPs、父系・母系の由来系統検出のY染色体・ミトコンドリアDNA上のSNPs、遺伝子改変系統作製時に使用されるベクター由来導入遺伝子を検出するマーカーで構成されている。このような遺伝背景の検出対象別のマーカー選抜は、マーカー数の抑制と詳細な検査を両立させ、コストや労力の低減に効果的であり非常に意義深い。TaqManプローブの384プレートでの凍結乾燥保存法を検討したが、解析直前に実施する方が蛍光強度は安定かつ強かったため、プローブを予めプレートに分注し、シーリング・遮光した上で冷凍し、解析直前に凍結乾燥を実施する系に改めた。データ解析は、機器より出力されるデータからTaqMan Genotyper Software(Applied biosystems)を用いてマーカー単位で正確に判定。これら結果を表形式のパネルに変換するツール開発を行い、スムーズな遺伝背景検出を可能にした。本システムで検出するマーカーセットは、使用するプレートのウェル数に相当する384マーカーを予定しているが、現在までに選抜したマーカーは、目標数に至っていない。しかしながら、全体的な実験の流れの把握や、システム上の問題点を検証する目的で、384マーカーの半分の192マーカーでのシステム構築を行った。

本システムは、検出する遺伝背景の検出対象別にマーカーを選抜することで、マーカー数の抑制と同時に高い検出能を両立させるものであるが、ハーフサイズの192マーカーの選抜に於いても、検出する遺伝背景の対象群は変更せず、各群のマーカー数をサイズダウンするような選抜を行った。このように構築された192マーカーセットのシステムを用いて、日本マウスクリニック事業における遺伝子改変マウス系統の遺伝背景チェックを行ったところ、コンジェニック化によるゲノム全体の均一化の進行度の評価やY染色体の戻し交配系統への置換、B6/JとB6/Nの亜系統の混在による系統維持などの検出に効果的であり、少ないマーカーサイズにおいても、本システムがコンジェニック化や遺伝学的モニタリングといったマウス系統の遺伝背景の統御をモニターするのに有効であることが検証できた。つまり、今後384マーカーへサイズアップすれば、より詳細な遺伝背景検出が可能となり、より精度の高い検出システムが開発できることを示唆している。したがって、マーカー選抜がやや遅れているが、全体的なシステムの流れを構築しその運用における有効性の確認が済んでいるため、研究全体としては順調に進行していると判断できる。現在までに、遺伝子プロファイリングシステムの枠組みは192マーカーの系で構築ができているため、今後は384マーカーへシステムをサイズアップするための、新規マーカーの探索、及びそのTaqManプローブセットの設計とバリデーションを行う予定である。現在までに300弱のマーカーを選抜済みである。残りのマーカー開発を行っていきたい。特にB6/Nの生産ブリーダー間レベルでのSNPsマーカーが多く見出されてきているので、これらを積極的にマーカーセットに組み込んでいくとともに、特定のマウス系統が特徴的にもつSNPsマーカーを加えることによって、より多くの系統の遺伝背景への関与を網羅的に検出することが可能になると考えられる。最終的に選抜した384マーカーでの遺伝子プロファイリング結果は、個体単位での表形式のパネルで示される見込みである。遺伝背景の均一度やY染色体の置換についてなどの個体ごとの遺伝子プロファイルリング情報を、その表から簡単に読み取ることが可能になるように、どのような情報を表示し、またそのフォーマットをどのようにすべきかを検討していきたい。そして日本マウスクリニック事業における遺伝子改変マウス系統の遺伝背景の検出を通して、システムの有効性を実証していくとともに、ホームページや学会発表を通して開発したシステムの紹介や、マウス研究における遺伝背景統御の重要性について周知していきたい。該当なし
新規天然物生合成遺伝子クラスターの合理的探索法の確立と物質生産

酸無水物二量体型構造を持つ糸状菌由来天然物の生合成遺伝子クラスター(設計図)を同定するため、zopfiellin (ZFL)およびphomoidride (PMD)を生産する二種の菌に関してゲノムのドラフトシーケンスを行った。この過程で発見したオキザロ酢酸と脂肪酸部を縮合する酵素遺伝子を手掛かりに、ZFLおよびPMDの設計図を推定した。次いで3種の標的生合成酵素遺伝子をクローニングし、全てを導入した麹菌による生産、さらに大量発現した酵素を用いてin vitroで機能解析により、酸無水物モノマーの生産に成功した。これにより2-アルキルクエン酸型代謝産物群の新規な設計図取得法が開発できた。酸無水物構造を持つzopfiellin (ZFL)生産菌のゲノムのドラフトシーケンスを行い、バイオインフォマティクスによりそのデータ解析をした。その結果、脂肪酸合成酵素ではなくポリケタイド合成酵素遺伝子の近傍に、縮合酵素および脱水酵素遺伝子を持つ遺伝子クラスターを一個だけ見出した。同様におよびphomoidride (PMD)生産菌のゲノム解析から、やはり3種の遺伝子を持つクラスターを同定した。ZFL生合成遺伝子クラスターの機能解析を行なうべく、まず生産菌のmRNAより調製したcDNAから縮合酵素および脱水酵素遺伝子をクローニングした。本遺伝子を発現ベクターに組込み、形質転換した大腸菌で発現させ、精製酵素を調製した。両酵素存在下、モデル基質としてオクタノイルCoAとオキザロ酢酸を基質として反応を行なったところ、予想した酸無水物が単一の生成物として得られた。これにより、今回見出された遺伝子クラスターが、糸状菌代謝産物として特徴的な酸無水物型天然物の生合成に関与することが、強く示唆された。これにより、論理的に生合成経路を推定し、ゲノム情報を基に生合成遺伝子を網羅的に取得するのみならず、適切なホストで発現することにより、物質生産が行なうことが可能になった。Zopfiellin生合成遺伝子のうち、脱水酵素Zop3と縮合酵素Zop11を用いたオキザロ酢酸と中鎖アシルCoAによるin vitro反応の生成物の構造を確認するため、それら酸無水物の標品を合成した。側鎖が飽和した酸無水物は、アセチレンジカルボン酸ジメチルエステルへのヘキシルグリニャール試薬から調整した有機銅試薬を共役付加させた後、生じた銅エノラートをプレニルブロミドにて捕捉することで合成した。側鎖が不飽和の酸無水物は、ムコブロム酸誘導体への二回のクロスカップリングを行い合成した。合成品は、二種の中鎖アシルCoAを用いた酵素反応生成物と完全に一致した。これにより縮合酵素は、飽和型基質ではアルファ位で、不飽和型基質ではガンマ位で脱プロトン化を行い、縮合反応を触媒することが分かった。phomoidride (PMD)の生合成遺伝子クラスター上に見つかったポリケタイド合成酵素(PKS)phiA、脱水酵素phiI、縮合酵素phiJの各遺伝子を麹菌に導入し、得られた三重形質転換体を培養したところ、炭素鎖10個の目的とする側鎖構造を有する酸無水物モノマーの脱炭酸体が単離された。これは、炭素鎖12個のアシル基質をPKSであるPhiAが合成し、PhiJがオキザロ酢酸との縮合、さらにPhiIが生成物の脱水反応を触媒することを示している。これを確認するため、Zopfiellinの場合と同様、大腸菌で大量発現したPhiI、PhiJを用いた酵素反応を行い、側鎖にカルボン酸を有する酸無水物の合成に成功した。以上の実験結果から、二種の新規クラスターを同定し、その機能解析に成功した。さらに相同性に基づかない方法論でも新規クラスターが同定可能であることを示した。生物有機化学今回の生合成遺伝子は、ポリケタイド合成酵素あるいは脂肪酸生合成酵素遺伝子と相同性があると考えていたが、予想どおりであったため、比較的容易に同定できた。天然物を合成するには、今回同定した約10個の遺伝子からなるクラスターの中から、残る二量化酵素と酸化的修飾酵素をコードする遺伝子を探せば良いことになる。これにより期限内に目標が達成可能な状況となった。消耗品購入で予定した額となるよう考慮していたが、計算ミスにより少額の金額が残ってしまった。消耗品費の残額に注意して、有効に使用する予定である。
樹木の耐塩性の評価方法と生理機作に関する研究

植物の耐塩性の違いは、各器官の生理的な特性を総合化することによって評価できるとの観点から、本研究は、第一に樹木の塩吸収と蒸散速度との相互作用を明らかにし、第二に根から木部通道組織へと輸送した塩がイオンポンプによって柔細胞内に取り込まれ、その除塩効果によって葉への塩の蓄積を抑制する能力の違いを明らかにすることを目的とした。本研究では、非塩生の6樹種の1年生苗について塩水(NaCl:0、13、25、50、100mM溶液)を50日間潅水処理し、葉の可視被害率を観察しながら、蒸散、光合成および気孔コンダクタンスへの影響を調べるとともに、細根、太根、幹、葉の各器官の陽イオン(Na、K、Ca、Mg)と陰イオン(Cl、F、SO_4、PO_4)について分析した。その結果、根におけるNaの吸収量を規制している反発係数を、体積流(蒸散流)量と塩処理濃度との関係から樹種毎に求めると、反発係数が樹種間で大きな差があることが明らかになった。タイワンヤマツツジは吸収したNaを根に貯蔵できる容量が小さくて、NaClの吸収量が増えると次第にNaを葉へ蓄積させたと考えられ、いわゆるNa蓄積植物と認められた。一方、ニセアカシア、シラカシ、マテバシイは、根や幹でNaを蓄積させて葉への蓄積を抑制させるNa非蓄積植物と認められた。モッコクとクロマツは葉にNaがバランスよく配分されていた。さらに、木部組織中の柔細胞が吸収したと推測したNa量に対応して、Clの吸収とKの放出が同時に起こっていること、さらにこれらの量が6樹種および各器官を通して一定のイオン比率であることを明らかにし、木部中の柔細胞の働きによって葉へのNaやClの輸送が抑制されて、耐塩性に影響していることを示すとともに、これらの関係をイオン交換の数理モデルに導くための考え方を提案した。本研究は、樹木の塩吸収における蒸散速度への影響を明らかにし、かつ吸収された塩が木部通道組織から柔細胞のイオンポンプによって除塩されることによって、葉への塩の蓄積を抑制する機能を解析的にとらえ、それぞれのパラメータを明らかにし、これをもとに個体全体としての耐塩性の違いを評価するととも、耐塩性の生理的なメカニズムをより解析的に解明しようとするものである。当該年は、苗木の蒸散量および光合成、気孔コンダクタンスに及ぼす塩処理の影響をみるために、耐塩性が異なると推測される6樹種1年生苗を用い、ワグナーポット(1/5000a)に移植養生したうえで、実験はガラス室内で行った。蒸散量の計測はポット全体をポリ袋で包み、重量の減少量から蒸散量を求めた。塩水濃度は、NaClで0、13、25、50、100mM溶液の5段階(繰返しは5本)である。塩水処理期間は50日間とした。葉の被害率を観察しながら、光合成・蒸散・気孔コンダクタンスの計測は携帯型光合成蒸散測定装置を利用し、定期的に計測した。塩吸収量は処理終了後、苗木を根(細根、太根)、葉、幹・枝に分け、それぞれのNa、K、Ca、Mgイオンの濃度を原子吸光分析法により分析した。この結果、根からのNa吸収においてreflection coefficient(反射係数)に樹種間に違いが認められ、耐塩性の重要なパラメータの一つになることが明らかになった。

また、耐塩性の大きいニセアカシアと小さいツツジを比べた場合、吸収したNaが根や幹に蓄積する量は、樹種間に大きな違いがあることを確認したが、同時に両樹種を含めて蓄積したNaの量によく対応して根・幹からkイオンの放出があり、これが葉に蓄積することが明らかになった。このことから電気的なバランスを維持するために、イオンの置換が行われたものと予想し、Ca、Mgなどの陽イオンの分析も実施した。その結果、NaCl処理塩濃度が高い場合に葉での蓄積がわずかに抑制されるが、イオン置換はほとんど無視できることが明らかになった。しかし、陽イオンばかりでなく、陰イオンも含めてその動態を明らかにする必要性が認識された。本研究は、木部組織の柔細胞がイオンポンプによって通水中の塩を吸収し、葉への塩を蓄積を抑制する機能について解析し、これにより個体全体の耐塩性の違いを評価するととも、耐塩性の生理的なメカニズムを解明することを目的とした。耐塩性が異なると推測される6樹種1年生苗についてNaCl (0、13、25、50、100mM溶液)を50日間潅水処理し、最後に根(細根、太根)、葉、幹、枝に分け、Na、K、Ca、Mgイオンの濃度を原子吸光分析法により、また、陰イオンは、イオンカラムクロマト法により、Cl、F、SO_4、PO_4について分析した。処理濃度の増大に伴う個体当たりの各イオン吸収量は、KについてはタイワンヤマツツジとモッコクではKの吸収量が減少したが、シラカシとマテバシイは明らかに増加する傾向を示した。Ca吸収に及ぼす影響は、低濃度において吸収量が増大し、さらに処理濃度の増大も伴い減少した。Mg吸収は、いずれの樹種も濃度処理間に大差がなかった。陰イオンでは、FとSO_4とPO_4の吸収は、低処理濃度で一旦低下し、処理濃度が増加すると再び増加した。ただし、シラカシのPO_4の吸収は逆の傾向を示した。6樹種の葉を除く3器官すべてを通して、Naの増加率とKの減少率が同一回帰線で示された。これは、柔細胞がNaイオンポンプをもち、この働きで柔細胞にNaが取り込まれ、そのアンチポート(antiport)としてKイオンが排出されたと推測される。そのNaイオン数とKイオン数との関係は、回帰係数からおよそ4:1であると考えた。3樹種で調べた各器官のNaイオンの増加率とClイオンの増加率との関係は、葉以外の器官では相関係数r=0.864**と高い相関が得られ、器官がNaイオンを吸収するときに、かなり安定した比率でClイオンを吸収していた。木部中の柔細胞の働きによって葉へのNaやClの輸送が抑制されて、耐塩性に影響していることを示した。
高分解能Ｘ線スペクトルで明らかにする宇宙の化学進化と構造進化

本研究の目的は、銀河に付随する高温ガスの観測から、階層を超えた元素とエネルギーの循環を明らかにすることで、宇宙の化学進化・構造進化に迫ることである。そのために、以下の2つの研究の遂行を行った。一つは銀河・銀河団に付随する高温プラズマの元素組成比を求め、銀河から銀河団へといった物質の流れを解明する。二つめは2015年度打ち上げ予定のASTRO-H衛星搭載SXSマイクロカロリメータを用いて、電荷交換反応、共鳴散乱、ドップラーシフトなど、熱平衡からはずれたスペクトル構造から、高温/低温ガスの相互作用やガスの運動を解明する。特に本年度は2つめの検出器開発を主に行った。2015年度の打ち上げを控えたASTRO-H衛星搭載のマイクロカロリメータSXSのメンバーとして衛星試験に参加した。検出器を極低温50 mKまで冷やす3段式断熱消磁冷凍機(ADR)をコントロールするADRコントローラの担当をつとめ、中心メンバーとして活動している。さらに、本年度は立教大学が主導している、パルスチューブ冷凍機の作成にも参加した。このシステムでは、2段パルスチューブ冷凍機を用いて2-4 Kの熱浴を実現し、CrKミョウバンを用いた断熱消磁冷凍機によって、センサ動作温度である極低温環境を実現する。本冷凍機開発も、小型衛星に搭載し、太陽や惑星における電荷交換反応の測定を目指している。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、銀河に付随する高温ガスの観測から、階層を超えた元素とエネルギーの対循環を明らかにし、宇宙の化学進化・構造進化に迫ることである。そのために、以下の2つの研究を遂行している。1.銀河に付随する高温プラズマの元素組成比を特定し、銀河進化と元素供給を解明する。2. 2015年打ち上げ予定のASTRO-H衛星搭載SXSカロリメータを用いて、電荷交換、共鳴散乱、ドップラーシフトなど熱平行から外れたスペクトル構造から、高温・低温ガスの相互作用やガスの運動を解明する。1つめについては、現在公開されている「すざく」衛星の観測データを用い、早期型銀河17天体の系統的解析を行った。求められた元素組成、組成比ともに、高温ガスの温度、形態、環境によらずほぼ1太陽組成であった。現在のIa型超新星爆発の発生率を仮定して求めたla型で供給される鉄の量と星の鉄組成の和は1.7-8.3太陽組成である。本研究で求めた高温プラズマの鉄の元素組成は0.8太陽質量程度であり、Ia型超新星爆発の発生率から見積もった値より小さい。この解釈として考えられるのは、現在の白色矮星の超新星爆発発生率が低いことである。他には、現在のIa型超新星爆発で生成される物質が高温プラズマ中に拡散する前に銀河の外に逃げているのではないか、という予測がたてられており、Tang&Wang (2010)によるシミュレーションではアウトフローによって外側へ逃げて行く鉄が再現されている。以上の結果は投稿論文としてまとめ、The Astrophysical Journal誌から出版されている。2つめについては、ASTRO-H衛星の2015年打ち上げをめざし、SXSメンバーとして衛星試験に参加している。検出器であるカロリメータを極低温の50mKまで冷やす3段式断熱消磁冷凍機(ADR)をコントロールするADRコントローラー(ADRC)の日本担当として、積極的に試験に参加し、中心メンバーとして活動している。さらに、打ち上げ後、いち早く効率的かつ精確に成果を発信するため、SXSによる銀河団中心の観測シミュレーションを行い、共鳴散乱の検出の有無を検討しており、結果を投稿論文にまとめている。1.銀河・銀河団に付随する高温プラズマの元素組成比を特定し、銀河から銀河団へといった物質の流れの解明, 2. 2015年度打ち上げ予定のASTRO-H衛星搭載SXSカロリメータを用いて、電荷交換、共鳴散乱、ドップラーシフトなど熱平行から外れたスペクトル構造から、高温・低温ガスの相互作用やガスの運動を解明する。1つめについては、現在公開されている「すざく」衛星のデータを用いて、銀河団外縁部の元素組成比を求めた。今までは、銀河団外縁部において全体の元素組成は求められていたが、その輝度の暗さから個々の元素組成は求めることが困難であった。しかし、我々は十天体ほどの銀河団をスタッキングすることにより、鉄の元素組成を求めることに成功した。引き続きα元素の組成を求め、銀河団外縁部における元素合成、拡散史に迫る。2つめについては、ASTRO-H衛星の2015年度打ち上げをめざし、マイクロカロリメータSXSのメンバーとして衛星試験に参加している。検出器であるカロリメータを極低温の50 mKまで冷やす3段式断熱消磁冷凍機(ADR)をコントロールするADRコントローラー(ADRC)の日本担当として、積極的に試験に参加し、中心メンバーとして活動している。打ち上げの年度が近づき、新居浜、つくばで打ち上げ時や直後、定常運用を仮定した様々な試験が長期に渡り行われおり、今後も続く予定である。

本研究の目的は、銀河に付随する高温ガスの観測から、階層を超えた元素とエネルギーの循環を明らかにすることで、宇宙の化学進化・構造進化に迫ることである。そのために、以下の2つの研究の遂行を行った。一つは銀河・銀河団に付随する高温プラズマの元素組成比を求め、銀河から銀河団へといった物質の流れを解明する。二つめは2015年度打ち上げ予定のASTRO-H衛星搭載SXSマイクロカロリメータを用いて、電荷交換反応、共鳴散乱、ドップラーシフトなど、熱平衡からはずれたスペクトル構造から、高温/低温ガスの相互作用やガスの運動を解明する。特に本年度は2つめの検出器開発を主に行った。2015年度の打ち上げを控えたASTRO-H衛星搭載のマイクロカロリメータSXSのメンバーとして衛星試験に参加した。検出器を極低温50 mKまで冷やす3段式断熱消磁冷凍機(ADR)をコントロールするADRコントローラの担当をつとめ、中心メンバーとして活動している。さらに、本年度は立教大学が主導している、パルスチューブ冷凍機の作成にも参加した。このシステムでは、2段パルスチューブ冷凍機を用いて2-4 Kの熱浴を実現し、CrKミョウバンを用いた断熱消磁冷凍機によって、センサ動作温度である極低温環境を実現する。本冷凍機開発も、小型衛星に搭載し、太陽や惑星における電荷交換反応の測定を目指している。研究目標達成をより確かなものにするべく、解析では当初の研究計画にはなかった銀河団の解析も始めており、結果が得られ始めている。また、ASTRO-H衛星の試験も順調に進んでおり、予定通り今年度の打ち上げを目指している。27年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、銀河団外縁部の重元素組成、組成比について解析をすすめる。現在すでに求められている鉄の組成だけでなく、α元素の酸素やマグネシウムを銀河団外縁部で初めて測定できることを目指す。これらの個々の元素組成や組成比をまとめ、投稿論文として発表する。また、2015年度はASTRO-H衛星打ち上げの年度になるため、SXSチームメンバーとして衛星試験に参加し、打ち上げ後の迅速な解析、成果発表に備える。引き続き「すざく」衛星のデータ解析を行う。星形成率の異なる星生成銀河や、銀河団外縁部などの元素組成、組成比を調べ、重元素汚染について調べる。またSXSチームとして衛星試験に参加する。今年度行ったSXS観測シミュレーションについては投稿論文にまとめ出版する。
接着現象の分子理論

近年、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を接着させるといった難接着性材料の接着のニーズも高まってきている。例として、poly(p-phenylene sulfide) [PPS]部品へのエポキシ注型やエポキシモールドへのPPS2次成形など、難接着性のPPSとエポキシの組み合わせが必要な製品開発がなされている。PPSは熱可塑性樹脂で、難接着材として知られている。エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂の一種で、構造材料や接着剤として幅広く用いられている。熱可塑性樹脂のpoly(p-phenylene sulfide)[PPS]と熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂との接着機構を大規模な分子動力学計算により理論的に解析した。PPSは結晶化しやすい分子であることを考慮し、アモルファスモデルと結晶表面モデルの両方を作製した。PPS表面の化学構造が接着性に与える影響を調べるため、未処理のPPSとプラズマによって酸化されたPPSのモデルを用いた。分子動力学シミュレーションにより、PPSとエポキシ樹脂との接着界面の構造を得た。PPSーエポキシ樹脂界面での結合としてはファンデルワールス力が支配的であるが、PPSを酸化することで静電相互作用が強まり、結合が強固になることが明らかとなった。続いて,接着界面分離のシミュレーションを行い、界面分離に伴うエネルギーの変化を解析した。界面剥離過程におけるエネルギー変化の曲線を微分することで接着力を求めた。PPSを酸化することで接着応力が大きくなることを示した。さらに、量子力学的モデルを用いて、炭素繊維およびガラス表面とエポキシ樹脂の接着界面における相互作用解析を行い、静電相互作用とファンデルワールス相互作用が界面の接着における重要な役割を果たすことを示した。27年度が最終年度であるため、記入しない。炭素繊維/エポキシ樹脂界面における接着機構に関する理論的研究を行った。具体的には量子化学計算を用いて炭素繊維/エポキシ樹脂接着界面での化学反応や分子間相互作用を解析し、接着による安定化のエネルギーや接着強度を理論的に評価した。計算には量子化学計算プログラムパッケージのCASTEPを用いた。表面を周期系として取り扱った。接着界面のモデルを行うために炭素繊維の表面モデルの構築を行った。グラファイトの(110)面を切り出し、表面にヒドロキシル基やカルボキシル基などの官能基を導入して現実的なモデルを構築した。表面は周期系として取り扱った。この表面モデルを用いた理論計算により、炭素繊維とエポキシ樹脂との接着界面の構造最適化を行った。最適化構造を元に、接着界面での結合エネルギーや接着仕事を求めた。さらに、界面破壊のシミュレーションを行うことにより、接着強度を理論的に評価した。計算の結果、この系の接着が、表面に存在する酸素原子を含む官能基を介した水素結合に支配されるということを明らかにした。また、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エーテル基などのそれぞれの官能基の役割や、界面での結合の形態を明確にした。この研究により、今まで未解明であった炭素繊維/エポキシ樹脂界面の接着機構が明らかとなった。これまでに接着を原子レベルで取り扱った研究は少なく、企業や研究機関からの注目を浴びている。本研究によって得られた知見はより接着性のよい炭素繊維表面を設計する上で非常に有用である。前年度に引き続き、炭素繊維/エポキシ樹脂界面における接着機構に関する理論的研究を行った。今年度は、炭素繊維とエポキシ樹脂との相互作用をより詳細に解析した。エネルギー分割を行い、界面相互作用を静電相互作用、分散相互作用、交換反発、電荷移動相互作用に分割することで接着界面での原子、分子間の相互作用の本質を探った。前年度まではスラブモデルを構築してCASTEPプログラムを用いて計算を行っていたが、今回はフラグメント分子軌道(FMO)法の機能であるPair Interaction Energy Decomposition Analysis (PIEDA)を用いてエネルギー分割を行うため、クラスターモデルを作成し計算を行った。Dmol3プログラムを用い、GGA-PBEによりクラスターモデルの構造最適化を行った。また、界面分離のステップごとに部分構造最適化を行った。これらの構造に関して、PIEDAによりエネルギー分割を行った。計算にはGAMESSプログラムを用い、FMO法を利用した。さらに、分割されたエネルギーを高次曲線に近似し微分することで、2体間に作用する力を求めた。静電相互作用やファンデルワールス力の関数の次数を求め、界面距離との関係を調査した。現在、エネルギー分割の計算を行い、データを集めている段階である。この研究により、界面相互作用の起源やその距離依存性が明らかとなった。また、疎水的な表面と親水的な表面とでは界面相互作用の内訳が大きく異なることが明らかとなった。熱可塑性樹脂のpoly(p-phenylene sulfide)