hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
島嶼環境における捕食者・被食者の共進化と個体群動態の相互作用

伊豆諸島において、捕食者と被食者の個体群動態と迅速な共進化の相互作用を解明する研究を行った。シマヘビの色彩が多型的な島では、色彩が単型的な島よりも個体数振動の周期が約10年と長かった。この色彩多型が、被食者の捕食回避による負の頻度依存性選択によって約5年の周期で振動していることを明らかにした。さらに、シマヘビの採餌成功に関与する口器の形状に対する自然選択の方向性と強度が、捕食者と被食者の個体数振動の増加期と減少期に対応して振動しているのかどうかを調べ、ヘビ1個体あたりのトカゲ密度が低いと幅広の個体の適応度が高く、逆にトカゲ密度が高いと頭部幅の狭い個体の適応度が高くなっていた。本研究は、伊豆諸島のオカダトカゲとシマヘビを被食ー捕食者系のモデルシステムとして用い、効果的な捕食と捕食回避に作用する迅速な進化が、捕食者と被食者の個体群動態を駆動するメカニズムの実証解明を目指している。さらに、捕食者と被食者間の迅速な共進化と個体群動態の相互作用が適応形質の地理的な分化とその維持に果たしてきた役割を評価し、適応進化と個体群動態の相互作用に関する総合的な理解に達することを目指している。3年間を通しての具体的な目標は、以下の3項目である。1)捕食者(シマヘビ)の色彩型頻度の振動が個体数振動の周期に及ぼす影響とそのメカニズムの解明、2)シマヘビのゲノム配列を解読し、そこから色彩型を規定する遺伝子を特定し、そのうえで色彩型の多型維持に作用する自然選択の分子レベルでのシグナルの解読、3)生態学的時間スケールでの自然選択が捕食者と被食者の個体群動態にフィードバックされるメカニズムの解明H27年度は、1)捕食者(シマヘビ)の色彩型頻度の振動が個体数振動の周期に及ぼす影響とそのメカニズムの解明と2)ゲノム解読のためのライブラリー作成に主に取り組んだ。ゲノム解読の作業は、途中段階のため、本報告では、シマヘビの色彩型を周期的に振動させる仕組みとして、オカダトカゲがシマヘビの色彩型を学習し、捕食を回避すことによる負の頻度依存性選択が作用するという仮説検証に取り組んだ。そのため、捕食者シマヘビの有無とシマヘビの色彩パタンが異なる複数の島嶼個体群を対象とし、異なる色彩パタンを塗布したシマヘビモデル(粘土模型)をオカダトカゲに提示し、視覚的捕食者認知機構が地理的に分化しているかどうかを検証する野外実験を行った。その結果、オカダトカゲは同所的に生息する捕食者の色彩にのみ反応を示し、オカダトカゲの視覚的捕食者認知が、シマヘビの色彩多型維持のメカニズムとして作用する可能性を確認した。捕食者の色彩多型の維持メカニズム仮説として提案した負の頻度依存性選択は、被食者による捕食者の色彩型の視覚的認知とその学習が成立することが大前提である。1年目の野外実験において、この前提を立証できたことは大きな前進であった。ゆえに、研究計画はおおむね順調に進展していると自己評価を下した。従来、進化は長い時間で起こる現象だと認識されてきた。しかし、短い時間で起こる迅速な進化が普遍的に起きていることが明らかとなり、個体群や群集、生態系の動態も迅速な進化の影響下にあることが疑いようもなくなった。その結果、生態が進化を駆動し、進化が生態的変化を駆動するフィードバック機構の解明が進化生態学の重要課題となってきた。伊豆諸島でオカダトカゲとシマヘビの個体群研究が始められた1070年代後半、ガラパゴス諸島ではフィンチ類を対象に、自然選択を直に測る研究が進められていた。グラント夫妻の一連の研究に学び、オカダトカゲとシマヘビの個体群動態と表現形質を記録する長期研究を開始した。長期データのおかげでシマヘビとオカダトカゲが、ロトカ・ボルテラ式の個体数振動を示すことを見出し、振動の周期や振幅が島によって異なることにも気が付いた。シマヘビの色彩パタンは多型的であるが、神津島では全てストライプ型に固定されていた。一方、新島では、ストライプ型と薄いストライプ型、全身茶色の非ストライプ型の頻度が年変動しつつ維持されていた。新島では、トカゲとヘビの個体数振動の周期が神津島より長く、振動の振幅は小さかった。その後、トカゲがヘビの色彩パタンを学習し捕食を回避する仕組みが、ヘビの色彩型頻度を年変化させ、トカゲとヘビの個体群動態にも影響を与えていることがみえてきた。トカゲの変化がシマヘビの選択圧となり、ヘビの変化がトカゲの選択圧となることを、本申請での研究により明らかにすることができた。オカダトカゲがシマヘビの色彩を学習し回避することについては、オカダトカゲが捕食者の形質を認知し、捕食を回避する行動と学習による可塑性が、捕食者の色彩が多型を呈する個体群ほど発達しているかどうかを、ヘビモデルを用いた各島での行動実験によって確かめた。その結果以下のごとく特筆すべき成果を得ることができた。第1の行動実験は、伊豆諸島の新島,神津島,八丈小島(シマヘビの色彩型は,多型,単型,非生息)で行った。異なる色彩パタン(Stripe,Pale-Stripe, Non-Stripe)を塗布したシマヘビモデル、黒色(Melanistic)モデルと、黒・黄・赤のトリコロールモデルをオカダトカゲに提示し、モデルに慣れて近寄るまでの所要時間を各色彩型に対する警戒度として定量し、視覚的捕食者認知能力が3島で適応的に分化しているかを検証した。

新島のシマヘビ個体群に見られる色彩多型維持に焦点を当てた実験では、実験地点から半径200 mの範囲内で捕獲・目撃されたシマヘビの色彩型頻度を集計した。定量化した警戒度とシマヘビデータを解析し、1)色彩型頻度が高くなる程オカダトカゲの警戒度合いは、同所的に生息する捕食者に応じて適応分化していることが示唆された。そして、2)同所的に生息しない捕食者の色彩型でも派手であれば強く警戒すると同時にヘビ側に対する強い淘汰圧となる(普遍性を有する)こと、3)新島のシマヘビに見られる色彩多型は、オカダトカゲの視覚的捕食者認知が,多数派の色彩型を有するシマヘビの捕食成功率を下げ、捕食者の色彩多型維持における負の頻度依存選択の役割を果たす可能性を初めて導いた。伊豆諸島のオカダトカゲとシマヘビを対象に、捕食者と被食者の個体群動態と迅速な共進化の相互作用を解明する研究を行い、以下の成果を得た。捕食者の色彩パタンの振動と多型維持のメカニズム:シマヘビの色彩が多型的な新島個体群では、シマヘビの色彩が単型的な神津島よりも個体数振動の周期が約10年と長く、各色彩型の頻度が約5年周期で振動していた。この色彩多型が、被食者の捕食回避による負の頻度依存性選択によって維持されていると考え、各色彩型に対するオカダトカゲの警戒度を3つの島で定量評価する野外実験を行った。それにより、オカダトカゲの視覚的捕食回避が島ごとに分化していること、多数派の色彩型を有するシマヘビの採餌成功を下げ,負の頻度依存選択として作用していることを明らかにした.シマヘビの色彩型の遺伝様式と発生学的パタン形成過程:シマヘビの色彩は、ストライプ型が優性ホモ、薄いストライプ型がヘテロ、非ストライプ型が劣性ホモであると推定され、胚と孵化幼体、成体の色素細胞の比較観察から、ストライプの発達度合には胚発生の途上から始まり性成熟と共に発展する黒色素胞の分化、増殖、凝集の強さに関する遺伝子が関与していることを示した。生態学的時間スケールでの自然選択が捕食者と被食者の個体群動態にフィードバックされるメカニズム:シマヘビの採餌成功に関与する口器の形状に対する自然選択の方向性と強度が、捕食者と被食者の個体数振動の増加期と減少期に対応して振動しているのかどうかを調べた。その結果、頭部の相対的な幅が適応度に影響すること、ヘビ1個体あたりのトカゲ密度が低いと幅広の個体の適応度が高く、逆にトカゲ密度が高いと頭部幅の狭い個体の適応度が高くなることを明らかにした。以上の結果を基に、迅速な共進化と個体群動態の相互作用が適応形質の地理的分化とその維持に果たす役割と進化過程を考察した。伊豆諸島において、捕食者と被食者の個体群動態と迅速な共進化の相互作用を解明する研究を行った。シマヘビの色彩が多型的な島では、色彩が単型的な島よりも個体数振動の周期が約10年と長かった。この色彩多型が、被食者の捕食回避による負の頻度依存性選択によって約5年の周期で振動していることを明らかにした。さらに、シマヘビの採餌成功に関与する口器の形状に対する自然選択の方向性と強度が、捕食者と被食者の個体数振動の増加期と減少期に対応して振動しているのかどうかを調べ、ヘビ1個体あたりのトカゲ密度が低いと幅広の個体の適応度が高く、逆にトカゲ密度が高いと頭部幅の狭い個体の適応度が高くなっていた。野外調査:伊豆諸島の4島(伊豆大島、新島、神津島、八丈小島)を対象とし、シマヘビとオカダトカゲの標識・再捕獲調査、形態測定、野外での行動実験を継続する。
放射性炭素年代法の古建築適用研究

放射性炭素年代法の利点は、どんな樹種の木材でも測ることができる。古建築がいつ建てられたのか、放射性炭素年代法で建築年代を調査し、年代判定法を向上させた。国宝光明寺二王門の宝治二年建築を確かめ、その後の修理過程を明らかにした。重要文化財菅田庵は火災後の再建であること、お風呂屋は松平不昧公が建築したままであることを明らかにした。世界遺産白川郷・五箇山の合掌造り民家は、戦国時代末期から近世初めの古材が多く使用されいること、元禄時代に現在見られる大屋根となったことを明らかにした。このほか、重要文化財の古民家や京都の町家、利根川流域民家など、多数の文化財建造物の年代調査で成果をあげた。平成27年度は、合掌造り民家年代研究と瀬戸内海沿岸町家年代研究、喜多方市文化財調査および文化財保存修理工事にかかる放射性炭素年代調査を行った。中尾が神奈川県の川崎市立日本民家園の協力を得て、重要文化財江向家住宅および神奈川県指定山田家住宅の放射性炭素年代調査を実施した。中尾・坂本・宮澤智士(研究協力者)・安井妙子(研究協力者)が公益財団法人文化財建造物保存技術協会の協力を得て富山県高岡市の重要文化財勝興寺本堂式台、富山県南砺市の協力を得て重要文化財羽馬家住宅、重要文化財岩瀬家住宅、重要文化財村上家住宅、白川村教育委員会の協力を得て岐阜県指定山下陽朗家住宅および村営好々庵の放射性炭素年代調査を実施した。中尾・坂本・藤田が竹原の吉井家住宅および南家住宅の放射性炭素年代調査を実施した。喜多方市文化財調査は中尾が新宮熊野神社所蔵の福島県指定一木造神像・喜多方市指定木製狛犬の放射性炭素年代調査を行った。中尾が重要文化財高室家住宅(山梨県)・重要文化財勝興寺式台門(富山県)・重要文化財安岡家住宅(高知県)・東寺上土門(京都府)の文化財保存修理工事にかかる年代調査を行った。中尾・光谷拓実(研究協力者)が飯香岡八幡宮(千葉県)の千葉県指定神輿の年輪年代調査を行った。放射性炭素年代調査では中尾・藤田がそれぞれ建物を選定し、中尾・藤田・宮澤が痕跡復原調査と部材選択し、中尾・坂本が試料採取を行った。試料は坂本が国立歴史民俗博物館年代学研究室で有機溶媒洗浄を実施し、グラファイト化とAMS測定は門叶が山形大学高感度加速器質量分析センターで行い、坂本が炭素年代値の解析を行った。中尾・坂本が最外層暦年代から部材年代を導き出し、部材年代をもとに、中尾が建築年代・改造年代を判定した。日本建築学会大会、日本文化財科学会、奈良文化財研究所保存科学研究集会、喜多方市文化財シンポジウムで研究成果の発表を行った。合掌造り民家7棟の放射性炭素年代調査を実施し、以下の知見が得られた。1.五箇山と白川郷で地域的な年代差は見られない。2.規模の大きさによる年代差は見られない。3.梁と柱で年代の異なる事例が見られる。重文旧江向家住宅は、柱が17世紀後半で梁が17世紀前半の年代となった。重要文化財羽馬家住宅は、柱が17世紀中頃で梁が17世紀末となった。岐阜県重要文化財旧山下陽郎家住宅は、柱が17世紀前半と17世紀後半、梁が18世紀前半となった。これは当該合掌造り建物が古材を再利用して建てられていることを示唆している。4.重文村上家住宅、重文岩瀬家住宅、神奈川県指定旧山下家住宅、神奈川県指定旧山田家住宅はいずれもこれまで想定されてきた建築年代よりも古い部材年代が得られている。調査対象はいずれも柱と梁で、合掌造りを特徴づける叉首などの小屋材ではない。合掌造りの合掌屋根の成立基盤が養蚕にあり、元禄を合掌造り成立期とするならば、これらの合掌造り古遺構の年代調査部材(柱・梁)は古材である可能性がある。5.合掌造り建物が古材を多用しているのであれば、現在、合掌造り1棟につき数部材しか年代調査を行っていないため、得られた部材の年代が建築年代に関連付けることができるかどうかは不明である。瀬戸内海町家2棟の放射性炭素年代調査を実施した。文化財修理工事にかかる建築調査の一環として放射性炭素年代調査を実施し、当該期の炭素年代データを蓄積すると同時に、文化財建造物の復原変遷調査に有用な情報提供を行い社会貢献を行った。新宮熊野神社・飯香岡八幡宮の建築年代に関わる神像・狛犬・神輿等の年代調査を実施した。重要文化財丸岡城(福井県)年代調査、重要文化財宝城坊本堂(神奈川県)年代調査に協力し技術供与を行った。学会・シンポジウムで研究発表を行い、広く研究成果を社会に還元した。重要文化財彦部家住宅、重要文化財世田谷代官屋敷大場住宅、重要文化財岡本家住宅、茨城県指定旧取手宿本陣染野家住宅、越谷市指定旧東方村中村家住宅など関東民家の14C年代調査および建築調査を実施し、多くの知見を得た。関東民家の成立に関する新しい仮説を導き出した。神奈川県指定旧山田家住宅、旧山下家住宅など合掌造りの14C年代調査を実施し、合掌造りの屋根材は18世紀初め、柱や梁などの軸部は中世末から近世初頭の古材が用いられていることを発見した。前年度の五箇山・白川郷および周辺地域の現地建築調査による知見と年代調査データから、合掌造り成立に関する新しい仮説を導き出した。

このように、14C年代調査による民家の部材年代データを用いて、近世民家成立研究に新しい仮説をたて、日本民家史の構築を開始した。以上の成果は、日本民家園叢書13「合掌造りはいつ建てられたか」に執筆した。また、古建築の14C年代調査法が日本各地の古建築修理保存活用の現場で使用できるよう、原理と方法についてのテキストを同書に執筆した。イギリス・エジンバラで開催された14C & Archaeology 2016(国際学会)で、14C dating of Hikobe House, Gunma pref., Japanを発表した。これまでの科研費研究で我々が開発した短年輪試料を3点測定することで、試料最外層の年代を絞り込める方法について、関心が集まり、議論することができた。この成果を現在Radiocarbon誌に投稿中である。重要文化財丸岡城、重要文化財菅田庵、重要文化財安岡家住宅、重要文化財彦部家住宅、福島県指定熊野神社彫刻、畿内の古民家西川家住宅、京都町家の川井家住宅など、文化財修理工事や報告書作成、保存活用に協力して14C年代調査を行った。短年輪3点ウィグルマッチ法により、部材年代を得る方法を確立した。古建築部材を14C年代調査し得られたデータを用いて、建築年代判定を行う手順を開発した。関東民家の14C年代調査・建築調査・分布調査から、表側に広い板敷室を持つ関東民家の分布地が古河公方の勢力地と一致すること、表側に広い板敷室を持つ民家には差梁を用いる下屋造構造のタイプと、上屋柱を多用する上屋造構造の2タイプがあることを見出した。この表側の広い板敷室は室町幕府の東山殿会所の九間を模したもので、将軍の御成り儀礼に必要な施設であること、15世紀の城館遺構に同様の建物跡が存在すること、戦国期の文献記録に室町将軍御成り儀礼の舞台として九間が用いられていることを見出し、関東民家は九間を模した民家であるとする仮説を導き出した。合掌造りの14C年代調査を実施し、屋根材は18世紀初めの用材、柱や梁は中世末から近世初頭の古材であることを発見した。五箇山合掌造りの妻入広間型平面形式は、富山県西部、石川県、福井県越前地方、滋賀県湖北地方に分布している。この妻入広間型平面の分布が一向一揆の実効支配地と一致することを見出し、五箇山合掌造りの古材部材は、道場建築に由来することを明らかにした。一方、白川郷合掌造りは関東民家と同様の九間を模した民家である。中世に起源を持つ2種の建物が、近世中期に大きな合掌屋根を被せられ、合掌造りが成立したとする仮説を導き出した。分棟型民家の分布を再検討し、分棟型民家が中世武家住居に由来すること、また東南アジアや太平洋島嶼地域からの直接的な影響下の成立ではないことを明らかにした。2017年度の研究実績のうち年代調査は、重要文化財千葉家住宅(岩手県、修理工事に伴う部材年代調査)、国宝光明寺二王門(京都府、修理工事に伴う部材年代調査)、設楽家住宅(千葉県、保存に向けた建築年代調査)、茨城県指定文化財旧茂木家住宅(茨城県、利根川流域民家成立史研究)、重要文化財村上家住宅・中谷家住宅・かづ良(富山県、合掌造り民家成立史研究)、襟江亭(大分県、保存に向けた建築年代調査)、重要文化財伊佐家住宅東蔵(京都府、活用に向けた建築年代調査)、岩澤宮神像・仏像(福島県、保存に向けた年代調査)、重要文化財菅田庵(島根県、修理工事に伴う部材年代調査)、重要文化財旧伊藤家住宅・神奈川県指定文化財旧清宮家住宅・神奈川県指定文化財
「登山権取引市場」の創設による登山者管理と世界遺産保全の経済効果に関する研究

富士山が自然文化遺産に登録された影響について分析を行った。疑似実験を用いて入山協力金が導入された前後で登山者数の変化を推定し,入山協力金の影響を推定したところ,入山協力金による登山者抑制効果は4%にすぎないことが示された。一方,マイカー規制による抑制効果は26%であり,マイカー規制は効果が高いことが示された。さらに登山権取引制度の効果についてシミュレーション分析を行い,登山権取引制度も高い効果が期待できることが示された。富士山が世界文化遺産に指定されたことにより,富士山への登山者急増による遭難リスク対策が重要な課題となっている。そこで登山者に対する入山料導入が今年の夏に試験的に実施され,来年から本格的に導入されることが決定した。本研究の目的は,「登山権取引制度」の効果を経済実験により分析することで,遭難リスクを低減するとともに世界遺産の価値を高めるための効果的な登山者管理制度を明らかにすることにある。本年度の研究内容は以下のとおりである。第一に,登山利用による遭難リスクと地域経済の現状について情報収集を行った。富士山における登山利用と遭難リスク対策の状況や,地元の観光業の経済状況について情報収集を行った。第二に,登山権取引制度に関連する取引制度について調査を行った。関連する制度としては,温暖化などの排出権取引制度,釣りを対象とした漁業ライセンス制度,ハンティングを対象としたハンティングライセンス制度などがあり,海外では多数の実証研究が存在した。第三に,登山権取引制度の理論モデルについて検討を行った。排出権取引制度で用いられている経済理論をもとに,登山権取引制度の理論モデルを構築し,登山権取引制度の経済効率性を他の登山者管理対策と比較した。第四に,予備的な経済実験とアンケート調査を実施した。少人数を対象に予備的な経済実験を実施し,被験者の行動を観測した。また登山者を対象にアンケート調査を実施し,調査票の問題点について確認を行った。富士山が2013年に世界文化遺産に指定されたことにより,富士山への登山者による遭難リスク対策が重要な課題となっている。そこで登山者に対する入山料導入が2013年の夏に試験的に実施され,2014年から本格的に導入された。しかし,当初の予想に反して徴収率が半分程度にとどまっており,制度の見直しが求められている。そこで,入山料が登山者に及ぼす影響を定量的に分析するとともに,新たな制度として「登山権取引制度」の効果を分析した。入山料の影響については,1000円の場合で登山者抑制効果は4%程度であり,抑制効果が非常に弱いことが明らかとなった。この原因としては,富士山には全国から登山者が集まっており,登山者の支払う旅費は平均で2万円を超えているため,1000円の入山料では登山を取りやめる人は少ないことが想定される。一方,新たな制度として登山権取引制度の影響を分析した。これは,登山権の購入者のみが登山を許可される仕組みであり,登山権の発行数で確実に登山者数を抑制することが可能である。また,登山権を市場で売買することで,登山者の需要に応じて料金が決まるため,登山者の集中する週末やお盆休み期間は価格が上昇し,ピーク時期以外への利用のシフトが自動的に促される。登山権取引制度の影響を理論モデルにより分析するとともに,登山権の発行数と登山権価格の関係を定量的に分析した。研究計画では平成27年度に経済実験を実施する予定であったが,地元自治体にて制度の見直しが検討されたため,当該年度中の経済実験実施が困難となった。第一に,既存の制度である入山協力金とマイカー規制の効果について分析した。2013年に10日間だけ入山協力金が試験的に導入されたが,入山協力金が実施された前後の2012年と2013年の登山者数の変化を分析した。またマイカー規制実施日数は2013年にそれまでの約2倍に拡大されたので,この影響についても分析した。その結果,入山協力金の登山者抑制効果は4%だったのに対して,マイカー規制の抑制効果は16%であった。第二に,登山権取引制度の経済モデルについて分析を行った。環境経済学では環境税と排出権取引に関する研究が進められているが,入山料は環境税と同様な効果を持ち,登山権取引制度は排出権取引制度と同様な効果を持つことが示された。したがって,完全情報下においては,入山料と登山権取引制度は同一の政策効果をもたらすが,不完全情報下においては異なる効果を持つことが示された。また,登山の価格弾力性が低い場合には,入山料の需要抑制効果が低いため,登山者数を抑制するためには登山権取引制度が有効と考えられることが示された。第三に,登山権取引制度の効果について政策シミュレーション分析を行った。トラベルコスト法により旅費と登山者数の関係を分析することで,富士山登山の価格弾力性を推定した。これをもとに,登山権取引制度を導入したときに予想される登山権価格を推定し,登山者への影響についてシミュレーション分析を行った。その結果,登山者数を10%抑制して登山権を発行した場合,登山権価格は一人あたり3000円程度になると予想された。以上の分析結果をもとに今後の世界遺産の利用と保全のあり方について検討を行った。

疑似実験を用いて入山協力金が導入された前後で登山者数の変化を推定し,入山協力金の影響を推定したところ,入山協力金による登山者抑制効果は4%にすぎないことが示された。一方,マイカー規制による抑制効果は26%であり,マイカー規制は効果が高いことが示された。さらに登山権取引制度の効果についてシミュレーション分析を行い,登山権取引制度も高い効果が期待できることが示された。研究計画では,登山利用の現状把握と予備的な調査を計画していたが,いずれも予定通りに実行された。研究計画では平成27年度に経済実験を実施する予定であったが,地元自治体にて制度の見直しが検討されたため,当該年度中の経済実験実施が困難となった。その後,当面は現行制度を延長することが決まったため,平成28年度に経済実験を再開することが可能となった。そこで,研究計画に従い平成28年度に経済実験を実施する予定である。環境経済学今後は,登山権取引制度に関するデータを収集し,新たな制度を導入したときの経済効果について政策シミュレーション分析を実施する予定である。当初は現地調査で旅費を使用する予定であったが,現地調査を翌年度に実施することになったため旅費の使用を延期した。物品費については,統計分析に必要なコンピュータを購入する予定であったが,統計分析は翌年度に実施するため購入を延期した。地元自治体にて制度の見直しが検討されたため,当該年度中の経済実験実施が困難となったが,当面は現行制度を延長することが決まったため,平成28年度に経済実験を再開することが可能となった。統計分析で用いるコンピュータおよび統計ソフトウェアで物品費を使用する。現地調査を実施するため旅費を使用する。経済実験およびアンケート調査に人件費を使用する。
流域スケール空間情報を用いた細粒土砂汚染域の推定に関する基礎的研究

地理情報システム(GIS)を用いた空間情報解析と現地環境調査により,水圏生態系(生物相・生息環境)の劣化が生じる条件を統計的に明らかにし,細粒土砂汚染域を推定する方法を構築することを目的とした.最終年度である今年度は昨年度の追加調査とデータ解析,学会成果発表,論文投稿に重点に置いた.昨年度の成果の北海道の石狩泥炭地の小湖沼群を対象とした湖沼水質と関連付けた空間解析によって細粒土砂やアンモニア態窒素を主とした地表排水を由来とする成分の濃度が,湖沼に流入する水路数やその水路に連結する農地(水田・畑地)面積率の増加とともに高くなる傾向が得られている.また,浮遊した細粒土砂量を示すSS(浮遊物質)濃度が高い湖沼ほど農地開発後の移入種の個体数が増加することが明らかになっている.今年度の空間情報を用いたデータ解析の結果,湖沼に流入する水路数と湖沼の集水域の境界となる幹線排水路以内の農地面積率が細粒土砂汚染と関連する主要な空間的パラメータとなることが統計的に明らかになった.また,細粒土砂・栄養塩による水質汚染度合いが高い湖沼では,外来種を含む農地開発後の移入種が優占した魚類群集となり泥炭地の湖沼固有の魚類の分布に影響を及ぼしていることが示された.以上の成果から,細粒土砂汚染を防ぐために,湖沼に流入する農地排水路数と農地面積率の空間要素に注目した対策が必要であると結論付けた.一方,集水域が自然植生で構成されている釧路湿原の泥炭地湖沼での調査の結果,農地開発の進行した石狩泥炭地の湖沼と比べてSS濃度や栄養塩濃度が石狩泥炭地の湖沼で明らかに高く,土地利用の影響が大きいことがわかった.以上の成果をまとめ,今年度は国際学会発表3件,研究セミナーでの発表2件を実施し,国際誌4報と国内誌2報を投稿している.本研究の目的は,主に細粒土砂汚染に着目して,地理情報システム(GIS)を用いた空間情報解析と現地環境調査により,河川や湖沼生態系(生物相・生息環境)の劣化が生じる条件を統計的に明らかにし,これを踏まえて,細粒土砂汚染域を推定する方法を構築することにある.平成17年度では,主に,1)衛星画像判読・現地踏査により,農地開発により水質悪化が顕在化している泥炭性の小湖沼群(13湖沼)の集水域の抽出,2)土地利用に関する現地調査と空間解析,3)年間水質調査,4)魚類分布に関する調査・生息場解析を実施した.湖沼水質と関連付けた空間解析の結果,細粒土砂やアンモニア態窒素を主とした地表排水を由来とする成分の濃度が,湖沼に流入する水路数やその水路に連結する農地(水田・畑地)面積率の増加とともに高くなる傾向が得られた.また,その影響圏としては,湖沼近傍よりも湖沼位置からの距離が長くなるほど,湖沼水質に対する影響が大きくなること,さらに,施肥や代かきなど営農段階ごとにその影響度合いが異なることがわかった.一方,同湖沼群での魚類調査の結果,元々泥炭性の湖沼に生息していたと考えられる魚種(ヤチウグイ,イバラトミヨなど)と農地開発後の移入種(モツゴ,ワカサギなど)が出現し,浮遊した細粒土砂量を示すSS(浮遊物質)濃度が高い湖沼ほど農地開発後の移入種の個体数が増加し,逆に,泥炭性の湖沼に生息していたと考えられる魚種の個体数が減少することがわかった.以上のことから,湖沼に流入する水路数やその周辺の農地面積率が細粒土砂汚染と関連する空間的な条件であることが判明し,そうした条件の増大に伴う湖沼への細粒土砂流入量の増加が,泥炭性湖沼に生息する魚類(現存量)に影響をおよぼしていると考えられた.地理情報システム(GIS)を用いた空間情報解析と現地環境調査により,水圏生態系(生物相・生息環境)の劣化が生じる条件を統計的に明らかにし,細粒土砂汚染域を推定する方法を構築することを目的とした.最終年度である今年度は昨年度の追加調査とデータ解析,学会成果発表,論文投稿に重点に置いた.昨年度の成果の北海道の石狩泥炭地の小湖沼群を対象とした湖沼水質と関連付けた空間解析によって細粒土砂やアンモニア態窒素を主とした地表排水を由来とする成分の濃度が,湖沼に流入する水路数やその水路に連結する農地(水田・畑地)面積率の増加とともに高くなる傾向が得られている.また,浮遊した細粒土砂量を示すSS(浮遊物質)濃度が高い湖沼ほど農地開発後の移入種の個体数が増加することが明らかになっている.今年度の空間情報を用いたデータ解析の結果,湖沼に流入する水路数と湖沼の集水域の境界となる幹線排水路以内の農地面積率が細粒土砂汚染と関連する主要な空間的パラメータとなることが統計的に明らかになった.また,細粒土砂・栄養塩による水質汚染度合いが高い湖沼では,外来種を含む農地開発後の移入種が優占した魚類群集となり泥炭地の湖沼固有の魚類の分布に影響を及ぼしていることが示された.以上の成果から,細粒土砂汚染を防ぐために,湖沼に流入する農地排水路数と農地面積率の空間要素に注目した対策が必要であると結論付けた.一方,集水域が自然植生で構成されている釧路湿原の泥炭地湖沼での調査の結果,農地開発の進行した石狩泥炭地の湖沼と比べてSS濃度や栄養塩濃度が石狩泥炭地の湖沼で明らかに高く,土地利用の影響が大きいことがわかった.以上の成果をまとめ,今年度は国際学会発表3件,研究セミナーでの発表2件を実施し,国際誌4報と国内誌2報を投稿している.
高密粉体ダイナミクスの非平衡輸送における応答理論と動的多体相関による統一的解明

粉体気体系は、局所非平衡系の統計力学を推進する理想モデル系として理論的発展が大きく期待されている。また、高密粉体系においては「ジャミング転移」が注目され、ガラス転移との関係が盛んに研究されている。本研究では、高速なEvent-Driven分子動力学法を軸に、「粉体気体系の乱流化現象」「粉体応答理論の拡張」「配向秩序変数の一般化と動的多体相関法の高速化」「2次元剛体球系の融解現象」に関して、国内外の共同研究を行い、基礎的方法論の開発(確立)を遂行した。粉体気体系は、局所非平衡系の統計力学を推進する理想モデル系として大きな理論的発展が期待されている。また高密系においては「ジャミング転移」が注目され、ガラス転移との関係が盛んに研究されている。本研究では、高密度、高次元、重力場、複雑な幾何学や様々な境界条件の下での粉体系の非平衡輸送現象とその微視的原理の解明をめざし、理論と大規模計算機シミュレーション双方から、粉体系の全密度領域における精密な研究を遂行し、局所非平衡系での新しい方法論の開発と全密度領域の粉体ダイナミクスの輸送現象の統一的解明を目的としている。昨年度は研究計画の2年目であり、初年度に構築した計算機環境に加え、新たに高速計算機サーバの増設を行った。また、以下の成果を得た。(i)擬1次元系の粉体振動層において、重心揺らぎを有効温度に修正した揺動散逸定理とそれに基づく応答理論を構築した。大規模シミュレーションとの比較を行い、理論の妥当性を検証した(Wakou&Isobe, PRE)。(ii)粉体気体系においてレイノルズ数の導出をし、準弾性衝突極限での乱流化の証拠を示した。また、緩和の後期ステージにおけるクラスター間衝突による衝撃波現象を見出した(M.Isobe,IJMPC;JPCP)。(iii)高密剛体球系の融点近傍で生じる「トランジェントな結晶」を定量化するため、次の2つの新しい方法論を開発した。(a)最近接結合秩序パラメーターの高次近接シェルへ拡張。(b)配向因子相関関数計算における近接シェル内粒子の時空粗視化による高速化。(b)では従来の粒子衝突ベースの計算に比べ、約2桁高速な計算を実現した。この方法では、従来は不可能とされた4体2時間配向因子自己相関関数の距離依存性の計算も可能となった。これらは、一般のガラス系やジャミング転移を定量づける方法論としても応用が期待される(Isobe&Alder,JCP)。また高密系では「ジャミング転移」が注目され、ガラス転移との関係が盛んに研究されている。本研究では、理論と大規模計算機シミュレーション双方から、粉体系の新しい方法論の開発と全密度領域の輸送現象の統一的解明を目的とし研究を遂行している。本研究は(A)粉体応答理論の確立、(B)高次元、高密度、重力、境界の影響の考察、(C)粉体気体の乱流化と統計則や起源の探索、(D)高密粉体系の多体相関関数による新しい方法論の確立、「ジャミング転移」「Bose凝縮様な現象」の微視的起源を解明、の4つのステージで構成される。平成25年度は研究計画の最終年度でありステージ(D)を中心に、(i)高速計算機環境構築、(ii) Chandler氏のグループ(U.C.Berkeley)と「2成分2次元高密剛体球系における非平衡(ガラス)転移」の共同研究、(iii)Krauth氏(ENS-Paris)と「Event-Chain MC法との高速ハイブリッドコードの確立」「高密準2次元剛体球系融解」「3次元剛体球相転移の微視的解明」等の共同研究を遂行した。また(iii)に関連してKrauth氏ら、Glotzer氏(ミシガン大学)らと、50年来の難問「2次元剛体球系の融解現象」に関する日米仏国際共同研究を遂行した。世界3極の強力な手法による世界最大規模の計算を行い問題の解明に大きく貢献した(Engel&Anderson&Glozter&Isobe&Bernard&Krauth, PRE(2013))。本成果は、フランス国立科学研究センターからプレスリリースが刊行されるなど世界的に大きな注目を集めた。平成25年度は、論文1、解説論文2、国際会議3、国内会議2(内招待講演1件)の講演を行い、得られた成果を発表した。

本研究では、高密度、高次元、重力場、複雑な幾何学や境界条件の下での粉体の非平衡輸送と微視的原理の解明をめざし、理論と大規模シミュレーション双方から新しい方法論の開発と全密度領域の粉体輸送現象の統一的解明を目的としている。本研究は、4つのステージで構成されている。(A)粉体応答理論を擬1次元系で確立させる。鉛直密度反転と揺動散逸関係の適用範囲を明らかとし、応答関数や巨視的揺らぎの統計的性質を大規模シミュレーションとの比較から精密化させる。(B)高次元、高密度、重力場の大きさ、様々な境界の影響を考慮する。(C)粉体気体系の乱流化現象において、3次元系への拡張を行い「乱流化の起源」を探る。(D)高密粉体系輸送現象に関して多体相関関数を解析する新しい方法論を応用し、「ジャミング転移」「Bose凝縮様な現象」の微視的起源を解明する。昨年度は研究計画の初年度であり、まず本研究に必要不可欠な大容量ファイルサーバと高速計算機サーバの整備を行った。また、(i)擬1次元系の粉体振動層において、重心揺らぎを有効温度として揺動散逸定理と応答理論を再構築した。導出された応答関数や揺動散逸関係に関して大規模シミュレーションとの比較を行い、理論の妥当性を検証した(投稿中)。(iii)粉体気体系においてレイノルズ数の導出をし、準弾性衝突極限の領域で乱流化をする定量的証拠を明確に示した。また、高密度系のボース凝縮に関し、詳細な乱流解析を実行した。(M.Isobe:2012,印刷中)。本年度に得られた成果は、雑誌論文1本(1本印刷中,2本投稿中)、国内外の講演9件(内、招待・依頼講演3件)等で公表した。本プロジェクト研究は4つのステージで構成されている。鉛直方向の密度反転と揺動散逸仮定の破れなどの関係を明らかとし、応答関数や巨視的物理量の揺らぎの統計的性質を大規模シミュレーションとの比較から精密化させる。(B)高次元、高密度、重力場の大きさ、複雑な幾何学を持った様々な境界の影響を考慮する。(C)低密粉体気体系の乱流化と「エンストロフィーカスケード」、3次元系への拡張を行い「乱流化の起源」を探る。昨年度は、(i)計算機環境の構築に加え可視化環境の構築、(ii)(C)の粉体乱流化の研究の推進。(iii)Alder氏との共同研究である「高密剛体球系のトランジェントな結晶化とモラセステール問題」を解決する方法論の構築。(iv)Krauth氏との共同研究において、Event-Chain MC法との高速ハイブリッドコード開発と高密準2次元剛体球系での相転移の解明。を計画した。(i)は核融合研の協力を得て研究を推進、(ii)(iii)はそれぞれ原著論文出版。(iv)は、Krauth氏(ENS-Paris)らとGlotzer氏(ミシガン大学)らとの共同研究に発展し、世界の3つの拠点による3つの最新の方法論による「高密2次元剛体球系の融解現象」の世界最大規模のシミュレーションを実行し論文を出版した(Engel&Anderson& Glozter&Isobe&Bernard&Krauth,PRE(2013)印刷中)。本年度は、論文5(内1印刷中)、解説論文2、米国での国際会議にて3回発表、研究機関で2回の招待セミナーを行った。当初の計画通り、順調に研究が進展している。
オープン・アクセス環境における市場構造と制度設計の研究

本研究では,ネットワーク産業におけるオープン・アクセス環境下でのインフラ設備の有効利用とインフラ建設や競争促進の可能性を分析する.理論分析から,社会厚生上,バイパス設備が過剰使用される状況があること,それがいかなる状況であるかが明らかになった.また, 2年間の研究成果を利用し,都市ガス事業に対する政策提言的な研究も行った.その研究では,日本におけるガス・パイプライン整備のための託送料金設計や託送供給義務の免除,事業者間提携のあり方について考察した.本研究では,ネットワーク産業におけるオープン・アクセス環境下でのインフラ設備の有効利用とインフラ建設や競争促進の可能性を分析する.理論分析から,社会厚生上,バイパス設備が過剰使用される状況があること,それがいかなる状況であるかが明らかになった.また, 2年間の研究成果を利用し,都市ガス事業に対する政策提言的な研究も行った.その研究では,日本におけるガス・パイプライン整備のための託送料金設計や託送供給義務の免除,事業者間提携のあり方について考察した.電力,電気通信,都市ガス,鉄道等のネットワーク産業では,既存事業者のインフラ設備を新規参入者にも開放することを要請する「オープン・アクセス環境」が進行している.本研究の目的は,オープン・アクセス環境におけるインフラ設備の有効利用および新規イフララ建設や競争の促進を通じて,財・サービスの安定的供給と小売料金下落が達成されるためには如何なる制度設計が必要であるかを経済理論モデルにより明らかにすることである.電気通信事業では,次世代ネットワークの主たるインスラ設備となる光ファイバーの使用・建設をめぐって,新規参入企業が既存企業のインフラ設備を使用せずに他企業と垂直合併,あるいはそのインフラ代替設備を使用する状況が発生している(2006年にKDDI)がパワードコムを吸収合併したのはその良い例である.)その点を踏まえ,本年度は,参入企業が多様な参入戦略(接続,バイパス,垂直合併)を用いて参入する事象を理論モデルで明示化し,その上で既存企業が戦略的にインフラ設備投資を行った場合。市場均衡で発生する水平的・垂直的市場構造が経済厚生上いかなる特徴を持つかを分析した.理論モデルは4段階からなるゲーム構造である.初めに既存企業がインララ設備投資量を決定し(第1段階),続いて規制当局が接続料金水準を決定する(第2段階).その二つを観察した後,新規企業がいがなる形態で参入するかを決定し(第3段階),もし参入したならば小売市場で既存企業と新規参入企業との競争が発生し,近郊価格・取引量が決定する(第4段階).理論モデル分析から次の主要な結論が得られた.第1に,均衡では3種類の過剰参入(「接続を伴う過剰参入」「バイパスを伴う過剰参入」「垂直合併を伴う過剰参入」)が発生する.第2に,いずれの過剰参入均衡においてもインララ建設な過少となっているごとが判明した.本研究の目的は,電力,電気通信,都市ガス,鉄道等のネットワーク産業におけるオープン・アクセス環境下でのインフラ設備の有効利用とインフラ建設や競争促進の可能性を分析することである.また,それらを通じて,財・サービスの安定的供給と小売料金下落が達成されるためには如何なる制度設計が必要であるかを経済理論モデルで分析する.本年度は次の2つの研究成果を得た.1.昨年度,作成した理論モデルをより発展させた.発展の内容を具体的に述べると,参入企業が多様な参入戦略(接続,バイパス,垂直合併)を用いて参入する理論モデルを「バイパス設備の存在の有無」という形でまとめ直した.そのことにより,理論分析から得られた結果がより理解しやすくなった.また,分析における均衡の特徴づけが完全な形で表現できた.理論分析では,バイパス設備の存在が生産の効率性を上昇させる場合であっても,社会厚生の側面から見て,それが過剰使用される状況があること,またそれがいかなる状況であるかを明らかにした.さらに,バイパス過剰使用が発生する原因は,既存事業者の戦略的なインフラ投資誘因であることが判明した.2.2年間の研究における分析成果を現実の政策に生かすために,政策提言的な論文を作成した.それは特に都市ガス事業を対象としたもので,「託送供給とガス・パイプライン整備」という論文で公表した.そこでは,日本におけるガス・パイプラインというインフラを整備させるために,託送料金設計や託送供給義務の免除,事業者間提携のあり方について論じた.
偏波干渉レーダによる地球環境の新しい3次元イメージング

1.偏波理論の確立:誰もが使えるように統一された理論を構築しておくことは非常に重要である.偏波の定義から始まって偏波レーダによって取得されるデータの処理方法までを詳しくまとめた.2.散乱行列の検証実験(1)X-バンド偏波干渉レーダの作成:既存の電波暗室内で,X-Yポジショナーと4偏波アンテナを組み合わせ,干渉SARデータが取得できるようにレーダシステムを構成した.(2)理論通りの散乱行列が得られるかどうかを実験室内で検証した.3.ターゲット分類手法の開発(1)散乱行列からターゲット情報抽出パラメータの選定:偏波による最も良い分類指標はについて2次統計量の3成分分解や固有値,相関係数,偏波基底による違いなどを調べ,電波の入射角やターゲットの向きに依らない2次統計量を中心に分類手法を検討した.(2)4つの散乱モデルに基づく電力分解方法を考案:Covariance行列の要素に着目し,理論的に展開すると,円偏波成分の項目が出現することが分かった.表面散乱,体積散乱,2回反射散乱にこの円偏波発生成分を加え,4つの散乱モデルに基づく電力分解方法を考案した.4つの電力成分で地上のターゲットを分類すると,理論的にも実際の散乱メカニズムとよく対応することを見い出した.(3)地表分類画像の有効性の確認.(グランドトルース):実際の航空機搭載偏波合成開口レーダシステムPi-SARで取得した新潟市や新潟大学近くのデータで比較を行った.NICT, JAXAの協力を得て,平成16年度中に3回の飛行実験を繰り返し,データの提供を得た.その結果,ほぼ想定される散乱メカニズムと一致した結果が得られた.それをもとに数多くの学会発表を行った.さらに,中越地震による山古志村全体のSAR画像も取得したので,今後は,本研究の成果をふまえ,現地調査を検討している。地球環境の保全は人類の将来にとって非常に重要な課題である。そのなかで人工衛星や航空機による地球観測は,大局的なリモートセンシング技術であり,重要な役割を担っている。観測技術として,特に偏波を使つた合成開口レーダ(SAR)に寄せられる期待は大きい。基本データは偏波レーダによって観測される散乱行列である。この研究は散乱行列を使って,新しい3次元イメージング技術や偏波レーダ画像の判読方法を開発することにある。今年度は,3次元イメージングや偏波レーダ画像の判読の基本となる散乱行列のコヒーレンス,集合平均,その性質について理論的に詳しく検討した。従来から一提案されている3成分散乱モデル,エントロピー法は集合平均のCovariance行列,Coherency行列に基礎を置いている。Covariance行列では,直線偏波基底での集合平均によって3*3の要素を導出し,それらの要素ごとの比較により表面散乱,2回反射散乱,体積散乱電力が導かれてきた。ここでは円偏波基底で散乱行列を展開し,Covariance行列の要素を展開することにより,右回り円偏波と左回り円偏波の複素数相関値が人工物体を検出するパラメータとして有効であることを見出した。また,Coherency行列を4つの電力成分で分解するモデルを考案し,円偏波成分発生の電力が市街地の詳細な分類に適していることも見出した。新潟大学近郊の偏波画像データ(L-band,X-band)を例にとって解析したところ,円偏波基底の相関値の振幅と位相情報が地上ターゲットの特徴を良く表していることが判明した。さらに,その位相角情報が人工物体を直接導く重要なパラメータであることも見出した。これらの成果は論文として,また,国際会議にも投稿中である。

1.偏波理論の確立:誰もが使えるように統一された理論を構築しておくことは非常に重要である.偏波の定義から始まって偏波レーダによって取得されるデータの処理方法までを詳しくまとめた.2.散乱行列の検証実験(1)X-バンド偏波干渉レーダの作成:既存の電波暗室内で,X-Yポジショナーと4偏波アンテナを組み合わせ,干渉SARデータが取得できるようにレーダシステムを構成した.(2)理論通りの散乱行列が得られるかどうかを実験室内で検証した.3.ターゲット分類手法の開発(1)散乱行列からターゲット情報抽出パラメータの選定:偏波による最も良い分類指標はについて2次統計量の3成分分解や固有値,相関係数,偏波基底による違いなどを調べ,電波の入射角やターゲットの向きに依らない2次統計量を中心に分類手法を検討した.(2)4つの散乱モデルに基づく電力分解方法を考案:Covariance行列の要素に着目し,理論的に展開すると,円偏波成分の項目が出現することが分かった.表面散乱,体積散乱,2回反射散乱にこの円偏波発生成分を加え,4つの散乱モデルに基づく電力分解方法を考案した.4つの電力成分で地上のターゲットを分類すると,理論的にも実際の散乱メカニズムとよく対応することを見い出した.(3)地表分類画像の有効性の確認(グランドトルース):実際の航空機搭載偏波合成開口レーダシステムPi-SARで取得した新潟市や新潟大学近くのデータで比較を行った.NICT,JAXAの協力を得て,平成16年度中に3回の飛行実験を繰り返し,データの提供を得た.その結果,ほぼ想定される散乱メカニズムと一致した結果が得られた.それをもとに数多くの学会発表を行った.さらに,中越地震による山古志村全体のSAR画像も取得したので,今後は,本研究の成果をふまえ,現地調査を検討している.
糖尿病チャイニーズハムスターにおける発症機構への副腎の関与

当研究室で、雄では90%の高率で非肥満、ケトン尿を伴わない糖尿病を発症するが、雌ではほとんど発症しないチャイニーズハムスターの糖尿病系統を近交系として確立した。発症における雌雄差には性ホルモンが関与せず、副腎皮質ホルモンの関与が示唆され、今までに確立されている糖尿病モデル動物とは異なる特性を有していることを明らかにしてきた。そこで本研究では確立した糖尿病の系統を用い、糖尿病の発症に導く因子としての副腎皮質ホルモンの役割と意義を明らかにし、新たな糖尿病モデル動物としての有用性を考究することを目的とした。糖尿病発症前の雄での血中コルチゾールレベルは、同月令の対照系統の雄と糖尿病系統の雌に比べ有意な高値を示した。さらに、雄では発症例後も高値であった。発症雄を用いて副腎摘出を行ったところ、軽症群では全ての固体に血糖値の低下、尿糖陰性、耐糖能の正常化を認めた。しかし、重症群では副腎摘出による症状の改善はみられなかった。副腎摘出後の膵インスリン含量は偽摘出群(尿糖陽性)のそれに比較し有意な高値であった。B細胞の免疫染色結果もこのことを裏付けていた。糖尿系統の雄の副腎束状層は同月令の対照雄と糖尿病系統の雌に比べ組織学的には核の肥大、電顕的には管状滑面小胞体の著名な発達が認められ、hyper Activeな状態にあった。糖尿病系統の雄の血中ACTHレベルは、発症前、発症後、病期の進展したいずれの時期においても、同月令の対照系統の雄と比較して有意差がみとめられなかった。このことは、下垂体のAnti-ACTH血清を用いた免疫組織学的結果からも、裏付けられた。以上、新たに当研究室で確立したチャイニーズハムスターの糖尿病系統における発症には、副腎皮質ホルモンが重要な役割を担っていることが考えられた。この系統は糖尿病モデル動物として有用性が高いと思われる。当研究室で、雄では90%の高率で糖尿病を発症するが、雌ではほとんど発症しないチャイニーズハムスターの系統を新たに近交系として確立した。発症における雌雄差には性ホルモンが関与せず、副腎皮質ホルモンの関与が示唆され、今までに確立されている糖尿病モデル動物とは異なる特性を有する可能性が考えられた。本年度はこの糖尿病系統と対照系統を用いて、糖尿病の進展に伴う副腎皮質ホルモンの変化と、副腎摘出による糖尿病発症率ならびに病期の変化を明らかにした。1.チャイニーズハムスターの血中グルココルチコイドレベルは、マウス・ラットと異なりコルチゾールが高くコルチコステロンが低い。発症前の雄での血中コルチゾールレベルは24.5±3.8ng/ml(n=7)で、同月令の対照系統雄と糖尿病系統雌がそれぞれ8.4±2.0(n=6)と4.2±0.7(n=5)であったのに比べ有意な高値を示した。さらに、雄では発症後も高値であった。一方、ほとんど発症が認められない雌では、雄が70%発症する8カ月令に達しても対照系統と差がなかった。2.発症雄を用いて副腎摘出を行い、3週間にわたって観察したところ、平均血糖値が300mg/dlの軽症群では全ての個体に血糖値の低下,尿糖陰性,耐糖能の正常化を認めた。しかし、平均血糖値が400mg/dl以上の重症群では副腎摘出による糖尿病症状の改善はみられなかった。

3.糖尿病系統の雄を用いて、発症前(35カ月令)に副腎摘出を行い長期間,尿糖,血糖値,耐糖能を調べたところ、偽副腎摘出群と副腎摘出後にグルココルチコイドを投与した群に比べ、発症が有意に抑制された。以上、新たに確立した糖尿病系統における発症率の雌雄差(性差)には、副腎皮質ホルモンの関与が強く示唆された。このことは今までの糖尿病モデル動物では明らかにされていない新知見である。当研究室で,雄では90%の高率で糖尿病を発症するが,雌ではほとんど発症しないチャイニーズハムスター(CH)の系統を新たに近交系として確立した.発症における雌雄差には性ホルモンが関与せず,副腎ホルモンの関与が示唆され,すでに確立されている糖尿病モデル動物とは異なる特性を有することが明らかになりつつある.本年度はCHの糖尿病と対照系統を用い,膵インスリン含量および膵島B細胞に対する副腎摘出の影響,病期の進展にともなう血中ACTHレベルの変化および副腎と下垂体の組織学的変化ならびにACTHに対する反応性を明らかにすることを目的とした.1.糖尿病系統の雄における副腎摘出後(尿糖陰性)の膵インスリン含量は0.57±0.04mU/mg wet wt(n=5).で,偽摘出群(尿糖陽性)のそれ{0.04±0.01(n=4)}に比較し有意な高値であった.一方,副腎摘出後の膵島を抗インスリン血清を用い免疫組織化学的に解析したところ, B細胞の免疫染色性が,偽摘出出群に比べ強かった.このことは,膵インスリン含量の変化を組織学的にうらずけている.2.糖尿病系統の雄のACTHレベルは,発症前,発症後,病期の進展した時期で,それぞれが420±81pg/ml(n=5),434±90(n=5),403±80(n=5)となり,いずれの時期においても同月令の対照系統の雄と比較して有意差が認められなかった.しかし,糖尿病系統の雄の副腎束状層は同月令の対照雄に比べ組織学的にhypertrophyの状態にあることが明かとなった.現在,さらに透過型EMで詳細な解析を進めている.3.ACTHに対する反応性は,糖尿病系統の雄が,同系統の雌あるいは対照系統の雌雄に比べ高い傾向にあった.なお,下垂体の組織学的変化については現在解析中である.以上,新たに確立したチャイニーズハムスターの糖尿病系統における発症率の雌雄差には,副腎皮質ホルモンの関与が明かとなりつつある.当研究室で、雄では90%の高率で糖尿病を発症するが、雌ではほとんど発症しないチャイニーズハムスターの系統を新たに近交系として確立した。発症における雌雄差には性ホルモンが関与せず、副腎皮質ホルモンの関与が示唆され、今までに確立されている糖尿病モデル動物とは異なる特性を有する可能性が考えられた。本年度はこの糖尿病系統と対照系統を用いて、糖尿病の進展に至る過程での下垂体の組織学的変化、副腎皮質束状層の電顕的変化を明らかにする。さらに、3カ年間の総括を行い、糖尿病発症機構における副腎の役割と意義を明らかにし、糖尿病モデル動物としての有用性を考究することを目的とした。1.糖尿病系統の雄について、発症前、発症後、病期の進展した時期にAnti-ACTH血清を用いて免疫染色を施したが、いずれの時においても対照系統と染色性に差異が認められなかった。なお、糖尿病系統の雌についても同様であった。2.糖尿病系統の発症直前、発症後の雄およびそれらと同月齢の対照系統の雄を用い、副腎皮質束状層を透過型EMにて比較観察したところ、糖尿病系統の雄では管状滑面小胞体の著明な発達が認められた。なお、糖尿病系統の雌では、雄に認められた変化が観察されず、対照系統の雌雄と同様のEM像を示していた。
腸管腔内ポリアミンのインスリン分泌機序の解明　糖尿病予防へのアプローチを目指して

肥満や糖尿病患者では、病態進行に伴って腸内細菌叢のバランスが乱れることが報告されており、腸内細菌叢由来の物質が病態に関与している可能性が示唆される。ポリアミンは生命活動に必須の物質であり、腸管内ポリアミンは腸内細菌により産生され、その濃度の上昇で寿命延伸などの有益な作用が報告されている。本研究では、糖尿病モデルマウスを用いて、腸管内ポリアミンを中心とした腸内環境の変化とインスリン産生や分泌との関連および病態への影響を検討する。本研究により、肥満や糖尿病への腸内環境改善の有効性を示すのみならず、発症予防および病態軽減の新たなターゲット分子として腸内細菌由来ポリアミンの可能性が明らかになる。