hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液胞プロセシング酵素による高等植物の細胞内分解の制御機構

高等植物の液胞は,貯蔵器官のタンパク質蓄積型液胞(PSV:Protein-storage vacuoles)と栄養器官の分解型液胞(LV:Lytic vacuoles)に分けられている.液胞プロセシング酵素(VPE:Vacuolar Processing Enzyme)はこれらの液胞に局在する様々なタンパク質の成熟化に関与している酵素で,新規のシステインプロテイナーゼのファミリーを形成しているが,このファミリーはさらに2つのサブファミリーに分けられる.これまでの結果から,一方はPSVで,他方はLVで機能していることが分かってきた.本年度は,下記の2つの研究成果を得た.1.VPE自身の活性発現機構ヒマVPE遺伝子を酵母細胞内で発現させると,不活性な前駆体として合成され,液胞に細胞内輸送された後,プロペプチドの除去によって活性を持った成熟型に変換することが分かった。次いで,変異VPEを発現させ,活性に必須なCys残基やHis残基の同定を行った.必須残基をGly残基に入れ換えた不活性な前駆体を発現させた場合,前駆体から成熟型への変換が全くみられなくなった.即ち,活性を持った成熟型への変換は,自己触媒的に起こることが分かった.この結果は,VPEの活性化に関与する他の因子は存在せず,液胞タンパク質の成熟化を制御しているのはVPEそのものであることを強く示唆している.2.栄養器官型液胞におけるVPEの機能の解明アラビドプシスの3種類のVPE(αVPE,βVPE,γVPE)遺伝子のプロモーターにGUS遺伝子をつないでシロイヌナズナとタバコに導入し,それぞれの発現様式を解析した。その結果,βVPE遺伝子が種子に特異的に発現しているのに対し,αVPEとγVPEの遺伝子は葯や葉などの栄養器官の老化部位や傷害を受けた部位に発現してくることが認められた.γVPEとαVPEの遺伝子はいずれも栄養器官の細胞死に向かう組織のLVで機能していると考えられる.高等植物の液胞は,貯蔵器官のタンパク質蓄積型液胞(PSV:Protein-storage vacuoles)と栄養器官の分解型液胞(LV:Lytic vacuoles)に分けられている.液胞プロセシング酵素(VPE:Vacuolar Processing Enzyme)はこれらの液胞に局在する様々なタンパク質の成熟化に関与している酵素で,新規のシステインプロテイナーゼのファミリーを形成しているが,このファミリーはさらに2つのサブファミリーに分けられる.これまでの結果から,一方はPSVで,他方はLVで機能していることが分かってきた.本年度は,下記の2つの研究成果を得た.1.VPE自身の活性発現機構ヒマVPE遺伝子を酵母細胞内で発現させると,不活性な前駆体として合成され,液胞に細胞内輸送された後,プロペプチドの除去によって活性を持った成熟型に変換することが分かった。その結果,βVPE遺伝子が種子に特異的に発現しているのに対し,αVPEとγVPEの遺伝子は葯や葉などの栄養器官の老化部位や傷害を受けた部位に発現してくることが認められた.γVPEとαVPEの遺伝子はいずれも栄養器官の細胞死に向かう組織のLVで機能していると考えられる.
宇宙空間における衝突現象の科学教材化に関する研究

宇宙空間に衝突現象の科学教材化を目指し、衝突実験装置を試作した結果、目標とする性能が達成された。ここではこの装置を用いて、破壊、付着、クレ-タ-形成等の実験を行った。結果は下記の通りである。1.破壊現象:プラスチック製飛翔体を石膏円盤に衝突させた結果、板厚が5mmで、衝突速度が10.7m/sと比較的低速度のときは、円盤中心から3本の割れが生じて破壊した。衝突速度が大きくなるほど、割れの数も多くなるが、さらに速度を増すと同心円状の割れが生じ破壊する。2.付着現象:同じ材質の物体同士の衝突、すなわち飛翔体と被衝突体が粘土で出来ている場合の付着実験を行った。飛翔体の方は粘土を球状にしたものを用いた。被衝突物体の方は、衝突面を平面にし、衝突角度と飛翔体速度をいろいろ変えて付着の条件を求めた。衝突速度が小さい場合は、付着の条件としては衝突角度が大きくなる。衝突速度が大きくなると、付着するための衝突角度は小さくなる。さらに速度が大きくなっていくと、あるところで、付着するための衝突角度が大きい方に転ずるようになるかもしれない。3.クレ-タ-形成:クレ-タ-形成のためのモデル実験として、プラスチック飛翔体を用い、月や地球上の地面に相当するものとして、粘土及びアルミナの2種類を用いてクレ-タ-形成実験を行った。飛翔体の衝突速度が大きくなると、クレ-タ-の直径も大きくなるが、粘土の場合、その直径は実験範囲で、飛翔体の径の約2倍であった。周辺は表面上にとび出る形になる。アルミナの場合、クレ-タ-の出来方が、粘土より顕著である。衝突角度を変えてクレ-タ-形成の様子をみると、衝突の入射方向の径の方が横方向のそれより大きい。さらに、クレ-タ-の径は実験範囲で、飛翔体の径の78倍にも達する。衝突速度が大きくなると、長径と短径の比が1に近づく。生徒が簡単に使いこなせるような衝突実験装置を製作することを第1の目的とし、構造的にも出来るだけ簡素化した。動力源として用いる圧縮空気は、圧力5kg/cm^2まで出せるベビコンプレッサ-を用いることにした。衝突によるクレ-タ-形成実験の際、衝突角度が変えられるようにした。飛翔体の速度測定法としては、取り扱いが容易である発光ダイオ-ド方式を用いることにした。以上のことをふまえて製作した衝突実験装置の性能実験を行った。1.取り扱いやすさについては、当初の目標通りで、充分中学生、高校生でも扱えることがわかった。2.発光ダイオ-ドを用いた飛翔体速度測定器も順調に作動し、速度決定に充分な信号が得られた。3.プラスチック製の飛翔体を用いて速度の測定を行った結果、当初の目標とした数m/s100m/sの値に近い、数m/s60m/sが得られた。4.圧縮空気圧に対する飛翔体速度の値をプロットすると、大きなバラツキはなく、飛翔体速度は圧縮空気圧を変えることによって、容易に変えられることがわかった。今後は飛翔体の材質を変え、タ-ゲットの材質も変えながら、飛翔体の衝突速度及び衝突角度によって、クレ-タ-の大きさ、形等が、どのように変化するかを調べる予定である。さらに球状のタ-ゲットに飛翔体を衝突させて、衝突速度及び衝突角度によって、どのような付着現象が生じるかを調べることを予定している。

宇宙空間の衝突現象の科学教材化を目指し、衝突現象を再現する実験装置を試作し、充分な性能が達成された。ここではこの装置を用い、破壊、付着、クレ-タ-形成の実験を行った。結果は下記の通りである。1.破壊現象:プラスチック製飛翔体を石膏円盤に衝突させた結果、板厚が5mmで、衝突速度が10.7m/sと比較的低速度のときは、円盤中心から三本の割れが生じて破壊した。衝突速度が大きくなるほど、割れの数も多くなるが、さらに速度を増すと同心円状の割れが生じ破壊する。2.付着現象:同じ材質の物体同士の衝突、すなわち飛翔体と被衝突体が粘土で出来ている場合の付着実験を行った。飛翔体の方は粘土を球状にしたものを用いた。被衝突物体の方は、衝突面を平面にし、衝突角度と飛翔体速度をいろいろ変えて付着の条件を求めた。衝突速度が小さい場合は、付着の条件としては衝突角度が大きくなる。衝突速度が大きくなると、付着するための衝突角度は小さくなる。さらに速度が大きくなっていくと、あるところで、付着するための衝突角度が大きい方に転ずるようになるかもしれない。3.クレ-タ-形成:クレ-タ-形成のためのモデル実験として、プラクチック飛翔体を用い、月や地球上の地面に相当するもとして、粘土及びアルミナの2種類を用いてクレ-タ-形成実験を行った。飛翔体の衝突速度が大きくなると、クレ-タ-の直径も大きくなるが,粘土の場合、その直径は実験範囲で、飛翔体の径の約2倍であった。周辺は表面上にとび出る形になる。アルミナの場合、クレ-タ-の出来方が、粘土より顕著である。衝突角度を変えてクレ-タ-形成の様子をみると、衝突の入射方向の径の方が横方向のそれより大きい。さらに、クレ-タ-の径は実験範囲で、飛翔体の径の78倍にも達する。衝突速度が大きくなると、長径と短径の比が1に近づく。
新動力技術『縦渦リニアドライブ』による円柱翼風車の実用化に向けた基本特性の解明

本研究では縦渦リニアドライブ風車の動力特性に影響を及ぼす形状因子の解明を中心に実験的研究を行った.形状因子としては,円柱翼の直径,リング状平板の半径方向への厚さ,円柱翼とリング状平板のすき間が最も重要であった.円柱翼の長さに関しては,後流リングの幅から翼の飛び出し量が大きすぎる場合にはカルマン渦が形成され縦渦による揚力が低減することを見いだし,最適な長さ,飛び出し量を実験により求めた.パワー係数の向上のために多翼化を行い,翼の枚数の増加により回転数が受ける影響は小さいが,トルクが枚数に比例して増加することを見いだした.円柱を動翼としてその後流域にリング状の平板を設定することで,円柱と平板の間に縦渦が定常的に形成されて円柱に定常揚力が発生する.本申請者らが開発したこの新動力原理をを回転力として利用した新型の風車「縦渦リニアドライブ円柱翼風車」について実用化に向けた基本特性の解明を目的とし,実験および解析を行った.実験では,円柱直径やリング幅などの形状因子がパワー特性に及ぼす影響を調べた.円柱翼風車は風速に対して回転数が直線的に増加することがわかり,実験装置の限界である風速30m/sまでこの関係が維持されることを確認した.円柱翼を2枚から12枚まで多翼化したところ,翼枚数に比例してトルクが増加するが,回転数はほぼ一定値を保つことがわかった.多翼化は性能向上に有効であるが,翼間距離が所定の間隔より狭くなると性能向上が鈍化することがわかった.円柱直径が増加すると揚力が増加した.リング状平板については円柱直径に対して最適な幅が存在し,円柱翼とリング状平板の隙間についても最適な隙間が存在した.それぞれ円柱直径により正規化した最適値を得ることができた.また,数値解析により円柱とリングの交差部付近に縦渦が形成されることを確認し,これにより誘起される円柱前報からリング状平板との隙間を通り縦渦に達する強い吸い込み流が形成され,円柱の駆動力となることが明らかとなった.計算により揚力が有効に作用する円柱の流れ方向の領域が明確となり.これ以外の部分は回転に対して空気抵抗となることもわかった.円柱翼やリング状平板の形状因子が風車の動力特性に及ぼす影響について,順調に実験が進んでいる.予定を超える知見が得られ,さらに複雑な実験を実施することができた.これらの影響度を解析するための次元解析については条件の複雑さからデータのさらなる蓄積を要することがわかった.実験を追加しつつ,影響因子の特定を進めているところである.予定になかった内容として数値解析を行った.数値解析により本風車の動作原理が明確となり,三次元的に把握しづらい流れ場をアニメーションにより表現することができた.本研究は,流れから動力を得るための新技術『縦渦リニアドライブ』を用いた風車を実用化に導くことを目的とする.プロペラの代わりに円柱を回転翼として使用し,その下流にリング状平板を設置することで交差部付近に生じる3次元的流れと縦渦により揚力を得て回転する.左右どちらにも回転可能であり,水平軸プロペラ型ながら圧力型風車と同等の高トルクが発生する.構造の単純さ,回転制御のしやすさから様々な用途が期待できる.平成29年度は計画通り,縦渦リニアドライブ風車の動力特性向上に向けて円柱翼の長さの効果を調べた.特に,後流リングの幅から翼の飛び出し量が大きすぎる場合にはカルマン渦が形成され縦渦による揚力が低減することを見いだし,最適な長さ,飛び出し量を実験により求めた.また,翼端渦の影響により回転力が低下することを見いだし,翼端渦を抑制するためのエンドプレートを設置することで性能が向上することを示した.パワー係数の向上のために多翼化を行い,翼の枚数の増加により回転数が受ける影響は小さいが,トルクが枚数に比例して増加することを見いだした.枚数がある値を超えると増加率が下がり,さらに枚数を増加するとパワー係数が低減することを明らかにし,パワー係数の増加には翼の間に所定の間隔が必要であることを見いだした.円柱直径,後流リングの幅,翼枚数などの幾何学的因子について条件の異なる多数の実験を行い,各形状因子を無次元化し,多翼化に際しては円柱直径と翼間距離の比に最適値が存在することを明らかにした.これらの成果は国際会議,国内の学会等で口頭発表を行った.本研究では縦渦リニアドライブ風車の動力特性に影響を及ぼす形状因子の解明を中心に実験的研究を行った.形状因子としては,円柱翼の直径,リング状平板の半径方向への厚さ,円柱翼とリング状平板のすき間が最も重要であった.円柱翼の長さに関しては,後流リングの幅から翼の飛び出し量が大きすぎる場合にはカルマン渦が形成され縦渦による揚力が低減することを見いだし,最適な長さ,飛び出し量を実験により求めた.パワー係数の向上のために多翼化を行い,翼の枚数の増加により回転数が受ける影響は小さいが,トルクが枚数に比例して増加することを見いだした.計画に従い実験により形状因子の影響を求め,解析により定量的に評価することを目指す.加えて数値解析を行い,流れ場の様子や最適形状についても検討する.成果については国際会議,国内の学会発表を通じて講評する.流体力学
不規則構造を利用した高効率光捕集構造の開発

異なる光学特性を持つ不規則構造の多層化と光局在効果を利用した新しい表面光捕集構造の提案に向け、本課題の基となった局在モード制御方法の実証実験を行った。その結果、散乱体・欠陥サイズ等の構造パラメータの調整によって局在モードを制御できる事を明らかにした。また、上記構造を作製する他の材料としてダイヤモンドナノ粒子にも注目し、これまでに報告例の無い、新規なUVランダムレーザーの実現に成功した。これらの結果は、不規則な媒質中においても任意に局在モード等の光学特性を制御できる可能性を示しており、光捕集構造を実現する上での重要な知見となる。本研究では、異なる光学特性を持つランダム構造の多層化と多重散乱による光局在効果の相乗効果を利用した新しい表面光捕集構造の提案・開発を行うことを目指している。本年度も昨年度から継続して、単分散球状ナノ粒子の共鳴特性を利用したランダム構造中の局在モード特性の制御手法の実証実験を行った。特に欠陥サイズや散乱体ナノ粒子等の構造パラメータ変化に対するランダムレーザー発振特性の変化を観測し、本制御手法の有効性について検証を行った。散乱体サイズの発振特性への影響を観測するため、液中レーザー溶融法により、異なる3種類の球状ZnOナノ粒子(粒径: 223, 234, 303 nm)を作製し、ポリスチレン微粒子(900nm)を欠陥として導入した球状ZnOナノ粒子フィルムを試料とした。欠陥において誘起されるレーザー発振挙動の観測を行った結果、ZnOナノ粒子サイズの変化に伴ってランダムレーザー発振波長が変化する様子を観測し、個々の散乱体の共鳴特性の変化から予測される波長変化と良く一致する事を確認した。また、欠陥粒子サイズの発振特性への影響を確認するため、異なる粒径をもつ欠陥粒子(粒径: 300, 900, 2000 nm)を導入した球状ZnOナノ粒子フィルム(粒径234 nm)を作製し、各欠陥サイズにおけるレーザー発振特性の観測を行った。その結果、欠陥サイズは発振しきい値と発振波長には影響を与えず、誘起される平均レーザー発振ピーク数〈n〉のみが変化する事を確認し、欠陥サイズが小さいほど単一モードレーザー発振が誘起される確率が高くなることが明らかとなった。これらの結果は、散乱体や欠陥粒子サイズの調整により、ランダムな構造中においても、局在モードを任意に制御できる可能性を示しており、有用な光学媒質を安価・簡便に作製できる事を示す重要な知見を与える成果であると考えている。本研究では、異なる光学特性を持つ不規則構造の多層化と多重散乱による光局在効果の相乗効果を利用した新しい表面光捕集構造の提案・開発を行うことを目指している。本年度は、新しい表面光捕集構造の設計・作製を進める前に、本課題の基となった不規則構造中の局在モード制御手法の実証実験を行った。実証実験には、均一なサイズ・形状を持つナノ粒子が必要であるため、九大・先導研の辻助教と共同で、液中レーザー溶融法を用いて市販粒子から均一な形状・サイズを持つ酸化亜鉛(ZnO)ナノ粒子の作製を行った。その結果、平均粒径100nmのいびつな形状を持つZnO粒子を液中に分散し、UVパルスレーザーを90分間照射した所、粒径212nm±30nmの形状が球状で均一なZnOナノ粒子の作製に成功した。本方法を用いれば、様々の材質・サイズの均一なナノ粒子を作製できる事が明らかとなった。さらに、このZnOナノ粒子を散乱体として用い、同時に欠陥として高分子微粒子を分散させた溶液をガラス上に滴下・乾燥させ、ZnOナノ粒子フィルムを作製した。均一化ナノ粒子フィルム中の欠陥領域での局在モード制御の実証を行うため、このZnOナノ粒子フィルムをUVパルスレーザーで励起し、欠陥内外において誘起されるレーザー発振挙動の観測を行った。その結果、欠陥において強く束縛された発振スポットを確認し、通常のランダムレーザー発振の特徴(マルチモード、スペクトルのナローイング)とは全く異なる特異な発振状態(低しきい値のシングルモード発振)が確認できた。また、ナノ粒子の粒径から予想された波長帯域でレーザー発振が誘起された事から、均一化ZnOナノ粒子を用いる事により局在モードが制御される事を示した。この結果は、不規則な構造を用いても優れた光学特性を持った安価・簡便・大面積な光学媒質を作製できる事を示す、重要な知見を与える画期的な成果であると考えている。本年度は、異なる光学特性を持つ不規則構造の多層化と多重散乱による光局在効果の相乗効果を利用した新しい表面光捕集構造の数値計算や試料の作製を行う事にしていた。

しかし、本課題の基となった誘電体ランダム構造中の欠陥領域による局在モード制御技術の実験的な検証研究に著しい進捗があり、本課題に密接に関連する重要な実験課題でもあることから、当初計画を変更し、本研究を優先的に行う事とした。このため、当初の計画から遅れが生じてしまったものの、得られた成果は、本課題である「不規則構造を利用した高効率光捕集構造の開発」の実際の構造のデザインや試作を行う際に重要な知見・要素技術となるため、本年度の研究進捗にとってメリットとなると考えている。昨年度の成果により、数値解析的にしか予想されていなかったランダム構造による媒質の光学特性の制御が実際に可能である事が示された。この結果は、ランダム構造の光学特性を、任意に作製した均一化ナノ粒子の共鳴特性で制御できる事を示唆しており、本課題にとって重要な知見・要素技術を確立する事が出来たと考えている。この結果を踏まえ、本年度は、数値解析による構造条件の探索と、得られた結果を基に試作した構造の特性評価を行う事によって、本提案構造の設計指針の確立を目指す。また、ランダムレーザー発振制御の実験に関しても、散乱体サイズや欠陥サイズ、および、散乱体の材質等の構造パラメータを変えた実験を継続して行い、多層化ランダム構造の光学特性についての知見を蓄積し、年度末までに提案構造の実験的なデモンストレーションの実現を目指す。最終年度である今年度は高価な備品についての購入予定は無く、必要な備品に付いては研究室既存の装置を流用する予定であり、試料を試作するための消耗品類(各種粒径のナノ粒子や色素分子)と光学系構築のための光学部品類を購入するための予算を計上する。尚、平成24年度に生じた未使用額は、平成25年度に実施する計画のうち、光学部品類購入費用の一部に充てる予定である。また、継続してランダム構造の光学特性の数値解析を行うために、3次元電磁波解析ソフトウェア(Poynting for Optics,富士通)の年間サポートライセンス費用を計上する。さらに、研究課題に関連した最近の研究成果を調査や昨年度の研究成果を発表するための国内外の学会参加費・旅費(国内学会:応用物理学会、東京5日間、京都5日間、国際学会:CLEO-PR京都4日間、WOMA中国4日間、CCMR韓国3日間)を計上する予定である。
単層ナノチューブのカイラリティー制御合成法の開発

本研究は、カイラリティーの選択的なナノチューブの合成法の開発、ならびに特定のカイラリティーのナノチュブの分離・抽出を目標としている。以下には得られた成果を記す。【キャップ構造に類似した分子を用いたナノチューブ合成】化学気相蒸着法によるナノチューブ合成中に、キャップ構造とよく似た分子を原料ガスとともに導入し、分子の構造を壊すことなく合成されるナノチューブ構造に分子を組み込むことを目的に実験を行った。今回キャップ構造として、TRIO(分子科学研究所櫻井英博准教授より提供)と呼ばれる分子を検討した。ナノチューブの合成温度(8001000°C)ではTRTOの構造を維持することが難しい。そこで、低温下でのナノチューブ合成を試みた。しかし、現時点で700°C以下でキャップ構造を有する分子を利用したナノチューブを合成させることには至っていない。今後、高真空下、もしくはホットフィラメントを利用したナノチューブの低温合成を試みることで実現されるのではないかと考えられる。【水を利用したナノチューブのカイラリティー制御】ナノチューブ合成中に適量の水を導入することで、触媒寿命が延び、その収量が増加することが知られているが、本研究で、水の導入によりナノチューブのカイラリティーも制御できる可能性を見出した。ナノチューブの合成については、反応時間750°Cで350sccmのCH_4(20%)-Ar雰囲気下で行った。また、水は分岐したArガスを蒸留水の入ったバブラーに通すことにより系内に導入しか。その結果、水を添加した系で合成したナノチューブの方が、水を添加していないものに比べ、直径分布が狭くまた細い径のチューブが多く存在することが分かった。また、今回の結果はこれまで報告されていた水の酸化反応によるものではなく、ナノチューブ合成中の触媒凝集を抑制するという水の新たな働きを示すものであった。今後更なる合成条件の最適化を行なうことで、特定カイラリティーのみを有するナノチューブの選択的合成が期待される。
メダカ成体卵巣内生殖幹細胞とニッチの細胞学的解析

脊椎動物の成体卵巣に、生殖幹細胞が存在するかは不明であった。我々はメダカ成体卵巣内に、精巣とよく似たsox9b発現細胞と、卵形成初期の生殖細胞で構成されるネットワーク構造が存在することを見いだし、ovarian cordと名付けた。さらにネットワーク構造内の生殖細胞がクラスターを形成している領域をgerminal cradleと名付け、cre/loxPシステムを用いた細胞系譜解析を行ったところgerminal cradle内に卵を供給し続けることのできる生殖幹細胞が存在することが明らかとなった(Nakamura et al.,Science,2010)。多くの脊椎動物の卵巣には、卵を供給し続けることができる生殖幹細胞があると考えられている。しかしながら、現在まで、卵巣での生殖幹細胞の存在、また生殖幹細胞が存在する組織構造(ニッチ構造)の存在を示す実験的証拠はない。我々は、メダカ成体卵巣に、哺乳類精巣構築に必要な遺伝子、sox9の発現細胞と初期の生殖細胞で構成される構造が存在していることを見いだした。この中に存在するsox9b発現細胞に取り囲まれた単独型生殖細胞はnanos2を特異的に発現していたことから、熱誘導によりcreを発現するメダカと、creの作用によりnanos2発現細胞とその子孫細胞でGFPを発現し続けるメダカを作製し、細胞系譜解析を行ったところ、nanos2発現細胞の由来の受精卵が継続して作られることが明らかになった。これらの結果から、nanos2を発現している単独型生殖細胞内には卵巣の生殖幹細胞が含まれていることが強く示唆され、また、これを取り囲むsox9b発現細胞は卵巣の生殖幹細胞のニッチとして働いている可能性が示唆された(論文投稿中)。そこでsox9bの生殖幹細胞制御における役割を明らかにするため、tilling mutantライブラリーから単離したsox9bの変異体とcre/loxpとを組み合わせ、成体卵巣で特異的にsox9b遺伝子座がホモになるコンディショナル変異体を作成した。今後この表現系を解析中することにより、これまで知られていなかったsox9bの生殖幹細胞制御における新たな役割が明らかになることが期待される。脊椎動物の成体卵巣に、生殖幹細胞およびそのニッチ構造が存在するかは不明であった。我々は、メダカ成体卵巣のgemminal epitheliumに、sox9b発現細胞と卵形成初期の生殖細胞で構成される約600個の単位が存在することを見いだし、この単位にGerminal cradleと名前を付けた。個々のgerminal cradleには形態的に3種類の生殖細胞が存在した。1つ目は一つ一つの生殖細胞がsox9b発現細胞に取り囲まれて独立している生殖細胞(Gs型)、2つ目は複数の生殖細胞が単位となってsox9b発現細胞に取り囲まれているシスト型生殖細胞(Gcys型)、3つ目は減数分裂のディプロテン期の生殖細胞(Gdip型)である。以前、我々は、nanos2が精原細胞および卵原細胞で発現していることを見いだしていたため、germinal cradle内でのnanos2の発現を調べたところ、Gs型生殖細胞のみで発現していることが明らかとなった。そこで、nanos2発現細胞の中に生殖幹細胞が存在しているのではないかと考え、nanos2発現細胞のクローン解析を行ったところ、次世代に寄与する卵はすべてこのnanos2を発現細胞が供給していることが明らかとなった。さらに、成体卵巣をbusulfan処理すると、nanos2を発現するGs型の生殖細胞のみが残るが、3ヶ月後にはシスト型生殖細胞をもつgerminal cradleが回復するという結果が得られた。これらの結果は、nanos2発現細胞の中に配偶子幹細胞が存在していることを示唆していると同時に、sox9b発現細胞から構成されるgerminal cradleには、生殖幹細胞ニッチが何らかの形で存在していることを示している(Nakamura, et al., Science,2010)。
分子内における回転/並進運動の相互変換システムの構築

近年、ナノメートルスケールの分子運動を機能として利用した「分子機械」の開発が着目されている。しかしこれらが実際に働くためには、分子運動を精密に制御する必要がある。その中でも特に、運動の基本要素である回転と並進という運動の種類を制御する方法を確立することは、分子運動の制御において重要な課題である。そこで、本研究では運動の種類を相互変換可能なクランク機構に着目し、クランク型分子の合成を達成した。クランク機構とは回転部位と並進部位がコネクションロッドによって直接連結された構造を持ち、一回転と一往復が対応して、運動の種類を変換する機械部品である。これを分子レベルで達成するため、回転部位としては銀イオンの協同的な配位子交換を利用した金属錯体型分子ボールベアリングを、並進部位としては軸分子が環状分子に貫通したロタキサンを用い、それぞれを連結することにした。合成した分子はプロトンNMRスペクトルを用いて解析を行った。まず温度可変NMRを用い、合成した分子クランク内での回転運動および並進運動を確認した。続いて、二種類の運動が分子内で相関しているかを調べるため、並進運動部位の可動範囲を詳細に調べ、並進運動範囲が回転運動の影響を受けていることを明らかとした。さらに、モデル分子を用いて並進運動抑制実験を行い、並進運動を抑制すると回転運動も抑制されることを示し、二つの運動が互いに影響し合っていることを明らかとした。このように、分子レベルで複数の運動部位を組み合わせることに加え、本研究のように種類の異なる運動部位を相関させた例は今までに無く、大きな新規性を持つと考えられる。
プラント・オパールからの遺伝情報抽出手法の実用化に向けた開発的研究

本研究は、残留性に優れた植物遺存体の1つであるプラント・オパールに内在する遺伝情報を取り出し活用する技術を実用ステージまで引き上げ、稲作分野の研究における一般的手法として確立することを目指している。最終年度にあたる平成30年度の取り組みと成果をまとめると以下のとおりである。【取組1:土壌からのプラント・オパール抽出についての実用手法の構築と検証】これまでに構築した抽出手法は、一定の純度のプラント・オパールを抽出することにおいては問題ないものであったが、実験者の負担という点では、抽出工程に手作業の部分がかなり存在していた。そのため、比較試料を準備する際に、複数の実験者によって抽出を実施すると、熟練度の違いから試料の内容(純度)に差異が生じることが懸念された。そこで、最終年度では、手作業の工程を汎用機器による処理工程に置換することで、抽出プラント・オパールの純度を維持し、実験者の負担を軽減した抽出工程を構築することができた。【比較試料として堆積環境・土性などが異なる生産遺構土壌の確保】愛媛県東予市に所在する古墳時代後期の扇状地扇央に位置する黒ボク土を作土とする水田跡において、堆積相分析で明らかとなった水田構造に基づき分析試料の採取を行い、比較分析試料の充実をはかることができた。【取組3:プラント・オパールに由来するDNA分析技術の普及性の向上の検討】国内遺跡の水田土壌から抽出したプラント・オパールについて、DNAの抽出とその分析を実施した。その結果、イネのプラント・オパールにおけるDNAの遺存状況を明らかにすることができた。現在のプラント・オパールからの遺伝情報の抽出方法については、葉緑体ゲノム領域(rps16 intron1)と核ゲノムの第6染色体領域(IDJ6)についてPCR増幅したところ、5回の反復によってDNAが復元可能であるという結果となり、抽出方法の普及性に見通しを得ることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度の取り組みと成果をまとめると以下のとおりである。【取組1:堆積環境・土性などが異なる生産遺構土壌を対象に当該手法の有効性を検証】香川県の扇状地扇端部に立地する弥生時代前期と古代末中世前期の水田遺跡の試料を新規に加え、東北から九州沖縄までに所在する堆積環境や土性が異なる4つの遺跡の水田遺構土壌について、プラント・オパールの抽出とDNA抽出を実施した。その結果、DNA抽出が確認され、手法の有効性の検証を進めることができた。【取組2:土壌からのプラント・オパール抽出工程の改善】取組1の4遺跡の試料について超音波処理、有機物分解さらに乾燥方法を組み合わせた12通りの抽出工程を適用し、抽出試料からのDNA抽出状況から抽出工程の検討を行った。その結果、最適条件をほぼ特定することができた。また、抽出工程でのオペレータの拘束時間を従来の2025%程度に軽減できる目途も得ることができた。【取組3:汎用機材による工程の構築とDNA復元工程の検討】当該年度の予算により、プラント・オパールの抽出工程やDNA抽出工程に汎用機材を導入し、それぞれの抽出工程を構築した。構築した工程を試行した結果、プラント・オパールとDNAを確認した。また、プラント・オパールに内在するDNA復元の側面から最適な抽出方法を検討した。その結果、プラント・オパール抽出工程がDNA領域の復元に与える影響をほぼ明らかにすることができた、また、抽出したDNA溶液を10,000倍に希釈しても、領域によっては復元可能であり、より少量の試料からの遺伝情報抽出の可能性が明らかとなった。計画初年度であったが、当該研究の基礎となった昨年度までの挑戦的萌芽研究で構築できた人的なネットワークや分析試料の蓄積もあり、計画以上に研究を進めることができた。報告にも述べたように四国で新規の遺跡試料を確保するとともに、年度末には群馬県の遺跡についても次年度の試料採取をふくめた共同研究について協議が完了しており、検証試料の確保については想定を超えるペースで進展した。さらに、新規試料の収集等は、本来であれば、研究打ち合わせ出張などによる数回の協議が必要であるが、萌芽研究で構築した人的なネットワークのおかげで、関係者とのメールや電話による打ち合わせで代替することができた。その結果、研究成果発表以外の旅費を計画以上の実験分析に使用することができた。分析手法の実用化についても、汎用機材の導入による工程構築も問題なく進み、加えて、プラント・オパールの抽出工程の改善については、次年度に予定していた時間や供試試料重量の短出・軽減の一部についても進めることができた。以上の状況から、今年度については計画以上に進展していると判断される。平成29年度の取り組みと成果をまとめると以下のとおりである。【取組1:土壌からのプラント・オパール抽出についての実用手法の構築と検証】昨年度の成果にもとづき、実用化候補の抽出工程を適用してプラント・オパールの抽出を完了することができた。なお、所用時間等については、大きな差異がないことが明らかとなった。

今後、遺伝情報の増幅状況にもとづき、最も実用的な抽出工程を決定する予定である。【比較試料として堆積環境・土性などが異なる生産遺構土壌の確保と分析】新しい追加分析試料として、群馬県高崎市の井出遺跡群における時代の明確な水田層土壌を採集確保することができた。採集した柱状土層資料の肉眼による堆積相分析を行った結果、6世紀の火山灰で埋没した水田が湛水状態にあったこと、弥生時代終末の水田層の下位に時期が遡る水田層がある可能性を明らかにした。また、これらの試料からDNA抽出用のプラント・オパールの抽出までを完了することができた。【取組3:プラント・オパールに由来するDNA分析技術の普及性の向上の検討】プラント・オパールに内在する遺伝情報について開発した分析手法を実用化するために、第3者による分析手法のクロスチェックならびにイネの多様性を評価できるマーカーの開発を実施した。その結果、第3者の分析初心者によって同手法によりDNAを復元できることが確認できた。また、日本の基幹品種や在来品種を識別可能なSSRマーカーを開発でき、多様性評価を実施できる見通しを得ることができた。平成29年度も、当該研究の基礎となった昨年度までの挑戦的萌芽研究で構築できた人的なネットワークや分析試料の蓄積もあり、ほぼ計画どおりに研究を進めることができた。群馬県の遺跡についても予定通りに良好な分析試料を採取することができた。また、今年度の最も重要な課題であった第3者によるプラント・オパールからのDNA抽出の再現性については、無事にクリアすることができた。また、今後の発展性として、多様性マーカーを構築できた点も大きな成果と言える。なお、収集した遺跡土壌からのプラント・オパール抽出とDNA抽出については、予定が遅れ、年度度内に完了することはできなかった。以上の状況から、今年度についてはおおむね順調に進展していると判断される。本研究は、残留性に優れた植物遺存体の1つであるプラント・オパールに内在する遺伝情報を取り出し活用する技術を実用ステージまで引き上げ、稲作分野の研究における一般的手法として確立することを目指している。最終年度にあたる平成30年度の取り組みと成果をまとめると以下のとおりである。【取組1:土壌からのプラント・オパール抽出についての実用手法の構築と検証】これまでに構築した抽出手法は、一定の純度のプラント・オパールを抽出することにおいては問題ないものであったが、実験者の負担という点では、抽出工程に手作業の部分がかなり存在していた。そのため、比較試料を準備する際に、複数の実験者によって抽出を実施すると、熟練度の違いから試料の内容(純度)に差異が生じることが懸念された。そこで、最終年度では、手作業の工程を汎用機器による処理工程に置換することで、抽出プラント・オパールの純度を維持し、実験者の負担を軽減した抽出工程を構築することができた。【比較試料として堆積環境・土性などが異なる生産遺構土壌の確保】愛媛県東予
野生生物における内分泌攪乱物質の汚染とそのリスク評価

平成15年度は、生物蓄積性内分泌攪乱物質が野生生物に及ぼす影響について検証し、以下のような成果を得た。1)カワウおよびバイカルアザラシでPCBの体内蓄積濃度と肝チトクロームP450 (CYP) 2C分子種の間に有意な正の相関関係が認められた。この結果は、PCBが核内レセプターCAR/CXRを介してCYP2C分子種を誘導したことを示唆している。2)そこで、これら核内レセプターの構造的・機能的特性を調査するため、カワウCXRのcDNAクローニングを試みた。その結果、カワウ肝臓にニワトリCXR様の核内レセプターmRNAが11種類存在していることを確認した。完全なスプライシング由来のカワウCXRアミノ酸配列のリガンド結合領域の相同性は、ニワトリCXRと86%であった。カワウ各組織内の総CXR mRNA発現量を比較した結果、最も高かったのは肝臓、次いで腎臓・小腸の順であり、他の組織ではほとんど発現していなかった。これらの発現部位は、これまで実験動物で報告されてきたCYP2B/2C/3A分子種の発現部位とほぼ一致していた。こうした結果から、CYP2/3ファミリーの転写制御に関わる核内レセプターは、ニワトリ・哺乳類同様にカワウでも保存されていることが示唆された。3)ハイテク産業で使用量が増加中の微量元素に注目して陸上生物の調査を実施したところ、Ga,As,In,Tl,Bi,Th,Uの高蓄積が台湾産のリス類で確認され、中国産コイおよび羽田空港周辺の鳥類からは高レベルのAgが検出された。4)世界各地で採取した海棲高等動物28種の肝臓を分析に供試した結果、ほとんどの種の肝臓中総ヒ素濃度は低かったが、一部の海鳥類、海亀類の濃度は数十ppmと極めて高く、低次生物に匹敵した。また、肝臓中ヒ素化合物組成も種により大きな差異が認められ、ヒ素の代謝機構は種により異なるものと推察された。以上の結果を含む3カ年の研究成果を総合すると、生物蓄積性内分泌攪乱物質による汚染とそのリスクは、一部の例外はあるものの水圏の哺乳類や鳥類で高いと結論された。本研究の目的は、内分泌攪乱物質による野生生物の汚染実態を明らかにし、毒性影響を検知することにある。本年度は、地球汚染の実態解明と薬物代謝酵素系/免疫系の影響について研究を展開した。二枚貝のイガイを生物指標としてモニタリング調査を実施したところ、PCBsや有機スズ化合物による汚染は先進工業国で、DDTなど有機塩素系農薬による汚染は途上国で顕在化してることが判明し、現在こうした場が地球汚染の発生源になっているものと考えられた。一方外洋性の鯨類やカツオを生物指標とした調査により、HCH(ヘキサクロロシクロヘキサン)やHCB(ヘキサクロロベンゼン)など移動拡散性の高い物質は北方の寒冷海域で濃度が高く、DDTなど移動性の乏しい物質は発生源に近い熱帯・亜熱帯海域の汚染レベルが高いことを明らかにした。こうした結果は、内分泌攪乱物質の発生源と到達点が異なることを示唆しており、極域の海洋はその溜まり場として機能するものと考えられた。ダイオキシン類の地球規模での発生源に関する情報は乏しいが、アホウドリ類の分析結果によると北半球の種は南半球の種に比べ明らかに高い濃度を示しており、その放出源は北半球に集中していることが推察された。CdやHgなどの毒性元素は、陸域に比べ海洋の高等動物で高濃度蓄積がみられ、その細胞内分布や解毒機能の種特異性が示唆された。ところで、鰭脚類や鯨類ではCYP酵素の活性や血中性ホルモン濃度と有機塩素化合物濃度との間に相関関係がみられた。興味深いことに、バイカルアザラシではダイオキシン類によるCYP酵素の誘導ばかりでなくその阻害も認められた。さらにヒトや海棲哺乳動物の場合、リンパ球の生育阻害は30-40ng/gの血中ブチルスズ化合物濃度で起こることが明らかとなり、一部の沿岸性鯨類ではこの閾値を超える汚染が認められた。本研究の目的は内分泌攪乱物質による野生生物の汚染実態を明らかにし、そのリスクを評価することにある。本年度の成果は以下のようにまとめられる。陸棲と海棲の哺乳動物および鳥類を対象に有機塩素化合物と有機スズ化合物の蓄積特性を解析したところ、海棲で魚食性の高等動物は明らかに蓄積濃度が高く、この種の動物の弱い薬物代謝機能がこうした蓄積特性に反映されたものと考えられた。そこで、ダイオキシン類に対する生物の感受性を評価するための基礎研究として、野生鳥類のAHR cDNAをクローニングし、そのアミノ酸配列の特性について解析した。その結果、クロアシアホウドリおよびカワウから、それぞれ862・860残基からなるAHR cDNAの全長を得た。これら二種のAHRアミノ酸配列を用いて系統学的解析をおこなったところ、それらはAHR1 cladeに属していることがわかった。また、野生魚類の免疫異常を調べるため、有明海沿岸の数地点でムツゴロウを対象に、有機塩素化合物と血中ヘモグロビン量(Hb)・リゾチーム活性(LY)・NBT還元能(NBT)・ポテンシャルキリング活性(PK)の測定した。その結果HCB,HCHs,PCBs濃度は大牟田産が唐人産に比べ12桁高値を示した。一方、NBTとPKは地点間の有意差は確認されなかったが、Hb,LYは大牟田産が唐人産より高い傾向が窺えた。

さらに、日本の陸棲哺乳類15種について毒性元素の蓄積濃度を測定したところ食性に依存した蓄積がみられ、ジャワマングースのHgなど高濃縮も確認された。また、海棲高等動物について毒性元素の肝細胞内分布を調べたところ、Cdはサイトソル、Hgは核・ミトコンドリア画分に主に存在していた。一方、Agはウミガメ類では主にサイトソルに分布していたのに対し、海棲哺乳類では核・ミトコンドリア画分に存在し、解毒機構の種差が推察された。平成15年度は、生物蓄積性内分泌攪乱物質が野生生物に及ぼす影響について検証し、以下のような成果を得た。1)カワウおよびバイカルアザラシでPCBの体内蓄積濃度と肝チトクロームP450 (CYP) 2C分子種の間に有意な正の相関関係が認められた。この結果は、PCBが核内レセプターCAR/CXRを介してCYP2C分子種を誘導したことを示唆している。2)そこで、これら核内レセプターの構造的・機能的特性を調査するため、カワウCXRのcDNAクローニングを試みた。その結果、カワウ肝臓にニワトリCXR様の核内レセプターmRNAが11種類存在していることを確認した。完全なスプライシング由来のカワウCXRアミノ酸配列のリガンド結合領域の相同性は、ニワトリCXRと86%であった。カワウ各組織内の総CXR mRNA発現量を比較した結果、最も高かったのは肝臓、次いで腎臓・小腸の順であり、他の組織ではほとんど発現していなかった。これらの発現部位は、これまで実験動物で報告されてきたCYP2B/2C/3A分子種の発現部位とほぼ一致していた。こうした結果から、CYP2/3ファミリーの転写制御に関わる核内レセプターは、ニワトリ・哺乳類同様にカワウでも保存されていることが示唆された。3)ハイテク産業で使用量が増加中の微量元素に注目して陸上生物の調査を実施したところ、Ga,As,In,Tl,Bi,Th,Uの高蓄積が台湾産のリス類で確認され、中国産コイおよび羽田空港周辺の鳥類からは高レベルのAgが検出された。4)世界各地で採取した海棲高等動物28種の肝臓を分析に供試した結果、ほとんどの種の肝臓中総ヒ素濃度は低かったが、一部の海鳥類、海亀類の濃度は数十ppmと極めて高く、低次生物に匹敵した。また、肝臓中ヒ素化合物組成も種により大きな差異が認められ、ヒ素の代謝機構は種により異なるものと推察された。以上の結果を含む3カ年の研究成果を総合すると、生物蓄積性内分泌攪乱物質による汚染とそのリスクは、一部の例外はあるものの水圏の哺乳類や鳥類で高いと結論された。
フーリエ解析学の新展開-関数空間の分割理論の深化と応用

モレー空間における複素補間理論をはじめ関数空間の研究を全般的に行った。モレー空間における複素補間理論は従来の結果に間違えがあるのではないかとの意見が2014年以降されてきた。その指摘に基づきモレー空間における複素補間理論を再検証したところ、部分空間に関して種々の面白い性質が見つかった。とくに、その中でもチルダ部分空間、スター部分空間、ダイヤモンド部分空間についての補間の結果をまとめた。ダイヤモンド部分空間は偏微分方程式の初期値問題と関連があることを指摘した。これらはすべて論文として提出し、その半分は出版済みで残りの半分は査読中である。関連する空間としてグランドルベーグ空間についても同じような考察を行い、我々が得た複素補間に関する性質を再検証した。さらに、これはトリーベル・リゾルキン・モレー空間においても同じ手法が使えることを実証した。これに関しては論文にまとめている最中で、早急に論文を提出する予定である。また、実補間のアウトプットとして得られるローレンツ空間を用いた畳み込み積などの基本的な不等式の研究をし、それを積分作用素に応用した。その結果、ストリカーツ評価を得ることができた。これは主にハーディー・リトルウッド・ソボレフの不等式として知られている不等式の精密化に相当する。背景にある不等式はブラスカンプ・リーブの不等式と言われている種々の不等式を包含する大きな概念である。得られた結果が低次元では最良であることを示すために、ガウシアンや掛谷集合を使った。積分不等式についてはローレンツ空間の複雑さからさらなる考察が必要であるが、モレー空間の補間理論は総じて順調に進んでいる。研究の概要は主に次のものに大分される。1.モレー空間の補間理論およびその周辺2.ベゾフ空間の理論の形成と書籍の作成3.積分不等式の研究モレー空間の補間理論については複素補間を主に研究しているが、一般のパラメータに対してはモレー空間の枠組みだけでは不十分なので、実補間についても研究し複素補間として得られた関数空間と実補間との結果を比較した。また、モレー空間の複素補間についてはわからないことが多いが、局所モレー空間についてはノルムの見方を変えることにより、ほとんどすべてのパラメータについて複素補間が可能であることを示し、実際にその表示を与えた。また、副産物としてダイヤモンド部分空間の複素補間についても考察して、第二補間の特徴づけで何が必要になるかを説明した。また、モレー空間に関連する関数空間として、グランドルベーグ空間、弱モレー空間などが挙げられるがこれらの補間、分割理論、包含関係、距離空間における性質などについても調べた。ベゾフ空間の理論形成については,ベゾフ空間の変種であるトリーベル・リゾルキン空間のアトム分解の方法を考察して、マルチン・キーヴィツ積分などへの応用があることを示した。日本語の拙著ベゾフ空間は英訳を終えて、2018年度に出版予定である。Brascamp-Liebの不等式は積分不等式としては基本的なものであるが、この不等式を応用して、直交Strichartz評価を示した。特に,ローレンツ指数について精密な情報を得ることができ,Keel-Taoの結果、自明なプランジュレルの定理から得られる結果以外にもう一つの重要な分岐点を見出すことができた。閉部分空間の複素補間について考察してきたが、この際に必要な仮定はL∞とモレー空間が同一直線状に並ぶことであった。しかしながら、近年の研究でその性質は不要であるとわかった。このような理由から、複素補間の本質が見えてきたといえる。それでは実際に一般のパラメータについてモレー空間の補間理論について何が言えるか、補間空間はどのように記述されるかを考察する。ベゾフ空間の理論について、書籍の作成は終了したので、さらなる分割理論の展開を考案する。積分不等式の研究についてはルベーグ空間の考察は終わったが、ローレンツ空間における考察がまだなので、さらに調べていく。ガウシアンの性質を再考することにより、得られた不等式の精密さを再検証する。モレー空間の補間理論については複素補間はカルデロン積であらわされると知っているので、実補間について類似の表示があるかどうかを考察する。また、積分不等式についてはローレンツ空間に拡張して成り立つかどうかを調べたいが、そのためにはローレンツ空間に属する関数の例があまり知られていないので、その例を集めることから始める。インフルエンザにより、予定していた研究集会への参加ができなくなった。分担者の田中仁がインフルエンザにかかり予定していた出張に行けなかったため。
強相関量子多体系における輸送現象の理論的研究

有限密度・温度におけるQCDやユニタリティ近傍における冷却原子多体系などの強く相関する系の輸送現象を非摂動的に定式化する方法の開発を行った。低エネルギー及び長波長極限の非平衡状態を特徴づける輸送係数を評価するために、微視的な自由度から出発するより一般的な方法として汎関数繰り込み群の方法を適用した。また、相補的な手法として対称性を基にした有効理論を用いて、カイラル凝縮やボーズ凝縮の相転移近傍における輸送係数の評価を試みた。主に自発的対称性の破れを示す相で有効な定式化を行ったが、有効な低エネルギー自由度が繰り込み群において自動的に生成されることを確かめるに至らず、いくつかの課題が残った。本研究では、(1)有限密度および有限温度のQCDにおけるカイラル相転移近傍での輸送係数の振る舞いを非摂動的手法を用いて評価する、(2)QCD相転移との類似性が指摘されているボソン・フェルミオン原子気体混合系のユニタリティ近傍での輸送係数の振舞いを明らかにする、ことを主な目的としてきた。(1)に関しては、前年度までに取り組んできた、輸送係数に関する一般的なカレント・カレント実時間相関関数を非摂動的に評価する方法として、汎関数繰り込み群を適用するための一般的な手法の開発に取り組んだ。カレントは系の対称性および保存則に対応するので、実時間相関関数の満たす運動方程式もこれらの規則を満たすべきであり、低エネルギーおよび長時間極限において保存量に関するモードや対称性の自発的破れに伴う南部・ゴールドストーンモードが満たすべき有効理論を再現する必要がある。汎関数繰り込み群の手法は、微視的自由度を用いた厳密な非摂動的定式化から出発するので、ある程度取り扱う系に最適な近似法を用いる必要があるが、より一般的に有効な自由度を自動的に繰り込み群に取り込むような近似法の開発を試みた。これに関しては、いくつか重要な知見が得られたが、最終的な報告までにはまだ整備すべき点が残っており、研究協力者と共に研究を続けている段階にある。(2)に関しては、ボソンとフェルミオンの束縛状態が現れる大きな散乱長近傍に主に焦点を当てて研究を行った。このような多体系における強結合状態を記述するための方法としてT行列近似を採用し、ボーズ・アインシュタイン凝縮と束縛状態形成に関する有限温度・密度における相図を評価した。この課題も継続中である。(3)また、コンパクト星などの有限密度QCDにおいて出現が期待される非アーベル型渦糸格子系における有効理論を構築した。この結果は輸送現象の理解に有用である。本研究は、相関が強い系における輸送係数を評価するための非摂動的定式化を行い、それを用いて具体的な系、例えば、ユニタリー極限のアルカリ原子多体系や高温・高密度における強い相互作用をする系に適用することを目的とする。1)初めに輸送係数を求めるための定式化を行った。輸送係数は、流体方程式に現れる係数であり、一般に保存量に関する実時間相関関数の低エネルギー極限から得られる。例えば、エネルギー運動量テンソルの相関関数から、輸送係数の一つである粘性率が得られる。本研究の目的である強相関系における輸送係数を評価するために、主に先行研究において得られた汎関数繰り込み群による定式化を試みた。汎関数繰り込み群から得られる方程式は厳密であり、それを解くためには系に即した近似法を開発する必要がある。本研究では、より一般的な対称性の自発的破れを伴う系に適用可能な定式化を行った。2)まず、自発的対称性の破れがない相における定式化を行った。このとき、輸送係数の満たす運動方程式が系の対称性をすべて満たすように要請すると、その対称性変換の生成子間の結合項が運動方程式に自然に現れることを示した。輸送係数に関する保存量は、それ自体が対称性変換の生成子であるから、その結合項は保存量の低エネルギーモード間の結合を示している。この結果は、70年代に川崎らによって現象論的に得られたモード結合理論を、場の理論の立場から導出したのことになる。また、近似法としては、運動方程式に内包される保存量に対する有効ポテンシャルを微分展開によって評価した。この近似は、一様系における対称性の破れに対して有効であり、系の持つ対称性とも整合する。これらの定式化は、今後強相関系に対する応用において重要な基礎を与える。本研究では、対称性の自発的破れを伴う強相関系において、郵送係数の振る舞いを調べることを最終的な目的としている。特に自発的対称性の破れ(連続相転移)の相転移点近傍は、低エネルギー揺らぎが大きく、この領域(臨界領域)での輸送係数の評価が本研究の主題の一つである。これまで、対称性の破れていない相において定式化を行ったが、対称性が破れたと仮定した場合に自然に拡張できないことが判明した。

その理由として、対称性の破れに伴う南部・ゴールドストーンモードをより一般的に定式化に取り込むことの困難がある。南部・ゴールドストーンモードは、対称性の破れた相における主要な低エネルギーモードであり、運動方程式において輸送係数に関する保存量に結合する。強相関系に適用可能な運動方程式(繰り込み群方程式)に近似を施す際に、得られる結果が、低エネルギーにおいて、南部・ゴールドストーンモードの分散関係やモードの数を正確に再現する必要がある。さらに対称性の自発的破れは、擬スピンなどの内部対称性と並進対称性などの時空間対称性に関したものがあり、これらを有限温度・密度などの一般的な系において記述する方法は、まだ確立されていない。通常の南部・ゴールドストーンの定理は、相対論的に不変な系に対してのみ成り立つ。この問題の解決は、本研究においても重要である。本研究課題を遂行するにあたり、一般的な自発的対称性の破れに適用可能な定式化を試みてきた。ただ、有限温度・密度系などの相対論的不変性に欠陥がある系における自発的対称性の破れに関して、南部・ゴールドストーンモードを正確に定式化及び近似法に取り込むことが課題として残っている。ただ、ごく最近、相対論的不変性の無い系における内部対称性の自発的破れに関して、より一般的に南部・ゴールドストーンモードを記述する方法が開発された。ただし、時空対称性の破れも含んだ統一的な記述法は確立していない。本研究においても、輸送係数を求めるための厳密な汎関数繰り込み群方程式に対して近似法を開発する際に、系の対称性が要請する低エネルギー定理を満足す必要がある。このとき、最近得られた南部・ゴールドストーンモードに関する理論との整合性を確かめながら研究をすすめる。本研究課題の一つである強結合の冷却原子多体系は、有限温度・密度における対称性の破れが観測されている系であり、それらに対しても適用していく。また、近年、強い相互作用をする系(クォーク・グルオンやハドロン多体系)の相図において、ある臨界点から発展する並進対称性の破れた空間非一様相の出現も予想されており、これらの系の定式化や輸送係数の評価を行いたい。本年度は、研究遂行において必要な新たな知見が得られたと同時に、これによって研究計画にやや遅れが生じた。それに伴い、国内の研究会・学会等における発表を延期し、該当助成金が生じた。これを次年度助成金と合わせて、新たに得られた知見に関する書籍・参考書の購入や、関連セミナー等への予算に充てる。