hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数値線形代数における高精度計算アルゴリズムの開発

真の解が事前にわかる連立一次方程式、真の固有値(特異値)が事前にわかる行列の生成法について研究した。提案手法は連立一次方程式においては行列・ベクトル積のみ、固有値問題については行列積1回またはそれ以下の計算コストで連立一次方程式や行列を生成可能である。連立一次方程式に対するテスト問題の研究結果は論文として採録された。さらに、上記の研究によって開発した固有値分解における新しい数値計算アルゴリズムをもとに、計算量の再定義を行った。当初の計画通り、順調に進展している。理由としては、研究実施計画における以下の目標を達成できたからである。(1)対称系の固有値問題に対して、係数行列の条件数に関わらず常に最良の近似解を得ることが可能な数値計算アルゴリズムについて研究する。(2)提案アルゴリズムの効率化を高めるために、行列乗算の高精度計算に関する研究を推進する。具体的には、(1)については、実対称行列の固有値問題に対して、近似解(固有値、固有ベクトル)を求めるためのアルゴリズムに依存しない方式であり、かつ有力な数値計算アルゴリズムを活用することが可能である反復改良アルゴリズムを開発し、高精度な近似解を得ることが可能となったことが評価できる。また、(2)については、行列積の計算に対して最良に近い「隣接浮動小数点丸め」を達成する高速なアルゴリズムを開発し、良条件の場合には通常の近似計算の数倍程度の計算時間でそれが達成できることを数値実験によって確認できたことが評価できる。これらの研究成果を学会等で発表し、コメントのフィードバックや他の研究者との議論を踏まえた上で研究の質をさらに高めている。このように、研究計画に沿って研究を推進できていることがわかる。非対称行列の特異値問題に対して常に最良の近似解(特異値及び特異ベクトル)を得ることが可能な数値計算アルゴリズムを開発した。開発したアルゴリズムは、これまでに開発してきた対称系の固有値問題と同様に、ニュートン法系統の高い収束性を持つアルゴリズムである。ここでは、対象を正方行列に限らず、矩形行列の場合にも適用可能なアルゴリズムを開発した。そのためには、対称系の固有値問題に対するアルゴリズムを単に拡張するだけでは不足しており、その対処方法及び妥当性について理論的な解析が必要であった。密行列に対する特異値分解では、現在、ハウスホルダー変換による二重対角化を経由する方式が主流である。それに対し、本研究の基本方針は、特定のアルゴリズムに依存しない、汎用的な高精度化のフレームワークを構築することである。そのため、解の初期値を任意の既存の方式で与えることを想定し、反復改良によって解の精度を改善する方式を考案した。数値実験において、様々な特異値の分布を持つ行列に対して開発したアルゴリズムを適用し、その有効性を確認した。上記の研究成果は国際会議等で発表し、最終的に論文にまとめ有力な論文誌に投稿した。
会話における文脈理解力の発達要因の解明：「気になる子ども」に届く言葉がけのために

自閉スペクトラム症の幼児を対象に、プロソディを指標とする信頼性判断課題(行動実験)を実施した。その結果、自閉スペクトラム症児は定型発達児と同様に下降調のイントネーションを使用する話者の方が、上昇調のイントネーションを使用する話者よりも信頼性が高いと判断できることがわかった。自閉スペクトラム症の幼児と母親の会話データを縦断的に収集し、書き起こしを進め、子どもが3歳時と5歳時で母親の語りかけがどのように変化するかを検討することを始めた。実験的な調査は計画通りに進んでいる。その一方で、母子会話のデータの書き起こしに予定していたよりも多くの時間がかかり、分析は次年度に持ち越された。自閉スペクトラム症児の母子会話のデータの書き起こしに調査補助のアルバイトを複数雇用し、分析に入れるようにする。本研究は定型・非定型の文脈理解力の発達を、実験的調査と自然会話の分析を通して明らかにすることを目的としている。本年度の主な実績は以下のとおりである。1.ASD幼児の話し手の信頼性判断の実験的調査5歳のASD児と定型発達児を対象に、発話のイントネーションから話し手の信頼性を判断できるかどうかの実験的調査を行った。その結果、どちらのグループの子どもも、イントネーションを手がかりにして、話し手の信頼性判断をすることができることがわかった。2.前言語期のASD幼児に対する母親の発話の機能的特徴3歳のASD児の母親について半構造的遊び場面の発話特徴を検討した。その結果、共同注意を引き出す母親の発話は発話長が短く、「促し」や「子どもの行動に関する発話」には「指さし」「提示」が多いことが明らかとなった。実験的調査と自然会話の分析の両面から、定型・非定型の文脈理解力の発達をあきらかにする目的を果たすことができた。自閉スペクトラム症の就学児童を対象に、アイトラッカーを用いた話者の信頼性判断課題を実施した。話者の話し方によって信頼性の評価が変わるかどうかを検討するために、標準語話者と、方言話者のどちらが提供する情報をより信頼するかを調べた。その結果、自閉スペクトラム症の児童は標準語話者をより信頼することがわかった。コントロール群の定型発達児はとくにどちらかをより信頼するということはなかった。自閉スペクトラム症の幼児と母親の会話データを収集し、共同注意場面について解析した。日本語マッカーサー乳幼児言語発達質問紙の身振り得点の低得点群と高得点群の比較をしたところ、低得点群は反応型共同注意(母親からのはたらきかけに対して注意を向ける)が多く、高得点群は主導型(自発的に子どもから注意を向ける)が多くみられた。また、低得点群の母親の発話には指さしが多く伴っていた。その一方で、自閉スペクトラム症幼児の身振り得点と母親の発話機能には有意な関連は見られなかった(篠沢他,2017)。アイトラッカーを用いた実験的調査と、母子会話のデータ収集と解析の両方で自閉スペクトラム症児の日常的なコミュニケーションの特徴を明らかにすることができた。今後の推進方策として以下のように考えている。まず、アイトラッカーを用いた実験により、ASD児と定型発達児の文脈力の比較的研究を進めていく。さらに自然会話データについては、ASD児のデータを増やすとともに、定型発達のデータも収集し、比較研究ができるようにしていきたい。自閉スペクトラム症の情報の信頼性判断に関する実験的調査は、就学前児童にまで広げて実施する予定である。また標準語話者と方言話者のどちらの情報をより信頼するかという調査は、方言を使う地域に住む自閉スペクトラム症児を対象に実施する計画である。母子会話のデータ収集、分析は、これまで3歳のデータに限られていたが、参加児が5歳になったときに再度データ収集と分析をし、縦断的な研究につなげていきたいと考えている。
北日本産後鰓類の分類学的研究

北日本から採集された標本サンプルのうち、北海道産のミノウミウシ類についてすべての種が、属位まで決定された。これによると、全部で少なくとも5科8属17種を数えることができた。現時点で種名まで決定されたものは10種である。これらの内訳を生物地理学的にまとめてみると、わが国沿岸のみに出現する、いわゆる固有種は、Flabellina athadona,Flabellina amabilis, Eubranchus horii, Cuthona pupillae, Sakuraeolis modestaの5種であった。海外からも知られる残り5種の中でもっとも注目されるのは、Flabellinidae科のChlamylla atypicaとその近縁種(ひょっとすると同種の可能性もある)の発見であった。Ch.atypicaの模式産地はグリーンランドの沖合であり、本属のすべての種がこれまで環北極分布をしており、わが国での分布はほぼ南限といえる。同じ科のもう1種は、かつて北海とバルチック海の境界海域から発見されたFlabellina parvaの可能性が非常に高く、もしそうだとするとこれも環北極分布の一例に加えられることになる。環北極種には、これまで世界の北の寒海から知られていたAeolidia papillosaの存在が今回も確かめられた。このほかに北米西海岸と共通のEubranchus misakiensisとHermissenda crassiocornis, Catoriona columbianaなどは、日本オレゴン要素を構成する種群ということができる。未記載種ないし本邦初記録の可能性があると思われる種が一番多く見つかったのは、やはり最大の属Cuthonaに属するものであった。これらの記載はまだ完了していないが、こうしたα分類学の成果の他に、幼生の形態を区別する研究と、これを基礎とした餌生物の定着変態基質としての役割について興味深い知見を明らかにすることができた。本年度は、北海道地域で、これまで著しく調査の手薄だった道東を中心とした海域での採集を行ってきた。釧路、厚岸湾など森林の伐採が広範囲に行われた近くの海岸では、透明度の悪さによって小型種の探索が容易ではなかった。これまでのところ、裸鰓類中のTergipedidae、のう舌類中のPolybrancheaceaで、問題のある種が発見されたことが特筆される。室蘭など噴火湾付近での調査、また留萌、小平など日本海側での採集でも、それぞれ興味深い発見があった。さらに、寒流系の代表的なグループと考えられ、その分布域が東北以北とされていたものが、親潮影響海域の南端である房総半島銚子付近にまで分布を拡げている様子を捉えることもできた。採集を行うのにかなり危険な場所であるため困難は伴うが、その場所での餌動物との組み合せ関係も、現在研究中である。これによって、捕食者の分布拡大のプロセスを考察することができる。また、これまでバリエーションとして扱われてきた問題について、タイプ別の分布域の比較調査、発生過程の比較研究などを通じて、良くは似ているがそれぞれ別の独立種であることを突き止めつつある。初年度終了直前の現時点では、投稿中、準備中で、本報告書の裏面に研究発表文献を提示出来ず残念である。6年度以降、既採集種の比較解剖を行って記載発表をしつつ、さらに野外調査を拡大してゆきたい。本年度の研究は、昨年度に引き続き北海道地域での採取調査を中心に行ってきた。稚内から南の日本海沿岸地域で、何種類もの裸鰓類が採取されてきたが、そのうち未記載種と考えられる標本も何点か得ることができた。これらの属位の決定については、目下比較解剖の作業を進めているところである。さまざまな発育段階にある形質を比較する試みを行なった。

孵化から浮遊幼生を含む初期発育形質についての分類学的有効性を検討したものである。現在のところ、ごく近縁な3種の間で確かめられただけであるが、幼生期の形質も近縁種の区別には非常に有効であることが示された。幼体にまで育つとそれらの形質は完全に消失してしまい、成体だけが持つ形質へと変化することも判明したが、その発生学的意義はまだわかっていない。これらと成体の生殖器系を中心とする分類形質で行なわれる系統関係との相関についての検討は、まだ始まったばかりの状態にある。一部の種グループについては、体地色や体表に見られる色彩の濃淡や模様パターンの変化についても詳しい検討が行われた。種内変異の幅の中に含まれる例としては、中腸腺の色合いを中心とした体内の色のバリエーションで、これらは主として発育過程で食べていた餌生物の種類によって決定づけられることがわかった。一方、種レベルで安定した形質としては体表の色彩パターンが代表的なもので、これらについては食性の影響を受けることはほとんどないことなどがわかった。本年度は、本研究3カ年の最終とりまとめの年である。これまでに採集し、集めてきた標本について詳細な解剖を行ういっぽう、海外の文献の検討と比較を進めてきた。これらの種のなかで特筆されるものとして、これまでまったくの未記載種と考えられていたものが、グリーンランドからホワイトシ-にかけて報告のあった種と同種であることが判明したことがあげられる。卵のサイズは比較的小型で多産であり、極低海水温の下での発生を考えると、かなり長期間の浮遊幼生期を持つものと考えられる。北極を中心に広く分布する本種は、冬の厳寒期のみに本邦に出現するパターンが見られるので、コンスタントな浮遊幼生の供給がベーリング海とオホーツク海を経由して来るものと考えられた。また、この種を含む属は、ミノウミウシ亜目の中でも最も原始的と考えられる形質を有しており、餌として特徴的な無鞘ヒドロゾア類を食べることも明らかになった。また、この種と極めてよく似た個体が別のヒドロゾアからも発見されたが、それらは色彩が微妙に異なり、成体のサイズも著しく異なっていた。両者の関係については目下研究中である。いっぽう、本属の分布が高緯度地域に特異的に限定されて見られることと、それと対照的に近縁属の分布がかなり広いことから、動物地理学的に興味深い内容が明らかにされる可能性が出てきた。さらに幼生期の形質の分類学的有効性の検討を進めた。このことによって、野外での生態分布形成機構の一端も明らかになった。
超伝導発現におけるスピン揺らぎの量子位相効果及び秩序間の競合に関する理論研究

1.擬一次元スピンパイエルス系等、スピンギャップ系における超伝導発現のための条件を理論的に解析した。2.銅酸化物で観測されるストライプ相から高温超伝導が発現するプロセスの理論説明を試みた。ストライプ相における量子揺らぎの効果を量子モンテカルロ法による大規模数値計算で調べた。3.高温超伝導現象に共通的に見られる反強磁性・超伝導競合現象を大規模モンテカルロシミュレーションで解析し、双臨界現象の新しいスケーリング理論を提唱した。4.密度行列繰り込み群法を用いた数値計算により、電子間相互作用を近似なしに扱い、ナノカーボングラファイトの磁気、電子伝導特性のエッジ形状依存性を理論的に解明した。(1)超伝導磁束量子系の熱力学状態、相転移、相図を大規模計算機シミュレーションにより解明した。特に面内に平行な磁場に誘起される層間ジョセフソン磁束系の特異コスタリッツ・サウレス相を始めて見出した。(2)超伝導体内部を貫く磁束量子線は、低温では三角格子に配列し、高温では熱揺らぎの効果で磁束線液体に代わる。この変化は、氷が水に溶けるのと同じように、潜熱の放出を伴う熱力学的な不連続相転移として知られている。今回我々が大規模シミュレーションで新たに発見したのは、層状構造を持つ高温超伝導体の超伝導層に平行に印加された磁場がある特異値を超えれば、磁束線格子の融解は2回の連続相転移になることである。特異磁場の強さは理論的に異方性定数に逆比例し、超伝導層の層間距離の2乗にも逆比例する。YBCO系超伝導体では50テスラ程度で、BSCCO系超伝導体では1.7テスラ程度である。この成果の意義としては、磁束線格子融解によって超伝導が失われるので、応用においてその理解と制御が大事である。学術的には、磁束線格子の連続融解転移の発見は始めてであり、一般的な融解現象に対する理解を広げるものと期待される1.擬一次元スピンパイエルス系等、スピンギャップ系における超伝導発現のための条件を理論的に解析した。学術的には、磁束線格子の連続融解転移の発見は始めてであり、一般的な融解現象に対する理解を広げるものと期待される
乳児の非言語情報に対する成人の生理的・心理的反応解明への多角的アプローチ

本研究は育児未経験の若年成人を対象とし、乳児の表情認知時及び乳児の表情の違いに応じて対乳児発話(IDS)を表出しているときの脳反応を、近赤外線分光法(NIRS)によって明らかにすることを目的とした。研究の結果、乳児の非啼泣状態の表情認知時及びIDS表出時は、啼泣状態と比較して若年成人の前頭部が賦活し、精神活動がより活発であることが示唆された。前頭前野は帯状回や頭頂葉、尾状核、海馬、視床との密接な繊維連絡が指摘されており、今後それらの部位と乳児の表情認知との関連について、fMRIを用いてさらなる検討をする計画である。本研究で得られた知見を、若年成人の親性発達支援の基礎資料として活用していきたい。本研究の目的は、言語獲得以前の乳児が表出する泣き声や表情による非言語情報に対して、育児未経験の青年が生理学的、心理学的にどのような反応を示すのかについて、脳科学、生理学、心理学、言語学的観点から多角的にアプローチし、解明することである。2年目にあたる今年度は、昨年度のパイロットスタディの結果を踏まえて、実験デザインの内容や手順の修正を行い、被験者約30名に対して実験を行った。NIRS(近赤外線分光法)装置と心電図を用いて、乳児刺激を視聴している場面、及び乳児へあやすように対乳児発話(IDS)を表出している場面の脳血流反応と心拍反応の測定を行った。また、IDSの音響的特徴及び言語学的特徴を分析した。その結果、次のことが明らかとなった。(1)乳児の表情が啼泣時と非啼泣時では被験者の前頭前野において脳活動の違いがあり、乳児の啼泣時に脳血流量が有意に下がる傾向にある。(2)心理尺度の測定において不安傾向の強い被験者は、特に乳児の啼泣時に左下背側前頭前野の脳血流量が有意に減少する。(3)乳児に対する対乳児発話(IDS)の音響的特徴は、乳児が啼泣時に有意にピッチが高くなる。(4)IDSの平均発話長(MLU)と発話頻度は乳児の啼泣時に増大する。これらの結果より、若年成人は乳児の機嫌状態によって生理・心理の両面において影響を受けることが示唆された。乳児の泣き声は子の状態を知るための重要な情報源であるが、子育て中の親にとって乳児の泣き声が最もストレスになることが指摘されている。次年度はさらに被験者数を増やして、性別や性格等、被験者の属性の違いによって乳児の啼泣から受ける影響に違いがあるかどうか検討をする計画である。本研究より得られた知見は、青年期における育児教育や、乳児の親の育児ストレス軽減のための基礎資料となることが期待される。初年度である平成24年度は、初めにパイロットスタディを実施して実際に被験者の協力を得ながらNIRS及び心電計等による生理学的測定及び心理検査を用いた心理的測定を用いた実験のデザインの内容や手順の確認をした。ある程度の実験手法が確立できたため、その後は被験者をリクルートし、乳児の啼泣時及び非啼泣時における脳血流反応と心拍反応及心理的反応の変化を測定し、分析を行った。さらに、被験者による乳児への発話を記録し、音響分析と発話分析によって分析を行った。そして対乳児発話の特徴を見出すことができた。今年度は25名分のデータを収集することができた。今年度の被験者は、育児経験のない大学生とし、乳児の啼泣時と非啼泣時に見られる生理的及び心理的反応を測定した。その結果、啼泣時と非啼泣時において、脳血流反応や心拍反応、心理的反応のすべてにおいて有意な差が見られ、育児経験のない青年期にある大学生は乳児の啼泣に対して大きく反応するという結果が得られた。本研究の結果は育児経験のない青年期の高校生や大学生に対する育児教育、あるいは育児中の親のストレス予測の基礎資料となると考えられる。さらに、保育者、保護者支援にも貢献できるものとして、研究結果の考察を進めている。今年度得られた研究成果については年度内から発表を開始しており、順次、学術雑誌での論文発表及び学会発表をしている。ヒトの顔認知の視覚情報処理の際には、表情から感情を認知する扁桃体、上側頭溝、眼窩前頭皮質等のネットワークでの処理が行われると考えられている。また、ミラーニューロンシステムと関連する心的要素である共感性も表情認知において重要とされている。この共感性は、母親が言語獲得前の乳児の表出する声や表情の読み取りにおいても必要とされる要素であろう。

この乳児の表情認知において、育児未経験の若年成人においては、どのような脳反応が見られるのであろうか。そこで本研究では若年成人(young adults)を対象とし、乳児の表情認知時、および乳児の表情の違いに応じて対乳児発話(IDS)を表出しているときの脳反応を、近赤外線分光法(NIRS)によって検討することを目的とした。研究の結果、乳児の表情変化を視聴する課題と、表情変化に対応して発話する課題とでは、乳児の表情に対する前頭部の脳の活性が異なることが明らかとなった。賦活の有意差は、いずれにおいても乳児の非啼泣時の方が有意に高くなっており、若年成人は乳児の啼泣状態の認知時及び啼泣時に話しかける場合は前頭部の賦活が下がることが示された。また、IDSの音響分析の結果、乳児の非啼泣時のIDSの方がよりIDSの特徴が出ていた。乳児の非啼泣の表情は啼泣と比較して複雑であったと考えられ、乳児の表情に対応して話しかけるために、視覚を中心としたさまざまな情報を統合処理して適切な言葉がけを選択するという精神活動が、啼泣時よりも非啼泣時の方がより活発に行われたことを示唆する結果となった。今回、賦活が確認された背外側前頭前野は帯状回や頭頂葉、尾状核、海馬、視床との密接な繊維連絡が指摘されており、今後それらの部位と乳児の表情認知との関連について、MRIを用いてさらなる検討をしていく計画である。本研究で得られた知見を、今後、親性発達支援の基礎資料として活用していきたい。発達心理学全体的におおむね順調に進展させることができた。また、実験結果の解析結果を踏まえ、研究成果を学術論文と学会発表によって発表した。学会では他の研究者とのディスカッションによって、多くの示唆を得ることができた。実験結果の解析は、生理学的データと心理学的データとの相関など、まだ着手できていない部分もあり、次年度も引き続き解析にあたる。NIRSは予定通りに使用したがそれ以外の生理的指標としての計測について、効果的な機種の選定や解析方法の検討をするため、パイロットスタディに時間を十分に取ったため、若干当初の予定よりは遅れているが、おおむね順調な進展をしているといえる。研究成果の発表も論文、学会発表ともに行うことができた。次年度は、昨年度の実験結果のデータの解析を引き続き行い、研究成果をまとめる。また、被験者を拡大し、育児経験者を対象として、乳児の啼泣・非啼泣の非言語情報に対する生理学的反応を調査する。その実験結果を解析し、昨年度得られた育児未経験者のデータと比較検討をする。それらの比較検討を通して、育児経験により親性がどのように発達していくかを解明するための基礎資料を得ることが期待される。研究成果について、次年度は学術論文、国内学会の他に、国際会議でも発表する予定である。今年度に確立した実験デザインを用い、被験者群を拡大してリクルートをして、実験を実施する。そして得られたデータの解析を行う。平成24年度は育児経験のない大学生が対象であったが、次年度は育児経験のある成人を被験者とするため、育児経験の有無による違いを見出すことができると予測される。また、今年度に収集した発話の音響分析及び発話分析のローデータを整理し、研究成果をまとめる。これらの平成24年度のデータ及び次年度収集するデータを統合して、論文発表及び学会発表をする。実験の被験者として予定していた方が都合で参加できなくなり、その分の謝金が残金として残った。今年度の実験を継続して次年度も引き続き実施するため、今年度参加できなかった被験者の謝金として使用予定。申請時の計画通り、被験者謝金、実験用消耗品、データ分析補助アルバイト代、成果発表旅費に使用する。
森林整備に伴う森林の蒸発散量,光合成速度,水利用効率の変化の定量化と予測

1.観測の概要大洲市にある約10.7haの山林地流域のほぼ中央地点,北西斜面に設営された微気象観測タワーで,以下の観測を実施した.(1)渦相関法とボーエン比熱収支法によるフラックス観測:高度35m地点に3次元超音波風速計と水蒸気・二酸化炭素濃度変動計を設置し,渦相関法による顕熱・潜熱・CO_2フラックスの測定を行った.また,高度14,19,24,29,34m地点に通風乾湿計を設置して気温・湿度分布を測定し,群落上部2高度のデータを用いてボーエン比熱収支法で顕熱・潜熱フラックスを測定した.(2)個葉蒸散・光合成:年間10回程度,スギの個葉蒸散・光合成速度を測定した.(3)土壌呼吸:土壌呼吸測定システムを用いて(3)と同日に測定した.(4)流域水収支:流域末端の集水地点設置で流量を,その近傍の開けた地点で降水量を測定した.2.結果の概要蒸発散量とCO_2フラックスを一年間測定した結果,両者とも1月と12月に極小,5-9月に極大となる年変化を示した.両フラックスと気象条件,土壌水分,季節との相関を調べた結果,第一に日射量,第二に気温との正相関が高かった.気温条件が両フラックスに及ぼす影響を検定した結果,両者とも22°Cを境界として有意差が検出された.この結論は,昨年度の検討結果と一致する,ただし個葉の蒸散・光合成測定結果からは,光環境に対する蒸散・光合成の変化がとくに冬季に低下することが確認できた.また,2005年の年蒸発散量は1000mm,CO_2吸収量は27.9t/haであった.観測対象地においてLAI=4.93であった.個葉の気孔応答モデル・光合成モデルを構築し,群落内部の多層放射環境モデルに組み込み,LAIの増減に伴う森林群落の蒸発散量と光合成速度の変化をシミュレーションした.その結果,LAI=4前後で水利用効率が最大になると推定された.1.観測の概要大洲市にある約10.7haの山林地流域のほぼ中央地点,北西斜面に設営された微気象観測タワーで,以下の観測を実施した.(1)渦相関法とボーエン比熱収支法によるフラックス観測:高度35m地点に3次元超音波風速計と水蒸気・二酸化炭素濃度変動計を設置し,渦相関法による顕熱・潜熱・CO_2フラックスの測定を行った.また,高度14,19,24,29,34m地点に通風乾湿計を設置して気温・湿度分布を測定し,群落上部2高度のデータを用いてボーエン比熱収支法で顕熱・潜熱フラックスを測定した.(2)個葉蒸散・光合成:年間10回程度,スギの個葉蒸散・光合成速度を測定した.(3)土壌呼吸:土壌呼吸測定システムを用いて(3)と同日に測定した.(4)流域水収支:流域末端の集水地点設置で流量を,その近傍の開けた地点で降水量を測定した.2.結果の概要蒸発散量とCO_2フラックスを一年間測定した結果,両者とも1月と12月に極小,5-9月に極大となる年変化を示した.両フラックスと気象条件,土壌水分,季節との相関を調べた結果,第一に日射量,第二に気温との正相関が高かった.気温条件が両フラックスに及ぼす影響を検定した結果,両者とも22°Cを境界として有意差が検出された.この結論は,昨年度の検討結果と一致する,ただし個葉の蒸散・光合成測定結果からは,光環境に対する蒸散・光合成の変化がとくに冬季に低下することが確認できた.また,2005年の年蒸発散量は1000mm,CO_2吸収量は27.9t/haであった.観測対象地においてLAI=4.93であった.個葉の気孔応答モデル・光合成モデルを構築し,群落内部の多層放射環境モデルに組み込み,LAIの増減に伴う森林群落の蒸発散量と光合成速度の変化をシミュレーションした.その結果,LAI=4前後で水利用効率が最大になると推定された.1.観測の概要大洲市にある約10.7haの山林地流域のほぼ中央地点,北西斜面に設営された微気象観測タワーで,以下の観測を実施した.(1)乱流変動法によるフラックス観測:タワーの高度35m地点に,3次元超音波風速計(CSAT3,Campbell),水蒸気濃度・二酸化炭素濃度変動計(OP2,DDG)を設置し,乱流変動(渦相関)法による顕熱・潜熱・CO_2フラックスの測定を行った.10月にOP2の納入,乱流変動法によるフラックス計測のための制御プログラムの作成,設置用金属アームの設計と発注,および愛媛大学農学部内の蔬菜畑におけるテストランを経て,当観測機器は12月3日に設置された.観測日は,12月25日までの晴天日14日間である.(2)個葉蒸散・光合成観測:携帯型蒸散・光合成測定システム(LI-6400,Li-Cor)を用い,観測タワーに近いスギの個葉蒸散・光合成速度を測定した.測定日時は10月24日,11月7日,12月4日の12:3015:00である.測定葉の高度は,地面上約21mである.(3)水平風速鉛直分布

観測:熱線風速計(ISA-80A, SHIBATA)を2台用い,1台を高度35mに固定,もう1台を1520分ごとに鉛直方向に移動することにより,群落内部と上部の風速鉛直分布を測定した.測定日時は11月7日である.(4)地表面(群落面)温度の2次元分布観測:2次元赤外線放射温度計を用い,タワー上から流域北東の尾根部の放射温度を観測した.観測日は12月4日である.(5)流域水収支観測:流域末端の集水地点設置で流量を,その近傍の開けた地点で降水量を測定した.2.観測と解析の概要乱流変動法によるフラックス観測結果から,期間中における日中約10時間の蒸発散量は0.20.4mm,同じく純光合成速度は3.56.3(gm^<-2>)であった.個葉の蒸散・光合成速度は,これよりもやや高い値であったが,測定個葉に人工光を照射したことと群落全体としては観測期間中ほとんど直達日射が入射しなかったことを考慮すると,両者は量的に同等の観測結果であると考えられる.また,フラックス観測結果から群落抵抗値を算出し,気象要素との関係を検討した結果,日射量との間に双曲線的な関係が確認できた.これを群落抵抗サブモデルとし,2次元放射温度分布を入力値として,観測対象の流域尾根部の日射量分布と蒸発散量分布を推定した.1.観測の概要大洲市にある約10.7haの山林地流域のほぼ中央地点,北西斜面に設営された微気象観測タワーで,以下の観測を実施した.(1)乱流変動法によるフラックス観測:タワーの高度35m地点に,3次元超音波風速計(CSAT3,Campbell),水蒸気濃度・二酸化炭素濃度変動計(OP2,DDG)を設置し,乱流変動(渦相関)法による顕熱・潜熱・CO_2フラックスの測定を行った.(2)ボーエン比熱収支法によるフラックス測定:高度14,19,24,29,34m地点に通風乾湿計を設置して群落内部と上部の気温・湿度分布を測定し,高度群落上部2高度のデータを用いてボーエン比熱収支法で顕熱・潜熱フラックスを測定した.(3)個葉蒸散・光合成観測:携帯型蒸散・光合成測定システム(LI-6400,Li-Cor)を用い,観測タワーに近いスギの個葉蒸散・光合成速度を測定した.測定日時は2004年6月15,23日,8月6,27日,2005年1月28日である.(4)土壌呼吸観測:土壌呼吸測定システム(LI-840S)を用いて2004年8月27日,11月8日に測定した.(5)流域水収支観測:流域末端の集水地点設置で流量を,その近傍の開けた地点で降水量を測定した.なお,9月2日の台風による洪水災害以降,流量測定が欠測している.2.結果の概要冬季と夏季の個葉蒸散量・光合成速度を比較した結果,同一放射条件下で気孔コンダクタンス,個葉光合成速度,個葉蒸散量ともに夏季は冬季の2-3倍であり,個葉水利用効率は夏季に1/3-1/2であった.この違いは,植物の環境応答特性の違いよりもむしろ,夏季の高温の影響であった.測量による樹形解析,伐採による枝長と葉面積の関係の解析等により,観測対象地のLAIは約3であった.土壌呼吸を測定した結果,従来の広葉樹における報告値の1/10程度であった.個葉の気孔応答モデル・光合成モデルを構築し,群落内部の多層放射環境モデルに組み込み,LAIの増減に伴う光合成速度の変化をシミュレーションした.その結果,現状のLAI=3に対し,LAI=2で群落光合成が最大になると推定された.1.観測の概要大洲市にある約10.7haの山林地流域のほぼ中央地点,北西斜面に設営された微気象観測タワーで,以下の観測を実施した.(1)渦相関法とボーエン比熱収支法によるフラックス観測:高度35m地点に3次元超音波風速計と水蒸気・二酸化炭素濃度変動計を設置し,渦相関法による顕熱・潜熱・CO_2フラックスの測定を行った.
X線溶液散乱法による蛋白質分子の動的構造研究

昭和62年度は,主としてウサギの筋肉から抽出精製したアルドラーゼ分子の動的構造について研究を行った.アルドラーゼは生理的条件下で四つのサブユニットから成る四量体として存在し,その触媒機能をはたす.このサブユニット構造は機能発現に大きな役割をはたしPH変化にともなう触媒活性の低下はその構造変化と深くかかわりあっている.昨年度の研究ではこのサブユニット構造がPHの低下に伴って変化しPH=2.7では単量体として存在することが示唆された.本年度はこのPH変化に伴う構造変化を時分割X線小角散乱法を用いて解析した.測定は高エネルギー物理学研究所放射光実験施設の酵素回折計を使って行った.frame2秒の時分割で30frameにわたる反応を追跡して散乱強度を測定した.また,データの精度を向上させるために上記反応過程を10回繰り返し測定し積算した(測定温度10°C).その結果,アルドラーゼ分子の慣性半径Rgおよび分子量に対応する原点強度の対数lnI(0)は反応開始後大きく減少した.これらの減少は次第に小さくなり50秒後には反応の終了を示唆する一定の値に達した.昨年度の研究結果からこれらの値は単量体のパラメーターに相当している.次に得られたパラメーターを使って,反応速度論な考察を行った.小角散乱の解析から求まる分子の体積変化から解離度を見積り種々の反応過程をシュミレートした.その結果, A→nBの反応でn=4の場合実測データをよく満足した.従って, PH2.7へのPH変化では四量体が単量体に解離することが確認された.また,この反応の速度定数は光散乱法,けい光法より得られた値とよく一致した.このように,強力なX線源を用いることによって分子の構造に関する情報のみならず速度論的パラメーターも得られX線溶液散乱法の新しい側面を見い出すことができた.昭和62年度は,主としてウサギの筋肉から抽出精製したアルドラーゼ分子の動的構造について研究を行った.アルドラーゼは生理的条件下で四つのサブユニットから成る四量体として存在し,その触媒機能をはたす.このサブユニット構造は機能発現に大きな役割をはたしPH変化にともなう触媒活性の低下はその構造変化と深くかかわりあっている.昨年度の研究ではこのサブユニット構造がPHの低下に伴って変化しPH=2.7では単量体として存在することが示唆された.本年度はこのPH変化に伴う構造変化を時分割X線小角散乱法を用いて解析した.測定は高エネルギー物理学研究所放射光実験施設の酵素回折計を使って行った.frame2秒の時分割で30frameにわたる反応を追跡して散乱強度を測定した.また,データの精度を向上させるために上記反応過程を10回繰り返し測定し積算した(測定温度10°C).その結果,アルドラーゼ分子の慣性半径Rgおよび分子量に対応する原点強度の対数lnI(0)は反応開始後大きく減少した.これらの減少は次第に小さくなり50秒後には反応の終了を示唆する一定の値に達した.昨年度の研究結果からこれらの値は単量体のパラメーターに相当している.次に得られたパラメーターを使って,反応速度論な考察を行った.小角散乱の解析から求まる分子の体積変化から解離度を見積り種々の反応過程をシュミレートした.その結果, A→nBの反応でn=4の場合実測データをよく満足した.従って, PH2.7へのPH変化では四量体が単量体に解離することが確認された.また,この反応の速度定数は光散乱法,けい光法より得られた値とよく一致した.このように,強力なX線源を用いることによって分子の構造に関する情報のみならず速度論的パラメーターも得られX線溶液散乱法の新しい側面を見い出すことができた.
アクチノイドによる活性酸素生成反応とその生体制御

平成1315年度の研究で、スピントラップ法によりウラン-過酸化水素系におけるヒドロキシルラジカルの消長を解析し、ウラン(VI)が過酸化水素によりウラン(V)に還元され、不均化反応、フェントン型反応により、ヒドロキシルラジカルを生成し、ウラン(VI)に戻るプロセスで説明できることを明らかにした。また、微生物は、ウラン-過酸化水素系において、ヒドロキシルラジカルの生成を抑制するが、カテキン、タンニン、ビタミンCなどの抗酸化物質は、生成を抑制する作用と増強する作用があることも明らかにし、これらの物質と重金属イオンとの相互作用が、ヒドロキシルラジカル生成の抑制・促進に関係していることを見出した。一方、ウランによる活性酸素生成が動物体に及ぼす影響を解析する目的で、神経モデルPC12細胞、病態ラット等における活性酸素計測技術を確立するとともに、生体系における活性酸素の高感度計測を目途として、ESRフローインジェクション法の開発と応用について検討した。以上の結果を総合し、ウランが生体に及ぼす化学毒性とウラン-過酸化水素系で生成する活性酸素(ROS=Reactive Oxygen Species)の関係を議論した。これらの成果は、27編の学術論文、36件の学会発表として公表した。原子力の有効利用を進めるうえで、ウラン資源の開発、使用済み核燃料の管理、放射性廃棄物の処理などの問題とともに、放射性物質の人体に及ぼす影響の研究が一層重要な課題になると考えられる。申請者はこれまでに、ウランが過酸化水素と反応し、ヒドロキシラジカルを発生することを見いだした。ウランなどのアクチノイドがどのような機構でヒドロキシラジカルなどの活性酸素を発生するのか、生体系が活性酸素の作用をどのように制御するのかは、アクチノイド研究の重要な課題であり、原子力の有効利用に大きな影響を与えるものと考える。本年度は、まず、スピントラップ法によりウラン-過酸化水素系におけるヒドロキシラジカルの消長を解析し、ウラン(VI)が過酸化水素によりウラン(V)に還元され、不均化反応、フェントン型反応により、ヒドロキシラジカルを生成し、ウラン(VI)に戻るプロセスで説明できることを明らかにした。また、微生物及びタンニン化合物が、ウラン-過酸化水素系において、ヒドロキシラジカルの生成を抑制することを見出した。一方、ウラン、銅、バナジウムなどヒドロキシラジカルを生成する重金属イオンと、微生物やタンニン化合物との相互作用についても電子スピン共鳴法により解析した。これらの成果は、学術雑誌: World Journal of Microbiology and Biotechnology, Vol.17:343(2001)、磁気共鳴と医学, Vol.12:61, 80, 171(2001)、Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.247:347(2001), Water Research, Vlo.36(2002), Talanta Vol.57(2002)に発表するとともに、第23回磁気共鳴医学会・第5回SFRRJapan合同学会(横浜,2001年5月)、Third International Symposium on Nuclear Analytical Chemistry(NAC-III)(June 11-14,Halifax, Canada)、Third Asia-Pacific EPR/ESR Symposium(APES'01)(Oct.29-Nov.1, 2001, Kobe, Japan),Actinide2001(Nov.4-10, Hyama, Japan)、日本化学会第81春季年会(東京,2002年3月)において学会報告した。原子力の有効利用を進めるうえで、ウラン資源の開発、使用済み核燃料の管理、放射性廃棄物の処理などの問題とともに、放射性物質の人体に及ぼす影響の研究が重要な課題である。とりわけ、ウランなどのアクチノイドがどのような機構でヒドロキシルラジカルなどの活性酸素を発生するのか、生体系が活性酸素の作用をどのように制御するのかは、アクチノイド研究の重要な課題であり、原子力の有効利用に大きな影響を与えるものと考える。昨年度までの研究で、ウランが過酸化水素と反応し、ヒドロキシルラジカルを発生すること、ウラン(VI)が過酸化水素によりウラン(V)に還元され、不均化反応、フェントン型反応により、ヒドロキシルラジカルを生成し、ウラン(VI)に戻るプロセスで説明できることを明らかにした。今年度は、ウラン-過酸化水素系における、微生物菌体、タンニン化合物、ビタミンCなどの抗酸化物質等が、どのような働きをするかを調べ、これらの物質が、ヒドロキシルラジカル生成の抑制と促進の両面の働きをすることを見出した。

一方、ウラン、トリウムと微生物との相互作用、神経モデルPC12細胞における活性酸素の働きを解析した。これらの成果は、学術雑誌:Joural of Nuclear Science and Technology, Suppl.3;528(2002),Experimental Brain Research, Vol.147;219(2002),Talanta, Vol.57;537(2002),Brain Rescarch, Vol.941;107(2002),Water Rescarch Vol.36;2091(2002)に発表するとともに、日本化学会第81春季年会(東京,2002年3月),第6回ESRフォーラム研究会(神戸,2002年10月),第41回ESR討論会・第7回in vivo ESR研究会連合討論会(東京,2002年10月),The 4th Asian and Occanian Epilcpsy Congress(AOEC),The 36th Annual Meeting of Japan Epilcpsy Socicty(Karuizawa, Nagano, Japan ; Sep11-14,2002)において学会報告した。原子力の有効利用を進めるうえで、ウラン資源の開発、使用済み核燃料の管理、放射性廃棄物の処理などの問題とともに、放射性物質の人体に及ぼす影響の研究が重要な課題である。とりわけ、ウランなどのアクチノイドがどのような機構でヒドロキシラジカルなどの活性酸素を発生するのか、生体系が活性酸素の作用をどのように制御するのかは、アクチノイド研究の重要な課題であり、原子力の有効利用に大きな影響を与えるものと考える。昨年度までの研究で、ウラン-過酸化水素の反応を解析するとともに、該系におけるカテキン、タンニン、ビタミンCなどの抗酸化物質などの挙動を解析した。今年度は、ウラン-過酸化水素系の反応及び該系における抗酸化物質の挙動をより詳細に解析し、生体系に進入した劣化ウランが生体に及ぼす化学毒性とウラン-過酸化水素系で生成する活性酸素(ROS=Reactive Oxygen Species)の関係を検討した。さらに、生体系における活性酸素計測技術の向上を目途として、ESRフローインジェクション法の開発と応用について検討した。
中国の台頭と東南アジア政治社会的変容-国際関係、トランスナショナル、社会-

中国の経済的台頭によって世界的にも地域的にも富と力の分布が大きく、かつ急速に変化しつつある。では、その効果をいかに理解すればよいのか。本研究はこれをinternational, national, transnationalの三つの観点から、特に東アジア地域秩序、東南アジア諸国の行動、中国の経済協力による東南アジアの政治経済の変容に焦点を合わせて分析したものである。本研究は、中国の経済的台頭による東南アジアの政治経済・社会・文化の変化を、中国と東南アジア諸国の国際関係の変容、中国からヒト・モノ・カネがあふれ出すことによって生じる東南アジアのトランスナショナルな変容、そして東南アジアの華人社会と華人の政治的地位の変化、この3つの視点から検討することを目的としている。本年度の研究実績としては、まずハウと白石が共著で"Only Ybsterday : China, Japan and the Transformation of East Asia"(Zheng Yangwen, Hong Liu, and Michael Szonyi eds. The Cold War in Asia : the Battle for Hearts and Minds所収)を2009年に出版、東アジアとヨーロッパにおける冷戦終焉の比較、東アジアにおける中国の変容の意義と日本の経済協力、華人企業の役割について分析した。またハウと白石は2010年1月、Peter J. Katzenstein(コーネル大学教授)が北京にて開催したワークショップに「東南アジア華人と中国化(sinicization)」、「中国の台頭と周辺諸国の対応」についてそれぞれ論文を提出した。これは、2011年3月、再び北京にて開催予定のワークショップにて改訂版を討論の後、最終論文原稿を作成、コーネル大学出版会から出版の予定である。清水はシンガポールおよびペナンにおいて中国との歴史的および現在的関係と、その社会・文化的影響に関する予備調査を実施し、高原は北京で中国の対東南アジア政策に関する調査を、鬼丸は香港、上海、クアラルンプールで華人の移動に関する予備調査を、そして久末はシンガポール、香港、台湾で華人のカネに関する予備調査を実施した。本年度の研究実績としては、まずハウがカシアン・テジャピラ(タマサート大学准教授)と共編著でTraveling Nation-Makers : Transnational Flows and Movements in the Making of Modern Southeast Asia (National University of Singapore PressとKyoto University Pressの共同出版、2011年3月)を出版した。この本には、白石、鬼丸も章を執筆しており、近現代の東南アジア世界が形成されるうえで、地域の内外を移動する人々が果たした役割について分析をおこなっている。また、ハウと白石は2011年3月にピーター・カッチェンスタイン(コーネル大学教授)が北京で開催したワークショップに前年度に引き続き参加し、それぞれ「東南アジア華人と中国人化(sinicization)」、「中国の台頭と周辺諸国の対応」について論文を提出した。この論文はさらなる改定の後、Routledgeから編著として出版される予定である。本年度の海外調査については、ハウがフィリピン、マレーシアで中国の台頭による華人社会の変容についての調査を、清水がタイ・ラオス国境において中国の直接・間接的影響に関する調査を、白石がマレーシアでタイ中国外交に関する調査を、高原が香港で中国の対東南アジア政策に関する調査を、鬼丸が香港、上海で華人の移動に関する調査を、久末がクアラルンプール、上海、香港でカネの動きに関する調査を、そして連携研究者である相沢がタイ、香港で新華人の動向に関する調査を実施した。得られたデータなどの分析を現在おこなっており、その成果は最終年度に開催予定のワークショップで公表する予定である。本研究は、中国の経済的台頭による東南アジアの政治経済・社会・文化の変容を、(1)1997年から98年のアジア経済危機以降の中国と東南アジア諸国の国際関係の変容、(2)中国の経済活動の活発化によって中国からあふれ出すヒト・モノ・カネが加速度的に増加していることに起因する東南アジア地域のトランスナショナルな変容、(3)1980年代以降の中国の改革開放と経済的台頭と、東南アジア各国の中産階級の台頭に伴う、東南アジアの華人社会と華人の政治的地位の変化、この三つの視点から検討することを目的としている。本年度の海外調査は、成果とりまとめに必要となるデータや資料を収集するための追加調査を中心に実施した。対象国は中国、タイ、ラオス、カンボジア、ベトナム、フィリピン、シンガポール、インドネシアで、収集したデータや資料は研究分担者、研究協力者がそれぞれ整理と分析をおこなった。本年度の研究実績としては、まずハウと白石がピーター・カッチェンスタイン(コーネル大学教授)が編集したSinicization and the Rise of China : Civilizational Processes beyond East and West (Routkedge, 2012)の中でそれぞれ"Becoming" Chinese "in Southeast Asia"と"The Rise of China and its implications for East Asia"と題する章を執筆した。また、2012年1月に成果公開に向けた国際ワークショップを京都で開催した。ここでは、研究分担者、研究協力者がそれぞれ、三力年の研究活動の成果に関する報告をおこなった。報告に対して、ベトナム、タイなどから招いた研究者から有益なコメントをもらった。ここで発表された成果は、英文論文の形で取りまとめ、東南アジア研究の特集号として出版することを予定している。
グローバルユビキタス次世代情報システムの構築に関する研究

本研究の分野はConvergence of Networks(ネットワークの融合)として世界的なホットトピックとなっている。現在、次世代ネットワーク(NGN)に関する議論が盛んに行われているが、通信速度やカバレッジなど様々な特徴をもつ次世代ハイブリッドネットワークには、シームレスな接続に加えてセキュリティ問題やアプリケーションが容易に流通できるプラットフォームの開発が緊急かつ重要な課題である。本研究では以下の提案を行い、国内外で高い評価を得た。-ハイブリッドネットワーク向けの新しいQuality of Serviceアーキテクチャーの提案-安定性と効率を両立した経路選択技術の開発-無線、有線ハイブリッドネットワークにおける高効率・高品質な通信プロトコールの提案本研究の分野はConvergence of Networks(ネットワークの融合)として世界的なホットトピックとなっている。私は本分野においてこれまで精力的に研究を行っており、世界の研究者が注目する多くの成果を得ている。具体的には-ハイブリッドネットワーク向けの新しいQuality of Serviceアーキテクチャーの提案-安定性と効率を両立した経路選択技術の開発-更に衛星、無線、有線ハイブリッドネットワークにおける高効率・高品質な通信プロトコールの提案である。これらの提案はいずれも高い新規性と有効性を有しており、世界からも国内でも高い評価を得ている。国内では、2008年3月に財団法人電気通信普及財団より、第24回テレコムシステム技術賞、2007年4月に船井情報科学振興賞を受賞した。今後では、これらのアイディアを更に発展、統合し、次世代ネットワークに向けたトータルソリューションを提供する基盤研究として特色を有するものと考えられている。海外から、2009年6月にIEEE ComSoc Asia Pacificより、2009 IEEE ComSoc AP Young Researcher賞、国内では、2008年3月に財団法人電気通信普及財団より、第24回テレコムシステム技術賞を受賞した。
新規転写因子DEC1および膜トランスフェリンによる間葉系幹細胞の軟骨・骨分化誘導

関葉系幹細胞を骨に分化誘導すると、誘導後5日目からDECの発現が上昇し始め、14日目でピークに達した。この発現パターンは、骨特異的遺伝子のパターンとよく似ていたので、ウィルスベクターを用いてDEC1を関葉系幹細胞で強発現させ、その影響について検討した。DEC1の強発現によって、骨特異的な遺伝子のいくつかの発現が上昇し、さらに細胞外基質の石灰化の促進も認められた。逆に、関葉系幹細胞を脂肪細胞に分化誘導をかけるたところ、誘導後3日目から7日目にかけてDEC1の発現が減少した。そこで、同様にDEC1を強発現させた関葉系幹細胞を分化誘導したところ、脂肪分化が抑制された。これらのことから、DECは骨・軟骨特異的な転写因子と協調して分化誘導に関与する一方で、脂肪分化を抑制し、分化方向の決定後の初期において重要な働きをしていることが明らかになった。膜トランスフェリン(MTf)トランスジェニックマウスについて解析を行った。MTfトランスジェニックマウスでは、体長や体重等には有意差はないももの手や鼻がやや短くなる傾向が認められた。組織検索の結果、肋軟骨成長板の肥大細胞層に軽度の肥厚が認められた。DEC1、DEC2の骨および軟骨での遺伝子発現を調べるために、ラットを明暗(12:12h)および恒暗条件下で飼育し、4時間おきにその発現の変化を検討したところ概日リズム発現が確認された。さらに、プロモータアッセイや結合アッセイによって、このリズム発現にはDECプロモータ上のCACGTGのEボックス配列を介して転写因子Clock/Bmal1が作用することが重要であることが明らかになった。また、DECタンパク自身は、Bmal1に結合してその活性を阻害した。これらのことから、DECは、細胞分化および概日リズムの調節因子であることが明らかになった。また、MTfは、骨・軟骨分化に重要な因子であり、今後の解析の継続が必要である。膜トランスフェリン(MTf)トランスジェニックマウスについて解析を行ったところ、体長や体重等には有意差はないももの手や鼻がやや短くなる傾向が認められた。間葉系幹細胞におけるDEC1およびDEC2の発現は、線維芽細胞におけるそれに比べて高く、また、継代を経るに従ってDEC2の比率が上昇した。ウイルスベクター導入によるDEC1の強発現によって、軟骨あるいは骨の分化方向に向かった間葉系幹細胞の分化速度が上昇した。時計中枢におけるリズム遺伝子であるDEC1およびDEC2の末梢組織における発現パターンを調べるために、ラットを明暗(12:12)および恒暗条件下で飼育し、骨および軟骨での遺伝子発現を調べた。Bma1やPerなどのリズム遺伝子とともに、DECにも概日リズム発現が確認された。次に、DECのリズム発現のメカニズムを明らかにするために、DEC1プロモータをレポーター遺伝子に繋いで、概日リズムの調節因子であるCLOCK/BMAL発現ベクターとともに培養細胞に導入したところ、DEC1プロモータの活性が上昇した。さらに、この発現誘導はDECの共導入によって押さえられた。DEC1のプロモータ上には、3つのCACGTGのEボックス配列があり、これらにCLOCK/BMALが作用して遺伝子発現を上昇させ、DEC自身は、この配列に直接結合あるいはBMALと相互作用して、発現抑制を行うことも明らかになった。

われわれは、この新たに発見されたDECの遺伝子発現のフィードバックループ(DECループ)は、CLOCK/BMALによるPerおよびCry遺伝子の発現誘導、およびそれに引き続くPER/CRYによるCLOCK/BMALの作用抑制によって構成されている概日リズム調節のフィードバックループ(PERループ)と協調的に作用する新たなモデルを提唱している。関葉系幹細胞を骨に分化誘導すると、誘導後5日目からDECの発現が上昇し始め、14日目でピークに達した。この発現パターンは、骨特異的遺伝子のパターンとよく似ていたので、ウィルスベクターを用いてDEC1を関葉系幹細胞で強発現させ、その影響について検討した。DEC1の強発現によって、骨特異的な遺伝子のいくつかの発現が上昇し、さらに細胞外基質の石灰化の促進も認められた。逆に、関葉系幹細胞を脂肪細胞に分化誘導をかけるたところ、誘導後3日目から7日目にかけてDEC1の発現が減少した。そこで、同様にDEC1を強発現させた関葉系幹細胞を分化誘導したところ、脂肪分化が抑制された。しかし、この抑制効果は、分化誘導後7日目までで、14日目にはその抑制効果が認められなくなった。これらのことから、DECは骨・軟骨特異的な転写因子と協調して分化誘導に関与する一方で、脂肪分化を抑制し、分化方向の決定後の初期において重要な働きをしていることが明らかになった。また、関葉系幹細胞と線維芽細胞の違いについて解析したところ、DECの発現が、関葉系幹細胞において約10倍高いことが明らかになった。さらに、血清刺激を加えることによって培養系での概日リズムを誘導したところ、DECの発現も、関葉系幹細胞において発現レベルだけでなく、振幅の大きい明瞭なリズムを示した。これらの知見は、骨・軟骨の成長において、生体の概日リズムが重要な働きを担うことを示唆している。次にDECの作用メカニズムについて検討した。DECは、時計遺伝子のマスター因子であるBMAL1に直接結合して、その活性を抑制することが明らかになった。このような機構によって、DECは自身の発現を調節すると同時に、様々な遺伝子発現のリズム形成に関与していると考えられる。