hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
森林流域における統合型 水文・生態系モデルの構築

本研究の目的は、森林流域の水循環過程における水質の変化過程に生物化学的要因と地球化学的要因がどのように影響しているかを考察し、流域スケールの水文化学モデルを構築することである。モデリングを念頭に置いて、水質形成の統合的な指標としてのpHの決定メカニズムに焦点をあてて現地観測を行った。この観測データに基づいてモデルの構築を試みた。著者は温帯森林流域の水質形成機構を明らかにし、モデルの構築に必要なデータを整備するため、滋賀県南部の桐生水文試験流域において種々の水文過程において水質のモニタリングを実施してきた。この集中観測の過程で、主要な溶存イオンの各水文過程での変化や、降雨イベント時の水文現象に対応する水質の変動が明らかになった。これらの知見に補足する項目として、計画に従い,以下の新たな観測・実験を行った。1.土壌CO2濃度の時空間分布の測定2.ライシメーターを用いた表層土壌中の窒素ダイナミクスの測定3.降雨イベントにおけるSiO2とNO3_-の濃度変動についての集中観測これらから得られた観測データに基づき,以下のモデルを構築した。1.土壌CO2のプロファイル,土壌水中のアルカリ度から地下水・渓流水のpHを予測する一次元数値計算モデル2.窒素ダイナミクスを炭素の消費過程とカップリングさせた数値計算モデル3.流域水文過程における種々の溶存物質の濃度変動と降雨イベントにおける変動予測のための濃度計算モデルまた,本研究の過程で新たな方向性が示された側面として以下のことがあげられる。モデルの開発に付随して流域の緩衝機能の評価について概念モデルを提示することができた。また,桐生試験地で明らかになった酸緩衝システムと植生の異なる流域のそれを比較することによって,植生の発達が緩衝システムの形成に与える影響について論ずることができた。さらに,世界の種々の気候条件に成立する森林流域における緩衝プロセスを比較解析することによって,その地理的多様性に土壌生成の過程に関与する地形学的な差異が影響していることを指摘することができた。1.温帯森林流域における水質と生態学的物質循環量のモニタリング(補足的観測)滋賀県南部に位置する森林流域(0.68ha)と,基岩地質は同じだが森林の発達段階の異なる森林流域,裸地の流域において,各水文素過程に対応した水文観測設備とそれぞれの部位での採水・水質計測の体制を整え、継続調査を行った。これに加え、CO_2ガス分析計(現有)を用いて溶存CO_2濃度、土壌空気中のCO_2濃度の詳細な測定を行い、流域内での空間的分布とその時間変動を調べた。観測項目と測定方法は以下の通りである。1)雨量、土壌水分量、地下水位、流量、対応する雨水、土壌水、地下水、湧水、渓流水の試料採取を月2回行った。水質測定項目は、pH、電気伝導度、温度、溶有CO_2分圧(原位置測定)主要カチオン・アニオン,SiO_2濃度(実験室)であった(継続中)。2)流域内の特徴的な水文過程を示す土層を数カ所選んでプロットを設定し、土壌CO_2ガスケツト濃度、地温、土壌水分量のプロファイルを測定した。3)リタートラップを用いて植物-土壌系の養分循環量を測定した(継続中)。2.水文・水質観測データの整理との抽出、データベースの構築

流域観測から得られたデータと、すでに収集されているの各水文過程での主要カチオン、アニオンの濃度変動の観測結果を元に、各水文過程ごとにpH等、アルカリ度等重要な水質インデックスの制御要因を整理し、モデル化に際し考慮すべき平衡反応を抽出した。検討すした事柄は、1)pH値の決定における溶存態のCO_2(生物学的要因)や風化過程で生成される塩基(地球化学的要因)の影響、2)土壌層への有機物供給、有機物分解にともなう無機態窒素と土壌CO_2の濃度形成、3)土壌CO_2環境と地下水の溶存CO_2の分圧の変動の影響である。種々の観測結果と同森林流域で採られた物質循環に関するデータをデータベース化を進めている。この過程で,桐生試験流域における酸の緩衝メカニズムに関し,浸透過程にそった空間分布があることを明らかにした。また、降雨イベントにおける流出NO_3^--Nの濃度成態の詳細なメカニズムが明らかになった。さらに,裸地-若齢森林流域-森林流域に関し,1995年9月1996年8月までの,無機態溶存物質の収支を把握した。これによって森林植生の発達過程における,物質循環の経年変化の水質形成に及ぼす影響が考察された。本研究の目的は、森林流域の水循環過程における水質の変化過程に生物化学的要因と地球化学的要因がどのように影響しているかを考察し、流域スケールの水文化学モデルを構築することである。モデリングを念頭に置いて、水質形成の統合的な指標としてのpHの決定メカニズムに焦点をあてて現地観測を行った。この観測データに基づいてモデルの構築を試みた。著者は温帯森林流域の水質形成機構を明らかにし、モデルの構築に必要なデータを整備するため、滋賀県南部の桐生水文試験流域において種々の水文過程において水質のモニタリングを実施してきた。この集中観測の過程で、主要な溶存イオンの各水文過程での変化や、降雨イベント時の水文現象に対応する水質の変動が明らかになった。これらの知見に補足する項目として,計画に従い,以下の新たな観測・実験を行った。1.土壌CO2濃度の時空間分布の測定2.ライシメーターを用いた表層土壌中の窒素ダイナミクスの測定3.降雨イベントにおるSiO2とNO3-の濃度変動についての集中観測これらから得られた観測データに基づき,以下のモデルを構築した。1.土壌CO2のプロファイル,土壌水中のアルカリ度から地下水・渓流水のpHを予測する一次元数値計算モデル2.窒素ダイナミクスを炭素の消費過程とカップリングさせた数値計算モデル3.流域水文過程における種々の溶存物質の濃度変動と降雨イベントにおける変動予測のための濃度計算モデルまた,本研究の過程で新たな方向性が示された側面として以下のことがあげられる。モデルの開発に付随して流域の緩衝機能の評価について概念モデルを提示することができた。また,桐生試験地で明らかになった酸緩衝システムと植生の異なる流域のそれを比較することによって,植生の発達が緩衝システムの形成に与える影響について論ずることができた。さらに,世界の種々の気候条件に成立する森林流域における緩衝プロセスを比較解析することによって,その地理的多様性に土壌生成の過程に関与する地形学的な差異が影響していることを指摘することができた。
機械式立体駐車場におけるEV&PHV非接触給電システムの開発

近年,低公害車としてEVやPHVが実用化され,急速に普及し始めている。それに伴い充電施設等のインフラ整備の観点から,立体駐車場ではビル側から絶縁された移動駐車パレットへ物理的に接触することなく電力供給する方法が検討。パレットが所定の位置まで移動した後,PHVはパレットに設置されたACコンセントから給電を行う。このとき,パレットの位置決め精度の問題から接触による電力の供給が困難なため,非接触給電が不可欠となる。本研究では,立体駐車場非接触給電システム用高周波リンクAC-ACコンバータを提案し,シミュレーションおよび実験により,提案回路の有用性を明らかした。高効率の非接触給電システムを実現するには,双方向スイッチ型1ステージAC-AC電力変換回路において,非接触トランスの漏れインダクタンスに起因する無効電流の補償が不可欠となる。特に本研究対象では、移動パレットの位置決め精度の荒さから,トランスギャップが変動するため漏れインダクタンスは一様でないため,工夫が必要である。そこで,磁気エネルギー回生スイッチセルとして知られるMERS回路を可変容量型アクティブキャパシタ(漏れインダクタンス補償回路)に見立て,申請者が提案する双方向スイッチ型1ステージ電力変換回路と連携させることを考えている。パワエレ回路シミュレータPSIMを駆使して動作解析を行い,最適回路設計指針を明確にする。また,本システムの構築に必要不可欠な双方向スイッチ素子の実現方法(逆素子型×並列方式or逆導通型×直列方式)の差による動作特性の違いも明らかにする。双方向素子単体でのi-v特性評価に加えて,回路へ導入した場合の高速スイッチング動作特性および,デバイス損失を具体的に計測して評価する。上下奥行き方向にそれぞれ10mm前後のズレや隙間が発生する移動パレットとビル間で電気エネルギーを伝送する高周波非接触トランスのデザインを,磁場解析ソフトJMAGを使用して行う。これまでに対向型や円筒型のトランスが提案されているが,本研究対象のように特定用途で最適なトランス形状を模索する。この際,磁場解析ソフト回路シミュレータをリンクさせてトータルで評価する必要があるが,PSIMとJMAG間ではお互いのデータをやり取りするインターフェイスが用意されており,これを利用する予定である。また,解析結果からトランス試作を行い,ガウスメータを使って実証的な確認を行う大きく分けて二点の成果を得ることができた。(1)高周波トランスの損失計測前年度の実績より,機械式立体駐車場におけるEV&PHV非接触給電システムの開発において,その根幹となる新提案の1ステージAC-AC電力変換回路の実用化には,電力変換効率が不可欠であることが判明した(電力変換効率85.7%)。その損失の内訳を掌握すべく,非接触トランスで発生する電力損失の計測を試みた。その結果,電圧センサおよび高周波カレントプローブによって計測した電圧電流波形に基づく損失計算では整合的な数値を得ることは極めて難しいことが解った。そこで,一旦回路動作を単純化すべく,1ステージAC-AC電力変換回路を高周波リンク絶縁型DC-DCコンバータに置き換え,トランスの電圧・電流波形から損失を求めるのではなく,トランスの発熱量から発生損失を計測する手法を検討した。その結果,実動作と整合的な損失値を算出することが可能となった。本実施報告書の「13.研究発表」への記載には間に合わなかったが,この成果を学会発表すべく現在準備しているところである。(2)高周波トランス最適巻き線形状前年度の実績でJMAGソフトウエアを使用した高周波トランス巻き線の最適形状を明らかにしたが,その物理的意味について考察を行い,漏れ磁束の発生による相互インダクタンスの低減具合が巻き線形状の差による磁路の違いによって説明できることが解った。現状ではまだより詳細な検討を加えることで学術発表ができるレベルに到達できると考えている。提案する機械式駐車場におけるEV非接触給電システムを試作評価するさい,負荷となるEV充電装置はPFC機能を有し,見かけ上の抵抗性負荷として扱ってきた。しかしながら,実際には負荷を純抵抗として表現できるような強力なPFC機能を持たない場合も考えられる。そこで,負荷回路を容量性入力整流器負荷とした場合,主に系統電源側にどのような影響が出るかを評価した。その結果,EV側への出力電圧波形は整流器負荷の影響で大きく歪むものの,充電動作自体に影響を及ぼすものでは無いこと,系統側入力への影響は,力率が若干落ちるものの,電力会社が制定するガイドラインを大きく上回っており,なんら問題ないことがわかった。また,本提案システム単相交流を電源としている。しかしながら,提案システムは立体駐車場を想定しており,台数が増えるとトータルの電力をまかなうため,三相交流動力線を電源とするのが望ましい。その際,三相電源に対して,単相回路をどのように繋げるべきかを検討した。その結果,各相に分散して複数基の非接触給電システムを接続すること,各相の消費電力のばらつきは,相間電流バランサを導入数することで十分対応可能であることがわかった。以上の結果を踏まえ,本研究課題で提案・開発してきたしてきた,立体駐車場内でEVを充電可能とする非接触AC-ACダイレクトコンバータシステムは今後のEV,プラグインハイブリッド車の普及に役立つ技術であると結論付けられる近年,低公害車としてEVやPHVが実用化され,急速に普及し始めている。

このとき,パレットの位置決め精度の問題から接触による電力の供給が困難なため,非接触給電が不可欠となる。本研究では,立体駐車場非接触給電システム用高周波リンクAC-ACコンバータを提案し,シミュレーションおよび実験により,提案回路の有用性を明らかした。システム全体の評価を行う過程で,トランス損失の低減が問題となってきた。しかしながら本システムのトランスが扱う特異な高周波交流を直接計測することでトランス損失を計測することが非常に難しいことが判明した。そこで,当初予定にはなかったが,トランス損失の明確化をすることを優先した。すなわち,より単純な動作をする高周波リンク(絶縁型)DC-DCコンバータ構造に立ち返り,トランス損失に伴う発熱状態からトランス損失を計測する手法を検討・実施し,これまでの計測手法では極めて難しかった高周波トランスの損失を計測することができた。判断区分は「(3)やや遅れている。」と回答してはいるが,新たな知見という意味では十分な進捗であるとも考えられる。パワーエレクトロニクストランス動作が提案回路と比較して単純な高周波リンク(絶縁型)DC-DCコンバータトランス損失を計測する手法をある程度見極めることができたので,次のステップとして本研究の対象である1ステージAC-AC電力変換回路のトランス損失評価へ結びつけ,最適トランス構造の明確化の指針とする。低電力変換効率となっている原因をトランスコア(鉄損)あるいは巻き線(銅損)のどちらが支配的であるかを突き止め,より高効率なシステム構築を検討し,実機評価を行う。さらに,本提案システムを実用化するには三相システム化が必須である。単相回路で動作する現状のシステムを効果的に三相化するための手法を検討する。以上の方策を実施することで,「機械式立体駐車場におけるEV&PHV非接触給電システムの開発」に大きな成果を得ることができるはずである。高効率非接触給電システムを実現する双方向スイッチ型1ステージAC-AC電力変換回路について漏れインダクタンスを補償するキャパシタンス成分の追加方法をPSIMシミュレーションおよび実証機による試験によって検討した。その結果MARS型アクティブキャパシタは不要でありトランス一時側の並列キャパシタのみで補償可能であることを明らかにした。また、回路内3組の双方向アクティブ半導体スイッチングデバイスセルに関して逆導通IGBTの直列接続型スイッチングセルと逆阻止IGBTの並列接続型スイッチングセルを実証回路において比較検討した。その結果,並列接続型スイッチングセルの導通損失は少ないものの,スイッチング動作時において逆阻止IGBTのみに見られる瞬時逆電流によるスイッチング損失が大幅に増加し,結果として逆導通IGBTを用いた直列接続型スイッチングセルを用いた方が回路効率が高いことが判明した。瞬時逆電流の発生理由は現在の処不明である。
神経可塑性の阻害を目指した脊髄疾患由来排尿障害に対する新規治療ストラテジーの構築

急速な高齢化に伴う脊髄疾患の増加は、脊髄障害由来の下部尿路機能障害(Lower Urinary Tract Dysfunction, LUTD)を増加させる。このLUTDは膀胱排尿筋と尿道括約筋の協調的な作用を喪失させ難治性排尿障害を生じ、難治で、患者の生活の質を低下させることが多い。脊髄の完全損傷の場合に排尿反射は仙髄反射弓により行われる。脳幹部で制御された排尿筋と括約筋の協調性が失われるため排尿筋括約筋協調不全(detrusor-sphincter dyssynergia : DSD)となり、膀胱高圧のため膀胱壁の肉柱形成,膀胱尿管逆流が頻繁にみられる。これは脊髄における神経可塑性に基づく不可逆的な神経回路が完成してしまうからで、完成された回路の解除は容易ではない。本研究は脊髄損傷に起因する尿道括約筋障害のメカニズム解明と可塑性の抑制を目的に以下の実験を行った。8週齢SD系雌性ラットを用い、ハロセン麻酔下にTh8レベルで脊髄を切断し、その直後から1日1回グルタミン酸受容体であるNMDAの拮抗薬であるDizocilpin (MK-801)を連日副区内へ投与した。4週後に膀胱頂部よりカテーテルを挿入、頚静脈より薬剤投与のためカテーテルを挿入した。また、外尿道口より、0.05mmステンレス線を挿入し外尿動括約筋筋電図をモニターした。体動による影響を減らすため中脳より上位で徐脳を行い、膀胱内圧を測定した。これにより求心性c-fiberからの知覚刺激の異常伝達にはじまる、神経可塑性に基づく不可逆的回路が構築される時期、部位を明らかにした。その結果、通常の脊髄損傷でみられる排尿反射の亢進とDSDが観察された。また、脊髄損傷までNMDA受容体を遮断することでnon-voiding bladder contractionの発生を抑制することができた。平成30年度は脊髄損傷ラットの作成に時間を費やした。すなわち8週齢SD雌性ラットを用い、ハロセン麻酔下にTh8にて脊髄損傷ラットを作成する。その後、反射性排尿が完成する12週まで排尿補助を行い、12週でハロセン麻酔下に除脳手術を行う。除脳は頸動脈を結紮し止血を確認してから行うが、手技が安定するまでに時間を要した。外尿道口周囲より2本ウレタンコーティング0.05 mm電極を尿道括約筋に挿入し、0.2 ml/minの速さで生理食塩水を膀胱内に注入し、膀胱内圧、外尿道括約筋筋電図を測定した。1回排尿量、残尿量、排尿効率、不随意収縮、バースト時間、サイレント時間をパラメーターとし各種薬剤投与での変化を測定を予定する。外尿道括約筋筋電図はヒトと違い、排尿に際し括約筋の収縮がみられる。これがバースト時間で、その間にサイレント時間があって尿道が開口する。この解析に苦労した。このように本実験は作成手技がなかなか難しく、病態モデルの完成に多くの時間を要したため、実験の進捗はやや遅れている。令和1年度は脊髄損傷後に脊髄における神経可塑性が完成するタイミングと部位を解明する。対象分子としては、1)NOS阻害薬(L-NMMA)、2)NMDA受容体遮断薬(dizocilpin)を用いる予定である。dizocilpinは投与の時期を変えてDSDが抑制できるか検討する。3)プロスタグランジン受容体(EP1EP4)、4)neuropeptideとしてVIP(vasoactive intestinal polypeptide)、NPY (neuropeptide Y)、Tachykinins(NP1-3)、5)オピオイド(κ受容体)の下部尿路機能に対する作用を検討する。排尿障害に関わる神経回路構築までの期間に、異常な脊髄回路を遮断するような処置や薬剤を投与すれば可塑性は阻害され、正常な排尿反射が戻ると仮定し、鍵となる受容体やメディエーターについて研究を進める。

体動による影響を減らすため中脳より上位で徐脳を行い、膀胱内圧を測定した。これにより求心性c-fiberからの知覚刺激の異常伝達にはじまる、神経可塑性に基づく不可逆的回路が構築される時期、部位を明らかにした。その結果、通常の脊髄損傷でみられる排尿反射の亢進とDSDが観察された。また、脊髄損傷までNMDA受容体を遮断することでnon-voiding bladder contractionの発生を抑制することができた。平成30年度は脊髄損傷ラットの作成に時間を費やした。すなわち8週齢SD雌性ラットを用い、ハロセン麻酔下にTh8にて脊髄損傷ラットを作成する。その後、反射性排尿が完成する12週まで排尿補助を行い、12週でハロセン麻酔下に除脳手術を行う。除脳は頸動脈を結紮し止血を確認してから行うが、手技が安定するまでに時間を要した。外尿道口周囲より2本ウレタンコーティング0.05 mm電極を尿道括約筋に挿入し、0.2 ml/minの速さで生理食塩水を膀胱内に注入し、膀胱内圧、外尿道括約筋筋電図を測定した。1回排尿量、残尿量、排尿効率、不随意収縮、バースト時間、サイレント時間をパラメーターとし各種薬剤投与での変化を測定を予定する。外尿道括約筋筋電図はヒトと違い、排尿に際し括約筋の収縮がみられる。これがバースト時間で、その間にサイレント時間があって尿道が開口する。この解析に苦労した。このように本実験は作成手技がなかなか難しく、病態モデルの完成に多くの時間を要したため、実験の進捗はやや遅れている。令和1年度は脊髄損傷後に脊髄における神経可塑性が完成するタイミングと部位を解明する。対象分子としては、1)NOS阻害薬(L-NMMA)、2)NMDA受容体遮断薬(dizocilpin)を用いる予定である。dizocilpinは投与の時期を変えてDSDが抑制できるか検討する。3)プロスタグランジン受容体(EP1EP4)、4)neuropeptideとしてVIP(vasoactive intestinal polypeptide)、NPY (neuropeptide Y)、Tachykinins(NP1-3)、5)オピオイド(κ受容体)の下部尿路機能に対する作用を検討する。排尿障害に関わる神経回路構築までの期間に、異常な脊髄回路を遮断するような処置や薬剤を投与すれば可塑性は阻害され、正常な排尿反射が戻ると仮定し、鍵となる受容体やメディエーターについて研究を進める。病態モデルの確立に時間を要したため、実際に神経可塑性をターゲットとしての薬理実験が少ししかできなかった。翌年度は薬理実験を中心に実験ができると思われ、翌年度分として請求した助成金を合わせて使用する予定である。
西欧中世の倫理学に関するデータベースの作成とそれに基づく文献的・思想史的研究

本研究では,CETEDOC Library of Christian Latin Texts"と『トマス・アクィナス全著作データベース』を基礎として,他のすでに電子化されたテクストを用い,またそれ以外のものについても電子化を進めながら,西欧中世の倫理学を中心とする語彙データベースを構築し,これに基づいて,哲学的諸概念に関する思想史的研究を行った。1.語彙については,(1)学問論全般(哲学・倫理学・神学など),(2)徳論の諸概念(倫理徳,知的徳,枢要徳,神学的徳,聖霊の賜物など),(3)法学的概念(自然法,永遠法など),(4)人間論(人格,自由意志,良心など),(5)その他,を大項目として整理した。2.思想史的研究としては,(1)13世紀における神学概念の成立,(2)ペルソナ(神の位格および人格)概念の成立,(3)倫理的資質(ハビトゥス)概念を中心に行った。その結果,(1)については,12世紀に翻訳・移入されたアリストテレスの学問論(『分析論後書』『形而上学』など)が,論証的な学問としての神学の原理および方法の確立に重要な役割を果たしたこと,(2)については,中世倫理学における「人格」としてのペルソナ概念は最終的なものではないにしても,近代的人格概念の萌芽と考えることができること,(3)については,アリストテレス倫理学の基本概念である資質(ヘクシス)・徳(アレテー)概念が中世の資質(ハビトゥス)・徳(ヴィルトゥス)概念に引き受けられた際の連続性と断絶を明らかにした。3.データベースの公開に関してはネットワーク的に提供するには至っていないが,今後とも,技術的な問題とともに,著作権的・ネットワーク的問題について研究を進めることで実現をはかっている。本年度においては、主として11-13世紀の西欧倫理学関連文献のテキストの収集・整理、基本的な語彙リストの作成等を行うとともに、サーバの設置等ネットワークのハード面の整備に着手した。年度前期においては、CETEDOC Library of Christian Latin Texts in CD-ROMを主に活用して、アリストテレスの倫理学文献の直接の影響下にないと考えられるアウグスティヌスのテキストの検索を行い、最も基本的な倫理学の概念を中心にした第一次語彙リストの作成に着手した。これに基づいて、それ以後のテキストにこれらの語彙がどのように出現しているかの分析を進めた。その際、ギリシア哲学に起源を持つと思われる語彙(学問分類や徳目など)に着目した。これと並行して各地の研究機関や図書館などの協力を得て、関連文献の収集・整理につとめた。年度後期においては、前期に引き続いて語彙の分析を進め、コンコルダンスに収録すべき語彙リスト、大分類や分類項目の整理、またコンコルダンスの基本構成についての研究を行った。また、いくつかの概念についての概念史的な考察にも着手した。なお、検索ソフトの問題からThomae Aquinatis Opera Omnia inCD-ROMの使用に困難があり、これについては引き続き研究中である。ハード面では、Apple Power Macintoshを新規購入して専用サーバとし、既存のApple端末と新たに購入したMS-DOSマシンをクライアントとしたネットワークの暫定的構築を行い、運用テストを行った。
結晶成長モデルおよび関連する界面運動の数理解析

結晶が成長していく際、結晶の表面には、結晶分子レベルの高さの一定速度・一定波形で進むフロント波(転位)が観察されることがある。こうした結晶成長を記述する空間1次元反応拡散方程式を用いた数理モデルに対し、解の時間的ふるまいを調べ、時間無限大での解の漸近形を決定した。また、転位の時間発展の本質を記述する運動方程式を導出し、転位同士の間には互いに反発力が働いていることを示すとともに、反発力の大きさと転位間の距離の関係を求めた。結晶が成長していく際、結晶の表面に一定の波形・速度で進む進行波や回転するスパイラル波がしばしば観察される。これは、結晶の表面には転位とよばれる段差が幾つもあり、溶液中の結晶分子はこの段差部分で結晶と結合し、段差が前進あるいは渦巻きながら結晶が成長していくためである。こうした結晶成長を記述する反応拡散方程式モデル、あるいは段差(転位)の時間発展を記述する界面方程式の解の定性的性質を調べることにより,進行波やスパイラル波発生のメカニズムおよび界面(転位)ダイナミクスを明らかにし,結晶の成長現象を数学的に説明することが本研究の目的である。今年度は、空間1次元反応拡散方程式モデルの解の挙動について調べ、結晶表面の転位同士は互いに引き合うか、反発し合うかなど、転位の相互作用に関する研究を行った。まず、2箇所に段差がある階段状の波形をした初期値から出発した解の漸近挙動を調べ、方程式の優解と劣解を構成し比較定理を用いた手法を用いて、ある適当な対称性に関する仮定の下では、転位は互いに離れていく(反発し合う)ことを示した。とくに、時間無限大で2つの転位間の距離も無限大となるが、離れていく速度は時間とともに遅くなっていき、転位間の距離は時間の対数オーダーあるいはそれ以下のオーダーの関数で表すことができることを示した。さらに、結晶表面に段差が3段ある場合についても調べ、この場合にも同様に転位は互いに反発し合うことを証明することができた。結晶が成長していく際、結晶の表面に一定速度で進むフロント波や回転するスパイラル波がしばしば観察される。これは、結晶表面には転位とよばれる段差が幾つもあり、溶液中の結晶分子はこの段差部分で結晶と結合し、段差が前進あるいは渦巻きながら結晶が成長していくためである。こうした結晶成長を記述する反応拡散方程式モデル、あるいは段差(転位)の時間発展を記述する界面方程式の解析を通して,結晶の成長現象を数学的に説明することが本研究の目的である。昨年度は、空間1次元反応拡散方程式モデルに対し、2箇所または3箇所に段差がある階段状の波形をした初期値から出発した解の挙動を調べ、ある対称性に関する仮定の下では、転位は互いに反発し合い、転位間の距離は時間の対数あるいはそれ以下のオーダーで表され、時刻無限大で無限に離れることを示した。今年度は、反応項がより一般的な形の場合に対しても、同じ結果が成り立つことを示した。さらに、初期値に段差が任意個ある場合にも転位は反発し合うことを証明し、段差数が奇数と偶数で場合分けして解の漸近形を決定した。また、反応拡散方程式を形式的に漸近展開して得られる界面方程式について、転位同士の相互作用を調べ、転位の運動方程式を求めた。転位の運動方程式において、転位間の距離は時間の対数関数で表される。この結果は、元の反応拡散方程式モデルでも、転位同士は時間の対数オーダーでゆっくりと離れていくことを示唆している。結晶が成長していく際、結晶の表面には一定速度で進むフロント波あるいは回転するスパイラル波がしばしば観察される。これは、結晶表面に転位とよばれる段差が幾つもあり、溶液中の結晶分子はこの段差部分で結晶と結合し、段差が前進あるいは渦巻きながら結晶が成長していくためである。とりわけ、昨年度は、空間1次元反応拡散方程式モデルを漸近展開して転位の時間発展を記述する運動方程式を形式的に求め、この方程式における2つのフロント波の相互作用を調べ、フロント波は互いに反発し、時間の対数オーダーのスピードでゆっくりと離れていくことを示した。今年度は、昨年度形式的議論により導いた界面方程式の数学的正当化を行った。具体的には、反応拡散方程式モデルの初期値問題において、時間が経つと界面(フロント)が形成されること、さらに、フロントの運動を記述する界面方程式の主要項が昨年度得た方程式に一致することを、優解と劣解を構成し比較定理を用いた手法により証明した。また、この議論を結晶表面に転位が複数ある場合に拡張し、転位の相互作用について調べた。2つの転位の間には反発力がはたらき、転位間の距離の指数オーダーに反比例した速度で互いに離れようとし、それらの和(相互作用)によって転位ダイナミクスの本質的部分(界面方程式の主要項)が決定できることを示した。
X連鎖劣性遺伝性疾患女性患者由来iPS細胞を用いたX染色体不活化機構の解明

我々が同定した女性のXLA、WAS患者でみられたX染色体の不活化(XCI)異常のメカニズムをiPS細胞を用いて解明し、XCI異常を修正する薬剤開発を行う研究を行った。iPS細胞に2種類の蛍光を発する遺伝子を組み込む事によって、フローサイトメーターでXCIを評価する方法を開発し、薬剤スクリーニングに応用可能である事がわかった。HD-Ad.AAVベクターを用いて、片方のX染色体に致死的な遺伝子変異をsite-specificに導入する事ができ、薬剤スクリーニングに利用できた。X染色体不活化偏倚の原因を解明するために、全エキソン解析、XCI領域の解析を行い、現在全ゲノム解析を行っている。次世代シーケンサーを用いたエキソーム解析は順調に進行している。女性XLA患者および女性WAS患者間で共通してみられたnon-synonymousかつhomologousな変異は53遺伝子認められ、そのうちX染色体上の遺伝子は3遺伝子であった。現在これらの遺伝子の機能的な面から検討中である。変異が同定された遺伝子の数が多いこともあり、これまでのところX染色体不活化異常の原因となる因子の同定には至っていない。1つ1つ原因となりうる候補因子について解析を進めて行く必要がある。また、女性XLA患者およびその母、女性WAS患者およびその両親の5名を対象としてRNA sequenceの解析も進めており、遺伝子発現量の変化を中心に解析を進めている。iPS細胞の樹立も順調に進行している。女性XLA患者のiPS細胞を樹立した。iPS細胞を用いてX染色体不活化の状況をHUMARA法で確認し、今後X染色体不活化の解除に関する研究を進めていく予定である。我々は、X染色体不活化異常を基盤として発症した、X連鎖無ガンマグロブリン血症(XLA)およびWiskott-Aldrich症候群(WAS)の女性例を同定した。X染色体不活化異常が起こった機序を解明するために、次世代シーケンサーを行いてX染色体不活化を制御する遺伝子の解析を行ってきた。エキソーム解析の結果、女性XLA患者と女性WAS患者に共通する53の遺伝子変異を同定し、RNASeqを含めて解析を行ったが、原因となるような遺伝子変異とは考えられないものと判断した。さらに、実際にサンガー法による確認も行ったが明確な異常は認められなかった。そこで、女性XLA患者のみを対象として、エキソーム解析の結果とRNA Seqの結果を合わせて詳細に解析したところ、1つの遺伝子の発現が欠損していることがわかった。この遺伝子は配列自体には異常はなく、遺伝子発現の制御の異常であることが判明した。この遺伝子発現に関連する遺伝子近傍あるいは他の領域が強く関連しているものと考えられたため、X染色体ゲノム解析が必要であろうと判断した。他方X染色体のみのゲノム解析は非効率的であるため、全ゲノム解析を行う方針とした。即ち、この2名はX染色体不活化異常という極めてまれな病態を呈しているが、実際その原因は異なっている可能性が高いと判断し、女性WAS患者についても同様の解析を継続している。現在、全ゲノム解析にむけた準備を行っている。iPS細胞を用いてX染色体不活化を制御する方法を確立するため、X染色体不活化を判定する新たなベクターを作成した。それを用いてX染色体不活化判定の精度を検討している。次世代シーケンサーを用いたエキソーム解析、RNASeq解析結果はいろいろな角度から解析を継続している。2名の患者のX染色体不活化異常は共通のメカニズムではない可能性もあり、別々の解析が適切であろうという結論に至った。その結果、女性XLA患者では、X染色体不活化制御領域に遺伝子発現の欠損する遺伝子が同定された。この遺伝子の機能はこれまで明らかになっておらず、他の領域からの制御を受けて、X染色体の不活化制御に関連している可能性があると考えている。X染色体領域のみのゲノム解析はむしろ非効率的であり、全ゲノム解析を行うことにした。それに伴う研究内容の修正に関して、学内の倫理委員会にも承認され、研究を継続する方針である。疾患特異的iPS細胞は既に樹立できた。ただし、X染色体不活化を簡易かつ正確に評価する新たな方法を樹立したいと考え、ベクターを作成した。通常女性では、2つあるX染色体の1つがrandomに不活化されるためX連鎖劣性遺伝性疾患は、女性には通常発症しない。さらに、リンパ球系細胞やその前駆細胞に関連する疾患では、X染色体の不活化の偏りがある程度あっても、遺伝子異常のない側のX染色体が不活化されていない細胞が少しでもあれば、それが増殖して分化するため、リンパ球系細胞の異常をきたす疾患は、女性には発症しないと考えられてきた。しかし我々は、女性のXLA、WAS患者を同定し、患者ではX染色体の不活化が1つのX染色体に偏倚していることを明らかにした。このX染色体不活化異常のメカニズムをiPS細胞を用いて解明すること、及びX染色体不活化異常を修正する薬剤開発を行うことを目的として研究を行った。まず、iPS細胞に2種類の蛍光を発する遺伝子を組み込むことによって、簡単にフローサイトメーターでX染色体不活化を評価するシステムを開発した。これをX染色体不活化異常を修正する薬剤のスクリーニング法に応用する研究を行った。また、新たな治療法として、片方のX染色体に致死的な遺伝子変異をsite-specificに導入する方法を試みた。

HD-Ad.AAVベクターを用いて、目的の部位に遺伝子変異を誘導することができた。その遺伝子導入効率を向上させるために、CRISPR-Cas9システムを導入し、組み換えCas9タンパクを使用したり、オフターゲット効果をなくすような薬剤を使用して、正確かつ高率に遺伝子導入を達成することができた。女性XLA患者および女性WAS患者のX染色体不活化偏倚の原因を解明するために、患者さんの染色体解析および全エキソンを解析を行ったが、細胞の生存に必須な遺伝子異常などは見られなかった。さらに、X染色体不活化に関連する領域であるXCI領域にも異常を認めなかった。これを踏まえてX染色体を含めた全遺伝子の全ゲノム解析を行った。我々が同定した女性のXLA、WAS患者でみられたX染色体の不活化(XCI)異常のメカニズムをiPS細胞を用いて解明し、XCI異常を修正する薬剤開発を行う研究を行った。iPS細胞に2種類の蛍光を発する遺伝子を組み込む事によって、フローサイトメーターでXCIを評価する方法を開発し、薬剤スクリーニングに応用可能である事がわかった。HD-Ad.AAVベクターを用いて、片方のX染色体に致死的な遺伝子変異をsite-specificに導入する事ができ、薬剤スクリーニングに利用できた。X染色体不活化偏倚の原因を解明するために、全エキソン解析、XCI領域の解析を行い、現在全ゲノム解析を行っている。樹立したiPS細胞をいろいろなGrowth factorの存在下に長期培養し、X染色体不活化の変化を評価する。特にLIFについては、いろいろな濃度で検討を行う。エキソーム解析やRNA-Seq法、あるいは薬剤スクリーニングで、X染色体不活化に影響を及ぼす可能性のある分子が同定されれば、iPS細胞にそれらの遺伝子を導入したり、あるいは遺伝子発現を抑制することにより、その機能を直接評価する。不活化されているX染色体にGFPを導入し、不活化が解除されるような薬剤をスクリーニングする。X染色体不活化を制御する遺伝子や、薬剤を同定できれば、患者造血細胞由来のマウスモデルを用いて、X染色体不活化の制御による疾患治療の方法確率に向けた研究を行う。X染色体不活化を制御する領域であるXIC近傍に今回、遺伝子発現が欠損する遺伝子を同定した。この遺伝子の機能はまだ解明されていないため、どのような遺伝子発現制御を受けているのかを全ゲノム解析で明らかにしたい。さらに強制発現させた場合にX染色体不活化に関連する遺伝子群の発現がとのように変化するか、X染色体不活化がどのように変化するかについて研究を推進する。作成したiPS細胞で、X染色体不活化を制御する薬剤を同定するために、まず、X染色体不活化を簡易かつ正確に評価するより良い方法を確立する必要がある。いくつか異なる方法を試し、最も良い方法を採用していく方針である。小児科学本研究は経費のかかることが予想されていたため、できるだけ経費を使わないように工夫・努力した。また、研究に必要な試薬がまだ残っていたものがあったため、できるだけそれを使用した。結果的に、新たに購入する必要がなかった消耗品が、たまたま多かった。今年度はエキソーム解析やRNASeq解析など、データ解析の割合が高かった。
ワイヤレスオプトによる脳腸連関の解明

腸は「第二の脳」ともよばれ、脳腸連関は精神機能を考える上でも興味ある臓器間ネットワークであるが、その詳細な機構は不明である。自律神経による高次脳機能への役割を明らかにするために、低侵襲性で腸管の自律神経を可逆的・生理的かつリアルタイムで制御できる無線光遺伝学的手法を開発する。また本法を利用して、光感受性タンパクの自律神経特異的発現マウスにおける腸の自律神経系を活動操作する事により、記憶や社会性等の複雑な脳機能や脳の神経活動に与える影響を明らかにする。本研究の成果は、腸に留まらずその他多臓器間の動的制御ネットワークを検討するための重要なツールとなる。無線光遺伝学を可能にする基盤技術として、発光ダイオード(LED, light emitting diode)を用いた。LEDの進歩は著しく、広く一般社会にも使用されるようになってきたことから、簡単かつ廉価で利用できるようになった。また電磁誘導により生じる誘導電流は、電磁(IH, Induction Heating)調理器などで一般利用されている。この二つを用いて比較的簡単にLEDを発光させることを確認した。本システムは、電磁誘導により生じる誘導電流により閉回路状態のLEDに電流を流すものであり、腹腔内に埋め込んだマイクロLEDを外部との結線なしに光らせることができると期待される。また、対象とするマウスの腸内神経叢の形態学的検討を行うとともに、腸内フローラの関与の検討を行うための基盤データを収集した。我々の研究室で確立された自閉症モデルマウス(15q dup)と野生型マウスの定常状態でのメタゲノム解析を行い、15q dupで特異的に変動する菌種を同定した。非接触状態で、電磁誘導により生じる誘導電流により閉回路状態のLEDに電流を流すことを確認した。また対象となる腸内神経叢、さらには野生型及び自閉症モデルマウスの定常状態における腸内フローラのメタゲノム基盤情報を得ることができた。実際に非接触状態で、電磁誘導により生じる誘導電流により閉回路状態のLEDに電流を流すことを確認した。さらに、社会性コミュニケーションの手段として超音波締鳴数(ultrasonic vocalization, USV)を計測したところ、抗生物質(ネオマイシン)処理によりUSVが正常化するとともに、それらに特異的な細菌フローラを同定した。腸内自律神経系に発現させたChR2を活性化する系の確立にむけて継続するとともに、脳腸連関を明らかにするために、対象としての自閉症モデルマウスの腸内フローラに関するさらなる解析を進める。すなわち、腸内フローラを変化させるために抗生物質を投与するとともに、行動表現型との関連を検討する。基盤脳科学
アジア冷戦の展開と終結が日中関係に与えたインパクトについての研究

本研究の当初の目的は、1980年代から1990年代にかけて、日中関係が国際関係の影響を受けながらどのように変質したかを分析することであった。しかしながら研究遂行の過程では、1980年代の「日中友好」関係がどのように形成されたかをまず明らかにする必要が生じた。そのため本研究は、1970年代に日中貿易の実務に携わっていた日本側の人々に重点的に聞き取りを行い、それを中国側が最近公開した資料と対照し、特に経済協力の観点から中国の改革開放初期の日中関係の構築プロセスを検討した。その結果、日本の積極的な対中協力姿勢が1978年における〓小平の指導権掌握に大きな影響を与えたことが明らかとなった。おそらくこれを契機として、中国では日中関係が国内政治の動向に深く組み込まれることになったと推測される。研究の初年度にあたる平成20年度は、開始直後に研究代表者の異動があり、研究のスタートアップにやや遅れが見られたが、全体としては特に資料収集等の面でかなりの成果があった。今年度の研究は、文献資料の面では、(1)日中関係に関する先行研究の整理、(2)日中関係に関する文字資料の分析とその初歩的成果の発表、(3)アジア冷戦に関する先行研究の整理、(4)オーラル・ヒストリー収集に向けた技法の検討、(5)国内/国際要因のリンケージに関する方法論の検討、の5点が予定されていた。このうち比較的順調に進んだのが(1)(2)(3)であった。特に1970年代1980年代の日中関係については、日中経済協会に当時の両国間の経済視察団等に関する資料が比較的まとまって残されていることが判明し、今後の重要な手がかりを得た。また当時の中国側の国際情勢認識にはやや不明な点があったが、東洋文庫が最近収集した中国共産党の内部資料に貴重な情報が含まれていることがわかった。作業が最も遅れている(5)については、平成21年度に重点的に進めることとしたい。今年度はまた、聞き取り調査にも着手したが、その成果はややアンビバレントであった。結論から言えば、中国での調査がかなり難航している。1980年代の政策決定を明らかにすることについて、中国側は研究代表者が当初考えていたよりずっとナーバスである。そのため今後は、(1)中国で良い研究協力者を探す、(2)中国から海外に亡命した元中国共産党幹部にアプローチする、などの対応策が求められる。他方、日本国内の関係者への聞き取り作業がやや遅れている。今年度はこれを積極的に進め、その成果を公開していくこととしたい。これによって長期的には、中国側の情報開示への積極姿勢を促す効果も期待できる。1年半の研究の取りまとめを行うべき今年度の成果は、学術的な貢献はあったものの、研究代表者にとってはやや物足りない内容であった。学術的には、中国政治外交の転換点となった1978年の日中関係について重点的な聞き取り調査を行い、中国側とビジネス交渉を行っていた日本側経済人の具体的証言と中国当局編纂の歴史資料とを照らし合わせ、当時の国際的政治経済状況が〓小平ら中国指導部の政策決定に相当影響を与えていたことを明らかにした。この結果は、改革開放が〓小平の英明な判断であり、華国鋒は「洋躍進」の過ちを犯したとする先行研究の常識を大きく覆すものとなった。研究代表者にとって、この作業はオーラル・ヒストリーの収集と活用の実戦的な経験となった。そのほかにも、日本での資料収集や聞き取りは全体的に順調で、1980年代を中心とする日中経済協会の主な文字資料はほぼ収集し終わり、また中国研究所に蓄積されていた日本側経済人の聞き取りテープも数多く入手・複製できた。以上のような成果はあったが、研究がうまくはかどらなかった部分もあった。中国側での聞き取り調査のハードルが高く、主な役職に就いていた方がすでに亡くなっていることがわかり、アクセスできた人々も政治的に敏感な話題に触れるのを怖がった。これについては、将来可能性があるとすれば、別プロジェクトを立ち上げて中国国内の研究協力者に委ねるほかない。また1978年についての分析に時間を費やしたため、資料等はほぼ収集し終えたものの、1980年代についての分析を英文で発表することができなかった。また国内/国際要因のリンケージに関する方法論を検討する予定であったが、これについても十分な成果を上げることができず、今後の研究遂行の反省点となった。
長野県中・南部方言におけるアスペクト表現の動態に関する調査・研究

1長野県中・南部方言地の、木曾福島町,開田村を調査地点として選定し、アスペクト表現の体系と運用の実態、動向を究明するために、高年層(60歳以上の男女)と若年層(中学校13年生の男女)を対象として、調査を行った。2アスペクト表現形式について、高年層では、木曾福島町は「トル」、開田村は「イタ」が圧倒的である。木曾福島町の中でも旧新開村にあたる地域では「イタ」を用いる傾向が認められる。「ヨル」は木曾福島町だけに見られる。一方、若年層では、木曾福島町は「テル」、開田村は「テル」とともに「トル」が用いられている。「トル」に関しては、使用の中心域が開田村のほうに移ってきている。「イタ」は開田村にのみ観察される形式となり、分布の境界が旧行政区画ではなく、現在の行政区画へと変化している。3回答はすべてコンピュータ入力し、調査項目ごとに整理した。グラフ化を行ったものもある。これらの結果の一部を研究成果報告書として刊行した。順次、このデータに分析を加え、論文として発表する予定である。地理的・歴史的な位置づけを考慮し、社会言語学的な観点も取り入れながら、接触地帯におけるアスぺクト形式の動態を解明しようとしている。4今後の研究の展開としては、調査票による回答結果と、録音収集した談話資料、特に、自然談話資料の分析結果との比較を行うことを考えている。これは、言語運用の「意識」と「実態」との関連を明らかにすることを意図するものである。談話資料は文字化テキストを作成して、音声とともにデータベース化する計画である。
ＬＩＱＳＥＤＦＬＯＷの展開による海底大規模土砂流動－津波連成ダイナミクスの解明

代表者が先駆的に開発し、流体動力学と土質力学アプローチの一体化により、世界で初めて、水中液状化流れのダイナミクスを整合的に予測・再現することに成功したLIQSEDFLOWを現地スケールに展開し、大規模遠心施設を活用した一連の実験と解析及び現地シミュレーションを通じて、沿岸域における海底大規模土砂流動のダイナミクスを体系的に解明した。特に、スカルプ(崖・急峻地形)やテラス(平地)などのイベント時の海底地形の形成に、水中液状化流れにおける内部凝固域の発達・伝搬過程が密接に関わっていることを解明した。そして、沿岸地盤動態と津波の間の密接な関連を一連の地盤流動ー津波実験・解析を通じて明らかにした。本研究では、代表者らが先駆的に開発し、流体動力学と土質力学アプローチの一体化により、世界で初めて、水中液状化流れのダイナミクスを整合的に予測・再現することに成功したLIQSEDFLOWを現地スケールに展開し、大規模遠心施設を活用した一連の実験と解析及び現地シミュレーションを通じて沿岸域における海底大規模土砂流動のダイナミクスを体系的に解明する。そして、沿岸域における海底地すべり・高濃度堆積物重力流の発生・発達ならびに内部凝固域の伝搬・再堆積過程と津波の連動過程を明らかにする。上記目的の下、本年度に実施した研究の主な成果は、次のようである。LIQSEDFLOWを現地スケールに展開し、カリフォルニア州のクラマス川河口デルタにおいて1980年に発生した海底地すべり挙動を再現することに初めて成功した。同解析結果と現地調査結果の突き合わせを通じて、地震液状化にともなう海底地すべり現象に伴って、どのようにスカルプ(崖・急峻地形)とテラス(平地)がキロオーダーで形成されるかを明らかにした。とりわけ、同スカルプ・テラスの形成には、海底液状化流れにおける内部凝固域の発達・伝搬過程が密接に関わっていることを解明した。港湾空港技術研究所所有のMarkII遠心載荷装置を用いて、海底地すべり・重力流可視化実験を実施した。その結果、水中斜面の崩壊が重力流に遷移しうる条件には、細粒分の含有率が密接に関わっていることを明らかにした。港湾空港技術研究所所有のMarkII遠心載荷装置を用いて、浸透流の存在、粘土分含有率および間隙水の粘性等をパラメタとした一連の海底地すべり・重力流可視化実験を実施した。その結果、水中斜面の崩壊が重力流に遷移しうる条件には、細粒分の含有率とともに浸透流の存在が密接に関わっていることを明らかにした。とりわけ、液状化近傍の土砂は僅かな浸透圧の作用により高濃度重力流に遷移することを明らかにした。また、この際、間隙水の粘性を上げることにより流動性が低下することを示した。津波による越流と浸透の同時連成作用を機能的に制御し高速度カメラによる高度な画像解析を装備した津波越流ー浸透連成遠心実験システムを新たに開発し,沿岸構造物周りの土砂流動問題に適用した。その結果、津波による浸透と越流の連成作用による進行性すべり破壊を伴う地盤流動機構を明らかにした。

港湾空港技術研究所所有のMarkII遠心載荷装置を用いて、海底地すべり・重力流可視化実験を実施した。その結果、水中斜面の崩壊が重力流に遷移しうる条件には、細粒分の含有率が密接に関わっていることを明らかにした。本研究では、代表者らが先駆的に開発し、流体動力学と土質力学アプローチの一体化により、世界で初めて、水中液状化流れのダイナミクスを整合的に予測・再現することに成功したLIQSEDFLOWを現地スケールに展開し、大規模遠心施設を活用した一連の実験と解析及び現地シミュレーションを通じて、沿岸域における海底大規模土砂流動のダイナミクスを体系的に解明する。そして、沿岸域における津波と海底地盤流動のダイナミクスの連成過程を明らかにする。上記目的の下、本年度に実施した研究の主な成果は以下の通りである。津波による越流と浸透の同時連成作用を機能的に制御し高速度カメラによる高度な画像解析を装備した遠心実験システムを活用して,津波越流ー浸透連成作用による海底地盤洗掘・支持力破壊・流動の一連の過程を明らかにした。そして、これらの新たな沿岸地盤ダイナミクスが防波堤の不安定化に及ぼす影響を明らかにした。さらに、東北地方太平洋沖地震津波における被害の調査報告ならびに近年の各種の実験・解析結果を基に、津波による洗掘と侵食の機構を体系的に分析し、地盤のダイナミクスが津波による洗掘侵食現象の評価予測に果たす重要性を明らかにした。そして、水と地盤の双方のダイナミクスの見地から、大規模水理及び遠心実験結果を比較・解析し、津波浸透の役割に着目して、津波ー海底地盤ー沿岸構造物の相互作用機構を解明した。以上の知見は、沿岸災害リスクの合理的な評価予測に大きく寄与するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。沿岸地盤,海底地すべり・重力流,バリア地形学,生態地盤学26年度が最終年度であるため、記入しない。LIQSEDFLOWを現地スケールに展開し、カリフォルニア河口デルタの海底地すべり現象の定量的再現に成功し、沿岸域における海底大規模土砂流動のダイナミクスにおいて、重要な地形形成機構を明らかにした点で、順調に進展している。また、実験的には、予定していた大規模施設の調整に時間を要しているため、別途、港空研所有の遠心施設を用いた実験を計画し、知見を得ている。また、実験的には、予定していた大規模施設の調整に時間を要しているため、別途、港空研所有の遠心施設を用いた海底地すべり・重力流実験ならびに津波と地盤流動の連成実験を計画し、双方において知見を得ている。
分子動力学シミュレーションによるDNA修復メカニズムの解明

本研究においては、組換えDNA修復機能(特にホリデイ構造の分岐点移動反応メカニズム)の分子レベルでの解明を研究目的とした。はじめに、DNAの相同組み換え反応過程におけるホリデイ構造のモデルとしてE.Coli由来のホリデイ構造特異的DNA結合タンパク質RuvA4量体とホリデイ分岐DNA(25塩基対DNA4本鎖)の複合体(PDBコード:1C7Y)について、分子動力学シミュレーションおよび分岐点移動のアンブレラサンプリング・シミュレーションを実行した。その結果、RuvAは分岐点中心を広げることでDNAの分岐点移動を促進する役割をもつことがわかった。また、分岐点移動1ステップにおける自由エネルギー面には10-15kcal/molのエネルギー障壁が2つあること、これらの2つのエネルギー障壁の中間には自由エネルギーの低い準安定状態があることがわかった。そして、その準安定状態ではホリデイ構造の分岐点移動反応に重要と考えられているRuvA酸性アミノ酸と分岐点移動中の塩基が安定した相互作用をしていることがわかった。以上から分岐点移動における塩基組換えのおける水素結合の解離、再結合のメカニズムを明らかにすることができた。更には、ホリデイ分岐運動を引き起こすモータータンパク質RuvBのATP結合状態,ADP結合状態,フリーの状態に相当するX線結晶構造(PDBコード:1HQC、1IXS、1IXR)とRuvB6量体の電子顕微鏡像を用いてRuvA8量体-RuvB6量体-ホリデイ分岐DNA複合体の立体構造をモデリングし、分子動力学シミュレーションを実行した。結果、各RuvBが立体構造を変化させることでホリデイ分岐運動を引き起こす、と実験研究者らにより提唱されているように、RuvBがホリデイ分岐運動を促す運動メカニズムの一部を確認することができた。組換えDNA修復機能(特にホリデイ構造の分岐点移動反応メカニズム)の解明を研究目的とし、ホリデイ構造のモデルとしてE.Coli由来のホリデイ構造特異的DNA結合タンパク質RuvA4量体とホリデイ分岐DNA(25塩基対DNA4本鎖)の複合体(PDBコード:1C7Y)の分子動力学シミュレーションを実行した。まず平衡状態を調べるため、1気圧、300Kのもと1ナノ秒計算した。その結果、RuvAは分岐点中心を広げることでDNAの分岐点移動を促進する役割をもつことが示唆された。次に、分岐点移動の分子動力学シミュレーションを実行した。RuvBはDNA上を移動するモータータンパク質で、ATP加水分解のエネルギーを利用して分岐点移動反応を促進する。しかしながら現在RuvBとDNAとの複合体のX線結晶構造がないので分岐点移動の分子動力学シミュレーションを実行するには、RuvBが発生する力を人工的な外力で代用する必要がある。そこで、ホリデイ分岐DNAの両端を引っ張る外力を加えることで分岐点移動を促すSteered分子動力学シミュレーションを実行し、分岐点中心における塩基の組換えにおける水素結合の組換えの起こり方を解析した。その結果、DNAの5端から12番目の塩基がもつ水素結合が初めに崩れ、次に13番目の塩基と12番目の塩基の間に働くスタック相互作用が崩れることで、ホリデイ構造の分岐点移動がおこることがわかった。現在は分岐点移動における自由エネルギー面を解析するために、アンブレラサンプリング・シミュレーションを実行中である。そして、この自由エネルギー面の解析からDNAが分岐点移動する際におこる複合体中の相互作用変化を詳細に解析し始めた。また、RuvA4量体-DNA複合体のシミュレーションと平行して、RuvA8量体-DNA複合体モデルも作成して分子動力学シミュレーションを開始した。