hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非接触非破壊型光導波路分光測定法の開発と界面に固定したタンパク質の電極応答解析

この結果を基礎に、電極に吸着したチトクロムC(ヘムタンパク質)の分光解析を行った結果、溶液中のチトクロムCの酸化還元活性は十分保たれているのにもかかわらず、電極応答が得られなくなるのは、電極上でチトクロムCが不可逆的に吸着変性し、電極応答を示さなくなるとともに、溶液に存在するチトクロムCの電極応答も阻害していることが原因であることを明らかにした。また、LB膜中にメチレンブルーを分散させ,光導波路上に累積させた試料を解析すると、十分なスペクトルが得られるとともに、1層ごとの相違が顕著であり、層数を簡便に測定できることを明らかにした。このように,平成12年度は非接触非破壊型光導波路分光測定法が幅広く解析に利用できることを実証した。これまでに界面上に固定した分子の紫外可視スペクトル測定を非破壊、高感度、セミリアルタイムで測定する方法論を、ハードウエアを含めて確立した。これを界面に存在するタンパク質の電気化学的な酸化還元反応の動的解析の研究に利用した。平成13年度は、特に電極界面とヘムタンパク質との相互作用と、電気化学的な活性の保持について解析した。ガラス透明電極、炭素電極、金電極などにチトクロムCを吸着させた場合、吸着変性すると電気化学的には直接解析ができなかったが、本法では分光学的に吸着量、変性の有無、さらには電気化学的な応答まで解析が可能であった。炭素電極上に吸着させたチトクロムCは3価のヘム鉄を有し、ほぼ溶液中と同等の酸化還元電位を保っていることを明らかにした。次に、電位を掃引しながら可視スペクトルを動的に追跡したところ、印加電位の変化に遅れながらスペクトルが変化した。これは、吸着したチトクロムCは、変性とまでは行かないものの、電子移動反応が遅いことを示している。この様な状態は一般の電気化学的な方法では検知できないものである。また、代表的な高分子溶媒であるポリエチレンオキシド(PEO)中での解析にも利用できた。PEOは屈折率が水より大きいため石英導波路は使えないが、高精度で平滑な高屈折率ガラスを導波路として用いることにより、はじめて可能となった。その結果PEO修飾したチトクロムCは多くの電極に吸着後も電気化学的な活性を保持していることがわかった。
児童期の社会的相互作用の特質と拡散的思考への効果：学童保育の異年齢集団に着目して

本研究では、学童保育に在籍する児童を対象に、児童期の社会的相互作用の特質とその発達的変化、および社会的相互作用が子どもの拡散的思考に及ぼす効果について検討することを目的とした。3年生から5年生の同年齢、異年齢グループを対象に「夢の小学校」協同制作課題を実施し、また、学童保育場面における仲間関係について観察した。その結果、9,10歳頃に社会的相互作用の特質に発達的変化がみられること、社会的相互作用の活性化が拡散的思考を促すこと、および実験場面でみられた社会的相互作用と日常生活場面における仲間関係との関連が示唆された。本研究は、児童期における社会的相互作用の特質とその発達変化、および、社会的相互作用の特質が拡散的思考に及ぼす効果について検討することを目的としている。対象は、異年齢集団のなかで生活や遊びを共にする学童保育に通う児童である。同年齢、異年齢という集団の質による社会的相互作用の特質の違いが、8歳から11歳において、どのように現れるのか。また、社会的相互作用の特質が拡散的思考にどのように影響を与えるのかについて「夢の小学校」協同制作課題への取り組みのプロセスと結果(作品)の分析から明らかにすることをねらいとした。平成27年度は、異年齢集団における相互作用の特質について検討する前提として、同年齢集団における相互作用の特質を捉えるために、すでに実験実施済の、小学5年生の同年齢集団における相互作用の特質について、再分析を行った。実施した「夢の小学校」協同製作課題は、協同学習において多く扱われているような1つの正解を目標をするような課題ではなく、自分たちが考える「夢の小学校」について表現するという、自由度が高く、拡散的思考が要求される課題である。協同制作過程はすべて、ICレコーダーとビデオカメラによる記録を行った。今回分析対象としたのは小学5年生の同性同年齢4人1組の10グループである。各グループについて、約45分間の制作過程について、4人の相互作用に関する全てのプロトコル起こしを行った。それを基に、リーダー性、協調性、対等性、追従等、各メンバーの相互作用における役割の特質、および集団の質について検討した。同年齢集団において確認された今回の結果を参考にして、来年度以降、異年齢集団における相互作用の特質について実験、分析を行う予定である。来年度に予定している実験に向けて、その分析指標となる基礎的な結果を今年度得ることができた。本研究は、児童期における社会的相互作用の特質とその発達的変化、および社会的相互作用の特質が拡散的思考に及ぼす効果について検討することを目的としている。対象は異年齢集団のなかで生活をや遊びを共にする学童保育に通う児童である。また、社会的相互作用の特質が、拡散的思考にどのように影響を与えるのかについて「夢の小学校」協同制作課題への取り組みのプロセスと結果(作品)の分析から明らかにすることをねらいとした。平成28年度は、学童保育の児童を対象に、3年生同性4人1組の2グループ(男女各1グループ)と5年生同性4人1組の2グループ(男女各1グループ)を対象に、同年齢グループの協同制作課題実験4回と、それらのグループを再編成した同性異年齢グループの協同制作課題実験4回を実施した。協同制作課題(1回約45分間のセッション)のプロセスは、すべて5台のビデオカメラ、およびICレコーダーに記録し、社会的相互作用にかかわるプロトコルと行動について文字化する作業を行っている最中である。このデータを解析し、平成27年度に行った同年齢集団における結果との比較検討も分析の視点に含めながら、同年齢集団と異年齢集団における社会的相互作用の特質の差異、所属する集団の変化による個人の役割(リーダー性、協調性、対等性、追従等)の変化等について、今後、明らかにしていく予定である。ひとつの学童保育において、本研究が対象としている3年生および5年生の同性同年齢4人1組の実験協力者を得ることが難しい状況にある。特に高学年は退所等により、在籍人数が少ないことによる。本研究の目的は、児童期の社会的相互作用の特質について、9,10歳頃の質的転換期に着目し、その発達的変化を明らかにすること、また同年齢集団と異年齢集団における社会的相互作用の様相の差異を検討することである。平成29年度は、前年度に実施した学童保育の児童3年生と5年生を対象とした「夢の小学校協同制作課題」実験による横断的な検討に加え、13年生から4年生への縦断的な検討を行うこと、そして、2実験場面で捉えられた仲間集団における社会的行動と、実際の生活場面における行動との関連性について検討することを目的として、実験および対象児童のうち同学年4人について学童保育場面における観察を行った。観察対象とした4人は、同じ学童保育に在籍する同学年同性(女児)で、学童保育入所の1年生から観察対象とした3,4年生に至るまで、その4人以外に同学年児童は在籍していなかった。対象とした女児4人に対して、3年時と4年時に、同年齢グループによる協同制作課題実験各1回、およびグループを再編成した2学年差の同性異年齢グループによる協同制作課題実験各2回を実施した。1回約45分間の協同制作課題のプロセスは、5台のビデオカメラ、およびICレコーダーに記録し、社会的相互作用にかかわるプロトコルと行動についてすべて文字化して時系列に並べ、分析の対象とした。

協同制作過程における他児への発話数や発話内容等から、3年生から4年生への発達的変化について縦断的に検討すると、集団内における個々の役割に質的な変化がみられ、リーダー的存在の変化やグループ全体の関係性の変化などを捉えることができた。また、こうした実験場面でみられた3年生から4年生にかけてのグループの関係性の質的変化は、学童保育における遊び仲間が同年齢から異年齢グループに変わるなど、実際の生活場面におけるグループの関係性の変化とも関連していた。本研究では、学童保育に在籍する児童を対象に、児童期の社会的相互作用の特質とその発達的変化、および社会的相互作用が子どもの拡散的思考に及ぼす効果について検討することを目的とした。3年生から5年生の同年齢、異年齢グループを対象に「夢の小学校」協同制作課題を実施し、また、学童保育場面における仲間関係について観察した。その結果、9,10歳頃に社会的相互作用の特質に発達的変化がみられること、社会的相互作用の活性化が拡散的思考を促すこと、および実験場面でみられた社会的相互作用と日常生活場面における仲間関係との関連が示唆された。今年度得られた同年齢集団における相互作用の分析指標を基礎的な指標として、来年度以降、異年齢集団における相互作用の実験、分析を行っていく予定である。ご協力いただく学童保育の範囲を拡張してお願いするなど、さらなる実験協力者を得るための努力をしていきたい。また、実験で見られた社会的相互作用の特質が、実際の保育場面の行動とどのように関連するかの視点もあわせて検討していきたい。発達心理学予定していた研究発表のための学会旅費が翌年度の開催となったことや、実験費が計画していた回数に達しなかったため。実験が計画していた回数に達しなかったため、実験費用が持ち越しとなった。学会発表旅費や実験にかかる費用に充てる。実験やその解析、および学会発表にかかる費用に充てる。
アブラナ類種間雑種の作出と利用に関する研究

1)アブラナ属栽培種間あるいは野生種からの遺伝子導入の際の橋渡し植物としての合成三基六倍体の利用生を探るため,三基六倍体2系統と栽培種6種16系統(同質四倍体も含む)および近縁野生種(Brassica gravinne, Diplotaxos muralis)を材料に用い,正逆交雑を行ない交雑和合性を調査した.その結果, (1)両親の倍数性の差が小さいほど和合性が高い, (2)三基六倍体を母体に用いた時和合性が高い,(3)Aゲノムを含む種との和合性が高い, (4)自殖稔性の高い固体ほど交雑和合性も高い,(5)近縁野生種属との和合性も認められることが明らかとなった.以上のことから,和合性の程度に差はあるものの,三基六倍体は,いずれの植物とも雑種を形成し橋渡し植物として広く利用できることが示唆された.2)アブラナ属作物の遠縁交雑における子房培養法の有効性を検討するためarvensisと栽培種B-campestris(Brassicinae亜連に属する)との属間雑種の作製を試みた.通常の交雑では正逆281花交配を行なったが,雑種は得られなかった.一方,子房培養(MS倍地あるいは500mg/lのカゼイン加水分解物を含むMS倍地)によりM.arvensis×金町小カブ,菜心×M.arvensisの組合せで,それぞれ1交配花当たり0.28および0.05の雑種胚が得られた.これらの胚は胚培養(MS倍地)により植物体再生を試みたが,奇形となり植物体形成に至らなかった.そこで胚軸培養(MS倍地あるいは1.0mg/lの6-ベンジルアデニンを含むMS倍地)を行ない,胚軸からの不定芽・胚様体形成により雑種植物を得ることができた.以上の結果から,アブラナ属遠縁交雑における子房培養の有効性が明らかとなり,またM.arvensisの有用形質(光合成特性)の栽培種への導入が可能となるものと思われる.1)アブラナ属栽培種間あるいは野生種からの遺伝子導入の際の橋渡し植物としての合成三基六倍体の利用生を探るため,三基六倍体2系統と栽培種6種16系統(同質四倍体も含む)および近縁野生種(Brassica gravinne, Diplotaxos muralis)を材料に用い,正逆交雑を行ない交雑和合性を調査した.その結果, (1)両親の倍数性の差が小さいほど和合性が高い, (2)三基六倍体を母体に用いた時和合性が高い,(3)Aゲノムを含む種との和合性が高い, (4)自殖稔性の高い固体ほど交雑和合性も高い,(5)近縁野生種属との和合性も認められることが明らかとなった.以上のことから,和合性の程度に差はあるものの,三基六倍体は,いずれの植物とも雑種を形成し橋渡し植物として広く利用できることが示唆された.2)アブラナ属作物の遠縁交雑における子房培養法の有効性を検討するためarvensisと栽培種B-campestris(Brassicinae亜連に属する)との属間雑種の作製を試みた.通常の交雑では正逆281花交配を行なったが,雑種は得られなかった.一方,子房培養(MS倍地あるいは500mg/lのカゼイン加水分解物を含むMS倍地)によりM.arvensis×金町小カブ,菜心×M.arvensisの組合せで,それぞれ1交配花当たり0.28および0.05の雑種胚が得られた.これらの胚は胚培養(MS倍地)により植物体再生を試みたが,奇形となり植物体形成に至らなかった.そこで胚軸培養(MS倍地あるいは1.0mg/lの6-ベンジルアデニンを含むMS倍地)を行ない,胚軸からの不定芽・胚様体形成により雑種植物を得ることができた.以上の結果から,アブラナ属遠縁交雑における子房培養の有効性が明らかとなり,またM.arvensisの有用形質(光合成特性)の栽培種への導入が可能となるものと思われる.1.合成三基六倍体に対する栽培種の交雑和合性;合成三基六倍体のうち、CaC-334((Brassica carinate×B.Campestris)複二倍体))を母本とし、それに一基種B.nigra,B.olera【c! ́】e【a! ́】,B.campestris,および二基種B.carinata,B.juncea,B.npepusを交雑した結果、組合せにより稔性に差はあるが、すべての組合せで稔性のある雑種種子が得られた。然し父本が一基種の場合と二基種の場合では前者が交雑稔性が低く後者の場合高かった。母本に用いる三基六倍体がCaC-333((Brassica carinata×B.campestris)複二倍体))およびJO-125((Brassica juncea×B.oleracea)複二倍体))の場合も同様であることが明らかになった。父本が一基種の場合交雑稔性が低く、交雑種子による【F_1】養成は難かしいので本年度研究費購入主要備品の実体顕微鏡およびクリーンベンチを用い、胚培養を試み、雑種植物を得る効率が高まった。

2.合成三基六倍体に対する栽培種の戻し交雑による核置換;合成三基六倍体の細胞質を利用する目的で栽培種の戻し交雑を継続し核置換をはかっている。然し【B_2】(Back cross二世代)植物から先の戻し交雑で種子が得にくいので【B_3】(戻し交離三世代)植物は胚培養により、辛うじて得ることができた。【B_3】植物の外観は戻し交雑花粉親に可成りよく似ており、置換型植物が得られる見通しがついた。この場合も、本年度研究費購入の主要備品を用いることで研究を遂行することができた。今後は胚培養のみでなく、試験管内授精を試みることで更に核置換型植物を得る効率を上げ得るかも知れない。3.合成三基六倍体と関連野生種の交雑;本年度は予備的な実験に終り、【F_1】を得るに至らなかった。然しこの組合せにより、遠縁の種から耐病性等の有用形質導入が見込まれるので継続して研究を進めるため、現在材料植物を養成中である。
アンデス高地集団の低圧低酸素環境への遺伝的・生理的適応に関する包括的研究

本研究の目的は、南米ボリビアのアンデス高地集団における低圧低酸素環境への適応に寄与する遺伝的・生理的特性を包括的に理解することである。2018年度は、次世代シーケンサー(Hiseq X Ten,Illumina社)により、9検体(男性7名、女性2名)の全ゲノム塩基配列を決定した。これまでに申請者と共同研究者が決定した10検体(男性4名、女性6名)のデータと併せると、計19検体の全ゲノム配列データを取得したことになる。これらのデータを用いて、クオリティ・コントロールを行い、多型情報を抽出した。さらに、NCBIのSRAシーケンスリードデータベースから、Crawfordら(2017)が決定した42検体分のショートリードデータ(BioProject accession number: PRJNA393593)、および1000 Genomes Projectデータベースからボリビア近隣集団の全ゲノム配列データ(bam形式)を取得し、同様の処理を行った。全ゲノム解析を行うには、ボリビア集団の検体数をさらに増やす必要があるが、現在これらのデータを使って予備的な解析を行っている。また、ペルーのアンデス高地集団において、SENP1遺伝子の一塩基多型(rs7963934)が慢性高山病の罹患率もしくは血中ヘモグロビン(Hb)レベルと関連があることが報告されている。そこでボリビア高地集団102検体を対象に、TaqMan法によってrs7963934の遺伝子型を決定した。これらボリビア検体サンプルに付帯している生理検査情報(Hb値や頭痛スコアなど)を用いて、遺伝子型との関連を統計学的手法により評価した。しかしながら、今回調査した限りでは明確な関連性は認められなかった。当初の計画で予定していた全ゲノム塩基配列決定に加えて、TaqMan法による関連解析も行っていることから、研究の進捗状況はおおむね順調に進展している。20検体以上の全ゲノム塩基配列を決定する予定だったが、実験計画や予算の関係から2019年度にサンプル数を追加して、よりデータの充実を図る。先述したように、現在は全ゲノム塩基配列データを用いた予備的な解析を行っており、データを追加してスムーズに解析が進行できるように準備している。今後の推進方策としては、より精度を上げるために全ゲノムシーケンスの解析サンプル数を増やすことである。少なくとも20検体以上は確保し、ボリビア集団で最近に起きた正の自然選択が作用したゲノム領域を特定する。本研究では、検体サンプルに生理検査情報が付帯していることから関連解析も可能である。したがって、ゲノム領域を特定したあとに、全103検体分のサンプルを用いてTaqMan法で遺伝子型を決定し、生理値との関連を検証していく予定である。また、EGLN1遺伝子の一塩基多型(SNP)は、チベット高地集団だけでなく、アンデス高地集団においても最近に起きた正の自然選択が作用したことが示唆されている。そこで、連鎖不平衡を利用して、EGLN1遺伝子領域全体の遺伝子型を調査できるようにSNPのTaqManプローブを既に設計している(タグSNP)。申請者の先行研究では、EGLN1遺伝子のタンパクコード領域内にあるSNP(rs12097901)が、日本人コホートの動脈血酸素飽和度(SpO2)の応答と関連することを示している(Yasukochi et al. 2018)。また、このSNPはチベット集団のHbレベルに関連し、高地適応に寄与していることが報告されている。したがって、EGLN1遺伝子の機能に重要であることから、このrs12097901も加えてEGLN1遺伝子と生理検査値との関連解析を行う予定である。今後は、データをより充実させて全ゲノム規模で自然選択の痕跡を探索し、併せて表現型と遺伝子型との関連解析を行いながら研究を推進していくことを目指す。当初の計画で予定していた全ゲノム塩基

配列決定に加えて、TaqMan法による関連解析も行っていることから、研究の進捗状況はおおむね順調に進展している。20検体以上の全ゲノム塩基配列を決定する予定だったが、実験計画や予算の関係から2019年度にサンプル数を追加して、よりデータの充実を図る。先述したように、現在は全ゲノム塩基配列データを用いた予備的な解析を行っており、データを追加してスムーズに解析が進行できるように準備している。今後の推進方策としては、より精度を上げるために全ゲノムシーケンスの解析サンプル数を増やすことである。少なくとも20検体以上は確保し、ボリビア集団で最近に起きた正の自然選択が作用したゲノム領域を特定する。本研究では、検体サンプルに生理検査情報が付帯していることから関連解析も可能である。したがって、ゲノム領域を特定したあとに、全103検体分のサンプルを用いてTaqMan法で遺伝子型を決定し、生理値との関連を検証していく予定である。また、EGLN1遺伝子の一塩基多型(SNP)は、チベット高地集団だけでなく、アンデス高地集団においても最近に起きた正の自然選択が作用したことが示唆されている。そこで、連鎖不平衡を利用して、EGLN1遺伝子領域全体の遺伝子型を調査できるようにSNPのTaqManプローブを既に設計している(タグSNP)。申請者の先行研究では、EGLN1遺伝子のタンパクコード領域内にあるSNP(rs12097901)が、日本人コホートの動脈血酸素飽和度(SpO2)の応答と関連することを示している(Yasukochi et al. 2018)。また、このSNPはチベット集団のHbレベルに関連し、高地適応に寄与していることが報告されている。したがって、EGLN1遺伝子の機能に重要であることから、このrs12097901も加えてEGLN1遺伝子と生理検査値との関連解析を行う予定である。今後は、データをより充実させて全ゲノム規模で自然選択の痕跡を探索し、併せて表現型と遺伝子型との関連解析を行いながら研究を推進していくことを目指す。2018年度に計画していた全ゲノム塩基配列解析(マクロジェン社に委託)において、サンプルのクオリティ・チェックが実施された結果、サンプルのクオリティが解析を行う基準に満たなかったため、やむなく解析を中断した。受託解析のキャンセル料やサンプル返送料にコストがかかってしまい、共同研究者と議論した結果、次年度(2019年度)の予算を加えた上で、サンプル数を追加して再度全ゲノム解析を行うこととした。したがって、次年度に予算を繰り越し、全ゲノム塩基配列解析(マクロジェン社に委託予定)にその費用を充てる予定である。
胃癌新規癌抑制遺伝子RUNX3の異常を伴う胃癌前駆細胞の同定と遺伝子診断への応用

これまでに我々は、世界に先駆けてRunx3ノックアウトマウスを作製し、その解析よりRUNX3遺伝子が胃粘膜の発生や分化に重要な役割をはたしており、この異常が胃粘膜の脱分化や異常増殖や癌化に関連することを示した。さらに胃癌細胞株及び臨床検体におけるRUNX3遺伝子の高頻度のコピー数減少、主にメチル化による発現低下、機能喪失型変異を確認しており、RUNX3が胃癌の新規がん抑制遺伝子であることを報告した(Lie, Ito, Sakakura, Fukamachi,(equallycontributed)et al., Cell, 2002)。また胃癌の発生母地である慢性胃炎粘膜や腸上皮化生におけるRUNX3の解析や胃癌の転移浸潤におけるRUNX3の関与を明らかとし、将来的にはこれらに基づく胃粘膜の発ガンリスク予測、胃癌の発ガン予防や消化管粘膜再生にも応用しると考えている。RUNX3ノックアウトマウスの胃粘膜を経時的に観察すると、通常のmucous neck cellからの分化異常が認められ、Muc陽性、PCNA陽性、CDX2陽性の細胞が多数認められた。これらの分化異常を来した細胞群が胃癌の前癌病変である可能性が示唆された。これらの結果を基づきヒト胃癌臨床検体における胃癌の前駆細胞がヒト胃粘膜、特に癌部周囲に存在するかを検索する。これらを経時的に経過観察し、実際に発癌するか否かを確認する。さらにこれらを指標とした胃癌の発ガンリスク評価を多施設によるコホート研究にて行う予定である。さらに胃癌細胞株及び臨床検体におけるRUNX3遺伝子の高頻度のコピー数減少、主にメチル化による発現低下、機能喪失型変異を確認しており、RUNX3が胃癌の新規がん抑制遺伝子であることを報告した(Lie, Ito, Sakakura, Fukamachi, (equally contributed) et al., (Cell, 2002)。
極微少な流下水の凍結挙動の解明と排水管閉塞防止技術への応用

研究代表者らは冬期間の雨水排水管において,ヒーターを用いない管閉塞防止手法を提案し,その凍結抑制効果を確認しているが,「外気温が著しく低下している場合には排水管の途中にも氷塊が発生して管閉塞抑制効果を弱める」,「排水の落下地点に氷筍が発生し,管閉塞の起点となる」という技術的課題がある.このような研究課題に対して,(1)管内を伝うように流下する極微少な流量の排水の凍結現象を定量評価する実験装置を開発し,排水出口部における凍結挙動の詳細な把握と凍結抑制方法の検討及び排水流量や排水管角度が凍結開始位置に及ぼす影響を定量評価し,(2)排水管から流出された流下水の落下時の挙動を高速度カメラで撮影・評価し,地上面へ落下した排水の凍結挙動について検討した.その結果,(1)に関しては排水流量がより少なく室温がより低いときには,排水の落下の運動量に対して,表面張力の効果が相対的に大きくなり,流下水が流下点から周囲へ流れることにより凍結し,この氷層を起点とし氷塊が発生することが分かった.また,この凍結を抑制する出口部形状を検討し凍結抑制効果を確認した.(2)に関しては,流出して液滴となった流下水の挙動を解析した結果,流下水は流出部において液柱を形成したのち,液滴となって落下していることが分かった.流下水の落下速度は流量に対して単調に増加し,液滴の落下間隔および液滴の質量は流量に対して単調に減少することが分かった.また,落下地点における排水の凍結挙動を観察した結果,落下面に傾斜をつけることで凍結現象が大きく異なることが分かった.また排水流量によって氷筍の形成過程に大きな違いが生じるが,ある程度の時間が経過した後の氷筍の形状には,流量による違いがあまりないことが分かった.氷層と流れ場の関係の定量評価については,流下水の流量が少なすぎることや自由表面によるレーザー光の乱反射が大きいことにより撮影が困難であり,遅れが生じている.氷層と流れ場の関係の定量評価については,流下水の流量が少なすぎることや自由表面によるレーザー光の乱反射が大きく,測定結果が得られない可能性がある.しかしながら,出口部における排水の動きと氷層の成長過程の撮影により,新たに提案した出口形状による凍結抑制効果を確認しているため,より低温度でより小流量に適用できる排水管閉塞防止技術の開発に貢献できる研究結果を得られると期待できる.昨年度までで,ほぼ完成している実験装置を用いて,排水流量・室内温度および流路角度が凍結現象に及ぼす影響を系統的な実験を行い整理する.これら実験結果と数値解析による結果を組み合わせて,凍結現象に対する,より詳細な検討を行う.冬期間に排水管に生じる凍結による管閉塞は漏水や事故に繋がるために,雪国の建物にとって大きな課題のひとつである.これを克服するために,ヒーターなどを使用することが一般的であるが,コストが大きいことが問題である.筆者らはヒーターを用いない管閉塞を防止手法を提案しているが,「外気温が著しく低下している場合には排水管の途中にも氷塊が発生して管閉塞抑制効果を弱める」,「排水の落下地点に氷旬が発生し,管閉塞の起点となる」という技術的課題がある.このような研究課題に対し,今年度は主に,管内を伝うように流下する極微少な流量の水の凍結現象の定量的評価を行えるような実験装置の開発を行った.実験装置は低温循環水槽で冷却された水を,氷点下20度程度に設定した低恒温室内に流し,排水管を模擬した鉛直下向きの角部を有する傾斜流路内を流下させ,流下水の凍結挙動を検討できようにした.流路内を流れる水は入口温度・流量を調節することができ,流路の傾斜角度と低恒温室内温度も任意に調整することができる.開発した装置を用いて実験を行った結果,流路の傾斜角度および入口水温と,水の凍結が開始する位置には相関関係があることが示唆された.一方で,凍結開始位置の時間変化の変化量は,入口水温を変化させても,あまり変化しないことが分かった.また,入口水温は凍結開始位置よりも,凍結量に大きな影響を与えることが分かった.凍結層が形成されると,流下水は凍結層の表面を流れるために,流下水が下流に向かうほど凍結層の表面積は大きくなり,さらに氷の表面が波打つことで,著しく凍結を促進させることが分かった.今後は,この部分のモデル化に繋がるような実験手法やデータ整理法の確立が必要である.実験装置の開発と検証に時間を有したため,PIV法による流れの可視化に対する検討が遅れている.また,数値解析モデルの開発はオリジナルコードによる開発を目指していたが,現象の三次元性や計算格子と形状の一致性の問題から,商用計算ソフトウェアを使用することに方針転換した.研究代表者らは冬期間の雨水排水管において,ヒーターを用いない管閉塞防止手法を提案し,その凍結抑制効果を確認しているが,「外気温が著しく低下している場合には排水管の途中にも氷塊が発生して管閉塞抑制効果を弱める」,「排水の落下地点に氷筍が発生し,管閉塞の起点となる」という技術的課題がある.このような研究課題に対して,(1)管内を伝うように流下する極微少な流量の排水の凍結現象を定量評価する実験装置を開発し,排水出口部における凍結挙動の詳細な把握と凍結抑制方法の検討及び排水流量や排水管角度が凍結開始位置に及ぼす影響を定量評価し,(2)排水管から流出された流下水の落下時の挙動を高速度カメラで撮影・評価し,地上面へ落下した排水の凍結挙動について検討した.

その結果,(1)に関しては排水流量がより少なく室温がより低いときには,排水の落下の運動量に対して,表面張力の効果が相対的に大きくなり,流下水が流下点から周囲へ流れることにより凍結し,この氷層を起点とし氷塊が発生することが分かった.また,この凍結を抑制する出口部形状を検討し凍結抑制効果を確認した.(2)に関しては,流出して液滴となった流下水の挙動を解析した結果,流下水は流出部において液柱を形成したのち,液滴となって落下していることが分かった.流下水の落下速度は流量に対して単調に増加し,液滴の落下間隔および液滴の質量は流量に対して単調に減少することが分かった.また,落下地点における排水の凍結挙動を観察した結果,落下面に傾斜をつけることで凍結現象が大きく異なることが分かった.また排水流量によって氷筍の形成過程に大きな違いが生じるが,ある程度の時間が経過した後の氷筍の形状には,流量による違いがあまりないことが分かった.氷層と流れ場の関係の定量評価については,流下水の流量が少なすぎることや自由表面によるレーザー光の乱反射が大きいことにより撮影が困難であり,遅れが生じている.まずはPIV法により流れ場と凍結層の干渉が,凍結現象に及ぼす影響を実験的に検討する.同時に,数値シミュレーションによる検討を進めるべく,商用ソフトウェアを用いたモデル開発を行う.これらの成果を用いて,最終的には,凍結防止限界温度や流量の予測式などの検討および氷旬を防止する手法の検討を行う.氷層と流れ場の関係の定量評価については,流下水の流量が少なすぎることや自由表面によるレーザー光の乱反射が大きく,測定結果が得られない可能性がある.しかしながら,出口部における排水の動きと氷層の成長過程の撮影により,新たに提案した出口形状による凍結抑制効果を確認しているため,より低温度でより小流量に適用できる排水管閉塞防止技術の開発に貢献できる研究結果を得られると期待できる.昨年度までで,ほぼ完成している実験装置を用いて,排水流量・室内温度および流路角度が凍結現象に及ぼす影響を系統的な実験を行い整理する.これら実験結果と数値解析による結果を組み合わせて,凍結現象に対する,より詳細な検討を行う.研究進捗の遅れに伴い,研究発表年度を変更したため,旅費を次年度に繰り越した.また,PIV計測手法の確立が遅れているために,カメラの選定や周辺機器の更新や再選定を次年度に繰り越した.よって,H30年度はPIV計測機器に関する分と旅費が,当初の申請額より,多くなる予定である.研究計画の遅れにより,研究発表時期が遅れ,一部の旅費を捻出しなかったため.次年度の研究発表時に使用する.
最上部マントルの構造とモホ面の形成過程の研究～海と陸からのアプローチ～

本研究課題は最上部マントルの構造と地殻ーマントル境界であるモホロビチッチ不連続面(モホ面)の形成過程を解明するために,小笠原・マリアナ海溝の海溝かんらん岩とアラビア半島オマーンオフィオライトかんらん岩について岩石構造組織の発達過程,弾性・電気伝導度・透水率等の物性測定,岩石水反応実験などの多角的アプローチから研究する.海と陸のかんらん岩の構造岩石学的特徴を比較検討して地球深部最上部マントルの発達過程とそれを支配する要因を考察するため,本研究課題では,海班,陸班,分析班の3班体制で研究を進めている.海班は,6月から7月に四国海盆の拡大軸周辺の海底調査を実施した.6月には研究支援船よこすかによるYK18-07航海として実施された潜水調査船しんかい6500による4回の潜航調査によって四国海盆の拡大軸周辺の岩石採取を実施した.7月には白鳳丸によるKH18-2航海として同海域のドレッジ調査による岩石採取を実施した.この2回の研究航海によってマドメガムリオンと名付けられた海底地形の概要が明らかとなった他,四国海盆ではじめて超苦鉄質岩の採取に成功した.これらの結果について,速報として12月に開催されたアメリカ地球物理学連合秋季大会において発表した.現在,論文準備中である.陸班と分析班は,ICDP国際オマーン掘削プロジェクトのちきゅうオマーン2018として昨年同様に7月5日から9月3日の約2ヶ月間に清水港に停泊中の地球深部探査船ちきゅうにおいて,前年度に掘削された約3200mの岩石コアの物性測定と1次記載を実施した.本研究課題の組織メンバーの多くが参加して多数の物性データと岩石基礎データを取得した.これらの結果について,速報として12月に開催された日本地質学会とアメリカ地球物理学連合秋季大会において発表した.海班は,四国海盆から初めて超苦鉄質岩を採取するなど,これまで未知だった四国海盆の構造発達史を解明する糸口を見出した.海洋研究開発機構の研究船の一般公募枠が減少して研究船の調査日を確保するのが困難になりつつあるなかで,柔軟に対応しながら研究課題に関連した海底調査を着実に進めている.陸班と分析班は,昨年同様にオマーン掘削プロジェクトの地球深部探査船ちきゅうの船上コア記載を実施したが,昨年以上に多くの研究者が参加しただけでなく,昨年度に確立された研究分析体制によって3200mという前例のない多量の岩石コアの記載に成功した.さらに本研究課題に関係する地殻ーマントル境界物質の岩石コア記載が実施されて,従来では知られていなかった岩石物性や岩石の組織構造が見出された.詳細な研究は次年度以降となるが,本研究プロジェクトのインパクトは基盤研究(S)として十分だと評価したい.研究全体としてはほぼ当初計画通りに実施しているが,海洋研究開発機構の研究支援船を計画通りに利用することが困難になっている現況をふまえて海班に関する研究計画の見直しを行う.具体的には,当初計画において平成31年度または平成32年度に実現させるとした前弧マントル掘削計画については,事前調査の実施が不透明であるため研究期間内の掘削実現は断念し,これまでの海洋底調査と岩石試料の収集から掘削候補地点周辺の海底調査と岩石組織構造の研究を進めていく.平成31年度について,海班は分析班と共同で海亀海山の岩石試料の分析をできるだけ進めていく.また,公募枠は小さいが研究船利用の公募に申請して現地調査も目指す.この研究と平行して,四国海盆下のアセノスフェアとリソスフェアの物質的な解明を目指して研究航海を実施する.すでに海班の小原が中心となって四国海盆の海洋コアコンプレックスであるマドメガムリオンの研究を開始した.研究船利用の現状をふまえてマドメガムリオン研究が地殻ーマントル境界の物質モデル構築に向けて海洋底の情報を与えられることが期待される.陸班は,オマーン掘削プロジェクトから提供された多くの岩石コア試料について,構造解析や物性測定を進めていく.地殻ーマントル境界についてはモデル構築の基礎となる高圧力下における物性測定とXCTデータを詳細に分析していくとともにマントル物質であるかんらん岩のかんらん石結晶方位解析を系統的に実施して最上部マントルの流動過程を明らかにする.分析班の岩石熱水実験では,かんらん石のシリカ交代作用についての水熱実験を行って機械学習を用いた速度論的な解析を行う.本研究課題は,海班,陸班,分析班の3班体制で実施している.海班は,本研究課題として実施を目指す前弧マントル掘削計画について検討を行い,掘削予定海域の地質調査と事前調査について検討した.一方,研究代表者は平成28年12月9日から平成29年2月7日までの2ヶ月間,国際深海科学掘削計画(IODP)第366次掘削航海に乗船してマリアナ海溝蛇紋岩海山の掘削プロジェクトに参加した.この掘削航海によって前弧域のマントル物質の分析試料を得ることができた.陸班は,オマーン掘削プロジェクト(OmanDP)に参加した.OmanDPは当初計画から1年遅れて平成28年度に第1期掘削が実施された.さらに平成28年度に予定していたちきゅう船上の掘削コア記載も1年遅れることになったため,平成28年度予算の一部を平成29年度に繰り越した.平成29年7月15日から9月15日まで清水港(下船は八戸港)の地球深部探査船ちきゅうにおいてちきゅう船上で1次記載が実施された(ちきゅうオマーン2017).ちきゅう

オマーン2017では本研究課題の研究者を含めて世界14カ国から71名の研究者がそれぞれ1ヶ月の予定でちきゅうに乗船し,1500mの掘削コアの一次記載の作業に従事した.毎日50mの掘削コア記載は通常の掘削航海よりも過酷であったが,将来に計画されているマントル掘削航海と同じ船内ラボによる分析作業は全ての乗船研究者にとって貴重な機会となった点で大変有意義であった.今後は各自が希望する試料を持ち帰り詳細な分析を開始することとなった.分析班は,超マフィック岩の水熱反応実験の準備を開始した.また,初年度である平成28年度では研究体制を構築するため分析機器のアップグレード等を行った.海班では,平成29年度に前弧マントル掘削計画の掘削候補海域の調査が決まった.陸班では,オマーン掘削コアの地球深部探査船ちきゅうの船上記載(ちきゅうオマーン2017)を行い,XCT(X線コンピュータ断層撮影)による深成岩で初めての撮影に成功したことをはじめとして,XRF画像,全岩物性測定,全岩化学組成,1500mすべてのコア記載,XRDによる鉱物同定,古地磁気測定,可視光ー近赤外波長解析など,将来のマントル掘削プロジェクトのための基礎データを多数取得することに成功した.この船上記載には,本研究課題に関係する研究者をはじめとして14カ国から71名の参加者があり,下船後の詳細な研究が進められている.分析班では,計画通りに水熱反応実験が開始された.このように,本研究課題の当初計画通り,海と陸の調査と室内実験が推進できる体制ができたことより順調に進展と評価したい.本研究課題は、海班、陸班、分析班の3班体制で実施している。海班は、7月に小笠原海溝の海底調査を実施した。小笠原海溝陸側斜面における超マフィック岩の分布を確認するため、潜水調査船しんかい6500による潜航調査を4回行った。結果として、水深6500mよりも浅部に超マフィック岩が確認され、地殻ーマントル境界が水深6000m付近に存在する可能性が高まった。さらに海亀海山と命名した父島東方の海底の高まりにおける潜航調査では超マフィック岩が大量に採取できただけでなく、海底付近で晶出したと考えられるアラゴナイト結晶を含む岩石試料が確認された。陸班は、清水港に停泊中だった地球深部探査船ちきゅうの分析ラボを7月15日から9月15日の2ヶ月間借りてアラビア半島オマーンオフィオライトの国際陸上科学掘削計画として実施されたオマーン掘削プロジェクトの掘削コア1500mを分析した。この分析には国内外から研究者と大学院生の総勢68名が参加して、X線CTなどの物性測定をはじめとして掘削コアの1次記載を行った。この研究成果は平成29年12月にアメリカ・ニューオーリンズで開催されたアメリカ地球物理連合秋季大会で特別セッションとして発表したほか、現在論文を準備中である。さらに平成29年11月から平成30年2月末までオマーンオフィオライトの第2期掘削を実施して、地殻ーマントル境界物質とマントル物質中で蛇紋岩化が進行した超マフィック岩の掘削コアを回収した。分析班は、かんらん岩内部や地殻岩石との境界において重要な元素移動と蛇紋岩化作用の関係を明らかにするために、斜長石ーかんらん石ー水系の1年にもおよぶ長期間の水熱反応実験を実施した。物質境界からの距離による組織の変化を詳細に解析し、斜長石近傍では蛇紋石集合体に顕著なAlの累帯構造が形成されること、それが2方向の置換反応で進行していることを明らかにした。2年目の平成29年度においては,地殻ーマントル境界の物質科学研究として海班,陸班,分析班ともに期待通りの成果を得ている.
微量一酸化窒素の安定同位体比測定による生成・消滅過程の解明

一酸化窒素(NO)は、微生物活動や燃焼過程などにより生成し、対流圏オゾン生成や窒素沈着に関わる重要な微量気体の一つである。窒素や酸素の安定同位体比がNOの生成・消滅に関わる反応経路の識別に有効な指標になりうることに着目し、簡便・迅速な高精度窒素・酸素同位体比測定法の開発を試みた。NOの生成過程の一つであるバイオマス燃焼について、草本、木本の複数の試料を用いて模擬実験を行い、得られたN2Oの濃度、同位体比測定結果をもとに、NOの生成・消滅過程を考察した。一酸化窒素(NO)は、微生物活動や燃焼過程などにより生成し、対流圏オゾン生成や窒素沈着に関わる重要な微量気体であるが、微生物による生成・放出過程には不明な点が多い。NOの窒素・酸素同位体比はこれらの各過程において起源物質の同位体比や反応の同位体効果を反映して特徴的な値をとることが予想され、反応経路の識別に有効な指標になると考えられる。本研究では、微生物起源の低濃度NOに適用可能な、高精度の窒素・酸素同位体比測定法を開発し、種々の生成・消滅過程について環境試料、室内模擬実験試料の測定を通してその複雑な機構を明らかにすることを目的としている。本年度は測定法の開発に着手した。NOを直接質量分析計に導入し、電子衝撃型イオン源で生成するNO+の質量分析を行うことにより窒素、酸素の同位体比を測定する。高純度NOガス、または高濃度のNO標準ガス(不活性ガスで希釈されたもの)をガスクロマトグラフ-質量分析計(GC-IRMS)に導入する実験を行い、NOの分離・生成条件や窒素同位体比の測定精度を検討した。高純度NOを100nmol以上導入した場合には精度1‰で窒素同位体比が測定可能であることが明らかになった。しかし低濃度希釈試料の場合には主成分とNOの分離・精製条件を改良したり、濃縮操作を行ったりする必要があることが示唆された。一酸化窒素(NO)は、硝化、脱窒などの微生物活動や燃焼過程などにより生成し、対流圏オゾン生成や窒素沈着に関わる重要な微量気体であるが、微生物による生成・放出過程には不明な点が多い。本研究では、微生物起源の低濃度NOにも適用可能な、高精度の窒素・酸素同位体比測定法を開発し、種々の生成・消滅過程について環境試料、室内模擬実験試料の測定を通してその複雑な機構を明らかにすることを目的としている。本年度はNOの標準試料の窒素・酸素同位体比を決定するとともに、測定法開発を前年度に引き続き行った。標準試料については、市販の高純度NOを精製した後、テスラ放電を利用してN_2とO_2に分解し、安定同位体比質量分析計にて窒素と酸素の同位体比を求めた。この試料を今後標準試料として用いる予定である。測定法については、種々のガス試料中のNOを濃縮するための前処理装置を作成し、まずN_2Oで予備実験を行った。NOの場合には低温濃縮に用いる吸着材を変更する必要があるので検討を行った。一方、NOの生成過程の一つである、バイオマス燃焼について草本、木本の複数の試料を用いて模擬実験を行い、得られたN_2Oの濃度、同位体比測定結果をもとにNOの生成・消滅過程を考察した。本年度はNOの標準試料の窒素・酸素同位体比を決定するとともに、前年度に引き続き測定法開発を行った。標準試料については、市販の高純度NOを精製した後、テスラ放電を利用してN2とO2に分解し、安定同位体比質量分析計にて窒素と酸素の同位体比を求めた。測定法については、種々のガス試料中のNOを濃縮するための前処理装置を作成し、まずN2Oで予備実験を行った。これをNOに適用するため、低温濃縮部など一部を改良した。ただし、実験に不可欠な高純度ヘリウムガスの供給が年度途中から不足したため、測定条件の最適化を計画通りに進めることができなかった。

一方、NOの生成過程の一つである、バイオマス燃焼について草本、木本の複数の試料を用いて模擬実験を行って得られたN2Oの濃度、同位体比測定結果をもとに、NOの生成・消滅過程を考察した。昨年度は震災の影響でこれまで連続運転していた質量分析計などの分析機器を停止した期間があり、再起動後にさまざまなトラブルが発生した。そのため実験が順調に進まなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。開発した方法を実際の環境試料に適用する場合、さまざまな妨害成分の影響が予想されるので、模擬試料などを用いて測定条件の最適化を行っていく予定である。
植物プランクトンの細胞の光吸収特性:光強度・光周期と栄養塩制限依存

3年度にあたる平成18年度には培養槽の大型化及び光強度の増加等の改良を加えた連続培養装置を利用して、過去2年間で充分に実験的に解明しきれなかった実験を行い、当初目的としていた(1)光強度、(2)光周期、及び(3)栄養塩制限に対する依存性をほぼ明らかにすることが以下のようにできた。(1)光強度の増加ととも植物プランクトン細胞の比吸光時性は減少すること(Kobashi et al. 2005,2007)、また、光強度により比吸光特性の日周移相が12時間ずれること(Ohieta1.2005)、(2)光周期において明期が長くなればなるほど、細胞のクロロフィルaあたりの比吸光特性は減少すること(Mizobuchi et al. 2005,2006a, b,2007,)、また、光強度により比吸光特性の日周位相が12時間ずれること(Ohi et al. 2005)、(3)植物プランクトンによる基礎生産量を支配している硝酸塩濃度:リン酸塩濃度比(N:P比)が減少すると比吸光特性が増加するプレミニシウム藻のIsochrysis galbanaの場合もあり、全くN:P比の変化に変動を示さない渦鞭毛藻Alexandriumtamarenseの場合もあるという、その対応が種によって異なることが明らかとなった(Leong and Taguchi 2004a,b,2005,2006; Kobashi et al. 2005,2007).これらの研究成果は、平成17年9月28-30日に仙台で開催された日本海洋学会秋季大会、平成17年12月6-7日に東京で開催された日仏ワークショップ、平成18年2月20-24日に米国ハワイのホノルルで開催された米国陸水海洋学会、平成18年3月27-29日に金沢人景で開催された日本海洋学春季大会、及び平成19年3月23-25日に東京で開催された日本海洋学会春季大会で発表した。これらの口頭発表とポスター発表を含めて計10件であった。現在、印刷され公表されたものは以下の10件であるが、投稿中の論文が2件ある。現有設備である連続培養装置を当研究計画に利用できるように培養槽の大型化及び光強度の増加等の改良を全て完了した。当初の目的のひとつであったクロロフィルa濃度あたりの比吸光係数と光の明暗周期との定量的関係は、明期8時間:暗期16時間、明期12時間:暗期12時間、明期16時間:暗期8時間、そして明期24時間:暗期0時間で明らかにした。この結果は当研究室の修士論文「Diel Variation in the Light Absorption and Physiological Chracterisitics of Phytoplankton in Respones to Daylength」としてまとめられた。また、二つ目の目的であった、クロロフィルa濃度あたりの比吸光係数と硝酸塩濃度との関係を明らかにするために、硝酸塩濃度:リン酸塩濃度を変化させて、N:P供給比との関係を明らかにする実験を行った。この結果は当研究室の卒業論文「Diel Cycle in Carbon to Chlorophyll

a Ratio of Marine Phytoplankton Isochrysisgalbana in Response to Nitrate Concentration」の一部としてまとめられた。これらの研究成果は平成17年9月28-30日に仙台で開催された日本海洋学会秋季大会、平成17年12月6-7日に東京で開催された日仏ワークショップ、平成18年2月20-24日に米国ハワイのホノルルで開催された米国陸水海洋学会、及び平成18年3月16日に東京で開催された水産庁水産研究所と宇宙開発機構との共同研究の報告会で発表した。また平成18年27-29日に金沢八景で開催された日本海洋学会春季大会で発表した。これらの口頭発表とポスター発表を含めて、計6件であった。3年度にあたる平成18年度には培養槽の大型化及び光強度の増加等の改良を加えた連続培養装置を利用して、過去2年間で充分に実験的に解明しきれなかった実験を行い、当初目的としていた(1)光強度、(2)光周期、及び(3)栄養塩制限に対する依存性をほぼ明らかにすることが以下のようにできた。(1)光強度の増加ととも植物プランクトン細胞の比吸光時性は減少すること(Kobashi et al.,2005,2007)、また、光強度により比吸光特性の日周移相が12時間ずれること(Ohi et al.,2005)、(2)光周期において明期が長くなればなるほど、細胞のクロロフィルaあたりの比吸光特性は減少すること(Mizobuchi et al.,2005,2006a, b,2007,)、また、光強度により比吸光特性の日周移相が12時間ずれること(Ohi et al.,2005)、(3)植物プランクトンによる基礎生産量を支配している硝酸塩濃度:リン酸塩濃度比(N : P比)が減少すると比吸光特性が増加するプレミニシウム藻のIsochrysis galbanaの場合もあり、全くN : P比の変化に変動を示さない渦鞭毛藻Alexandriumtamarenseの場合もあるという、その対応が種によって異なることが明らかとなった(Leong and Taguchi 2004a,b,2005,2006; Kobashi et al.,2005,2007).これらの研究成果は、平成17年9月28-30日に仙台で開催された日本海洋学会秋季大会、平成17年12月6-7日に東京で開催された日仏ワークショップ、平成18年2月20-24日に米国ハワイのホノルルで開催された米国陸水海洋学会、平成18年3月27-29日に金沢八景で開催された日本海洋学春季大会、及び平成19年3月23-25日に東京で開催された日本海洋学会春季大会で発表した。これらの口頭発表とポスター発表を含めて計10件であった。現在、印刷され公表されたものは以下の4件であるが、投稿中の論文が2件ある。