hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アメリカ優生学運動の世界史的考察

この第四期におけるドイツの科学者とアメリカの優生学者及び優生学団体との関係については、2014年3月のアメリカ哲学協会および議会図書館での史料調査により、その交流、組織内部での意見対立、内部崩壊の過程の詳細が解明された。世界史的に優生学がナチスの諸計画によりいかなる変質を迫られたのか、その総括をするにはさらなるドイツ側の調査、国際優生学運動の検証が必要になるが、第一期から第四期までの研究成果を総括して、アメリカ優生学運動の世界史的意義については多くの知見を得ることができた。第二次世界大戦の終焉から冷戦初期にかけて息を吹き返し、したたかにアメリカ社会で生き延びていった優生学者らの活動も調査により明らかになり、鍵となるハリー・ラフリンら彼らが誕生させた「結婚カウンセリング(marriage counseling)」や戦後もアメリカ社会で実践された断種の実態など、新たな課題もみえてきた。4年間の研究プロジェクトの3年目にあたる2012年度は、研究遂行上、必須となるアメリカの主要な優生学者・優生学施設に関する史料を収集するとともに、分析対象となるイギリス・ドイツ・日本など各国の優生学運動のデータ集めを引き続き進めた。具体的には本年は、アメリカ優生学運動の四局面の検証作業のうち、第三期のアメリカ優生学運動の成熟期(1920年代1934年)を重点的に検証した。第二回国際優生学会議がアメリカで開かれるなど第一次世界大戦後には、国際的な優生学運動を牽引する立場にたったアメリカが、国内では優生立法を制度化し、断種手術の数を急増させていく同時代の実態を実証的に考察し、あわせてこのアメリカにおける優生学運動がヨーロッパ、とりわけナチス・ドイツの社会政策にいかなる影響を与えたのかを考察した。そのため、2013年3月に海外調査を実施し、アメリカのニューヨークとフィラデルフィアの文書館に所蔵されている史資料を使って、1)1921年の第二回国際優生学会議と1932年の第三回国際優生学会議(いずれもニューヨーク開催)の詳細分析、2)1924年移民法の政策決定過程における優生学者の役割について、3)各州における優生学断種の実態分析、4)アメリカの優生学者とドイツ優生学者の人的交流史、5)ナチス・ドイツ政権誕生によるアメリカ優生学団体内部における軋轢(一部)、などを中心的課題にすえて分析を行った。4年間の本プロジェクトでは、アメリカの優生学運動を4つの時代に区分し、毎年一区分を重点的に検証する予定で研究を遂行しているが、二年目の平成23年度で第2期までの歴史を予定どおり検証することができたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。アメリカ優生学運動を四期に分けて検証する計画は、予定通り、三期目までの分析をほぼ終えた。しかし、史料収集しそれを分析するなかで、まだカリフォルニアの断種事例の分析に必要な資料調査がカリフォルニア州で実施できていないこと、それから国際的な優生学運動を射程に入れるなかで、どうしても戦間期のドイツ側の史料を収集する必要もでてきており、これらをどう克服するかが課題となっている。本研究課題でカバーする予定の第二次世界大戦終了時までの時期については、あと二年間の研究でカバーすることが可能である。しかし、アメリカの優生学運動は実際には第二次世界大戦後の冷戦期にも新たな展開を見せ、国内では家族計画ないし遺伝学として、またアジア・アフリカなど海外へも人口政策として継承されていくことになるので、この研究プロジェクトに継続して1945年以降、現在に至るまでのアメリカ優生学運動の歴史について検証するプロジェクトが必要となる可能性がでてきている。これへの対応策としては、新規に科研申請することで対応したい。
単分子感熱発色色素の開発と画像形成用分子材料への応用

本研究では,感熱色素(フルオラン系化合物)の分子骨格に,加熱時のみ酸性官能基(フェノール基)を発生する部位を組み込んだ真の意味での感熱色素(単分子感熱発色色素)を開発し,今まで使用が不可能であった分野での画像形成用分子材料としての可能性を検討した.以下に本研究で得られた成果を記す.1カラーバリエーションのための単分子感熱発色色素の分子設計と合成を行った.2種々の単分子感熱発色色素の合成ルートを大量合成に向けて改良した.3単分子感熱発色色素を用いた試験的な記録紙の作成を行った.4単分子感熱発色色素(発色前,後)のX線結晶構造解析を行った.5種々の単分子感熱発色色素のスペクトル特性等,その機能を詳細に検討した.6光に対して応答する単分子感光発色色素の分子設計と合成を検討した.本研究では,感熱色素(フルオラン系化合物)の分子骨格に,加熱時のみ酸性官能基(フェノール基)を発生する部位を組み込んだ真の意味での感熱色素(単分子感熱発色色素)を開発し,今まで使用が不可能であった分野での画像形成用分子材料としての可能性を検討した.以下に本研究で得られた成果を記す.1カラーバリエーションのための単分子感熱発色色素の分子設計と合成を行った.2種々の単分子感熱発色色素の合成ルートを大量合成に向けて改良した.3単分子感熱発色色素を用いた試験的な記録紙の作成を行った.4単分子感熱発色色素(発色前,後)のX線結晶構造解析を行った.5種々の単分子感熱発色色素のスペクトル特性等,その機能を詳細に検討した.6光に対して応答する単分子感光発色色素の分子設計と合成を検討した.本申請者らは、分子内にアリルオキシ基とアミノ基を有する最も基本的なフルオラン系色素を合成し、この化合物において、加熱時クライゼン転位に続く開環発色が進行すること、並びに、ポリマーフィルム中でのこの単分子感熱発色色素の試験的な材料化に成功した(図1)。以下に、具体的な成果を述べる。1.単分子感熱発色色素の分子設計をPPPMO法を用いて行った。2.設計された分子の合成ルートを確立した。3.合成ルートを大量合成に向けて改良した。4.単分子感熱発色色素(発色前)のX線結晶構造解析に成功した。5.単分子感熱発色色素のスペクトル特性等、その機能を評価した。既に本申請者らは、分子内にアリルオキシ基とアミノ基を有する最も基本的なフルオラン系色素を合成し、この化合物において、加熱時クライゼン転位に続く開環発色が進行すること、並びに、ポリマーフィルム中でのこの単分子感熱発色色素の試験的な材料化に成功した(図1)。以下に今年度の具体的な成果を述べる。1.カラーバリエーションのための分子設計を行った。4.単分子感熱発色色素(発色後)のX線結晶構造解析に成功した。5.種々の色調をもつ単分子感熱発色色素のスペクトル特性等、その機能を評価した。本研究では,感熱色素(フルオラン系化合物)の分子骨格に,加熱時のみ酸性官能基(フェノール基)を発生する部位を組み込んだ真の意味での感熱色素(単分子感熱発色色素)を開発し,今まで使用が不可能であった分野での画像形成用分子材料としての可能性を検討した.以下に本研究で得られた成果を記す.1カラーバリエーションのための単分子感熱発色色素の分子設計と合成を行った.2種々の単分子感熱発色色素の合成ルートを大量合成に向けて改良した.3単分子感熱発色色素を用いた試験的な記録紙の作成を行った.4単分子感熱発色色素(発色前,後)のX線結晶構造解析を行った.5種々の単分子感熱発色色素のスペクトル特性等,その機能を詳細に検討した.6光に対して応答する単分子感光発色色素の分子設計と合成を検討した.
骨芽細胞の分化を制御する新規EGFリピート分子のクローニングと機能解析

骨芽細胞は、脂肪細胞、軟骨細胞、筋細胞などと共通の未分化な間葉系細胞から分化することが知られているが、細胞分化の振り分けや詳細な分化制御メカニズムについては明らかにされていない。近年、上皮成長因子(Epidermal Growth Factor,EGF)の繰り返し配列(EGF-リピート)を持つ分子群が細胞分化や組織形成の制御分子として注目されている。代表的な物としてショウジョウバエなどの無脊椎動物で最初に発見されたNotchとそのリガンド分子などがある。骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1細胞においてはNotch1とNotch2が発現している事がノーザンブロッティングによって示された。MC3T3-E1細胞で、Notchの活性ドメインを強制発現させたところ、HES-1プロモーター活性の上昇、オステオカルシンの一時的な発現抑制と、著明な石灰化結節の形成促進が観察された。また、未分化間葉系細胞であるC3H10T1/2では、脂肪細胞分化の抑制と骨芽細胞分化の促進が見られた。我々は既にEGF-リピート構造に共通に見られる配列から作製されたDegenerated primerセット(キリンビール、宮谷精二先生より供与)を利用して、MC3T3-E1細胞から新規のEGF-リピート分子、OB-9をクローニングしている。OB-9のN末端には、Notchのリガンド分子に共通して見られるDSLドメインと相同性を持った領域が存在することから、骨芽細胞に発現するNotch分子と結合して、その働きを調節している可能性が考えられる。代表的な物としてショウジョウバエなどの無脊椎動物で最初に発見されたNotchとそのリガンド分子による分化振り分けメカニズムなどがある。最近では、脊椎動物でもNotchやそのリガンドが発見され注目を浴びている。さらに、Pref-1やDel-1と呼ばれる比較的小型のEGF-リピート分子がそれぞれ脂肪細胞、血管内皮細胞の分化を抑制することが報告された。我々は、これらのEGF-リピート構造に共通に見られる配列から作製されたDegeneratedprimerセット(キリンビール、宮谷精二先生より供与)を利用して、骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1細胞から新規のEGF-リピート分子、OB-9のクローニングに成功した。その一次構造から、OB-9は5つのEGFドメインを持つ分泌タンパク質であることが予想された。EGF-リピートの下流にはプロリンに富んだドメインとRGD細胞接着配列が存在し、細胞接着因子である可能性も示唆された。そこで、大腸菌を使い、RGD配列を含む部分のリコンビナントタンパク質を作製したところ、MC3T3-E1細胞に対する細胞接着活性を確認することができた。今後、EGF-リピート部分についても機能解析を進める予定である。
統計情報と言語的制約情報の融合に関する研究

電子化された言語データの増加に伴い、統計的言話処理が盛んに研究されているが、多くは表面的な言語処理が対象であり、詳細な意味解析など深い言語処理を行うには適切でない。一方で、主辞駆動句構造文法に代表される制約に基づく文法では、個々の単語に詳細な言語情報を記述し、単語固有の文法現象を説明することができるが、制約に合致する文の間の解釈の優先度の違いを説明できないこと、制約に少しでも違反する文の解析を行うことができないなどの欠点がある。本研究では、これら両者の欠点を補うため、高精度の単語係り受け解析を統計情報に基づく頑健な方法で実現し、得られた統語構造を利用して、制約に基づく文法による詳細な解析を行うことを目的とした。その際、制約違反を緩和するために、生成語彙理論で導入されたタイプ強制や共構成という演算を実装するためのソフトウェアシステムとインタフェースを構築した。係り受け解析については、サポートベクターマシンという機械学習を用い、上昇型に決定的に解析を行うアルゴリズムを提案し、日本語および英語の解析システムを構築した。制約に基づく文法として、主辞駆動句構造文法に基づく日本語文法を引き続き開発するとともに、タイプ強制と共構成という高次の生成演算を行うメカニズムを実装した。また、統計解析および文法情報を受け取って、文解析を行い、その過程を表示するためのユーザインタフェースを構築した。統計的な言語解析と制約に基づく文法の融合を目指し、本年度は、それぞれの手法の開発を中心に行った。統計的言語解析においては、Support Vector Machine(SVM)という学習アルゴリズムに基づいて高精度の係り受け解析が可能なシステムを開発した。日本語の文節同士の係り受けのしやすさをSVMによって学習し、その結果を擬似的な確率値に変換することにより、従来法である確率モデルを利用する解析法を示した。さらに、文節間の係り受けのしやすさを直接用いることにより、単純な係り受け解析の段階適用により、効率よく精度も高い解析その結果、従来のどの統計的係り受け解析よりも精度の高い手法を提案することができた。また、制約に基づく文法については、主辞駆動句構造文法(HPSG)に基づく実用的な日本語文法の開発を目指して、いくつかの言語現象について検討し、実現のための手法を提案した。具体的には、次の3点について研究を行った。(1)日本語の格助詞の取り扱いについて網羅的な現象の調査を行い、格助詞を伴う様々な表現が処理可能な統一的な枠組みを提案した。(2)日本語のサ変名詞およびそれを用言化する機能動詞「する」の取り扱いについて考察し、基本的な語彙記述を与えることによって現象の説明ができることを示した。(3)日本語の複文構造について研究し、複文の接続表現とテンスやアスペクトなど動詞の有限性の記述との間の関係を記述する方法を提案し、それによって、複文における統語構造の曖昧性の問題を自然に解消する枠組みの提案を行った。近年進展が見られる統計的言語処理は、頑健な言語処理を達成するものの、複雑で細かい言語処理を行うには不適切である。一方、主辞句構造文法に代表される制約に基づく言語処理では、個々の語にまつわる細かい現象を適切に説明する機構をもつ反面、制約に違反する文をすべて非文として排除してしまう一方で、制約に合致する範囲では可能な大量の解析結果を出力するといった脆弱さが欠点としてあった。これらの両極端の処理をうまく融合することにより、頑健かつ様々な制約を満たした解析結果を得るための枠組みについて研究を行った。本年度は、統計的な言語処理としては、形態素解析、句レベルのまとめ上げ処理、係り受け解析に対して、機械学習に基づく精度の高いシステムの構築を行った。特にサポートベクターマシンという学習手法の適用について研究し、上記のどの処理においても、これまでで最も精度の高い解析手法を実現した。制約的言語処理においては、特に述語表現について詳細化を行い、日本語文法の拡張を行った。また、主辞句構造文法では辞書に登録すべき単語の記述が文法開発に対応するが、それを一貫性をもって開発することが難しい。そこで、利用者の辞書構築を支援するためのインターフェースの設計を行い、部分的に実装を行った。

電子化された言語データの増加に伴い、統計的言語処理が盛んに研究されているが、多くは表面的な言語処理が対象であり、詳細な意味解析など深い言語処理を行うには適切でない。一方で、主辞駆動句構造文法に代表される制約に基づく文法では、個々の単語に詳細な言語情報を記述し、単語固有の文法現象を説明することができるが、制約に合致する文の間の解釈の優先度の違いを説明できないこと、制約に少しでも違反する文の解析を行うことができないなどの欠点がある。本研究では、これら両者の欠点を補うため、高精度の単語係り受け解析を統計情報に基づく頑健な方法で実現し、得られた統語構造を利用して、制約に基づく文法による詳細な解析を行うことを目的とし、その際、制約違反を緩和するために、生成語彙理論で導入されたタイプ強制や共構成という演算を実装するためのソフトウェアシステムとインタフェースを構築した。係り受け解析については、サポートベクターマシンという機械学習を用い、上昇型に決定的に解析を行うアルゴリズムを提案し、日本語および英語の解析システムを構築した。制約に基づく文法として、主辞駆動句構造文法に基づく日本語文法を引き続き開発するとともに、タイプ強制と共構成という高次の生成演算を行うメカニズムを実装した。また、統計解析および文法情報を受け取って、文解析を行い、その過程を表示するためのユーザインタフェースを構築した。
イネのフィトアレキシン生合成に関与するジテルペン環化酵素及び遺伝子の特徴付け

本研究では、イネのジテルペン系フィトアレキシン(モミラクトン、フィトカサン、オリサレキシン等)の生合成に関与するジテルペン環化酵素遺伝子OsCPS2、OsCPS4、OsKSL4、OsKSL7、OsKSL8、OsKSL1Oについて以下の特徴付けを行った。(1)発現制御:OsCPS2、OsCPS4、OsKSL4、OsKSL7、OsKSL8の発現量は地上部よりも根で高かった。また、イネのモミの出穂直後から開花期にかけてOsCPS2、OsCPS4、OsKSL4、OsKSL7の発現量は著しく増加した。(2)ホモログの探索:イネゲノムに存在するホモログOsKSL5とOsKSL6は、ent-pimara-8,15-diene合成酵素とent-kaur-15-ene合成酵素をそれぞれコードした。また、他のイネ科植物であるコムギにもイネと同様にCPSホモログが複数存在することが明らかになった。(3)病害抵抗性との関連:いもち病が罹病した葉で6種の遺伝子の発現量は全て増加した。目的遺伝子のTos17挿入ノックアウト体の探索とRNAiノックダウン体の作出を試みたが、目的変異体は得ることができなかった。(4)OsCPS2とジベレリン生合成に関与するOsCPS1との比較:OsCPS1欠損突然変異体はジベレリン欠損矮性の表現型を示すが、OsCPS2をアクチンプロモーター配下で異所性発現させるとその表現型は野生型までほぼ回復した。また、OsCPS1とOsCPS2は基本的な酵素学的性質はほとんど同じであったが、基質による阻害あるいはAMO-1618による阻害においてOsCPS2の方が阻害度は低かった。我々はイネのジテルペン系フィトアレキシン生合成に関与する環化酵素遺伝子は全6種についてcDNAクローニングに成功している(OsCyc1/OsCPS4、OsCyc2/OsCPS2、OsKS4、OsDTC1/OsKS7、OsDTC2/OsKS8、OsKS10)が、それ以外にもイネゲノムデータベース上の存在するジテルペン環化酵素遺伝子は存在する。その中の発現が確認されていた遺伝子のうちOsKSは偽遺伝子であり、OsKS5とOsKS6はそれぞれent-pimara-8(14),15-diene合成酵素、ent-kaur-15-ene合成酵素をコードすることを示し、全遺伝子の解析が終了した。この結果はジベレリンやフィトアレキシン生合成環化酵素還伝子には機能重複がないことを示唆した。また、GFPをマーカーとした実験によりフィトアレキシン生合成環化酵素6種とジベレリン生合成環化酵素2種(OsCPS1、OsKS1)は細胞内において全て色素体に移行される可能性も示した。また、ent-CDP合成酵素をコードするOsCPS1が機能喪失したジベレリン欠損突然変異体にそれと同じ触媒能を有する酵素をコードするOsCyc2/OsCPS2を過剰発現させたところ、極矮の形質は部分的に回復し、矮性形質になった。このことは、ジベレリンあるいはフィトアレキシンの生合成に関与するOsCPS1とOsCyc2/OsCPS2は細胞生物学的・生化学的に異なる性質を有する可能性を示した。またOsCyc1/OsCPS4が欠損したTos17挿入突然変異体を1種見出した。

これら組換え体と突然変異体の次世代種子を入手できたので来年度のそれらを用いてさらに追究する。我々は、イネ(Oryza sativa)においてジベレリン生合成に関与するOsCPS1とOsKS1以外にもフィトアレキシン生合成に関与するジテルペン環化酵素遺伝子をB型で2種(OsCPS2、OsCPS4)、A型で4種(OsKS4、OsKS7、PsKS8、OsKS10)、特定したが、これらのホモログはシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)には存在しない。そこで、進化的な見地から、同じイネ科植物のコムギ(Triticum aestivum)について同ホモログを探索したところ、B型、A型ともに3種ずつのパラログが存在した。B型についてはTaCPS13全てはent-CDP合成酵素をコードしたが、発現解析と系統樹分析によるとTaCPS3はジベレリン生合成に関与し、他の2種はOsCPS2とOsCPS4のホモログではあるものの、オーソログとは考えられなかった。A型については、TaKS1の組換え酵素はsyn-CDPを9β-pimara-7,15-diene様物質に変換し、モミラクトン生合成遺伝子OsKS4のホモログと考えられた。以上の結果により、イネのフィトアレキシン生合成に関与する環化酵素遺伝子の先祖遺伝子は少なくともイネ科植物には存在することが示唆された。さらに、我々は、イネのジテルペン系フィトアレキシンの生理的・病理的役割を追究するために、OsCPS2、OsCPS4、OsCPS2+4、OsKS4、OsKS7をRNAiによりノックダウンするためのプラスミドを構築し、イネの培養細胞に導入した。今後は、ノックダウン体の特徴付けを行う予定である。イネのジテルペン系フィトアレキシン生合成に関与する環化酵素遺伝子6種の発現解析とフィトアレキシン(代表例としてモミラクトンとフィトカサン)の定量分析により、イネの芽生えの根においてモミラクトンとフィトカサンは根で生合成され、根より分泌される可能性を示した。また、イネのent-コパリル2リン酸合成酵素遺伝子には、ジベレリン生合成に関与するOsCPS1とフィトアレキシン生合成に関与するOsCPS2が存在するが、それらの組換え酵素を用いて酵素学的な特徴付けを行ったところ、指摘温度、指摘pH、Km値など基本的性質はほとんど同じだったが、基質GGDPによる阻害度はOsCPS1よりもOsCPS2の方が低く、また、ジベレリン生合成阻害剤AMO-1618は、OsCPS1の活性は著しく阻害したが、OsCPS2はほとんど阻害されず、この2点についてそれらは異なる性質を示した。さらに、tos17挿入ミュータントパネルよりOsCPS4のノックアウト候補のT1種子をとりよせ、T4まで継代させつつノックアウト体を探索したが、ヘテロ変異体しか得られなかった。このヘテロ体ではOsCPS4の遺伝子発現量は野生型よりも半減していた。また、OsCPS2、OsCPS4、OsKSL4、OsKSL7についてRNAi株を作成し、まず1ラインずつについてそれぞれ目的の遺伝子の発現量を調べたところ、野生型と比較しても著しいノックダウン体は得られなかった。それ以外のラインの発現解析を行い、ノックダウン体を探索する予定である。
ナノ界面の電子状態制御による熱エネルギー伝達機構の分子論的解析

ナノスケールで初めて発現する界面特有の濡れ性は電子物性変化に由来するため、電子状態理論に立脚したアプローチが必要である。本研究では、ナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、non-BO量子論に基づく計算プログラムを開発した。またグラフェンー水ナノ液滴からなるモデル構造を作成し、均一、不均一水素結合ネットワーク構造、および伝熱に関連するパラメータとして水の振動数を解析した。また、電場を印加した下での電子状態計算にも取り組み、グラフェン界面近傍の水との相互作用が変化することで異なる水素結合構造を形成することが分かった。本研究ではナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、平成25年度は以下の3点について取り組んだ。A.新規計算手法の開発に向けて、本研究ではnon-BO量子論に基づく計算プログラムを開発し、実用的な計算に向けた並列化処理を行った。計算プログラムとして量子化学計算用GAMESSを取り上げ、non-BO量子論を実装した。開発したプログラムの並列計算を可能にし、実装前のGAMESSと同程度の並列化効率が得られていることを確認した。B.グラフェン上での水の安定構造や配向に関する基礎的な知見を得るために基本的な芳香族化合物に対する超高分解能レーザー分光測定を行った。分子科学研究所にてベンゼンについて超音速ジェットと波長可変パルスレーザーを用いた高分解能スペクトルを測定した。今回の測定でベンゼンの分子構造を精密に測定することができた。C.本研究で取り扱うナノ液滴構造を構築するために、1,2,3,5nmサイズの水滴構造をモデリングした。特に水分子100個からなる2nmの水の液滴構造についてはアインシュタインの関係式から水の拡散係数を算出した。またイオン状態での拡散性の違いを解析するためにOH-存在下でのナノ液滴の拡散挙動を計算した。水素結合構造の動径分布関数を評価したところ、OH-存在下の場合水素結合構造の乱れが大きいことが明らかになった。本研究ではナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、平成26年度は以下の3点について取り組んだ。A.新規計算手法の開発に向けて、本研究ではnon-BO量子論に基づく計算プログラムの開発に取り組んだ。また外場の影響を考慮可能とするためのプログラムの開発にも取り組んだ。さらに開発したプログラムの並列計算を可能とするためにGAMESSの並列化計算部分に関係するDDIの一部の改良を行った。新規計算手法実装前のGAMESSと比較すると開発プログラムは同程度の並列化効率が得られていることを確認した。し、実用的な計算に向けた並列化処理を行ったB.グラフェン上での水の安定構造や配向に関する基礎的な知見を得るために基本的な芳香族化合物に対する超高分解能レーザー分光測定を行った。グラフェンモデル構造と水分子の相互作用構造の詳細を理解するために、水クラスターの構造と相互作用エネルギーについて解析した。濡れ性へ与える影響が分子スケールで解析可能となり、水分子の増加とともにグラフェン-水と水分子間の相互作用強度が変化していった。また外場として電場の影響を考慮し濡れ性に与える影響について解析した。本研究ではナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、平成27年度は以下の3点について取り組んだ。A.新規計算手法の開発に向けて、本研究ではnon-BO量子論に基づく計算プログラムを開発に取り組んだ。特に本年度は非制限Hartree-Fock(UHF)法によるエネルギー計算とエネルギー微分の実装に取り組んだ。これまでは電子数が偶数で多重度が1の場合の制限付Hatree-Fock(RHF)のみであったが本手法によりラジカルや高多重度系といった複雑な電子状態計算が可能となった。さらに計算量が増加すると以上終了する問題を解決し、大規模計算を実行可能なプログラム環境を整えることができた。B.グラフェン上での水の安定構造や配向に関する基礎的な知見を得るために基本的な芳香族化合物に対する超高分解能レーザー分光測定結果に基づき高精度電子状態計算を行った。実験と計算結果を比較し問題の抽出を行った。C.本研究で取り扱うナノ液滴構造を構築するために、1,2,3 nmサイズの水滴構造の構造最適化計算を行った。さらに最適化した水のナノ液滴の半球モデルをグラフェン上に配置したモデル構造を作成した。界面での相互作用が濡れ性へ与える影響を分子スケールで解析するために、不均一水素結合構造と分子振動の関係性を解析した。ナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、本研究では、A. non-BOダイナミクス手法の開発、B.ナノ界面実構造の高精度測定、C.ナノ界面の電子状態解析、の課題に取り組んでいる。

平成27年度、Aについては計算プログラムの修正を行い大規模計算に向けた実装に成功した。また複雑な電子状態計算にも対応可能なUHF計算プログラムへの拡張を行った。Bについてはベンゼンについての測定と計算結果の比較から問題の抽出に成功した。ベンゼンと水分子の詳細な実験データと計算結果を比較することで、界面構造の解析に役立てていく。Cについてはナノ液滴の構造的特徴を抽出することに成功し、当初の予想よりも進捗が見られた。グラフェンと水のナノ液滴のモデル構造を作成し、電子状態計算にも成功した。以上の観点から総合的にみると、研究はおおむね順調に進展している。ナノスケールで初めて発現する界面特有の濡れ性は電子物性変化に由来するため、電子状態理論に立脚したアプローチが必要である。本研究ではナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、平成28年度は以下の2点について取り組んだ。1.新規計算手法の開発に向けて、本研究ではnon-BO量子論に基づく計算プログラムを開発に取り組んだ。計算プログラムとして量子化学計算用GAMESSを取り上げ、non-BO量子論を実装した。特に本年度は基底関数が500を越えると異常終了する問題を解決した。これにより、大規模計算を実行可能なプログラム環境を整備することが出来た。2.これまでに得られた水クラスターとグラフェンモデル構造に基づき、2.5nmサイズの水のナノ液滴と4nm2のグラフェンモデルからなるモデル構造を作成した。構造最適化の後、ナノ液滴モデル内部とグラフェンー水および気液界面近傍で形成される均一、不均一水素結合ネットワーク構造を解析した。水素結合長さや電荷分布などに違いが見られ、グラフェンの濡れ性と水素結合ネットワークの関係性を明らかにした。また、グラフェンの垂直方向に対して正、負の電場を印加し、電子状態変化による水素結合ネットワーク構造の違いを解析した。本研究では、ナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、non-BO量子論に基づく計算プログラムを開発した。またグラフェンー水ナノ液滴からなるモデル構造を作成し、均一、不均一水素結合ネットワーク構造、および伝熱に関連するパラメータとして水の振動数を解析した。また、電場を印加した下での電子状態計算にも取り組み、グラフェン界面近傍の水との相互作用が変化することで異なる水素結合構造を形成することが分かった。ナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、本研究では、A. non-BOダイナミクス手法の開発、B.ナノ界面実構造の高精度測定、C.ナノ界面の電子状態解析、の課題に取り組んでいる。
新規摂食促進関連ペプチドの基礎的、応用学的研究

一昨年、児島らはラットおよび人の胃から、成長ホルモンセクレタゴーグ(GHS)の内因性リガンドとして28個のアミノ酸からなるghrelinを同定した。このghrelinは3位のセリン残基がオクタノイル化した極めてまれなペプチドでin vivo, in vitroで下垂体から成長ホルモン(GH)の分泌を促進する。著者らはこのghrelinに強力な摂食促進作用、胃酸分泌促進作用が存在することを先に報告した。本研究では、ラットの新生児におけるghrelinの生理作用の解明を行い、次いで、ghrelinの産業動物への有用性を確かめるために、和牛を用いて成長ホルモン分泌作用の有無とghrelinの血中濃度を検討した。免疫組織化学により、'妊娠後期の胎児の胃粘膜では、非常に少ないとは言え、ghrelinの免疫陽性細胞が既に存在した。Ghrelin陽性細胞数は、出生直後から徐々に増加した。Ghrelin陽性細胞は、1週齢のラットでは酸分泌腺の底部において豊富であり、35週齢では、胃腺の頚部から底部に広く分布した。胃のghrelinレベルは、1週齢から5週齢まで直線的に増加し、その後一定になった。8時間のミルク制限によって胃のghrelin血濃度は有意に減少した。一方、血漿中のghrelinは逆に増加した。新生児に毎日ghrelinを連続投与すると、体重の著しい増加なしで、膣開口日を有意に促進した。さらに妊娠ラットに分娩前5日間ghrelinを連日投与すると、投与量依存的に出世時の新生児体重を増加させた。弱齢和牛においてghrelinは有意に成長ホルモンの濃度を上昇させた。また成牛において、給餌直前と給餌後の血中ghrelinを比較すると、食事前は高い値を示し、食事1時間後には一旦低下し、その後時間とともに増加することが認められた。以上の結果、ghrelinは胎児の成長に重要な役割を果たしており、また、牛の摂食にも関係していたことから、今後、家畜生産への利用が充分可能であると推察された。[目的]:一昨年、成長ホルモン(GH)分泌刺激物質受容体の内在性リガンドとして、ラットの胃から28アミノ酸残基からなる新たなペプチド、ghrelinが単離された。我々はこのghrelinが摂食機構、GH分泌および胃酸分泌に関与していることを先に報告した(Nature 409:194-,2001;Biochem. Biophys. Res. Commun275:477-,2000)。今回、ghrelinが生後どの時期から胃に発現するのか?また新生児におけるghrelinの生理的役割を検討した。[方法・結果]:胎児18?20日齢および新生児の胃を摘出し、グレリンN端部に対する自家抗体を用いて免疫染色を行い、ghrelin陽性細胞を検索した。その結果、胎児18日齢において極めて小数であるがghrelin細胞を認めた。その数は生後、週齢が進むにつれて著しく増加し、広範囲に認められるようになった。次に、1、3週齢の新生児にghrelinの単一皮下投与を行い、15分後の血中GHを測定した結果、有意な分泌促進が認められた。さらに新生児に毎日ghrelinを皮下投与した結果、ghrelinは開眼あるいは膣開口までの日数の短縮をもたらした。[考察]:ghrelinの生産が妊娠末期の胎児の胃で認められたことは、ghrelinが胎児の成長に関係している可能性を示唆している。新生児では、ミルクの制限によりghrelin分泌量が変化することを先に報告したが、今回の新生児におけるGH分泌促進効果や、膣開口日の短縮などは、新生児の胃のghrelinがミルクの摂取の他に、成長や思春期到来においても関与している可能性を示唆している。

また成牛において、給餌直前と給餌後の血中ghrelinを比較すると、食事前は高い値を示し、食事1時間後には一旦低下し、その後時間とともに増加することが認められた。以上の結果、ghrelinは胎児の成長に重要な役割を果たしており、また、牛の摂食にも関係していたことから、今後、家畜生産への利用が充分可能であると推察された。
交通エネルギー負荷の少ない都市・土地利用のあり方に関する研究

本研究では交通エネルギーと都市・土地利用の関連性に着目し、その因果関係を明らかにすることを目的として研究を行った。特に、どのような土地利用パターンの配置が、交通エネルギー負荷を低減に寄与するかについて、東京都市圈及び地方中核都市を対象に実証的に比較分析を行った。○首都圏における土地利用特性と交通エネルギー消費東京都市圏を対象に、大ゾーンレベルで交通エネルギー消費の現状を算出した。その結果、一人当たりのエネルギー消費量は全国の6124kcal/人に対して東京都市圏は5214kcal/人と良好な結果を示した。また、都市構造の変化に伴うエネルギー消費のシミュレーションでは職住近接施策の効果が高いことがわかった。○地方都市における土地利用と交通エネルギー消費宇都宮市を対象に、エネルギー負荷の少ない交通機関として公共交通に着目し、これを促進させる土地利用分布について検討を行った。その結果、都心部の育成、公共交通サービス水準の高い地域の開発が公共交通利用を増大させ、強いては都市全体のエネルギー負荷を低減させることがわかった。同量の都市開発を郊外部と都心部で行った場合、新規需要の公共交通分担率が都心部の方が郊外部より2倍から3倍高いとの試算結果を得た。総じて、交通エネルギー負荷の少ない都市とは、(1)通勤通学等のトリップ長が短い都市(コンパクトシティ)、(2)公共交通が利用できるような中高密居住の都市があげられる。これらの都市の実現には都市成長管理を含めた中長期的な総合施策が必要である。
ナノ構造情報に基づく単結晶酸化物ナノワイヤの材料創製

本提案研究では、地球上に豊富に存在する金属酸化物から構成される単結晶ナノワイヤの表面・界面に関するナノ構造情報を“情報科学のメス"を介して初めて抽出し、材料設計へと展開することにより新しい電子伝導機能を実証することを目的とする。金属酸化物から構成される単結晶ナノワイヤは、粒界を介することなく外部と電気的に接続可能なその特徴的なナノ空間構造や外界との反応場としての巨大な比表面積を有し、且つ水や大気との相性が本質的に良いことから、エネルギー変換等の様々な応用展開が期待されている。しかし、表面・界面におけるナノ構造情報に関する理解が乏しいために、酸化物ナノワイヤを材料設計することは未だ困難な状況にある。本研究では、この本質的な問題を本新学術領域内でナノワイヤ表面・界面のナノ構造情報を情報科学のメスを介して理解・制御することにより克服し、単結晶酸化物ナノワイヤの新しい酸化還元反応界面と電子伝導機能を創出する。本課題では、申請者がこれまでに構築した単結晶ナノワイヤ形成法とin-situヘテロ界面形成法を拡張し、本学術領域内で情報科学のメスを介してナノワイヤの表面・界面に関するナノ構造情報を抽出・制御することを狙いとしている。単結晶酸化物ナノワイヤの電子輸送特性(移動度)を向上させるヘテロ界面の設計指針を、高分解能表面・界面分析手法と申請者独自の単一ナノワイヤ輸送特性評価技術を駆使して構築する。本課題では、絶縁体の単結晶酸化物ナノワイヤ上に酸素ー金属イオン間の凝集力が異なる酸化物材料群をシェル層として形成することにより、ヘテロ界面における酸化還元反応を介した全く新しいナノワイヤ界面伝導層を設計・創出する。絶縁体コア/絶縁体シェルで構成される単結晶ナノワイヤのヘテロ界面に新しい界面伝導層を創出する新しい材料設計指針を本学術領域内の実験班・情報科学班と共に構築する。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、申請者がこれまでに構築した単結晶ナノワイヤ形成法とin-situヘテロ界面形成法を拡張し、本学術領域内で情報科学のメスを介してナノワイヤの表面・界面に関するナノ構造情報を抽出・制御することを狙いとしている。単結晶酸化物ナノワイヤの電子輸送特性(移動度)を向上させるヘテロ界面の設計指針を、高分解能表面・界面分析手法と申請者独自の単一ナノワイヤ輸送特性評価技術を駆使して構築した。

単結晶酸化物ナノワイヤの電子輸送特性(移動度)を向上させるヘテロ界面の設計指針を、高分解能表面・界面分析手法と申請者独自の単一ナノワイヤ輸送特性評価技術を駆使して構築する。本課題では、絶縁体の単結晶酸化物ナノワイヤ上に酸素ー金属イオン間の凝集力が異なる酸化物材料群をシェル層として形成することにより、ヘテロ界面における酸化還元反応を介した全く新しいナノワイヤ界面伝導層を設計・創出する。絶縁体コア/絶縁体シェルで構成される単結晶ナノワイヤのヘテロ界面に新しい界面伝導層を創出する新しい材料設計指針を本学術領域内の実験班・情報科学班と共に構築する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
気管支喘息の気道リモデリングにおけるConnective Tissue Growth Factor(CTGF)の役割

気管支喘息の気道リモデリングには種々のサイトカインが重要な役割を果たしていることが明らかにされてきた。近年クローニングされたCTGFはTGF-βの強力な線維化作用を直接担っている増殖因子であることが明らかになってきた。我々は本研究においてCTGFの気道リモデリングにおける役割について、ヒト気管支生検標本、培養ヒト気管支上皮細胞、マウス喘息モデル肺組織を用いて解析した。(1)マウス喘息モデルを用いた研究卵白アルブミン(OVA)で感作下後、連続抗原吸入暴露のマウス喘息モデルにおいて、気道でのCTGFのmRNAおよび蛋白の発現と気道粘膜下線維性蛋白沈着への関与について調べた。【結果】連続抗原吸入マウス群において、著明な上皮細胞の杯細胞化が認められ、気道粘膜下への著明な膠原線維の沈着が認められた。肺組織中CTGFmRNAレベルは、抗原吸入群で対照群に比し、7日目、14日目で、有意な増加が認められた。またCTGFに対する免疫染色により、抗原吸入後気道粘膜下にCTGF陽性細胞の著明な増加が認められた。(2)気管支喘息患者気管支生検標本についての解析[[結果]RT-PCR法によりCTGFは好酸球及び気道上皮細胞にそれぞれmRNA発現を認めた。また免疫染色では気道組織中、CTGFは気管支上皮細胞及び一部の線維芽細胞で陽性を示した。更に今回解析した標本について粘膜下CTGF陽性細胞を測定したところ、健常者群に比べ、気管支喘息患者群において有意に増加していることが明らかになった。またこの気道粘膜下CTGF陽性細胞数は基底膜肥厚と有意の相関があることが示された。[結語]TGF-βのdown-stream mediatorとしてのCTGFはアレルギー性気道炎症にて誘導発現され、気道粘膜下への線維性蛋白の沈着を促進し、気道のリモデリングに関することが示唆された。これまでCTGFは線維化肺においてII型肺胞上皮細胞や筋線維芽細胞における発現が確認されており、気道における発現細胞として気道上皮細胞及び線維芽細胞が考えられる。我々は気管支鏡下に気道の擦過を行い得られたヒト気道上皮細胞を培養し、実験に用いた。ヒト気道上皮細胞は恒常的にCTGF mRNAを発現していることをRT-PCR法により明らかにした。更に気道上皮細胞のCTGF mRNAレベルはTNF-αやIL-4、IL-13等のTh2サイトカインの刺激により上昇する。一方、気管支喘息の気道炎症に重要と考えられる好酸球におけるCTGF mRNAの発現を調べた。末梢血中の好酸球増多を示す喘息患者の血液より好酸球を精製し、RNAを抽出して調べた結果、好酸球もCTGF mRNAを発現することがわかった。2)気道におけるCTGF蛋白の局在CTGFに特異的な抗体を用い、気管支喘息患者の気道バイオプシー標本及び喘息死した患者の剖検標本について免疫染色を施行した。結果は気道上皮細胞、粘膜下筋線維芽細胞更に一部の好酸球にCTGF蛋白の局在が認められた。【対象と方法】8週齢の雌BALB/cマウスを卵白アルブミン(OVA)で感作後、14日間連続で生理食塩水及びOVA(0.5mg/ml)の吸入を施行し、吸入前、7日目、14日目の各時点で、気管支肺胞洗浄(BAL)し、細胞数とその分画を解析した。また肺組織を免疫組織染色及びRNA抽出に用いた。気管支肺胞洗浄液中のTGF-bをELISA法にて測定した。

肺組織中RNAについて、GAPDHmRNAを対照にCTGFmRNAレベルをABI PRISM7700を用いて定量的に解析した。【結果】連続抗原吸入マウス群において、著明な上皮細胞の杯細胞化が認められ、更にElastica-Masson染色にて気道粘膜下への著明な膠原線維の沈着が認められた。更に連続抗原吸入により、BAL液中の細胞数は生理食塩水吸入群に比し、著明な増加が認められた。またBAL液中TGF-b濃度の有意な増加も認められた。肺組織中CTGFmRNAレベルは、抗原吸入群で対照群に比し、7日目、14日目で有意な増加が認められた。またCTGFに対する免疫染色により、抗原吸入後7,14日目の肺組織で気道粘膜下にCTGF陽性細胞の著明な増加が認められた。【考察】TGF-βのdown-stream mediatorとしてのCTGFはアレルギー性気道炎症にて誘導発現され、気道粘膜下への線維性蛋白の沈着を促進し、気道のリモデリングに関することが示唆された。
赤外分光法による鉱物粒界水の存在状態と脱水・拡散挙動の研究

岩石,鉱物中において水は,結晶構造中や粒界に普遍的に存在することが知られている.水の状態,分布,鉱物中および粒界中での輸送は,地球内部構成物質のレオロジーと呼ばれる変形や流動特性を律速する最重要な因子である.このような背景の下,本年度では以下に記す研究を行った.鉱物結晶構造中に保持されたH_2O分子の状態を赤外分光スペクトルの変化から推察した.その結果,H_2O分子は周囲の結晶構造や内包する陽イオンと相互作用して,その配向状態や振動挙動が変化することが分かり,学術論文として報告した(Fukuda and Shinoda,印刷中).また中部地殻条件下(2kbar,450°C)で変形した天然の花崗岩質塑性変形岩中に豊富に含まれるマイクロメートルスケールの長石に注目し,形態観察,組成分析を行った.さらに,EBSD分析を用い,互いの粒子の結晶方位関係を測定した.これら一連の作業から,中部地殻条件下において,長石の変形は溶解-沈殿クリープによってコントロールされていることを示唆した.また,試料の粒界や粒内に保持された水の状態と量を赤外分光法により測定した.水が関与したと考えられる溶解沈殿クリープが起きた長石領域では,含水量が少ないことが分かった.このことから変形時に水は周囲に放出された可能性を示唆した.このように,岩石の変形機構と変形に関与した水の輸送機構について考察し,これらの結果を学術発表した.地球を構成する岩石,鉱物中に水は普遍的に存在する.地球表層下における水の輸送現象は,岩石強度の低下に直接作用する他,水に溶存したイオンが岩石を構成する鉱物間で交換されることにより,二次的な岩石強度の変化にも関与する.このような背景の下,まず水の状態を敏感に反映する赤外分光法を用いて,岩石中に内包されている水について,室温500°Cでの温度条件下で,その状態と脱水に伴う拡散性について評価した.その結果,温度上昇に伴って,粒界に主に保持されているH_2O流体はクラスター状態が緩和され,振動エネルギーが増加することが分かった.そしてその脱水に伴う拡散性は,このようなクラスター状態を保持しつつ,粒界中を拡散し,その拡散係数は高く,活性化エネルギーは低いということが分かった.また,電気伝導度測定により,高温下で岩石中における水の連結性について評価した.その結果,高温下では粒界中のH_2O流体は膨張し,一部粒界中へ広がっていくが,粒界は完全にH_2O流体によって満たされず,パッチ状に存在するということを推察した.次に,天然の変形岩を実際に採取,分析し,変形時における変形機構を明らかにした後,水の輸送機構とその役割について考察した.赤外分光法面分析による水の濃度分布から,50μm以下に細粒化した長石中の水の量は,数百μmを超える細粒化する前の長石中の水の量の半分程度であり,約250ppmであった.このことから,水は細粒化時に放出されることが示唆され,放出された水はその高い拡散性からさらに,岩石の変形や反応に寄与する可能性があると報告した.岩石,鉱物中において水は,結晶構造中や粒界に普遍的に存在することが知られている.水の状態,分布,鉱物中および粒界中での輸送は,地球内部構成物質のレオロジーと呼ばれる変形や流動特性を律速する最重要な因子である.このような背景の下,本年度では以下に記す研究を行った.鉱物結晶構造中に保持されたH_2O分子の状態を赤外分光スペクトルの変化から推察した.その結果,H_2O分子は周囲の結晶構造や内包する陽イオンと相互作用して,その配向状態や振動挙動が変化することが分かり,学術論文として報告した(Fukuda and Shinoda,印刷中).また中部地殻条件下(2kbar,450°C)で変形した天然の花崗岩質塑性変形岩中に豊富に含まれるマイクロメートルスケールの長石に注目し,形態観察,組成分析を行った.さらに,EBSD分析を用い,互いの粒子の結晶方位関係を測定した.これら一連の作業から,中部地殻条件下において,長石の変形は溶解-沈殿クリープによってコントロールされていることを示唆した.また,試料の粒界や粒内に保持された水の状態と量を赤外分光法により測定した.水が関与したと考えられる溶解沈殿クリープが起きた長石領域では,含水量が少ないことが分かった.このことから変形時に水は周囲に放出された可能性を示唆した.このように,岩石の変形機構と変形に関与した水の輸送機構について考察し,これらの結果を学術発表した.
人工細胞を用いた遺伝学的および合成生物学的手法の融合

本研究では、還元的方法と構成的方法を一度に進められる超高速解析法の構築を目指した。本方法の最も重要な要素は、リポソーム内部に再構成転写翻訳システム(リボソームとRNA合成酵素)を導入した人工細胞である。例えば、何らかの生物学的システムの機能の指標となるレポーターを作成し、それと共に、全遺伝子ライブラリから遺伝子を“ランダム"に人工細胞に封入する。封入された遺伝子はRNA合成酵素とリボソームによって発現し、機能を発揮する。レポーターが反応すれば、その人工細胞内部には対象の生物学的システムの機能に必要十分な遺伝子セットが存在すると考えられる。当初の計画通り、構成的遺伝学の研究フローの確立に成功した。フローは、【1】遺伝子ライブラリとレポーターベクターを含む人工細胞ライブラリの構築、【2】セルソーターによるレポーターシグナル陽性細胞群の単離、【3】次世代シーケンサーによる含有遺伝子の超高速並列同定の三段階からなり、すべての陽性細胞に共通する因子が必要十分条件と決定される。構成的遺伝学を確立するために、大腸菌のガラクトース加水分解システムをモデルとし、そのハイスループット再構成を試みた。大腸菌ガラクトース加水分解システムは、LacZのみを必要十分条件とする最もシンプルな生物学的システムである。大腸菌の約4000の全遺伝子を出発点とし、上記フローに従って、ガラクトース加水分解システムの必要十分条件を探索したところ、一度の実験で、LacZを全遺伝子から同定することに成功した。全プロセスに必要とされる時間は一週間であり、構成的遺伝学は従来の遺伝学的手法に比べ、非常に効率的な方法論であると考えられる。次の年度には、当初の計画通り、大腸菌のゲノム修復プロセスをターゲットとし、構成的遺伝学の実証研究を行う予定である。昨年度までの研究により、新規方法論「構成的遺伝学」の確立に成功した。構成的遺伝学とは、研究対象となる生物学的システムが機能するために必要十分な遺伝子セットを、一度の実験で同定するための方法論である。モデル実験として、大腸菌ガラクトシド加水分解システム(必要十分条件はLacZ遺伝子)を選択し、このシステムの完全再構成が、一週間で達成できることを示していた。本年度の研究では、構成的遺伝学の意義を明確に示すために、いまだ全貌がわかっていないシステムに対して構成的遺伝学を適用し、その完全再構成を目指した。研究対象としては、大腸菌のlinear-linear RecET相同組換えを選択した。linear-linear RecET相同組換えは、相同配列を持つ2つの遺伝子配列間で組換えを起こすシステムであり、大腸菌を用いたハイスループットな遺伝子操作法として重要なシステムである。本システムの完全再構成を達成し、その作動原理を明らかにすれば、より高効率な遺伝子操作法を確立できると期待される。本年度の実験では、RecET相同組換えをまず大腸菌lysate中で再構成することに成功した。また、RuvCとClpXPが重要な役割に担っていることが判明した。合成生物学今までの研究により、構成的遺伝学という新規概念が、成立しうることを証明した。しかし、いまだガラクトース加水分解システムという、最もシンプルな生物学的システムに対して適用できることを証明したのみである。そのため今後は、より複雑な、しかも必要十分条件の知られていないゲノム修復システムをターゲットにすることで、構成的遺伝学がより広い一般性を持つことを証明していく予定である。
被災した鉄骨建物の修復性と構造性能回復性に関する研究

本年度は,前年度に研究協力者として参画した実験研究について実験結果の分析および解析的検討を行うことで,補修が骨組の卓越崩壊モードの変化に与える影響を明らかにした。梁崩壊型の骨組では,梁損傷部に補修を施すことで梁の耐力は回復するものの,周辺部材との耐力比が変化し望ましくない崩壊モードが生じる可能性があり,骨組全体の構造性能の回復性は部材の性能回復率ほど高くならない可能性があることを確認した。また,修後骨組の力学モデルを応用して補修後骨組の構造性能の回復性を評価可能であることを示した。加えて,骨組の立体性を考慮した直交梁付き十字形部分鉄骨骨組実験に参画し,直交梁による回転拘束が平面架構部分に与える影響を明らかにし,終局耐震挙動が変化する可能性を示した。さらに,骨組の各崩壊機構に対応する塑性崩壊面と外力の分布を用いた塑性解析による補修後骨組の崩壊モードの評価法について,前年度に開発した時刻歴応答シミュレーションプログラムを用いて有効性を確認した。その結果,塑性解析は動的応答中の耐力や剛性の変化を考慮しない解析法ではあるが,補修後の卓越崩壊モードを高い精度で評価可能なことを示した。設計への適用性を考慮し,信頼性解析を用いて補修後の骨組の性能回復性と卓越崩壊モードを定量的に評価する手法を提案した。これまでの研究成果を応用して骨組の崩壊機構形成に関わる限界状態関数を提示し,地震時荷重のランダム性を確率的に評価した等価な静的荷重モデルと合わせて信頼性解析を行うことで,骨組の卓越崩壊モードを定量的に評価し,修復計画を検証した。本手法により,高度な技術を要する非線形時刻歴応答シミュレーションに頼らずに修復計画立案,および修復性を考慮した設計を行うための手順を提示した。これらの研究成果を査読付き学術雑誌に投稿し,成果を取りまとめて博士(工学)の学位申請論文とした。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究では、巨大地震などにより被災した鉄骨建物を継続的・恒久的に使用するための設計法、および修復の技術体系の整備を目指し、実験・解析による検討を行った。先行研究で提案した補修後の鉄骨部材の解析モデルを用いて、補修後の鉄骨骨組の解析モデルを構築し、補修・補強の有無による被災後の鉄骨建物の終局耐震挙動を解析的に検証した。塑性解析により骨組の各種崩壊モードに対応する塑性崩壊面を求め、損傷した部分に補修・補強を施すことで生じる骨組の性能の変化を評価する方法を示した。また、評価した骨組の性能から、補修後の卓越崩壊モードを推定する手法を提案した。さらに、部材の損傷に起因する非線形性を考慮し、補修の前後における骨組の地震時応答挙動を再現する応答シミュレーション技術を開発し、骨組の解析モデルに対し時刻歴応答解析を行うことで、ランダム荷重下における補修後の骨組の終局挙動を分析し、ランダム荷重が作用する骨組について、補修・補強が骨組の振動特性や崩壊モードに与える影響について示した。また,鉄骨骨組を対象とした修復実験の分析および有限要素法解析を用いた検証を行った。実験では柱、梁、および柱梁接合部で構成される十字形部分鉄骨骨組を製作し、載荷試験により損傷を与え、損傷部位に補修を施した後に再度載荷試験を行うことで補修後の終局挙動を検証するとともに、補修・補強が周辺の部材に与える影響について検討を行った。本検討により、損傷した骨組に補修を施すことで骨組内の耐力の分布が変化し、骨組の補修後性能および卓越崩壊モードに影響を及ぼすことを確認した。実験に対応する有限要素法解析を行うことで、各部材に生じる詳細な応力状態や崩壊過程について分析を行い,適切な修復の条件を見出すための検討を行った。これらの研究成果は国内外の学会で発表し,議論を行った。また,複数の査読付き学術雑誌への投稿準備中である。これまでの研究では,損傷部を補修した鉄骨部材・鉄骨骨組の終局限界状態を実験的に検証し,補修後の力学的挙動や性能の回復性を明らかにしてきた。また,実験で明らかになった補修後部材や骨組の性能・力学的挙動に基づき,損傷後・補修後の鉄骨骨組の挙動を解析的に検証し,補修による性能の変化を定性的に捉える手法を提案してきた。実験は部材単体の試験体から部分骨組試験体に発展させることで,複数の部材の間で相互に与える影響を分析し,補修・補強された部材が周辺の部材に与える影響を明らかにした。これにより,地震などにより損傷が生じた後に補修を施した鉄骨骨組の崩壊モードの変化を考慮し,損傷した骨組の補修法や修復計画を立案するために必要な知見を得た。さらに,これらの実験で得られた成果を応用することで,損傷後に修復を施した鉄骨骨組の解析プログラムを開発し,地震下における骨組の応答挙動を精度よくシミュレーションする手法を開発した。地震応答シミュレーションを用いた解析結果より,補修した骨組の終局挙動を分析し,卓越崩壊モードを考慮した修復計画を立案する手法を示した。これらにより,修復後の骨組の性能評価手法や,地震下の骨組の応答挙動のシミュレーションなど,発展的な検証に必要な手法・技術を確立してきた。