hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地球規模環境変動に対する氷河生態系の応答予測と影響評価

カンジャラ氷河では、近年の急速な後退と雪氷微生物の変化が確認された。コメヘラス氷河はコロンビア水文大気研究所によって継続的に質量収支などの観測が行われており、近年急速に後退していることが報告されている。コメヘラス氷河は既に全域が消耗域となっており、表面が赤黒い汚れに覆われていた。この汚れは従来、火山灰であると考えられてきたが、分析の結果、大量の緑藻類が含まれることが明らかになった。また、これまでに報告の無い雪氷藻類が含まれていることがわかった。現在、以上の調査地で採取した氷河生物サンプル、およびこれまでの調査で採取したサンプルの微生物相解析や遺伝子解析を行っている。同時に、観測データや衛星画像を解析することによって、微生物活動によるアルベド改変モデルの構築、リモートセンシングによる氷河上の汚れや微生物分布解析法の開発を進めている。本年度は、主にパタゴニアの白い氷河,ヒマラヤおよびアフリカの黒い氷河において現地調査を行い、氷河生態系、特に微生物活動と氷河の表面構造やアルベドの関係に関する観測と試料採取を行なった。白い氷河の調査は、2013年3月にチリ共和国パタゴニア北氷原の北端にあるエクスプラドレス氷河などにおいて行った。エクスプラドレス氷河では微生物相の高度変化分析用サンプル採取など、氷河生態系に関する観測を行なった。この氷河は近年大きく後退しており、下部の裸氷上にこれまで未報告のコケ植物の群落が分布していることが明らかになった、また昨年度南氷原のチンダル氷河で採取した昆虫(無翅カワゲラ類)サンプルを利用して、消化管微生物の遺伝子解析を行い、耐低温性腸内微生物が含まれていることなどを明らかにすることができた。黒い氷河の調査は、2012年10月にブータンヒマラヤのカンジャラ氷河および、2013年2月にアフリカのウガンダ共和国・ルーエンゾリ山群にあるエレナ氷河で行った。カンジャラ氷河では無翅ユスリカ類などの氷河昆虫も採集することができた。エレナ氷河下部では、黒い汚れの中に、これまでに報告の無い雪氷中で増殖するコケ植物が含まれていることがわかった。今年度行ったウガンダの黒い氷河やチリ・パタゴニア南氷原の白い氷河での調査では、当初、調査許可取得や野外調査のロジスティックス面で困難が予想されていたが、良い相手国共同研究者に恵まれ、また天候にも恵まれたことにより、予想以上に良い観測や試料採取ができたことによる。25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度行ったチリ・パタゴニア北氷原の白い氷河での調査、ブータンとウガンダの黒い氷河での調査では、天候などに恵まれたことにより、予定どおり観測や試料採取ができた。また、採取した試料の分析もおおむね順調に進んでいる。これまでの調査結果から構築しつつある、氷河生態系の微生物活動によるアルベド改変過程モデルを検証するために必要な観測を、主にヒマラヤの黒い氷河とパタゴニアの白い氷河で行う。
分子ロボティクスの支援と広報

平成24年度から平成28年度にかけておこなった科学研究費助成事業(新学術領域研究(研究領域提案型))のとりまとめ事業として、主に、研究成果の国際発信、分子デバイスの統合化、若手研究者育成に向けて、以下のような活動をおこなった。国際会議での講演: 2017年4月10日に、第14回ナノ科学の基礎(FNANO17)において招待講演を行った。最終公開シンポジウムの開催: 2017年7月15日に、東京大学伊藤国際学術研究センターにおいて、評価者を招聘し、分子ロボティクス研究班および公募班の発表会を一般向けに開催した。研究会の開催:分子ロボティクス技術の普及のため、分子ロボティクス研究会および分子ロボティクス年会を、以下のとおり開催した。・分子ロボティクス研究会(2018年1月19ー20日、福岡県博多市JR博多シティ会議室)・分子ロボティクス年会(2018年3月5ー6日、宮城県仙台市東北大学片平さくらホール)技術交流活動と広報活動:関連学会との技術交流を促進するため、以下の学会において講演セッションをオーガナイズした。・第3回分子ロボット倫理研究会(2017年11月11日、東京都港区東京工業大学田町CIC・人工知能学会SIG-MBI研究会(2017年11月25日、神奈川県横浜市慶應大学矢上キャンパス・SICE SSI2017(2017年11月25ー27日、静岡県浜松市静岡大学浜松キャンパス)・ウェブサイトより、日常的に情報を発信した。最終報告書の作成:最終報告書(2018年2月18日発刊)を作成し、配布した。29年度が最終年度であるため、記入しない。
がんエピゲノム解析のためのＤＮＡメチル化ゲノムワイド１分子マッピングデバイス

がんなどの生活習慣病リスクの高い高齢者において、疾患発症において先天的なゲノム変化に加えて、後天的なゲノム変化であるエピゲノミクスの重要性が極めて高いことが近年明らかとなった。本研究では、代表的ながんエピゲノム変化であるDNAメチル化について、ナノ空間の特性を生かすことで、1分子レベルでゲノム全体のエピゲノム解析を実現できるデバイスを開発した。単一DNAについて、ゲノムワイドに1分子メチル化マッピングを行い、現行技術より数十倍の高速化と正確さを兼ね備え、現行では困難ながんの発症機構解明やがん診断応用を実現できるシステムの構築を行った。平成25年度は、1分子ゲノムDNA伸張デバイスの高集積化を継続して進めるとともに、メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料開発と全体のデバイス化を進めた。メチル化超高感度検出新規ナノ材料開発では、新規量子ドット材料を開発し、bisulfite反応・PCR不要で数万塩基DNA中5か所のメチル化を1分子検出できる新規ナノ材料を開発した。これまでに申請者が得た予備研究成果(Micro Total Analysis Systems, 2011, 299)では、解像度が低く、メチル化部位への結合特異性が低いという課題を有していたが、これら欠点を克服するために、本年度はメチル化部位認識能の高い分子と量子ドットを結合させた新規ナノ材料を開発した。新規ナノ材料の創出の際、メチル化部位認識能の高い分子と量子ドットの結合には結合定数が大きいビオチンーアビジン結合を用いた。ヒトゲノムDNA/数万塩基DNAを完全伸張させることが可能なナノデバイスと、メチル化部位を超高感度検出することが可能な新規ナノ材料を用い、1分子DNA上のメチル化部位の同定・検出を行った。この際には、新規ナノ材料のメチル化部位への結合条件と、超高解像顕微鏡に最適なナノ材料を検討課題とし、迅速かつ高解像度・超高感度検出を目指した。さらに、本手法と同時に、1本鎖DNAメチル化シトシンに直接結合するリガンドプローブを用い、リガンドプローブを介して、メチル化部位の標識化を行い、超高感度検出のための実験条件の検討を行った。平成24年度は、代表的ながんエピゲノム変化であるDNAメチル化を1分子レベルでゲノム全体を解析できるデバイスを開発することを目的とし、(1)単一ヒト細胞からの染色体ゲノムDNA抽出デバイスの開発、及び(2)ナノ空間における1分子ゲノムDNA伸張デバイス開発を行った。単一ヒト細胞からの染色体ゲノムDNAの抽出デバイス開発の研究項目では、DNA分離用に開発したナノピラー構造を、染色体DNA抽出のために最適化することで達成することを目的とした。この際には、ピラー直径、ピラー間隔、ピラーの幾何学的配置が染色体の抽出に及ぼす影響について検討を行った。染色体DNA抽出としては、細胞膜等の溶解溶液を用いた化学的処理と送液や電場印加等による物理的処理の2つより行った。染色体抽出用ナノピラーに細胞を流し、送液や電場により高制御能を持って1分子染色体DNAを抽出に成功した。この際、1分子染色体DNAを切断すること無く取り出すために、電場強度や送液速度を検討し、染色体DNA抽出に最適な条件を検討した。ナノ空間における1分子ゲノムDNA伸張デバイス開発の研究項目では、ヒト染色体DNAを小型デバイス内で完全に伸張させることを目的とした。高さ100 nm,幅100 nm程度のナノチャネルを作製し、数百万塩基(長さ約340μm)あるヒト染色体を完全伸張させることが可能であるデバイスを開発した。1分子ゲノムDNAは、ナノデバイスへの外部電場の制御により数分で高精度に伸張を達成した。ナノチャネル入り口での詰まり等により完全伸張が困難であったため、ナノチャネルの前にナノピラーを配置し、凝集構造をもつ数百万塩基DNAを完全にほどいた後にナノチャネルに導入した。平成26年度は、1分子ゲノムDNA伸張デバイスの高集積化を前年度より継続して進めるとともに、メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料開発と全体のデバイス化を進めた。この新規ナノ材料は、これまでに申請者が開発したナノ材料(Micro Total Analysis Systems, 2011, 299)に比べ、解像度が高く、メチル化部位への結合特異性が高いという特徴を有している。新規ナノ材料の創出には結合定数が大きいビオチンーアビジン結合を用いた。次に、ヒトゲノムDNAをナノデバイスで完全に伸張させた後、メチル化部位を超高感度検出するためにこの新規ナノ材料を用い、1分子ゲノムDNA上のメチル化部位の同定・検出を行った。この際、新規ナノ材料のメチル化部位への結合条件と、超高解像顕微鏡に最適なナノ材料を検討した。さらに、本年度は、上述の新規ナノ材料に加え、抗原抗体反応を利用したメチル化部位の認識材料も開発した。この材料を用いた超解像顕微鏡観察についても同様に検討を行った。本年度は、昨年度に引き続き、1分子ゲノムDNA伸長ナノデバイスの高集積化を継続して進めた。メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料開発と全体のデバイス化を進めた。1分子ゲノムDNA伸長ナノデバイスにおいては、これまでに研究開発してきた要素技術の中で、各機能が最も高い性能を発揮でき、かつ最も高感度検出が達成できるナノデバイスの設計と試作を行った。

1分子ゲノム伸長ナノデバイスは、DNAの高次構造を緩和する段階的な直径を有するナノピラー構造体(直径1000 nm→直径500 nm→直径100 nm)とDNAを効率的に伸長するナノスリット構造体(幅50 nm、高さ50 nm)を組合わせた。メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料の開発においては、これまでに開発してきたメチル化部位検出を可能とするナノ材料に、メチル化部位前後の配列情報を検出可能なナノ材料の開発に取り組んだ。その新規ナノ材料は、メチル化部位前後の配列特異的に結合可能なオリゴ配列を有しているため、オリゴ配列の結合とメチル化部位の検出によって、メチル化部位前後の配列情報を含んだメチル化シトシンの検出が可能となった。がんなどの生活習慣病リスクの高い高齢者において、疾患発症において先天的なゲノム変化に加えて、後天的なゲノム変化であるエピゲノミクスの重要性が極めて高いことが近年明らかとなった。本研究では、代表的ながんエピゲノム変化であるDNAメチル化について、ナノ空間の特性を生かすことで、1分子レベルでゲノム全体のエピゲノム解析を実現できるデバイスを開発した。単一DNAについて、ゲノムワイドに1分子メチル化マッピングを行い、現行技術より数十倍の高速化と正確さを兼ね備え、現行では困難ながんの発症機構解明やがん診断応用を実現できるシステムの構築を行った。本年度は、目標であった「1分子ゲノムDNA伸張デバイスの高集積化の継続」と「メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料の開発」を行っただけでは無く、「抗原抗体反応を利用したメチル化部位の認識材料の開発」も行うことに成功した。「1分子ゲノムDNA伸張デバイスの高集積化の継続」においては、高さ50 nm X幅50 nmの空間を有するナノ流路を試作することに成功した。また、この流路をつづら折りにした流路を試作することにも成功している。次に、「メチル化部位の超高感度検出を行うための新規ナノ材料の開発」においては、メチル化部位への認識能が高いメチル化結合タンパク質を同定することに成功した。また、量子ドットが凝集してしまう問題を解決することに成功した。さらに、「抗原抗体反応を利用したメチル化部位の認識材料の開発」においては、これまでに不可能だと考えられていた2本鎖DNAに結合する抗体を見出した。従来のメチル化部位検出抗体は、基本的には1本鎖DNAを検出する目的で開発されているが、本年度取り組んだメチル化部位検出用の抗体は、2本鎖DNAを検出することが可能であるため、抽出した1分子ゲノムDNAをそのまま検出することが可能であった。また、2本鎖DNAに結合させた抗体に結合する蛍光標識化された2次抗体を用いることで、DNA上のメチル化部位の検出にも成功した。これら上述の成果より、当初の計画以上に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。ナノバイオデバイス今後は、1分子ゲノムDNA伸張デバイスの高集積化を継続して進めるとともに、メチル化部位の超高感度検出を行うためのナノ材料の継続開発と全体のデバイス化を進める。
ジェットエンジンに適用可能な粒子・格子法ハイブリッド着氷予測コードの開発

平成30年度は,平成29年度までに開発したアイスクリスタル着氷予測コードを用いてパラメータ・スタディを実施し,ジェットエンジンに発生する4種類の着氷現象の特性を明らかにすることにより,耐着氷性に優れたジェットエンジンに関する設計指針を提供することを目的として研究を進めた.ジェットエンジンにおける着氷現象の全体像を解明するためには,平成29年度までの研究だけでは不十分である.すなわち,(1)4種類の着氷がどのような大気条件やエンジン運転条件で発生しやすいのか,(2)大気条件や運転条件によって4種類の着氷現象がどのような影響を受けるのかなど,ジェットエンジンにおける着氷現象の諸特性を解明することが,ジェットエンジンの安全設計上必須であると考えられる.このため,本研究の最終段階として,大気条件とエンジン運転条件を飛行高度(したがって大気温度),大気中の水分含有量(LWC),大気中の氷含有率(IWC)を複数変化させたパラメータ・スタディを実施し,これらの各条件についてジェットエンジン・圧縮機コアにおけるアイスクリスタル着氷現象を数値的に明らかにした.また,得られた知見を援用し,着氷を発生させにくい防氷/除氷デバイスの設置方法について設計指針を検討した.防氷/除氷デバイスとしては,近年実用化が進んでいる電熱ヒーターを採用し,ヒーターの設置範囲を系統的に変更した数値計算を実施した.本研究の結果,アイスクリスタル着氷が発生する圧縮機の部位は飛行高度によって大きく変化すること,飛行高度を固定すると極めて限定的な部位のみでアイスクリスタル着氷が発生すること,また,翼前縁に電熱ヒーターを設置して防氷/除氷を行う場合には,ヒーターの設置範囲を適切に設けないと意図に反して翼性能の大幅な低下を引き起こしてしまうこと、などの知見が得られた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。着氷は,空気中に含まれる過冷却水滴が壁面に衝突して過冷却状態が解除され,壁面に氷層を形成する現象であり,航空機・ジェットエンジン・風力タービン等において,空力性能の大幅な低下や剥離した氷片による機械の物理的損傷など,致命的な影響を及ぼすことが知られている.着氷に関する数値シミュレーション手法の研究は1990年代前半から行われてきたが,既存の着氷モデルは普遍性が乏しく,粗大液滴の場合や氷粒子を含む場合などあらゆる気象条件に対応できる着氷モデルおよび数値シミュレーション手法の構築が強く求められている.本研究では,粒子法を用いた普遍的着氷モデルを新たに開発し,これを申請者が開発してきたジェットエンジンに対するマルチフィジックス着氷予測格子法コードへ実装することにより,あらゆる気象条件に適用可能な粒子・格子ハイブリッド着氷予測手法を新たに構築・検証することを研究の主目的とする.平成28年度は,申請者がこれまでに開発してきた粒子法による霧氷着氷モデルを拡張し,雨氷着氷モデルおよびスプラッシュ着氷モデルの構築・検証を目標として研究を進めた.まず最初に,過冷却水滴が壁面上に形成する水膜およびその凍結挙動を妥当に再現できる雨氷着氷モデルの構築を実施した.MPS法に基づいて過冷却水滴の凍結挙動を再現するため,水滴内および水滴と壁面との間の熱伝導現象を再現できるようにコードを改造した.次いで,平板および2次元NACA翼を対象として,凍結およびスプラッシュ挙動の再現性について検証計算を実施した.水滴の衝突角度を変化させて各条件における凍結挙動を実験データと比較した結果,本研究で開発したコードにより,過冷却水滴の凍結挙動およびスプラッシュ量が妥当に再現できることが確認された.一方,液膜の形成は再現されず,液膜形成には周囲の空気流の影響が顕著であり,これを考慮すべきであることが判明した.平成28年度の研究により,雨氷着氷,霧氷着氷,スプラッシュという着氷特有な現象を再現可能な普遍的な着氷モデルがほぼ完成した。平成29年度は,当初の予定通り,現有の格子法による着氷予測コードにこの粒子法による着氷モデルを組み込む作業を実施して粒子・格子ハイブリッド着氷予測コードを構築することにより,平成28年度に再現できなかった壁面上での水膜の形成も予測可能になると期待している.また,平成29年度に予定しているアイスクリスタル着氷への拡張もこのモデルの発展として容易に対応できる見込みがたった.平成29年度は,開発した着氷モデルをアイスクリスタル着氷に対応できるように改造する.アイスクリスタル着氷に関する実験データは文献等に公開されていないため,現象を基本的な素過程に分解し,各素過程に対して検証を実施する.想定している素過程としては,氷の融解を伴わない低温気体中の氷粒子の飛行挙動,融解を伴う高温気体中の氷粒子の飛行挙動,氷粒子の壁面衝突挙動,融解により表面に液膜を有する氷粒子の壁面衝突挙動である.これらの素過程を再現できるモデル化を行うことにより,アイスクリスタル現象を物理的に妥当に再現可能な着氷モデルが構築された.次に,粒子・格子ハイブリッド着氷予測コードにこのアイスクリスタル着氷モデルを実装した.また、多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の計算は,複雑な幾何形状および多数の氷粒子を取り扱うため,最低でも500万点以上の格子点数が必要となるため,コードの並列化を実施し,現実的な計算時間で解が得られるように工夫した.

最後に,開発したコードをジェットエンジンの多段圧縮機に適用し,多段圧縮機におけるアイスクリスタル着氷の再現を行った.計算条件としては,GE90エンジンを想定し、飛行高度を600010000m、大気温度249.2223.3°C、氷粒直径50800μmにおいてファンから高圧圧縮機にかけて氷粒の溶融状態を再現し、圧縮機のどの部分でアイスクリスタル着氷が発生するのかを明らかにした。次いで、もっともアイスクリスタル着氷の発生の可能性が高いと判断された高度8000m、氷粒直径100μm、IWC7g/m^3の条件で、低圧圧縮機第3段静翼におけるアイスクリスタル着氷の氷層形成プロセスが再現された。以上、平成29年度の研究により、アイスクリスタル着氷モデルが実機圧縮機内の着氷現象を物理的に妥当に再現できるのかを確認することができた.本研究は、ジェットエンジン内の高温環境で発生するアイスクリスタル着氷のモデル化、実際のジェットエンジンへのモデルの適用、それによるアイスクリスタル現象の解明を目的としている。平成28、29年度の研究により、アイスクリスタル着氷のモデル化が完了し、ジェットエンジンへの適用に成功した段階にある。平成30年度は、開発したモデルを用いて、より多くの運転条件におけるアイスクリスタル着氷を再現することにより、最終目的であるアイスクリスタル着氷の現象解明に取り組む予定である。したがって、研究の進捗状況は概ね順調であると言える。平成30年度は,平成29年度までに開発したアイスクリスタル着氷予測コードを用いてパラメータ・スタディを実施し,ジェットエンジンに発生する4種類の着氷現象の特性を明らかにすることにより,耐着氷性に優れたジェットエンジンに関する設計指針を提供することを目的として研究を進めた.ジェットエンジンにおける着氷現象の全体像を解明するためには,平成29年度までの研究だけでは不十分である.すなわち,(1)4種類の着氷がどのような大気条件やエンジン運転条件で発生しやすいのか,(2)大気条件や運転条件によって4種類の着氷現象がどのような影響を受けるのかなど,ジェットエンジンにおける着氷現象の諸特性を解明することが,ジェットエンジンの安全設計上必須であると考えられる.このため,本研究の最終段階として,大気条件とエンジン運転条件を飛行高度(したがって大気温度),大気中の水分含有量(LWC),大気中の氷含有率(IWC)を複数変化させたパラメータ・スタディを実施し,これらの各条件についてジェットエンジン・圧縮機コアにおけるアイスクリスタル着氷現象を数値的に明らかにした.また,得られた知見を援用し,着氷を発生させにくい防氷/除氷デバイスの設置方法について設計指針を検討した.防氷/除氷デバイスとしては,近年実用化が進んでいる電熱ヒーターを採用し,ヒーターの設置範囲を系統的に変更した数値計算を実施した.本研究の結果,アイスクリスタル着氷が発生する圧縮機の部位は飛行高度によって大きく変化すること,飛行高度を固定すると極めて限定的な部位のみでアイスクリスタル着氷が発生すること,また,翼前縁に電熱ヒーターを設置して防氷/除氷を行う場合には,ヒーターの設置範囲を適切に設けないと意図に反して翼性能の大幅な低下を引き起こしてしまうこと、などの知見が得られた.
インターフェロンによる眼内新生血管抑制の研究

本年度のわれわれの目標は眼科領域でみられる糖尿病網膜症、網膜静脈閉塞症などの虚血性網膜症に続発する網膜新生血管あるいは虹彩新生血管、加齡性黄斑変性症に代表される網膜下新生血管などの新生血管をインターフェロンを用いて抑制するための基礎実験を行なうことであった。本年度はまず有色ラット眼の眼底後極部に長波長の色素レーザーで強度光凝固を行ない、脈絡膜新生血管を作成した。2-4週間程度で網膜下に色素上皮を破って新生血管板が発生した像が得られた。組織学的にも光凝固後のブルフ膜の断裂部位に管腔の大きな新生血管が重層した網膜色素上皮の間に多数みられることが解った。その眼において蛍光眼底造影を行なった後、将来のインターフェロン投与による効果判定に定量性を持たせるため蛍光撮影の結果は写真と同時にビデオカララに取り込み録画した。再生した映像はビデオフレームメモリーにとりこみ小型コンピューター上に転送、画像解析を行なった。この時点で問題となったのが、バックグラウンドの背景蛍光と新生血管からの過蛍光をうまく分離することであり、現在宮大工学部と共同研究中である。今度この問題がクリアできれば実際にインターフェロンを投与開始し、投与による影響を定量的に観察できる。さらに臨床部門では肝炎患者でインターフェロンを投与されている患者79名につきプロスペクティブに眼底検査を行ない、軟性白斑や網膜出血が60%以上の高頻度でみつかることを見出し報告した。また糖尿病があるケースでは単純網膜症が悪化することが多いことも特筆すべき点と思われた。以上の結果は日本臨床眼科学会をはじめとする学会で報告した。
小胞輸送制御分子プロトルーディンの神経機能における役割の解明

我々は神経細胞において細胞内小胞輸送を制御するプロトルーディンについて、その構造機能連関を解明した。プロトルーディンはRBD11ドメインにおいてRab11と結合し、FFATモチーフ付近でVAPとKIF5と結合し、さらに非典型的FYVEドメインにおいてスルファチドやPI(5)Pと結合していることが明らかとなった。またプロトルーディンの欠損マウスを作製し、その解剖学的、生理学的異常を解析することによって、プロトルーディンが神経細胞内の小胞輸送に重要な貢献をしていることを明らかにした。プロトルーディンは(Rab結合ドメイン+FYVEドメイン)という構造を有し、これは初期エンドソームの融合に関わる分子EEA1と類似した構造を取る。プロトルーディンのFYVEドメインは構造的に非典型的であり、PI(3)Pにはほとんど結合しないことが判明した。その代わりにFYVEドメインは高い特異性を持って硫酸化糖脂質であるスルファチドに結合することが明らかとなった。スルファチドは長鎖型と短鎖型があり、我々はプロトルーディンの生理的な結合分子として短鎖スルファチドを同定した。次にこの結果を確認するため、脳抽出液から各種膜脂質を調製し、薄層クロマトグラフィーによって展開、プロットした後、その転写膜にFLAG-FYVEを反応させ、FLAG抗体にて可視化を行った。同時にコントロールとして精製したスルファチド、ラクトシルセラミド(スルファチドから硫酸基を除いたもの)等を置き、FLAG-FYVEの特異性を確認すると共に、脳抽出物中の反応物の薄層クロマトグラフィーにおける移動度が精製スルファチド同じであることを確認した。さらにプロトルーディン遺伝子の一部を破壊したマウスを作製した。現在このマウスについて、まず詳細な病理学的検査を行い、どの神経がどのように障害されているのかを加齢に従って解析を進めているところである。さらに電気生理学的解析を行っており、機能的にどのような異常があるのかを推定できることが期待されている。昨年までの研究でプロトルーディンのFYVEドメインは高い特異性を持って硫酸化糖脂質であるスルファチドに結合することを発見したが、さらにその後の解析からPI(5)Pとも結合することを明らかにした。さらにプロトルーディンを発現させた神経細胞株やトランスジェニックマウスを用いたプロテオミクス解析によって、その結合タンパク質を同定した。その中にPI(4,5)P2を脱リン酸化してPI(5)Pを産生する酵素であるTM55bが含まれていることが判明した。この結合はバリデーションスタディにおいても検出され、高い特異性を有していることが示された。さらにLong-term potentiation (LTP)シグナル依存的に働くPKCにより、protrudinによるPI(5)P制御作用が増強されることがわかった。その際、FYVEドメインの樹状突起スパインへの局在が強くなることを見いだした。これらのことからプロトルーディンはPI(5)Pとの関わりがあることが推定された。一方、上記プロテオミクス解析によってプロトルーディンはキネシン様モーター分子KIF5とも結合することがわかった。プロトルーディンはKIF5ともRab11とも結合し、その両者を仲立ちするアダプター分子であることが推測された。つまりプロトルーディンはKIF5のカーゴを連結するアダプターとして機能することが明らかとなった。前年度まで、われわれはプロトルーディン(protrudin)が神経細胞内でRab11依存的なリサイクリングエンドソームの輸送を制御する膜タンパク質であることを示してきた。本年度はRab11による小胞輸送はトランスゴルジネットワーク(TGN)から形質膜への極性輸送に注目して研究を行った。このRab11依存的な小胞輸送は神経細胞では軸索輸送のみならず、樹状突起スパインにおける受容体の輸送にも関与しており、高次脳機能と関連する機構として注目されている。Protrudinは脂質結合モチーフFYVEドメインを有しているが、その特異的結合脂質としてイノシトールリン脂質PtdIns5Pを同定した。また神経細胞を用いてprotrudin結合タンパク質を網羅的に解析した結果、細胞内輸送に関与する二つのユニークな分子、PtdIns5Pの合成酵素、およびPDZとC1ドメインを有する膜タンパク質が同定された。ノックダウン実験の結果から、前者はprotudinの作用に対して促進的に、後者は抑制的に働くことがわかった。またこれらはprotrudinやRab11と共にTGNで共局在しており、協調的に極性輸送制御に関与していることが示唆された。一方、protrudinはシナプスの神経活動依存的シグナルによりリン酸化されるが、protrudinのPtdIns5P結合能はそのリン酸化によって消失した。

さらにprotrudin欠損マウスの海馬神経細胞では、軸索形成異常の他に、樹状突起スパインの成熟異常が認められた。これらの結果より、protrudin複合体による神経細胞内極性輸送の制御機構の詳細が明らかになったと共に、神経機能制御への関与が明らかになった。プロトルーディンが構成する大型の複合体の全貌がほぼ明らかになり、その機能解明が順調に進んでいる。特にスルファチドだけでなく、PI(5)Pとの結合がほぼ確定的になったのは大きな進歩であり、より一層の機能解明が待たれる。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究は順調に推移してきており、特段研究計画の変更あるいは問題点等はない。今後も研究計画に沿って着実に研究を遂行する予定である。
放射線治療耐性食道癌に対するSOCS1遺伝子治療の有用性

平成29年の研究では、主にin vitroの実験の系において、食道癌におけるSTAT3の活性化と放射線治療抵抗性の関連についての評価、及び、放射線治療とSOCS1遺伝子治療の併用による治療効果について検討を行った。その結果、食道癌においても他癌と同様に、STAT3の活性化が放射線治療の抵抗性と関連があり、STAT3を標的とした治療が、その問題を克服する可能性が示唆された。さらに、SOCS1のウイルスを用いた遺伝子治療が相加効果を示すことを示した。平成30年度は食道がん移植異種マウスモデルを用いて、放射線治療に加えてのSOCS1遺伝子治療の併用効果について検討を行った。その結果、それぞれの単独治療に加え有意に腫瘍抑制効果を認めた。さらに治療終了後のre-growthを放射線単独群では認めたにもかかわらず、併用治療では、認めなかった。さらに、併用療法では、γ-H2AXの高値を認めた。さらに、アデノウイルスベクター治療を行う上で重要となってくるアデノウイルス受容体(CAR)の発現レベルにいて、食道癌の切除検体を用いてその発現を評価し、放射線や化学療法後の食道癌患者に対する治療適応についての検討を行い、その関連性を確認した。さらにそのメカニズムとして、STAT3-Mcl-1 axisへのSOCS1治療が放射線治療のDNA損傷を増幅させることを明らかにした。こういった結果、アデノウイルスSOCS1治療と放射線治療の併用療法は食道がんに対する新たな治療法となる可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1食道癌放射線治療によるSTAT3の活性化と治療抵抗性の関連及びその活性化変化の検討食道癌細胞株10株のpSTAT3の発現レベルをWestern Blotで評価した結果、これらのpSTAT3発現の違いにより放射線治療抵抗性を確認した。さらには放射線治療後の食道癌細胞株において、p-STAT3の発現の増強とanti-apoptosisタンパクであるMcl-1の発現上昇を認めた。2さらに、放射線治療とp-STAT3の抑制を生じるSuppressor of Cytokinesignalling(SOCS-1)をアデノウイルスに組み込んだ遺伝子治療を実施したところ放射線単独に比べコロニー形成能の抑制ならびに細胞増殖の抑制を確認した。また、Western Blotを用いた検討においてSTAT3-Mcl-1の経路の抑制を確認した。3腫瘍皮下移植モデルマウスに対する放射線治療実験を実施した。放射線治療単独に比して放射線治療+SOCS1遺伝子治療で有意に腫瘍体積の抑制効果を認めた。概ね当初の計画通りの進捗と考える。放射線治療+SOCS1治療のコンビネーション治療のさらなるメカニズムについて検討を行っている。1今後ヒト食道癌組織皮下移植(PDX)モデルを対象として、実験を進める予定である。2アデノウイルスベクターを用いた遺伝子治療においてCARの発現は治療効果を向上するために重要であることが過去報告されており(Cancer Res, 2003)、食道癌ににCARの発現と治療後変化について検討する。特に臨床検体でアデノウイルスレセプターの発現について効果との検討を行う予定である。
エビデンスベーストアプローチによる図書館情報学研究の確立

この研究の全体的な目標は,図書館情報学研究に焦点をあて,研究における「エビデンス」を明らかにすることにある。どのような研究もエビデンスに基づいて行われているとはいえ,エビデンスの解釈には大きな揺れがある。図書館情報学においては,他の分野と同じく,研究方法に関してエビデンスの問題が存在している。図書館情報学では,利用調査や書誌コントロール,情報検索において固有の方法論があるが,他の分野から様々な方法を導入してきた。現在では,どの分野でも関連領域から種々の方法を取り入れるのが通例となっているが,図書館情報学では,社会科学,人文科学諸分野から自然科学,工学までその範囲が多岐に及び,図書館情報学としてのエビデンスの提示という点において必ずしも共通理解が形成されていない。そこで,図書館情報学における研究方法をエビデンスの観点から見直すために,1図書館情報学の文献の内容分析に基づいた,エビデンス・ベースト・ライブラリアンシップ概念の再検討,2図書館情報学で用いられている研究方法でどのようなエビデンスが得られるかを議論するワークショップの開催,3眼球運動装置を用いた目録探索活動の測定からのエビデンスの導出,4エビデンスをと研究方法を多角的な側面から取り上げたシンポジウムなどを行った。また,根拠に基づいた実務の基盤となる文献探索のための文献データベースの設計を行った。この研究の全体的な目標は.図書館情報学研究に焦点をあてて.研究における「エビデンス」を明らかにすることにある。図書館情報学においては,エビデンスに対して二つの方向からのアプローチがある。一つは,他の分野と同じく,研究方法におけるエビデンスの問題である。図書館情報学では,利用調査や書誌コントロール,情報検索において固有の方法論があるが,他の分野から様々な方法を導入してきており,その利用可能性の検討が必要である。もう一つは,図書館情報学が,医学における基礎研究と臨床に対応する問題をかかえている点である。これは,Evidence Based Librarianship (EBL)として英米を中心として注目されつつある。これらをあわせてエビデンスベーストアプローチと呼んでいる。今年度,4回の公開ワークショップを開催し,図書館情報学における研究法について検討を行った。具体的には,(1)来館者調査・住民調査(2006年12月2日),(2)Eメール調査(2007年1月13日),(3)LibQUAL+(2月3日),(4)インターネット・モニター調査(2月24日)について,発表者からの問題提起,参加者による多様な側面からの検討を行った。ワークショップは,公開し,さらにその記録をウェブサイトに掲載し,参照可能としている。エビデンスベーストアプローチの実例として,情報探索行動におけるエビデンスの解明を目的とした実験の準備を行った。これは,図書館目録の利用法の習熟の程度を調べる目的で,図書館目録の画面を被験者に閲覧させ,その目の動きをアイカメラで捕らえるという実験方法を採用している。数回のプリテストを行い,平成19年度前半に本実験を行う。また,EBLに対応した図書館情報学文献データベースの構築,平成1年5月に米国で開催されるEBLIP4での研究発表準備を支援した。第二年度にあたる今年度は,昨年度に引き続き3回の公開ワークショップを開催し,図書館情報学における研究法について検討を行った。具体的には,(1)図書館史(2007年7月28日),(2)フォーカス・グループ・インタビュー(2007年9月29日),(3)眼球運動測定(2008年1月12日)について,発表者からの問題提起,参加者による多様な側面からの検討を行った。ワークショップの全記録を公開し,さらにその記録をウェブサイトに掲載している。また,日本図書館情報学会において「図書館情報学がもたらすビデデンスベーストアプローチ」と題するシンポジウムを開催し,図書館情報学研究における多様なエビデンスを明らかにした。さらに,米国のノースカロライナ州ダーバンで開催された第4回国際会議で3件の研究発表を行った。一方,エビデンスベーストアプローチの事例研究として,情報探索行動におけるエビデンスの解明を目的とした実験を行った。

これは,図書館目録の利用法の習熟の程度を調べる目的で,図書館目録の画面を被験者に閲覧させ,眼球運動測定を行った。大学生の被験者40名に対して行った賢験から,図書館目録の画面をどのように閲覧しているのかというデータが得られた。しかし、厳密に構築された実験環境では,正解率で計った図書館目録の習熟度は,学年や知識,経験の程度とはほとんど相関がみられないことが発見された。また,EBLに対応した図書館情報学文献データベースの構築を行った。
テラスケールの素粒子模型と暗黒物質の正体の解明

宇宙の暗黒物質の正体は素粒子標準模型を越えるTeVスケールの新物理の未知の粒子(ウィンプ)であると期待されている。LHC実験の結果をもとに暗黒物質の背後にある超対称標準模型、拡張ヒッグス模型などの可能性をしらべ、その現象論を研究した。また暗黒物質の直接のためのウィンプ・核子散乱断面積の精密評価、間接探索ためのガンマ線へのウィンプ対消滅断面積の評価、原子ハローのサイズの評価を行った。標準模型のヒッグスポゾンが発見された。それを受けて次の研究を行った。標準模型からヒッグスセクターを拡張する一つの方法に、ρパラメータが1であることを予言するSU(2)7次元ヒッグスの導入を行った。ゲージ場とともに物質場に質量を与えるようSU(2)2次元および7次元ヒッグスの両方を導入するためにはその間を繋ぐ新粒子の導入が必要であり、自然な拡張としてそれらはZ2離散対称性のもと奇となることを示した。これらは暗黒物質の候補となる。発見されたヒッグスボゾンが超対称標準模型の予言するヒッグスボゾンだとすると、その質量には大きな量子補正が必要であり、その起源として重い超対称粒子の可能性がある。この場合、暗黒物質の候補は、SU(2)電荷をもつウィノ的、もしくはヒッグシーノ的なニュートラリーノとなる。我々はそれらが宇宙の暗黒物質の候補である場合、原子核との散乱断面積の評価を行った。特に、ニュートラリーノの質量が重くなっても小さくならない散乱への1ループの寄与を取り込み、精度良い計算を行った。その結果を使い、将来の検証可能性を議論した。重い超対称粒子の場合、LHC実験で発見が困難であるが、暗黒物質直接探索ならば発見の可能性がある。次に、宇宙初期に作られ、宇宙の構造の種になる原子ハローのサイズの評価を行った。宇宙初期、熱浴との運動平衡からウィンプが外れる温度によってそのサイズは決まるが、その評価において、クォーク・ウィンプの寄与を取り込み、精度の良い評価を行った。また、原子核・暗黒物質の散乱を見る暗黒物質直接探索と原子ハローのサイズとの相関を議論した。1電弱相互作用をするような暗黒物質と原子核との散乱はパートンレベルでは電弱ゲージボゾンのループ過程によって生じる。我々は散乱断面積をQCD結合定数による摂動のリーディングで評価を行った一方で、偶発的なダイアグラム間の相殺により予言の不定性が大きく、信頼できる予言を得るには高次補正を評価する必要がある。我々は、軽いクォークの寄与に関する高次補正の評価を行い、その寄与が優位であることをみた。現在その結果を論文で発表すべくまとめている。2暗黒物質対消滅起源の線ガンマ線は宇宙線観測による暗黒物質探索において暗黒物質の存在の決定的証拠となると考えられている。TeVスケールを超える質量をもつ電弱相互作用をするような暗黒物質が対消滅する場合、電弱相互作用による非摂動効果によりその断面積が大きくなることを我々は以前示した。その一方、その予言が電弱相互作用による高次補正によりO(1)の不定性があることが指摘されている。この評価は数値的に行われており、大きな高次補正の起源が明らかではなく、その信頼性が疑っている。我々は高次補正の解析的評価を現在押し進めており、もう間もなく確定的な結論が得られるまでにきている。3電弱相互作用をするような暗黒物質の有効理論を導いた。これにより様々な現象論的な研究が、元々の理論によらずに可能となる。特にヒッグス場との結合を通して電子の電気双極子能率を予言し、実験からくる現在の電子の電気双極子能率の上限はこの模型を強く制限することを示した。4暗黒物質を含むテラスケールの物理の現象論的研究を行った。特に10100TeV程度の質量をもつスクォーク、スレプトンをもつ超対称模型は、ヒッグス粒子の質量、暗黒物質の観点から注目されており、その理論における電気双極子能率、陽子崩壊を議論した。これらの結果は査読付雑誌に掲載された。我は電弱相互作用を行う新たなフェルミオンを導入し、その中性な素粒子が暗黒物質である可能性に着目した。新たに導入したフェルミオンとヒッグス場との友好相互作用を一般的に書き下し、そこから導かれれる電子などの電気双極子能率、暗黒物質・核子弾性散乱断面積、ヒッグス粒子の2光子への崩壊分岐比の標準模型からのズレを評価し、将来の検証可能性を明らかにした。この結果はPLBにすでに掲載された。超対称標準模型においてゲージーノであるウィノは暗黒物質の候補である。我々はウィノ暗黒物質を検証するため直接探索で必要な暗黒物質・核子弾性散乱断面積の評価を行った。超対称性の破れのスケールが100TeV以上にある時散乱過程は弱い相互作用からなるループ過程によって生じる。リーディングの計算を行った先行研究では偶発的な大アグラム間の相殺により100%の不定性が生じてしまっていた。

我々は強い相互作用の次の次数まで計算を行い予言の精度を高め、O(10)%程度の不定性で断面積を予言することに成功した。暗黒物質の起源が宇宙初期の熱的過程であるとするとウィノの質量が3TeV程度となるが、以前のリーディングの計算だと不定性が大きく、3TeVのウィノの核子との断面積から期待される事象の数が大気ニュートリノによるバックグランドに埋もれてしまう可能性があった。我々はそのようなことがないことがあきらかになった。また、以上の計算は電弱相互作用を行う新たなフェルミオンに暗黒物質がある場合一般に適応が可能で、その一般式を与えた。以上の結果はすでにJHEPに投稿済みである。さらに、暗黒物質が実スカラー、マヨラナフェルミオン、実ベクターで、カラーを持った別の新粒子との相互作用を通して核子との散乱が生じる場合の断面積の評価を系統的に行った。この結果はすでにJHEPに投稿済みである。26年度が最終年度であるため、記入しない。素粒子論26年度が最終年度であるため、記入しない。LHC実験から期待される模型の構築や、ウィンプ・核子散乱断面積の評価、原子ハローの評価など、予定されていたものを行うことができた。その一方、ウィンプ対消滅起源の宇宙線観測からの制限の研究は遅れており、そこは今後の課題となる。LHCで新物理が発見されていない現在の状況において、暗黒物質の熱的残存仮説の検証の重要性は大きくなっていると言える。電弱相互作用をするような暗黒物質は、宇宙初期生成された熱的残存量からテラスケールにその質量が期待される一方、質量がTeVを超えることからLHCによる直接生成は困難であり、暗黒物質の直接探索、宇宙線観測による間接探索、素粒子精密測定からの制限によりその兆候を探る必要がある。現在、電弱相互作用をするような暗黒物質の中で、超対称標準模型におけるウィノに代表されるようなSU(2)3重項粒子が暗黒物質である場合に着目し、その直接探索および線ガンマ線へのつい消滅過程を用いた間接探索に対する量子補正の計算を進めている。これらの評価を行うことでより信頼性の高い予言を行うことは非常に重要である。現在これらの計算は次年度頭には完了する見込みがたっている。また、これらの計算はほかの電弱相互作用をするような暗黒物質への拡張が可能であり、それらは現在の計算が完了後に進めるため、次年度中にはできると考える。また、電弱相互作用をするような暗黒物質の有効理論の構築により、より模型によらない形で暗黒物質の理論を制限をすることが可能であり、それによりLHCでの暗黒物質探索に対してどのようなシグナルが期待できるかが議論をすることができる。たとえば、電弱相互作用をするような暗黒物質は、電荷を持つような粒子をアイソスピンのパートナーとして持つことから、そのLHCの探索が可能である。以上の観点から本研究課題はおおむね順調に進んでいると判断する。LHC実験で新物理の兆候がないことを踏まえ、模型の構築の再検討を行うとともに、直接探索の理解を深め、遅れ気味のウィンプ対消滅起源の宇宙線観測からの制限を進める。1超対称標準模型におけるウィノに代表されるようなSU(2)3重項粒子が暗黒物質である場合に着目し、その原子核との弾性散乱断面積に対するQCDのnext-leading orderの評価を完成する。
機動的生産のためのバーチャル生産システムに関する研究

本研究では生産システムおよびそのコントロールシステムを複数の構成要素に分担させた上で,自律的にコントロールさせ,全体として仮想的に単一の生産システムのように機能する仕組みを,'バーチャル生産システム'と呼び,環境変化に対して機動的に対応できる,機動的生産(Agile Manufacturing)の実現を最終的な目標に位置付けて研究に着手し,以下のような成果を得た.1.構成要素間のスケジューリング方法の研究:大規模で複雑な製造環境におけるスケジューリングにおいて,許容できるスケジュールを作成したり,ネゴシエーションを行う役割を持つ,'エージェント'を導入し,いくつかの工場からなる製造システムに適用した.また,プロジェクトスケジューリングに対しは,システムダイナミクスとネットワークアプローチを統合した方法論を提案した.2.個々の構成要素に対する効果的なコントロール方法の研究:バッファのある生産システムの処理率とバッファの容量を最適に設定するために,摂動分析を応用した方法論を提案した.リエントラント生産システムとリサイクリック生産システムに対しては,新たなスケジューリング方策を提案し,その特性を明らかにした.また,処理時間が制御可能な単一工程に対するコントロール方策も提案した.一方,ジョブショップに対しは,処理時間の延びという不確実性の影響の受けにくさを測る尺度としてロバストネスを提案し,その厳密ならびに近似最適化手法を提案した.3.環境変化に対応した業務改善とヒューマンファクター:業務改善のためのリエンジニアリングならびにABC(活動基準原価計算)に着目し,それぞれの技法の適用研究ならびに両者を結合させたアプローチを提案した.また,ヒューマンファクターを考慮に入れたモデル化やユーザインタフェースの設計を提案した.本研究では生産システムおよびそのコントロールシステムを複数の構成要素に分担させた上で,自律的にコントロールさせ,全体として仮想的に単一の生産システムのように機能する仕組みを,'バーチャル生産システム'と呼び,環境変化に対して機動的に対応できる,機動的生産(Agile Manufacturing)の実現を最終的な目標に位置付けて研究に着手し,以下のような成果を得た.1.構成要素間のスケジューリング方法の研究:大規模で複雑な製造環境におけるスケジューリングにおいて,許容できるスケジュールを作成したり,ネゴシエーションを行う役割を持つ,'エージェント'を導入し,いくつかの工場からなる製造システムに適用した.また,プロジェクトスケジューリングに対しは,システムダイナミクスとネットワークアプローチを統合した方法論を提案した.2.個々の構成要素に対する効果的なコントロール方法の研究:バッファのある生産システムの処理率とバッファの容量を最適に設定するために,摂動分析を応用した方法論を提案した.リエントラント生産システムとリサイクリック生産システムに対しては,新たなスケジューリング方策を提案し,その特性を明らかにした.また,処理時間が制御可能な単一工程に対するコントロール方策も提案した.一方,ジョブショップに対しは,処理時間の延びという不確実性の影響の受けにくさを測る尺度としてロバストネスを提案し,その厳密ならびに近似最適化手法を提案した.3.環境変化に対応した業務改善とヒューマンファクター:業務改善のためのリエンジニアリングならびにABC(活動基準原価計算)に着目し,それぞれの技法の適用研究ならびに両者を結合させたアプローチを提案した.また,ヒューマンファクターを考慮に入れたモデル化やユーザインタフェースの設計を提案した.環境変化に対して機動的に対応できる機動的コントロールシステムについて研究することにより,機動的生産(Agile Manufacturing)の実現を目指すために,本年度は,下記についての研究を行った.1.マルチエージェントアーキテクチャーに基づく協調スケジューリングシステムの解析と設計:大規模で複雑な製造環境におけるスケジューリングは,人間とコンピュータにより実行される大変困難なタスクである.そのようなスケジューリングにおいて,許容できるスケジュールを作成したり,ネゴシエーションするために,エージェントを導入した.いくつかの工場からなる製造システムにおけるスケジューリングの例を使って,エージェントがチームとして協調する様子を示した.2.バッファのある生産システムの摂動分析による最適化:いくつかの生産工程とそれらの間のバッファから成る生産システムに対して,生産工程の処理率とバッファの容量を最適に設定するために,摂動分析を応用した方法論を提案し,その有効性を実験的に明らかにした.3.ジョブショップにおけるメイクスパン最小スケジュールのロバストネスの最適化に対する分散処理アプローチ:スケジュールのロバストネスを,スケジュール中のオペレーションの完了が1単位遅れた場合に開始が遅れるジョブ数と定義し,そのロバストネスを分枝限定法により最適化する際に,分散処理を行うアルゴリズムを提案し,その有効性を数値実験により示した.環境変化に対して機動的に対応できる機動的コントロールシステムについて研究することにより,機動的生産(Agile Manufacturing)の実現を目指すために,本年度は,下記についての研究を行った.1.プロジェクトスケジューリングに対するシステムダイナミクスとネットワークアプローチの統合:大規模で複雑なプロジェクトスケジューリングに対して,連続型システムに対するシミュレーション言語であるシステムダイナミクスを,PERTやCPMなど従来からのネットワークアプローチと統合した方法論を提案し,ケーススタディによりその有効性を示した.2.複雑な構成を持つ生産システムに対するスケジューリング方策:複雑な構成を持つ生産システムとして,同一の生産工程で複数回の処理を受けるリエントラント生産システム,および市場に供給した製品を回収して再生産するリサイクリック生産システムに対して,スケジューリング方策を提案し,待ち行列理論の平均値解析,および確率過程のマルコフ解析を応用して,その特性を明らかにした.3.ジョブショップにおけるメイクスパン最小スケジュールのロバストネスの最適化:スケジュールのロバストネスを,スケジュール中のオペレーションの完了が1単位遅れた場合に開始が遅れるジョブ数と定義し,そのロバストネスを分枝限定法により最適化するためのヒューリステックを提案し,その有効性を数値実験により示した.
鉛の同位体比を指標とする土壌生態圏中重金属の移行解析

今年度は、主要工業地帯より約100km離れた岡山県上斎原村において、人間活動により放出された鉛の遠隔地における降下・分布状況、ならびにそれらの鉛の土壌有機物との結合状況について調査した。さらに、約100万年前に堆積した、大阪層群下部の朝代火山灰層(大阪府泉南郡)についても調査を行い、人間活動による鉛の放出などがほとんどない時代の鉛濃度および鉛の同位体比の分布状況を検討した。なお、前年度は、工業地帯より20-40km程度の距離の田園地帯(茨城県那珂郡那珂町および大阪府泉南郡熊取町)において、同様な調査を行ったが、今年度の調査により、より人為的な汚染の影響が少ないと考えられる条件下での、鉛の動態が明らかにされた。岡山県上斎原村においては、前年度の調査地点に比べて、人間活動に起因すると考えられる鉛の沈着は、少なかった。同村の2地点(天王、中津河)で鉛直方向に約1-2mの縦孔を掘り、層位別に土壌を採取・分析した。同村の中津河の土壌においては、土壌表面での鉛濃度は土壌深層における鉛濃度より高かった。しかし、鉛同位体比の分布傾向からは、これは土壌断面において、鉛濃度の異なる火山灰が、堆積した結果で、人間活動により放出された鉛が沈着した結果ではないと考えられた。一方、同村の天王においては、わずかではあるが、人間活動に起因するらしい鉛の沈着の傾向が認められた。さらに、朝代火山灰層においては、鉛の濃度には、深さ方向で差がなく、人為的な汚染源がなければ、鉛の蓄積はおこりにくいことを示している。ただし鉛同位体比の分布には、ある深さを境にして、違いが認められ、鉛濃度は同一であるものの、異なる履歴を経て堆積した複数の火山灰からなる層であるためと、考えられた。有機物と鉛の相互作用については、前年度の調査では、鉛はフミン酸等の土壌有機物と結合はするものの、その結合は、可逆的であると考えられたが、今年度の調査地点においては、鉛は土壌フミン酸と非可逆性の高い結合をしていることが見いだされた。これは、フミン酸の性質が土壌により異なるためと考えられた。本研究では、鉛直方向層位別に採取した大阪府及び茨城県の田園地帯の土壌中の鉛濃度及び鉛の同位体比を誘導結合プラズマ質量分析装置で測定・定量した。これは、近年の各種工業や交通網の発達に伴い広がった、微量・多種類の元素による汚染がもっとも顕著に現れるのが、表層土壌であると考えられたためである。実際、我々は主要国道より10km以上離れた大阪府及び茨城県の田園地帯において、土壌の鉛直方向(0-100cm深さ)の元素濃度分布を調査した結果、深さ10-15cmまでの根圏域において鉛の蓄積が認めた。この表層土壌における鉛等微量元素の蓄積については、(1)人間活動に由来する化学フォールアウトの地表面への蓄積、(2)土壌生成過程で土壌固層から溶出した鉛が、植物により経根吸収された後、落葉等と共に地表面に蓄積する、等の機構が考えられた。この中で(1)の化学フォールアウトによる鉛は、その発生源に固有の同位体比(鉛には、質量数204、206、207、208の安定同位体がある)を有しているので、表層土壌に沈着した鉛の同位体比を求められれば、その起源を推定することが可能と考えられた。測定の結果、田園地帯の土壌表層0-15cmの鉛の起源として、人間活動に由来する化学フォールアウト画分と土壌母材に元来含まれていた画分の2種類があることが判明した。さらに、土壌表層と深部での鉛の同位体比を対比することで、表層土壌に沈着したフォールアウトの中の鉛の同位体比を推定できた。この沈着成分の鉛同位体比と、日本で使用されている鉛鉱等の同位体比を対比することにより、各種の表層土壌に蓄積した鉛の汚染源の特定ができる可能性が示された。

さらに、朝代火山灰層においては、鉛の濃度には、深さ方向で差がなく、人為的な汚染源がなければ、鉛の蓄積はおこりにくいことを示している。ただし鉛同位体比の分布には、ある深さを境にして、違いが認められ、鉛濃度は同一であるものの、異なる履歴を経て堆積した複数の火山灰からなる層であるためと、考えられた。有機物と鉛の相互作用については、前年度の調査では、鉛はフミン酸等の土壌有機物と結合はするものの、その結合は、可逆的であると考えられたが、今年度の調査地点においては、鉛は土壌フミン酸と非可逆性の高い結合をしていることが見いだされた。これは、フミン酸の性質が土壌により異なるためと考えられた。