hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数学的探究を軸足にした「理数探究基礎」「理数探究」の高大接続教材の開発と実践

1素材の発掘・収集:基本原理を実現し得る学習素材を,先行研究,自然・社会現象の数理的モデル化,STEM教材,過去のSSH実践などを参考に発掘・収集する。2素材における探究プロセスの抽出と教材への具体化:「理数探究基礎」「理数探究」における探究プロセスを想定して,具体的教材に落とし込む。3教材の試行的指導による評価と修正:2の教材を高校・高専・大学で試行的に指導し,想定した探究プロセスを生徒・学生が共通して達成し得るかどうか評価し,修正する。4育成すべき資質・能力の観点からの教材の体系化:13を経た教材で育成し得る具体的な資質・能力を,新設科目で育成すべき資質・能力の観点から体系化する。
ハシブトガラスの雌雄相互認識法の解析と群形成の要因に関する研究

(1)雌雄の鳴管および声道の計測を行い雌雄の差異について検討舌や鳴管など、ほとんどの器官で雄のほうが有意に長かく、鳴管内部のラビアの大きさも雄の方が大きい値を示していた。声紋において、フォルマントに性差は見られなかったが、倍音に性差がみられた。強制発声においてはフォルマントに性差が見られ第二・第三フォルマントでは雌が雄のそれらより高い周波数域にあった。(2)生殖腺の季節変動と形態変化オス成鳥は4月に、メス成鳥は5月に生殖腺の発達のピークを迎え、6月に生殖腺の完全退行がみられた。若鳥と中間も生殖腺に不明瞭な発達が認められた。雌雄それぞれの生殖腺の重量と細部組織の発達具合に相関関係がみられた。オス成鳥では35月の間にのみ精子がみられた。(3)羽の撫構造について雌雄の差異小羽枝鉤部の長さはメスの方が有意に長かった(P<0.05)。小羽枝の間隔はメスの方が有意に広かった(P<0,05)。また、透過型電子顕微鏡で小羽枝内のメラニン顆粒の密度を算出したところ、オス(n=4)が8.34個/μm^2,メス(n=3)が5.40個/μm^2でオスの方が有意に高かった(P<0.05)。(4)ハシブトガラスおよびハシボソガラスの一本の羽からの性判別および系統遺伝学的解析雌においてはCHD1ZとCHD1Wの2本のバンド,雄ではCHD1Zの1本のバンドのみを持っており,性判別が可能となった。チトクロームbでは、ハシブトガラスおよびハシボソガラスの塩基配列の相同性は91%、アミノ酸配列では99%であった。D-loopでは、両カラスの1,355bpにおける塩基配列の相同性は98%であった。(5)個体間の相互認識に関する行動についても検討実験1と2とで、訪問個体のカラスを対面させたときの先住個体の反応は、全く同じであるとは言えなかった。しかし、ケージで対面させたときに前半に対面させた訪問個体群への攻撃は少なかったこと、後半の訪問個体群への攻撃は増加したこと、更に後半の訪問個体群からは攻撃を受けても逃げないことが多かったことの2点が共通して見られた。また、訪問個体の性別による反応の違いについては、可能性はうかがえたが、それぞれの実験につきメスが1羽ずつしかいなかったため、今後訪問個体にメスの数を増やして検討を重ねる必要があると考えられた。カラスがお互いに異性を識別する方法を調べる第一段階として、カラスの雌雄の形態的・生理的特徴を把握する必要がある。そこで本年度はカラスの雌雄判別の方法として鳴き声、発声器官、声道および羽の性差について検討した。

鳴き声に関する実験は、麻酔下において胸部圧迫による人工的に鳴き声を誘発する方法(実験1)とオス、メスそれぞれ単独飼育をして同一環境条件下で鳴いた自然発生の鳴き声を収録し分析する(実験2)の二方法を行った。実験にはハシブトガラス成鳥を使用した。解析は声紋分析装置を用いて声紋波形の特徴、声紋成分出現周波数域などを調べた。結果:人工的に発声を誘起した鳴き声では、声紋にみられる第一フォルマントはオスで平均635Hz、メスで668Hzに位置しており雌雄間に大きな差はなかった。一方、第二フォルマントと第三フォルマントは、メスはそれぞれ2190Hz、4956Hzに位置していたのに対しオスのそれらは1873Hz、4001Hzとなりメスより低い周波数域に位置していた。自然発声ではメスの第一フォルマントが平均1398Hz、オスのそれは1373Hzの周波数域に位置しており、雌雄間に差は見られなかった。第二フォルマントと第三フォルマントは、メスはそれぞれ3919Hz、6101Hzに位置していたのに対しオスのそれらは3193Hz、5018Hzとなり、人工発声誘起実験と同様にメスより低い周波数域に位置していた。声道、発声器官の形態的観察より気管内腔の径はオスがメスのそれより太いことが分かった。さらに、鳴管の動きを調整する鳴管筋のうち腹側鳴管筋、腹外側鳴管筋および背側鳴管筋でオスの方がメスより大きいことも明らかとなった。これらの結果より、ハシブトガラスの鳴き声には性差があることが示唆され、さらに鳴き声を調整する鳴管筋の一部にも雌雄差があることからカラスの鳴き声の性差発現機構が形態的にも裏付けられた。羽の雌雄差では成鳥オスの主翼羽は青い光沢を強く呈していたがメスのそれは弱かった。この光沢は構造色によるものと考えられるがその検証は17年度に電子顕微鏡で調べることとする。以下本17年度課題ごとに結果を記述する。1)発声器官の形態計測ハシブトガラスの発声器官を計測したところ、露出嘴峰長、舌長、舌幅、喉頭口長、気管長、鳴菅長においてオスがメスより有意に長かった。腹側鳴菅筋以外の鳴管筋全てにおいてオスがメスより長かった。また、背側鳴管筋、背側気管枝気管枝筋がメスよりオスが重かった。これらの気道の相違がオスとメスの声の性質を変えていることが示唆された。2)羽の微細構造ハシブトガラスのオスとメスの小羽枝を観察したところ、オスの弓状小羽枝節間の長さは31.3umであるのに対しメスのそれは29.2umであり有意差は認められなかった。また、オスの有鈎小羽枝節間の長さは27.0um、メスのそれは30.1umで有意にメスの方が長かった(p<0.05)。さらに小羽枝有鈎部の長さを測ったとことろ、オスのそれは23.6um、メスのそれは39.1umであり有意差が認められた(p<0.05)。このように有鈎小羽枝節間と小羽枝有鈎部の長さにオスとメスでは形態計測的に相違が確認され、これが羽装の相違を形成する可能性が示唆された。3)ミトコンドリアDNAの解析ハシブトガラスとハシボソガラスの遺伝子解析の第一段階としてmtDNAのD-loop領域の塩基配列の決定を行った。ハシボソガラスのmtDNAのD-loopの全長は1355bp1359bpであり個体間による相同性は98 99%であった。全領域中で最も塩基配列の置換が多いのは前半から中盤の範囲で、後半は相同性が高いことが分かった。ハシブトガラスのmtDNAのD-loopの全長は1355bpでありハシボソガラスの相同性は9798%であり両者は遺伝学的に近いと考えられた。ミヤマガラスとの相同性は3033%であり、ハシボソガラスとミヤマガラス相同性は低く種の間には遺伝学的に隔たりがあると考えられた。4)オスとメスの行動に関する観察
繰返し押出し加工により均質複合化した超軽量マグネシウム永久磁石の創製と諸特性評価

本研究では,産業廃棄物として処理され,微粉末であるため自然発火の危険性があるマグネシウム切削チップを繰返し押出加工を有効活用する目的として複合リサイクル化を提案した。信越化学工業(株)製の着磁前のSmCox焼結体ブロックを大気中でアルミナ乳鉢により粉砕し,切削チップと混合した。既存の30トン万能試験機により均質混合した複合冷間圧粉体(φ50mm)を作製し,そのビレットを押出比47,押出温度400°C,押出速度0.5mm/sで押出加工実験を行なった。磁性体の添加量は体積比で030Vol%となるように行なった。切削チップはF1ホイールでも使用されているAZ80系の合金を用いた。磁性体の粒子径に関してはあまり小さいと分散しにくいこと,また酸化,発火等の影響があるため,数十μm程度が良好といえる。詳細はさらに調査が必要である。特にAZ80-20Vo1%SmCo_x材は,もともとの比重が1.8であるのに対し,3.1と変化するが,汎用のフェライト磁石の比重5.0よりも低くなることがわかる。またこの複合押出材に対して着磁を行い,磁化測定を室温により行なった結果を以下に示す。1)測定終了後、試料が鉄板に張り付く。軽いのが特徴と思われる。2)外部磁場B=7Tでも磁化が飽和しない。3)B=7Tで、磁化は約40emu/gで、鉄の飽和磁化(約200emu/g)の5分の1程度4)残留磁化が、20emu/g程度。5)保磁力が、9000G[=Oe]程度である。大きい。6)(BH)Maxは、B=10Gで、H=40000eとすると、4MGOeであり、フェライト磁石程度。以上,従来のフェライト磁石と同等の性能が得られ,また50%近くもの軽量化が図られることから軽量マグネシウム複合リサイクル材料の開発に成功したといってよい。特に保持力も強いことから,今後,大型化や複合化した後に圧延や鍛造といった塑性加工も可能である。真空蒸留法による再リサイクルも可能であり,非常に興味深い結果が得られた。マグネシウム合金の切削チップのリサイクルを目的とした熱間押出に関して,R-ダイスを使用し,押出材の表面性状および表面温度上昇に及ぼす押出ラム速度の影響を調査した。その結果,R=100の高押出比であっても,押出ラム速度が3mm/sまではミクロ的にも表面割れを発生しない良好な押出材が得られることがわかった。しかし5mm/sまで押出ラム速度を大きくすると押出方向にほぼ直角な表面割れを全面に発生した。また押出材表面層に結晶粒粗大化した領域を帯状に発生した。この領域における結晶粒粗大化傾向は押出ラム速度および押出温度の増大によって顕著になることがわかった。押出後にコンテナ内部にコンテナ内部に残ったディスカードのミクロ組織観察結果によれば,ダイス面に沿ってベアリング部へ流入した段階で急激な温度上昇が生じており,押出材表面層の結晶粒粗大化の原因と考えられる。窒素ガス冷却をしない場合,押出ラム速度の増大によって,押出材表面で著しい温度上昇が認められた。ダイス出口部の押出材を窒素ガス冷却することによって温度上昇が抑制される。その結果,高い押出ラム速度でも結晶粒粗大化しないため,押出材の表面割れや伸びの低下を抑制できた。これらの結果を踏まえ,マグネシウム合金複合化材料の創製として,まずSiC粒子を混合した実験を行なった。その結果,混合後に作製した冷間圧粉体を熱間押出した場合に比べて,ECAP+熱間押出しを行なうことによりSiC粒子の凝集体が分断され,均質かつ微細に分散することがわかった。またひずみ速度が10-1s-1付近で超塑性特性の指標となるひずみ速度感受性指数がm=0.43となり,高速超塑性の可能性を秘めていることがわかった。そこで次年度はこの適切な複合化条件を用いて軽量磁石の創製を試み,諸特性の評価を行なう。

軽いのが特徴と思われる。2)外部磁場B=7Tでも磁化が飽和しない。3)B=7Tで、磁化は約40emu/gで、鉄の飽和磁化(約200emu/g)の5分の1程度4)残留磁化が、20emu/g程度。5)保磁力が、9000G[=Oe]程度である。大きい。6)(BH)Maxは、B=10Gで、H=40000eとすると、4MGOeであり、フェライト磁石程度。以上,従来のフェライト磁石と同等の性能が得られ,また50%近くもの軽量化が図られることから軽量マグネシウム複合リサイクル材料の開発に成功したといってよい。特に保持力も強いことから,今後,大型化や複合化した後に圧延や鍛造といった塑性加工も可能である。真空蒸留法による再リサイクルも可能であり,非常に興味深い結果が得られた。
ラ島移植の実験的研究-肝動脈内移植の生化学的,組織学的検討

collagenase(Sigma社,Type l)処理により作成したラ島を、糖尿病ラットの肝動脈内(肝動脈内移植群)と門脈内(門脈内移植群)に各5例ずつ移植しその生着を比較検討した。移植後の肝組織の組織学的検討でも、門脈内移植群では肝内門脈枝内にラ島の生着を確認でき、インスリン抗体による酵素抗体法(PAP法)でも陽性に認められた。肝動脈内移植群では肝内肝動脈枝内の生着は、現在のところ認められていない。collagenase処理によるラ糖の作成法は門脈内移植群による生着より確立できたと考えており、今後は肝動脈内の投与法を、たとえばはじめに他の塞栓子を注入した後にラ糖を注入するなどの工夫を行い、肝動脈内に生着させる方法を模索中である。
容量感受性クロライドチャネル活性化に及ぼす麻酔薬の影響

容量感受性クロライドチャネル(Clvol)は細胞容積,電気活動など多彩な細胞機能の調節に関与する。Clvolの抑制は臓器保護だけでなく臓器毒性ももたらす可能性がある。静脈麻酔薬の一つであるプロポフォールがClvolに及ぼす影響を人冠動脈平滑筋細胞を用いて検討した。クロライド感受性色素であるMEQを用いた蛍光色素法によりClvol測定を行った。低浸透圧溶液で細胞を刺激するとClvolが活性化する。この状態で陰イオンであるシアンを含む溶液で細胞を灌流すると,シアンがClvolを通過してMEQ蛍光を消退させる。MEQ消退率をClvol活性化の指標とした。浸透圧を300から60mOsm/kg H_2Oまで段階的に減少させると消退率は6.4±3.3から88.3±2.8%まで増加し、活性化が浸透圧依存性であることを示した。またクロライドチャネルのブロッカーであるNPPB(50,100,200μM)が210mOsm/kg H2Oの低浸透圧刺激後のMEQ消退率を用量依存性に有意に抑制する(23.9±6.1,13.5±7.9,7.9±4.0%)ことを示した。これらの結果はMEQ消退率がClvol活性を表すことを支持する。ついでプロポフオール(0.3,1,3,10,30,100μg/ml)がMEQ消退率を臨床濃度から用量依存性に有意に抑制する(23.6±4.8%,19.7±7.4%,18.2±3.5%,17.6±5.0%,15.8±3.1%,10.3±3.9%)ことを明らかにした。この結果はプロポフォールの臓器保護効果ならびに臓器毒性がClvol抑制を介する可能性を示唆するものである。この結果は異なった研究手技を用いて確かめられた。今後、他の麻酔薬、細胞(心筋細胞、脳細胞)を用いてさらに検討を行ってゆく予定である。容量感受性クロライドチャネル(Clvol)は細胞容積,電気活動,細胞内pH,さらに免疫反能の調節に関与するが,血管では筋原性反応に関係している可能性がある。蛍光色素法によるClvol測定はパッチクランプ法に比較して測定が容易で、細胞に対し低侵襲であることから,クロライド感受性色素であるMEQを用いた蛍光色素法によるClvol測定を行った。300,210,60mosml/kgH2Oで刺激した時に消退率がそれぞれ6.4±3.3,38.4±4.7,88.3±2.8%となり、浸透圧依存性であること、またクロライドチャネルのブロッカーであるNPPB(50,100,200μM)が210mosml/kgH2Oの低浸透圧刺激後のMEQ消退率を用量依存性に有意に抑制する(23.9±6.1,13.5±7.9,7.9±4.0%)ことを示した。この結果はMEQ消退率がClvolを表すことを支持する。

ついでプロポフォール(0.3,1,3,10,30,100μg/ml)がMEQ消退率を臨床濃度から用量依存性に有意に抑制する(23.6±4.8%,19.7±7.4%,18.2±3.5%,17.6±5.0%,15.8±3.1%,10.3±3.9%)ことを明らかにした。この結果はプロポフォールの血管作用がClvol抑制を介する可能性を示唆するものである。今後人冠動脈平滑筋細胞を用いて他の麻酔薬の影響を検討すると共に、心筋細胞、脳細胞(グリオーマ細胞)を用いて検討を行ってゆく予定である。容量感受性クロライドチャネル(Clvol)は細胞容積,電気活動など多彩な細胞機能の調節に関与する。Clvolの抑制は臓器保護だけでなく臓器毒性ももたらす可能性がある。静脈麻酔薬の一つであるプロポフォールがClvolに及ぼす影響を人冠動脈平滑筋細胞を用いて検討した。クロライド感受性色素であるMEQを用いた蛍光色素法によりClvol測定を行った。低浸透圧溶液で細胞を刺激するとClvolが活性化する。この状態で陰イオンであるシアンを含む溶液で細胞を灌流すると,シアンがClvolを通過してMEQ蛍光を消退させる。MEQ消退率をClvol活性化の指標とした。浸透圧を300から60mOsm/kgH_2Oまで段階的に減少させると消退率は6.4±3.3から88.3±2.8%まで増加し、活性化が浸透圧依存性であることを示した。またクロライドチャネルのブロッカーであるNPPB(50,100,200μM)が210mOsm/kgH_2Oの低浸透圧刺激後のMEQ消退率を用量依存性に有意に抑制する(23.9±6.1,13.5±7.9,7.9±4.0%)ことを示した。これらの結果はMEQ消退率がClvol活性を表すことを支持する。ついでプロポフォール(0.3,1,3,10,30,100μg/ml)がMEQ消退率を臨床濃度から用量依存性に有意に抑制する(23.6±4.8%,19.7±7.4%,18.2±3.5%,17.6±5.0%,15,8±3.1%,10.3±3.9%)ことを明らかにした。この結果はプロポフォールの臓器保護効果ならびに臓器毒性がClvol抑制を介する可能性を示唆するものである。この結果は異なった研究手技を用いて確かめられた。今後、他の麻酔薬、細胞(心筋細胞、脳細胞)を用いてさらに検討を行ってゆく予定である。
カイコ胚休眠の遺伝子支配

カイコの胚休眠は,発育中の卵巣に作用する休眠ホルモンと,受精後に胚発生の初期段階で発現するpnd^+遺伝子によって決定される.突然変異pndはpnd^+の欠如による非休眠性の胚であり,野性型雄との交配によりヘテロ卵(pnd/+)となった場合には休眠卵となる.本研究では受精後pnd^+遺伝子によって引き起こされる生化学的変化について解析し,あわせてpnd^+遺伝子の産物(pnd^+蛋白質)の同定及び精製,さらにpnd^+遺伝子の作用について解析を行った.1.胚休眠の開始に伴う代謝変化pndホモ卵とヘテロ卵を用いて,産卵後の呼吸量, DNA合成, RNA合成,蛋白質合成などの胚発生に伴う変化を調べた.その結果両卵で産卵後24-36を臨界期として著しい代謝変化が生ずることが分った.特にヘテロ卵では呼吸低下の約3時間前にpnd^+蛋白質が合成されることから,この蛋白質がヘテロ卵での休眠代謝の引き金になっている可能性が示唆された.2.pnd^+蛋白質の精製と抗体の作成pnd^+蛋白質は分子量約22,000の塩基性蛋白質である.産卵後36-48時間のヘテロ卵を材料として, TSKSP-5PW(強イオン交換体),及びTSKG-3000SW(分子篩)によりpnd^+蛋白質の精製を試みた.その結果かなり精製がすすみ, SDSPAGEによりメインバンドとして検出できるようになった.現在この分画を用いてモノクローナル抗体の作成を試みている.3.pnd^+遺伝子の作用休眠代謝の開始は卵殻に目づまりがおき,呼吸が低下するためであるという説(目づまり説)がある. pndヘテロ卵を用いて,休眠の開始前後で卵殻の酸素透過量を測定したところ, "目づまり説"には否定的な結果を得た.カイコの胚休眠は,発育中の卵巣に作用する休眠ホルモンと,受精後に胚発生の初期段階で発現するpnd^+遺伝子によって決定される.突然変異pndはpnd^+の欠如による非休眠性の胚であり,野性型雄との交配によりヘテロ卵(pnd/+)となった場合には休眠卵となる.本研究では受精後pnd^+遺伝子によって引き起こされる生化学的変化について解析し,あわせてpnd^+遺伝子の産物(pnd^+蛋白質)の同定及び精製,さらにpnd^+遺伝子の作用について解析を行った.1.胚休眠の開始に伴う代謝変化pndホモ卵とヘテロ卵を用いて,産卵後の呼吸量, DNA合成, RNA合成,蛋白質合成などの胚発生に伴う変化を調べた.その結果両卵で産卵後24-36を臨界期として著しい代謝変化が生ずることが分った.特にヘテロ卵では呼吸低下の約3時間前にpnd^+蛋白質が合成されることから,この蛋白質がヘテロ卵での休眠代謝の引き金になっている可能性が示唆された.2.pnd^+蛋白質の精製と抗体の作成pnd^+蛋白質は分子量約22,000の塩基性蛋白質である.産卵後36-48時間のヘテロ卵を材料として, TSKSP-5PW(強イオン交換体),及びTSKG-3000SW(分子篩)によりpnd^+蛋白質の精製を試みた.その結果かなり精製がすすみ, SDSPAGEによりメインバンドとして検出できるようになった.現在この分画を用いてモノクローナル抗体の作成を試みている.3.pnd^+遺伝子の作用休眠代謝の開始は卵殻に目づまりがおき,呼吸が低下するためであるという説(目づまり説)がある. pndヘテロ卵を用いて,休眠の開始前後で卵殻の酸素透過量を測定したところ, "目づまり説"には否定的な結果を得た.カイコの胚休眠は呼吸の低下に伴う嫌気的糖代謝や、DNA合成の停止など、いわゆる休眠代謝の開始によって特徴づけられている。この休眠は産卵後約36時間(原腸胚前期)に【pnd^+】遺伝子が発現することによって決定されることが明らかにされている。この【pnd^+】遺伝子の産物(【pnd^+】蛋白質)は二次元電気泳動上で等電点8.5-9.0,分子量約22,000の付近に検出される(Sonobe andOdake。)本研究は【pnd^+】遺伝子の発現時期と休眠代謝の開始のタイミングとを厳密に比較すること、および【pnd^+】蛋白質を部分精製することを目的として行われた。前者については休眠卵(pnd/+)での呼吸量を産卵後経時的に測定し、【pnd^+】蛋白質の出現時期(これは二次元電気泳動によるフルオログラフィーによって決定された)と比較した。その結果、【pnd^+】蛋白質の合成は休眠卵での呼吸の低下に約3時間ほど先行していることが明らかとなった。また後者すなわち【pnd^+】蛋白質の精製については、MonoPカラム(クロマトフォーカシング)やTSKG3000SWカラム(分子節)などが用いられたが、当初に計画したほど精製はすすんでいない。原因は卵中の【pnd^+】蛋白質が微量で検出が極めて因難なことである。今後これまで以上に大量の卵を用いて精製を試みるつもりである。
高性能熱電変換材料の開発

強相関電子系の遷移金属酸化物において新しい熱電材料の開発を行った。主にSr_<1-x>Rh_2O_4、Na_4Ir_3O_8を対象とし、電子物性を明らかにした。昨年度までに、バンド絶縁体であると報告されていた層状Rh酸化物SrRh_2O_4に対して、Sr欠損の導入により広い範囲(Sr_<1-x>Rh_2O_4,0.1【less than or equal】x【less than or equal】0.22)でホールドープすることに初めて成功した。その結果、x0.2においてバンド絶縁体から強相関金属に転移させ、強相関金属相において高い熱電特性が得られることを発見した。本年度、この高い熱電特性が、ドープされたホールのもつスピン・軌道の自由度によりもたらされていることを明らかにし、新しい熱電材料Sr_<1-x>Rh_2O_4に関する一連の成果をまとめた論文をJournal of the Physical Societyof Japanに発表した。また、新しい熱電材料の候補となる遷移金属酸化物の新物質開発を行い、ハイパーカゴメ格子をもつNa_4Ir_3O_8を開発した。Na_4Ir_3O_8は単相で得られない準安定相であるという報告がなされており、結晶構造・電子物性共に不明であったが、Na_4Ir_3O_8単相試料の合成に初めて成功し、これらを明らかにした。その結果、Na_4Ir_3O_8は、遷移金属酸化物では初のハイパーカゴメスピン系をもつMott絶縁体であり、スピンS=1/2の液体状態という特異な基底状態をもつことを発見した。さらにこのような特異な基底状態をもつNa_4Ir_3O_8に対してソフト化学の手法によりフィリング制御を行い、Mott絶縁体から金属状態に転移させることに成功した。この絶縁体金属転移の過程で、高い熱電特性が得られると期待される。この成果について、国内学会で2件発表を行った。本年度、低次元電子系をもつ物質を対象として熱電材料開発を行った。二次元的な層状構造をもつ遷移金属酸化物、カルコゲン化物や、一次元的なトンネル構造をもつhollandite型の結晶構造をもつ遷移金属酸化物など、低次元電子系をもつと予想される様々な物質群において材料探索を行った。その結果、二次元電子系をもつ層状ロジウム酸化物であるSr_xRh_2O_4が高い熱電特性をもつことを発見した。層状ロジウム酸化物SrRh_2O_4は、新しい熱電材料として注目されるNaCo_2O_4と同じ結晶構造と、類似した低スピンのd電子配置をとることから、NaCo_2O_4と同様に高い熱電特性を示すことが期待できる。SrRh_2O_4は、1価のNaとは異なり2価のSrを含むためRhの電子配置が4d^6で絶縁体であり、これまで熱電材料として注目されていなかったが、本研究では、Sr量の大きな不定比性に着目し、Sr量を減らしてホールを注入することによりキャリア濃度の制御に成功した。その結果、Sr量をx【less than or equal】0.75に減らすことで半導体-金属転移を起こし、全温度領域で金属的な電気伝導が得られること、その組成においてSeebeck係数が室温付近で80μV/K、1000K付近で150μV/Kという、NaCo_2O_4伺様の非常に大きな値を示すことを発見した。NaCo_2O_4は、化学的な不安定さから高温での連続動作が難しいとされているが、Sr_xRh_2O_4は1200°Cという高温域まで化学的に安定であるため、このような温度領域で新しい実用材料の候補となる可能性がある。この成果について、国内学会で3件(日本物理学会、応用物理学会)発表し、また、特許を申請中(特願2003-295854)である。層状遷移金属酸化物Sr_<0.5-X>RhO_2、無水物Na_<0.3>CoO_2を中心に研究を行った。これらは、新しい熱電材料として注目されているγ-Na_xCoO_2の関連物質である。昨年度、Sr_<0.5-x>RhO_2において、絶縁体であるSr_<0.5>RhO_2がSr欠陥の導入により金属相に転移すること、その金属相(x=0.11)が、非常に大きな熱電特性を持つことを見出していた。本年度、この金属相の高い熱電特性の起源を明らかにするため、磁化、比熱を測定した結果、バンド絶縁体にキャリアドープして現れた金属相としては異常に大きな準粒子有効質量をもっていることを見出した。高い熱電特性発現において、大きな有効質量は非常に重要な働きをしていると考えられる。また、このSr_<0.5-x>RhO_2は、γ-Na_xCoO_2と同じ結晶構造、同じ電子配置をもつが、金属相しか得られないγ-Na_xCoO_2と異なり、バンド絶縁体から金属まで幅広い組成をとることができるため、Na_xCoO_2の高い熱電特性の機構解明にも役割を果たせる可能性がある。また、超伝導を示す水和物Na_<0.3>CoO_2・1.3H_2Oの脱水物である、無水物Na_<0.3>CoO_2の物性を明らかにした。超伝導体Na_<0.3>

CoO_2・1.3H_2Oにおいて、Co3d電子は遍歴し、金属的な物性を担っているが、このCo3d電子は300°Cで脱水することで局在し、32Kで反強磁性相に相転移する。この局在化の起源を明らかにするため、TEM観察を行ったところ、Naイオンが超周期で配列していることを見出した。結晶水によりNaイオンのポテンシャルが遮蔽される水和物と異なり、無水物Na_<0.3>CoO_2においては、Co3d電子が直接Naイオンの周期的ポテンシャルの影響を受ける結果、電荷分離し、局在しているものと考えられる。この結果は、この系の電子物性において、Naイオンが非常に重要な役割を果たしていることを示唆するものである。これらの成果について、国内学会で1件、国際会議で3件発表した。強相関電子系の遷移金属酸化物において新しい熱電材料の開発を行った。主にSr_<1-x>Rh_2O_4、Na_4Ir_3O_8を対象とし、電子物性を明らかにした。昨年度までに、バンド絶縁体であると報告されていた層状Rh酸化物SrRh_2O_4に対して、Sr欠損の導入により広い範囲(Sr_<1-x>Rh_2O_4,0.1【less than or equal】x【less than or equal】0.22)でホールドープすることに初めて成功した。その結果、x0.2においてバンド絶縁体から強相関金属に転移させ、強相関金属相において高い熱電特性が得られることを発見した。本年度、この高い熱電特性が、ドープされたホールのもつスピン・軌道の自由度によりもたらされていることを明らかにし、新しい熱電材料Sr_<1-x>Rh_2O_4に関する一連の成果をまとめた論文をJournal of the Physical Societyof Japanに発表した。また、新しい熱電材料の候補となる遷移金属酸化物の新物質開発を行い、ハイパーカゴメ格子をもつNa_4Ir_3O_8を開発した。Na_4Ir_3O_8は単相で得られない準安定相であるという報告がなされており、結晶構造・電子物性共に不明であったが、Na_4Ir_3O_8単相試料の合成に初めて成功し、これらを明らかにした。その結果、Na_4Ir_3O_8は、遷移金属酸化物では初のハイパーカゴメスピン系をもつMott絶縁体であり、スピンS=1/2の液体状態という特異な基底状態をもつことを発見した。さらにこのような特異な基底状態をもつNa_4Ir_3O_8に対してソフト化学の手法によりフィリング制御を行い、Mott絶縁体から金属状態に転移させることに成功した。この絶縁体金属転移の過程で、高い熱電特性が得られると期待される。この成果について、国内学会で2件発表を行った。
限定分解とリン酸化を介したCaMKP-Nのダイナミックな制御メカニズム

CaMKIVとAMPKは2型糖尿病における鍵分子であり、両者のリン酸化を促進して活性化することは糖尿病の治療において有効な戦略であるとされる。本研究で申請者らは、これら2つのキナーゼに特異的に作用するホスファターゼであるCaMKPとCaMKP-Nの活性調節機構の解明を目的とし、両者に結合するタンパク質としてPcdh-gc5を見出した。Pcdh-gc5はホスファターゼと基質タンパク質間の橋渡しをする足場タンパク質として機能し、CaMKPとCaMKP-NによるCaMキナーゼの脱リン酸化を促進した。CaMKP-NのN末端領域にはグルタミン酸の連なった特徴的なクラスター配列(poly E配列)が存在する。CaMKP-Nはpoly(Lys)によって活性化され、可逆的な酸化修飾によって活性が負に制御されるが、poly E配列を含むCaMKP-NのN末端領域がpoly(Lys)による活性化において重要な役割を果たすことが明らかにされた。しかし、poly(Lys)は生体内に存在しておらず、CaMKP-Nの内在性の活性化因子や活性化機構については未だ不明な点が多い。そこで、大腸菌ツーハイブリッドシステムを用いてCaMKP-NのN末端と相互作用する因子の特定を試みた結果、protocadherin gamma subfamily C5 (Pcdhγ-C5)を含む様々な因子が同定された。Pcdhgc5はN末端側が細胞外に存在し、C末端側が細胞質に存在する膜貫通型タンパク質である。Pcdhγ-C5がpoly(Lys)と同様にCaMKP-Nによる脱リン酸化に影響するのかを調べるために、様々な基質を用いて脱リン酸化アッセイを行った。その結果、poly(Lys)と同様に、Pcdhgc5存在下ではタンパク質基質であるリン酸化CaMKIがより効率よくCaMKP-Nによって脱リン酸化された。また、細胞内でも同様にCaMKP-Nによる脱リン酸化に影響が見られるかどうかを調べる目的で、Neuro2a細胞にCaMKP-N、CaMKI、Pcdhγ-C5(715-944)を共発現させたところ、CaMKP-Nの単独発現に比べて、Pcdhγ-C5 (715-944)とCaMKP-Nを共発現させた場合では、リン酸化CaMKIが顕著に脱リン酸化された。以上の結果より、Pcdhγ-C5はCaMKP-Nの内在性のポジティブレギュレーターとして機能する可能性が強く示唆された。Pcdhγ-C5はN末端側が細胞外に存在し、C末端側が細胞質に存在する膜貫通型タンパク質であるが、細胞質領域だけのコンストラクトであるPcdhγ-C5(715-944)はGST-pull downによってCaMKPとそのホモログであるCaMKP-Nとの相互作用が確認された。この相互作用がCaMKPの基質脱リン酸化を促進するかを調べるために、Neuro2a細胞にCaMKP、CaMKI、Pcdhγ-C5(715-944)を共発現させた。その結果、CaMKPを単独発現させた時と比べて、Pcdhγ-C5(715-944)と共発現させた場合ではリン酸化CaMKIが顕著に脱リン酸化された。CaMKP、CaMKI、Pcdhγ-C5(715-944)の三者を用いたGST-pull downの結果から、Pcdhγ-C5が足場の役割を果たしCaMKPとその基質との親和性を上昇させることが示唆された。またCaMKP-Nでも同様に、Neuro2a細胞にCaMKP-N、CaMKII、Pcdhγ-C5(715-944)を共発現させ、CaMKP-Nによる基質脱リン酸化への影響を調べた。CaMKP-Nを単独発現させた時と比較して、Pcdhγ-C5(715-944)と共発現させた場合では、CaMKP-Nの発現量が顕著に増加していた。また、CaMKP-Nの発現量の増加に伴いCaMKIIがさらに脱リン酸化された。CaMKP-NとPcdhγ-C5(FL)を共発現させた場合と比べて、Pcdhγ-C5(715-944)と共発現させた方がCaMKP-Nの発現量がさらに増加することから、Pcdhγ-C5の細胞質領域がCaMKP-Nの安定化に寄与することが考えられた。よって、Pcdhγ-C5はそれぞれ別の分子メカニズムによって、CaMKPとCaMKP-Nによる基質の脱リン酸化を補助することが明らかとなった。分子細胞生物学CaMKP-Nがプロテアソームによって限定分解され、活性化されるメカニズムの解明が本年度の課題であった。

CaMKP-Nが直接ユビキチン化されているのか、それとも何らかのユビキチン化タンパク質にCaMKP-Nが結合し、「中途半端な形」でプロテアソームへと輸送され、限定分解にとどまっているという可能性について検討した。その結果、後者(ユビキチン化タンパク質に結合)であることが明らかとなったが、ターゲット分子の同定には至っていない。しかし、Pcdhgc5との結合によって活性化するという全く別のメカニズムを発見したので、概ね順調に進展していると言える。CaMKP-Nに結合するユビキチン化タンパク質は、キレートプルダウンによって銀染色レベルで数本のバンドに絞られているので、今後質量分析により同定する。一方、CaMKP-Nの阻害剤のスクリーニングを行う。CaMKIVの発現量の低下によって糖毒性が引き起こされるとすると、ネガティブレギュレーターであるCaMKP-Nの活性を阻害してやれば、相対的にCaMKIVの質的改善(リン酸化型CaMKIVの増加)が見込まれる)。そこで26年度はCaMKP-Nに対する阻害剤をスクリーニングする。さらに、CaMKP-N阻害剤を用いた場合、リン酸化型CaMKIVが増加し、糖毒性時のインスリン分泌量の低下が改善されるか、INS-1細胞を用いて確かめる。中途半端な額を無理矢理執行するよりも、次年度に繰り越して有効利用した方がよいと考えたため。26年度の研究計画に合わせて有効利用する。
自律分散型センサシステムによる振動計測を利用した長大構造物のヘルスモニタリング

これまで継続的に蓄積されてきた道路,鉄道などの社会基盤施設は,経年劣化に伴う事故が発生するなど,維持管理が重要な問題となりつつある.一般に、設計時に類定された諸条件は,現実の環境条件や構造物挙動と異なるから,実際の供用状態や健全性を経時的にモニタリングして,警告や供用を停止するなどの必要なアクションを迅速にとると共に,適宜合理的な補修対策を施す必要がある.そこで、本研究は,常時微動を利用した長大構造物のヘルスモニタリング法を構築することを目的とする.具体的には,1長大構造物に適した自律分散型モニタリングシステムの構築2常時微動の統計的特性を利用した振動特性同定法の構築3同定結果に基づいた現有性能の逆解析法の提案4長大構造物への適用を前提としたシステム化の4ステップで行う計画としており,全体では,3ヵ年を予定している.本年度は(1)および(2)の一部を実施した.本年度は,安価に密な振動計測ネットワークを構築可能なMEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)センサシステムと分散データ収集に適した無線モバイル技術よりなる,自律分散型モニタリングシステムを開発した.ここでは,MEMSにデータ解析アルゴリズムを組み込んでデータ収録を効率化すると共に,自己診断機能を持たせ,緊急時などには自律的に警報を発する機能を付与して自律システム化した.さらに,モバイル通信能力を持たせて,分散的環境においてもネットワークとしての機能を確保し,高機能かつ現実的なモニタリングシステムをLAN環境の下で実現した.さらに,次年度に向けた検討として,開発したシステムを実際の長大吊橋ならびに鉄筋コンクリート建物に設置して空間的な振動挙動の基礎的データを得ることに成功した.これまで継続的に蓄積されてきた道路,鉄道などの社会基盤施設は,経年劣化に伴う事故が発生するなど,維持管理が重要な問題となりつつある.一般に、設計時に類定された諸条件は,現実の環境条件や構造物挙動と異なるから,実際の供用状態や健全性を経時的にモニタリングして,警告や供用を停止するなどの必要なアクションを迅速にとると共に,適宜合理的な補修対策を施す必要がある.そこで、本研究は,常時微動を利用した長大構造物のヘルスモニタリング法を構築することを目的とする.具体的には,1長大構造物に適した自律分散型モニタリングシステムの構築2常時微動の統計的特性を利用した振動特性同定法の構築3同定結果に基づいた現有性能の逆解析法の提案4長大構造物への適用を前提としたシステム化の4ステップで行う計画としており,全体では,3ヵ年を予定している.本年度は(1)および(2)の一部を実施した.本年度は,安価に密な振動計測ネットワークを構築可能なMEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)センサシステムと分散データ収集に適した無線モバイル技術よりなる,自律分散型モニタリングシステムを開発した.ここでは,MEMSにデータ解析アルゴリズムを組み込んでデータ収録を効率化すると共に,自己診断機能を持たせ,緊急時などには自律的に警報を発する機能を付与して自律システム化した.さらに,モバイル通信能力を持たせて,分散的環境においてもネットワークとしての機能を確保し,高機能かつ現実的なモニタリングシステムをLAN環境の下で実現した.さらに,次年度に向けた検討として,開発したシステムを実際の長大吊橋ならびに鉄筋コンクリート建物に設置して空間的な振動挙動の基礎的データを得ることに成功した.
逆解析援用による三次元表面き裂の高精度測定に関する実験的研究

本研究は,物体表面より測定されたひずみ情報を基に,計算機を用いた数値解析的処理を施すことにより,構造物中に存在するき裂等の欠陥の位置および形状を同定するき裂逆問題解析システムを開発することが目的である.申請者らのこれまでの研究により,半無限体表面に垂直にはいった3次元表面き裂の同定問題,および傾斜表面き裂の内部形状同定問題の解析を行い,数値実験を通し提案する手法の有効性を検討した.しかしながら実際に試験を実施する現場においては,計測されるひずみデータが,常に精度よく得られるとは限らない。そこで,本研究では,実際の計測値を模擬した誤差を含むひずみ情報を与え,そのデータに基づいて3次元表面き裂の同定問題の解析を行った.計測誤差としては,一様乱数を用いて,順解析によって得られる計算値に1%,5%,10%の誤差を混入させた。き裂形状・寸法の高精度な同定を行うために,ひずみ測定点数および測定位置などの検討を加えた.また,傾斜した3次元表面き裂の同定実験も同様な誤差を含むデータを用いて模擬試験を行った.その結果,表面き裂の傾斜角度の同定精度が比較的良くない場合においても,表面き裂の荷重方向の投影面積は,比較的精度良く推定できることが明らかとなった.また,本研究で採用している逆問題解析手法は,通常,順問題の解析に用いられる計算力学的手法(ここでは体積力法)を中心に据えたものであり,それの反復計算により解が求まる.したがって,逆解析を種々の問題へ応用していくためには,ひずみ場の順解析に用いる解析法を発展させていくことも重要である.本研究では,体積力法の特異積分方程式を厳密に解く方法(未知関数を基本密度関数と多項式の積によって近似する方法)を,各種き裂および介在物の干渉問題にも応用した.本研究は,物体表面より測定されたひずみ情報を基に,計算機を用いた数値解析的処理を施すことにより,構造物中に存在するき裂等の欠陥の位置および形状を同定するき裂逆問題解析システムを開発することが目的である.申請者らのこれまでの研究により,半無限体表面に垂直にはいった3次元表面き裂の同定問題,および傾斜表面き裂の内部形状同定問題の解析を行い,数値実験を通し提案する手法の有効性を検討した.しかしながら実際に試験を実施する現場においては,計測されるひずみデータが,常に精度よく得られるとは限らない。き裂形状・寸法の高精度な同定を行うために,ひずみ測定点数および測定位置などの検討を加えた.また,傾斜した3次元表面き裂の同定実験も同様な誤差を含むデータを用いて模擬試験を行った.その結果,表面き裂の傾斜角度の同定精度が比較的良くない場合においても,表面き裂の荷重方向の投影面積は,比較的精度良く推定できることが明らかとなった.また,本研究で採用している逆問題解析手法は,通常,順問題の解析に用いられる計算力学的手法(ここでは体積力法)を中心に据えたものであり,それの反復計算により解が求まる.したがって,逆解析を種々の問題へ応用していくためには,ひずみ場の順解析に用いる解析法を発展させていくことも重要である.本研究では,体積力法の特異積分方程式を厳密に解く方法(未知関数を基本密度関数と多項式の積によって近似する方法)を,各種き裂および介在物の干渉問題にも応用した.
立体構造情報を利用した高輝度蛍光タンパク質の合理的なデザイン法の開発

蛍光タンパク質は生物学研究において欠かせないツールとして用いられているが、その蛍光強度の増強はランダムな変異導入によって行われており効率化が求められてきた。本研究では、ランダム変異導入により蛍光強度を増強させた蛍光タンパク質の各中間変異体の立体構造を決定し、それらを比較することにより蛍光タンパク質改良の指針となる構造的特徴を見出した。蛍光強度の増強された変異体では、蛍光発色団の平面性の向上が見られ、主鎖のβストランドはより蛍光発色団に近づいて安定化に寄与していた。今後、現在構築中の計算機シミュレーションによる分子モデリングの系を用いた高輝度蛍光タンパク質の合理的なデザイン法の確立が期待される。UV励起蛍光タンパク質のX線結晶構造解析1.蛋白質の結晶化と回折測定アミノ酸置換変異導入により段階的に蛍光強度を増強させたUV励起蛍光タンパク質変異体の結晶化を行った。構造決定を予定した蛍光強度の異なる7つの変異体のうち全てにおいて回折測定に十分な大きさの結晶を得ることができた。それらについて、北海道大学薬学研究科の稲垣教授の研究室と共同で研究室内のX線発生装置や国内の放射光施設で回折測定を行ったところ、5つのサンプルについて構造決定に十分な分解能2A付近かそれ以下の良好な反射データを得ることができた。当初の予定に反して、反射の得られたサンプルの結晶化条件はそれぞれ異なり個々に条件のスクリーニングを必要とした。残りの2サンプルに関しては引き続き結晶化条件のスクリーニングを行っている。2.測定データの解析良好な反射の得られた5つのサンプルについて解析を行っている。そのうち蛍光量子収率の最も大きい最終改良変異体である"Sirius"とその1段階前の改良変異体については構造精密化を終えprotein data bankに立体構造座標データを登録する予定である。また、残りの3つのサンプルに関しても蛍光発色団以外の主鎖・側鎖原子に関する構造モデルの構築を終えた。引き続き電子密度に発色団の原子と水分子の構造モデル構築を行っている。モデル構築中の蛍光量子収率の最も低いUV励起蛍光タンパク質の立体構造と最終改良変異体"Sirius"の立体構造を比較すると予想通り、クロモホア近傍に変異導入されたアミノ酸残基により蛋白質内部の空間が充填されており、発色団の付近の構造の揺らぎが小さくなっていることが予想される。X線結晶構造解析による立体構造決定前年度に行ったUV励起蛍光タンパク質変異体のX線結晶構造解析で、良好な反射データの得られなかった2変異体について、北海道大学薬学研究科の稲垣教授の研究室と共同で再度結晶化条件のスクリーニング、国内の放射光施設を利用した回折測定、構造精密化を行った。そのうちの1変異体については立体構造座標の決定にまで至った。また、反射データは得られたが構造精密化の完了していなかった3変異体についても再度結晶化と構造精密化を進めて立体構造座標を決定した。最終的に前年度に決定した2変異体と合わせて、当初の予定の7変異体中6変異体について、分解能2Å付近かそれ以下の構造比較を行うのに十分な立体構造座標を得た。変異体間での立体構造比較から、アミノ酸置換変異導入によって蛍光量子収率が増大したものほど、蛍光発色団の平面性が高いことが明らかになった。また、殆ど蛍光を発しなかった改良の初段階の変異体mSECFP-Y66Fでは5員環と6員環から形成される蛍光発色団の6員環部分が脱離しており、このことが著しい蛍光強度の低下を引き起こしていることが明らかとなった。これらの蛍光タンパク質の蛍光強度改良の鍵となる知見について、第33回日本分子生物学会年会において発表した。分子シミュレーションによる解析決定した変異体立体構造を用いて発色団近傍の詳細な電子状態を知るためのQM計算を行う並列計算環境を平成22年度予算により購入した量子化学計算用ワークステーションにて構築した。X線結晶構造解析により決定した立体構造間の比較・解析前年度までのX線結晶構造解析により、UV励起蛍光タンパク質Sirius開発の初段階で作製された無形構成の変異体mSECFP-Y66Fでは、それ以降の改良変異体で見られる5員環と6員環から形成されている蛍光発色団の6員環部分が脱離していることが立体構造情報から明らかになっている。また、π共役系の広がりが大きいほど吸収・蛍光スペクトルの長波長化が起こるという予想に相反して、5員環のみからなる発色団を持つmSECFP-Y66Fの吸収スペクトルの形状が5員環と6員環が共存し、よりπ共役系の広がりを持つと思われるSiriusのものとほぼ一致するような知見も得られている。この興味深い知見を検証するために、北海道大学電子科学研究所の玉置教授の研究室と共同でmSECFP-Y66FとSiriusそれぞれの発色団単体の化学合成及び吸収・蛍光スペクトル比較を行ったところ、いずれもSiriusタンパク質に近い吸収波長ピークを示した。

分子シミュレーションによる解析立体構造を決定することのできた変異体について、立体構造と蛍光量子収率の相関を考察するためにQWMM-MD(量子化学/分子力学-分子動力学)計算を行う系を大阪大学蛋白異質研究所中村教授の研究室との共同研究により構築している。第一段階として、蛍光発色団のみに対してQM計算を行い、その結果を、Sirius、mSECFP-Y66F両蛍光タンパク質の発色団の吸収ピーク波長と比較したところ、測定値に近い値を得ることができた。1) X線結晶構造解析により決定した立体構造間の比較・解析平成23年度までにX線結晶構造解析により決定した、UV励起蛍光タンパク質Sirius、及びシアン蛍光タンパク質mSECFPからSiriusを開発する過程で得られた途中段階の変異体の立体構造を詳細に比較した。その結果、蛍光タンパク質に特徴的なβ-can構造を形成するβストランドのうちの、7番目のβストランドにおいて、各変異体の立体構造間で顕著な違いを見出した。蛍光強度の増加したSiriusではこの7番目のβストランドがより蛍光発色団に近い位置にシフトしており、タンパク質内での蛍光発色団のパッキングの向上に寄与していることが示唆された。さらに、開発の初段階で作製された無蛍光性の変異体mSECFP-Y66Fの蛍光発色団構造の解析を行った。蛍光を持つ変異体で見られる5員環と6員環から形成されている蛍光発色団のうちの6員環部分がmSEDFP-Y66Fでは脱離していることが立体構造から示唆されていた。この6員環の脱離をより直接的に裏付ける為に、トリプシン消化したmSECFP-Y66Fについて質量分析による解析を行い、発色団が5員環のみから形成されていることが示唆される結果を得た。2)分子シミュレーションによる解析各変異体について、タンパク質の運動性と蛍光量子収率の相関を計算化学的に考察するためにQM/MM-MD(量子化学/分子力学-分子動力学)計算を行う系を大阪大学蛋白異質研究所中村教授の研究室との共同研究により構築している。前段階としての蛍光発色団と溶媒分子を考慮したQM計算の系を立ち上げについてはほぼ完了し、タンパク質中でのタンパク質主鎖の運動を考慮した計算を行う段階へと進んでいる。前年度以前の、タンパク質結晶化の条件が各変異体によって異なったため立体構造を得るまでに時間がかかってしまったため、全体的な計画の遅れが生じている。しかし、22年度の状況を踏まえて修正を加えた23年度交付申請時の研究計画の内容はおおむね達成された。25年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までにX線結晶構造解析によって決定したUV励起蛍光タンパク質Siriusおよびその変異体の立体構造(合計6種類)を比較する。各変異体の変異導入に伴う発色団周りの環境の変化に着目し、発色団自身の平面性、周囲のアミノ酸残基との位置関係、キャビティーの大きさ等を指標にした比較を行い、これらの立体構造的特徴と蛍光量子収率の変化の関係性を考察する。
関東地方における人物埴輪製作技法の研究

昨年度の比較検討によって抽出された5地域すなわち、茨城県北部・同県中部・千葉県北東部・埼玉県北東部・群馬県にみられる人物埴輪製作技法の特徴をみると、茨城県北部では木芯中空成形があげられる。同県中部では全身像における分離成形があり、千葉県北東部では円錐形粘土棒による腕・美豆良成形が上げられる。また、埼玉県北東部では木芯中空成形と上着裾突帯表現の盛行があげられる。群馬県では東西両地域の詳細な技法上の差異は抽出できないが、写実的な全身像製作が特徴のひとつとしてあげられる。他地域をみると、神奈川県内にも木芯中空成形や写実的な全身像が存在し、栃木県内にも写実的な全身像や分離成形もみられる。このほかいくつかの特徴を比較し、その出現時期を考え合わせると、茨城県北部や神奈川県内でみられる木芯中空成形は埼玉県北東部で出現しており、この技法が両地域に伝播あるいは直接供給されたことがわかる。また、茨城県・千葉県・神奈川県では6世紀中葉頃を界に埼玉県北東部より群馬県内からの影響が強くみられるようになってくる。また、千葉県・栃木県では群馬県・茨城県からの影響も看守され、時期や地域によって複雑に技法の伝播あるいは直接供給がなされたことがわかる。しかし、おおきな流れとしては、6世紀前半代は北関東は群馬系、南関東は埼玉北東部が拠点となっており、その後急速に群馬系の埴輪が南関東にまで影響を及ぼすようになってくるのである。この影響は埼玉県北東部にまで浸透してくることから、6世紀後半代の関東地方は埼玉県北東部を凌駕した群馬系の人物埴輪が広く製作されるようになってゆくものと考えられる。このことは、6世紀後半代の関東地方では、群馬の勢力が広く浸透したことをものがたるものと思われる。地域毎に平装男子・正装男子・武装男子・女子・盾持人などにわけて人物埴輪を集成してみたが、その結果人物埴輪の種類を越えて普遍的にみられる表現方法と、種類によって異なる表現方法が存在することが判明した。具体的には、眉・目・鼻など顔面部の表現においては種類に関係なく同じ表現をとるものが圧倒的に多いのに対し、帽子・冠・衣服などでは職掌によって明確に違いがみられる。また、古式の人物埴輪は写実的表現が多いのに対し、終末期では形式化が進行している。このような表現方法における普遍性と個別性、および製作時期の違いにより表現方法や成形技法が変化していることをふまえたうえで、共通した製作技法を有する埴輪製作集団を抽出してみると以下のような特徴を有する5地域の集団が想定される。腕成形における木芯中空技法を代表とする茨城県北部地域、全身像における分離成形技法の茨城県中部地域、全身像を製作せず、腕・美豆良を同じ円錐形の部品から製作する千葉県北東部地域、腕成形における木芯中空技法を有し、上着裾を突帯で表現する埼玉県北東部地域、写実的な大形全身像を製作する群馬県地域などである。この他の地域でも埴輪製作集団の存在は想定されるが、顕著な地域的特徴を有しないことから、明確には分離できない。この背景には他地域に技法を伝播する拠点的埴輪製作集団と、これらの影響下に成立した非拠点的埴輪製作集団の2者が存在するためと考えられる。したがって、埴輪製作集団間には技法伝播のルートが存在することが想定される。また、神奈川県などでは全く地域色がみられないことから、他地域の製作集団が製作に直接関与した可能性が高い。