hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カイラル対称性とＵＡ（１）問題

粒子の質量はヒッグス粒子によって創成されると考えられているが、その質量は非常に小さく、実質的に物質の質量を創る機構が他に必要である。南部陽一郎は、強い相互作用における自発的対称性の破れによって物質はその質量を獲得すると説明した。しかし、そのことを証明した実験はまだない。本研究はこの壮大なテーマに挑み、そのために必要な実験手段を開拓した。世界最高エネルギーのレーザー電子光ビームLEPS2を新たに開設し、1GeV領域の光子に対して世界最高エネルギー分解能を持つ電磁カロリメータBGOeggを完成した。この2つを組合わせることによって、計画通りのクォーク核物理研究環境を構築し、データ収集を行っている。本研究の目的は、QCD真空カイラル相転移前駆現象を新しい手法で捕らえると共に関連するクォーク核物理の問題解決に挑むことである。この研究では、世界最高エネルギーの逆コンプトン光子ビームLEPS2と世界最高エネルギー分解能(σ_E/E1.3%@1GeV)を誇る4π電磁カロリメータBGOeggを駆使して、クォーク核物理の未踏領域を開拓する。その具体的テーマとして、原子核中のη'(958)メソンの振る舞いを詳細に調べ、カイラル対称性の部分的回復とU_A(1)アノマリの関係を実験的に明らかにすることを目指している。ここまでの2年間は、東北大学電子光理学研究センターで行われたBGO単結晶検出器1320本からなる大型電磁カロリメータBGOeggの組立から始まり、BGOeggのSPring-8への搬入(平成24年12月15日)、SPring-8/LEPS2ビームラインのコミッショニング(平成25年1月27日)を経て、光電子増倍管の設置、及び配線を行ってきた。平成25年度は、BGOegg全ての光電子増倍管の装着・遮光を行った。この作業は、BGOeggを作業領域に移動して行われ、5月から始まり11月にまで及んだ。再びLEPS2ビームライン軸上に整列・設置し(平成25年11月13日)、ケーブルの配線を行い、ビームによる調整の段階に入ったところである。なお、前方陽子検出器開発については当初の計画を変更し、前方大立体角を覆うRPCによる飛行時間測定法を採用することにした。本研究の目的は、QCDカイラル相転移前駆現象を新しい手法で捕らえると共に関連するクォーク核物理の問題解決に挑むことである。この研究では、世界最高エネルギーの逆コンプトン光子ビームLEPS2と1GeVにおけるエネルギー分解能が1.3%という世界最高分解能を誇る4π電磁カロリメータBGOeggを駆使して、クォーク核物理の未踏領域を開拓する。具体的には、原子核中でのη'(958)メソンの振る舞いを主な研究対象とする。そのためには4π電磁カロリメータが不可欠であり、平成24年度はその建設・搬入・設置に取り組んだ。本研究では、東北大学電子光理学研究センターの基幹検出器である4π電磁カロリメータBGOeggを用いる。BGOeggは1320本のBGOクリスタルを卵形に配置した検出器で、総重量は約3tである。まず、東北大学電子光理学研究センターにおいて全クリスタルの組み立てを行った。この組立は、本研究が開始される以前から始まっており、1320本のクリスタルを装着するだけでも1年以上の歳月が流れている。12月までにクリスタル装着は完成した。そのままの状態でBGOeggをSPring-8まで輸送するために様々な方法を検討し、結果的には何の事故もなくBGOeggの輸送は無事完了した。BGOクリスタル検出器は温度変化に敏感なため、LEPS2実験室内に恒温ブースを建設し、BGOeggの温度を一定に保つよう算段した。回路系は膨大なものとなったが、平成24年度は300チャンネルに限定して配線を行った。これに伴い、BGOeggの光電子増倍管装着も300チャンネルとし、ビームコミッショニングに間に合うように回路調整が行われた。その結果、BGOegg搬入・設置の約1ヶ月後のビームコミッショニング直後にBGOeggによるπ0メソンの検出に成功した。本研究の目的は、強い相互作用の世界における真空のカイラル相転移前駆現象を探索し、自発的対称性の破れによる質量創成機構を実験的に究明することである。そのための手段として、世界最高エネルギーのレーザー電子光ビームLEPS2を開設し、そこに1GeV領域の光子に対して世界最高のエネルギー分解能(1.3%@1GeV)をもつ電磁カロリメータBGOeggを設置することによって計画通りのクォーク核物理研究環境を構築した。

SPring-8/LEPS2ビームラインの開設・調整と大型BGO単結晶1320本を装着した電磁カロリメータBGOeggを平成24-25年度の2年間で完成させ、平成26年度から本格データ収集に入り、現在に至っている。BGOeggは、長さ22cmの角錐台BGO単結晶60本を一組として360度を覆い、これを22組合わせ極角24度144度を覆っており、組立後は中空の卵形をしている。結晶同士が総重量約2トンを互いに支え合う構造で、ケーシングが無い。そのため不感領域が全く無いという特徴を持っており、このことが世界一のエネルギー分解能に繋がっている。平成26年度に行ったLEPS2ビームによるBGOeggエネルギー校正の第一段階で、中性パイオンの質量分解能として6.6MeVを得ており、世界のクォーク核物理研究で稼働中の電磁カロリメータの中で最高の質量分解能を達成した。データ収集は平成27年度も続ける。物理のアウトプットを得るにはもう暫くの時間がかかるが、期待通りの成果が予見できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。クォーク核物理26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は、BGOeggの1320本全ての光電子増倍管を取り付け、3960本のケーブル配線を行い、回路系の構築、及びデータ収集系を完成させ、BGOegg検出器の調整を行う計画であった。この作業には多くの人員と時間が必要であったが、共同研究の利点が活かされ、順調に進展した。平成25年度は、「年度内にBGOeggが検出器として働くように全力を挙げる。」この1点に絞り作業を進めることにしていたが、これは100%達成できた。これに加え、共同研究者の有機的連携作業により、BGOegg用荷電粒子検出器(円筒型ドリフトチェンバ)を完成させる計画も達成できた。更に、前方陽子検出用に開発していたRPC検出器を設置するところまで作業が進んだ。平成24年度の研究実施計画では、SPring-8/LEPS2ビームラインのコミッショニングを行うことと4π電磁カロリメータBGOeggの組立及びSPring-8への搬入・設置を行うことになっていた。これは100%達成できた。但し、ビームラインのコミッショニングは、SPring-8における日程調整を経て当初計画より半年遅れ、平成25年1月下旬に行われたが、無事にビームラインは開通した。また、総重量3tのBGOeggは1320本のBGOクリスタルから成るが、東北大学電子光理学研究センターにおいて全クリスタルの組み立てを完了し、その後無事にSPring-8に搬入・設置した。BGOeggの搬入に先立って、実験室全体のレイアウトの設計作業を行った。検出器の温度変化を極力少なくするために恒温ブースを実験室内に建設し、この中にBGOeggを設置した。本研究グループの役割は、最初の実験のための検出器やデータ収集システムを構築することである。回路系やケーブル敷設には膨大な時間が必要であるが、平成24年度は300チャンネルに限定して作業を行った。BGOeggの光電子増倍管も300本のみ装着したが、これを用いて平成25年2月にはBGOeggによるπ0メソンの検出に成功した。一般に、電磁カロリメータによってπ0メソンを検出するまでには、検出器のエネルギー校正や位置情報の構成など多くの人手と時間が必要である。検出器を設置して1ヶ月程度でπ0が検出されたことは当初の予想以上の成果である。
虚血後心筋リモデリングにおけるプログラム細胞死、アポトーシスの関与とその画像化

Tc-99m-Annexin V(Tc・AV)を用いてラット心筋虚血再灌流モデルにおけるアポトーシスに対する各種インターベンションの効果ならびに虚血2週間後におけるアポトーシスの状況と心筋ダメージの関連を検討した。対照群ラットにおいて左冠動脈(LCA)を20分間閉塞し、その後再灌流30、90分後にTc-AV(100-200MBq)を投与し(n=13)、1時間後に屠殺した。2核種オートラジオグラフィにてTc-AV(アポプトーシス)とTl(虚血範囲)の分布を画像化し解析した。インターベンションとしてはischemic preconditioning(Precon)としてLCAの5分閉塞、5分再還流を4回繰り返した後、対照群と同様に処置した(n=11)。Postconditioning(Poscon)群は20分虚血再還流時に10秒の再還流と10秒の閉塞を6回繰り返した(n=11)。薬剤によるアポトーシス抑制群としてはcaspase inhibitorであるQ-VD-OPhを投与した後対照群と同様に処置した(n=11)。対照群では再環流30,90分での正常部に対する虚血部のTc-AVの集積比はそれぞれ4.15±1.89,3.70±1.41であった。Precon群ではTc-AVの集積はそれぞれ1.17±0.29,1.33±0.74と有意に低下した。Poscon群でも2.09±0.56,1.88±0.69と有意に低下し、Q-VD-OPh投与群でも2.08±0.50,1.27±0.24と有意に低下した。再灌流14日後のTc-AVの集積を検討した結果、心筋に菲薄化を生じなかった群の虚血部での集積は視覚的にはっきりせず、集積比も1.01±0.29と有意の増加を示さなかった。心筋に菲薄化を生じ内腔が拡大し、リモデリングを生じたと考えられる群では菲薄化した部分に一致したTc-AVの集積を視覚的に認め、集積比は1.71±0.34と有意に増加していた。心筋壁厚が正常部の1/2程度となった群ではTc-AVの集積は心内膜側から中部において高く、心外膜側の集積は低かった。一方、虚血部の心筋壁厚が1/3以下となり菲薄化した部位では、菲薄化部全体に不均一な集積を示していた。以上より、虚血後のリモデリングにはアポトーシスの関与が示唆され、虚血後早期のアポトーシスはPrecon,Poscon,caspase inhibitorによるインターベンションにて抑制できことが判明した。またTc-AVによるイメージングはアポトーシスのモニタリングに有用であることが示された。

以上より、虚血後のリモデリングにはアポトーシスの関与が示唆され、虚血後早期のアポトーシスはPrecon,Poscon,caspase inhibitorによるインターベンションにて抑制できことが判明した。またTc-AVによるイメージングはアポトーシスのモニタリングに有用であることが示された。Tc-99m-Annexin V(Tc-AV)を用いてラット心筋虚血再灌流モデルにおいて各種インターベンションがアポトーシスに及ぼす影響を検討した。対照群としては左冠動脈(LCA)を20分間閉塞し、その後再灌流30、90分後にTc-AV(100-200MBq)を投与した。Preconditioning群では5分閉塞5分再灌流を4回繰り返した後に対照群と同等に20分虚血再灌流を行った。Postconditioning群では20分虚血後に10秒再灌流と10秒閉塞を6回くり返し再環流した。Caspase阻害剤投与群では虚血20分前にQ-VD-OPhを投与した。いずれも30,90分の再灌流後にTc-AVを投与した。その1時間後にLCAを再結紮し、直後にTl-201(0.74MBq)を投与し1分後に屠殺した。2核種オートラジオグラフィにてTc-AV(アポプトーシス)とTl(虚血範囲)の分布を画像化し解析した。対照群ではTc-AVは不均一に再環流30、90分ともに虚血部のmid myocardiumに集積した。正常部に対する虚血部のTc-AVの集積はそれぞれ4.15±1.89,3.70±1.41であった。Preconditioning群では集積はそれぞれ1.17±0.29,1.33±0.74に著明に抑制された。Postconditioning群ではそれぞれ,2.09±0.56,1.88±0.69に抑制された。Caspase阻害剤投与群ではそれぞれ2.08±0.50,1.27±0.24に抑制された。いずれのインターベンション群でもTUNEL染色にて陽性細胞数は著明に減少した。以上よりTc-AV集積はCaspase阻害剤で有意に抑制されることにより、その集積はアポトーシスを反映していると結論されるた。従ってインターベンションによる虚血誘発性アポトーシスの変化をTc-AV画像により観察可能であると考えられた。心筋リモデリングのパイロットスタディとして、ラット心筋虚血再灌流モデル(20分虚血)において基礎的検討を行った。まず再灌流14日後の時点での組織学的変化とアポトーシスによる細胞膜表面へ露出したphosphatidylserine (PS)に結合するTc-99m-AlmexinV (Tc-AV)の集積を検討した。正常部に対する虚血部全体のTc-AVの集積は1.31±0.31と軽度の増加を示した。虚血部に対するTc-AVの集積部の領域(面積)の割合は0.48±0.20であった。Tc-AVの集積部に限定した領域の集積比は、1.65±0.31であった。Tc-AVの集積は不均一であり虚血により心筋壁厚が正常部の1/2程度となり、リモデリングをおこしたと考えられる部位に一致して集積を示していた。その集積は心内膜側から中部において高く、心外膜側の集積は低かった。一方、虚血部の心筋壁厚が1/3以下となり菲薄化した部位では、菲薄化部全体に不均一な集積を示していた。リモデリングに関する新しいトレーサとして細胞外マトリックス糖タンパク質であるtenascin Cに対する抗体をアイソトープで標識し検討した。I-125での標識を検討した結果、標識率は90%以上を確保できた。tenascin Cは正常心では発現しておらず、梗塞後24時間で出現し、7日では低下してくることが示唆されている。虚血再灌流モデルを用い再灌流24時間、7日後に1-125-抗tenascin C抗体を投与しイメージングした。その結果、集積は24時間後で高く、7日では低下していたが、何れもその分布は虚血領域内で非常に不均一な分布を示しており、分布に一定の傾向が掴めなかった。
COPD病態における自然リンパ球の関与およびその制御機構の解明

慢性閉塞性肺疾患(Chronic Obstructive Pulmonary Disease;COPD)の増悪制御はその病態進行のみならず入院費増大など社会的負荷の観点からも必要不可欠である。近年、迅速かつ大量のサイトカイン産生能を持つ自然リンパ球が自己免疫疾患や喘息などの病態に関与する可能性が示唆されているが、COPDおよびその増悪病態においてその関与は未だ不明である。本研究では、自然リンパ球の活性化に重要な気道上皮からのアラーミン放出、アラーミンに対する炎症細胞の免疫応答およびCOPD患者肺における自然リンパ球プロファイルについて検討した。ヒト培養気道上皮細胞を用いた検討ではタバコ煙などの酸化ストレスやウイルス感染によりIL-33発現が促進され、酸化ストレス存在下ではウイルス感染時のIL-33発現が増強する可能性が示された。また、Necroptosis経路の活性化が認められ、その阻害によりIL-33発現の抑制傾向が認められた。以上より、COPD病態において重要な酸化ストレス存在下では、ウイルス感染時のIL-33の発現増強を促進する可能性が示唆され、その機序にNecroptosis経路が関与する可能性が示された。ヒト手術肺を用いた自然リンパ球の分離同定および炎症細胞(肺胞マクロファージなど)の反応性に関する検討は進行中であり、今後、COPD病態におけるIL-33を介した自然免疫応答機序をより明確にできる可能性がある。また、上記の検討結果は気管支喘息の病態においても重要である可能性が考えられ、気管支喘息の病態における評価も今後、併せて進めていく予定である。気道上皮細胞を用いた検討ではおおむね予定通りの進行状況である。しかし、ヒト手術肺組織からの自然リンパ球の分離同定に関しては、FACSでの目的細胞と考えられる細胞群の選定、評価までは進行しているが、その細胞のサイトカイン産生能等による細胞の確定がまだ不十分であるため。気道上皮培養細胞においてIL-33発現が酸化ストレスにより増強する可能性があることが分かったが、Necroptosis経路を含めたその発現制御の経路に関してはまだ、不明確である。その経路を解明するため、種々のタンパクのリン酸化を検討し、その阻害薬での抑制実験を行う予定である。また、ヒト手術肺から分離を行ったヒト気道上皮細胞での上記結果の確認を進め、COPD病態に加え、気管支喘息病態においても検討を進める。健常者およびCOPDまたは気管支喘息患者由来の気道上皮を用いて、上記経路の反応性の比較などについて合わせて検討を進める予定である。自然リンパ球の分離同定に関する検討では、昨年度同様に継続し、微小細胞検体に関するmRNA、サイトカインの発現確認方法の確立等を併せて進めていく予定である。平成28年度の未使用額は平成29年度請求額と合わせ、平成29年度の研究遂行に使用する予定である。実際にはTLR3などのリガンド、阻害薬およびELISAキット、培養液、FACS関連試薬等の費用に用いる予定である。

次年度使用額が生じた理由としては、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。平成28年度の未使用額は平成29年度請求額と合わせ、平成29年度の研究遂行に使用する予定である。実際にはTLR3などのリガンド、阻害薬およびELISAキット、培養液、FACS関連試薬等の費用に用いる予定である。
部分環の指数とエントロピ-に関する研究

von Neumann部分環の包含関係を記述する定量的概念として、その部分環の上への条件付期待値に付随して定まる指数とエントロピ-がある。この両者と深く関連していると思われるある指標ー指数型微分(Indicial Derivative)と我々は呼んでいるがーについて詳細な検討を行った。その為の準備として、作用素値ウェイトに関するRadonーNikudym型定理を確立し、更に、作用素値ウェイト、ConnesのSpatial Derivative、ヒルベルト空間上のguardratic formの直積分分解の存在とその一意性が成立する事を確認した。以上の結果を用いて、指数型微分に関する還元論を完成させた。この事実は、Jonesー幸崎の指数に関する還元論と諸公式を直ちに与える事を意味すると同時に、既に我々が確立した所のPimsnerーPopaのエントロピ-に関する還元論と照合する事で、そのエントロピ-との関連性を明確にした。また、エントロピ-が最大となるケ-スや指数が最小となるケ-スは、指数型微分がスカラ-作用素となるケ-スとして把握されるので、このケ-スを、後者の観点に立って検討を加えた。更に、指数は無限となるが指数型微分は意味のある作用素となる因子環一部分因子環のモデルが存在する事も確認した。群作用に関しては、片山良一が竹崎正道との共同研究で、従順群のAFDー因子環への作用に関して漸近的に不動にする自己同型は、元の作用自身に限るという双対性を示した。また、神保敏弥は阪井章との共同研究で、DがC^nの強擬凸領域の場合、Dの境界のコンパクト集合がA(D)に対する峯集合ならば、峯補間集合になるという結果を、Dが実または複素pseudoーellipsoidsの場合にも成立することを示した。
可変空間分解能型マルチスケール混相流統合解析技術の開発

混相流を含む工業機器の設計・開発支援のために,様々な時間・空間スケールの現象が内在する混相流の数値予測が不可欠である.しかし,既存計算手法は各々扱える空間スケールが異なり,複数のスケールが共存する混相流を合理的に取り扱える計算方法はない.本研究では,既存計算手法をハイブリッド結合し連続体のスケールの範囲内で多種多様な混相流を扱える統合計算手法の開発を目的とした.本年度は,前年度までに高度化された多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の3種の計算手法をハイブリッド結合し,統合計算手法を完成した.本計算手法は,(a)多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の機能を内包するため,単一機能を選択すれば各機能が扱える現象を従来通り予測可能,(b)任意の2種の計算手法を組合せた3種のハイブリッド計算を実施可能,(c)3種の計算手法の組合せにより任意の粒子径-計算セルサイズ比の粒子や大規模な界面構造が混在するマルチスケール混相流を計算可能という特徴を有している.本手法の計算能力検証のため,3種の計算機能を全て用いて正方形ダクト内気泡流の計算を行い,(1)統合計算手法は従来手法では計算困難であった非均質気泡流を扱えること,(2)大規模な界面構造や微小気泡が混在する流れを計算できることを示した.また,自由表面を有する矩形容器内非均質気泡プルームを対象として実験と計算結果を比較し,(3)セルサイズ程度の小気泡が疎に分散する流れの平均量を短時間で求めるには多流体モデルが適している,(4)小気泡と大気泡が混在する疎な気泡流れ場の計算には粒子追跡法が適している,(5)対象とする流れ場に応じて最適な計算手法を選択することにより良好な予測結果を得られることを確認した.以上のように、本研究では混相流が内包する様々な空間スケールの現象と計算者のニーズの多様性に柔軟に対応できる統合計算技術を構築し,その有用性を確認した.混相流を含む工業機器の設計・開発支援のために,様々な時間・空間スケールの現象が内在する混相流の数値予測が不可欠である.しかし,既存計算手法は各々扱える空間スケールが異なり,複数のスケールが共存する混相流を合理的に取り扱える計算方法はない.本研究では,既存計算手法をハイブリッド結合し連続体のスケールの範囲内で多種多様な混相流を扱える統合計算手法の開発を目的とした.本年度は,前年度までに高度化された多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の3種の計算手法をハイブリッド結合し,統合計算手法を完成した.本計算手法は,(a)多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の機能を内包するため,単一機能を選択すれば各機能が扱える現象を従来通り予測可能,(b)任意の2種の計算手法を組合せた3種のハイブリッド計算を実施可能,(c)3種の計算手法の組合せにより任意の粒子径-計算セルサイズ比の粒子や大規模な界面構造が混在するマルチスケール混相流を計算可能という特徴を有している.本手法の計算能力検証のため,3種の計算機能を全て用いて正方形ダクト内気泡流の計算を行い,(1)統合計算手法は従来手法では計算困難であった非均質気泡流を扱えること,(2)大規模な界面構造や微小気泡が混在する流れを計算できることを示した.また,自由表面を有する矩形容器内非均質気泡プルームを対象として実験と計算結果を比較し,(3)セルサイズ程度の小気泡が疎に分散する流れの平均量を短時間で求めるには多流体モデルが適している,(4)小気泡と大気泡が混在する疎な気泡流れ場の計算には粒子追跡法が適している,(5)対象とする流れ場に応じて最適な計算手法を選択することにより良好な予測結果を得られることを確認した.以上のように、本研究では混相流が内包する様々な空間スケールの現象と計算者のニーズの多様性に柔軟に対応できる統合計算技術を構築し,その有用性を確認した.1.統合解析手法の基礎方程式構築界面追跡法・粒子追跡法・平均化手法を統合化した基礎方程式の基本形を構築した。その際、流体密度の温度・圧力・濃度依存性を考慮し、多種多様な混相流現象に様々な空間分解能で対応できるようにした。2.界面追跡法の高度化界面追跡計算アルゴリズムを再検討し、従来手法に比べて高精度の方法を開発した。本手法は、水・空気系のように密度比が大きい条件でも良好な体積保存性・高い数値的安定性・界面シャープさ維持能力を有する。3.平均化手法の高度化平均化手法では格子サイズより大きな気泡・液滴・粒子を扱えない。この問題を解決するために数密度輸送方程式に基づく新たな手法を開発し、既存手法では取扱い不可能であった多くの混相流問題を精度良く予測できることを確認した。4.粒子追跡法の高度化粒子追跡法と界面追跡法をシームレスに結合するために、粒子追跡法に流体体積率関数の概念を導入した新手法を考案した。本手法により、格子サイズの2倍以上の大きさを有する流体粒子・固体粒子を容易に、かつ精度良く予測できることを確認した。5.界面運動量輸送相関式の開発及び選定界面運動量輸送相関式として、流路壁の存在が抗力に及ぼす影響に関する実験を実施し抗力補正相関式を構築した。また、模擬気泡塔を作成して塔内気相体積率分布を測定し、平均化手法に基づく計算結果の比較により各種相関式の感度解析を行い、界面運動量輸送項と二相乱流モデルの選定を実施した。

さらに、静止水中気泡揺動運動測定装置と計測系を開発し、揺動運動誘起力モデルを作成した。本モデルを気泡追跡法に組み込み管内気泡流におけるボイド波形成現象を良好に予測できることを確認した。6.界面追跡法と気泡追跡法の融合前記項目2と4で開発した界面追跡法と気泡追跡法を結合したハイブリッド手法の開発した。現在、検証計算を実施している段階にある。1.統合解析手法の基礎方程式系構築界面追跡法・粒子追跡法・平均化手法を統合化した基礎方程式に必要となる各種相関式のうち,流体粒子に作用する抗力・揚力・仮想質量力のモデルを纏め上げた.本成果は,第3回二相流モデリング・実験国際シンポジウムの基調講演で報告した.2.界面追跡法の高度化と検証前年度に改良した計算アルゴリズムのさらなる精度改善を図り,機械学会論文集に公開した.また,広範囲の密度比・粘性比を有する体系への適用性を,新たに実施した単一液滴実験との比較により確認した.さらに,流体密度の温度依存性を考慮できるようにアルゴリズムを改良した。3.平均化手法の高度化流体密度の温度・圧力依存性を考慮できる平均化手法を構築し,界面追跡法とハイブリッド結合した.本成果は,化学工学論文集に公開した.また,気泡合体・分裂モデルの調査を実施し,合計6種の既存モデルの精度検証を実施した.本検証のため大型気泡塔内気相体積率分布測定も実施した.検証の結果,気泡誘起乱れの値によって既存モデルを切り替えて使用すれば,気泡合体・分裂現象を予測できる見通しを得た.4.粒子追跡法の高度化一流体近似に基づく新たな流体粒子追跡法を構築し,界面追跡法とハイブリッド統合した.また,前年度構築した遥動運動誘起力モデルを本手法に組み込み,気泡遥動運動を精度良く予測できることを確認した.本成果は,第3回二相流モデリング・実験国際シンポジウムで公開した.混相流を含む工業機器の設計・開発支援のために,様々な時間・空間スケールの現象が内在する混相流の数値予測が不可欠である.しかし,既存計算手法は各々扱える空間スケールが異なり,複数のスケールが共存する混相流を合理的に取り扱える計算方法はない.本研究では,既存計算手法をハイブリッド結合し連続体のスケールの範囲内で多種多様な混相流を扱える統合計算手法の開発を目的とした.本年度は,前年度までに高度化された多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の3種の計算手法をハイブリッド結合し,統合計算手法を完成した.本計算手法は,(a)多流体モデル,粒子追跡法,界面追跡法の機能を内包するため,単一機能を選択すれば各機能が扱える現象を従来通り予測可能,(b)任意の2種の計算手法を組合せた3種のハイブリッド計算を実施可能,(c)3種の計算手法の組合せにより任意の粒子径-計算セルサイズ比の粒子や大規模な界面構造が混在するマルチスケール混相流を計算可能という特徴を有している.本手法の計算能力検証のため,3種の計算機能を全て用いて正方形ダクト内気泡流と自由表面を有する矩形容器内気泡プルームの計算を行い,(1)統合計算手法は従来手法では計算困難であった非均質気泡流を扱えること,(2)大規模な界面構造や微小気泡が混在する流れを計算できることを示した,また,非均質気泡プルームを対象として実験と計算結果を比較し,(3)セルサイズ程度の小気泡が疎に分散する流れの平均量を短時間で求めるには多流体モデルが適している,(4)小気泡と大気泡が混在する疎な気泡流れ場の計算には粒子追跡法が適している,
スルメイカの季節発生群の再生産の成否が影響する資源変動機構の解明

200トン水槽を用いたスルメイカの再生産仮説の再検証、ふ化幼生の初期餌料探査、各季節発生群の資源変動予測を行い、以下の新知見を得た。飼育下での本種の成長・成熟・交接・産卵イベントは水温調節によって制御が可能、水槽内で雌21個体が計39個の卵塊(直径30-120cm)を産卵、水槽内に水温躍層を再現して卵塊の水温躍層滞留を確認、スルメイカ類では初めてふ化幼生が約2週間生存、その初期餌料が有機懸濁物質と海洋微生物であることを特定した。再生産可能海域のGIS解析を行い、2000年以降は秋生まれ群が11月以降にシフトし、冬生まれ群の卓越、分布の北偏、南下回遊の遅れなどを検出した。1)スルメイカの再生産仮説の検証飼育実験17-12月の間,合計4回の北大水産学部の水槽センター内の大型飼育水槽でスルメイカを給餌飼育し,その成熟と産卵に対する水温制御と促進効果を検証した.その結果,13-14°Cでは成熟抑制,15°Cで雄の交接行動,17°Cで雌の卵巣発達と排卵の促進,20°C以上で産卵行動を誘発できた.2日本海区水産研究所宮津支所にて,外套長10cm前後の若イカを15°C以下と17°Cで給餌飼育した.17°Cでは外套長が13-15cmにも関わらず,雌雄とも成熟が促進され,雌は排卵まで至った.3スルメイカの成熟は体サイズ依存ではなく,経験水温が17°C以上であれば小型でも成熟することが明らかとなった.4発生卵の囲卵腔を拡張させる輸卵管腺成分を超遠心分離により分画し,そのうち分子量1万以下の塩溶性画分がその機能をもつことが明らかにできた.5ふ化幼生の初期栄養物質については,外洋性スルメイカ類のアカイカで,船上にて実施した.その結果,有機けんだく物を含む海水飼育で,ふ化後8日間生存した.この成果は,次年度の飼育実験で検証する.6ふ化幼生の水温選択制に関する研究成果を,Fisheries Sceinceに投稿し,現在最終校閲中である.2)温暖化を含む気候変化に適用できる季節別発生群の生活史・回遊モデルの構築12000年以降の再生産海域の月別変化をGIS解析し,2010年,2012年は10月の秋生まれ群の再生産海域の縮小を確認し,次年度の初漁期の遅れと不漁を予測し,事実そのような結果となった。.なお,2013年10月も同様であり,2014年の漁期の遅れなどが懸念される.2冬生まれ群については,2000年以降のその現象を年ごとにGIS解析し,50m水深の水温マップをもとに漁場の北偏(オホーツク海沿岸)と南下回遊の遅れを予測できた.その傾向が今後も続くことが懸念される.気候変化に応答するスルメイカの季節発生群ごとの再生産ー加入過程の成否を通した資源変動の解明と,各季節発生群の生活史・回遊モデルを構築し,今後の海洋環境の寒冷ー温暖レジームシフト,将来の温暖化シナリオに依拠した生活史・回遊の変化,および資源動向の予測手法の確立を目的としている.具体的には,本種の再生産仮説をより強固な仮説とするため,卵塊からのふ化幼生の離脱遊泳過程,水温躍層水槽内での産出卵塊の挙動,これまで全く不明なふ化幼生の初期餌料の探索と幼生の育成,寒冷ー温暖レジームシフトと温暖化シナリオに適用できる季節別発生群ごとの生活史・回遊モデルの構築,GIS解析と統計的手法によって季節発生群ごとの再生産ー加入過程の成否の定量的評価を行い,過去の資源変動との照合による予測精度の確認,そして温暖化シナリオに対する資源動向の予測手法の確立を目指している.H26年度は,スルメイカの再生産仮説をより強固な仮説とするため,函館国際水産・海洋総合研究センターの約220トンの大型飼育実験水槽を用いて,本種の交接・産卵行動,卵塊からのふ化幼生の離脱遊泳過程,水温躍層水槽内での生存に不適な高水温に対するふ化幼生の行動と生残過程,これまで全く不明なふ化幼生の初期餌料の探索と幼生の育成を実施した.15個体の雌が18個の卵塊を産み,そのサイズは,15-80cm,小型卵塊を産むと再度産卵して死亡するが生涯1回産卵を確認した.さらに,卵塊が水温躍層より上層の適水温帯に滞留すること,底に沈むと全卵が死亡すること,加えてふ化の発達ステージ,ふ化幼生が有機けんだく物を最初の餌とする可能性など,多くの新知見を得ることができた.また,この再生産仮説による直近の資源予測を行い,2013年度の産卵場のGISマップを用いて,2014年度の資源動向を高精度で予測できることに成功した.H27年度は,スルメイカの再生産仮説の検証実験とふ化幼生の初期餌料の検索を継続した.この仮説に基づく再生産海域の季節・経年的変遷を追跡した.1H26年度に続き,220トン型大型水槽での産卵行動,水温躍層に対する卵塊の中層滞留,雌の産卵回数,ふ化幼生の初期餌料探索を継続した.

その結果,8個体の雌が計21個の卵塊を産卵した.雌は雄の交接行動による産卵行動阻害,また産卵後も摂餌を続ける場合には,1個体の雌が複数回の産卵をすることが明らかとなった.卵塊中の卵発生時はセル構造の小室に卵が1個ずつ保たれ,卵塊からのふ化時点(ステージ31)で,その小室の蜘蛛の巣状の構造を初めて確認した.2大型水槽内で卵塊からふ化した幼生をそのまま飼育し,有機懸濁物食性の検証を実施した.その結果,前年度はふ化後10日間生存したが,H27年度は約2週間生存した.これは,スルメイカ類では世界で初めての成果である.再生産海域で採集したふ化幼生と,大型水槽で育成したふ化幼生の胃内容物のメタゲノム解析を行った.その結果,胃中には海洋と水槽で共通する海洋細菌相が初めて検出できた.この成果は,ふ化幼生の初期餌料としての海水中の有機懸濁物と海洋細菌が胃中で共存し,それがふ化幼生の成長と活動代謝に寄与することが強く示唆された.3GIS解析と統計モデルによる季節発生群ごとの再生産ー加入過程の成否の定量的評価を行い,過去の資源変動との照合による予測精度の確認を行った.短期予測として,H27年の秋生まれ群の再生産可能海域が20年ぶりに復活していることを見出した.4H27年11月8-14日の間,函館市においてCIAC(国際頭足類諮問機構)国際シンポジウムを開催した.参加者は,35ヶ国から250名の参加があり,本事業の成果を発表するとともに,「活きたイカ類のハンドリングと人工授精」に関するワークショップも主催した.200トン水槽を用いたスルメイカの再生産仮説の再検証、ふ化幼生の初期餌料探査、各季節発生群の資源変動予測を行い、以下の新知見を得た。飼育下での本種の成長・成熟・交接・産卵イベントは水温調節によって制御が可能、水槽内で雌21個体が計39個の卵塊(直径30-120cm)を産卵、水槽内に水温躍層を再現して卵塊の水温躍層滞留を確認、スルメイカ類では初めてふ化幼生が約2週間生存、その初期餌料が有機懸濁物質と海洋微生物であることを特定した。再生産可能海域のGIS解析を行い、2000年以降は秋生まれ群が11月以降にシフトし、冬生まれ群の卓越、分布の北偏、南下回遊の遅れなどを検出した。H26年度は,スルメイカの再生産仮説をより強固な仮説とするため,函館国際水産・海洋総合研究センターの約220トンの大型飼育実験水槽を用いた飼育観察実験が可能となった.このような飼育実験は,国内外でも例がなく,初めての試みであった.例えば,水深4.5mの表層半分を22°C,下層を17°Cとした水温躍層の再現に初めて成功した.さらに,昼夜の照明方法の改良,壁に衝突して死亡しない工夫など,試行錯誤しながら確立することができた.結果として,本種の交接・産卵行動,この間の個体間の行動の詳細と卵塊からのふ化幼生の離脱遊泳過程の映像を記録できた.また,水温躍層水槽内での産出卵塊がその躍層に滞留することを確認できた.例えば,何らかのストレスで小さな卵塊を産んだ場合は,その後摂餌して再び大型卵塊を産んで死亡し,1回で大型卵塊を産む雌は,数日以内に死亡すること,卵塊が水槽底まで沈んだ場合は,次第に卵塊が崩壊し,卵塊内の卵がすべて死亡することを確認できた.これは,本種の卵塊が実際の産卵場でも中層に滞留することが,再生産の絶対条件であることを検証できた.さらに,中層に卵塊を網でくるんで留め,卵塊からのふ化幼生の発育ステージを確認した結果,Stage31ー32であることを,初めて確認した.また,ふ化幼生はすべてが表面近くまで上昇遊泳して,水面近くに滞留することも確認できた.もっとも大きな成果は,スルメイカ類では,ふ化後は内卵黄を消化吸収する4-5日以内で死亡するとされていた.今回は,大型水槽内に,卵塊の残渣,自然海水を注入して粒子けんだく物(POM)と有機けんだく物(DOM)が豊富な条件下で粗放的に幼生を育成した.その結果,ふ化後10日まで生存しており,明らかにこれらのけんだく物を最初の餌とする可能性を見出すことができた.これは,スルメイカ類では,世界で初めての成果である.
生体材料に集積する内因性成長因子の質量分析による同定と高活性骨再生材料の再構成

ラット頭蓋冠に作製した規格化骨欠損に燐酸オクタカルシウム(OCP)等を埋入し、10日後を目安に移植体組織の回収・凍結後、インプラントに集積するタンパク質の抽出を行った.それらから抽出されたタンパク質を精製し、質量分析装置(MALDI-TOF型)を用いて解析した結果、実験群からは200種類以上のタンパク質が検出された.しかし、それらの何れが骨再生に直接的に関与するのかを特定するには至らなかった.ラット頭蓋冠に作製した規格化骨欠損に燐酸オクタカルシウム(OCP)等を埋入し、10日後を目安に移植体組織の回収・凍結後、インプラントに集積するタンパク質の抽出を行った.それらから抽出されたタンパク質を精製し、質量分析装置(MALDI-TOF型)を用いて解析した結果、実験群からは200種類以上のタンパク質が検出された.しかし、それらの何れが骨再生に直接的に関与するのかを特定するには至らなかった.今年度はラット頭蓋冠に作製した規格化骨欠損に燐酸オクタキルシウム(OCP)および新規担体材料として作製したOCPとCollagen複合化担体(OCP/Col)を埋入し、10日後を目安に移植体組織の回収・凍結後、4Mグアニジン塩酸、0.5M EDTAを用いてインプラントに集積するタンパク質の抽出を行った。次年度以降は、抽出されたタンパク質の精製および質量分析装置(MALDI-TOF型)によるタンパク質(成長因子群)の同定、成長因子群を複合した生体材料の再構成および生体内での生理活性の検討を行う予定である。また本研究に関連としてラット頭頂骨部分欠損に成長因子(BMP-2)を付加したOCPを埋入し、それらの骨再生について検討したところ共働的に骨修復を促進しOCPがBMP-2の担体となりうることが示唆された.上記の成果をJournal of Biomedcal Materials Research 71A巻2号に報告した.さらに本研究過程で生体骨組織の構成成分を模倣して作製したOCPとCollagen複合化担体(OCP/Col)は担体内への細胞の遊走を容易にし、成長因子の添加なしでも効率的骨再生材料であることを発見し"硬組織代替性担体材料"として特許出願を行った。今年度はラット頭蓋冠に作製した規格化骨欠損に燐酸オクタカルシウム(OCP)および私たちの開発した新規骨再生材料であるOCPとCollagen複合化担体(OCP/Col)を埋入し、10日後を目安に移植体組織の回収・凍結後、インプラントに集積するタンパク質の抽出および精製を行った。精製精度との関連で当初想定していた埋入移植体の回収数では分析可能なタンパク質が得られないことが判明したため、検体数を増加させ引き続き検討中である.並行して比較対照としてラット頭蓋冠骨組織のタンパク質の抽出・精製およびを質量分析を行い、骨組織に集積するタンパク質の網羅的を行った.次年度以降は、移植体組織から抽出されたタンパク質の質量分析装置(MALDI-TOF型)によるタンパク質(成長因子群)の同定、成長因子群を複合した生体材料の再構成および生体内での生理活性の検討を行う予定である.本研究に関連としてラット頭頂骨部分欠損に私たちの開発した新規骨再生材料であるOCP/Colを埋入すると共働的に骨再生を促進することが示唆された.上記の成果はJournal of Biomedical Materials Research Bに掲載予定である.また、本研究過程で生体骨組織の構成成分を模倣して作製したOCPとCollagen複合化担体(OCP/Col)は担体内への細胞の遊走を容易にし、成長因子の添加なしでも効率的骨再生材料であることを発見し"骨再生を促進する硬組織代替性担体材料"として特許出願を行った。昨年度に引き続きラット頭蓋冠に作製した規格化骨欠損に燐酸オクタカルシウム(OCP)を埋入し、10日後を目安に移植体組織の回収・凍結後、4Mグアニジン塩酸、0.5MEDTAを用いてインプラントに集積するタンパク質の抽出を行った.それら抽出されたタンパク質を精製し、本学薬学研究科の支援を得て、質量分析装置(MALDI-TOF型)を用いて解析した結果、実験群からは予想を遥かに超える200種類以上のタンパク質が検出された,しかし、それらの何れが骨再生に直接的に関与するのかを特定するには至らなかった.一方、本研究遂行過程において高活性骨再生材料として開発・特許出願に至った新規骨再生材料であるOCPとCollagen複合化担体(OCP/Col)がラット頭蓋冠規格化骨欠損において骨再生を促進することを報告(J Biomed Mater Res B Appl Biomater 79:210-217,2006)し、それらの成果の一部を2006年10月中国成都で開催された第19回医用セラミックス国際シンポジウム等で発表した.更にOCP/Colは同様の骨欠損モデルにおいて、既存の骨再生材料であるHydroxyapatite(HA)やβ-tricalcium phosphate(β-TCP)を基盤とした各Collagen複合化担体(HA/Col,β-TCP/Col)に比べても有意に高い骨再生能を示すことを明らかとし、OCP/Colの新規骨再生材料としての有用性を示した.それらの成果はJ Biomed Mater Resh Aに掲載予定である.
外側手綱核をターゲットとした新規幼少期ストレスモデル：経験が惹起する精神疾患機序

ヒトでは、幼少期のネグレクトや虐待という過度なストレスが成長後の精神疾患を惹起すると疫学的に報告されているが、その神経回路メカニズムはわかっていない。近年、外側手綱核(Lateral Habenula; LHb)と不安やうつとの関連が報告されている。これは、ストレスのシグナルを基底核や視床下部からLHbが受け、情動や睡眠、認知を調節するドパミン神経核やセロトニン神経核に抑制性の出力を送るためと考えられる。しかし、不安やうつの症状に発現に関わるLHbの神経回路機構はわかっておらず、LHbに着目した幼少期ストレスと成長後の不安様行動やうつ様行動を調査した研究は例がない。ストレスに対するLHbの活動性が高い幼少時期(生後10-20日; P10-20)に毎日、仔を母親から3時間分離すると、Control群と比較して、成長後(P60)のParvalbumin(PV)陽性細胞がLHbで減少し、ストレス負荷時の神経活動性が増加し、明暗箱試験における不安様行動が増加し、強制水泳試験におけるうつ様行動が増加した。このPV陽性細胞は、細胞体にGABAを含んでいたが、GABA合成酵素であるGAD65や67を発現していなかった。PV陽性細胞はGABA作働性の介在神経細胞と一般的にいわれているが、自らGABA合成しないGABA作動性の神経細胞であることが強く示唆された。今回の結果は,幼少期ストレスによって、抑制性のPV陽性細胞が減少した結果、LHbの活動性が上昇し、モノアミン作動性神経核が過度に抑制されることで、不安様症状やうつ様症状が発現したことを示唆する。今後,LHbのPV陽性細胞の構造や機能をさらに明らかにすることで、効果的な不安やうつの治療薬開発につながると考えられる。外側手綱核(LHb)は(基底核,視床下部からの入力を受け)、ドパミン性神経核やセロトニン性神経核に抑制性の出力を送るため、情動や認知、睡眠に関わり、個体に及ぼすストレスによって活動が増えることが知られている。我々は、幼少期マウスのLHbに含まれるParvalbumin(PV)陽性細胞(抑制性の神経細胞)が少なく、ストレス刺激に対し神経活動性が高いということを見出した。一般的に、幼少期の可塑的な神経回路では、PV陽性細胞の活動が少ないため、強い興奮性の活動が生じる。しかし、幼少期のストレスが生涯に渡って、個体の情動や行動に影響を及ぼすことは検証されておらず、その神経回路メカニズムは明らかでない。本研究は幼少期のストレスがLHbの可塑性に働きかけて改変し、情動行動が変化する神経回路メカニズムを明らかにする。P10-20(Postnatal)の幼少マウスを、母親から毎日3時間分離(Repeated Maternal Separation: RMS)し、ストレスを与えた。RMS群の行動を評価するために、様々な行動試験を行っているが、その中でも明暗選択箱テストで,RMS群は明箱での滞在時間が減少し(p < 0.05)、不安様行動が亢進していた。RMS群では成長後(P60)、Control群と比較してPV陽性細胞が有意に減少し(p < 0.01)、LHbのストレスに対する神経細胞活動性が有意に増加(p < 0.01)していた。このようなストレス反応性の変化はLHbに場所特異的で,他の部位;海馬歯状回と扁桃体では見られなかった。これらの結果から、幼少期ストレスは部位特異的にLHbの構造や機能変化させていることがわかった。幼少期ストレスと成長後の精神疾患の関係性について、RMSを用いた多くの研究が発表されている。従来、視床下部において副腎皮質刺激ホルモンの影響が大きいP1-9にRMSを行うことが主であったが、成長後のうつや不安様行動の発現には副腎皮質刺激ホルモンの影響が乏しいP10以降のRMSが必要だったので、その他の要因が重要と考えられる。平成29年度に行う研究の目的は、LHbの神経細胞活動性が高いP10-20にRMSを行う新規幼少期ストレスモデルを確立し、LHbの神経回路改変を調査することであった。上記のとおり、それは達成されており、さらに平成30年に予定していた行動実験を前倒して行った。不安様行動を測定するために明暗箱試験とオープンフィールド試験を、認知機能を測定するために新規物体探査を、うつ様行動を確認するために強制水泳試験を行った。明暗箱試験において不安様行動の発現を確認した。他の行動実験を済ませて、現在は解析を行っている。平成29年度実施しなかった実験として、カルシウムイメージングを用いたLHbの神経活動性の調査、LHbの臨界期を検討するためP10-20以外のRMSがある。前者は、日本では機器購入が難しく、実行できていない。後者は例数n = 4で、現在は実験を実施し、例数を増やしている。以上のことより、本研究は概ね順調に進展していると考えられる。

しかし、不安やうつの症状に発現に関わるLHbの神経回路機構はわかっておらず、LHbに着目した幼少期ストレスと成長後の不安様行動やうつ様行動を調査した研究は例がない。ストレスに対するLHbの活動性が高い幼少時期(生後10-20日; P10-20)に毎日、仔を母親から3時間分離すると、Control群と比較して、成長後(P60)のParvalbumin(PV)陽性細胞がLHbで減少し、ストレス負荷時の神経活動性が増加し、明暗箱試験における不安様行動が増加し、強制水泳試験におけるうつ様行動が増加した。このPV陽性細胞は、細胞体にGABAを含んでいたが、GABA合成酵素であるGAD65や67を発現していなかった。PV陽性細胞はGABA作働性の介在神経細胞と一般的にいわれているが、自らGABA合成しないGABA作動性の神経細胞であることが強く示唆された。今回の結果は,幼少期ストレスによって、抑制性のPV陽性細胞が減少した結果、LHbの活動性が上昇し、モノアミン作動性神経核が過度に抑制されることで、不安様症状やうつ様症状が発現したことを示唆する。今後,LHbのPV陽性細胞の構造や機能をさらに明らかにすることで、効果的な不安やうつの治療薬開発につながると考えられる。1本研究では、幼少期の経験に依存してLHbのPV陽性抑制性神経細胞に改変が起きることが示された。パルブアルブミン陽性細胞のLHbにおける機能を詳しく調べるために、GABA合成酵素種を調査したが、GAD67は発現していなかった。もう一つのGABA合成酵素であるGAD65の発現を検討する。2回路の改変に与り、ストレスに反応して活動が亢進するZIF268/EGR1陽性神経細胞の役割を検討する為に、LHbの下流の神経核に逆行性トレーサーを注入し、回路の構造を調べる。3回路の改変に対応した行動解析を拡げて行い、RMS群による成体のうつ様症状、認知機能障害を検討する。4臨界期は、他の時期よりも外界から影響を受けやすい限られた時期と定義される。情動に関する臨界期の研究は、正常な脳の発達を促す生後環境を考える上で重要であるが、未だ報告はない。幼少期の経験に依存した回路の構造・機能と行動の検討に基づいて、我々はLHbの神経活動性が高まる時期にストレスを与えた結果、成長後の神経回路が変化することを見出した。RMSが限られた時期のみにLHbに対して影響を与えるのか調査するため、LHbの神経活動性が低い時期に、RMSを行う。
生殖細胞解析のための遺伝子改変ミジンコの作製とモデル化

ミジンコ類は、古くから生態学の研究に用いられてきたが、遺伝学的、分子生物学的、発生学的な研究は、他のモデル生物に比べようやく基盤が整備されつつあるという状況にある。本研究では日長条件という単一のバロメーターを調節することにより、ほぼ100%雄が出るミジンコの系統を見いだした。さらにマイクロインジェクション法によるトランスジェニック動物個体の作出を試みた。現在のところ、一過的な遺伝子発現は認められたものの、次世代にトランスジーンが伝達されることは確認できていない。しかしながら、効率よくミジンコをin vitroでの発生させる方法も見出し、モデル生物としてのミジンコの基盤を確立することができた。ミジンコ類(枝角目甲殻類)は世界中の淡水に生息し、扱い易いことから生態学の研究に用いられてきた。ミジンコは、他のモデル生物と比較してようやくゲノム研究の基盤が整備されてきたばかりである。我々はこれまでに、ミジンコ類の中で最大級であるオオミジンコのESTを約5万決定し、マイクロアレイを作製して化学物質などの環境要因に応答する遺伝子を網羅的に解析するエコ(トキシコ)ゲノミクスを行ってきた。また、次世代シークエンサーを利用した、トランスクリプトの網羅的な解析も開始している。さらに我々はミジンコ類で初めてオオミジンコ卵への二重鎖RNAの微量注入によるRNAiを確立したが、今後詳細に遺伝子機能解析を進めるには、導入遺伝子の発現を自在に制御することが必要であり、さらに永続的に遺伝子発現をコントロールできるようなトランスジェニックミジンコの作出が不可欠である。本研究では遺伝的な交配実験系の開発について解析を行った。オオミジンコは、自然環境条件により、単為生殖と有性生殖を使い分ける。光、温度、密度を調節することにより、一部のミジンコにおいてほぼ100%雄が出る条件を決定した。さらにマクロインジェクション法によるトランスジェニック動物個体の作出を試みた。現在のところ、インジェクション直後に一過的な遺伝子(EGFP)発現が認められたものの、次世代にトランスジーンが伝達されることは確認できていない。また、我々はTALENにより遺伝子破壊法を検討し、ライン化を試みている。これらは、今後遺伝子改変ミジンコ作出するための基礎的な知見として応用可能である。ミジンコは通常雌が雌を産む単為生殖により繁殖するが、環境条件が悪化すると雄を産出し有性生殖をおこなう。この環境に依存した雄産出の過程では、環境シグナルの下流で内分泌系や性分化に関わる因子が働くことが予想されているが、詳細なメカニズムはほとんどわかっていない。本研究は「環境要因から性が決まるまでの一連の遺伝子カスケード」を明らかにすることを目指し、生殖細胞特異的ラベル化トランスジェニックミジンコの作出によるゲノミクス研究の基盤整備を目的としている。ミジンコは環境ストレスを単為生殖メスに与えることで、一定の割合でオスを産むことが知られている。しかしながら研究室内で、環境パロメーター変化によって安定的に性比をコントロールすることは難しい。トランスジェニック解析を今後していくためには、そのような性比をコントロールし、雄と雌を交配させ、子孫を得ることが不可欠である。われわれはミジンコの一つの種が単一パロメータ変化により安定的には雄を産み出す条件を見出すことに成功した。この条件下で飼育したミジンコからRNAを抽出し、雄を産むミジンコおよび雌を産むミジンコの網羅的遺伝子解析のための準備を行っており、RNA-seq法による解析を行う予定である。すでにその解析のためのライブラリーを作製している。さらにこのミジンコ種から、EF-1a遺伝子のゲノムDNAを単離し、その遺伝子本体を蛍光タンパク質に置換したコンストラクトを作製した。現在マイクロインジェクションによるトランスジェニックミジンコ作出をおこなっている。1世代目では蛍光がモザイク状に観察されたが、現在のところライン化には至っていない。トランスジェニックミジンコのライン化には至っていないが、コンストラクトに問題はないことは確認できている。また、天然雄・雌の誘導条件も決定できており、遺伝子解析実験も既にはじめていることから、研究の達成度は概ね順調であると判断した。トランスジェニックミジンコのライン化のために、ライン化を急ぐ。遺伝子解析については、RNA-seq解析を行行う準備等の状況が整ってきたことから、マイクロアレイではなく、次世代シークエンサーによる解析をおこなう。該当なし
生徒が主体的に取り組む持久走の授業研究

今回の研究では,生徒たちがより主体的に自らの力で探求し,学び,自分で考え,判断し,行動する力を身につけることができる持久走の授業のあり方を研究したいと考えた。そのために,以下のことに取り組んだ。1、一定のペースで走るために,各自が腕時計型のストップウオッチを身に着け操作し,走りながら,タイム,ラップタイムを読み取り,ペースを確認できるようにした。2、安静時や運動後の心拍数を計測することで,運動強度を知る。3、ランニングフォームをビデオに撮り,フォームの改善がいい走りにつながることを体験する。4、ゆっくり長く(20分)フォームを意識しながら走り続ける。2000mペース走は4回おこなった。1周のペースを考えて走ることが「1周が5060秒なので少しあげて, 8分台をめざしたいです。」,「ペース配分が出来るようになったので疲れにくくなったと感じた。」のようにタイムの向上につながったり,走りの変化や体力の向上を実感したりしている。撮影したビデオを見て自分のフォームの改善点をあげて,工夫して走った。「腕を前後に振ると楽になった気がする。」,「腕がふれていなかったのでまっすぐ腕を振ることを意識したら,前に進む距離が大きくなった。」,「歩幅を狭くして腕をしっかり振るとはやく走れたような気がします。」と生徒の感想にあるように,フォームを見て,工夫し試してみることが走りの改善に役立ったことがうかがえる。タイムの向上や走りの変化,体力の向上を実感している。今回の取り組みで,持久走が「好き」9→15人(38%),「楽しい」「興味を持って活動できる」それぞれ9→19人(48%)に増やすことができた。走ることで「ストレスが解消できる」「安心できる」が増加し,「自主的に続けようと思う」ということにつながった。