hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
群作用の軌道構造を保つ同変写像の存在問題および分類問題の研究

本研究ではBorsuk-Ulam型定理や順序極小トポロジーの観点から等変写像の存在問題および分類問題を研究した.等変写像とは2つのG空間の間のG同変連続写像で軌道構造を保つものをいう.本研究で以下の結果を得た.(1)表現空間の間の等変写像について,等変Borsuk-Ulam定理が成立する新たな有限群の族を発見した.これは等変写像の存在性の必要条件を与える.(2)分類問題に関しては,G自由多様体から表現空間への等変写像の等変ホモトピー類を考察し,ある条件下では,多重写像度により,等変ホモトピー類が分類できることを示した.これは古典的なHopfの定理の一般化である.研究代表者の長崎は群作用の軌道構造を保つ同変写像すなわち等変写像について等変写像の分類問題の研究を行うことが一つの目的であった.そのために前年度から研究を進めていた存在・非存在問題を等変Borsuk-Ulam型の定理として定式化して,いくつかの結果を得たが,24年度にはその結果をさらに発展させることができ,等変Borsuk-Ulam型定理が成り立つ有限群であるBorsuk-Ulam群のいくつかの族を発見した.特に有限群Gの2-Sylow部分群が巡回群,2面体群,一般4元数群であるものは,Borsuk-Ulam群であることを示した.次に等変写像の分類問題へ多重写像度を用いて分類問題にアプローチした.24年度は,その準備段階として非同変の場合に,閉多様体から部分空間配置の補集合への連続写像の多重写像度を検討し,ある種の部分空間配置の補集合では多重写像度により写像のホモトピー類の分類ができることを示した.分担者の川上は,第2の目的である近似定理の確立のために,前年度に続き,トポロジーの基本的な結果を順序極小構造のトポロジーに拡張することを研究した.特に実閉体上の局所順序極小構造上において以下の結果を示した.(1)セル分解定理を証明した.(2)群GをコンパクトアフィンデファイナブルCr群とするとき,G不変全射沈めこみデファイナブルCr写像は,部分的デファイナブルCr-G自明であることを証明した.(3)デファイナブル完備構造に対して,コンパクトアフィンデファイナブルCr-G多様体上の同変モース関数は,G不変デファイナブルCr関数全体において,開かつ稠密であることを証明した.これらの成果は今後の等変写像の分類問題や変形問題の研究の基盤となる基礎理論であり,重要な意義があると考えられる.研究代表者の長崎は,等変写像(軌道構造を保存する同変写像)の存在性・非存在性について研究を進めた.非存在性に関してはBorsuk-Ulam群を考察し,新たなBorsuk-Ulam群の族を発見した.存在性に関しては,同変写像との比較をしながらその研究を行った.具体的には以下の成果を得た.(1) 2-Sylow部分群が,巡回群,2面体群,一般四元数群であるか,または2-Sylow部分群がアーベル群でp-Sylow部分群(pは奇素数)が巡回群である有限群はBorsuk-Ulam群である.したがってこれらの群では等変Borsuk-Ulam定理が成り立つ.(2) Gが位数pqの巡回群のとき(p, qは異なる素数)において,複素表現球面の間の同変写像および等変写像の存在する必要十分条件を不動点集合の次元の条件で求めた.これから,同変写像は存在するが,等変写像は存在しない表現空間が構成できる.さらにこの事実から,特異集合の逆像は空でないこと(Borsuk-Ulam型定理の類似)が導かれる.一方,分担者の川上は等変近似定理の確立のために順序極小構造のもとで同変トポロジーを展開した.具体的には,定義可能G集合の各点に定義可能スライスが存在するという定義可能版のスライス定理,定義可能G集合に関するGホモトピー拡張定理,定義可能写像に関する存在定理を証明した.研究期間全体を通じて,等変写像の存在定理および分類定理の研究が大きく進んだといえる.特に新たなBorsuk-Ulam群の族を発見することができたことはこの分野の研究において重要な成果と思われる.また,等変近似定理の基盤として順序極小構造における同変トポロジーが有効であることが本研究で示唆され,今後の研究の展開が期待される.本研究ではBorsuk-Ulam型定理や順序極小トポロジーの観点から等変写像の存在問題および分類問題を研究した.等変写像とは2つのG空間の間のG同変連続写像で軌道構造を保つものをいう.本研究で以下の結果を得た.(1)表現空間の間の等変写像について,等変Borsuk-Ulam定理が成立する新たな有限群の族を発見した.これは等変写像の存在性の必要条件を与える.(2)分類問題に関しては,G自由多様体から表現空間への等変写像の等変ホモトピー類を考察し,ある条件下では,多重写像度により,等変ホモトピー類が分類できることを示した.これは古典的なHopfの定理の一般化である.研究代表者の長崎は群作用の軌道構造を保つ同変写像すなわち等変写像についての存在定理に関わる研究を進めた.等変写像の非存在性は等変Borsuk-Ulam定理として定式化でき,この方向での先行研究でいくつかの結果が知られていたが,本研究ではこれらをさらに発展させるため,等変写像の存在・非存在問題の研究を行うことが一つの目的であった.

そのために等変Borsuk-Ulam型定理が成り立つ有限群であるBorsuk-Ulam群について,Borsuk-Ulam群になるための十分条件を深く研究し,その結果,メビウス関数を利用した今までに知られていないBorsuk-Ulam群となるための十分条件を見いだした.その応用として単純群PSL(2,q)はBorsuk-Ulam群であることを示すことに成功した.また,球面上に線形かつ自由に作用する有限群もBorsuk-Ulam群であることを示した.さらに次元関数の等しい表現の間にいつ等変写像が存在するかという問題も考察し、いくつかの例を得た.これらの結果は当該分野において新たな理論展開の第一歩となりうるもので,意義ある成果と思われる.分担者の川上は,第2の目的である近似定理の確立のために,トポロジーにおける基本的な結果を実閉体上のトポロジー(順序極小トポロジー)に拡張することを試みた.特に実閉体上の順序極小構造上でデファイナブルMorse理論を構築して,デファイナブルC2関数の中で,デファイナブルC2位相において,デファイナブルMorse関数は,開かつ稠密であることを証明した.さらに順序極小構造を拡張した局所順序極小構造について考察し,局所順序極小構造において,セル分解定理を証明した.これらの成果は今後の研究の基盤となる基礎理論であり,重要な意義があると考えられる.平成24年度における1つの目標は,等変写像の存在・非存在問題の結果を踏まえ分類問題についの研究であった.Borsuk-Ulam群は等変写像の非存在性と関わる等変Borsuk-Ulam定理の成り立つ群として定義されるが,平成23年度に得られた結果をさらに拡張することができた.特に単純群PSL(2,q), q:奇数,や周期的コホモロジーをもつ群を含む新たな有限群の族を発見した.また閉多様体から部分空間配置の補集合への連続写像について,多重写像度によりホモトピー類が分類できることがわかり,等変写像の分類問題に応用できる見通しがたった.これらの結果は当該分野において新たな理論展開の第一歩となりうるもので,意義ある成果と思われる.第2の目的である等変写像の変形問題と近似定理の研究においても,分担者の川上を中心に,前年度に引きつづき順序極小トポロジーの基礎理論の研究が進められた.特に24年度はセル分解定理,同変デファイナブルMorse関数の開かつ稠密性などの証明に成功し,近似定理の確立に向けての進展があった.このように平成24年度の研究でさらにいくつかの進展が見られ,当初の目的は十分達成できている.23年度における1つの目標は,等変写像の存在性・非存在性についてをBorsuk-Ulam型定理およびHopf型定理として定式化し,存在性・非存在性の新たな条件を見いだすことにあった.Borsuk-Ulam群は等変写像の非存在性と関わる等変Borsuk-Ulam定理の成り立つ群として定義されるが,どのような群がBorsuk-Ulam群であるかは完全にはわかっていない.23年度における研究によってBorsuk-Ulam群であるためのメビウス関数を用いた新たな十分条件を発見し,新たなBorsuk-Ulam群のクラスを発見することに成功した.これらの結果は当該分野において新たな理論展開の第一歩となりうるもので,意義ある成果と思われる.第2の目的である等変写像の変形問題と近似定理の研究においても,分担者の川上を中心に,その基盤となる順序極小トポロジーの基礎理論の研究が進められた.特に23年度はデファイナブルMorse関数の開かつ稠密性の証明に成功し,近似定理の確立に向けての進展があった.
磁場配向と磁気泳動による生体高分子への磁場効果研究

本研究では、生体高分子が強磁場下で受ける2種類の力(回転力と並進力)によって、細胞や高分子重合体が磁場配向および磁気泳動現象を示す原理をもとに、細胞挙動およびタンパク質等の生体高分子の機能を磁気的に制御・計測することを目的として研究を推進し、本年度は下記の成果を得た。1)重力に平行な鉛直方向磁力線と水平方向磁力線を用いることで、重力に垂直な培養皿表面に付着した状態の血管平滑筋細胞の形態に対する磁場効果の観察を行った。垂直磁場(5T)のオン/オフに伴い、細胞の偽足の伸縮が可逆的に観察された。一方、水平磁場(14T)において3日間細胞を培養した場合、紡錘形状の平滑筋細胞の長軸方向が磁力線方向に向く細胞形状変化が観察された。さらに本研究では、細胞付着面に照射した直線偏光の透過光強度の経時変化をリアルタイムで測定することで、鉛直/水平磁場が細胞内成分のダイナミックスも調べた。水平磁場下で磁場印加中の透過偏光強度は増加し、対照的に鉛直磁場下での透過偏光強度は減少したため、細胞内成分(細胞骨格)が磁場印加中に磁場による回転運動を示したことが示唆された。2)磁気液体クロマトグラフィーの一手法を提案し、アミノ酸あるいは分子量10万程度の高分子の溶液を勾配磁場空間にて水中にパルス的に流した際に、輸送速度の変化および高分子集団の分離が見られることを報告した。3)酵素反応およびタンパク質機能の磁気制御の基礎的取り組みとして、時間分解測光による生物発光(蛍発光)スペクトルへの磁場影響観測を行った。今回のIn vivo実験において最大14T磁場下で発光抑制効果が見られるとともに、発光スペクトルの微妙なずれも観測された。一方、ヘモグロビンのジチオナイト還元過程へのミリ秒領域における最大14T磁場影響をストップトフロー測定を用いて研究した。本研究では、生体高分子が強磁場下で受ける2種類の力(回転力と並進力)によって、細胞や高分子重合体が磁場配向および磁気泳動現象を示す原理をもとに、細胞挙動や様ざまな生化学反応における生体高分子の機能を磁気的に制御・計測することを目的として研究を推進した結果、本年度は下記の成果を得ることができた。1)これまでの磁場配向コラーゲンを用いた細胞の配向誘導に加えて、培養付着細胞を10テスラ級の定常磁場に60時間以上曝露することで、コラーゲン等の生体高分子を用いない磁場配向手法を確立し、また評価法も提案した。磁力線に平行な配向性を示す血管平滑筋細胞および骨芽細胞における細胞内高分子の役割について調べるため、直線偏光を用いた細胞内骨格等の生体高分子重合体が磁場中で回転運動を示す様子をリアルタイムで光検出する光学測定システムを開発し、例えば14テスラ磁場下の血管平滑筋細胞内の高分子は約10,000秒の時定数で回転・配向することを示唆する実験結果を得た。2)酵母、血小板などの浮遊細胞と剥離し浮遊化した接着細胞(平滑筋細胞)を水中にて空間勾配磁場に曝すことにより浮遊細胞に磁気泳動効果を与え、細胞濃度に空間勾配を与えることが可能であることを実験的に証明した。3)赤血球サスペンションを磁場に曝露し、磁力線に平行に赤血球が配向することによる光吸収特性変化と、赤血球内ヘモグロビンの状態変化によるスペクトル形状変化を区別して検出することに成功した。4)カタラーゼの酵素活性に対する磁場効果を電気化学的手法で調べた。白金黒電極表面にカタラーゼ分子を吸着させた層を形成し過酸化水素溶液に浸した。この電極を最大8テスラの強磁場下において電極電流測定を行った結果、磁場下で電極電流が100%変化することを見出した。磁場下で電極表面のカタラーゼ分子集団の構造変化が生じたと結論した。
ＣＨＤによるクロマチン構造制御が規定する細胞運命

【研究目的】幹細胞から個別の細胞への運命が決定されるためには、クロマチン構造がダイナミックに変化する必要があり、Helicaseはその役割の一端を担う。CHD1はhelicaseの一つであり、ES細胞の自己複製に必要であると報告されているが、CHD遺伝子群の血液細胞、リンパ系細胞の分化における役割は不明である。本研究ではCHDファミリー遺伝子が血液細胞の自己複製および細胞分化に与える影響を遺伝子改変マウスを用いた研究を中心として明らかにすることを目的とした。【結果】CHD1flox/floxマウスを平成23年度に樹立し、そのマウスをCD4-Creトランスジェニックマウスと交配(CHD1-FF4)しTリンパ球におけるCHD1の役割を検討した。CHD1-FF4マウスでは胸腺内でのTリンパ球分化には明らかな障害は観察されなかった。また、脾臓およびリンパ節におけるTリンパ球数もコントロールマウスと比較して差を認めなかった。一方、脾臓に存在するメモリータイプのTリンパ球数が減少傾向にあった。さらに、OVA抗原で免疫後のOVA特異的抗体価はCHD1-FF4マウスではコントロールマウスと比較して低下していた。【考察】平成24年度には、CHD1-FF4マウスを用いてTリンパ球分化および活性化におけるCHD1の役割を検討した。その結果、CHD1はTリンパ球分化には大きな役割を持たないが、Tリンパ球の活性化およびメモリー細胞の産生あるいは維持に対して寄与していると考えられた。今後は、CHD1がどのような標的遺伝子に作用して以上のTリンパ球機能を制御しているのかについて解明する事が重要な課題である。24年度が最終年度であるため、記入しない。クロマチンの構造の変化が、細胞の運命決定およびその後の系譜の維持を制御していると考えられるが、各種細胞におけるクロマチン構造の維持機構は明らかではない。本研究では、クロマチンの構造を制御しているCHD分子が免疫系の細胞の運命決定にどのように寄与しているかを明らかにするためにCHD1とCHD3の遺伝子欠損マウスを樹立し、その役割を個体レベルで解析する事を目的とした。完全に遺伝子を欠損させると胎生致死になることが懸念されたため、部位特異的に遺伝子を欠損できるシステムを用いた。CHD1欠損マウスについては遺伝子欠損マウスの樹立に成功し、そのマウスをCD4-creトランスジェニックマウスと交配し、Tリンパ球分化、およびTリンパ球の分化における役割について解析をすすめるためのマウスを樹立した。来年度には、解析数を増やして、CHD1がどのようにTリンパ球分化および機能に影響を与えているかを明らかにする予定である。また、CD4-Creトランスジェニックマウスでは、より未熟なTリンパ球の分化は解析できないので、それを克服するために、lck-CreあるいはTie2-Creトランスジェニックマウスとの交配も実施中である。さらに、CHD1はTリンパ球だげではなくBリンパ球や樹状細胞にも発現が観察されていることから、それらの細胞でCHD1を欠損させた研究も来年度は予定している。CHD3欠損マウスについては、現在変異ES細胞の樹立を実施中である。来年度には、CHD3マウスと各種Creトランスジェニックマウスを交配して、解析を実施する予定である。CHD1の欠損マウスの樹立に成功し、その解析ができる準備が整った。また、CHD3欠損マウスについても樹立の目処がたち、来年度には樹立することができると考えられる。CHD1およびCHD3欠損マウスを各種のCreトランスジェニックマウスと交配して、個体レベルでそれらの遺伝子の役割を解明する事に注力する。研究は予定通りに進行しており、研究計画を変更する予定はない。
生物硬組織を指標とした原発事故直後の河川水中の生物利用性Cs-137の復元

請戸川で採取した淡水性二枚貝の貝殻の成長輪に保存された放射性核種の分析から原発事故直後の濃度変動や存在状態を明らかにするため、難分析放射性核種ストロンチウム-90の分析法開発および微量元素の分析を実施した。分析対象として、平成28年に浪江町請戸川にて採取したカワシンジュガイおよび河川水試料の放射性核種および元素分析を実施した。貝殻中に保持された放射性ストロンチウムは2011年以降も極めて低濃度ながらも検出されている。さらに夏季に放射性ストロンチウム濃度が低く、冬季に高いという季節変動があることが確認された。放射性セシウムは濃度が低いため通常の実験環境下では検出下限値以下であり、定量には地下実験施設などの低バックグランドγ線測定施設での測定が必要である。一方で貝殻内面の有機物層に高濃度に濃縮されている可能性を示唆する結果が得られており、河川水中での有機物との親和性や藻類による濃縮過程に着目して分析を継続している。こうした部位ごとの分析は安定セシウムをICP質量分析計で分析することで定量的な評価が可能である。また、付着藻類の濃縮係数が約3000と極めて高いとの結果も得られており、セシウムを多く含む有機物源となっている可能性が示唆された。河川生態系の食物連鎖を通じて重要な役割を果たしていると考えられる。特にカワシンジュ貝のように水中の有機物を水管から取り入れるろ過食者にとっての汚染経路を考えるためには水中での存在形態を理解することが重要となる。2018年度末に計画していた野外調査が天候や河川の状況から実施することができなかったが、2019年度には複数回の調査を行い、季節変動を含めた考察を加える予定である。分析が困難なストロンチウム-90を3か月単位の時間分解能で分析することには成功しており、順調な経過といえる。水中のセシウムがストロンチウムと同じ溶存画分だけでなく酸可溶粒子態画分にも10-50%程度の割合で存在していることが分かってきた。当初予定していなかった分析であるが、水中の酸可溶態粒子画分の放射性セシウム・安定同位体の定量に2018年度および2019年度に時間を割くため当初計画より変更が生じている。また、大型の質量分析計の不調による測定スケジュールの遅延や2018年度末に計画していた野外調査が天候不良により実施できなかったため、一部では若干の遅延を生じている。二枚貝についてはさらに精密な時系列変動と蓄積機構を明らかにするため、放射性セシウム・ストロンチウム・ヨウ素の分析を研究分担者と共に実施する。2018年度に季節ごとに切削を放射性ストロンチウム分析を行った貝殻試料のうち、対となる貝殻試料は保存されている。これをさらに細分化して切削し、高時間分解能の分析に用いる。切削した試料からまず放射性セシウムの分析を実施する。組成分析および微量元素分析を行った後、放射性ヨウ素の抽出を行い加速器質量分析装置により分析する。最後に放射性ストロンチウム分析を実施し、各パラメータの解析に用いる。2018年度の結果より河川水環境での食物連鎖における移行過程の重要性が高まり、食物連鎖に沿った解析が必要である。また、セシウムやストロンチウムの環境動態、ヨウ素の濃縮部位を明らかにし、水中からカワシンジュ貝への濃縮機構を解明するために少量の試料でも分析が可能な安定同位体をICP質量分析計により計測する。

水中のセシウムがストロンチウムと同じ溶存画分だけでなく酸可溶粒子態画分にも10-50%程度の割合で存在していることが分かってきた。当初予定していなかった分析であるが、水中の酸可溶態粒子画分の放射性セシウム・安定同位体の定量に2018年度および2019年度に時間を割くため当初計画より変更が生じている。また、大型の質量分析計の不調による測定スケジュールの遅延や2018年度末に計画していた野外調査が天候不良により実施できなかったため、一部では若干の遅延を生じている。二枚貝についてはさらに精密な時系列変動と蓄積機構を明らかにするため、放射性セシウム・ストロンチウム・ヨウ素の分析を研究分担者と共に実施する。2018年度に季節ごとに切削を放射性ストロンチウム分析を行った貝殻試料のうち、対となる貝殻試料は保存されている。これをさらに細分化して切削し、高時間分解能の分析に用いる。切削した試料からまず放射性セシウムの分析を実施する。組成分析および微量元素分析を行った後、放射性ヨウ素の抽出を行い加速器質量分析装置により分析する。最後に放射性ストロンチウム分析を実施し、各パラメータの解析に用いる。2018年度の結果より河川水環境での食物連鎖における移行過程の重要性が高まり、食物連鎖に沿った解析が必要である。また、セシウムやストロンチウムの環境動態、ヨウ素の濃縮部位を明らかにし、水中からカワシンジュ貝への濃縮機構を解明するために少量の試料でも分析が可能な安定同位体をICP質量分析計により計測する。
近代の地方都市における電気軌道・軽便鉄道の整備に着目した都市形成プロセスの解明

本研究では、明治・大正期の地方都市における電気軌道事業の建設過程を明らかにし、都市の空間形成と関係主体の都市づくりの構想に与えた影響を解明することを目的としている。本年度は、個別事例と網羅的な両視点で分析を進めた。その結果を以下に示す。まず、電気軌道事業に取り組んだ先駆的事例である近代の和歌山では、大阪の電気商である才賀藤吉が地元実業家と共に構想を主導し、都市形成のビジョンと持続的な経営によって実現された過程を明らかにした。電気軌道の動力の源であり、生活や工業の動力源になる水力発電事業が同時に整備されたことで、市内と周辺市町村の工業化が急速に推進された。また、市中心部の動線軸に位置した電気軌道の実現は、自治体の公園整備や遊覧施設の開発を促し、観光を主軸とする近代都市が形成された。民間の電気軌道事業でありながら、都市形成の展開を当初から想定し、公益を位置付けた固有の電気軌道事業の構想と内容が解明された。以上の内容は、土木学会論文集D2にて本年度すでに採択されている。次に、網羅的な視点として、地方16都市の電気軌道事業に着目し、「第1期計画路線」を対象として事業内容,路線選択、軌間、沿線施設、関係主体より電気軌道敷設の特徴を分析した。分析対象の16事例は全てが民営によって電気軌道の敷設を実現しており、電気軌道路の路線選定については港や鉄道といった広域な輸送網と、官庁施設の位置する中心市街地を結ぶことが多くの事例で共通していた。また、「第1期計画路線」において郊外路線が計画・実現された事例は10事例存在しており、残りの6事例に関しては電気軌道が敷設された都市で路線が完結していた。これら地方都市16事例について、電気軌道敷設の影響を統計資料などからより具体的に分析することが今後の課題として残された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
離散要素法と連続体モデルの複合化による分布系反応システムの高精度解析

製鉄プロセスは、環境負荷が大きいため、地球環境問題や地域との共生の必要性から大きな転換期にある。現在、操業効率化のために原料の新配置法や高反応性原料の使用が模索されているが、本研究では、莫大な労力とコストをかけられ経験的に決定されているプロセス操作設計を新たなコンピュータシミュレーション技術により根本的に見直すことに着眼した。高炉内では、充填層中で原料である焼結鉱が融解する固液共存領域の制御が、操業安定性に大きく影響するため、その挙動把握が重要であると考えた。個々の粒子から構成される充填層は、固気液相が混在しかつ空間的に不均一な運動形態をとり、従来の格子法では空間解像度の向上が困難であった。本研究では、高炉内の離散的現象の性格を反映した記述を行う手法として、粒子法であるDEMとMPS法、および数値流体力学法(CFD)をカップリングする方法を発展させた。粒子群単位の性質を構造格子に反映する方法を提案し、大規模な領域を計算対象とすることで従来にない大規模系を取り扱うことのできる3次元固気液流れ解析を行うことを可能とした。また、本モデルに粒子単位での熱移動、物質移動方程式を組み込むことで、高炉を対象としたモデル解析による数値実験を可能とした。特に、現在低炭素化を指向して、コークスの反応性の変化による鉱石の還元速度について議論がなされているが、本モデルは世界で初めて粒子配置の最適化を検討する数値モデルであり、伝熱、流体の流動、物質移動を考慮した最適化の提案を行った。地球環境問題や地域との共生の必要性から大きな転換期にある材料生産プロセスは、操業効率化のために原料の新配置法や高反応性原料の使用が模索されている。特に高炉など化学プラントの適切な操業設計指針を得るために、粒子層の局所的な反応挙動や固体運動の非経験的な予測が求められている。離散要素法(DEM)は粒子単位の時空間精度の高いシミュレーション手法であり、土木・粉体工学分野ではすでに多くの適用が試みられ、本研究では粒子群単位の性質を粗視化し、大規模な領域を計算対象とすることが可能となった。特に3次元の粒子単位移動速度、法線応力分布を示すことを可能とした。実験および従来知見との比較を行い、本モデルが3次元的性格の固体流れを再現しており、動的な現象解析に対しても有効であることを示した。また、充填粒子間の応力比からオリジナルの粒子間すべり指数を導入し、大きな速度勾配部分との良い対応がみられることから、不連続現象が起こり得る可能性が高い領域の予測を可能とした。以上の固体流れ解析を製鉄の高炉充填層に適用し、有限体積法に基づいた気相の流れ解析を連成した3次元のDEM-CFDシミュレーションを可能とした。この手法により従来知見の比較を行うために、コークス比低減のための高炉シャフトガス吹き込みプロセス解析を行った。現在、この分野では固気運動量変化に起因した不連続現象への影響に関する知見は十分に得られているとは言えない。計算条件として、補助羽口条件を設定し、吹き込み位置、羽口本数、吹き込みガス量をそれぞれ変化させた条件で比較することで新しい知見を得ることが可能となった。製鉄の高炉などの充填層による材料生産プロセスにおける現象理解のために、物質移動解析は重要な役割を果たしてきたが、近年の計算機環境の向上も手伝って、Lagrange的記述による解析が可能なスケールもさらに広がってきている。これをプロセス解析に最大限利用することで、プロセス全体の収支などマクロ的な解析と同時に小さいスケールでの現象を理解することができ、プロセス操業設計に役立つと考えた。高炉シャフト部の固気混相流解析のためにEuler-Lagrangeカップリング法であるDEM-CFDを応用することで有用な知見を得ている。一方で、多くのプロセス中には、固気相のみならず液相が同時に存在する。そこで報告者は、このような対象に対応し得る手法の一つとして、分子動力学(MD)法と同様のアルゴリズムで粒子法の一つであるMoving Particle Semi-implicit(MPS)法における粒子間ポテンシャルを用いた界面張力・濡れ性モデルを発展させて、計算結果と理論との検証を行った。本手法による液滴振動周期の解析解は、理論解とよく一致し、気液間の界面張力を正しく計算することができた。従来の粒子法と比較して、圧力擾乱が抑制されているため、圧力による局所的な変動が小さかった。液相と固相の数密度差は特に3次元空間において顕著になるため、固気液3界面にある粒子においてこれを補正する手法を導入した。重力下における固体平板上の液滴運動を実験的に比較した。固液間接触角が従来手法と比較して実験結果とよく一致し、本手法を用いて静的接触角を正しく計算できることを示した。また、傾斜した平板上の液滴の転落するシミュレーションを行い、本手法が動的な液滴運動にも対応できることを示した。固体表面を転落するときの液滴形状を正しく表現できたと考えられる。正確な転落速度の計算を行うには、接触角ヒステリシスを考慮し、液滴の転落のしにくさを表現する必要がある。結論として、この粒子間ポテンシャルモデルにより界面張力のモデル化により、素材生産プロセス以外の化学プラント、セラミックフィルターや原子力プラントなどの大規模システムへの広範な分野への応用が可能となった。今後は、転落速度などの表面科学的に決定される因子を考慮し、プロセス最滴化に向けた研究を展開予定である。

現在、操業効率化のために原料の新配置法や高反応性原料の使用が模索されているが、本研究では、莫大な労力とコストをかけられ経験的に決定されているプロセス操作設計を新たなコンピュータシミュレーション技術により根本的に見直すことに着眼した。高炉内では、充填層中で原料である焼結鉱が融解する固液共存領域の制御が、操業安定性に大きく影響するため、その挙動把握が重要であると考えた。個々の粒子から構成される充填層は、固気液相が混在しかつ空間的に不均一な運動形態をとり、従来の格子法では空間解像度の向上が困難であった。本研究では、高炉内の離散的現象の性格を反映した記述を行う手法として、粒子法であるDEMとMPS法、および数値流体力学法(CFD)をカップリングする方法を発展させた。粒子群単位の性質を構造格子に反映する方法を提案し、大規模な領域を計算対象とすることで従来にない大規模系を取り扱うことのできる3次元固気液流れ解析を行うことを可能とした。また、本モデルに粒子単位での熱移動、物質移動方程式を組み込むことで、高炉を対象としたモデル解析による数値実験を可能とした。特に、現在低炭素化を指向して、コークスの反応性の変化による鉱石の還元速度について議論がなされているが、本モデルは世界で初めて粒子配置の最適化を検討する数値モデルであり、伝熱、流体の流動、物質移動を考慮した最適化の提案を行った。離散的手法を用いた固気液3相の運動量移動の数値的安定的な記述ができてきている。また、Biot数条件による仮定などをおいてはいるが、充填層内固気2相の熱・物質移動もすでに解析可能とした。当初の研究予定を上回る進展であると自負する。粒子単位での熱・物質移動の直接解析を行い、粒子スケールを空間の最小単位とすることで、これらの不連続性を考慮できた。離散型の伝熱・反応モデルの統一的な構成方程式は未だ確立されたとは言い難いが、実験および解析結果から粒子ベースの解析手法を適用できる。このようなアプローチは、粒子単位の不連続現象要因を組み込むことが容易なメリットがある。近年の計算機環境の向上も手伝って、Lagrange的記述による解析が可能なスケールもさらに広がってきている。プロセス全体の収支などマクロ的な解析と同時に小さいスケールでの現象を理解することができると考えた。今後、開発した数理モデルを基にプロセス解析を行い、知見の収集を行う。
キラル三員環ハロニウムの創製に基づく不斉合成

三員環状のハロニウムイオンは、非常に活性な反応中間体である。アキラルなハロニウムイオンを経由する合成反応は古くから開発されており、数多くの反応が知られているが、キラルなハロニウムイオンの存在はこれまでに知られておらず、新しい不斉合成反応の機軸を生み出すと期待される。本研究では、キラルな三員環状ハロニウムイオンの創製とこれを経由する新しい不斉合成反応の開拓を検討し、光学活性なハロニウムとくにヨードニウム源を設計・合成し、これを活用する不斉誘起を達成した。年度当初の計画であるキラルハロニウムを創製する光学活性源として新規にデザインしたキラルイミダゾリンの合成を検討する前に、単純な(アキラルな)イミダゾリンがヨウ素源との反応で、目的の反応のメディエーターとなりうるかを確認した。その結果、ヨウ素源であるt-BuOIとイミダゾリンが反応し複雑化することが判明した。そこで、ヨウ素源をN-ヨードスクシンイミド(NIS)にかえて、これ自体をキラルルイス酸で活性化させることにより、キラルヨードニウムの発生を検討した。まず、金属ルイス酸として、塩化アルミニウム、過塩素酸マグネシウム、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウム、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛、トリフルオロメタンスルホン酸イッテルビウム、およびトリフルオロメタンスルホン酸スカンジウムなどをシクロヘキセンへのヨードエステル化(シクロヘキセンとフェニルエチルアルコールとの反応)に用いたところ、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛が効果的に作用することを明らかにした。そこで、この反応に対して、ビスオキサゾリン系を中心として種々のキラル配位子を添加したが、現時点では不斉誘起はみられなかった。一方で、ヨードニウムすなわちI^+そのものをキラルルイス塩基に配位させる(とりこませる)ことによるキラルヨードニウム源の創製を目指し、光学活性なピリジンビスオキサゾリンにテトラフルオロホウ酸銀を加え、続いてヨウ素を作用させることにより、比較的安定な錯体を合成することに成功した。今後は、これを用いる不斉合成へと展開する予定である。キラルハロニウムを創製する光学活性源として新規にデザインしたキラルイミダゾリン、オキサゾリンおよびキラルイミドの合成を行い、環状ヨードニウムを経由する不斉反応の構築を目指した。1.キラルイミダゾリン系、キラルオキサゾリン系およびキラルイミド系分子の合成ヨードニウムを供給する分子によってヨウ素原子が交換できる官能基をもつ分子としてイミダゾリンとアミド(p-トルエンスルホンアミド)を設計し、不斉環境を有する分子として、それぞれの化合物の合成を達成した。2.キラル分子とヨードニウムイオン源との反応合成したキラル分子とヨードニウムを供給する試薬(N-ヨードスクシンイミドあるいは次亜ヨウ素酸tert-ブチル)との反応により、活性なヨウ化物あるいはヨードニウムの発生を確認し、分光学的手法(^1H NMRを主に活用)により、キャラクタリゼーションを行った。3.不斉合成の検討キラルヨード化合物に化学量論量のアミド部位をもつオレフィンを作用させ、分子内環化に基づく不斉合成を種々検討したが、目的の光学活性化合物を合成することがド系できなかった。そこで、分子軌道計算に基づき新たに合成したキラルイミ配位子にヨウ素源を加えたところ、若干ではあるが不斉が誘起できることを見出した。キラルハロニウムを創製する光学活性源として前年度にデザインし、合成したキラルイミダゾリンでは、満足できる効率が得られなかった。これは、反応系内で形成されるキラルなヨードニウム塩が安定でないことが原因であると考えた。そこで、ヘテロ原子(酸素)によるその安定化を期待して二座型でヨードニウムを捕捉するキラルな配位子およびイミド窒素にヨウ素が置換したキラル分子を設計し、環状ヨードニウムを経由する不斉反応の構築を目指した。【キラル分子の合成】ヨードニウムを供給する分子によってヨウ素原子が交換できる官能基をもつ分子としてオキサゾリンとフェノール性水酸基を併せもつ分子を設計し、その合成に成功した。また、窒素原子で共有結合を形成させ、第一級アルコールでその安定化を図るキラル分子を入手容易なアミノ酸から合成することができた。また、キラルビスフェノールを有する鎖状イミドを合成した。【キラル分子とヨードニウムイオン源との反応】合成したキラル分子とヨードニウムを供給する試薬(N-ヨードスクシンイミドあるいは次亜ヨウ素酸tert-ブチル)との反応により、活性なヨウ化物あるいはヨードニウムの発生を分光学的に確認できた。【不斉合成の検討】キラルヨード化合物に化学量論量のアミド部位をもつオレフィンを作用させ、分子内環化に基づく不斉合成を検討し、光学活性化合物の合成を図ったところ、ある程度の不斉誘起が認められた。
細胞内型ホスホリパーゼA1ファミリーの精巣での役割の解明

グリセロリン脂質のsn-1位のエステル結合の加水分解(phospholipase A1活性: PLA1活性)を触媒するPA-PLA1(iPLA1αと名称変更)ファミリー(α,βおよびγ)の精巣での機能を解明するために欠損マウスの作製を行った。現時点でiPLA1α以外のiPLA1β及びiPLA1γ欠損マウスが作製できた。iPLA1β及びiPLA1γ欠損マウスは生存し、見かけ上目立った異常はなかった。交配実験よりiPLA1β欠損オスは、不妊傾向であることを見いだした。グリセロリン脂質のsn-1位のエステル結合の加水分解(phospholipase A_1活性: PLA_1活性)を触媒するPA-PLA_1(2009よりintracellular PLA1 : iPLA_1αと名称変更)はウシ精巣から初めて精製された。この酵素はヒト、酵母、線虫、ショウジョウバエに至る種々の生物間で保存されている。また脳、精巣に特に高い発現・活性があり、PLA_1活性はウシ未成熟精巣に比べ成熟精巣において活性が強くなることから、精子形成に重要な機能をもつと思われるが、個体レベルでの機能解析はない。iPLA_1αは小胞輸送に関わる事が示唆されているタンパク質p125(iPLA_1β:小胞体のexitsiteに局在)とKIAA0725p(iPLA_1γ:ゴルジ体に局在)とiPLA_1ファミリーを形成する。本研究では、iPLA_1ファミリー(iPLA_1α、iPLA_1βおよびiPLA_1γ)の精巣での機能を解明するためにノックアウトマウスの作製を行った。現時点でiPLA_1α以外のiPLA_1β及びiPLA_1γ欠損マウスが作製できた。iPLA_1αはヘテロ欠損Es細胞を得たが、ジャームライントランスミッターが得られていない。個体におけるiPLA_1の機能を調べるために、欠損マウスが発生過程において異常になるか否か調べた所、iPLA_1β及びiPLA_1γ欠損マウスは生存しており、見かけ上目立った異常はなかった。また、精子形成への関与を調べるために、野生型との交配実験をおこない、iPLA_1β欠損オスについては野生型との交配で、産仔数が得られない、もしくは、少ないことが期待されうる結果がでつつある。このことは、本研究の目的であるiPLA_1の精巣での機能解析につながる結果であると考えている。グリセロリン脂質のsn-1位のエステル結合の加水分解(phospholipase A_1活性:PLA_1活性)を触媒するPA-PLA_1(2009よりintracellular PLA1:iPLA_1αと名称変更)は様々な生物間で保存されている。PLA_1活性はウシ未成熟精巣に比べ成熟精巣において活性が強くなることから、精子形成に重要な機能をもつと思われるが、個体レベルでの機能解析はない。iPLA_1αは小胞輸送に関わる事が示唆されているタンパク質p125(iPLA_1β)とKIAA0725p(iPLA_1γ)とファミリーを形成する。精巣での機能を調べるために、今年度は作製できた欠損マウスiPLA_1βについて配偶子形成への影響を調べた。iPLA_1αはヘテロ欠損ES細胞を得たが、ジャームライントランスミッターが得られていないため、用いるES細胞の系統を変えたり、ターゲティングベクターの構造を変えた条件を再検討し、インジェクションによりキメラマウスを作製している。一方、作製できた欠損マウス同士、欠損マウスと野生型との組み合わせて産仔数の減少が見られるか調べた所、雄β欠損マウスを用いた場合に、産仔数が得られにくい事が判明した。そこで、受精過程における異常であるか否かについて、欠損オス精子を用いて体外受精実験を行い、その受精率を調べた所、受精後第2極体の放出及び2細胞への卵割を示す割合が少なかった。このことは、受精できない精子が欠損マウスにおいて存在することを示す。iPLA_1βのマウス臓器での発現解析を行い、特に精巣において発現が高いが精子中には発現せず、精巣の精母細胞後期から精細胞初期にかけて発現されることを見出した。今回の結果から、iPLA_1βは精子上に存在して直接的に受精に関与している訳ではないが、精子形成過程において重要な機能をしていると考えられる。
末梢血を用いた細胞塊移植療法とその閉鎖系培養システムの開発

間葉細胞の凝集は膜性骨化の早期において重要な役割を果たし、三次元的環境・動的環境は骨分化を促進することが知られている。本研究では、人工材料を使用せずに骨再生を試みた。骨の発生を模倣するため、旋回培養によって骨髄由来間葉系細胞および末梢血単核細胞を用いて三次元細胞塊を形成し、ヌードラット頭蓋骨欠損部に移植した。組織学的解析、マイクロCT解析、ラマンスペクトル解析、力学的解析によって骨再生能を評価した。膜性骨化において間葉系細胞は凝集という過程を経て骨に分化することが知られており、3次元的な環境が骨分化を促進すると報告されている。われわれは、これまでに骨髄単核細胞より細胞塊が形成されることを確認し、旋回培養法による細胞凝集及び3次元動的流れの環境が骨・軟骨分化を促進することを見出した。本培養法は発生における細胞凝集ステップを生体外においてシミュレーションするものである。単層培養と違い、3次元かつ動的環境における凝集塊は生体組織に形態的・機能的にも近く、生体内環境および発生過程における細胞凝集に類似し、生体外の組織構築に重要なものである。本研究の目的は、自己細胞のみで生体外にて細胞塊を構築し、生体内に細胞塊を移植するという発生の過程を模倣する方法により骨再生を誘導させることである。本研究では、ヒト末梢血単核細胞により形成された細胞塊をヌードラット頭蓋骨の骨欠損モデルへ移植にすることにより、骨形成が生じるか検討した。末梢血を採取し、比重遠心法により単核細胞を分離し、旋回培養を行った。培養後、数時間で細胞は凝集し始め、多数の細胞塊を形成した。細胞塊のほとんどの細胞は生細胞であった。これは、細胞凝集塊は直径300μm程度であり、生体内における拡散による物質交換の限界距離とほぼ一致する。ヒト末梢血単核細胞の細胞塊移植によって形成された新生骨は組織学的な特徴やマイクロCT画像による3次元的な特徴は既存骨に近似していた。一方、全血を用いた対照群ではほとんど骨形成はなく、線維組織が形成されていた。本培養法にて形成された細胞凝集塊のほとんどは生細胞であり、移植すると骨欠損部に骨形成を生じることから、末梢血は骨髄と同様に骨再生に応用できることが示唆された。末梢血単核細胞中にも多能性幹細胞が存在し、骨への分化も可能であるとの報告がある。本研究では、膜性骨化において間葉細胞が血管を誘導しながら密集することにより、骨芽細胞に分化することに基づき、同現象を模倣すべく、末梢血単核細胞由来の細胞塊を用いた移植実験によって、新生骨が形成されるか検討した。ヒト末梢血より比重遠心法により単核細胞を分離し、10%ヒト血清、100nMデキサメタゾンを添加したDMEM培地と低接着性の培養皿を用い、70rpmの速度で水平状に旋回して培養を行なった。形成された細胞凝集塊をセルステイン細胞二重染色キットで染色し、共焦点レーザー顕微鏡で細胞の生死を確認した。形成された細胞塊を8週令ヌードラット頭蓋骨骨欠損モデルに移植し(移植群)、骨欠損のみの対照群と比較とした。8週後にマイクロCTおよび組織染色により評価した。旋回開始後、数時間で細胞は凝集し始め、多数の細胞塊を形成した。組織染色、マイクロCTにおいて、細胞塊移植群では新生骨が欠損部に一様に見られた。一方、対照群ではほとんど骨形成はなく、線維組織が形成されていた。ヒト末梢血単核細胞を用い、本培養法にて形成された細胞塊により、新生骨が形成されることが示唆された。
胆道癌浸潤病巣における線維性間質の病態と、抗線維化治療への展開

胆道癌における微小環境特性として、初期浸潤病巣においても癌細胞周囲に線維化が生じ、脈管侵襲や神経周囲浸潤が顕著になることが挙げられる。癌細胞と周囲の間質の相互作用を含む微小環境が癌の悪性度に重要な役割を果たしている。これらの相互作用は概日リズムを形成する時計遺伝子[bHLH(basicHelix-Loop-Helix)型転写因子]を基盤に形成されるという仮説に基づき、時計遺伝子の発現と、癌細胞増殖、癌細胞・間質との相互作用の機序を証明することにより、胆道癌初期浸潤病巣における癌微小環境の病態解明と増殖制機構の構築を目標とする。
食生活改善による概日リズムを介した癌の予防

末梢組織の概日リズムは食事に影響を受けることが知られている。食餌摂取時刻の変化によって概日リズムが乱れることが、癌の転移や進展を悪化させるかを検討した。1.癌転移実験ICR雄性の野生型マウス、あるいは、概日リズム関わる時計遺伝子の一つであるclockの変異型ICR(Clock)マウスを各々明期に給餌させる群(昼給餌群)と、暗期に給餌させる群(夜給餌群)に分けて飼育繁殖用の飼料を与え、マウスの尾静脈から癌細胞(マウスメラノーマ)を投与した後の肺への転移と血漿中プラスミノーゲン活性化阻害因子(PAI-1)量を調べた。その結果、通常行動しない時刻に摂食させた野生型マウスの昼給餌群は、夜給餌群に比べて肺への転移癌結節数が多かった。また、Clockマウスの夜および昼給餌群は共に野生型マウスの夜給餌群より癌の転移が亢進したが、Clockマウスの夜給餌群と昼給餌群との間にはほとんど差がなかった。血漿中PAI-1濃度も野生型マウスの夜給餌群に比べ昼給餌群およびClockマウスで高値となったが、Clockマウスでは夜給餌群と昼給餌群との間にはほとんど差がなかった。PAI-1の発現には日内変動があるが、食餌時刻の変化によってこの概日リズムが崩れてPAI-1濃度が増加したことが考えられた。また、正常な概日リズムを刻まないClockマウスで癌の転移が亢進した。これらから、通常は行動しない時間帯に摂食させると、概日リズムが乱れ、その結果、癌の転移が亢進することが考えられた。2.発癌実験ICR雄性マウスにDiethylnitrosamine(20mg/kg)を腹腔内投与して、7週齢から昼夜給餌群と昼給餌群に分けて飼育した。投与後経時的に採血し、血漿中のALT、AST活性を測定し、35週目で解剖して肝、脾臓および胸腺を摘出し、発癌の状態を観察した。その結果、腫瘍性結節の最大径・結節数、および血漿中ALT、AST活性ともに昼夜給餌群と昼給餌群に差はほとんどなかった。以上より、食事時刻の変化は概日リズムを撹乱させ、癌の転移に影響を与える可能性が示唆された。食餌摂取のタイミングによって末梢組織の概日リズムが支配されていることが明らかにされつつある。本研究はこの食事による概日リズムの変化が、癌の転移や進展を抑制,助長するかを明らかとすることを目的とした。方法として、マウスが通常行動、摂食する暗期に摂食させた群と、休息期(明期)に摂食させて概日リズムを崩した群で、癌の転移や進展に相違が生じるかを検討した。1.癌転移実験7-8週齢の野生型マウス、あるいは、概日リズムが正常でないclock変異型マウスを各々2群に分け、食餌摂取時間帯を以下の2つとした。a)自由摂食b)明期摂食(マウスが休息する明るい時間帯、午前11:00午後16:00に給餌する)この2種類の摂食時間で通常使用される飼育繁殖用の餌(MF,オリエンタル酵母社)を6週間給餌した。その後、マウスメラノーマ細胞B16BL6を尾静脈内投与し、投与14日後に肺への転移巣を観察した。その結果、明期に給餌して食餌摂取のタイミングを変化させた野生型マウスは、自由摂食群に比べてメラノーマ細胞の肺への転移巣が増大した。さらに、自由摂食させたClock変異型マウスでは、野生型マウスの自由摂食群より癌の転移が亢進したが、このclock変異型マウスでは昼夜逆転させた給餌でも自由摂食群以上に癌の転移が亢進することはなかった。以上より、食事による概日リズムの撹乱が癌の進展を助長させることが考えちれた。2.発癌実験生後15日目のマウスをコントロール群と癌誘発群に分け、癌誘発群はDiethylnitrosamine(20mg/kg)を腹腔内投与して、肝癌を誘発させた。コントロール群には同容量の生理食塩水を腹腔内投与した。投与5週後から、上記a)、b)の条件で給餌を行い、投与後32週で解剖し、肝臓を摘出して発癌の状態を観察する。本実験は現在32週間の給餌実験中である。

血漿中PAI-1濃度も野生型マウスの夜給餌群に比べ昼給餌群およびClockマウスで高値となったが、Clockマウスでは夜給餌群と昼給餌群との間にはほとんど差がなかった。PAI-1の発現には日内変動があるが、食餌時刻の変化によってこの概日リズムが崩れてPAI-1濃度が増加したことが考えられた。また、正常な概日リズムを刻まないClockマウスで癌の転移が亢進した。これらから、通常は行動しない時間帯に摂食させると、概日リズムが乱れ、その結果、癌の転移が亢進することが考えられた。2.発癌実験ICR雄性マウスにDiethylnitrosamine(20mg/kg)を腹腔内投与して、7週齢から昼夜給餌群と昼給餌群に分けて飼育した。投与後経時的に採血し、血漿中のALT、AST活性を測定し、35週目で解剖して肝、脾臓および胸腺を摘出し、発癌の状態を観察した。その結果、腫瘍性結節の最大径・結節数、および血漿中ALT、AST活性ともに昼夜給餌群と昼給餌群に差はほとんどなかった。以上より、食事時刻の変化は概日リズムを撹乱させ、癌の転移に影響を与える可能性が示唆された。
開放進化系の頑健性決定機構についての統計物理学的研究

生体、生態系、経済・社会等の現実の複雑な系には、多様な要素が相互作用しあいながら新規要素の包摂と要素の消滅が繰り返されているという共通の特徴が見られる。本研究ではこのような「開放進化系」について研究代表者がある簡単な模型(EOSモデル)に基づいて最近発見した新しい頑健性決定機構について、その普遍性と現実問題への適用の妥当性を吟味することを目標とした。初年度には理論の基になっている簡単な模型の拡張の端緒として、(A)既存要素がすでに持っている相互作用本数に比例して新規導入要素からの相互作用が結ばれる場合及び(B)新規導入種の持つ相互作用項の平均が従来の0からずれた場合について解析を行い、2年目には(C)「系のサイズを固定したモデル」と(D)「相互作用の結合に双方向性を持たせたモデル」について主に取り組んだ。引き続く3年目にはまず(D)の研究の仕上げに取り組み、共同研究者と共に解析の緻密化と査読結果を受けての論文の改訂を進め、学術論文誌にオープンアクセス論文として出版した。また、本研究において追求してきた「モデル相互作用の現実との比較」の問題意識から、「集団での追跡・逃走」についての理論研究も行い、捕食者側に分業的に「怠け」を入れた場合に捕食者全体の効率が上がることとその原因についての解析結果を論文にまとめ学術論文誌にオープンアクセスの論文として出版することができた。一方で、これらの主要成果の発表を予定し実際に口頭発表として採択されていた国際学会への参加については、他業務の都合で取りやめざるを得なかった。このため、この次年度へ繰越してより適した国際学会での発表を行うこととした。以上のような経緯をうけて本年度には、改めて選定し採択された国際会議(CCS2019)において講演を行い成果の周知をした。また、より広い対象に向けた解説記事をまとめ、生物物理誌に寄稿することができた。現実の大規模で複雑な系の頑健性、より素朴にはそれらがなぜ存在できているのか、という問題は分野をまたいで大きな関心を集めて来た問題である。一方で、生体内反応系/遺伝子ネットワーク、生態系、経済・社会等の現実の多くの複雑な系に共通して見出される重要な特徴は見過ごされがちであった。それは系が本質的に開放系であることである。これらの系では多様な要素が相互作用しあいながら、新規要素の包摂と要素の消滅を繰り返すことによって複雑な構造を持つに至っているのである。本研究ではこのような「開放進化系」について研究代表者が最近発見した新しい頑健性決定機構について、その普遍性と現実問題への適用の妥当性を吟味することを目標としている。研究初年度である本年度にはまず理論の基になっている簡単な模型の拡張と解析とを主に進めた。この結果、(A)既存要素がすでに持っている相互作用本数に比例して新規導入要素からの相互作用が結ばれる場合及び(B)新規導入種の持つ相互作用項の平均が従来の0からずれた場合について解析を進めることで、本研究であつかう頑健性脆弱性転移の相構造が保たれることを明らかにした。また、この転移機構のさらなる理解のために元のモデルの平均場近似モデルを拡散過程として取り扱う試みについても解析を進め、このアプローチがなぜどこで頑健性転移の説明に失敗するのかの理解が深まった。さらに、あるタイプの自然な常微分方程式系が本研究であつかう簡単な模型に帰着しうることなども見出した。これらの成果については英語論文、英語著書における一章、日本語解説記事、国内外の学会での講演を通じて発信した。研究実績で述べた通り、当初計画で挙げた「(A)既存要素がすでに持っている相互作用本数に比例して新規導入要素からの相互作用が結ばれる場合及び(B)新規導入種の持つ相互作用項の平均が従来の0からずれた場合」について順調に解析を進めることができた。また、これに並行して行った理論研究も順調に進み、基本モデルの性質や適用可能性についてより良い理解を得ることができた。また、拡張モデルとして「系のサイズをあえて固定したモデル」と「相互作用の結合に双方向性を持たせたモデル」についてのシミュレーション解析にも取り掛かることができ、当初予想していなかった結果が得られつつある。以上の状況に鑑み、本研究はおおむね順調に進んでいると考えている。生体内反応系/遺伝子ネットワーク、生態系、経済・社会等の現実の多くの複雑な系に注目すると、多様な要素が相互作用しあいながら新規要素の包摂と要素の消滅が繰り返されているという共通の特徴が見られる。したがってこのような現実の系の頑健性について理解するためには、要素の増減に対する安定性・頑健性を主眼としなくてはならない。本研究ではこのような「開放進化系」について研究代表者がある簡単な模型(EOSモデル)に基づいて最近発見した新しい頑健性決定機構について、その普遍性と現実問題への適用の妥当性を吟味することを目標としている。初年度の進展を受け、本年度は(1)「系のサイズを固定したモデル」と(2)「相互作用の結合に双方向性を持たせたモデル」について主に取り組んだ。(1)の研究は「EOSモデルは臨界的振る舞いと無縁である一方でモデルの形そのものは自己組織臨界性の代表的モデル(Bak-Sneppenモデル)と類似した点も多い、その関連性は?」という自然な問いに対する取り組みである。