hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
岩石における反応・拡散・流動現象とパターン形成

1.蛇紋岩ダイアピルの成因モデル伊豆・マリアナ前弧海盆に産する蛇紋岩海山を蛇紋岩ダイアピルとしてモデル化し、その形成の時間スケールと空間スケールを議論した。くさび型マントルの最下膚が沈み込むスラブからの水の供給によって蛇紋岩化し、レイリーテイラー不安定性によってダイアピルを形成したと解釈した。蛇紋岩海山の分布からダイアピル間のスペーシング(波長)を読み取り、マントルと蛇紋岩の粘性比とスペーシングの関係からくさび型マントルの最下層に発達する蛇紋岩層の厚さを10mのオーダーであると推定した。またこの厚さの蛇紋岩層の形成に要する時間を議論し、現在の沈み込み帯に発達する蛇紋岩ダイアピルの形成の時間スケールを説明するには拡散モデルで十分であることが示された。2.花こう岩系の融解実験とメルト中の拡散係数の決定共融点よりも高温の条件で非平衡融解実験を行い、融解対の間に形成されるメルト層の形成のメカニズムを明らかにし、その厚さからメルト中の拡散係数の大きさを見積もった。実験は100ないし200MPa、750-900度の条件下で、アルバイトまたはカリ長石単結晶の周囲に石英または(石英+アルバイト)の粉末と水を配置した。いずれの場合も単結晶と粉末の間に厚さ数10数100ミクロンメーターのメルト層が形成された。メルト層中には明瞭な組成勾配が観察され、実験時間とメルト層の厚さの関係から双曲型成長則が成立しており、メルト層が拡散律速によって形成されていることが明らかになった。今年度は特に珪酸塩メルトならびに鉱物中の拡散に焦点をしぼって研究を進めた.主たる成果は次の通り.1.多成分拡散の熱力学モデルの構築拡散係数の濃度依存性は,拡散現象の定量的解析の大きな障害となっている.本研究では溶液の熱力学モデルに基づき,拡散係数の濃度依存性のモデルを構築した.特に新しく,独創的な点は,Darkenの2次形式溶液モデルを多成分系に拡張して用いた点で,これにより他のモデルよりもはるかに簡単で,かつ現象を良く記述できるモデルの構築が可能となった.現在,ざくろ石中の拡散の実験データの解析をこのモデルによって行っている.2.肥後変成帯中のざくろ石の累帯構造の研究肥後変成帯の変成分帯を行い,ざくろ石・黒雲母温度計による変成条件の検討とざくろ石の累帯構造の研究を行った.その結果,角閃岩相中温部までは成長累帯構造が観察されるが,角閃岩相高温部では温度降下過程の再平衡による拡散累帯構造が見られることが分かった.後者について現在地質速度計による解析を進めている.3.阿蘇火砕流堆積物中の本質レンズの発泡に伴う物質移動阿蘇火砕流堆積物中の本質レンズの組織と化学組成を検討した.その結果,発泡した本質レンズの化学組成は,未発泡の本質レンズのそれと系統的に異なることが分かった.また本質レンズの形態・組織から発泡は堆積後の温度降下過程で起こり,その際の気相晶出作用に伴う物質移動で組成変化が起こったことが推測された.1.蛇紋岩ダイアピルの形成モデル伊豆マリアナ弧には多数の蛇紋岩海山があることが知られており,その成因は地球科学の第1級の問題である.この蛇紋岩海山を沈み込むスラブから供給された水によってウェッジマントルに蛇紋岩層が形成され,そこから発生したダイアピルと考えてモデル化した.(1)蛇紋岩海山の分布パターンから次のことが分かる.海山の平均的大きさは直径15km.海山の平均的間隔は50km程度.海山は海溝から80km程度島弧側に帯状配列をなし,蛇紋岩海山フロントを形成している.

(2)蛇紋岩海山には高圧変成岩のブロックが含まれている(Ishii et al,1994)ことから,海山を形成したダイアピルは地下約30kmの深さから上昇してきたと考えられる.以上の事実から,モデルの構築と妥当性の検討を行った.(a)沈み込み帯の岩石学的モデルから,蛇紋岩海山フロントの存在は蛇紋石脱水分解反応曲線の位置によって規制されていることが示された.(b)蛇紋岩海山の間隔からダイアピル形成理論より厚さ100mオーダーの蛇紋岩層が存在すれば,観測されるダイアピルが形成可能であることが示された.(d)ダイアピル上昇の時間スケールは3my.程度と見積もられた.(e)bの結果より,厚さ100mオーダーの蛇紋岩層がウェッジマントルの下底部にできるとして,その時間スケールを拡散モデルで見積もった.シリカの拡散が律速過程であるとし,反応帯の放物型成長則を用いて20my.程度の時間スケールとの結論を得た.1.蛇紋岩ダイアピルの成因モデル伊豆・マリアナ前弧海盆に産する蛇紋岩海山を蛇紋岩ダイアピルとしてモデル化し、その形成の時間スケールと空間スケールを議論した。くさび型マントルの最下層が沈み込むスラブからの水の供給によって蛇紋岩化し、レイリーテイラー不安定性によってダイアピルを形成したと解釈した。蛇紋岩海山の分布からダイアピル間のスペーシング(波長)を読み取り、マントルと蛇紋岩の粘性比とスペーシングの関係からくさび型マントルの最下層に発達する蛇紋岩層の厚さを10mのオーダーであると推定した。またこの厚さの蛇紋岩層の形成に要する時間を議論し、現在の沈み込み帯に発達する蛇紋岩ダイアピルの形成の時間スケールを説明するには拡散モデルで十分であることが示された。2.花こう岩系の融解実験とメルト中の拡散係数の決定共融点よりも高温の条件で非平衡融解実験を行い、融解対の間に形成されるメルト層の形成のメカニズムを明らかにし、その厚さからメルト中の拡散係数の大きさを見積もった。実験は100ないし200MPa、750-900度の条件下で、アルバイトまたはカリ長石単結晶の周囲に石英または(石英+アルバイト)の粉末と水を配置した。いずれの場合も単結晶と粉末の間に厚さ数10数100ミクロンメーターのメルト層が形成された。メルト層中には明瞭な組成勾配が観察され、実験時間とメルト層の厚さの関係から双曲型成長則が成立しており、メルト層が拡散律速によって形成されていることが明らかになった。
小児肥満症の合併症に対する統合研究ー動脈硬化性変化の解明と社会への啓発を目指して

本研究は、平成26年度28年度研究課題「小児肥満症改善の統合研究ー「生活環境病」の提唱と介入プログラムの開発を目指してー」(基盤研究(C))の継続的な研究として、引き続き対象数を増やし糖質・脂質代謝異常や血管超音波検査、さらに小児での検討が少ない内臓脂肪測定を実施し、内臓脂肪蓄積や動脈硬化性変化に対する危険予測因子となるバイオマーカーを明らかとすること、同時に基準となる健常小児の血管内皮機能や、内臓脂肪測定も検討する。また平成26年文科省通達により、平成28年度から学校検診における成長曲線、肥満度曲線の積極的活用が推奨されたが、体格の経時的な推移を把握できる一方で、その有効的な活用法が検討されていない。そこで本研究で明らかにする合併症リスクのバイオマーカーと成長、肥満度曲線を基に小児版の特定健康診査を検討し、小児肥満のハイリスク者の抽出と保健指導のモデルの構築を目指してゆく。平成29年度から引き続き血管内皮機能評価として、FMD法とEndo-PAT法による血管内皮機能の測定を、説明同意を得た肥満検診対象者並びに健常児で実施する。小児版特定健康診査による小児肥満のハイリスク児も、説明同意を得た者を対象に前述したバイオマーカーの検討項目につき検査を実施する。従来から小児でも検討されてきたFMD法と、侵襲の少ない簡便な方法として用いるEndo-PAT法に相関関係を認めるか検討し、小児での血管内皮機能の指標としてEndo-PAT法の有用性の検証と、基準となる健常児のデータの蓄積を目指し検討を継続する。また内臓脂肪との関連性や、生化学的検討項目、遺伝的検討項目との関連性につき統計学的解析をすすめる。小児における内臓脂肪など体脂肪量や筋肉量の検討も少なく、年齢、性別の測定値を蓄積し検討するため、相模原市内の小学校をモデル校として選定し、全校児童を対象に体組成計を用いた検討を計画する。平成29年度から引き続き血管内皮機能評価として、FMD法とEndo-PAT法による血管内皮機能の測定を、説明同意を得た肥満検診対象者並びに健常児で実施し、従来から小児でも検討されてきたFMD法と、侵襲の少ない簡便な方法として用いるEndo-PAT法に相関関係を認めるか検討し、小児での血管内皮機能の指標としてEndo-PAT法の有用性の検証と、基準となる健常児のデータの蓄積を目指し検討してきたが、いまだ対象数が少ないことが問題として挙げられる。また内臓脂肪との関連性につき統計学的解析をすすめているが、データの蓄積が不十分であるため、これら問題点の解決策として相模原市内の小学校をモデル校として選定し、全校児童を対象に測定する計画をすすめている。今後の取り組みとして、小児版特定健康診査と保健指導モデルの構築の検討を行う。平成29年度のインタビューの検討より成長曲線の意義並びに使用上の課題、および小児肥満の対応への課題をもとに、モデル校の養護教諭、校医、研究者で、成長曲線・肥満度曲線の専用ソフトの導入と小児肥満ハイリスク者のスクリーニング方法への応用につき検討し、学校検診の結果を基に、小児版特定保健指導として動機づけ支援および積極的支援対象者を抽出する。抽出した児につき、学校内で実施する動機づけ支援の内容について具体的な項目を検討する。また現在実施している介入プログラムをハイリスク者の積極的支援の一環として位置づけ、その内容の改良を試みる。学校保健事業と医療関係者との連携を図り、ハイリスク者への支援体制を構築する。本研究は、平成26年度28年度研究課題「小児肥満症改善の統合研究ー「生活環境病」の提唱と介入プログラムの開発を目指してー」(基盤研究(C))の継続的な研究として、引き続き対象数を増やし糖質・脂質代謝異常や血管超音波検査、さらに小児での検討が少ない内臓脂肪測定を実施し、内臓脂肪蓄積や動脈硬化性変化に対する危険予測因子となるバイオマーカーを明らかとする。同時に基準となる健常小児の血管内皮機能測定や、内臓脂肪測定も検討する。そこで本研究で明らかにする合併症リスクのバイオマーカーと成長、肥満度曲線を基に小児版の特定健康診査を検討し、小児肥満のハイリスク者の抽出と保健指導のモデルの構築を目指してゆくことを目的とする。平成26年度の研究課題から引き続き、月2回の介入と長期休暇を利用した種々検査項目の測定、ならびに健康教育を実践している。血管内皮機能や運動能などのデータの集積、ならびにデータ分析を継続している。そのデータの中の体組成に関して、高度肥満児の体重増加は、筋肉量の増加と比べて体脂肪の増加が強く影響している一方で、中等度肥満児の体重増加は、筋肉量の増加が強く影響している可能性を見出している。そこで小児期の肥満は、身長と体重で判定する肥満度だけではなく、体組成も測定したうえで肥満の質を判断する必要があるものと考えられ、体脂肪の評価方法のさらなる検討が必要と考える。また研究拠点である相模原市内の小学校と協働し、子どもたちの体組成と筋力の特性、運動能力に関して、文科省の新体力テストのデータをもとに分析を開始し、肥満を有する子どもたちとの比較検討も行って有効な介入方法を検討する方針である。

平成26年度の研究課題から引き続き、月2回の介入と長期休暇を利用した種々検査項目の測定、ならびに健康教育を実践し、小児肥満症の血管内皮機能や運動能などのデータの集積、ならびにデータ分析を継続しているが、未だに対象数が少ないため、引き続き相模原市医師会や教育委員会の協力のもと対象数を増やす必要がある。また健常者のデータ集積に関しては、相模原市内の小学校からモデル校を選定して、小児肥満症に対して実施している種々測定項目の健常者でのデータ集積や、介入プログラムの効果判定を行うことを検討している。さらに文科省通達により積極的導入される成長、肥満度曲線を基に小児版の特定健康診査を検討し、小児肥満のハイリスク者の抽出と保健指導のモデルの構築を目指してゆく。そのため、引き続き相模原市内の小学校や教育委員会との話し合いを重ね、さらに今後の方向性を検討してゆく必要があり、もう少し時間を要すると判断している。本研究は、平成26年度28年度研究課題「小児肥満症改善の統合研究ー「生活環境病」の提唱と介入プログラムの開発を目指してー」(基盤研究(C))の継続的な研究として、引き続き対象数を増やし糖質・脂質代謝異常や血管超音波検査、さらに小児での検討が少ない内臓脂肪測定を実施し、内臓脂肪蓄積や動脈硬化性変化に対する危険予測因子となるバイオマーカーを明らかとすること、同時に基準となる健常小児の血管内皮機能や、内臓脂肪測定も検討する。また平成26年文科省通達により、平成28年度から学校検診における成長曲線、肥満度曲線の積極的活用が推奨されたが、体格の経時的な推移を把握できる一方で、その有効的な活用法が検討されていない。そこで本研究で明らかにする合併症リスクのバイオマーカーと成長、肥満度曲線を基に小児版の特定健康診査を検討し、小児肥満のハイリスク者の抽出と保健指導のモデルの構築を目指してゆく。平成29年度から引き続き血管内皮機能評価として、FMD法とEndo-PAT法による血管内皮機能の測定を、説明同意を得た肥満検診対象者並びに健常児で実施する。小児版特定健康診査による小児肥満のハイリスク児も、説明同意を得た者を対象に前述したバイオマーカーの検討項目につき検査を実施する。従来から小児でも検討されてきたFMD法と、侵襲の少ない簡便な方法として用いるEndo-PAT法に相関関係を認めるか検討し、小児での血管内皮機能の指標としてEndo-PAT法の有用性の検証と、基準となる健常児のデータの蓄積を目指し検討を継続する。また内臓脂肪との関連性や、生化学的検討項目、遺伝的検討項目との関連性につき統計学的解析をすすめる。小児における内臓脂肪など体脂肪量や筋肉量の検討も少なく、年齢、性別の測定値を蓄積し検討するため、相模原市内の小学校をモデル校として選定し、全校児童を対象に体組成計を用いた検討を計画する。平成29年度から引き続き血管内皮機能評価として、FMD法とEndo-PAT法による血管内皮機能の測定を、説明同意を得た肥満検診対象者並びに健常児で実施し、従来から小児でも検討されてきたFMD法と、侵襲の少ない簡便な方法として用いるEndo-PAT法に相関関係を認めるか検討し、小児での血管内皮機能の指標としてEndo-PAT法の有用性の検証と、基準となる健常児のデータの蓄積を目指し検討してきたが、いまだ対象数が少ないことが問題として挙げられる。また内臓脂肪との関連性につき統計学的解析をすすめているが、データの蓄積が不十分であるため、これら問題点の解決策として相模原市内の小学校をモデル校として選定し、全校児童を対象に測定する計画をすすめている。
原子間力顕微鏡を用いた肺高血圧症のin vitro薬剤反応評価システムの構築

肺動脈性肺高血圧症は、近年様々な治療薬の開発により予後は改善しているものの、依然5年生存率70%の難治性疾患である。新規薬剤開発のために、実際の薬効を確認するためのin vitroでのスクリーニングが必要となる。我々は近年、原子間力顕微鏡と細胞アレイ基盤の融合により、肺動脈平滑筋細胞の粘弾性を解析するシステムを開発している。本研究では、このシステムが肺血管拡張薬のin vitroでの有効性評価システムとして利用可能であるか、また臨床では広く行われているcombination therapyにおいて、薬剤組み合わせの違いによる有効性確認に有用であるかを検証する。
枯草菌における有用遺伝子の新発現制御系の開発

我々はBacillus licheniformis ATCC9945a株由来の野生型(誘導性)および構成性ペニシリナーゼ生産株をDNA供与体として、ペニシリナーゼ構造遺伝子(penP)、リプレッサー遺伝子(penI)および酵素誘導に必須の正の制御遺伝子(penJ)をBacillus subtilisおよびB.licheniformisを宿主としてクローニングし、これらを元に種々のpenP分泌ベクターを構築してきた。これらの遺伝子について、塩基配列決定と蛋白の解析により、リプレッサー蛋白(penI、分子量14,983)は128アミノ酸から、penJ蛋白(分子量63,388)は601アミノ酸から成っていることが示された。プロモーターの下流には、典型的なオペレーター配列が存在していた。塩基配列決定の結果、penPとpenI-penJは逆向きの別オペロンを形成していることが明らかになった。更に、penPプロモーターの内部と下流に連続したオペレーター配列が認められたことから、リプレッサーによる厳密な形質発現の抑制が予想された。我々はリプレッサーを精製したのち、オペレーターとの結合をゲルシフトアッセイにより確認した。さらに部位特異的変異処理によち、オペレーターの2回転対称性を失わせたところ、リプレッサー蛋白の生産量が増大すると共にペニシリナーゼ発現がより強く抑制されていることが認められた。さらに部位特異的変異により数種の温度感受性リプレッサーを作成し、ペニシリナーゼ発現制御系への利用を検討した。特にPro70→Leu70の変異リプレッサーは温度感受性が高く、30°Cと48°Cでの酵素誘導比は約44倍にも達した。また、セファロスポリンCによる最大誘導には23時間を要するが、温度シフトによる誘導では1時間以内であり、その即応性が明らかになった。
分泌蛋白質特異的Secチャネルの構造と機能

大腸菌の分泌蛋白質輸送装置は、膜内在性因子SecY,SecEが形成するチャネルに、SecAがATP依存的に分泌蛋白質を送り込むことにより作動している。装置の活性化に重要なSecGは、膜内配向性の反転と復帰を繰り返していることを明らかにした。また、SecYとSecEを平面膜に再構成し、多数のチャネルのコンダクタンスを解析した結果、いずれも約100pSの均一なチャネルであることを示した。さらにSecAとATP,前駆体蛋白質の添加で順次チャネルは閉じることを明らかにした。
衛星による地球環境の解明

本研究は衛星による地球科学研究の推進や地球環境の把握の面で大学の研究者が本格的に取組める体制作りを目指しており,新しい視点の学術的研究として気圏と地圏の境界領域(衛星による地球生物環境の変動解明),水圏と地圏の境界領域(陸域における水循環過程の解明),気圏と水圏の境界領域(大気・海洋相互作用系のリモ-トセンシング)を採上げ,グロ-バルな見地から衛星デ-タの高次利用技術や手法開発を行う点に特徴がある。工学系の研究者と大気・海洋・陸水等の地球科学系各分野の研究者が協力して,境界領域の新しい学術的基礎研究を行うと共に,衛星を用いた地球環境の計測と処理手法を確立するための研究を進めた。全体の研究会を平成3年7月に開き,総括する研究会を平成4年3月を開催し,外部も含めて125名が参加し,活発な討議を行った。又,地理デ-タベ-ス,EcoーClimate Map(生態気候図),オゾン,海色,ワ-クステ-ション,NOAA衛星デ-タ解析,画像処理アルゴリズム開発委員会のワ-キンググル-プを設け,活発に活動を行った。ニュ-スレタ-を2回発行(1200部,海外向けに英語の紹介を含む)して研究班内部の連絡と外部に対する広報に利用した。総括班を拡大して,次期重点領域研究の検討を行い,申請書を提出した。
気液境界高振動温度窒素プラズマによる新概念窒素固定法の創成

本研究では,食料生産に不可欠な化合物窒素を効率的に合成する放電プラズマ窒素固定法の実現に向け,気液境界高振動温度窒素プラズマ生成を行う.二年目は,換算電界の更なる増加,プラズマ中でラマン散乱光を観測できるプラズマ装置および観測系開発,さらに気液界面プラズマによる窒素酸化物生成過程の観測を行い,以下の知見を得た.1.換算電界増加やパルス繰返し周波数増加に伴う放電電力の増加が,プラズマの減衰特性に影響を及ぼし,減衰時間が延びることが観測された.この減衰時間の延長が更なる放電電力増加を招き,自己維持放電への遷移を引き起すことが実験的に明らかとなった.これは,換算電界の増加が振動励起効率の増加に必要である一方で,同時に放電電力増加を伴うため,非自己維持放電では印加できる換算電界上限がある事を意味する.すなわち,放電電力を増加させずに高い換算電界の印加を実現できる放電パラメータの必要性を明らかにした.2.パルス印加時間の増加により,低繰返し周波数条件でも非自己維持直流放電が実現できるかを実験的に検証し,上述の放電電力が過大となるため実現が難しかった2Td以上の換算電界を非自己維持直流放電で実現した.これにより振動励起効率の改善が期待される.3.ラマン散乱・発光観測から窒素の振動・回転温度を計測できるよう,放電装置の開発およびラマン散乱・発光分光系を構築しおおむね完成に至った.これまでに,大気圧中空気のラマン散乱計測,大気圧窒素プラズマの発光分光計測を行い,窒素のラマン散乱信号の観測と,窒素の回転温度計測を実施した.4.液体電極を用いて生成した大気圧プラズマが生成する気相窒素酸化物の密度を,FTIRを用いて観測した.通常の大気圧誘電体バリア放電より多くの窒素酸化物密度が得られる条件がある事が実験的に明らかとなり,窒素固定に向けた気液界面プラズマの有効性が期待される結果を得た.二年目に予定していた,窒素の振動温度・回転温度の分光計測系の準備を,上述の通りおおむね完了し,それに加え当初の予定外である以下の知見も得るに至ったため.1.初年度の知見では,非自己維持直流放電で更なる高換算電界を実現するためには,プラズマを生成する電離波がより高速で伝播する必要があり,より高電圧且つ高繰返しのパルス電圧印加が必要との結論に至っていた.しかしながら,いずれの手法も,換算電界印加の増加または繰返し周波数増加に伴う放電電力の増加を招くのため,更なる高換算電界を得ることが難しかった.一方で,電離波の進展速度の低下を,パルス印加時間の増加によって補うという初年度の着想から,当初の予定になかった,パルス印加時間の延長による換算電界向上に向けた実験を行った.その結果,これまでの非自己維持直流放電では注目されてこなかったパルス印加時間の制御が,放電電力増加を抑える低繰返し条件での非自己維持直流放電を実現し,3Td程度の換算電界の直流放電を実現するに至った.すなわち,パルス幅の増加は,換算電界増加による振動励起効率の向上に重要なパラメータであることを見出した.2.さらに,気液界面プラズマにより生成された窒素酸化物の計測を行い,液体の流量変化に伴い,窒素酸化物密度と組成が変化することが実験的に見いだされた.これは気液界面プラズマによる気液界面付近の温度に関連して,窒素酸化物生成が変化したことを示していると考えられる.すなわち,振動・回転・並進温度の制御が気液界面プラズマの窒素固定に重要である可能性が期待できる成果である.これに加え,窒素酸化物を放出する気液界面プラズマが,寿命の短い活性種を生成し,それと関連して植物病原菌の活動を抑止することも実験的に明らかとなり,農地でのプラズマ窒素固定に何らかの付加価値をもたらす可能性が示された.これまでの成果から,振動励起に適切な換算電界と放電電力の制御を実現するパラメータが明らかとなってきた.最終年度は,窒素の振動温度・回転温度計測を換算電界制御と同時に行うことにより,振動励起エネルギー効率を明らかにし,振動温度を最大化する条件を実験的に明らかにすることを目指す.さらに,ナノ秒パルス放電維持-非自己維持直流放電プラズマ中での酸素混合を実現し,窒素酸化物生成の実証実験を行う.上述の通りパルス印加時間を増加したことで,電離波進展速度低下の影響が抑えられるため,現状の0.2気圧より高圧下で換算電界制御が実現できる可能性があり,より高圧条件でナノ秒パルス維持-非自己維持放電の実現を目指す.また,上述の過大な放電電力がプラズマの減衰特性に影響与え,その結果自己維持放電への遷移が引き起こされているとの知見は,窒素1分子あたりに一定以上のエネルギーが加えられると,プラズマの減衰に影響を及ぼすと解釈できる.そこで,窒素流量を大幅に増加させることで,窒素1分子あたりに加わるエネルギーを低減し,自己維持放電への遷移が抑制されるかどうかを実験的に検証する.食料生産に不可欠な化合物窒素を効率的に合成する手法として,自然エネルギーと空気を原料とする高効率な放電プラズマ窒素固定法の実現が期待されている.本研究では,高効率な放電プラズマ窒素固定法の実現を目標として,気液境界高振動温度窒素プラズマ生成を行う.初年度は,高振動温度化のために換算電界を制御したナノ秒パルス維持-非自己維持直流放電の生成実験を行った.以下に得られた知見を記す.1.高繰返しナノ秒パルス電圧印加による電極間の電離は,高電圧且つ高繰返し運転時のみ実現できることが実験的に明らかとなった.

これらは共に,電離波の進展速度増加をもたらすことが知られている.このため,有限時間のナノ秒パルス電圧印加で電極間を電離させるためには,高速な電離波が必要であることが示唆された.またこの結果は,進展速度のある程度の低下は,パルス印加時間の増加によっても補えることを示している.2.窒素の圧力を大気圧に近づけると,電離波の進展速度低下するため,電極間電離を行うためにはより高電圧高繰返しのナノ秒パルス電圧印加が必要であることが分かった.3.高繰返し高電圧ナノ秒パルス電圧と直流電圧を重畳することで,電極間に直流電流が流れることが観測できた.この直流電流は,パルス放電後のプラズマ密度の減衰と共に,おおよそ指数的に減衰し,直流電圧印加中に遮断された.これは,ナノ秒パルス維持-非自己維持直流放電が,単一電極対で実現できたことを実験的に示すものである.4.非自己維持直流放電電圧を増加させると,電流の減衰の速度が急激に低下する閾値があることが明らかとなった.この時,電流の減衰は指数的ではなくべき級数的であり,電子再結合過程に何らかの変化がもたらされた可能性を示唆している.この時,電流の減衰が遅くなるため連続的に電流が流れ,放電電力が10倍近く増加することが明らかとなった.初年度に予定していたナノ秒パルス維持-非自己維持直流放電を窒素中で実現し,見かけの換算電界で2Td程度を達成した.換算電界をさらに強める実験を行った際,想定以上の放電電力を実現できる放電条件がある事を見出し,計画していたkWクラスの非自己維持放電が達成できた.また2年目に予定していた振動温度計測の準備を行い,簡易な検出方法で大気圧空気の振動ラマン散乱信号を得ることに成功した.本研究では,食料生産に不可欠な化合物窒素を効率的に合成する放電プラズマ窒素固定法の実現に向け,気液境界高振動温度窒素プラズマ生成を行う.二年目は,換算電界の更なる増加,プラズマ中でラマン散乱光を観測できるプラズマ装置および観測系開発,さらに気液界面プラズマによる窒素酸化物生成過程の観測を行い,以下の知見を得た.1.換算電界増加やパルス繰返し周波数増加に伴う放電電力の増加が,プラズマの減衰特性に影響を及ぼし,減衰時間が延びることが観測された.この減衰時間の延長が更なる放電電力増加を招き,自己維持放電への遷移を引き起すことが実験的に明らかとなった.これは,換算電界の増加が振動励起効率の増加に必要である一方で,同時に放電電力増加を伴うため,非自己維持放電では印加できる換算電界上限がある事を意味する.すなわち,放電電力を増加させずに高い換算電界の印加を実現できる放電パラメータの必要性を明らかにした.2.パルス印加時間の増加により,低繰返し周波数条件でも非自己維持直流放電が実現できるかを実験的に検証し,上述の放電電力が過大となるため実現が難しかった2Td以上の換算電界を非自己維持直流放電で実現した.これにより振動励起効率の改善が期待される.3.ラマン散乱・発光観測から窒素の振動・回転温度を計測できるよう,放電装置の開発およびラマン散乱・発光分光系を構築しおおむね完成に至った.これまでに,大気圧中空気のラマン散乱計測,大気圧窒素プラズマの発光分光計測を行い,窒素のラマン散乱信号の観測と,窒素の回転温度計測を実施した.4.液体電極を用いて生成した大気圧プラズマが生成する気相窒素酸化物の密度を,FTIRを用いて観測した.通常の大気圧
振舞仕様に基づく安全性検証の研究

一貫した論理体系に基づき,適応性と汎用性に優れ,かつ自動化の容易な安全性検証技術を実現することを目標に研究を進め,振舞仕様に基づく以下のような技術を開発した.(1)未知ウイルス検知技術:振舞仕様の理論的枠組に基いてプログラムの挙動をモデル化することで,プログラムの安全性(=ウイルスで「あること」ならびに「ないこと」の判定)を論理的に解析し,自動的に検知する枠組を提案し,処理系を作成した.具体的には,Microsoft社のWindows OS上のプログラムを対象として,未知ウィルス検知ソフトウェアを作成し,開発した技術の有効性を示した.(2)振舞仕様に基づく安全性検証技術:システムの安全性(safety)を,よりユーザーやアプリケーションに近いレベルで検証する技術として,システムの要求や仕様を振舞(behavior)レベルで定式化し,それに基づきシステムの安全性をよりユーザに近いレベルで検証し得る技術を研究開発し,それを鉄道信号システム,コンポーネントウェア,並行分散システム,安全プロトコルなどに適用し,その有効性を示した.特に電子商取引プロトコルに付いては,実規模のプロトコルの検証を行った.(3)振舞仕様に基づくモデル検査技術:システムの要求や仕様を振舞(behavior)レベルで定式化し,システムの状態を仕様レベルで自然に抽象化することで,一般には無限状態となるシステムに対しても有効なモデル検査技術を開発し,基本的な並行アルゴリズムにや通信プロトコルについてこの技術の有効性を示した.実時間システム(real-time syste),セキュアプロトコル(secure protocol),抽象機械(abstract machine),移動コード(mobile code),等の,ネットワーク社会において重要な役割を担うソフトウェアシステムの安全性を,よりユーザーやアプリケーションに近いレベルで検証するための基盤として,以下のような研究を行った.[並行,分散,実時間システムの検証]知られている並行・分散・実時間システムの代表的なモデルに基づき,CafeOBJの形式仕様が自然に作成でき,それらに基づき半自動的な検証も行えることが,非同期データ送受信,相互排除アルゴリズム,分散相互排除アルゴリズム,実時間システム,などに分類される幾つかの基本的な問題について確かめられた.[Javaバイトコード検証器の形式仕様]Javaコードの安全性の解析すをめざし,Javaアプレットの安全性確保における中核をなすJavaバイトコード検証器の代数仕様言語CafeOBJによるJBJ仕様の開発を行った.基礎となるJava Bytecode Verifier(JBV)のCafeOBJ仕様の開発が終わっり,CafeOBJ処理系により記号実行を行ない,幾つかの性質を記号実験的に確かめることが出来ることを確かめた.[モデル検査に基づく移動コードの安全性検証]移動コードの安全性検証に関して,本年度までに,移動コードの安全性を保証するための基礎技術として,代数仕様を用いたモデル検査についての研究を行った.具体的には,代数仕様言語システムCafeOBJ上で自動定理証明器PigNoseの開発を行い,これを用いた安全性モデル検査の実験を行った.実験では,証明携帯コードの例題も取り上げ,本研究における手法が移動コードの安全性保証において有用であるとの知見を得た.一貫した論理体系に基づき,適応性と汎用性に優れ,かつ自動化の容易な安全性検証技術を実現することを目標に研究を進め,振舞仕様に基づく以下のような技術を開発した.(1)未知ウイルス検知技術:振舞仕様の理論的枠組に基いてプログラムの挙動をモデル化することで,プログラムの安全性(=ウイルスで「あること」ならびに「ないこと」の判定)を論理的に解析し,自動的に検知する枠組を提案し,処理系を作成した.具体的には,Microsoft社のWindows OS上のプログラムを対象として,未知ウィルス検知ソフトウェアを作成し,開発した技術の有効性を示した.(2)振舞仕様に基づく安全性検証技術:システムの安全性(safety)を,よりユーザーやアプリケーションに近いレベルで検証する技術として,システムの要求や仕様を振舞(behavior)レベルで定式化し,それに基づきシステムの安全性をよりユーザに近いレベルで検証し得る技術を研究開発し,それを鉄道信号システム,コンポーネントウェア,並行分散システム,安全プロトコルなどに適用し,その有効性を示した.特に電子商取引プロトコルに付いては,実規模のプロトコルの検証を行った.(3)振舞仕様に基づくモデル検査技術:システムの要求や仕様を振舞(behavior)レベルで定式化し,システムの状態を仕様レベルで自然に抽象化することで,一般には無限状態となるシステムに対しても有効なモデル検査技術を開発し,基本的な並行アルゴリズムにや通信プロトコルについてこの技術の有効性を示した.本年度は、以下のことを行った。・振舞モデル検査:移動コードの安全性を保証するための基礎技術として昨年度から研究を行っている振舞仕様を用いたモデル検査(振舞モデル検査)についての研究の一環として,モデル検査をインターネット上で並列処理をするシステムの設計と簡単な実装を行った.具体的には,モデル検査の収束判定に対応する含意式の証明を先読みしていくつかの計算機に割り当て,証明が成功した時点で不要な証明作業の枝刈りとそれに伴う再計算処理を行っている.この際,個々の証明は,代数仕様言語システムCafeOBJ上で開発された自動定理証明器PigNoseを用いて各計算機上で行われる.・CafeOBJによる認証プロトコルの検証:UNITYとともに用いることで,並行・分散システムおよび実時間システムをCafeOBJで記述・検証してきた.こうした手法が,修正版NSPK(Needham-Schroeder Public-Key)認証プロトコルを例として,セキュリティプロトコルにも適用できることを示すことができた.

このことは,CafeOBJとUNITYの組合わせで,広範囲のシステムを扱うことができることを意味しており,本手法の利点である.・Java仮想機械のCafeOBJ仕様の開発:Java仮想機械のCafeOBJ仕様を作成するにあたって,基本的なデータ構造等の設計をやり直し,より洗練されたモジュール化となった.これらのモジュールは,Javaバイトコード検証器と共通のものであり,ライブラリとして整備することにより,一般的な仮想機械と検証器の仕様記述に応用可能であり,よりモジュール化され再利用性の高い仮想機械の仕様の開発が可能になる.システムの要求や仕様を振舞や観測(behavior or observation)レベルで定式化/記述できる振舞仕様(behavioral specification)を採用し,それに基づきシステムの安全性の検証を,適切な抽象度のモデルやアルゴリズムに基づき,厳密かつ十分に数学的に行う技術の開発を目的として,以下の研究を行った.(1)線形論理に基づく実時間システムとセキュリティプロトコルの安全性検証:線形論理を用いて実時間システムの安全性検証のための論理学的方法論を構築することを目的とし,特にエージェントの数の増加や時間制約が動的に変化するシステムの分析にも我々の論理的方法論が適用可能であることを明らかにした.又,本枠組を時刻認証子付のセキュリティプロトコルの分析に応用した.またこの過程で安全性評価のためのBAN推論を整理し簡潔にした.(2)新しいウィルス防御法:x86プロセッサー上でのWin32実行ファイル形式のコンピューターウィルスを,パターン定義に依存することなく未知の状態で検知する新しい技術を研究開発した.具体的には,コードシミュレーションによる暗号復号とコード静的解析によるAPI関数呼び出しレベルでの振る舞い解析を行うことにより,ファイル感染や無差別メール送出といったウィルス特有の振る舞いを検知するものである.禁止すべき振る舞いをポリシーとして別途定義しておくことにより,様々な振る舞いを検知することが可能になる新たなウィルス防御法を開発した.作成したツールを用いたポリシー検査実験により,Aliz, MyParty, Badtrans, Klezといった実際に蔓延したウィルスを,その振る舞いを静的に検査することにより未知状態で検知することが可能であることを確認することができた.(3)振舞仕様に基づく電子支払プロトコルの検証:iKP電子支払プロトコルおよびHorn-Preneel少額支払プロトコルがある重要と思われる性質を有することを検証した.具体的には,(1)プロトコルを振舞遷移機械としてモデル化する,(2)モデルをCafeOBJで記述する,(3)検証したい性質をCafeOBJの項で表現する,(4)その性質をプロトコルが有することを示す証明譜をCafeOBJで記述する,
ニューロリハビリテーションを目的とした上肢運動支援システムの開発

本研究では、神経筋疾患患者の生体信号を活用したリハビリテーションを行うための上肢運動支援システムを製作する。本システムは食物や食器の把持支援を行う手指の把持支援装置、上肢の支持及びその運動をアシストする外骨格型フレーム、被験者の生体信号を取得するインタフェースで構成される。食事や水分摂取、卓上のモノを移動させるといったリハビリテーションをゲーム感覚で取り組める仕様である。生体信号からの特徴抽出には機械学習等を用いてパラメータの最適化を検討する。また拡張現実感も併用して、リハビリ効果の向上につなげるための工夫も施す。
アルツハイマー病マーカーとしての24-ヒドロキシコレステロール解析と治療薬の探索

アルツハイマー病のサロゲートマーカーとしての24S-ヒドロキシコレステロールの血漿中および脳脊髄液中濃度のGC-MS定量法を確立した。レビー小体病患者に応用しアミロイドβ値と比較したところ、どちらも低濃度の傾向を示した。さらに、24S-ヒドロキシコレステロールが有する細胞毒性を軽減する物質を探索したところ、茶由来のポリフェノールに細胞毒性の軽減効果が認められ、アルツハイマー病の新しい治療法の一助として提案できることが示唆された。認知症は、アルツハイマー病と脳血管性認知症との2つに大別されるが、初期の段階では鑑別が難しい。さらに、アルツハイマー病は、コリンエステラーゼ阻害剤による治療を行うことによって症状の進行を防ぐことができるため、早期の鑑別診断が必須となる。アルツハイマー病のバイオマーカーとしてヒトβアミロイド(1-42)や老人斑が挙げられるが、相関性は必ずしも証明されていない。その他のバイオマーカーとして、脳内におけるコレステロール代謝物である24S-ヒドロキシコレステロールが報告されているが、詳細は不明である。本年度は、血液中および髄液中の24S-ヒドロキシコレステロールとアルツハイマー病との関わりを探るために、24S-ヒドロキシコレステロールのGC/MS定量法を確立した。これまでに報告されている定量GC/MS法は、多量のクロロホルムを用い、操作が煩雑であり、多検体への応用には不向きであった。そのため、高濃度の水酸化カリウムを用いるけん化反応を行い、また、n-ヘキサンを用いることで総量10mL以内で行える前処理法を確立した。さらに、血中あるいは髄液中のヒドロキシコレステロールを定量する際に、妨害物質となる大量のコレステロールがある。これを取り除くために固相抽出法を用いて、コレステロールとヒドロキシコレステロール類を分別溶出してGC/MS定量する分析系を確立した。この分析法で脳髄液中の24S-ヒドロキシコレステロールを定量し、アルツハイマー病患者、Lewy病患者および健常人について比較検討を行っている。さらにヒトβアミロイド(1-42)を定量し、24S-ヒドロキシコレステロール類との相関性についても同様に検討中である。また、培養細胞を用いて24S-ヒドロキシコレステロールの毒性を解析したところ、50μMにおいて有意に毒性効果が認められた。詳細についてはさらに解析を進めている。アルツハイマー病のバイオマーカーとして、ヒトβアミロイド(1-42)や老人斑が挙げられるが、相関性は必ずしも証明されていない。本年度は、昨年度開発した脳脊髄液中24S-ヒドロキシコレステロールGC-MS定量法について更なる改良を加え、前処理溶液をスケールアップすることで再現性の良い血漿中の24S-ヒドロキシコレステロール定量法を開発することができた。このGC-MS法を用いて健常人(小児、成人)の血漿検体に応用し、24S-ヒドロキシコレステロールおよび27-ヒドロキシコレステロールの定量を行った。その結果、すでに報告のあるように、小児から成人になるにつれ血漿中24S-ヒドロキシコレステロール濃度が減少することが認められた。一方、27-ヒドロキシコレステロール濃度はこのような変化は認められなかった。この健常人の結果をもとに、今後患者検体に応用する予定である。また前年度に確立した脳脊髄液中24S-ヒドロキシコレステロールおよび27-ヒドロキシコレステロールのGC-MS定量法を用いてLewy病患者および健常人(小児、成人)について脳脊髄液中の24S-ヒドロキシコレステロールおよび27-ヒドロキシコレステロールの定量を行った。現在、検体数を増やして疾患との関連性を比較検討中である。また、昨年度行った24S-ヒドロキシコレステロールの細胞毒性条件を用いて、アルツイマー病治療に有効と報告のあるスタチン系薬剤および茶抽出由来のポリフェノールを添加して細胞毒性の軽減効果を検討したところ、軽減効果のあるものが認められた。軽減効果と化学構造との関連性については更に検討を加えているところである。アルツハイマー病のサロゲートマーカーとして、脳内におけるコレステロール代謝物である24S-ヒドロキシコレステロールが報告されているが、その詳細は不明である。本研究は、24S-ヒドロキコレステロールのサロゲートマーカーとしての有用性と新規治療法におけるターゲットの可能性について検討した。本年度は、初年度に確立した血漿中24S-ヒドロキシコレステロールに、他のヒドロキシコレステロール7種を加えたGC-MSの一斉定量法を開発した。さらに健常人の血漿検体に応用し、ヒドロキシコレステロールの一斉定量を行った。その結果、小児から成人になるにつれ、血漿中ヒドロキシコレステロールのうち、24S-ヒドロキシコレステロールのみが加齢に伴う減少が認められた。アルツハイマー病同様の認知症の一つであるレビー小体病患者の脳脊髄液中24S-ヒドロキシコレステロールの定量に応用したところ、非脳神経変性疾患患者に比べ、低濃度傾向であった。さらに、アルツハイマー病のバイオマーカーであるヒトβアミロイド(1-42)を定量したところ、レビー小体病患者の方が低濃度の傾向が認められた。

しかしながら、疾患の進行具合によって、脳細胞が少なくなっている場合、これらは低濃度傾向になりうるため、経時的に測定して増減をモニターしていく必要があり、また進行具合と比較する必要があると判断された。以上の結果をもとに、今後アルツハイマー病患者検体に応用する必要がある。また、アルツイマー病治療に有効と報告のあるスタチン系薬剤および茶抽出由来のポリフェノールを添加して、24S-ヒドロキシコレステロールの細胞毒性軽減効果を検討したところ、エピカテキン、エピカテキンガレート、エピガロカテキンガレート、カテキン、ヘスペリチンおよびダイゼインに細胞毒性軽減効果が認められ、アルツハイマー病治療の新しい治療法の一助として提案できることが示唆された。
高度生物情報収集システムを用いた極域中・深層生態学の研究

近年,深度記録計が開発されることにより,肺呼吸動物の潜水行動に関する研究が飛躍的に発展した.多くの動物が,有光層よりも深い深度まで,長時間息ごらえ潜水する能力を有する事が明らかとなった.これらの結果は,新たな科学的疑問を喚起する.動物達はいかにしてこの深くて長い潜水を達成しているのだろうか?何故,動物達はそんなに深く潜るのだろうか?これらの疑問に答えるために,本プロジェクトにおいて新たにいくつかの測定技術が開発された.加速度記録計により,動物の潜水行動のより詳細な記録が可能となった.また,食道温度を測定する事により,捕食のタイミングを測定できることがわかった.地磁気データロガーによって動物の遊泳進行方角を記録できる様になったが,この情報は水中の3次元潜水軌道を計算することに用いられた.さらに,ウェッデルアザラシに静止画像記録計を装着する事により,動物周辺の餌分布状況に関する画像情報が得られるようになった.野外実験は亜南極域のクロゼ島(キングペンギン),南極昭和基地周辺(アデリーペンギン,ウェッデルアザラシ),デュモンデュルビルフランス南極基地(アデリーペンギン),マクマードアメリカ南極基地(ウェッデルアザラシ)において行われた.いくつかの興味深い結果が得られたので,その一例を挙げる.加速度記録計を用いることにより,キングペンギンとアデリーペンギンは,沈降時のみ強く羽ばたき,浮上の際は,フリッパーの動きを停止して,浮力のみを用いて浮上することがわかった.バイオメカニクスモデルを用いた解析により,体内に保有する空気量のみでこの受動的浮上に必要な浮力をまかなうことが出来る事がわかった.浅い潜水と深い潜水で,保有空気量を比較したところ,潜水深度と空気量の間に正の相関があることがわかった.これは,鳥が潜水深度に応じて最適な空気量を事前に調節していることを示唆している.近年,深度記録計が開発されることにより,肺呼吸動物の潜水行動に関する研究が飛躍的に発展した.多くの動物が,有光層よりも深い深度まで,長時間息ごらえ潜水する能力を有する事が明らかとなった.これらの結果は,新たな科学的疑問を喚起する.動物達はいかにしてこの深くて長い潜水を達成しているのだろうか?何故,動物達はそんなに深く潜るのだろうか?これらの疑問に答えるために,本プロジェクトにおいて新たにいくつかの測定技術が開発された.加速度記録計により,動物の潜水行動のより詳細な記録が可能となった.また,食道温度を測定する事により,捕食のタイミングを測定できることがわかった.地磁気データロガーによって動物の遊泳進行方角を記録できる様になったが,この情報は水中の3次元潜水軌道を計算することに用いられた.さらに,ウェッデルアザラシに静止画像記録計を装着する事により,動物周辺の餌分布状況に関する画像情報が得られるようになった.野外実験は亜南極域のクロゼ島(キングペンギン),南極昭和基地周辺(アデリーペンギン,ウェッデルアザラシ),デュモンデュルビルフランス南極基地(アデリーペンギン),マクマードアメリカ南極基地(ウェッデルアザラシ)において行われた.いくつかの興味深い結果が得られたので,その一例を挙げる.加速度記録計を用いることにより,キングペンギンとアデリーペンギンは,沈降時のみ強く羽ばたき,浮上の際は,フリッパーの動きを停止して,浮力のみを用いて浮上することがわかった.バイオメカニクスモデルを用いた解析により,体内に保有する空気量のみでこの受動的浮上に必要な浮力をまかなうことが出来る事がわかった.浅い潜水と深い潜水で,保有空気量を比較したところ,潜水深度と空気量の間に正の相関があることがわかった.これは,鳥が潜水深度に応じて最適な空気量を事前に調節していることを示唆している.現場実験ではデータロガー3種類(PD2GT,DSL,ECG)をウェッデルアザラシ25個体に装着し,20個体から回収した.PD2GT:速度(プロペラ回転数)・深度(圧力)・2軸加速度・温度をそれぞれ任意の測定間隔で連続的に記録する行動記録計.計15頭(母8頭,仔6頭,非繁殖雌1頭)からデータを得た.内,母1頭の記録は数時間で停止し,仔1頭は水中に入らなかった.DSL:30万画素のデジタル静止画像を任意(30秒以上)の間隔で撮影するデジタルカメラ.深度(圧力)も任意の間隔で測定される.計9個体(母7頭,非繁殖雌2頭)からデータを得た.撮影枚数は90枚から694枚.海底,ウニ,海底の固着性動物,300m以深で分布密度が増える半透明の球状の物体,オキアミらしき動物,発光性の浮遊動物,アザラシ他個体,母アザラシを追いかけて泳ぐ子供の映像などが得られた.ECG:心電記録計.データ容量は200万データ以上で,データ圧縮機能を持つ.Salt water switchをもち,アザラシが水中にはいると同時に測定が開始されるようにも設定できる.唯一回収できた1個体からのロガーは,不調で起動しておらず,データは得られなかった.氷上における心電波形を数分間2個体から得た.さらに予備実験として水族館でペンギンを用いて潜水行動測定実験をおこなった。またオーストラリアのPeter Shaugnessyが来日し、次年度に実施予定のオーストラリアアシカの調査打合を行った。次年度はデータの解析を進めるとともに、さらに野外実験を行う予定である。

平成12年10月から12月にかけて,南極マクマード基地(アメリカ合衆国)周辺の海氷上において,ミネソタ州立大学Donald Siniff教授の研究グループと共同でウェッデルアザラシ調査を行った.ウェッデルアザラシの潜水行動,および潜水中に遭遇する餌生物に関する情報をあわせて取得することを目的として,高分解能行動データロガー(深度,遊泳速度,2軸加速度)および高密度画像ロガー(画像,深度)を対象個体に装着した.この時期はウェッデルアザラシの繁殖期に相当し,生後3週間から6週間の新生仔を持つ母アザラシは,子供を海氷上に残したまま,1日の内に数回海中に入り,潜水を行った後,再び授乳のために氷上の子の所に戻る習性を持つことが知られている.この習性を利用して,いったん装着したデータロガーを,1日から2日後に回収し,計20頭からデータを得ることができた.得られたデータによると,母アザラシは深度300m前後の潜水を繰り返していた.あわせて得られた画像データによると,水面から深度250mまでの間には,餌とおぼしき生物はほとんど映っていなかった.しかし,潜水深度が300m前後に達すると,画像に映る魚などの餌生物数が急激に上昇していた.アザラシの潜水行動様式を細かく見ていくと,目的とする深度まで直線的に潜っており,そこに餌生物が濃密に分布することを把握した上で潜水を開始している様子がうかがい知れた.来年度は,画像情報から餌密度を推定する手法を工夫しつつ,得られたデータをさらに解析していくことを計画している.近年海洋動物の潜水行動研究が海洋の現場において急速に進んでいる。数多くの野外実験を通して、多くの肺呼吸動物が、我々の予測をはるかにこえて、有光層の150m.200mよりさらに深く潜り、息ごらえ時間も、時には120分以上に至る事が明らかになってきた。このことは、主に二つの重要な研究課題を示している。一つは、動物は何故そのような行動をとることが出来るのかという生理的研究課題であり、他は、動物は何故そのような行動をとる必要があるのかという課題である。本研究ではこのような研究の方向を踏まえ、上記の疑問に応えるために、新たな技術開発研究も平行して実施した。特に、動物が餌生物として何を、何時、どこで、どのように探索しているのかを調べるために、水中の餌生物の分布情報を得るための画像情報の大量取得と、動物の時々刻々の水中での位置を知るための3次元情報の取得の二つの技術開発を行った。現場実験は、フランス・クローゼ諸島においてキングペンギン、アメリカ・マクマード基地および昭和基地においてウェッデルアザラシを対象に行った。その結果,従来全く予測していない新たな知見も多く得られた。肺呼吸動物は空気を肺や気管に保持して潜水するため,浮力と潜水深度の関係や深い深度からの急速浮上による減圧症(潜水病)の問題が未解決の課題として議論されていた。本研究においては、キングペンギンにおいてこの問題に対する理論を、実験とモデル計算により提唱した。潜水動物捕食に関する研究では、我が国で提唱され、フランスで改善された食道温度測定法による実験をアデリーペンギンやキングペンギンで行い、潜水動物による本格的研究成果を初めてまとめることができた。3次元位置情報による捕食場所の特定、水中の餌生物分布の状況についても、初めてデータを得た。