hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
知的活動を取り入れた低強度運動が高齢者の認知機能および体力に及ぼす効果検証

平成27年度に予定しており実施ができなかった、「短時間における知的活動を取り入れた低強度運動介入が高齢者の認知機能に及ぼす一過性の効果検証」の「低強度運動試技」を平成28年4月に実施し、終了した。さらに、65歳以上の高齢者を対象に、低体力者でも実施可能な「低強度運動に知的活動を取り入れたプログラム」の「第1期長期プログラム介入」を実施した。こちらは「研究実施計画」通り、6か月間の介入を終え、現在データ処理を行っている。なお、運動介入を行わないControl群は平成28年度には設けず、平成29年度にまとめて測定を行う予定である。本研究では、低体力者でも実施可能な「低強度運動に知的活動を取り入れたプログラム」が、認知機能ならびに身体機能に及ぼす効果について検証することを目的とし、第2課題として、平成29年度には「第2期長期プログラム介入」を実施した。対象者は、本学近隣に在住する65歳以上の高齢者とし、「知的活動を取り入れた低強度運動」としてスクエアステップエクササイズを介入したSSE群(16名)と「中強度運動」としてウォーキングを介入したW群(7名)、運動介入を行わないControl群(8名)に分類した。指導者による集団トレーニングは90分間/回とし、実際の運動実践時間は、「準備運動10分、主運動50分、整理運動10分」の計70分間とした(途中休憩時間等を除く)。なお、上記介入は4回/月、6ヶ月間とした。さらに運動の習慣化を定着させるため、集団トレーニングの中で自宅での運動実施を促すとともに、実施状況を運動日誌により調査した。評価項目は、形態(年齢、身長、体重)、認知機能(Five-Cog. Test、BVRT、ストループテスト)、体組成(体脂肪量、骨量、左右部位別筋肉量)、生活関連体力10項目(握力、10m歩行、閉眼片脚立ち、Timed Up & Go、8の字歩行、長座体前屈、ファンクショナルリーチ、起立時間、連続立ち上がり動作、連続上腕屈伸)、体力年齢、身体活動量とし、プログラム介入前、3ヶ月後、介入後の計3回測定・調査を行なった。なお、本評価測定は、Control群(8名)に対しても同様に施した。65歳以上の高齢者を対象に、低体力者でも実施可能な「低強度運動に知的活動を取り入れたプログラム」の「第2期長期プログラム介入」を実施した。なお、運動介入を行わないControl群は平成29年度に設けたが、目標とする対象者数を確保することができなかったため、平成30年度に追加測定を行う予定である。本研究では,低体力者でも実施可能な「低強度運動に知的活動を取り入れたプログラム」が,認知機能ならびに身体機能に及ぼす効果について検証することを目的とし,第一課題として,平成27年度に「短時間における知的活動を取り入れた低強度運動介入が高齢者の認知機能に及ぼす一過性の効果検証」を行った.対象者は65歳以上の高齢者17名とし,「知的活動を取り入れた低強度運動」介入,「中強度運動」介入,「安静を保つ」の3試技を1ヵ月以上期間を空けて実施した.なお,「知的活動を取り入れた低強度運動」としてはスクエアステップエクササイズ(以下,SSE)を,「中強度運動」には自転車エルゴメーター運動を採用した.30分間の介入前後にストループテストを行うとともに,強度確認のため,心拍数およびRPEの計測を行った.
サイトゾル移行型ドラッグデリバリーを用いた生体治療（心筋梗塞モデルでの検証）

細胞膜透過性ペプチド(CPP: Cell Penetrating Peptide)は、目的の導入物質と結合させたものを細胞の培養液へ加えるのみで細胞内へと導入させることができる。しかし、エンドサイトーシスにより取り込まれることから、導入された物質はエンドソーム内で多くは変性・分解されてしまうという問題があった。申請者は、CPPに疎水性配列を付加することで緑色蛍光タンパク質EGFPや抗体などの生理活性分子を、サイトゾルへと導入することができる“サイトゾル移行型CPP (Pas2r12)"を見出した。今年度は、Pas2r12の細胞内におけるサイトゾル導入メカニズムを中心に解析を行った。これまで、Pas2r12によるEGFPのサイトゾル導入は、カベオラ依存性エンドサイトーシス阻害剤であるゲニステインおよびMβCDによりサイトゾルへの移行は抑制された。また、カベオラの主な構成因子の一つであるCaveolin-1の発現をsiRNAにより抑制した細胞では、顕著にPas2r12によるEGFPのサイトゾル導入が抑制された。以上の結果から、Pas2r12によるEGFPのサイトゾル導入の主経路は、カベオラ依存性エンドサイトーシスである可能性が示唆された。また、同様に阻害剤とsiRNA実験をPas2r12によるIgGのサイトゾル導入に関して行なったところ、カベオラ依存性エンドサイトーシスだけではなく、マクロピノサイトーシスも関与している可能性を示唆する結果を得た。計画当初は動物実験を予定していたが、細胞レベルでのメカニズム解析を中心に行なった。マウスにおける臓器指向性について検討を行う。細胞膜透過性ペプチド(CPP: Cell Penetrating Peptide)は、目的の導入物質と結合させたものを細胞へ加えるだけで細胞内へと取り込むことができる。しかし、エンドサイトーシスにより取り込まれることから、導入された物質はエンドソームから出ることができずに、変性・分解されてしまうという問題があった。申請者は、CPPに疎水性配列を付加することで緑色蛍光タンパク質EGFPやIgG抗体などの生理活性分子を、サイトゾルへと導入することができる“サイトゾル移行型CPP (Pas2-R12)"を見出した。今年度は、Pas2-R12の細胞内におけるサイトゾル導入メカニズムを中心に解析を行った。これまで、オリゴアルギニンベースで細胞内へのデリバリーはエンドサイトーシスのうちマクロピノサイトーシスが主経路であることが知られていたが、カベオラ依存性エンドサイトーシスの阻害剤であるGenisteinおよびMβCDをによりサイトゾル移行が抑制されたことから、Pas2-R12でEGFPの細胞内導入の主経路はカベオラ依存性エンドサイトーシスである可能性が示唆された。また、体内動態を調べる予備実験としてPas2-R12でEGFPをマウスへ腹腔内投与を行い、24時間後に臓器への移行解析を行った。パラホルムアルデヒド固定後、脳、心臓、腎臓、肝臓、肺、膵臓、脾臓、胸腺、胃の凍結切片を作製し、共焦点レーザー顕微鏡により観察を行った。その結果、心臓組織切片特異的にEGFPを検出した。また心臓組織溶解後の抽出液中からもEGFPが検出された。以上は、Pas2-R12によりEGFPが心臓組織へと移行している可能性を示唆している。29年度の計画のうち、細胞レベルの実験については当初の予定通り進んだ。しかし、動物実験については、投与したEGFPを体内動態をリアルタイムモニタリングする予定であったが、リアルタイムモニタリング機器を共通機器として使用することができず、組織切片と臓器抽出液の解析に切り替えた。また、投与量の問題から対象動物をラットではなくマウスとした。細胞レベルの実験については、引き続きサイトゾルへの導入メカニズムの解析を行う。一方、動物実験において心筋アポトーシス抑制効果を持つPim-1タンパク質の治療効果を評価する為に、Pim-1発現遺伝子のクローニングおよびタンパク質の精製を行う。その後、Pas2-R12による臓器指向性を確認する。

ペプチド合成を委託していたが、当年度中での納品が間に合わず次年度納品となった為。動物実験を次年度に繰り越す為、その分の予算が必要であると判断した。
質量分析装置を用いた真菌同定法の正確性、迅速性の向上を目的とした改良法の確立

酵母様真菌の質量分析装置(MALDI)での正確な菌種同定を目的として、基質の色調での同定とMALDIの菌名一致率を300株比較した。MALDIで菌名同定不能の3株についてシークエンス解析結果C. parapsilosisが2株、Exophiala dermatitidisが1株となり、これらをライブラリーへ登録した。その後の測定で2菌種に対し同定不能検体は認められず同定精度か向上した可能性が示唆された。糸状菌をスライド培養法、液体培地で3日培養後にMALDIで測定する通常法、培地上の集落を即日MALDIで測定する短縮法で62株を比較した。その結果、スライド培養法で菌種を推定した51株は通常法、短縮法で菌名が一致した。6株は短縮法で同定不能であったが、通常法で同定可能であった。残り5株はシークエンス解析が必要であった。質量分析装置を使用した短縮法は通常法に比し、2日間の検査短縮でき迅速性に優れたものとなった。今後ライブラリーを充実させ、短縮法での同定不能件数を減少を目指す。結果の一部は第29回日本微生物学会WSで公表予定である。
卓越大気変動のメカニズムと予測可能性:階層的モデリングによるアプローチ

卓越的な大規模大気循環変動の理解に向けて、複雑さの異なるモデル群を開発した。この階層的モデリングによるアプローチを用いて数値実験を行った結果、夏季卓越変動の強制過程などを明らかにすることができた。また、アンサンブルカルマンフィルタに基づく疑似的な予報システムを構築し、予報モデルの誤差を低減する同化手法を提案した。これにより、1カ月予報の予報スキルを向上する可能性が示された。3年間の本研究課題において、本年度は階層的モデル群の開発を主に行う計画である。まず、疑似予報システムの核となるデータ同化・初期摂動作成スキーム(pEnKF)開発は順調に進み、低自由度のモデルで検証した結果をまとめることができた(投稿準備中)。また、初期作業ではあるがpEnKFを低解像度の大気大循環モデル(AGCM)に組み込み、数か月程度の解析・予報サイクルを実行した。もう一つのベースモデルである線型傾圧モデル(LBM)については、観測から得られる全ての強制項を与えて定常応答を求めることで1979年以降の月々の大気循環偏差場の再現実験を実施した。この診断は準リアルタイムでウェブサイトにアップされるようにしており、気象庁の異常気象要因分析にも参考情報として用いられている。AGCMとLBMを繋ぐ要素として、水蒸気を考慮しない乾燥大気AGCMを構築した。このモデル(NLBMと略)は、客観解析データから推定される非断熱加熱を与えることで、観測される平均場と変動をよく再現する。NLBMの応用として、今年度は加熱の年々変動がある場合とない場合でアンサンブル長期積分を行い、潜在的予測可能性の変化やテレコネクション・パターンの時間変動の違いについて解析した結果、今までよくわかっていなかった夏季のテレコネクションの励起について興味深い結果が得られた(投稿準備中)。また、現業予報プロダクトを用いて卓越大気変動の予測可能性を探ることも本課題でやるべき研究である。今年度は、気象庁が現業化前の検証として行った19822002年のアンサンブル1か月予報のデータを詳細に解析し、夏季の帯状平均場の予測スキルが高いこと、それに伴う領域的な気温変化が無視できないこと、帯状平均場の予測は地域的な海面水温偏差が駆動していることを明らかにした。3年間の本研究課題において、本年度は階層的モデル群を用いて各種の数値実験を行った。まず、前年度構築された乾燥大気AGCMに、客観解析から推定された過去30年の非断熱加熱を与えてアンサンブル積分を行い、非断熱加熱の年々変動を除去した計算と合わせて解析することで、加熱変動による潜在的予測可能性の変化やテレコネクション・パターンの時間変動特性の違いについて調べた。その結果、夏季の東アジアの天候に影響するユーラシア大陸上の波上の循環場変動が、特定の領域における加熱偏差によってある程度コントロールされるということが分かった。この過程をさらにLBMを用いた診断で調べ、夏季天候変動の予測向上のためには全球のどの地域の非断熱加熱=降水変動を正確に表現しなければならないかについて有益な知見を得た。これらの結果は論文として印刷中である(Yasui and Watanabe 2010)。また、前年度に同じく構築したデータ同化・初期摂動作成スキーム(pEnKF)について、海外研究者との議論を通じて従来の手法との違いを明確にし、低自由度系で付加的な実験を多数行って、結果をまとめた。これも論文として印刷中である(Koyama and Watanabe 2010)。このpEnKFを低解像度のAGCMに適用し、1997-2000年の3年間について観測された海面水温の初期値も合わせて用いた1カ月予報実験を行った。その結果、モデルの不確定性を低減する特徴をもつpEnKFを用いた場合、従来のEnKFを用いた予報よりも特に低緯度の気温・水蒸気の初期値推定精度がよくなることにより、予測スキルが向上することが分かった。3年間の本研究課題の最終年であり、前半は昨年度までに得られた以下の結果を論文として公表した。(1)非線形力学コアおよびその線形化モデルであるLBMを用いて、夏季天候変動の代表的なテレコネクションであるCircumglobalパターンの強制過程を明らかにした。(2)大気大循環モデル(AGCM)を用いた延長予報における新しい初期値化手法であるpEnKFを開発し、低自由度の系での有効性評価を終了した。さらに、AGCMを用いた1997-2000年の3年間についてのハインドキャスト実験でもその有効性を確認した。盛んに報道されたように、2010年の夏は日本では猛暑となった。当初予定にはなかったが、この猛暑をもたらした要因分析は本課題に密接に関連すると考え、年度後半に急きょ高解像度AGCMを用いた多数の感度実験を行った。その結果、世界全体の夏季の昇温はほぼすべてが長期間の海面水温上昇傾向(簡単に温暖化と略)で説明できる一方、日本周辺域の昇温の2-4割が温暖化により、残りはエルニーニョからラニーニャへの急速な遷移などの短期気候変動に伴うものであったことが判明した。この結果は記者発表されていくつかの新聞でもとりあげられた。

本課題の遂行を通じて、AGCMからLBMまでの階層的な大気モデルを併用することで大気循環変動の理解に資する成果が得られることが分かった。今後は、より本格的な予報実験や大気海洋結合系を対象とする同様の研究を発展させる必要があると考えられる。
擬微分作用素と幾何解析

本研究では,曲がった空間上の解析学の手法を構築することを目的とする.主な成果を2つ述べる.1つは,ある種の複素相関数をもつフーリエ積分作用素の像として特徴付けられる関数空間上のBerezin-Toeplitz作用素の既知の事実を大幅に改善したことである.もう1つは,リーマン多様体から概エルミート多様体へのシュレーディンガー写像流の初期値問題を研究して従来の像空間のケーラー性の仮定の意味を解明し,誘導束の断面に作用する擬微分作用素論を構築して,この仮定がなくても初期値問題を解く方法を構築したことである.本研究では,曲がった空間上の解析学の手法を構築することを目的とする.主な成果を2つ述べる.1つは,ある種の複素相関数をもつフーリエ積分作用素の像として特徴付けられる関数空間上のBerezin-Toeplitz作用素の既知の事実を大幅に改善したことである.もう1つは,リーマン多様体から概エルミート多様体へのシュレーディンガー写像流の初期値問題を研究して従来の像空間のケーラー性の仮定の意味を解明し,誘導束の断面に作用する擬微分作用素論を構築して,この仮定がなくても初期値問題を解く方法を構築したことである.今年度に成果の得られた研究は以下の通りである.1.実ユークリッド空間上のBargmann型変換とよばれる大域的フーリエ積分作用素の像として特徴付けられるSegal-Bargmann空間とよばれる複素ユークリッド空間上のある種の整関数からなる再生核ヒルベルト空間に作用するBerezin-Toeplitz作用素の有界性や変形量子化の評価を考察し,従来の結果を大幅に改良し精密化した.特に変形量子化の量子化パラメータ依存性を正確に記述する公式が得られた.本研究は,当該分野における従来の研究とは手法が全く異なっているが,擬微分作用素論及び相関数から定まる正準変換と熱流に基づいた本来あるべき手法による単純な研究である.2. 2007年度後半から考察していたシュレーディンガー写像の初期値問題の解法について2つの本質的改良を行い,最終的には閉リーマン多様体からコンパクトな概エルミート多様体へのシュレーディンガー写像の初期値問題の解法としてまとまった.鍵は, properly supportedな擬微分作用素によって誘導東上のある種のゲージ変換を構成することにより,概複素構造の共変微分がもたらす悪影響を解消することである.結果よりも,誘導束の断面に作用する擬微分作用素を初めて実用化したこと,及び,全ての先行研究で仮定されていた値域のケーラー性は単独の線型シュレーディンガー型発展方程式論における「悪い1階項がポテンシャルをもつための十分条件」に相当することが確認できたこと,の2点の方が重要かもしれない.さらに,小野寺栄治氏(東北大理→九大数理)と共同で,筆者の方法の3階方程式版をの構築して,概エルミート多様体上の閉曲線運動を記述する3階分散型写像流の初期値問題の解法を与えた.今年度に成果の得られた研究小野寺栄治氏(九大数理)と共同で以下の成果を得た.渦糸運動や古典スピン系等の運動を記述する古典力学モデルは,ユークリッド空間上の球面値関数のみたす分散型偏微分方程式として定式化される.この10年あまりの間に,この種の偏微分方程式を,多様体の間の写像流を記述する偏微分方程式として幾何学的に一般化して,方程式の構造や解の存在や時間大域的延長可能性や長時間挙動等が定義域や値域の多様体の幾何学的設定とどのような関係にあるのかが比較的よく研究されている.昨年度の筆者の研究成果である閉リーマン多様体からコンパクト概エルミートへのシュレーディンガー写像の初期値問題の解法の研究成果を基盤にして,今年度は,コンパクト・ケーラー多様体上の曲線運動を記述する4階分散型偏微分方程式の初期値問題について考察した.この方程式も古典力学モデルの一般化であり,古典力学モデルの初期値問題は強い制約の下でのみ解の時間局所解の存在定理が得られている.我々の得た結果は,単に値域を一般化したのみならず,従来の古典力学モデルでの制約を全て排除した上で,時間局所解が構成できるというものである.方程式が高階であるための困難がいくつかあるので,現在解の一意性の証明にようやく目処が立ったところである.この研究は,可積分系理論等も考慮して解の時間大域的延長可能性まで十分考察した上で,論文にまとめて投稿したい.その他多様体の間のディラックー調和写像などの幾何解析は,この幾何学的設定と幾何解析の両方に慣れている研究者が少ないのか,あまり研究されていない.そこで,この種の問題に新規参入するための準備を行った.できれば次年度以後に研究に着手したい.今年度の活動は以下の通りである。1.小野寺栄治氏(高知大学)と共同でコンパクトなケーラー多様体上の曲線運動を記述する4階分散型写像流の初期値問題の解法を考察した。解の存在定理は得られているが、解の一意性を証明するのに苦戦している。さらに可積分系である特殊な場合の特殊な取扱いについても考察している。これらを解決すれば、これまでの筆者の非常に一般の設定におけるシュレーディンガー写像の初期値問題の研究や小野寺栄治氏の3階分散型写像流の研究と合わせて渦糸運動等を記述するモデルを含めた概エルミート多様体値の分散型写像流の研究は基本的事実が解明されたことになりひと段落する。

2.円盤上のBerezin-Toeplitz作用素を、円上のWeyl擬微分作用素とある種のFourier積分作用素を通じてEgorov対称なWeyl量子化やその亜種であると捉えるための理論を構築する研究を始め現在進行中である。これがまとまると、双曲平面上の準古典解析のための道具になると思われるので、単に基礎解析学の事実の開拓でなく、他分野への応用へと発展する可能性がある。これとは別に、通常の意味での双曲平面の余接空間上の量子化理論も整備開拓して応用へと発展させる研究も重要であり、なるべく早くこちらに進出したい。3.片山聡一郎氏(和歌山大学)、多久和英樹氏(同志社大学)、砂川秀明氏(大阪大学)と共同で、国際研究集会「偏微分方程式と数理物理学」(2010年11月16日18日、芝蘭会館別館、京都市)を開催し、筆者は組織委員長を務めた。招待講演者10人(国外5人、国内5人)、参加者80人であった。ユークリッド空間上の偏微分方程式が中心の研究集会であったが、古典物理学のモデル方程式の数学解析の現状を知ったことは有益だったと思う。
人工被熱法による石造構造物の探査手法に関する研究

地上および地下の遺跡としての埋蔵石造構造物について,太陽光および燃焼などの各種の熱源を用いて,熱エネルギーを入射することにより,地表面に発生する温度および輝度の分布を遠隔よりリモートセンシングで計測する。すなはち,可視カラーおよびRGB,近赤外写真および赤外線映像装置で撮影した。対象物としてはひたちなか市内の神社内の鳥居,石碑,石垣および群馬県子持村における,火山灰の下の竪穴式住居跡について実施し,地上においては石の劣化の進行によるひびわれの発生位置,積石内部の空洞発生個所,地下では,竪穴式住居跡の盛土,小屋跡などの上部に土表面の明暗の発生,赤外線による放射温度の異常個所を確認した結果,これらの場所が,他のグループによるレーダー等の結果と一致している所が多いことを確認した。埋蔵物を模疑した試料を深さや大きさをかえ,その検出限界と発熱温度分布の原因を明らかにするための数値計算による解析を実施した。
造血幹細胞の運動能制御機構の解明

G-CSFによって動員された造血幹細胞のPKA-CREB-p300経路の活性化とPAI-1発現低下、さらにFurin活性化とMT1-MMP発現上昇が誘導されることを見だした。さらに、PKAやp300の阻害剤によりG-CSFの効果が打ち消されることを確認し、遊走促進因子によるPAI-1発現の低下と遊走能の亢進がPKA-CREB-p300経路依存的であることを証明した。TGF-bを含む培地に、G-CSFを低濃度から高濃度に振り分けて添加し、ニッチにおいてTGF-bによって運動能が抑制されている幹細胞に遊走因子が作用し運動能を付与するに至る状況を再現した。SmadとCREBに結合するp300の割合の変化とMT1-MMP発現や遊走能の相関をフローサイトメトリーや免疫沈降法により解析し、遊走促進因子がp300をSmadから奪ってCREBへ結合させることによって、TGF-bによる運動能の抑制を解除することを証明した。これらの結果からTGF-b-Smad依存的なPAI-1の転写活性にはp300タンパク質との結合が必要であるが、p300はG-CSFによって誘導されるPKA依存的なCREBによる転写活性においても要求される。すなわち、G-CSFによるPKAの活性化は、SmadとCREBで競合的にp300を奪い合うことになり、PKA優位の場合にはSmad依存的な転写活性は抑制される。このことがTGF-bーPAI-1による静止状態を解除するメカニズムであることを証明できた。計画通り実験が進み、以下の仮説を証明できた。(1)G-CSFによって動員された造血幹細胞のPKA-CREB-p300経路の活性化とPAI-1発現低下、さらにFurin活性化とMT1-MMP発現上昇が誘導されることを確認した。PKAやp300の阻害剤によりG-CSFの効果が打ち消されることを確認し、遊走促進因子によるPAI-1発現の低下と遊走能の亢進がPKA-CREB-p300経路依存的であることを証明した。(2)SmadとCREBに結合するp300の割合の変化とMT1-MMP発現や遊走能の相関をフローサイトメトリーにより解析し、遊走促進因子がp300をSmadから奪ってCREBへ結合させることによって、TGF-bによる運動能の抑制を解除することを実証した。白血病幹細胞の運動能制御を検討するため、BCR-ABL導入したモデルマウスを用いて、上記の実験を行い、同様な結果が得られるか否かについて解析する。消耗品の購入は計画より少なかったからである。次年度には新たに使用する解析キットの試薬、抗体やマウスを購入する。
地球外惑星の直接観測のための高自由度赤外線コロナグラフの開発

太陽系外惑星の直接検出という,人類の世界観にも関わる課題に挑むため,赤外線天文衛星などに搭載する宇宙望遠鏡用コロナグラフ光学系の開発研究を行った。ここでいうコロナグラフとは,太陽系外の惑星系の観測において,惑星からの放射にくらべて極めて膨大な主星からの放射を選択的に低減し(両者の比をコントラストと呼ぶ),惑星の直接観測を可能にするための特殊な光学系のことである。主星と惑星のコントラストは,可視波長域では10桁,惑星自身からの熱放射を観測できる赤外波長域でも6桁にもなると考えられている。本研究では,電子ビーム描画微細加工によって基板上薄膜で形成した小型の瞳マスク(外径2mm)を用いることで,世界で始めてチェッカボード型マスクによるコロナグラフの研書う実験を成功させた。その結果,7桁という非常に高いコントラスト(主星と比してどれだけ暗い惑星まで検出可能かを示す)を達成した。さらに実験の超高コントラスト化を推進し,画像差分法を導入することで,コントラストを従来の1x10^<-7>から6x10^<-9>まで(も)向上させることが出来た。これらの結果は,赤外波長域での惑星検出に必要とされる性能を上回っており,また可視波長域で求められる性能に迫るものであり,技術的な進展という意味でも,科学的意義という面でも,おおいに成功したと言えると考えている。「我々の住む太陽系、このような惑星系は、唯一無二のものだろうか?それとも、宇宙にありふれたものなのだろうか?そして生命は???」宇宙望遠鏡に搭載するコロナグラフ光学系を開発し、太陽系外惑星の直接観測を目指すことは、この根源的な問題にせまるための強力な手法である。本研究によって、次世代赤外線天文衛星SPICAに搭載するコロナグラフの開発を進め、大きく進展させることができた。本研究の主な成果をまとめると、次のようになる。バイナリ瞳マスクの設計、製作赤外域への適用を考慮し、各種のコロナグラフのなかでもバイナリ瞳マスク方式に注目した。検討の結果、赤外域での開発の前に、可視域での検証実験が必要と判断されたため、そのためのマスクを開発した。具体的には、線形計画法による数値計算によって形状を最適化し、電子ビーム描画による微細加工によって、ガラス基板の上に高精度のマスクを構築した。実証実験He-Neレーザー光源とレンズによる光学系、CCDカメラを用いて、可視域における実証試験を行った。コロナグラフ画像の精度を高める様々な工夫の結果、7桁という非常に高いコントラストを実現することができた。この性能はSPICAで要求されるスペック(6桁)を満たすだけでなく、(世界中で開発競争が展開されている)コロナグラフ単体での世界記録となった。このように、今年度の研究では非常に充実した結果を得ることができたといえる。原理の実証が成功裏に完了したことを受け、来年度は赤外コロナグラフの実証に進む。
ストーリーマンガを含む大衆文化作品を素材とする異文化教育教材と教師用リソース開発

映画を用いる教材と教師用リソース、日本人学生にも用いることのできる観察と分析の技能養成のための教材および教師用リソース、ドラマを用いた教室活動案を作成した。ストーリーマンガに基づく教材と教材開発の方法論の議論を含む大学院生向け集中講義を海外と日本で行い、受講者、外国人を含む教師および教師志望者を対象に、使用可能性についての判断を調査した。開発した教材や教材開発の方法論等についての招待講演を海外において2回、国内で1回行なった。教材開発については、教材化する作品選定のために資料を収集し、検討した。候補作品として『拝み屋横丁顛末記』(宮本福助)など数点を選定し、教材化に向けて言語、背景を分析した。空想的要素を含む作品を用いる方法論についての参考になる資料は皆無に等しく、慎重に作業を続行している。教材及び教師用リソースの実用性検証については、当初2008年度は韓国を中心に行う予定であったが、台湾の大学から集中講義、講演の複数の依頼があったため、これらの機会を利用して台湾を中心に行うことにした。まず、台中市の南台科技大学の大学院生を対象に、開発した教材を用いて研究代表者の因が6日間の集中講義を行った。短時間の実験授業とは異なり、単位取得を前提として限られた期間に大量の資料処理を求めるという高負担の条件での授業であったが、学習目標は概ね達成され受講者の満足度も高かった。この実践により、開発教材が海外での日本語教育、異文化理解教育に有効に利用され得ることが立証された。聞き取り調査からは、漢字圏であり、日本文化の受容も進んでいる台湾においても、日本語の文体のニュアンス、人間関係の調整の方法について、より深く知りたいという要求、翻って言えば、現行の情報提供に対する不満及び不安が高いことが明らかになった。研究成果の発表としては、代表者の因が日本語の語用論的技能をストーリーマンガによって提示する方法についての二つの講演を行ったほか、研究分担者の松村が日本語のポライトネスの特徴について講演を行った。講演及び集中講義の要請は、2009年度についても既に複数あり、本研究が社会的要請に応えるものであることが証された。教材開発については、これまでの実績から得た知見に基づいて数点の作品を選んで教材化を進め、同時に、日本語教育に経験の浅い日本語母語話者教師および外国人日本語教師の指導上の困難についての調査を行った。教材化のための素材としては、架空的要素・超自然的要素を含むが発話を行う際の人間関係を基盤とした制約からの自由と言う超ヒーロー的特権が与えられた人物が登場しないことを条件に、『もやしもん』『拝屋横丁顛末記』を選び、日本語教育専攻の大学院生・研究者などとの接触を利用して分析と教材化を進めた。調査活動としては、本年度は韓国において調査を行う予定であったが、本研究費を用いずに参加した東アジア言語文化フォーラムの活動を通じて、中国(上海)において中国人教師と共に韓国人教師を対象とした調査を行う機会が得られたため、当初の予定を変更して、韓国への調査出張は行わなかった。上海外国語大学で行われた上の年次大会において面談する予定であった中国人教師と韓国人教師に対して過去に作成した教材と教師用手引きとを予め送付し、上海における学術発表会の際に計7人(中国4韓国3)に聞き取り調査を行った。また、上記に述べた大学院での活動を通して、経験の浅い日本語母語話者教師にも、同様の聞き取り調査を行った。研究発表としては、秋田市の国際教養大学でマンガを素材として行う日本語教育の方法について講演を行った。また、研究成果を還元するために、調査費に用いなかった資金を用いて、最も汎用される言語である外国語である英語との対照や中国での慣習との比較などの視点を盛り込み、本研究で追求してきた学習者に分析を促す手法を用いて、言語コミュニケーションの総合性を認識することを促す、異文化理解のための教材を試作した。今年度は教材開発研究のまとめの段階にあったため、異文化対応技能教育教材の作成と、その教材を国内外で広く使用することを可能にするリソースを整えることを中心に活動を行った。教材としては、まず、中国語母語話者を主な対象とした日本文化理解教材『言葉の間を読む:大衆文化作品で学ぶ日本語コミュニケーション』を作成した。また、これを経験の少ない母語話者教師や非母語話者の教師が用いることを可能にするためのリソースとして、解答例およびその解説、日本の伝統文化や現代社会についての情報を盛り込んだ教師のための手引き書を作成し、補助金を使って冊子として印刷し、国内および中国を含む外国の複数の箇所で試験授業を行うことが可能な状況を整えた。さらに、大衆文化作品の分析から得られた知見を取り入れて、英語との比較の上に日本語の特徴の違いを意識させる、日本語母語話者にも外国人にも使用できる教材『国際医療人のコミュニケーション』を作成し、補助金を利用して印刷した。こちらは、研究代表者の所属大学での試用を予定している。

研究発表としては、ストーリーマンガ作品を教材化する過程で得られた知見をもとに、マンガ作品におけるジェンダー言語の特徴、その観察から何が見えてくるかを提示し、今後の言語研究の方向性を示す論考を中村桃子氏の編による言語学研究入門書『ジェンダーで学ぶ言語学』(世界思想社)に発表し、言語研究においてマンガが占める位置と意義を示した。
熱帯アフリカのアブラヤシを基幹とした二次的植生が支える生物多様性と農業多様性

二次的自然景観の保全は、農業多様性と生物多様性の保全の双方に資する、高い現代的重要性を持った課題である。西アフリカ・ギニア共和国南部森林地域と西部沿岸地域では、焼畑農業の休閑サイクルに適応した有用樹アブラヤシが卓越する休閑林が広く分布し、地域特有の農業景観を造り出している。本研究では、現在のアブラヤシ景観が持つ保全生物学的機能の定量化を試み、ヤシの生育本数・密度と、人口および焼畑による人為的関与の強さの間の関係を検証した。また、東部、南部アフリカ地域との広域比較から、有用植物としてのアブラヤシの歴史的伝播についての諸仮説を再検討した。二次的自然景観の保全は、農業多様性と生物多様性双方にとって有益であり、高い現代的重要性を持つ。2013年度、本研究課題では、西アフリカ・ギニア共和国南部森林地域に広く見られる、焼畑農業の休閑サイクルに適応した有用樹アブラヤシが卓越するユニークな農業景観に注目し、以下のような活動を行った。主調査地であるギニア共和国南部森林地域、とくに世界自然遺産ニンバ山周辺の生態系および農業景観について、現地調査および航空写真、衛星写真の精査から、アブラヤシの生息状況の概要を把握した。また、同地域に関する文献渉猟により、検証可能な仮説の絞り込みを行った。その結果、アブラヤシの生息密度と人為的な関与の強さが比例するというVanderyst仮説を、GIS的手法により検証する可能性が浮上した。そのための素材として、同地域の1950年代の航空写真と2010年代の衛星写真がすでに入手済みである。また、1980年代に撮影された航空写真の存在も確認しているため、生息密度について精緻な年代比較が可能であることが確認できた。また、航空写真に含まれる三次元情報からヤシ樹木の樹高を推定する技術の適用可能性について検討した。畑地のような開けた場所に分散し、なおかつ樹齢推定が胸高直径ではなく樹高によって行わざるを得ないヤシ科に属するアブラヤシは、同技術の適用に好適な条件を備えている。推定樹高から個体単位での60年にわたる成長の様子が再現できる可能性が出てきた。また、アフリカの東西にわたるアブラヤシの生息状況や利用を把握するため、研究分担者、協力者がギニア北部乾燥地域、タンザニア内陸部および島嶼部において広域調査を行った。降水量、乾期の長さといった環境条件に加え、人々による管理や利用方法の違いにより、二次的植生の中でのアブラヤシの地位については予想以上の多様性が見られることが明らかになった。2014年度、本研究課題では、アフリカの東西におけるアブラヤシの自然分布の多様性について、歴史的背景と現代の人々の土地利用との関連に注目して、以下のような活動を行った。主調査地であるギニア共和国南部森林地域、とくに世界自然遺産ニンバ山周辺の生態系および農業景観についての現地調査、航空写真、衛星写真の精査、アブラヤシの生息状況の概要を把握する広域調査および食用ヤシ油の生産・流通状況調査は、同地でのエボラ出血熱の流行により、現地調査はおろか、首都での航空写真収集さえままならぬ事態となり、次年度以降に延期せざるを得なかった。また、研究協力者による隣国リベリアでの比較調査も、同様の理由から延期した。アフリカ大陸の東西にわたるアブラヤシの生息状況や利用を把握するため、研究分担者、研究協力者がタンザニア内陸部および島嶼部において広域調査を行った。降水量、乾期の長さといった環境条件に加え、人々による管理や利用方法の違いによる、二次的植生の中でのアブラヤシの地位の多様性について知見を深めた。また、研究協力者が、タンザニア、タンガニーカ地域の国立公園周辺の農村において、アブラヤシの生息状況調査と野生動物によるアブラヤシの利用について、センサーカメラを用いた生態学的調査を進めた。また、同地の人々によるアブラヤシの採油方法について民族誌的調査を行い、西アフリカとは異なる採油器具の伝播や採油方法の多様性について重要な知見を得た。研究代表者は8月にベトナムで開催された国際霊長類学会に出席し、情報収集を行うとともに研究成果について発表を行った。2015年度、本研究課題では、アフリカの東西におけるアブラヤシの自然分布の多様性について、歴史的背景と現代の人々の土地利用との関連に注目して、以下のような活動を行った。主調査地であるギニア共和国南部森林地域、とくに世界自然遺産ニンバ山周辺の生態系および農業景観について、現地調査および航空写真、衛星写真の精査から、アブラヤシの生息状況の概要を把握する調査、および食用ヤシ油の生産・流通状況調査を予定していたが、同地でのエボラウィルス病の流行の継続により、現地調査はおろか、首都での航空写真収集さえままならぬ事態が続き、2014年度に続き延期せざるを得なかった。また、研究分担者による隣国リベリアでの比較調査も、同様の理由から再延期した。幸い、2015年度の終期に、主調査地を含むギニア、リベリア、シエラレオネにおいてエボラウィルス病流行の終息宣言が出されたため、2016年度の現地調査は実施できる見込となった。アフリカ大陸の東西にわたるアブラヤシの生息状況や利用を把握するため、研究分担者、協力者がタンザニア内陸部および島嶼部、また、マダガスカル中部高地域および南部乾燥林地域での広域調査を行った。

既存文献により指摘されている在来アブラヤシ種のアフリカ地域での分布について、各種の伝播経路による諸仮説があるが、とくにマダガスカル島における分布の説明について新たな知見を得ることができた。2015年度の主要な進展は、遺伝学ほか自然科学系の文献渉猟により、主調査地以外のアフリカ諸国から得られた調査結果を位置づけるために有効な、過去の分布、伝播に関する大きな理解が得られたことである。それらをまとめた総説論文の草稿が大きく進捗した。主として文献レビューにより、降水量、乾期の長さといった環境条件に加え、現在の人々による管理や利用方法の違い、伝播の歴史、植民地期の導入政策等による、アフリカの自然、人為的植生の中でのアブラヤシの地位の多様性についての知見が深まった。また、研究協力者により、タンザニア、タンガニーカ地域の国立公園周辺の農村において、アブラヤシの生息状況調査と野生動物によるアブラヤシの利用について、センサーカメラを用いた生態学的調査を進めた。本申請課題の主要な目的のひとつである、西アフリカのギニアおよび周辺地域での集中的現地調査が、エボラウィルス病により進展を妨げられたいっぽうで、2つ目のアフリカ大陸内、大陸間比較については大きな進展があったと言える。エボラウィルス病流行の終結により、主調査地ギニアでの現地調査が最終年度に行える見込となったため、4年間を通してみれば順調に推移していると判断できる。本邦では近年、二次的自然景観(里地・里山)の保全についての関心が高まっている。これら人為的自然景観の保全のためには、その土地における人々による自然資源管理の歴史性および、そのような関与が実際に自然環境に与える影響の把握が重要になる。このような研究動向は、農業多様性と生物多様性双方にとって有益であり、高い現代的重要性を持つ。2016年度、本研究課題では、アフリカ大陸熱帯域を代表する二次的自然景観であるアブラヤシを基幹とした農村景観に注目し、その形成因について多面的なアプローチで明らかにした。主調査地に設定したギニア共和国南部森林地域では、2014-15に流行したエボラウィルス病による影響で、科学研究に対する地域住民の不信感が蔓延した。このことも勘案し、現地調査および航空写真、衛星写真の精査から、アブラヤシの生息状況の概要を把握する調査、および食用ヤシ油の生産・流通状況調査を予備的に再開したが、本格的な調査にまでは至らなかった。エボラ流行期間の中断もあり、長期継続データの収集については今後の課題となった。アフリカ大陸の東西にわたるアブラヤシの生息状況や利用を把握するため、研究協力者がマダガスカル中部高地域および南部乾燥林地域での広域調査を行った。在来アブラヤシ種のアフリカ地域での分布についてのマダガスカル島における分布の説明について新たな知見を得ることができた。また、タンザニア西部における研究協力者による文献調査により、東アフリカにおける普及の窓口となったが、その年代が考えられているより新しい可能性が示唆された。二次的自然景観の保全は、農業多様性と生物多様性の保全の双方に資する、高い現代的重要性を持った課題である。西アフリカ・ギニア共和国南部森林地域と西部沿岸地域では、焼畑農業の休閑サイクルに適応した有用樹アブラヤシが卓越する休閑林が広く分布し、地域特有の農業景観を造り出している。
カキ果実における流通・貯蔵中の軟化機構の解明とその防止技術の確立

カキ果実は、細胞壁成分の分解を伴って収穫後に急速に軟化する。カキ果実の軟化機構を解明するために、エチレン作用阻害剤、1-MCPと分子生物学的手法を用いて解析した。カキ果実からACC合成酵素(ACS)、ACC酸化酵素(ACO)、PG、Cellulase(Cel)およびExpansin(Exp)遺伝子をクローニングし、発現特性を調査した。収穫後のカキ果実では、いずれの器官でもACSおよびACO遺伝子の発現を伴って、エチレン生成が誘導されるが、ヘタ部以外の器官では1-MCP処理はエチレン生成と関連酵素遺伝子の発現を抑制した。しかし、ヘタ部では1-MCP処理による抑制は見られず、有孔ポリ袋包装による水ストレスの緩和処理は、ヘタ部のエチレン生成とDK-ACS2の発現誘導を顕著に遅延させた。これらの結果から、カキ果実のエチレン生成は、水ストレスによるヘタ部でのDK-ACS2の発現誘導から始まり、このエチレンが他の果実器官に拡散、二次的シグナルして各部位での自己触媒的エチレン生成を刺激し、急速な軟化に至ると考えられる。カキ果実では収穫後、エチレン生成の誘導と軟化に伴って、細胞壁分解酵素遺伝子であるDK-Cel1,DK-PG1,DK-Exp2の発現が顕著に高まった。1-MCP処理はこれらの遺伝子発現と果実軟化を顕著に遅延し、プロピレン処理は逆に促進した。したがって、カキ果実の軟化はエチレンに依存したDK-Cel1,DK-PG1およびDK-Exp2の発現と密接に関連していることが明らかになった。炭酸ガス脱渋処理と組み合わせた1-MCP処理の品質保持効果を検討した。無処理果実では収穫後5日以内に全ての果実が軟化したのに対し、100ppm1-MCPを16-48時間処理すると、'刀根早生'では棚持ち期間が12日間、'西条'では16日間に延長された。収穫から1-MCP処理までの時間が12時間までであれば処理の効果は失われなかった。これらのことから、1-MCP処理はカキ果実の実用的な流通中の品質保持技術になることが明らかになった。カキ果実は、品種栽培条件、収穫時期などによって、収穫後急速に軟化し商品価値を失う場合がある。特に、ハウス促成栽培「刀根早生」、「西条」は、この傾向が激しく、流通現場で大きな問題になっている。今回の研究で、収穫後のカキ果実では、水分ストレスによって、まずヘタ部でのエチレン生成が誘導され、このエチレンが果肉部に拡散し自己触媒的エチレン生成を促進することを明らかにした。さらに、これらのエチレンがポリガラクチュロナーゼ、セルラーゼおよびエクスパンシンなどの細胞壁分解酵素遺伝子の発現を誘導し、果実軟化が急速に進展することを明らかにした。これらの軟化機構の解明に基づいて、カキ果実の軟化防止技術として、有孔ポリエチレン袋包装による水ストレス緩和措置およびエチレン作用阻害剤1-MCP処理を確立した。有孔ポリエチレン袋包装は、安価かつ簡易な軟化防止技術でありね特にハウス促成栽培「刀根早生」果実に有効であった。有孔ポリエチレン袋包装は、実際の流通現場での実証試験でも約10日間の軟化抑制効果を示し、実用技術として利用可能であった。「西条」果実では脱渋処理に2日間の炭酸ガス処理を要し、この処理がエチレン生成を誘導するため、有孔ポリエチレン袋包装だけでは十分な軟化抑制効果を得られなかった。

そこで、脱渋処理中に1-MCPを平行して処理したところ、顕著な軟化抑制効果を示した。1-MCPは人体毒性もほとんどなく、処理は脱渋過程に影響しなかった処理は収穫後24時間以内に開始する必要があり、処理濃度としては100ppb1000ppbの濃度が適当であることも明らかにした。現在、1-MCPは植物生長調節剤として認可申請中であり、数年中にカキ果実の流通現場で、軟化防止剤として利用可能になることが期待できる。カキ果実の軟化機構および軟化防止技術に関して昨年度までに得られた成果に基づいて、研究を深化させ、渋ガキとしてハウスおよび露地栽培栽培'刀根早生'、露地栽培'平核無'、'西条'果実、甘ガキとして、露地栽培'富有'果実を用い,遺伝子レベルでの軟化機構の解析および防湿段ボール箱および1-MCP処理による軟化抑制効果に関する実際の流通条件下で実証試験を行った。カキ果実から、エチレン生合成関連酵素としてACC合成酵素、ACC酸化酵素遺伝子を、細胞壁分解酵素としてポリガラクチュロナーゼ、エンドグルカナーゼおよびエクスパンシンを遺伝子をクローニングし、数種カキ品種のエチレン生成および果実軟化と関連して、その発現特性を調査した。その結果、カキでは収穫後の水ストレスによってヘタ部でDK-ACS2が誘導され、少量のエチレンが生成し、そのエチレンが果肉部に侵入し、DK-ACS1の発現を誘導することによって多量のエチレンが生成することを示した。さらに、果実軟化にはエチレンによって支配されたDK-PG1,DK-Cel2,DK-Cel32,DK-Exp2の各遺伝子発現が重要であることを明らかにした。防湿段ボール箱の利用による水分ストレス軽減措置およびエチレン作用阻害剤の1-MCP処理はいずれも顕著な軟化抑制効果を示した。ただし、両者の併用処理は、作用点がほぼ同一であることから極僅かな相加的な効果示したのみであった。実際の流通現場での実証試験を行ったところ、対照果実は2,3日で果実軟化が進み商品性を失うのに対し、防湿段ボール箱および1-MCP処理果実は出荷後少なくとも1週間は良好な果実品質を維持した。防湿段ボール箱の利用は'刀根早生'果実を中心に実用化の段階に入り、1-MCP処理の利用は'西条'果実を中心に来年から実用化の見通しである。
トポロジーの総合的研究

ポアンカレによる力学系の定性的研究に始まったトポロジー研究の一つのピークは、1960年代のThom, Milnor, Smale等による一般次元の多様体の分類理論である。この時期の研究はどちらかといえばトポロジー固有の研究対象、手法であったが、その後70年代にはこれらの成果を基に他分野への関連、応用が模索された。この潮流は4次元多様体論におけるドナルドソン理論の成功により確固たるものとなっている。本研究においてもトポロジーのほとんどの分野の研究グループが従来の枠を超えた形で活発な研究を行った。松本幸夫を中心とする低次元多様体の研究グループでは、これまでの数理物理学の手法がサイバーグヴィッテン理論によりさらに深化され、4次元多様体論に新しい局面を開いた。力学系理論、特異点論および葉層構造理論のグループは本来の研究対象のみならず、代数多様体の位相的性質、シンプレクティック幾何学等をテーマに共同研究がなされ、また変換群論においても代数群の作用や特異点論の研究に顕著な成果をあげている。ホモトピー論においても楕円コホモロジー論と整数論の関連、あるいは様々なモデュライ空間のホモトピー論的研究等の新しい方向の研究がなされた。また深谷賢治を中心とするグループは上に述べたほとんどの分野とまたがる領域で、位相場の理論、ノヴィコフ予想等の研究を行い目覚ましい成果をあげた。結び目理論研究グループは現在最も活発な研究を行っているグループの一つであり、従来の手法に加え数理物理学から得られた不変量を用いて数多くの研究成果をあげている。これらの成果は平成8年7月東京で行われる国際会議で発表される予定である。平成6年度の本研究では、当初の予定通りプロジェクトとして採択された研究集会、愛媛大学で行われた全日本トポロジーシンポジウム及び個別の研究交流を中心として行われた。採択されたプロジェクトは次の14である。1)特異点研究集会、2)複素多様体の位相幾何、3)量子カオスと正則ベクトル場の定性的研究、4)ホモトピー論シンポジウム、5)葉層構造と大域幾何学、6)結び目の代数と位相と幾何、7)3次元多様体の単体分割とその周辺、8)Configulation空間と写像空間のトポロジーの研究集会、9)変換群論の新しい潮流、10)International Conference on Set-Theoretic Topology and its applocation,11)3、4次元多様体とその周辺、12)接触幾何学と関連分野、13)力学系研究集会、14)結び目絡み目に関する日韓合同セミナー。これらの研究集会では各々の分野において新しい知見や成果が得られたが、特に低次元トポロジーや結び目理論に於いてはWitten理論を初めとする数理物理学との関連分野で活発な研究がなされ著しい成果が得られた。また10)は国際研究集会であり、我が国の位相空間論研究の水準を示すと同時に、若干研究者に新たな刺激を与えた。また研究交流では10数名の研究者が各々他の研究機関で共同研究を行い、一定の成果を挙げるとともに、研究の新たな展望を開くのに役立った。平成7年度の本科学研究費の補助により開催された研究集会は次の通りである。特異点論の発展と展望(於高知大学理学部)、結び目の諸問題と最近の成果、群作用と多様体の幾何学的構造(於浜松市教育文化会館)、ホモトピー論シンポジウム(於岡山理科大学)、4次元多様体の研究(於広島大学理学部)、結び目理論(於早稲田大学学術情報センター)、GENERAL TOPOLOGYシンポジウム(於大分大学)、力学系研究集会(於日本大学軽井沢研修所)、接触幾何学とその周辺(於北海道大学理学部)、リーマン面に関する位相幾何(於北海道大学)、ベクトル場のダイナミックス研究集会(於帝京大箱根セミナーハウス)、平面曲線の幾何学と多項式写像の特異点(於東工大)。また、小グループによる研究集会あるいは研究交流も多数行われた。

得られた成果について特筆すべき点を述べると、まず全般的には各分野間の融合的研究が進んだことである。例えば特異点論をめぐって変換群や力学系さらには代数幾何の研究者が様々な視点から研究し成果をあげ、また、ホモトピー論においてもゲージ群や配置空間の位相の研究あるいはホモトピー論と整数論との関連等、従来の枠を超える研究の試みがなされた。また、4次元多様体論ではこれまでの数理物理学の手法がサイバーグヴィッテン理論によりさらに深化された。個別の成果の例としては加藤毅氏によるノヴィコフ予想の研究をあげておく。これは微分幾何学、作用素環論、組み合わせ群論、代数的トポロジーなどを駆使して得られたものであり、分野の枠を超えた研究の好例である。
鉱物結晶に見られる構造不整と相変化の研究

平成9年度は、おもに実際の物質についての解析・測定を行った。オケルマナイト固溶体[Ca_2(Mg,Fe)Si_2O_77]の不整合構造を5次元空間で解析し、詳細な結晶化学的な検討を行うとともに相転移についての検討を行った。それらの結果については国際学会(Aperiodic′97、フランス、1997年8月)で発表すると共に、論文を投稿中である。この物質の不整合構造の解析で結晶内部における金属元素の分布の異常が予想され、放射光の超強力X線(高エネルギー加速器研究機構、フォトンファクトリー)による散漫散乱の測定を試料結晶の異なった領域について行い解析を行っている。さらに、不整合構造の原因を明らかにするために、分子軌道法による構造シミュレーションを行っている。その他の物質としては、(1)Al、Feの水酸化物(α-AlOOH、α-FeOOH)の脱水過程における中間生成物につき、分担者の1人(荻谷)がハノーバー大学で散漫散乱の解析を進めている。その結果から、脱水反応過程の詳細が原子レベルで明らかになることが期待される。(2)上記の物質の他に、藍方石[Hauyne、(Na,Ca)_<4-8>Al_6Si_6(O,S)_<24>(SO_4,Cl)_<1-2>]の回折写真に散漫散乱をしめすものを見出した。この鉱物は特定の産地のものだけが長周期構造をもつことが知られており、他は長周期を示さないと考えられていた。長周期の衛星反射と見出された散漫散乱とは関連が認められた。また兵庫県南部地震に際し、淡路島で出現した断層で破砕された岩石が採集され、それらのX線粉末回折の測定で、著しい散漫散乱を与える物質の混入が認められた。散漫散乱を与えるのは粘土鉱物であり、層に沿った方向の乱れが明らかになった。われわれはこれまでにいくつかの物質(γ-MnO_2,α-Al_2O_3,α-Fe_2O_3,オケルマナイト・グループ等)の回折に散漫散乱を観測しその予備的な研究を行った。特にγ-MnO_2、α-Al_2O_3,α-Fe_2O_3はいずれも脱水反応生成物であり一次元の構造変化に基づく散漫散乱が、オケルマナイト・グループでは二次元構造不整に基づく散漫散乱が観測される。本研究の目的は、このような散漫散乱を解析し構造不整と相変化の関連を明らかにすることで、先ず連続的な変化に適した散漫散乱の強度の表現を研究し、それを実際の問題に適用することを試みることである。一次元構造不整に起因する散漫散乱の従来行われてきた研究では、従来用いられてきた方法が散漫散乱強度の連続的な変化を取り扱いには向いておらず、構造不整の変化を構造変数の変化として取り扱うことはできなかった。本年度の研究では、連続的な変化に適した散漫散乱の強度の定式化、実際の物質における散漫散乱の測定、理論式の適用のうち、前二者を平行して行っている。平成7年度交付の研究費により、一つはワークステーションとそれによるイメージングプレート上に記録したX線散乱の画像処理のソフトウェアの導入をおこない、整備をおこなった。第二は散漫散乱測定のための単結晶(Ge)モノクロメータの導入と調整を行い、現在それを用いイメージングプレートによる測定をおこなっている。散漫散乱の定式化についてはランダムな系の扱いに困難がまだあり遅れており、現在も進行中である。