hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
第一原理計算によるCARE加工プロセスの解明

本研究では、高濃度HF水溶液中でのSiCおよび純水中でのGaNの触媒基準エッチング加工の第一原理シミュレーションを行い、それぞれについて、表面ステップ端への反応分子の解離吸着過程について解析し、エッチング初期過程を明らかにした。また解離吸着の活性化障壁が水分子クラスター中でのプロトンリレーを介した反応により低下することや、被エッチング原子の隣接原子を終端するプロセスが律速過程であることを明らかにした本研究では、高濃度HF水溶液中でのSiCおよび純水中でのGaNの触媒基準エッチング加工の第一原理シミュレーションを行い、それぞれについて、表面ステップ端への反応分子の解離吸着過程について解析し、エッチング初期過程を明らかにした。また解離吸着の活性化障壁が水分子クラスター中でのプロトンリレーを介した反応により低下することや、被エッチング原子の隣接原子を終端するプロセスが律速過程であることを明らかにした今年度は、まずSiCの表面終端構造および電荷移動エッチングモデルの検討を行った。前者について第一原理熱力学法に基づく自由エネルギーの計算から、水中でのSiCのSi面の表面終端構造はHの化学ポテンシャルに依存せずOH終端であることが分かった。実験との対応は観察実験が容易でないことから研究継続中である。また、SiCと触媒が接触したモデルの局所状態密度から、SiCから触媒に自然に電荷移動する可能性は低く、さらに極性分子である水分子を挟んだ場合でも傾向に違いがなかったため、SiC表面が正に帯電して表面が酸化される電荷移動モデルは妥当でないと結論した。そこで新たなエッチングモデル(フッ酸分子がSiC表面に直接解離吸着しエッチングが進行するモデル)を提案し、その初期過程を解析した。加工面が原子レベルで平坦であることよりエッチングは表面ステップから進行すると考え、まずステップ表面モデルを作成した。ステップ表面はSi面ではOH終端、ステップ端でのC原子はH終端されていることが第一原理熱力学法でわかった。ステップ端Si原子のバックボンドにHF分子が解離吸着する過程を第一原理分子動力学法で解析するとともにNEB法により反応活性化エネルギーを計算した。さらに高濃度HF水溶液(25%以上)で高加工速度となる実験結果からFイオンの働きも重要であると考え、ステップエッジSiにFイオンを吸着させたモデルについても同様な計算を行った。その結果、Fイオンの吸着は、既に知られているSi5配位構造を形成することで安定化するが、バックボンドは伸びて不安定化することが分かった。HFの解離吸着ではFイオンの有無によらず2eV程度で解離吸着することが分かった。この活性化障壁はやや大きくしかもFイオンの効果も明確でない。現実の反応は水中であり、水分子による活性化障壁の低化やFイオン効果の顕著化の可能性があるため、水分子を含めたモデルについて今後解析していく。今年度は、エッチングの主要な反応経路であると考えられるSiCのステップエッジでのHF分子の解離吸着、及びGaNのステップエッジでのH_2O分子の解離吸着における反応バリアの計算を行った。SiCについては、表面終端構造がOH終端以外にもF終端構造をもっていることが、実験グループのXPS表面測定により明らかとなったため、F終端表面の解析も行った。F終端の方が表面Si原子を正に帯電させる能力が高いため、解離吸着反応のバリアがやや低いことが明らかとなった。また、H_2O分子を1つ加えた系の解析を行い、HFのプロトンリレーを介して解離吸着することにより、障壁が低いことが分かった。これは昨年度より検討していたF^-の吸着状態を含む系でのHF分子解離吸着プロセスに似たものであり、そのモデルの有効性が改めて確認された。しかし、これらは単にHF水溶液中での反応解析であり、CAREにおけるエッチングの促進を示すためには、触媒の化学的作用・機械的作用の効果について研究を進める必要がある。触媒金属を置いたテスト計算を行っており、次年度以降の解析が期待できる。GaNに関しては、まず終端構造を第一原理計算で解析し、表面Ga原子のうち3/4の割合でOH終端され、1/4でH_2O終端されている構造が安定であることが分かった。表面へのH_2O解離吸着反応についても解析し、1eV強のバリアを超えれば解離吸着反応を起こすことが分かった。2つの水分子の解離吸着によりエッジ部のGa原子はエッチングされ水酸化物のような形で表面に吸着することが分かった。この反応も1eV強のバリアをもち通常環境下ではほとんど起こらない。触媒の作用についての解析を開始しており、化学的作用・機械的作用の効果の解析をさらに進める準備が整った。本研究では触媒基準加工法の第一原理シミュレーションを行い、エッチング初期プロセスを明らかにした。高濃度HF水溶液中でのSiCのCAREエッチングについては、ステップ端へのHF分子解離吸着過程の活性化障壁の高さにより解析した。ステップエッジのSiにFが吸着して下層のCとの結合が弱体化し、そのCにHが結合して起こるHF分子の解離吸着過程がエッチングの初期過程の有力な候補であることが分かった。また、Cを終端化する過程で、液体水中の水分子間をHがプロトンリレーによって移動して起こる過程や、近接するPtにより障壁が低下することが明らかとなった。前者はHF分子の間接的な解離吸着を意味し、HF分子がイオン化している高濃度HF水溶液中でエッチング速度が高いという実験事実と合致しており、反応メカニズムの基礎的な部分を明らかにできたと考えている。さらに高濃度HF溶液中でのHF分子の状態を詳しく調べる計算に着手した。

この部分は今後さらに研究を進める必要がある。水中でのGaNのCAREエッチングについては、表面ステップ構造およびキンク状構造上での水分子解離吸着過程を調べた。GaNの表面構造は実際の六方晶と簡略化した立方晶でほぼ同じであるため計算量が少ない立方晶を用いた。まず水中での表面終端構造として、表面Ga原子4つに3つがOH終端、1つがH2O終端であることを明らかにした。次にH2O分子が解離吸着する過程を解析し、GaーNバックボンドに直接H2Oが解離吸着する過程よりも、水クラスターを介してエッジGa原子にOH、テラス上Ga原子の終端OHにHがそれぞれ解離吸着する過程の活性化エネルギーが低いこと、Pt触媒の存在によりNをH終端する反応の活性化障壁が低下することが分かった。GaNについても実験と対応する結果が得られており、エッチング初期過程を明らかにすることができたと考えられる。本研究では、CAREプロセスのエッチング反応、すなわち、単に水またはエッチャントを含む水溶液に浸漬させただけでは生じないエッチング反応が、触媒との接触により誘起されるのがなぜであるか解明することを最大の目標としている。現在まで、水またはエッチャント分子の解離吸着による表面原子除去プロセスについて明らかとなってきている。触媒を含めた系における解析にも着手しており、最終年度におけるメカニズム解明に期待が持てる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、CAREプロセスのエッチング反応、すなわち、単に水またはエッチャントを含む水溶液に浸漬させただけでは生じないエッチング反応が、触媒との接触により誘起されるのがなぜであるか解明することを目標としている。今後は、水またはエッチャント分子の解離吸着による表面原子除去プロセスにおける活性化障壁を触媒が低減する機構を明らかにしたい。そのために、加工物表面-液-触媒で構成されるモデルの計算を進め、触媒の役割を解明する。
特殊な手術による幾何構造を持つ多様体の大域的本質の追求

本研究の大きな目的は,特殊な手術の視点から接触構造やその一般化などの幾何構造に関する微分トポロジーの統一理論の創生を目指すことにある.2018年度に行った研究では,前年度に引き続きGoursat構造を持った多重ラウンドハンドルを用いたGoursat多様体の手術の研究を行った.さらにその観点から,特にGoursat多様体が4次元のEngel多様体の場合に,Engel構造の柔軟性に関する研究を行った.3次元多様体上の接触構造とは,2次元の平面場で最も積分不可能なものである.Goursat構造はその拡張であり,多様体上の2次元の平面場で,Lieかっこ積で次元が1ずつ増えて接束全体まで次元が上がるものである.とくに多様体が4次元のときに,Engel構造とよばれる.大域的な研究はこれまであまりなく,最近急速に研究が進みつつある.多重ラウンドハンドルとは,通常のハンドルと(高次元)トーラスとの積の形をしたハンドルで,私自身が導入した概念である.ここにうまいGoursat構造のいくつかの例を構成した.どれを標準的なものと考えるべきかを,考察している.3次元多様体上の接触構造の柔軟性とシンプレクティックラウンドハンドルを用いた手術に密接な関係があることが,私の以前の研究で分かっている.このアイディアの高階の接触構造への拡張が本研究の基本的なアイディアのひとつである.上述の柔軟性の研究はEngel構造への拡張の考察といえる.Engel構造の柔軟性は,近年に研究が始まって活発に研究されている.いくつかの例が提案されている.多重ラウンド手術のアイディアを使って,それらを含む新しいモデルを構成出来ることがわかった.新たな研究対象に,新たな概念を導入することに,重要な意義を感じている.特殊な手術の方法で,接触トポロジーの概念を一般化して展開していくことが本研究課題の目的である.その意味で,Goursat構造を持つ多重ラウンドハンドルを使った手術を構成して研究の道具としていることは,計画に沿った研究の進展であると考えられる.当初の研究計画では,高次元への応用をもう少し進めることも考えられる.高階への切り替えが少し早いが,Engel幾何学の予想以上の急速な進展に合わせた,適切な対応であると考える.高次元に関しても,いずれ考えたい.今後も,まずは高階の接触構造であるGoursat構造をもつ多様体の,構造を込めた多重ラウンド手術の方法を用いた研究を推進したい.Engel構造の微分トポロジー的な研究にもうまく適用できそうである.さらに高階なGoursat構造や特殊多重旗構造に対しても,ホモトピー原理の考え方の適用と特殊な手術の関連を考えたい.また,Engel構造に関して,共同研究の課題が持ちあがった.大きな視点からは,本研究課題にも関係があるものであり,これも進めたい.まさにいま動いている分野であり,古典的な知識も必要である.国内外の専門家たちと,直接に議論しながら研究を進めることが必要だと考えている.本研究の大きな目的は,特殊な手術の視点から接触構造やその一般化などの幾何構造のトポロジーの統一理論を目指すことにある.2017年度に行った研究では,前年度までの予定の科学研究費の研究課題を延長したこともあり,引き続き高次元の接触構造の柔軟性の特徴付けの研究も行った.また,本研究課題にとって直接的な研究として,Goursat構造と呼ばれる構造を持つ多重ラウンドハンドルを構成した.これは,Goursat多様体の構造をも込めた多重ラウンド手術を構成したことを意味する.この構成がベストのものなのかはまだ分からないが,これを手がかりに接触トポロジーの理論を拡張して展開していくことが出来るのではないかと考えている.その意味で,ここで構成したものは新しい理論を築き上げるために,非常に重要なものであるといえる.高次元の接触構造の柔軟性の特徴付けの研究は,本研究課題にとっても重要なものである.高次元での柔軟性をうまく特徴づけることが出来れば,それは高階の接触構造であるGoursat構造での柔軟性の研究に,結びつけることができるからである.2017年度の研究では,埋め込まれた超曲面上に誘導される特性葉層を用いる特徴付けを考察したが,さらに精緻なものが必要なようである.今回構成したGoursat多重ラウンドハンドルは,大雑把には3次元接触ハンドルのCartan延長でえられるものに近い.Goursat構造をもった多様体に接着するためには,少しの工夫が必要である.形は3次元ハンドルの高次元トーラスにパラメータを持つ族だとも考えられる.これが開本構造のように働き接触構造の理論が一般化されていくのではないかと考えている.今後もこの方針での研究の展開を計画している.特殊な手術の方法で,接触トポロジーの概念を一般化して展開していくことが本研究課題の目的である.前年度までの科研費の研究課題を延長したために,今年度はこれまでの研究の続きの感じが強かったが,それは本研究計画にも密接に関連するものである.また,Goursat構造を持つ多様体の多重ラウンド手術の構成を考察出来たことは,申請書の初年度の研究計画と比べても,おおむね順調に進展していると考えられる.本研究の大きな目的は,特殊な手術の視点から接触構造やその一般化などの幾何構造に関する微分トポロジーの統一理論の創生を目指すことにある.2018年度に行った研究では,前年度に引き続きGoursat構造を持った多重ラウンドハンドルを用いたGoursat多様体の手術の研究を行った.

さらにその観点から,特にGoursat多様体が4次元のEngel多様体の場合に,Engel構造の柔軟性に関する研究を行った.3次元多様体上の接触構造とは,2次元の平面場で最も積分不可能なものである.Goursat構造はその拡張であり,多様体上の2次元の平面場で,Lieかっこ積で次元が1ずつ増えて接束全体まで次元が上がるものである.とくに多様体が4次元のときに,Engel構造とよばれる.大域的な研究はこれまであまりなく,最近急速に研究が進みつつある.多重ラウンドハンドルとは,通常のハンドルと(高次元)トーラスとの積の形をしたハンドルで,私自身が導入した概念である.ここにうまいGoursat構造のいくつかの例を構成した.どれを標準的なものと考えるべきかを,考察している.3次元多様体上の接触構造の柔軟性とシンプレクティックラウンドハンドルを用いた手術に密接な関係があることが,私の以前の研究で分かっている.このアイディアの高階の接触構造への拡張が本研究の基本的なアイディアのひとつである.上述の柔軟性の研究はEngel構造への拡張の考察といえる.Engel構造の柔軟性は,近年に研究が始まって活発に研究されている.いくつかの例が提案されている.多重ラウンド手術のアイディアを使って,それらを含む新しいモデルを構成出来ることがわかった.新たな研究対象に,新たな概念を導入することに,重要な意義を感じている.特殊な手術の方法で,接触トポロジーの概念を一般化して展開していくことが本研究課題の目的である.その意味で,Goursat構造を持つ多重ラウンドハンドルを使った手術を構成して研究の道具としていることは,計画に沿った研究の進展であると考えられる.当初の研究計画では,高次元への応用をもう少し進めることも考えられる.高階への切り替えが少し早いが,Engel幾何学の予想以上の急速な進展に合わせた,適切な対応であると考える.高次元に関しても,いずれ考えたい.今後も,まずは高階の接触構造であるGoursat構造をもつ多様体の,構造を込めた多重ラウンド手術の方法を追求したい.これはもちろん4次元多様体上のGoursat構造であるEngel構造の研究を含んでいる.Engel構造のトポロジーまわりの研究が,昨今の世界中で動き始めた感がある.本研究計画の手法のEngelトポロジーへの寄与を,集中的に考えてみるのも良いかもしれないと考えている.まさに,いま動いている分野なので,国内外の専門家たちと議論しながら研究を進めることが必要だと考えている.今後も,まずは高階の接触構造であるGoursat構造をもつ多様体の,構造を込めた多重ラウンド手術の方法を用いた研究を推進したい.Engel構造の微分トポロジー的な研究にもうまく適用できそうである.さらに高階なGoursat構造や特殊多重旗構造に対しても,ホモトピー原理の考え方の適用と特殊な手術の関連を考えたい.また,Engel構造に関して,共同研究の課題が持ちあがった.大きな視点からは,本研究課題にも関係があるものであり,これも進めたい.まさにいま動いている分野であり,古典的な知識も必要である.国内外の専門家たちと,直接に議論しながら研究を進めることが必要だと考えている.
骨格筋の可塑性の制御におけるJMJD1Aとエピゲノムの役割解明

ヒストンH3の9番目のジメチル化リジン(H3K9me2)は転写の抑制マークとして知られており、H3K9me2が脱メチル化酵素により脱メチル化されることでその座位の遺伝子の発現が活性化される。H3K9me2の脱メチル化酵素JMJD1Aは熱産生、性決定、肥満など様々な生理機能を担う。骨格筋の肥大および、ファイバータイプ制御におけるJMJD1Aとエピゲノム変化との関係を解明する為に、Jmjd1a欠損マウスの解析を行った。Jmjd1a欠損マウスは腓腹筋、および、前脛骨筋の重量が低下し、筋萎縮が起こること、および、トレッドミル検査による持久運動機能も低下することを見出した。そこで、骨格筋の組織学的解析を行ったところ、筋線維の横断面積も低下することが明らかとなった。さらに、骨格筋のRNA-seqによるトランスクリプトーム解析を行い、原因となる遺伝子群の同定を試みたところ、Fbxo32などのタンパク質分解に関わる遺伝子の発現が上昇することが明らかとなったため、タンパク質分解の亢進が筋萎縮の原因であることが示唆された。骨格筋の表現型の原因臓器を特定するために、筋線維特異的にCreリコンビナーゼを発現するHSA-CREトランスジェニックマウスとJmjd1a floxマウスを掛け合わせ、筋線維特異的Jmjd1a欠損マウスを作製した。しかしながら、筋線維特異的Jmjd1a欠損マウスは運動能力、筋量とともに低下しておらず、Jmjd1a欠損マウスで見られた表現型は筋線維以外のJmjd1aによる作用であることが示唆された。筋繊維特異的にCreリコンビナーゼを発現するHSA-CREトランスジェニックマウスとJmjd1a floxマウスを掛け合わせ、筋繊維特異的Jmjd1a欠損マウスを作製し、運動能力、腓腹筋、および、前脛骨筋量の計測が終了しているため、順調に研究が進行していると判断できる。本年度の研究から、Jmjd1a欠損マウスの骨格筋の表現型は骨格筋以外のJmjd1aによるものであることが示唆されたため、Jmjd1a欠損マウスの脂肪や、脳、血管などの他の臓器との臓器間連携を解析する必要が出てきた。そのため、脂肪特異的Jmjd1a欠損マウスの解析や、血管、神経系の解析を今後行う予定である。予定したよりも安い試薬を使うことができ、予算を節約することができたため。
世界初のスピン偏極高周波電子銃を実現するための準備研究

本研究は、未だ実現されたことがない世界初のスピン偏極高周波電子銃の実現を目指した準備研究である。実現には、スピン偏極電子源の表面に施す負電子親和力(NEA)を示す膜の長耐久化が必要不可欠である。本研究は、新しいタイプのNEA膜を使用したスピン偏極電子源を、高周波電子銃へ装着しダメージを系統的に調べることを目的としている。半導体表面にNEA膜を施すと真空準位を伝導帯下端よりも低く下げることができるため、適切な波長のレーザーを用いて電子の選択的かつ効果的励起が可能になったり、運動エネルギーがほぼゼロの光電子を発生することができる。このため、NEA半導体フォトカソードを備えた電子銃では、スピン偏極あるいは、初期のエミッタンスを低く抑えた電子ビーム生成が可能である。従来技術によるNEA膜を施した半導体フォトカソードは、セシウム(Cs)と酸素(O)を組み合わせたもので、耐久性能が低く、長時間安定に電子を引き出すことが難しい。高周波により強い引き出し電界を発揮する高周波電子銃は、今や挑戦的な電子銃とは言えないほどに電子銃の技術革新は進んでいる。カソードに強い電界が周期的にかかる高周波電子銃では、電子ビームよってイオン化された残留ガスが、周期的なイオンボンバードメント現象を引き起こす。この劣悪な環境下では、Cs/O型NEA膜は容易に破壊されてしまう。そこで本研究では、Csとテルル(Te)を組み合わせたCs/Te型の超長耐久NEA膜の製作研究を進めその特徴を分析してきた。TeはOより重い同族元素であり、高周波電子銃の過酷な環境下において長寿命を発揮するセシウムテルライド(Cs2Te)薄膜フォトカソードと同じ組み合わせである。このCs/Te型の超長耐久NEA膜の研究によって、従来スピン偏極電子銃は直流型であるというのが常識であったが、実用化しているパルス型Cs2Te薄膜高周波電子銃へのNEA膜応用が実現不可能ではない状況になってきた。
亜寒帯針葉樹林における撹乱体制と樹種共存メカニズムの解明

亜寒帯林の樹種共存パターンを解明するために,詳細な林床光環境と樹木成長特性を比較できる調査解析手法を確立した.3つの各調査区内で撮影した全天写真解析データを用いた局所重み付け回帰法により各個体位置での林内入射光を推定し,個体成長速度に関して回帰分析を行った結果,亜高山帯林に比べて北方林樹種では散乱入射光に伴う成長速度の増加は緩やかで,北方林の樹種共存の促進には光環境要因は亜高山帯林に比べて重要でないことが示された.亜寒帯林の樹種共存パターンを解明するために,詳細な林床光環境と樹木成長特性を比較できる調査解析手法を確立した.3つの各調査区内で撮影した全天写真解析データを用いた局所重み付け回帰法により各個体位置での林内入射光を推定し,個体成長速度に関して回帰分析を行った結果,亜高山帯林に比べて北方林樹種では散乱入射光に伴う成長速度の増加は緩やかで,北方林の樹種共存の促進には光環境要因は亜高山帯林に比べて重要でないことが示された.わが国の亜寒帯林には北海道に成立する北方針葉樹林と本州山岳域に成立する亜高山帯針葉樹林があり,その原生状態の林分は一般に数種が林冠層を共優占し,亜林冠層および下層の樹木群集においても林冠層と類似した樹種で構成されている。しかし,このような亜寒帯林における森林群集構造の決定に寄与する現象や樹種共存のメカニズムが十分に解明されているとはいえない。本研究では大面積長期動態モニタリング手法を用いて北方針葉樹林と亜高山帯針葉樹林の林冠動態と樹木群集動態について明らかにすることを目的として調査研究を行った。北海道東大雪北方林,長野県北八ヶ岳亜高山帯林,岐阜県御嶽亜高山帯林の3林分内に面積12haの永久調査区を設定して林冠動態と樹木群集動態に関する調査と解析を行った。各林分の優占樹種は,東大雪北方林ではエゾマツ,トドマツ,アカエゾマツの3種,北八ヶ岳亜高山帯林ではコメツガ,オオシラビソの2種,御嶽亜高山帯林ではトウヒ,オオシラビソ,コメツガの3種であった。各林分における林冠ギャップ形成率は東大雪北方林において他林分に比べてやや高い値を示し,林冠閉鎖率では御嶽亜高山帯林でやや低い値を示した。ギャップ形成率が高い期間ほど林冠木の死亡率は高い傾向があった。また,新規加入率はギャップ面積率および稚樹密度と関連性があった。さらに、林分全体の平均相対幹直径成長速度は近年の値の方が高い傾向があった。以上から,優占樹種が異なる亜寒帯針葉樹林においても森林動態のパターンは比較的類似していることが明らかとなった。。本研究課題はわが国の亜寒帯林(北方針葉樹林と亜高山帯針葉樹林)における撹乱体制と樹種共存メカニズムの解明するために優占樹種の動態と更新環境との関係について定量的把握を目的として実施した.本課題における大面積長期動態モニタリング手法を用いた林冠撹乱体制に関連した森林維持メカニズムと環境変化に伴う森林の応答予測に関する研究は,今後の地球環境変動に対する森林保全的課題への重要なアプローチとなる.当該年度においては,亜高山帯針葉樹林を対象に,すでに設置された1ha調査区内において5m×5mグリッド441交点において全天写真を撮影し、等光線図の作成を行った.そのデータを使用して,林冠状態の変化に関連した光環境に対する種間における成長反応と出現パターンの違いを、ブートストラップ法などのシミュレーションを行い定量化する方法を考案した.さらに,個体群動態パラメータ、成長と出現パターンについて林床定着サイトや光環境と関連させたGLMによるモデル化の検討を行い、密度効果も含めた個体環境要因から樹木群集構造・動態を説明するモデルを構築した.本研究では,調査区内で一定の大きさの方形区を重複させてリサンプリングするmoving window techniqueにより得られたシミュレーションデータを使用した回帰モデルにより各樹種の稚樹出現パターンと林床環境との関係を解析した結果,光とマイクロサイトに対する各樹種の応答の違いを定量的に推測することができた.このモデルを応用することにより,環境変動に対する亜高山帯針葉樹林の群集レベルでの応答を定量的に示すことができるという重要な研究例になると結論された.本研究課題はわが国の亜寒帯林(北方針葉樹林と亜高山帯針葉樹林)における撹乱体制と樹種共存メカニズムを解明するために,各森林タイプの主要な優占樹種の動態と更新環境との関連性についての,定量的把握を目的として実施した.本研究課題における大面積長期動態モニタリング手法を用いた林冠撹乱体制に関連した森林維持メカニズムと環境変化に伴う森林の応答予測に関する研究は,今後の地球環境変動に対する森林保全的課題への重要なアプローチとなる.22年度には岐阜県御岳に成立する亜高山帯針葉樹原生林を対象に,当該年度は北八ヶ岳に成立する亜高山帯針葉樹原生林を対象に,すでに設置された1ha調査区内の5m×5mグリッド441交点において全天写真を撮影し、光透過率の等値線図の作成を行い,各個体の成長と関連させた解析を主要な出現樹種ごとに行った.当該年度に調査を実施した北八ヶ岳原生林分での光透過率の平均値は7%前後であった(一方,御岳では10%前後であった).北八ヶ岳では最近5年間における林冠木の全胸高断面積合計の変化は動的平衡状態にあったが,樹高1.3m以上の出現本数は増加傾向にあった.

23年度に行った光環境調査と24年度に行った毎木調査から,各樹種の個体ごとの水平空間位置においての林床への光透過率を推定し,それらの成長速度との関係をモデルにしたところ,オオシラビソ,シラビソ,コメツガの3樹種では,光に対する反応パターンが明確に異なることが明らかとなった.つまり,このモデルを他林分に適応し,環境変動に対する亜高山帯針葉樹林の群集レベルでの応答を定量的に示すことにより,一般性ある説明が可能となると結論された.なお,次年度の最終年度においては北方針葉樹林において同様の調査解析を予定しており,その成果との比較解析が本研究の最終的な目的である樹種共存メカニズムの相違を解明するために重要となる.本研究課題はわが国の亜寒帯林(北方針葉樹林と亜高山帯針葉樹林)における撹乱体制と樹種共存メカニズムを解明するために,各森林タイプの主要な優占樹種の動態と更新環境との関連性についての,定量的把握を目的として実施した.大面積長期動態モニタリング手法を用いた林冠撹乱体制に関連した森林維持メカニズムと環境変化に伴う森林の応答予測に関する研究は,今後の地球環境変動に対する森林保全的課題への重要なアプローチとなる.24年度には前年までに引き続き,北海道東大雪北方針葉樹原生林を対象に,すでに設置された1ha調査区内の5m×5mグリッド441交点において全天写真を撮影し、下層への光透過率の等値線図の作成を行い,各個体の成長と関連させた解析を主要な出現樹種ごとに行った.当該年度に調査を実施した北方針葉樹原生林分での光透過率の平均値は12%前後であった(一方,亜高山帯針葉樹林では711%であった).御岳や東大雪では最近5年間における林冠木の全胸高断面積合計や稚樹の出現本数の変化は動的平衡状態にあった(北八ヶ岳では幹密度が増加傾向).24年度までに完了した毎木調査の結果とメッシュ光データから局所重み付け回帰平滑化の手法を用いて各樹種の個体水平位置での樹幹への光透過率を推定し,それらの成長速度との関係をモデルにしたところ,亜高山帯針葉樹林と北方針葉樹林の主要樹種では,光に対する反応パターンが明確に異なることが明らかとなった.以上のように,本研究の最終的な目的である樹種共存メカニズムの相違を解明するために,本研究課題で開発した個体光環境の把握手法が極めて有効であることが明らかとなり,さらに類似した針葉樹林における主要樹種の反応パターンの違いを定量的に説明するアプローチが確立できたことが重要な成果であると考えられる.本研究の目的のひとつである各個体の光環境を定量的に把握する手法を確立できたことは極めて重要である.この方法は従来では行うことができなかった詳細な個体別光環境状態と成長特性との関係を定量的に把握できる.ただし,測定高の位置が一定であるというデメリットがあり,その方法の検討が課題であるとわかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では個体ごとの光環境を定量的に推定するために,全天写真により解析を行った.しかし,全天写真の撮影位置として林床付近(地上から最大2m)での高さが限界であり,可能ならば,地上45mの高さ付近までの個体ごとの光環境を推定できることが望ましい.そのためには,遠隔操作が可能な全天写真撮影システムの開発が必要である.しかし,これについては本研究課題の補助金ではできないので,将来的な研究課題申請内容として検討することとした.また,モデルの構築には今年度はGLMを採用しているが,今後,ベイズモデルの採用も検討する予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
不確実状況下における乳児の視線と顔の知覚

画像から得られる情報が不明確な条件では、成人の知覚は特有のバイアスを示すことが示されてきた。他者の視線方向の知覚に関しては、画像に描かれた瞳の位置情報が明確な条件と比較して、この情報が不確実な条件では視線方向が観察者を見つめる「直視」方向へと偏って知覚されることが報告されてきた。本研究では選好注視法を用いて明瞭な画像と不確実な視線顔画像における乳児の視線方向知覚を検討した。正面向きで視線方向のみが異なる顔画像を用いた実験の結果、不確実条件で視線方向が直視方向へと偏ることを示す知見は得られなかった。現在さらに、顔向きの異なる画像対を用いて不確実条件での乳児の視線知覚特性を探る検討を進めている。他者の顔や視線方向を知覚する機能は他者との円滑なコミュニケーションを行う上で重要な役割を果たす。本研究ではこのような視機能が発達初期にどのような特性を備えているか乳児を対象として検討した。日常の視環境では光の加減や視対象との距離などにより、対象の見やすさは様々に変化する。本年度は、このような顔の視認性の変化が乳児の視線方向の知覚にどのように影響するか生後4-6ヶ月児を対象として検討した。自分の方を直視する顔を視線の逸れた顔よりも長く注視するという乳児の特性に基づいて、選好注視法を用いて乳児の視線方向の識別を検討した。実験では、目の中の瞳と強膜の明暗の差が異なることによって瞳の位置の視認性が変化した2つの条件での乳児による視線方向の識別を比較した。その結果、明暗差が大きく瞳がはっきり見える条件では乳児も視線方向を識別したが、明暗差の低下に伴うわずかな視認性の低下によって乳児の視線識別が阻害されることが明らかにされた。本年度に実施することが計画されていた、視線知覚に関する実験についておおむね当初の計画にそってデータが得られており、平成28年度に実施を予定している性別の知覚に関する実験刺激の作成を完了しているため、おおむね順調に進展していると考えられる。日常の視環境では光の加減や視対象との距離などにより、対象の見易さは様々に変化する。昨年度に引き続き、このような顔の視認性の変化が乳児の視線方向知覚にどのように影響するか生後4ー6ヶ月児を対象として検討した。3DCGを用いて作成された顔の向きが同一で視線方向のみが異なる画像対を用いて乳児の画像注視時間を検討した。その結果、乳児は目領域の明暗コントラスト差が大きく瞳の位置情報が明確な確実条件では直視視線の顔画像を選好注視することが示された。一方で、画像ノイズを付与することで目領域のコントラスト差が低減された不確実条件では、この選好注視が消失することが示された。不確実条件での瞳領域の明暗差は乳児期のコントラスト感受性に関する先行研究に基づき対象月齢でのコントラスト閾より高い値で複数条件を設定された。しかしながら、本研究で設定したいづれの不確実条件においても視線選好は生じなかった。成人を対象とした研究では、不確実状況では他者の視線方向が観察者を「直視」する方向へと偏って知覚されることが報告されているが、乳児においては同様の知覚上の視線方向の偏りを示す証拠は得られなかった。これらの結果から、目領域のコントラストのわずかな低下によって乳児の視線識別が阻害されることが明らかにされた。本年度までの成果に基づいて、視線知覚に関する実験に関する追加実験を行うとともに、本年度は性別の知覚に関する実験の実施を開始する。28年度が最終年度であるため、記入しない。知覚心理学28年度が最終年度であるため、記入しない。
大学の知的資産の社会的還元に寄与する施設のあり方に関する研究

まず大学施設のあり方に関して、キャンパス計画の観点から既存キャンパスにおける整備方針やデザインコードの形成、学内関係者とともに地域住民も含めた合意形成の方法論、組織論について研究を行った。論点のポイントはマスタープランとともにその骨子となるデザインコードの重要性と合意形成における有用性、これらの仕組みを支える組織の整備の必要性と役割の明確化である。この成果の一部を1996年9月彦根市で開催された日本建築学会大会で発表した。施設計画の点では特にコモンスペースの有効性について着目し、キャンパス外部空間や病院待合の整備前後の評価比較より進めた。大学キャンパスの外部空間について、名古屋大学東山キャンパスの代表的外部空間であるグリーンベルトの再整備を事例におこなった継続研究から、整備前後比較からみた外部空間の環境認識や外部空間のアクティビティについて空間の視認性とアフォーダンスの観点から言及した。この成果は1996年6月にアメリカ合衆国ソルトレイクシティで開催された環境デザイン学会(EDRA)で発表し、関連研究者と議論を行った。また病院待合の研究では、人が居たいところに居られたかという人の居場所の観点から行動分析を行った。物理的には匿名的である並列配置の座席空間における行動と環境認識の分析から、より多様な場所の提供の必要性を論じた。
イネにおける窒素の吸収同化・転流利用系の分子基盤であるグルタミン膜輸送機構の解明

平成19年度の本研究では、OsATA1 ; 2が、グルタミンの輸送機能を有し、また、アンモニウム供給後のイネの根の厚膜組織や維管束柔細胞に分布することが示唆された。今年度の研究では、特にOsATA1 ; 2について重点的に研究を進めた。緑色蛍光タンパク質(GFP)とOsATA1 ; 2の融合タンパク質(GFP-OsATA1 ; 2)をタマネギ表皮細胞で一過的に発現させ、共焦点レーザー顕微鏡観察した結果、GFP-OsATA1 ; 2は、液胞膜と推定される細胞内への陥入構造を有する膜様の構造体に局在することが判明した。液胞膜に局在するスネアータンパク質であるシロイヌナズナVAM3(AtVAM3)とGFPの融合タンパク質(GFP-AtVAM3)および赤色蛍光タンパク質(mRFP)とOsATA1 ; 2の融合タンパク質(mRFP-OsATA1 ; 2)を同様にタマネギ表皮細胞またはイネ根細胞で一過的に共発現させた結果、両融合タンパク質は膜様の構造体に共局在したため、OsATA1 ; 2が液胞膜に局在することが示された。アンモニウムイオンからグルタミンを合成するグルタミン合成酵素の酵素活性阻害剤であるメチオニンスルフォキシミン(MSX)処理下で、アンモニウムまたはグルタミンを供与したイネ根でのトランスクリプトーム解析と定量的RT-PCR解析により、OsATA1 ; 2遺伝子は、アンモニウムだけでなくグルタミンもしくはグルタミンの代謝産物に応答して発現量が著しく増加するアミノ酸トランスポーター遺伝子の一つであることが判明した。以上、本研究から、OsATA1 ; 2は、特にアンモニウム供与下のイネ根の厚膜組織細胞の液胞における同化グルタミンの膜輸送系に関わることが示唆された。
プラスミドRts1の複製必須タンパク質とその機能解析

1.RepA蛋白質の精製:Rts1の複製必須蛋白質RepA(分子量33000,構成アミノ酸数288)の構造遺伝子repAを,発現効率の高いベクターpkk223-3に挿入し,大腸菌JM103を宿主としてIPTGによる誘導でRepAを大量生産する系を確立した.そして, 10lの培養より菌体を得, CMセファデックス,りん酸セルローズ,アフィゲルブルークロマトグラフィによりRepAを精製した.精製RepAのアミノ酸組成はrepA遺伝子配列より推定される組成値に一致した.2.RepA蛋白質のDNA結合能:DNaseIフィットプリント法により,精製RepAがミニRts1-DNAのどの部分に結合するかを調べた.その結果, incI, incIIを構成するくり返し配列部分のほか, repAプロモーターの上流域およびGATCboxのやヽ下流10-bp領域にRepAが強く結合することを確認した.3.複製開始領域ori(Rts1)の単離:in vivoの実験系で, PBR322にクローン化されたミニRts1のincII領域を含むDNA断片が,共存するミニRts1プラスミドからtrans供給されるRepAにより複製できるか否かを検証することにより,最小の複製開始領域を決定した.すなわち, ori(Rts1)は,ミニRts1マップ上(14411194)の248-bp領域で, incIIおよびGATC, DnaA boxを含むことが判った.4.RepA蛋白質C末端の機能:repA遺伝子の3'末端が18bp欠失したrepAΔCをベクターpFD51に挿入した.挿入境界領域に存在する制限酵素切断部位を利用することにより, RepAC末端の6コのアミノ酸が失われ,代りに種々の長さのオリゴペプチドが加わったRepAΔC_6をコードする変異株4コが得られた.これらのRepAΔC_6蛋白質はどれもori(Rts1)を活性化できなかったが, C末端修飾の程度が最も低かったRepAΔC_6-S(6コのアミノ酸が欠失し,代りに3コが加わった)は,不和合性機能を保持し,その原因はrepAプロモーター領域に結合することは起因すると推定された.1.RepA蛋白質の精製:Rts1の複製必須蛋白質RepA(分子量33000,構成アミノ酸数288)の構造遺伝子repAを,発現効率の高いベクターpkk223-3に挿入し,大腸菌JM103を宿主としてIPTGによる誘導でRepAを大量生産する系を確立した.そして, 10lの培養より菌体を得, CMセファデックス,りん酸セルローズ,アフィゲルブルークロマトグラフィによりRepAを精製した.精製RepAのアミノ酸組成はrepA遺伝子配列より推定される組成値に一致した.2.RepA蛋白質のDNA結合能:DNaseIフィットプリント法により,精製RepAがミニRts1-DNAのどの部分に結合するかを調べた.その結果, incI, incIIを構成するくり返し配列部分のほか, repAプロモーターの上流域およびGATCboxのやヽ下流10-bp領域にRepAが強く結合することを確認した.3.複製開始領域ori(Rts1)の単離:in vivoの実験系で, PBR322にクローン化されたミニRts1のincII領域を含むDNA断片が,共存するミニRts1プラスミドからtrans供給されるRepAにより複製できるか否かを検証することにより,最小の複製開始領域を決定した.すなわち, ori(Rts1)は,ミニRts1マップ上(14411194)の248-bp領域で, incIIおよびGATC, DnaA boxを含むことが判った.4.RepA蛋白質C末端の機能:repA遺伝子の3'末端が18bp欠失したrepAΔCをベクターpFD51に挿入した.挿入境界領域に存在する制限酵素切断部位を利用することにより, RepAC末端の6コのアミノ酸が失われ,代りに種々の長さのオリゴペプチドが加わったRepAΔC_6をコードする変異株4コが得られた.これらのRepAΔC_6蛋白質はどれもori(Rts1)を活性化できなかったが, C末端修飾の程度が最も低かったRepAΔC_6-S(6コのアミノ酸が欠失し,代りに3コが加わった)は,不和合性機能を保持し,その原因はrepAプロモーター領域に結合することは起因すると推定された.1.RepAタンパクの精製:プラスミドRts1の複製開始に必須な蛋白質RepA(分子量33K)をコードする遺伝子repAをベクタープラスミドpuc8にクローン化し、さらに強力なプロモーターtacの制御下におくことにより、RepAタンパクを分離精製することができた。2.RepAタンパクの組成:精製RepAタンパクのアミノ酸組成を調べたところ、repA遺伝子を構成するヌクレオチド配列より推定される理論的な組成値とほぼ完全に一致した。3.RepAタンパクとDNAとの結合能:従来のin vivoの成績(不和合性試験)より、RepAタンパクはミニRts1-DNA上のinc【I】,inc【II】領域に結合することが推定されていた。そこで、inc【I】領域およびrepAのプロモーターを含むinc【II】領域をそれぞれクローン化し、精製RepAタンパクとの結合をDNase【I】フットプリント法により調べた。

その結果、RepAタンパクは、inc【I】,inc【II】領域を構成する特殊なくり返し配列(2124bp)部分と、repAプロモーターに隣接する上流約20bp部分、およびinc【II】のさらに上流の10bp部分に特異的に結合することが証明された。なお、inc【I】への結合はやや弱かったが、上記の他領域の間ではRepAタンパクとの結合能に明らかな差は認められなかった。以上の成績および従来の我々の知見を総合して、複製必須蛋白質RepAはinc【I】,repAプロモーター近傍に結合することによりRts1の複製をネガティブに調節する一方、inc【II】またはその近傍にある複製開始点に結合して複製開始を指令するポジティブな働きをすると考えられる。今後の展開:RepAタンパクに種々の変異を導入し、複製開始能と不和合性に与える影響を調べる。またRepAタンパクとDNAとの結合能に与える温度の影響を調べる。
アジア太平洋の地域コミュニティにおけるコモンズ管理と草の根民活論

化石燃料など資源エネルギーは、賦存量が定まっている本源的資源であり、環境問題との関連で,(1)本源的資源の大量消費・収奪的利用による環境悪化,(2)本源的資源の枯渇と利用可能性の低下,(3)本源的資源の利用に伴う排出物・廃棄物増加,と整理できる他方、開発途上国の地域コミュニティにあって、森林、河川、地下水、水路、畦道、農地周囲の土塁など自然を残した共有資源、すなわちローカルコモンズが、貧困者に重要な資源エネルギーを提供している。つまり、地域コミュニティ住民は、伝統的な生活様式、経済システムの中で、再生可能なローカルコモンズを利用し、暗黙の裡に管理してきた。草の根民活は、無償性、持続可能性の点で評価できるといえる。世界の水・土・大気など自然環境、化石燃料など資源エネルギーは、賦存量が定まっている本源的資源であり、それと環境問題のかかわりは,(1)本源的資源の大量消費・収奪的利用による環境悪化,(2)本源的資源の枯渇と利用可能性の低下,(3)本源的資源の利用に伴う排出物・廃棄物増加,と整理できる。所得分配が不平等である状況で,貧困者1人が利用できる本源的資源は,貧困層の人口急増よりも先進工業国の富裕層人口増加によって,大幅に減少してしまう。したがって,開発途上国よりも先進工業国の人口抑制が,資源エネルギーの消費節約となって本源的資源への人口圧力を低下させ,貧困者の資源利用可能性を引き上げる。他方,少子高齢化は、人口減少・長寿化であり、もたらす利益は大きい。すなわち,(1)エネルギー消費や廃棄物排出の減少と土・大気・水への人口圧力低下による環境負荷の引き下げ,(2)1人当たりの土地や森林の利用可能性の拡大による生産性とアメニティ(生活の質)の向上,(3)学齢児童の減少による1人当たり教育サービスの拡充,という点で,草の根民活活性化に寄与する。1992年の地球サミットで討議されたアジェンダ21では,人口と生産の増加が地球の資源エネルギーに圧力を加えていると指摘し,持続可能な開発と人口問題を統合して扱うことを求めている。そこで,社会開発を進めて、少子化を促すことは,1人当たりのインフラ・本源的資源の利用可能性を拡大し、草の根民活を活性化する。そして,地域コミュニティにおける環境への負荷の引き下げるに配慮して,世界の環境保全につなげることが可能になる。また,そこで,開発途上国でも、ジェンダー平等化,リプロダクティブ・ヘルスとプライマリー・ヘルスケアの充実は,女性の社会進出の機会を確保し,乳幼児死亡率の引き下げ,避妊実施機会の提供によって、合計特殊出生率を引き下げつつ,草の根民活の活性化による持続可能な開発促進が可能になる。草の根民活論の視点からは,持続可能な開発と親和的な人口政策と援助政策が必要であり,これは,人権保護に配慮したジェンダー平等化,リプロダクティブ・ヘルス,プライマリー・ヘルスケアの充実であると結論できる。水・土・大気など自然共有資源(コモンズ)、石油など地下資源は、本来、賦存量が定まっている本源的資源であり、その利用は環境に影響を与える。たとえば、(1)本源的資源の大量消費・収奪的利用による環境悪化,(2)本源的資源の枯渇と利用可能性の低下,(3)本源的資源の利用に伴う排出物・廃棄物増加,など環境悪化に結びつく点が指摘できる。所得分配の不平等を前提にすれば,1人の本源的資源利用量は,貧困者よりも先進工業国の富裕層人口増加によって減少する。したがって,開発途上国よりも先進工業国の人口抑制が,本源的資源への人口圧力を低下させ,同時に貧困者の本源的資源利用可能性を引き上げることになる。他方,少子高齢化は、人口減少・長寿化を意味し、(1)エネルギー消費や廃棄物排出の減少と土・大気・水への人口圧力低下による環境負荷引き下げ,(2)1人当たりのローカルコモンズの利用可能性の拡大による生産性とアメニティの向上,(3)学齢児童の減少による教育サービス拡充,など持続可能な開発に寄与する。1992年のアジェンダ21でも人口と生産の増加が地球の資源エネルギーに圧力を加えているとしているが,持続可能な開発と人口問題を統合して扱い、少子化を促すことは,1人当たりのコモンズ利用可能性を拡大し、地域コミュニティにおける環境への負荷引き下げを通じて,持続可能な開発に結びつく。また,そこで,開発途上国でも、ジェンダー平等化,リプロダクティブ・ヘルスとプライマリー・ヘルスケアの充実は,女性の社会進出の機会を確保し,合計特殊出生率を引き下げつつ,草の根民活の活性化による持続可能な開発促進が可能になる。

草の根民活論の視点からは,持続可能な開発と親和的な人口政策と援助政策が必要であり,これは,人権保護に配慮したジェンダー平等化,リプロダクティブ・ヘルス,プライマリー・ヘルスケアの充実であると結論できる。地球に存在する水・土・大気などコモンズ、石油・石炭など資源エネルギーは賦存量が定まっている本源的資源である。そして、本源的資源は、1大量消費・収奪的利用,2枯渇と潜在的利用可能性の低下,3利用に伴う温室効果ガスと有害廃棄物の増加,によって環境悪化に結びついている。世界は不平等な所得分配の下にあり,貧困者1人が利用可能な本源的資源は,貧困層の人口急増よりも、先進工業国の一人当たり消費量増加によって,大幅に制限される。したがって,開発途上国よりも先進工業国の人口減少により本源的資源の消費が節約され、コモンズへの利用圧力を低下させる。つまり、少子高齢化は、環境悪化を抑制する効果がある。すなわち,1エネルギー消費や温室効果ガス排出の減少と土・大気・水への人口圧力低下による環境負荷引き下げ,21人当たりの土地や森林の利用可能性の拡大による労働生産性とアメニティ向上,3学齢児童の減少による1人当たり教育サービス拡充,という点で,環境保全に寄与する。ミレニアム開発目標以来,人口と生産の増加が持続可能な開発の制約にならないように、社会開発を進めて、少子化を促すことは,1人当たりのインフラ・本源的資源の利用可能性を拡大し、草の根民活を活性化する。そして,地域コミュニティにおける環境への負荷の引き下げるに配慮して,世界の環境保全につなげることが可能になる。また,そこで,開発途上国でも、ジェンダー平等化,リプロダクティブ・ヘルスとプライマリー・ヘルスケアの充実は,女性の社会進出の機会を確保し,合計特殊出生率を引き下げつつ,草の根民活の活性化による持続可能な開発促進が可能になる。東北地方の森林、水に関わるローカルコモンズのバイオマスについての研究に関して、東日本大震災(東北地方太平洋沖地震)で日本国内のコモンズ調査に支障が出た。これと、フィリピンでの現地調査を除いて、研究計画は予定通りに執行できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。東日本大震災(東北地方太平洋沖地震)で日本国内のコモンズ調査および資料収集に支障が出た。これは、予算を準備計画通りに運用するためには、事前に予定した被災地域に関わるコモンズ調査が求められたためである。しかし、被災地の研究機関でないためか、東海大学では、研究者に震災の影響で研究計画に支障が出た場合の特別措置、例えば、計画終了前の科学研究費の新規申請について、所属研究代表者の全員には周知がなされていなかった。特異な場合であるが、震災などに関わる特別措置は、そのすべてを、すべての研究代表者に周知することが望まれる。
地球規模のリモートセンシングデータと気候データによる植物フェノロジーの研究

地球規模の環境変動に対する植生の応答を明らかにする一つのアプローチとして,人工衛星のデータから得られるGVI(植生指標、緑の豊富さ、あるいは植物の活性度の指標)と数値地図化された気候データから得られる水文気候指標を求め,全球規模および垂直変化の顕著な富士山周辺でで気候と植物の季節変化の対応を分析した。具体的な作業として以下のような開発・解析を行い成果を得た。1)必要なラスタ型データ処理システムのC言語プログラムを新たに開発した。2)植生の季節変化を支配している実蒸発散量を推定するモデルを構築した。また、土壌貯留量・積雪貯留量を組み込んだ月値による水収支モデル式から,各月の実蒸発散量を計算した。3)GVI(植生指標)の季節変化(フェノロジーの指標)と月実蒸発量推定値の時空相関分析を行ったところ、極めて良好な空間相関が得られ,モデル式および仮定した係数が妥当であることを定量的に確認した。4)季節的に連続な,1992年から1997年の6年間に撮影されたJERS-1とLANDSAT-5,合計15枚の衛星画像から,富士山全域における積雪域と植生の季節変化を検出し,DEM及び気象データを用いた解析を行った。その結果,植生帯ごとの季節変化時の気温分布の差異が定量的に示された。5)成果を下記URLに掲載した。また、学術雑誌への投稿や学会発表を行った。1.衛星データ・気候データ処理システムの構築備品費で購入したハードウェアシステム(卓上型および携帯型コンピュータ)を用い、WindowsNT環境下で、C/C++言語を用いてソフトウェア開発を行った。作成したソフトウェアは、1)データフォーマット変換プログラム、2)数値演算プログラム群(各種統計、ソーンスウェイト法による可能蒸発散量、有効降水量などの演算),3)表示プログラム(数値地図表示、動画表示)である。2.データ変換作業とラスタ型データベースの作成衛星データであるNDVI(標準化植生指標)(NDGC,USA作成)、月平均気温、月降水量のデータを処理した。植生指標の空間解像度に合うように、気温と降水量のデータの補間を行った。この際、気温については標高データ(DEM)を参照して高度減率補正を行った。降水量については一次式単純補間とした。気温データからソーンスウェイト法による月可能蒸発散量の計算を行った。これと月降水量を比較して、小さい方の値を有効降水量と定義して計算した。有効降水量は植生のフェノロジーを支配する一元的な要素と見なせる可能性がある指標である。3.季節変化の動画表示による観察植生指標と気温・降水量・有効降水量の同期動画表示を行い、季節変化の空間的相関に関して観察を行った。ついで2変量散布図の動画表示によって相関の季節変化を観察した。次年度はこの定性的な観察結果に基づき統計的な空間的相関関係を明らかにする予定である。地球規模の環境変動に対する植生の応答を明らかにする二つのアプローチとして、人工衛星のデータから得られるGVI(植生指標、緑の豊富さ、あるいは植物の活性度の指標)と数値地図化された気候データから得られる水文気候指標を求め、全球規模で気候と植物の季節変化の対応を分析した。0)この研究に必要なラスタ型データ処理システムのプログラムを開発した。1)植生の季節変化を支配している実蒸発散量を推定するモデルを構築した。土壌貯留量・積雪貯留量を組み込んだ月値による水収支モデル式から、各月の実蒸発散量を計算した。2) GVI(植生指標)の季節変化(フェノロジーの指標)と月実蒸発量推定値の時空相関分析を行ったところ、極めて良好な空間相関が得られ、モデル式および仮定した係数が妥当であることが確かめられた。3)成果を取りあえず、下記のWWWebに掲載したが、引き続き学術雑誌のための投稿論文を作成する。
分子シャペロンによるチロシナーゼ活性化の構造生物学的解析とコスメトロジーへの応用

申請者の所属する研究室では、本研究課題が開始された平成16年度以前に、メラニン色素産生能を有する放線菌から本色素産生遺伝子のクローニングに成功していた。この遺伝子は、チロシナーゼをコードする遺伝子(tyrC)と、そのすぐ上流に位置する遺伝子(orf378)とでオペロンを形成している。これまでの研究成果から、orf378遺伝子産物(ORF378)は銅を受け渡すことで、本チロシナーゼ(TYRCと命名)を活性型に変換する役割を担う新規な分子シャペロンであると推定できる。本研究では、放線菌チロシナーゼの三次元構造をX線結晶構造解析の手法を用いて明らかにするとともに、得られた構造情報を用いて新規チロシナーゼ阻害物質を開発することを目的とする。まず、TYRCの三次元構造を明らかにするために、TYRC単体の結晶化を試みたが成功にはいたらなかった。その一方で、分子シャペロンORF378と複合体を形成したTYRCは容易に結晶化することが判明した。そこで、平成16年度は、TYRC/ORF378複合体結晶を種々の重原子試薬で誘導体化し位相決定を試みた。その結果、水銀と金誘導体を用いた重原子同型置換法により本結晶構造を決定することに成功し、また、1.2Å分解能という極めて高い分解能で精密化することができた。本構造中にはTYRCの活性発現に必要な銅イオンが含まれていない。そこで本年度は、結晶中に銅イオンをソーキングすることで、分子内の銅イオン結合部位を明らかにすることができた。TYRCの活性中心には、2つの銅イオンが結合し、それらはおよそ4Å離れて位置していた。また、それぞれの銅イオンは、3つのヒスチジン残基由来のNε原子と配位結合していた。さらに、過酸化水素や還元剤を添加し、酸化還元状態の変化によってもたらされる構造変化を観察した。これらの知見をもとに、新規チロシナーゼ阻害物質を開発することを計画している。そこで、結晶中に銅イオンをソーキングすることで、分子内の銅イオン結合部位を明らかにすることができた。現在、この三次元構造をもとに新規チロシナーゼ阻害物質を開発することを試みている。

TYRCの活性中心には、2つの銅イオンが結合し、それらはおよそ4Å離れて位置していた。また、それぞれの銅イオンは、3つのヒスチジン残基由来のNε原子と配位結合していた。さらに、過酸化水素や還元剤を添加し、酸化還元状態の変化によってもたらされる構造変化を観察した。これらの知見をもとに、新規チロシナーゼ阻害物質を開発することを計画している。