hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サンゴ礁魚類の摂餌行動の多様性：サンゴ礁生態系の健全性との関連

サンゴ礁は生物の種多様性が著しく高い。近年、サンゴ礁の生物多様性の消失が危惧されている。動物にとって摂餌することは生存する上で欠かせないが,この視点にたったサンゴ礁の生物多様性への影響を科学的に評価した研究は少ない。魚類については、サンゴそのものを餌にする種(サンゴ食魚類)やサンゴが死滅した海底に繁茂する海藻を餌にする種(藻食魚類)など、摂餌特性の種多様性は高い。またサンゴ礁生態系の回復に、藻食魚類が大きく関わっている可能性が示唆されている。本研究では,サンゴ礁魚類を対象に,摂餌行動特性や栄養状態について,サンゴ群集劣化と関連づけた実態を探る。また、サンゴ群集の回復に関する魚類の役割を探る。
資源開発に伴う酸性汚濁水の発生防止と汚染土壌の復元

鉱山や炭鉱の開発に伴い、硫化鉱を含む岩盤中の浸透水や坑水から重金属を含む酸性汚濁水が発生するようになる。この汚濁水は操業中および休閉山後も継続して処理する必要がある。そのため、これら酸性汚濁水の発生を防止し、いったん汚染した土壌を修復する技術を開発することは、今後、環境と調和した資源開発を進めるうえで国際的にも重要な課題となっている。本研究では、このような汚濁水が発生する機構とその防止法、および汚染土壌の修復について系統的に調べ、以下のようなことを明らかにした。1)強酸性環境における黄鉄鉱の化学的溶解は非化学量論的なものであり、鉄が優先的に溶出するため、黄鉄鉱の表面に元素硫黄が留まる傾向がある。そのため、環境中に硫黄酸化細菌が存在すると、黄鉄鉱からの硫黄化学種の溶出は促進される。鉄酸化細菌が存在する場合も、鉄(II)イオンが酸化剤である鉄(III)イオンへ速やかに酸化されるので、黄鉄鉱の酸化溶解は加速される。2)黄鉄鉱の酸性環境中での微生物学的溶解を抑制するためには、イ)鉄(III)イオンを還元する、ロ)鉄(III)イオンを錯体形成する、ハ)鉱物表面の活性部位に鉄(III)以外のイオンを優先吸着させる、ニ)細胞活性を阻害する、などの作用が不可欠である。このような作用をする物質として、腐植物質(フルボ酸、フミン酸)や木酢液、タンニン酸などがあり、これらの黄鉄鉱溶解の抑制効果は低pHになるほど大きくなる。3)常温、大気下にある硫酸溶液中においては、黄銅鉱の浸出は鉄(III)イオンよりも鉄(II)イオンにより促進される。これは十分な濃度の銅(II)イオンや鉄(II)イオンの存在下では、黄銅鉱が還元されて反応中間体Cu_2Sが生成し、溶存酸素や鉄(III)イオンによるこの中間体の酸化速度が黄銅鉱より高いことによる。4)高硫黄石炭ずり中に棲息する鉄酸化細菌の増殖および鉄酸化活性はラウリル硫酸ナトリウム(SDS)の添加により阻害され、また高硫黄石炭ずりからの可溶性鉄分の溶出は石灰、炭酸カルシウム、ライムケーキの添加で顕著に抑制される。5)鉱滓堆積場で鉛直方向に採取した試料について化学分析と棲息微生物の調査をしたところ、堆積場は全体的に石英に富んだ層からなるが、覆土されている上層部と鉱滓に富む深層部とでは重金属、硫酸塩等の分布が異なる。重金属を固定安定化する硫酸還元菌は上層部の方に棲息する。鉱山開発や操業の休廃止に伴い、硫化鉱を含む岩盤中の浸透水や坑水から重金属を含む酸性汚濁水が発生し、その処理と汚染土壌の復元が国際的にも重要な課題となっている。

有効な発生防止対策を確立するためには、酸性汚濁水の発生機構を十分に解明する必要がある。本年度は、始めに、汚濁水発生の主な要因とされている黄鉄鉱の酸性環境下での溶解機構とそれへの微生物の関与について検討した。次に、防止対策および汚染土壌の復元のための基礎研究として、黄鉄鉱の酸化溶解を抑制する要因の検討と抑制物質の探索をした。特に、抑制物質については、環境に調和した実用的な物質をスクリーニングすることに努めた。主な成果は、以下のようである。1)強酸性環境において、化学的酸化剤による黄鉄鉱の溶解は非化学量論的なものであり、鉄が優先的に溶出するため、黄鉄鉱の表面に元素硫黄が残留する傾向がある。それ故、環境中に硫黄酸化細菌が存在すれば、黄鉄鉱からの硫黄化学種の溶出がさらに促進される。鉄酸化細菌が存在する場合も、鉄(II)イオンから酸化剤である鉄(III)イオンへの酸化が早く進むので、黄鉄鉱の酸化溶解は加速される。2)鉄酸化細菌を媒介とした黄鉄鉱の溶解は、鉱物に接触しているバクテリアによる直接浸出よりも、上述のバクテリア酸化で生じた鉄(III)イオンが酸化剤として作用する、いわゆる間接浸出によるものの方が主である。3)黄鉄鉱の酸性環境中での溶解は、イ)鉄(III)イオンを還元する、ロ)鉄(III)イオンを錯体形成する、ハ)鉱物表面の活性部位に鉄(III)以外のイオンを優先吸着させる、ニ)細胞活性を阻害する、などのことにより抑制できる。このような作用をする物質として、腐植物質(フルボ酸、フミン酸)や木酢液、タンニン酸などがある。いずれも黄鉄鉱溶解の抑制効果は低pHになるほど大きくなる。木酸液とタンニンは、弱酸性領域においても強力な抑制効果を発揮する。腐植物質とタンニン酸は枯葉など植物系廃資源のなかに豊富に含まれる成分であり、今後、このような廃棄物を活用した環境浄化システムの構築が期待される。鉱山や炭鉱の開発に伴い、硫化鉱を含む岩盤中の浸透水や坑水から重金属を含む酸性汚濁水が発生するようになる。この汚濁水は操業中および休閉山後も継続して処理する必要がある。そのため、これら酸性汚濁水の発生を防止し、汚染土壌を復元することは国際的にも重要な課題となっている。この有効な防止・復元技術を確立するためには、酸性汚濁水の発生機構を十分に解明する必要がある。そこで昨年度は、汚濁水発生の主な要因とされている黄鉄鉱の酸性環境下での溶解機構について調べるとともに、それに対する微生物の関与について検討した。また、黄鉄鉱の酸化溶解を抑制する要因について検討し、あわせて抑制物質を探索した。本年度は、引き続き黄鉄鉱の酸化溶解を抑制する物質について検討を進め、さらに鉱滓堆積場でのフィールド調査および石炭ズリ、銅鉱石の浸出実験を行った。1)黄鉄鉱の酸性環境中での溶解を抑制する物質として、腐植物質(フルボ酸、フミン酸)や木酢液、タンニン酸などがある。木酢液とタンニンは、弱酸性領域においても強力な抑制効果を発揮する。腐植物質とタンニン酸は枯葉など植物系廃資源のなかに豊富に含まれている成分であり、環境浄化システムを構築するうえでこのような廃棄物の活用が期待される。2)鉱滓堆積場で鉛直方向に採取した試料について化学分析と棲息微生物の調査をしたところ、堆積場は全体的に石英に富んだ層からなるが、覆土されている上層部と鉱滓に富む深層部とでは重金属、硫酸塩等の分布が異なる。重金属を固定安定化する硫酸還元菌は上層部の方に棲息する。3)高硫黄石炭ズリからの鉄の溶出は、鉄酸化細菌が存在すると、速度が速く、溶出量も多くなる。
環境再生デザインの公共社会学：修復的環境正義の実践的理論構築に関する研究

本年度は戦後日本の被災地や公害・開発の跡地における環境・地域再生の通史的事例調査・分析を各自進めた。同時に、事例の国際比較によって分析視角と理論枠組みをより深く議論するため、ゲストスピーカーを招き環境正義に関する国際ワークショップを行った。核開発跡地の環境再生と環境ジェントリフィケーションに直面する米国先住民の事例、原子力発電所開発後および核廃棄物処理場の地域再生に関する台湾の事例から、「正義」「再生」「社会的包摂」について、これらの概念と結ばれている現象、意味・価値付け、規範、社会実践について検討した。また、各自の事例研究について研究会を開き、国際ワークショップの成果と併せて、次年度以降の課題の整理を行った。(1)日本の公害および開発跡地において「正義」や「再生」という言葉が「使われてこなかった」文脈、これらの言葉が内包する文脈と現場との緊張関係、同時に人びとによって用いられてきた異なる語彙群の所在が明らかになった。次年度は具体的に複数の意味と文脈、およびそれらの相互連関と緊張関係の分析に移る。そのためには、公害被害者・支援者たち、巨大開発跡地における生活者らの生活実践と言説の分析と同時に、戦後の法制度上における公害対策の中の環境・地域再生と関連政策における語彙群の分析(農林水産業など第1次産業内の、あるいは他産業への配置転換政策などの補償政策を中心に)を行い、連関させて分析する必要があることが明らかになった。(2)災害・公害・開発跡地の再生に加えて、自然保護・緑地創造においても新自由主義型の資本空間再編が進んでいることが明らかになった。「災害資本主義」と指摘される現象とあわせて、資本と金融のフローが生み出す「再生」の新しいモードについて、既存研究とのすりあわせから、持続可能性、レジリエンス、気候変動などに対応した政策と市場形成も含めて議論する必要性が明らかとなった。研究全体はおおむね順調に進展している。(1)戦後日本の被災地・跡地における環境・地域再生の政策通史形成については、以下の4点のうち、前半の2点について進展させることができている。1本年度は戦後の法制度上における公害対策の中の環境・地域再生と関連政策に関して、戦後の災害、公害、開発に対する補償政策に関する検討を行った。特に、産業転換と地域社会へどのような具体的な施策がなされてきたのか、水産分野に絞って研究を進めた。研究計画では初年度に農林水産分野を同時並行的に研究する予定でいたが、初年度を水産分野対象に絞ることで、縦割り行政、各分野内での知識・人材の専門化によって農林水産分野に共通する問題が個別かつ互いに疎外された問題へ転じる様子などを見いだすことができた。同時に、2戦後の第一次産業振興策(農林水産省資料)と公害対策の接点の整理(19601995)の大まかな見通しをつけることができた。3災害復興政策の中の環境・地域再生の整理および、4自然保護・生物多様性政策における環境・地域再生の整理については次年度以降の課題となる。(2)環境・地域再生に関する事例研究については、計画されていた事例研究よりも対象とする事例を増やし、その中での社会実験的取り組みの可能性を探究しながら各事例ごとの研究課題を進めることができている。他方、今年度は、再生可能エネルギーをめぐる社会実験について、1国内外の先行事例を参照しながら跡地開発・再生事業が新たな不正義や格差の広がりや固定を招かない仕組みをどう考えるか、2そのような仕組みをつくる上で重要なプロセスと要素とは具体的に何を指すか、についてはあまり進まなかった。本年度に得た国際的人的ネットワークを生かし、特にこの2点について、国内外の事例を参照しながら、再生、正義などの概念整理と共に来年度は研究の進展を図る。(1)戦後日本の被災地・跡地における環境・地域再生の政策通史形成について今年度の成果を踏まえて、水産分野から広げて戦後の第一次産業振興策(農林水産省資料)と公害対策の接点の整理(19601995)を行う。また災害復興政策の中の環境・地域再生と自然保護・生物多様性政策における環境・地域再生について、各事例分析と往復しながら、政策通史の形成を図る。(2)環境・地域再生に関する事例研究では、社会実験を念頭におきつつ、主に(1)の政策通史と連動しながら、a)不正義や格差構造、b)資源利用の履歴から資源空間の持つポテンシャルに関する社会側の認識の変化、c)社会関係を形成する結節点の変化について各事例の分析を進める。同時に、人間社会および自然の(社会ー生態システム理論について、批判的に参照しながら)ケイパビリティーを涵養する「再生」とは何か、同時に社会的包摂はどのように達成しうるのかについて、先行研究および事例研究分析を通じて議論を進める。(3)以上を踏まえながら、「正義」「再生」「社会的包摂」について、環境正義および気候正義に関する先行研究をまとめる。同時に、事例分析において今年度に見いだされた、これらの概念や言葉の意味に包含されない、あるいは別の表現でこれまで現場において語られてきた言葉について、その意味、言葉の包摂するものごと、感情、象徴についてそのひだごと描写する。そして環境正義の延長線上にあるのか、あるいは「正義。「再生」「社会的包摂」はどのように再考されうるのかについて理論的探究を進める。

核開発跡地の環境再生と環境ジェントリフィケーションに直面する米国先住民の事例、原子力発電所開発後および核廃棄物処理場の地域再生に関する台湾の事例から、「正義」「再生」「社会的包摂」について、これらの概念と結ばれている現象、意味・価値付け、規範、社会実践について検討した。また、各自の事例研究について研究会を開き、国際ワークショップの成果と併せて、次年度以降の課題の整理を行った。(1)日本の公害および開発跡地において「正義」や「再生」という言葉が「使われてこなかった」文脈、これらの言葉が内包する文脈と現場との緊張関係、同時に人びとによって用いられてきた異なる語彙群の所在が明らかになった。次年度は具体的に複数の意味と文脈、およびそれらの相互連関と緊張関係の分析に移る。そのためには、公害被害者・支援者たち、巨大開発跡地における生活者らの生活実践と言説の分析と同時に、戦後の法制度上における公害対策の中の環境・地域再生と関連政策における語彙群の分析(農林水産業など第1次産業内の、あるいは他産業への配置転換政策などの補償政策を中心に)を行い、連関させて分析する必要があることが明らかになった。(2)災害・公害・開発跡地の再生に加えて、自然保護・緑地創造においても新自由主義型の資本空間再編が進んでいることが明らかになった。「災害資本主義」と指摘される現象とあわせて、資本と金融のフローが生み出す「再生」の新しいモードについて、既存研究とのすりあわせから、持続可能性、レジリエンス、気候変動などに対応した政策と市場形成も含めて議論する必要性が明らかとなった。研究全体はおおむね順調に進展している。(1)戦後日本の被災地・跡地における環境・地域再生の政策通史形成については、以下の4点のうち、前半の2点について進展させることができている。1本年度は戦後の法制度上における公害対策の中の環境・地域再生と関連政策に関して、戦後の災害、公害、開発に対する補償政策に関する検討を行った。特に、産業転換と地域社会へどのような具体的な施策がなされてきたのか、水産分野に絞って研究を進めた。研究計画では初年度に農林水産分野を同時並行的に研究する予定でいたが、初年度を水産分野対象に絞ることで、縦割り行政、各分野内での知識・人材の専門化によって農林水産分野に共通する問題が個別かつ互いに疎外された問題へ転じる様子などを見いだすことができた。同時に、2戦後の第一次産業振興策(農林水産省資料)と公害対策の接点の整理(19601995)の大まかな見通しをつけることができた。3災害復興政策の中の環境・地域再生の整理および、4自然保護・生物多様性政策における環境・地域再生の整理については次年度以降の課題となる。(2)環境・地域再生に関する事例研究については、計画されていた事例研究よりも対象とする事例を増やし、その中での社会実験的取り組みの可能性を探究しながら各事例ごとの研究課題を進めることができている。他方、今年度は、再生可能エネルギーをめぐる社会実験について、1国内外の先行事例を参照しながら跡地開発・再生事業が新たな不正義や格差の広がりや固定を招かない仕組みをどう考えるか、2そのような仕組みをつくる上で重要なプロセスと要素とは具体的に何を指すか、についてはあまり進まなかった。
支配方程式の型変化を伴う物体まわりの粘弾性流体の流れに関する研究

本研究では,粘弾性流体の流れを支配する偏微分方程式に関する理論と,可視化した流れの画像から得られる速度場と応力分布の情報を用いることで,偏微分方程式の型変化が流れ場や物体が受ける力に与える影響を明らかにする.いくつかの興味ある物体まわりの粘弾性流体の流れの問題に着目して,レオロジーや非ニュートン流体力学では取り上げてこなかった支配方程式の型変化という視点から新しい解釈を付け加えることを目指す.本研究では,粘弾性流体の流れを支配する偏微分方程式に関する理論と,可視化した流れの画像から得られる速度場と応力分布の情報を用いることで,偏微分方程式の型変化が流れ場や物体が受ける力に与える影響を明らかにする.いくつかの興味ある物体まわりの粘弾性流体の流れの問題に着目して,レオロジーや非ニュートン流体力学では取り上げてこなかった支配方程式の型変化という視点から新しい解釈を付け加えることを目指す.
光誘起ポリマー移動を利用した近接場光マッピング

フィルム表面に対して垂直な偏光(Ez偏光)による光誘起ポリマー移動には、相反する二つの力(光勾配力と光誘起異方誘導性)が関与していることが分かった。また照射する光の波長を変化させることで、側鎖であるアゾ基に作用している光勾配力より、ポリマー主鎖に作用している光勾配力の方がポリマー移動に寄与していることが分かった。さらに、光誘起ポリマー移動を利用して、単一の金微粒子(50 nm)周囲の増強近接場光分布のナノイメージングを行った結果、ポリマー表面に入射偏光方向に対して平行に且つ金微粒子の両脇に凹みが形成されることが分かった。光誘起異方流動性によって、ポリマーが偏光方向に且つ光強度の強い金属微粒子両脇から光強度の弱い金属微粒子周囲に移動したと考えられる。またポリマー表面の凹凸から評価した光強度分布はFDTDによる計算結果とよく一致したことから、本手法の有効性を確認できた。本年度は、ナノイメージングのための予備実験として、単一の金微粒子周囲のプラズモン増強場のイメージングを行った。サンプルとして直径50 nmの金微粒子を用いた。まずシランカップリングによりカバーガラス上に金微粒子を固定した。次にスピンコート法によりアゾ系ポリマーフィルムを塗布した。原子間力顕微鏡(AFM)による測定の結果、フィルムの膜厚は29 nmであった。またAFMの位相像より、微粒子の直上にはフィルムがなく、微粒子が剥き出しの状態であることが分かった。このサンプルに波長532 nmのレーザー光を照射した。その際光強度分布が面内に一様になるように、入射光を平行光とした。偏光はフィルム面内に平行な直線偏光を用いた。入射光強度として、15 mW/cm2を用いた。FDTDによる計算結果から、金微粒子近傍に光強度として約7倍の増強近接場光が発生することが分かった。またその増強近接場光は金微粒子の両脇(入射偏光方向)に局在していることが分かった。光照射後のAFM像より、ポリマー表面に入射偏光方向に対して平行に且つ金微粒子の両脇に凹みが形成されていることが分かった。またポリマー表面の凹凸から評価した光強度分布はFDTDによる計算結果とよく一致した。つまり本手法による近接場光マッピングの有効性が確認できた。本年度は、フィルム表面に対して垂直な偏光(Ez偏光)による光誘起ポリマー移動のメカニズムの解明を目的とした。これまでの研究で、Ez偏光による光誘起ポリマー移動には、強いフィルム膜厚依存性が存在することが分かっている。具体的には、膜厚37nmを境に、膜厚が薄い場合には、スポット中心部は凹み、膜厚が厚い場合には、凸形状になる。これは相反する二つの力が作用していることを示唆しており、この二つの力のバランス関係によってポリマーの移動方向が決定されることを意味している。その力の一つとして光勾配力が考えられる。光勾配力は、双極子モーメントと電場との相互作用(ローレンツ力)であり、入射する光の波長を変化させることで、作用する力の向きを反転させることができる。これまで用いてきた波長532nmはアゾ基の吸収バンド(最大吸収波長480nm)の右肩に相当し、光勾配力によってポリマーは光強度の強い集光スポット中心部に引き寄せられる。本研究ではアゾ基の吸収バンドの左肩に相当する波長460nmを用いることで光勾配力の向きを反転させ、その状況下でフィルム膜厚依存性を調べた。その結果、光誘起ポリマー移動に波長依存性は見られなかった。この結果から、側鎖であるアゾ基に作用している光勾配力より、低波長領域(紫外領域)に吸収を有するポリマー主鎖本体に作用している光勾配力の法が支配的であることが分かった。実際、実験で用いているアゾ系ポリマーのアゾ基(側鎖)は、幾何的に主鎖であるポリマーとの結合が弱く、アゾ基に作用している力が主鎖であるポリマー本体まで伝わっていないと考えられる。本年度は、集光スポット照射による光誘起ポリマー移動のメカニズムの解明を目的としており、特に光勾配力の影響を調べることを目的としている。最終目標は、近接場光マッピングへの応用であり、その意味で入射する光の波長依存性が明らかになったことの意義は大きいと考える。

本年度の成果により、フィルム面内偏光及び垂直方向の偏光に対する光誘起ポリマー移動の膜厚依存性・波長依存性が明らかになった。これを元に実際にナノマテリアル周囲の近接場光マッピングを行う。手始めとして最もシンプルな系である単一金属ナノ粒子を用いて、プラズモン増強場(増強近接場光)分布を測定する。FDTD法による数値計算結果と比較することで、本手法の有効性を確かめる。次により複雑な系、例えば、金属ナノダイマー、トリマーの近接場光マッピングへと展開していく予定である。本年度は主に、測定に必要な備品(ccdカメラ、偏光操作素子)に用いてきた。次年度の研究費は主にサンプルとして必要な化学薬品・金属微粒子などの消耗品に使用する予定である。また得られた研究成果の公表・発信を目的として、学会発表のための旅費に用いる予定である。
ナノスケール構造体の応力解析システムの構築とその検証

本研究は、マクロな観点からミクロな領域における材料力学を創出し,その領域における応力解析を行うシステムを構築したものである。界面応力を考慮した平衡方程式の導出をあらためて行い、界面あるいは表面に存在する自由エネルギを平衡方程式中に導入した。なお、この方程式は境界の曲率を含んだ非線形なものであり、厳密には数値的に処理する必要がある。しかし、ミクロな構造体の変形・応力分布に対する界面応力の影響は、その方程式を線形化して境界条件式として用いることでもおおよそ推定できる。そこで、導出した境界条件式を線形化した式を用いて、応力解析を行った。ここでは、ナノメータ厚さを有する薄膜をコーティングした半無限弾性体に弾性圧子を押し込むナノインデンテーション試験の解析を行った。その際、表面応力に対する解析対象物の弾性定数および代表寸法の比である無次元パラメータを導入することにより、応力分布の相似則が成り立つ条件を示すことができた。そして、このパラメータを小さくして表面応力の影響を小さくしていくと従来の応力解析結果と一致し、パラメータの値を大きくしていき表面応力の影響を大きくしていくと、変形と応力がともに大きくなっていくことを示した。また、ナノスケール構造体の応力解析システムを境界要素法を用いて構築した。そのシステムを用いた解析例として、ナノスケールの超微粒子を分散した粒子分散複合材料の力学的特性と超微粒子の変形及び応力分布について調べた。解析の結果、粒子サイズが10nm以下になると通常の複合則で予想される力学特性とは大きく異なってくることを示した。また、構造物外部に引張荷重が作用しても、超微粒子内部では界面応力のために圧縮の応力となることがわかった。このことから、超微粒子内部では転位などの欠陥が発生しにくくなり、構造体の変形は界面での滑りなどの機構で進行すると考えられる。一般に微小な物体においては,その体積に対する表面積の割合が大きくなり,原子・分子の存在の影響を無視できなくなる.当研究者の一人は,最近連続体力学における境界条件としてこれまで無視されていた物体表面あるいは異種材料との界面における表面応力(過剰自由エネルギ=表面エネルギ)を新たに導入した,一般的な境界条件式を導出した.この関係式は,分子・原子のミクロな領域からマクロな領域の平衡条件への拡張と見なすことができる.この関係式は,表面あるいは界面の曲率および表面に局在する物体力(ファンデルワールス力等),表面エネルギの変動(場所的,時間的)による力,さらには表面の加速度を含んだ非線形な関係式であるために,有限要素法あるいは境界要素法などの数値計算法で解析を行うことが必要となる.本年度は,これらの式を用いてナノスケール構造物の基礎的な応力解析を行った.ここでは,軸対称三次元接触応力解析を行った.上述した関係式は非線形なものであるために,これを線形化し,弾性解析における境界条件に用いた.解析の結果は,本研究で新たに導入した弾性キャピラリ数と呼ぶ無次元パラメータで整理できることを示した.弾性キャピラリ数は,弾性係数と膜厚のせきに対する表面応力の比であり,この値が大きくなると表面応力が応力解析の結果に大きい影響を与える.硬い弾性体の上にコーディングされた柔らかい弾性体に他の弾性圧子を押し込む解析を行った.その結果,表面応力を考慮すると見かけ上は押し込み量に対する押し込み荷重が大きくなることがわかった.すなわち,ナノメータサイズの薄膜にナノインデンテーションにより硬度を測定すると,非常に高い値がでてくることがわかった.しかし,薄膜の応力解析を行うと,薄膜の弾性係数を小さくした場合に上述のことがでてくることもわかった.これらのことが実験で薄膜の硬度を推定する場合に生じているならば,結果の解釈に大いなる矛盾を生じてくる.
久米通賢に関する基礎的調査・研究

久米栄左衛門通賢(17801841年)は、高松藩領において、天体観測や計算、測量機器、時計、鉄砲や大砲などの製作、讃岐の測量、塩田開発、銅山設備の改良、港湾の構築などの多くの事業を、高い水準において成し遂げた人物である。本研究では、久米に関する史料を調査し、総合目録とデータベースを作成するとともに、約2ヶ月に1回、研究会を行い、個々の成果などの情報を交換し、研究全体の進展をはかった。2005年12月4日には成果報告会を開催した。研究成果の概要は次の通りである:1総合目録およびデータベースの作成:香川県内の久米史料の総合目録(資料総数1823点)とデータベース(画像ファイル数約11000点)の作成を行った。総合目録は、成果報告書(2006年3月発行)に集録された。2天文暦学:日食等の暦の計算の詳細が解明された。文化8年彗星等の観測の状況について検討された。3塩田開発等の土木事業関係:遠州新居湊の改修に関わった状況がより明らかになり、引田浦の廻船業が大きな役割を果たしたことが明らかにされた。4銃砲開発:銃砲開発を経済的に支えていた人的な繋がりが解明されてきた。5高松藩へ提言された砂糖統制について、明らかにされた。6 193040年代に記述された久米についての資料が発見され、久米は特に「科学者」として高く評価されていたことが明らかにされた。久米栄左衛門通賢(17801841年)は、高松藩領において、天体観測や計算、測量機器、時計、鉄砲や大砲などの製作、讃岐の測量、塩田開発、銅山設備の改良、港湾の構築などの多くの事業を、高い水準において成し遂げた人物である(香川県歴史博物館編『久米栄左衛門創造と開発の生涯』、2002)。久米に関する史料は、鎌田共済会郷土博物館(香川県坂出市)を中心に、豊富に存在することが知られている。2002年には、同博物館内で新たな史料も発見されている(西川(2003)、中村・御厨編『久米栄左衛門研究の新展開』、2003)。しかしながら、久米の研究はあまり進んでおらず、様々な機器製作の実際や、機器を用いての測定方法、科学に対する考え方、当時の日本の科学界の中での位置づけ、更には背景となる高松藩との関係など、解明するべき課題は多い。関連する多分野の研究者が協力して調査・研究する事により、これらが解明されると期待される。平成16年度の調査・研究は次のとおりである:1久米に関する総合目録作成のための調査:鎌田共済会郷土博物館における、久米に関する文書史料の調査は、デジタルカメラによる撮影を含めて、ほぼ完了した。次年度は、同博物館における器物に関する調査と、東かがわ市歴史民俗博物館等における史料の調査を行う。2史料の研究:史料の調査と平行して、個別の課題についての研究を進めた。2ヶ月に1回(平成16年5月17日、7月12日、9月13日、11月8日、平成17年1月17日、3月14日)、メンバー全員が集まる研究会を開き、最新の研究内容を報告して情報交換を行い、研究の進展を図った。次年度もこの研究会は継続される予定である。
単分子膜の変位電流計測システムの開発と光・変位電流変換型分子膜記録素子の試作

有機分子の持つ電子的および光学的機能を、分子レベルで引き出すことを可能にするための技術を、分子膜の極限の厚さを持つ単分子膜において実現することは、分子電子素子実現に向けた基盤技術の一つとして重要である。誘電体の分極という重要な基本概念を基礎とすれば、単分子膜に外部刺激(圧力、光、熱など)を与えた時、分子膜内で分子が動的に挙動する過程(双極子の回転など)を変位電流として検出可能とするためのシステムの構築が是非とも必要である。そこで、本研究では、第1の目的として、有機単分子膜に各種の外部刺激が加えられた時の出力を変位電流として計測できるようなシステムを開発することを目指した。さらに第2の目的として、開発したシステムを用いて有機単分子膜という分子膜レベルでの光変位電流変換型の新規な記録素子を試作することも目指した。そして、国内外では単分子膜の変位電流を計測した例は知られていなかったため、試行錯誤ではあったが、以下に示す項目について、当初の計画をほぼ達成することができた。1水面上単分子膜の評価システムの開発ダブルバリアを採用し、膜の圧縮・拡張、光刺激の各種モードに対する変位電流計測を行う事ができ、同時に光吸収測定も行える高機能な評価システムを開発した。2各種刺激(光、圧力)に対する水面上単分子膜の変位電流計測3単分子膜の光-変位電流変換機能4変位電流と吸収スペクトルの同時測定5固体基板上単分子膜の光-変位電流測定、熱刺激変位電流計測光変位電流変換型記録素子の試作として、基板上単分子膜の変位電流計測を行い、波長や偏光による評価、熱刺激に対する応答を評価した。今までに、申請者は有機単分子膜に対し誘電体の分極という重要な基本概念を基礎として、単分子膜の物性、機能評価及びその応用という観点から変位電流計測という方法を提案し研究を行なってきた。そこで、本研究は基本的な誘電体電子物性の立場に立ち、有機単分子膜に各種の外部刺激を加えた時の出力を、変位電流として計測できるようなシステムを開発することを第一の目的とした。さらに、開発したシステムを用いて有機単分子膜という分子膜レベルでの光・変位電流変換型の新規な記録素子を試作することを第2の目的とした。本研究で得られた本年度の主な成果は以下の通りである。1.水面上単分子膜の変位電流計測システムの開発これまでに確立してきた変位電流測定法の技術を取り込み、新たに簡便な手法により水面上変位電流の測定が行なえるシステムを開発した。このシステムには、従来の外部刺激(圧力,光)が加えられる他、新たに1)両側からの均一な圧縮が行なえる,2)自動展開装置により、展開時の分子挙動が測定できる,などの工夫を施した。今年度は、システムの開発に重きがおかれ、実質的な実験までには至らなかった。次年度、開発した装置を用いて、水面上単分子膜の物性を明らかにする予定である。2.Air gap付きの金属/単分子膜/Air gap/金属構造の素子を作製し、電流計を通した閉回路にて、光刺激による単分子膜の構造変化に起因する変位電流波形の検出を行ない、単分子膜の光一変位電流変換機能の研究及び基板上単分子膜の物性評価を試みた。アゾ系分子のシス-トランスの光異性化に着目して、固体基盤上の単分子膜の光・変位電流変換に基づく光記憶素子の基盤技術の確立と、偏光光照射により、単分子膜の偏光・変位電流変換の検出を試みた。

そこで、本研究は基本的な誘電体電子物性の立場に立ち、有機単分子膜に各種の外部刺激を加えた時の出力を、変位電流として計測できるようなシステムを開発することを第一の目的とした。さらに、開発したシステムを用いて有機単分子膜という分子膜レベルでの光・変位電流変換型の新規な記録素子を試作することを第2の目的とした。本研究で得られた本年度の主な成果は以下の通りである。1.水面上単分子膜の変位電流計測システムの開発これまでに確立してきた変位電流測定法の技術を基礎として、新たに簡便な手法により水面上変位電流の測定が行なえるシステムを開発した。昨年度は、両側からの均一な圧縮が行なえるようなシステムを作ったが、本年度は、水面上単分子膜の吸収スペクトルが同時に行なうことができるようシステムの強化を図った。本年度は、液晶単分子膜の変位電流の計測、色素単分子膜の圧力刺激による変位電流と吸収スペクトルの同時計測をおこない当初の目的がほぼ達成できた。2.Air gap付きの金属/単分子膜/Air gap/金属構造の素子を作製し、電流計を通した閉回路にて、光熱刺激による単分子膜の構造変化に起因する変位電流波形の検出を行ない、単分子膜の光-変位電流変換機能の研究及び基板上単分子膜の物性評価を試みた。アゾ系分子のシス-トランスの光異性化に着目して、固体基板上の単分子膜の光・変位電流変換に基づく光記憶素子の基盤技術の確立と、偏光光照射により、単分子膜の偏光・変位電流変換の検出を試みた。その結果、偏光変位電流の検出に成功し、単分子膜の配向評価を変位電流を通して行なえる見通しを得た。更に、単分子膜のPOA効果が変位電流として検出できる見通しも得た。有機分子の持つ電子的および光学的機能を、分子レベルで引き出すことを可能にするための技術を、分子膜の極限の厚さを持つ単分子膜において現実することは、分子電子素子実現に向けた基盤技術の一つとして重要である。誘電体の分極という重要な基本概念を基礎とすれば、単分子膜に外部刺激(圧力、光、熱など)を与えた時、分子膜内で分子が動的に挙動する過程(双極子の回転など)を変位電流として検出可能とするためのシステムの構築が是非とも必要である。そこで、本研究では、第1の目的として、有機単分子膜に各種の外部刺激が加えられた時の出力を変位電流として計測できるようなシステムを開発することを目指した。さらに第2の目的として、開発したシステムを用いて有機単分子膜という分子膜レベルでの光変位電流変換型の新規な記録素子を試作することも目指した。そして、国内外では単分子膜の変位電流を計測した例は知られていなかったため、試行錯誤ではあったが、以下に示す項目について、当初の計画をほぼ達成することができた。1水面上単分子膜の評価システムの開発ダブリバリアを採用し、膜の圧縮・拡張,光刺激の各種モードに対する変位電流計測を行う事ができ、同時に光吸収測定も行える高機能な評価システムを開発した。2各種刺激(光、圧力)に対する水面上単分子膜の変位電流計測3単分子膜の光-変位電流変換機能4変位電流と吸収スペクトルの同時測定5固体基板上単分子膜の光-変位電流測定、熱刺激変位電流計測光変位電流変換型記録素子の試作として、基板上単分子膜の変位電流計測を行い、波長や偏光による評価,熱刺激に対する応答を評価した。
超音波聴覚のメカニズムと最重度難聴者のための超音波補聴システムの実用化研究

我々人間の聴覚では20 kHz以上の超音波領域の音は聞こえないが、超音波振動として骨導に与えると音知覚が得られる(骨導超音波)。さらにこの骨導超音波は、音が全く聞こえない最重度難聴者でも聴取可能である。この現象を利用し、我々は最重度難聴者に音知覚を与える骨導超音波補聴器の開発を行っている。本研究では(1)未だ知られていない超音波聴覚メカニズムの解明、(2)骨導超音波補聴器の実用化研究という二つの課題に取り組んできた。そしてその研究成果から、骨導超音波の末梢の知覚器官は蝸牛の基底回転に存在すること、またそれは変調された可聴音ではなく超音波自体を聴取していること、その際外有毛細胞が関与している可能性は低いことなど、聴覚路上の末梢・中枢での超音波聴覚メカニズムが明らかになってきた。また語音で変調した骨導超音波のプロソディ(抑揚)が弁別可能であること、リハビリテーションによって言葉の聞き取りが改善されることなどの実用化研究も大きく進展した。現在、全く音が知覚できない最重度難聴者に対して人工内耳があるが、手術を要するために適応困難な難聴者も多い。そこで我々は、頭蓋骨を介して、超音波を搬送波として音声を聴覚系に伝える超音波補聴器の研究・開発を行っている。平成22年度は主に(1)語音刺激長と脳磁界反応との関係、(2)最重度難聴者のリハビリテーションに関する研究を行った。補聴器を使って語音を聞き取る場合、発話速度を下げると聞き取り精度が向上する。この現象を生理的に検証するため、超音波で搬送された語音の刺激長を変化させて、その際起こる脳磁界反応を脳磁図(MEG)で計測した。その結果、骨導超音波語音に対して脳が刺激長の弁別を行っていることが明らかとなった。これは聴覚情報処理過程における違いを反映していると考えられ、今後は発話速度を知覚するメカニズムの解明と、補聴器の信号処理への応用を検討する。上記基礎研究と平行して、最重度難聴者に骨導超音波補聴器に貸与し、リハビリテーションを行う実用化研究も行った。被験者は貸与された補聴器を日常的に使用し、隔週で来院してリハビリテーションを現在も行っている。リハビリテーションでは主にクローズドセットによる単語の聞き取り、文章の聞き取りと朗読、歌曲の聞き取りを行っている。リハビリテーションを行いながら、正答率の変移、間違えやすい単語、聞き取りにくい文章の箇所などを把握し、今後の研究課題発見に役立てている。人間の聴覚では、超音波領域の音は気導音では聞こえない。しかし、超音波振動子を用いて骨導によりそれを聞くことができる。骨導由来の超音波聴覚は、まったく音の聞こえない最重度難聴者に音を聴かせるための有力なツールとなる可能性がある。本研究では、超音波聴覚をテーマとして、基礎的研究と臨床的研究の2つの側面から研究を推進していく。基礎的研究は、超音波聴覚のメカニズムを同定すること、臨床的研究は重度難聴者のコミュニケーション補助に有効なシステムの実用化を目的とする。(1)超音波聴覚のメカニズムの同定可聴音の聴覚機構の解明を行うためによく用いられる方法の一つにマスキング(ある音が別の音の介入で聞こえなくなる現象)がある。骨導超音波においてもマスキングを用いた聴覚実験を行うことで知覚メカニズムの解明に役立つと考えられる。そこで骨導超音波による可聴音のマスキング実験を聴力正常者を対象に施行した。30 kHzの骨導超音波をマスカーとして用いた場合、わずか5 dBSLの強さにも関わらず骨導著音波のピッチに近い10-14 kHzの可聴音が強くマスキングされた。この結果から、骨導超音波の末梢の知覚器官は蝸牛の基底回転に存在することが分かった。また骨導超音波の知覚メカニズムを解明するため、聴力正常者15名及び難聴者31名に対する骨導超音波及び可聴音の閾値を測定し検討した。難聴者の三分法平均聴力レベルは58.5 dBであったが(つまり聴力正常者と比較して58.5 dB聴力が劣る)、骨導超音波の閾値の平均は、聴力正常者と比較して7.3 dBしか高くなかった。このことから、骨導超音波聴覚は超音波より生じた可聴音を聞いているのではなく、超音波自体を聴取することで起こる現象であると考えられる。

(1)超音波聴覚のメカニズムの同定骨導超音波の聴取に外有毛細胞の働きが関係しているかどうか検討するため、シスプラチン(耳毒性物質)を用いた化学放射線法の治療前後で、可聴音及び骨導超音波の閾値にどのような変化が生じるか検討した。シスプラチンの投与により、純音聴力8 kHz、高周波聴力9-14 kHzの全ての周波数で有意な閾値の上昇を認めた。一方、骨導超音波では治療前後に閾値の有意な差は認められず、逆に慣れの影響で若干低下していた。可聴音の結果が示す様に多くの耳で外有毛細胞の障害が原因と考えられる閾値上昇が認められているにも関わらず、骨導超音波の閾値が上昇していなかった事を考慮すると、骨導超音波の聴取に外有毛細胞の働きが関与している可能性は低い。(2)超音波補聴器の実用化の研究骨導超音波補聴器は、マイクで入力した言葉によって超音波を変調し、振動子を通して利用者に伝える。この骨導超音波語音は、超音波特有の高音の中から語音を抽出して聴取しないとならないため、十分な訓練が必要である。そこで本研究は、最重度難聴者を対象に、骨導超音波補聴リハビリテーションを実施した。補聴器を用いた会話や朗読・歌唱訓練、リズム演奏などに加えて、単語了解度テスト、語音明瞭度テストを行い、骨導超音波補聴器装用による聞こえの改善やリハビリテーションの効果を測定した。最重度難聴者に骨導超音波補聴リハビリテーションを行った結果、選択肢やコンテクストといった事前のヒントがあれば、読唇なしに単語を弁別できることが分かった。また、補聴器から得られる聴覚の手がかりと、読唇で得られる視覚の手がかりを両方用いると、それぞれ単独の手がかりを利用するよりも高い語音明瞭度が得られた。またその語音明瞭度はリハビリ期間が経過するほど向上する結果が得られた。従って、リハビリを繰り返すことによって、言葉の弁別はより明瞭になる。超音波聴覚メカニズムの同定を行う研究の中で、末梢の超音波聴覚メカニズムは23年度に行った効率的な基礎研究により、概ね明らかになってきた。しかし我々は中枢機能も視野に入れて解明を進めており、そこまで踏み込んだ実験デザインが十分ではなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)超音波聴覚のメカニズムの同定の研究、(2)超音波補聴器の実用化の研究という二つの大きな目標を掲げる中で、23年度に行った基礎研究により、末梢の聴覚メカニズムは大きく解明されてきた。今後は中枢機能における超音波聴覚メカニズムの解明と、(2)超音波補聴器の実用化の研究を推進していく予定である。
マイクロアレイ解析による腎癌予後遺伝子抽出及び関連蛋白解析による新治療戦略の構築

cDNAマイクロアレイによる腎癌の関連遺伝子の抽出は、(Adv Cancer Res. 2003;89: 157-81、Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98:9754-9.他)をベースとしている。腎細胞癌臨床検体を用いてこれらの組織学的特徴・予後関連遺伝子候補について、免疫染色法、RT-PCR法およびWestern blotting法で各サンプルにおける遺伝子個々のmRNA・蛋白レベルの発現を評価した。組織型については、マイクロアレイが組織診断診断に有用であることを述べてきたが、従来Granularと称されていた郡の組織型鑑別においても有用であることを確認した。引き続き癌発生や予後関連遺伝子候補を中心に、個々の薬剤(分子標的薬など)感受性・有効性との関連解析等を考慮中である。腎細胞癌(Renal cell carcinoma)臨床検体(各組織型)随時採取継続中である。cDNAマイクロアレイによる腎癌の関連遺伝子の抽出(CIT使用により異なる特徴を持つ2群を鑑別する遺伝子を抽出し、複数の遺伝子の組み合わせによりclusteringを行い、予後関連・組織関連遺伝子を抽出する)は、(Adv Cancer Res.2003;89:157-81、Proc Natl Acad Sci USA.2001;98:9754-9.)を参考に関連性が予想される遺伝子を選択した。腎細胞癌臨床検体を用いてこれらの組織学的特徴・予後関連遺伝子候補について、免疫染色、RT-PCRおよびWestern blotting法により確認を行っている。サンプル数が少ないため、更に検体を収集しながら、母数を増加させる予定である.また、腎癌発生に関与する遺伝子候補として、acquired renal cystic disease (ARCD)におけるP27、PTEN、pAKTの発現を解析した。癌発生にはPTENの発現増加-P27の発現増加が関連している可能性が示唆された。この結果は、第14回泌尿器科分子・細胞研究会、9回腎間質障害研究会で発表した。cDNAマイクロアレイによる腎癌の関連遺伝子の抽出(CIT使用により異なる特徴を持つ2群を鑑別する遺伝子を抽出し、複数の遺伝子の組み合わせによりclusteringを行い、予後関連・組織関連遺伝子を抽出する)は、(Adv Cancer Res.2003;89:157-81、Proc Natl Acad Sci USA.2001;98:9754-9.)を参考にした。腎細胞癌臨床検体を用いてこれらの組織学的特徴・予後関連遣伝子候補について、免疫染色、(RT-PCRおよびWestern blotting法)により確認を行っている。予後が明らかなサンプル数を増やすため、更に腎細胞癌(Renal cell carcinoma)臨床検体を随時採取している。組織型については、以前よりマイクロアレイが組織診断診断に有用であることを述べてきたが、診断困難例の組織型鑑別においても有能であることを確認した。Chromophobe Renalcell carcinomaおよびOncocytomaについては、cytokeratin7及びparvalbuminが両者の鑑別に有用であることを確認した.今後予後関連遺伝子候補を中心に、解析を継続予定である。また、腎癌発生に関与する遺伝子候補として、acquired renal cystic disease(ARCD)におけるP27、PTEN、pAKTの発現を解析,更にHIF1α、INFκB、HIG2について免疫染色を行い、評価した。癌発生にはP27、PTEN、pAKTのimbalanceが関連している可能性が示唆された。この結果は、第33回東北腎不全研究会、第235回日本泌尿器科学会東北地方会で発表した。またHIF1α、HIG2については、第15回泌尿器科分子・細胞研究会で発表した。
Siインプリンテイング法によるキラル分子孔を持つ光学異性体分離膜の創製

分子インプリンテイング法(MIP法)は分離対象物質を鋳型分子として、これと主として2次結合を生じるモノマーと架橋剤とともに混合し、重合後鋳型分子を除去し、これを認識する空間を材料内に生じさせる方法である。MIP法で得られた高分子はHPLC固定相として分子混合物に対し分離能を示すが、膜としての例はほとんど無い。特に光学異性体分離は従来のMIP法では困難である。そこで本研究では研究代表者らが最近見出した「Siインプリンテイング法」を光学異性体分離膜の創製に有効に用いることを目的とした。「Siインプリンテイング法」は、従来のMIP法が主に2次結合を用いているのに対し、1次結合であるSiCあるいはSiO共有結合を用いている。したがって、より精密にインプリンテイングされたキラル分子孔の創製の可能性が考えられた。本年度は、ポリフェニルアセチレンのパラ位にSiO共有結合を介して光学活性なピナニル基を持つ高分子を合成し、製膜した。この膜は光学異性体選択透過性を有していた。その後、膜状態で光学活性基を脱シリル化反応で取り除いた。除去は定量的に行うことができ、かつ膜強度を保っていた。得られた高分子膜は主鎖に光学活性を維持していることが分かった。そのため、光学活性基除去後も光学異性体選択透過性を有しており、Siインプリンティングによる光学異性体分離膜の創製が達成できた。また、この脱シリル化膜は脱シリル化前に比べて、透過速度の向上が見られた。さらにこの膜は有機溶媒に不溶なため従来使用できなかった疎水性の透過対象も分離対象として用いることが可能となった。この他に、光学活性基を持つ架橋高分子であるモノリスから光学活性基を脱シリル化反応で取り除いたモノリスが光学異性体の分離能を有することを見出し、Siインプリンティングの有効性の幅広さを示すことができた。本研究は高分子膜中からかさ高い含ケイ素光学活性基を脱離除去し、そのあとに分子サイズのキラルな空隙が保持されることを期待するものである。今年度は下記の実験を行った。(1)ポリ(トリス(ピナニルジメチルシリル)フェニルアセチレン)を合成し、この膜による光学分割を試みた。(2)ポリ(トリス(ピナニルジメチルシリル)フェニルアセチレン)膜からピナニルジメチルシリル基を脱離させ、反応条件の最適化を行った。(3)(2)で得られた膜のCDを測定した。(4)(2)で得られた膜の光学異性体選択透過性を測定した。その結果、下記の知見が得られた。(1)ポリ(トリス(ピナニルジメチルシリル)フェニルアセチレン)膜による光学分割を実現できた。(2)ポリ(トリス(ピナニルジメチルシリル)フェニルアセチレン)膜からピナニルジメチルシリル基を完全に脱離させることができた。(3)(2)で得られた膜でCD吸収が観測された。(4)(2)で得られた膜の光学異性体選択透過性を確認した。以上のことから、次の点が明らかになった。光学活性基を除いたあともこの高分子膜はキラルであり、光学分割能を有する。今後、ポリマー主鎖の種類を変えるなどしてさらにこの現象の一般性を検討する。
呼吸鎖電子伝達酵素の分子構築

ウシ心筋チトクロムbc_1複合体の精製標品を再結晶することにより、結晶が析出する条件範囲がこれまでより広くなり、より高分解能の回折点を与える結晶がえられた。(松原)チトクロムbc_1複合体の六方晶について、2種類の誘導体を調製し、同型置換法で10Å分解能電子密度を計算した。(福山)酸化型チトクロム酸化酵素とH_2O_2を反応させると607nmに吸収極大を与える反応中間体が生成する。これがFe=O型ヘムを持つことを共鳴ラマン分光法で証明した。(小倉)回虫複合体IIの、補欠分子族としてFADを含むFpサブユニットについてstage-specificに発現される2種のcDNAクローンを見つけた。また大腸菌複合体IIの機能的アッセンブリーにcytochrome b_<556>サブユニットのN末端45残基が必須であった。(北)ヒドロゲナーゼのX線解析から、活性部位のクラスターはFe _4S_4,Fe_3S_4,Fe_4S_4,Niの順に、分子の表面近くに直線状の約13Å間隔で配列していた。(安岡)臨界ミセル濃度は等しいが親水性部分の大きさの異なる種々の界面活性剤の、チトクロム酸化酵素の結晶化に及ぼす効果を検討した結果、界面活性剤の最適の大きさがあった。さらに分解能3.5Å近いX線回折を示す結晶を得た。(吉川)ヘム生合成系の幾つかの新しい遺伝子を見つけ、大腸菌のhemAやhemHを相捕する植物のcDNAクローン、hemGを相捕できるヒトのcDNAクローンを分離できた。これらの酵素の性質や遺伝子発現制御と細胞エネルギー生産の関わりを明らかにした。(井口)チトクロム酸化酵素の三次元構造をチューブ状結晶から15Å分解能で求めた。脂質二重膜の位置をも同定した。(豊島)チトクロム酸化酵素の電子受容部位から酸素還元部位への分子内電子移動が、約100倍の速度差で2段階的に進むことを明らかにした。また、大腸菌ユビキノール酸化酵素の極めて速い分子内電子移動に、塩素イオンが必須であることを見つけた。(折井)大腸菌、酢酸菌の呼吸鎖末端酵素であるユビキノール酸化酵素の複核中心の構造をEPR,FT-IR法により解析し、ヘム-銅末端酸化酵素としての共通の性質を持つことを明らかにした。(鍔木)好アルカリ性細菌Bacillus YN-2000のaco型チトクロムc酸化酵素の3種類のサブユニットのアミノ酸配列を決定した。サブユニットIのアミノ酸配列は他のBacillus属のcaa_3型チトクロムc酸化酵素と類似しており、サブユニットIIのチトクロムc部分にはアルカリ環境に適応するための特異的アミノ酸置換が見られた。(福森)チトクロム酸化酵素の結晶のX線回折の分解能を原子レベルにまで高めるため結晶化条件を検討し、7種の界面活性剤が有効と伴った。その中でBL8SYで安定化した標品の結晶は分解能6Åで相関係数0.5以上を示した。重原子誘導体も水銀やタングステンクラスターを用いた浸漬法により作成しえた。低分解能での三次元構造の決定に必要なデータ収集が可能となった。この酵素の反応を時間分解共鳴ラマン分光法で追跡した。ラーマン散乱とコンピューターを媒介する検出器インターフェイスを設置し、スペクトルの高速加算が可能となり、世界で初めてO_2分子の還元反応の中間状態を捕捉することに成功した。一方高速ラピッドスキャン法を用いてこの酵素の2分子のヘムaの還元過程を反応動力学的かつスペクトル的に分離し、絶体吸収スペクトルに新しいものを見出し、今後の解析に期待がもてる。チトクロムbc_1複合体の結晶化条件を検討し、シュクロースモノラルレート、PEGとK一燐酸緩衝液pH8の最適条件を見出し、約6.5Å分解能までの回折を与える六方晶系の結晶をえた。この結晶のX線回折パターンをシンクロトロン放射光と巨大分子用ワイセンベルグカメラを用いてイメージングプレート上に記録し、WEISプログラムシステムで、これまでに4セットの回折強度をえた。また重原子同型置換結晶の調製も試み、強度を測定し、その中の1つはネイティブ結晶に対し大きい強度変化を示したが、重原子結合部位の決定には至っていない。線虫2種のコハク酸-ユビキノン還元酵素のIpサブユニットの全一次構造を決定し、寄生性と自由生活性両者に高い相同性を認め生物進化のエネルギー代謝系での表現に興味ある事実を提供した。さらにグラフィックスワークステーションを用いた蛋白質の立体構造図示システムを構築し、ヒドロゲナーゼやルブレドキシンに応用し、電子伝達反応の解析に応用可能な形にした。bcl複合体の基質還元反応でbは急速に還元、再酸化される。bは単なる酸化剤ではないと示唆された。結晶標品はb558と2種類の2Fe-2S中心を持つことが判明し、酵素が2量体で機能することを示唆している。(松原)ウシ心筋bc_l複合体の3次元結晶のX線回折と、2次元の電子線解析の18A分解能電子密度をもとに、3次元結晶中での本複合体分子の方位と並進量を決定し、低分解能の3次元結晶構造が得られた。(福山)