hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インビトロ系における細胞シートからの３Ｄ形態形成

本研究はインビトロ系における上皮細胞シートに対して物理的環境を制御することで3D構造を培養シャーレ内で作り出し,3D組織が形成される力学的原理の解明を目指す.これまでに,トランスウェルに上皮細胞シートを培養し,基底部側を高浸透圧にすると,上皮細胞シートが自発的に変形しドーム状の構造が形成されることを見出した.ドーム構造の保持時間が短いという問題を克服するために,平成30年度ではゲニピンで架橋したマトリゲルをあらかじめトランスウェル底面に塗布しておくことでドーム構造を長時間保持することに成功した.さらに,初期胚発生インビトロモデルの構築を継続して行った.球殻状のゲルカプセルを作成し,カプセルの表面にヒト皮膚繊維芽細胞(HDF細胞)を播種すると,カプセルの形状があたかも原腸陥入のように内側に陥没することが明らかとなった.その際,ミオシン調節軽鎖のリン酸化阻害実験を行うことで,カプセルの形状変化が繊維芽細胞の基質把握力に起因することが明らかとなった.上皮細胞を用いた実験も行ったが,カプセルの形状変化の観察には至っていない.また,インビボ系で観察される管状組織の捻転運動が上皮細胞の回転キラリテイに起因するものなのかを調べる目的で,平成30年度は,核が光る変異株(H2B-Emerald-MDCK細胞)を樹立し,接着領域を制御したパターン基盤に細胞を播種することで細胞集団の回転運動を観察することに成功した.しかしながら,回転キラリテイを解析した結果,誤差が大きく有意な差が得られなかったため,ターゲットタンパク質の強制発現系の構築にも着手した.これらの実験に加え,扁平上皮がん細胞(A431細胞)をマトリゲル中に3D培養し,細胞塊が集団で回転運動する様子を経時観察した.平成30年度では,数理モデルの構築を担当する秋山グループと連携し,集団回転運動のモデル構築を継続して行った.平成30年度では,研究実施計画をほぼ全て遂行することができた.さらに,当初は平成31年度に計画していた実験にも着手することができた.具体的には,ゲニピンで架橋したマトリゲル上で上皮細胞シートのドーム構造が形成されるメカニズムを調べるために,ゲル基質の膨潤度解析,ミオシン調節軽鎖のリン酸化の免疫蛍光染色,各種阻害剤の投与実験などを行う準備を進めた.ゲルカプセルを用いた胚発生インビトロモデルの構築実験では,ピペット吸引法によるゲルカプセルの弾性率測定,蛍光色素で標識したHDF細胞の形態変化観察にも着手し,観察に適切な蛍光色素の選定をほぼ終えることができた.さらに,パターン基盤に播種した細胞集団の回転キラリテイを調べるために,回転キラリテイに寄与する可能性が高いミオシン1Dを過剰発現させるべくプラスミドの構築を進めることができた.回転運動方向の異なるサブクローン株の樹立にも着手した.細胞集団の3D回転運動については,A431細胞との比較のために上皮細胞(MDCK細胞)を包埋培養し,細胞数の増加と回転運動の関係を調べることで運動方向が同期する相関長を見積る実験の準備を進めた.平成30年度も国内外でのシンポジウム、セミナーなどで招待講演を受けて、これまでの研究成果を発表し、とくに上皮細胞シートのドーム形成実験については,秋山グループと共同でモデル構築を行い,共著の論文を投稿する段階にまで進むことができた.平成31年度は研究実施計画の最終年度となるため,それぞれの研究テーマにおいてターゲットを絞り込んで実験を行い,秋山グループ,井上グループとの連携をこれまで以上に深めることで3D形態形成モデルの構築を行い,論文として投稿することを目指す.具体的には,上皮細胞シートのドーム形成については,アクアポリンによる水輸送が主要因であるという仮説を立てて実験を行う.初期胚を模倣したゲルカプセルの実験については,HDF細胞を蛍光色素でモザイク標識し,細胞の形態変化を経時観察することで,ゲルカプセルの変形とHDF細胞の基質把握力との関係をもとに力学モデルの構築を目指す.細胞集団の回転キラリテイについてはミオシン1Dにターゲットを絞り,過剰発現,発現抑制,サブクローン株の樹立を行い,インビトロ系における回転キラリテイの有無を明らかにした上で,得られた結果を松野グループと共有し,ショウジョウバエで見られる後腸の捻転運動のメカニズム解明を共同で目指す.マトリゲルに包埋した細胞塊の回転運動については,A431細胞との比較としてMDCK細胞を用いる.MDCK細胞の場合,細胞数の増加に伴って上皮細胞極性に起因する回転運動阻害が予想されるため,得られたデータから接触追従の相関距離を見積もることが期待できる。数理モデルの構築を秋山グループと共同で進める。上皮組織は消化器,呼吸器など様々な器官の構築に欠かせない組織であり,実際,ほとんどの臓器・器官の3D構造は,上皮の折り畳みとして作られる.胚発生時における遺伝子の発現パターンなどの解析は進んでいるものの,多数の細胞が集団で運動し,3D構造を形成するメカニズムについてはほとんど未解明である.本研究は,培養細胞を用いて自律的に秩序のある3D構造を作り出すことで,形態形成の謎を解き明かすことを目的とする.平成27年度では,細胞シートに生じる力と基質の変形をリアルタイムでイメージングした.細胞が出す力の発生源である収縮性アクトミオシンはアクチン繊維とII型ミオシンから構成され,II型ミオシンの軽鎖(MRLC)にはリン酸化部位が存在する.研究代表者は,MRLCのリン酸化によって細胞が出す力の大きさが変化することをこれまでに明らかにしている.

そこで,MRLCがリン酸化すると蛍光を発するFRETプローブを上皮細胞(MDCK細胞)に強制発現させ,蛍光ライブイメージングを行うことで,細胞シートに生じる収縮力の時空間的変化とゲル基質の変形をリアルタイムで観察した.その結果,軟らかいコラーゲンゲル上で協働現象を示す上皮細胞集団では集団運動をけん引するリーダー細胞でMRLCのリン酸化の動的変化が顕著であることが明らかとなった.さらに,研究代表者はこれまでに,上皮細胞が3D構造を形成する際,培養基質であるマトリゲルが変形することを見出している.そこで,平成27年度では,粘性による効果を定量的に調べるために,シリコーンオイルを素材として,粘性を任意に変えることができるゲル基質を開発した.その結果,粘性の低いシリコーンオイルを用いることで上皮細胞シートが自律的に3D構造を構築することが明らかとなった.平成27年度では,研究実施計画をほぼすべて遂行し,さらに,当初は平成28年度に予定していた実験計画にも着手し,隣接細胞間に働く接触追随をもたらす機構の解明に着手することができた.マトリゲルにゲニピンを添加することで,培養基質の粘性を変化させ,形態形成にとって基質の弾性のみならず粘性が重要であるという知見を得ることができた.それらの研究成果を平成27年度内に原著論文として公表することができた.平成28年度以降に計画していた接触追随に関する研究では,Integrin-β1,Marlinなど複数のターゲットタンパク質を見出すことができた.上皮組織は消化器,呼吸器など様々な器官の構築に欠かせない組織であり,実際,ほとんどの臓器・器官の3D構造は,上皮細胞シートの折り畳みとして作られる.胚発生時における遺伝子の発現パターンなどの解析は進んでいるものの,多数の細胞が集団で運動し,3D構造を形成するメカニズムについてはほとんど未解明である.本研究は,培養細胞を用いてから自律的に秩序のある3D構造を作り出すことで,形態形成の謎を解き明かすことを目指している.平成28年度では,研究実施計画に従い,粘性係数を任意に変えることができるシリコーンオイルを用いたゾル基質の開発を行った.その結果,シリコーンオイル上にコラーゲン,ラミニンなどの細胞外基質をコートすることで,上皮細胞シートの3D折り畳み構造を形成させることに成功した.ゾル基質の粘性係数と細胞外基質の組み合わせによって,小腸の絨毛突起に類似した構造を再現することにも成功した.さらに,細胞同士でお互いの運動方向を知覚する機構の探索を行った.ヒト食道扁平上皮がん細胞を用いて実験を行った結果,細胞間に局在するインテグリンβ1が細胞集団の協調的な運動に関与するという新しい知見が得られた.これらに加え,II型ミオシン調整軽鎖(MRLC)がリン酸化すると蛍光を発するFRETプローブを上皮細胞に強制発現させて,蛍光ライブイメージを行う実験も昨年度に引き続いて行った.阻害剤および活性剤の投与実験の結果,上皮細胞に協調的な集団運動をもたらすMRLCのリン酸化は,ROCKとよばれるリン酸化酵素が関与することがリアルタイムのイメージングによって明らかとなった.平成28年度では,研究実施計画をほぼすべて遂行し,さらに,平成29年度に予定していた実験計画にも着手し,ゾル基質中で管状組織構造の形成を誘導することに成功しつつある.現在は,再現性の確認と条件検討を行っている.
抗うつ薬の臨床反応における遺伝的要因の解析

最初に、高速液体クロマトグラフィーによる抗うつ薬trazodoneとその活性代謝物m-chlorophenylpiperazine(m-CPP)の血漿濃度測定法を開発した。両薬物について高感度で安定した測定が可能であった。次に、trazodone150mg/dayを服用中のうつ病患者43名で、上記の測定法を用いてtrazodoneとm-CPPの血漿濃度を測定したところ、いずれも約4倍もの個人差を示した。さらに、上記の症例のうち11例に対してthioridazine 40mg/dayを1週間追加投与したところ、trazodoneとm-CPPの代謝が競合的に抑制され、これらの血漿濃度は有意に上昇した。Thioridazineは、その活性が遺伝的に規定されるcytochrome P4502D6(CYP2D6)で代謝されるので、trazodoneとm-CPPの代謝能力も遺伝的に規定されるものと考えられる。以上のように、これまでの研究でtrazodoneとm-CPPの代謝能力が遺伝的に規定され、その結果これらの薬物動態が大きな個人差を示すことが明らかとなった。また、trazodone 150mg/dayを3週間投与したうつ病患者16例でtrazodone及びm-CPPの薬物動態と治療効果、副作用発現との関係を解析中である。これらを併せて、抗うつ薬の臨床反応における遺伝的要因の影響を明らかにする。
砂地盤中の杭の水平抵抗に関する基礎的研究〜微小の変位から大変位に至る杭のp-y関係のモデル化〜

本研究では,砂地盤中の単杭のp-y関係に及ぼす地盤の相対密度Dr,杭径Dの影響を明らかにし,現行設計法で用いられるバイリニア型p-y関係との比較を行う目的として,単杭のp-y関係を直接計測することができる分割杭を開発し,水平載荷実験をnGの遠心力場内で実施した.この結果以下の結論を得た.(1)初期地盤反力係数k_<hi>は換算杭径nDの増加と共に低下する応力レベルによる寸法効果を有し,この寸法効果はDr=85%で顕著に見られ,相対的にDr=60%では影響は小さい.(2)同様に極限地盤反力P_<max>にも換算杭径nDの増加に伴い低下する寸法効果が存在し,Dr=85%の方がDr=60%より顕著である.(3)相対密度60%,85%および10mm<換算杭径nD<500mmの範囲において,単杭のp-y関係を双曲線型p-y関係でモデル化することにより,少なくとも杭径の20%杭頭水平変位まで単杭の水平載荷実験をシミュレート可能である.(4)バイリニア型p-y関係は設定変位量以上では,杭頭水平変位,最大曲げモーメントおよびその位置を過小評価する.(5)初期地盤反力係数は地盤の弾性係数に比例し,弾性係数に与える地盤の相対密度,歪みレベル依存性および杭径の影響を考慮することによって算出可能である.(6)極限地盤反力は杭前面に土くさびを仮定した極限平衡法およびφ`の応力依存性を取り込みことによって算出可能であるが,特に相対密度の小さな場合には,土くさびの形成が困難となり,地盤内で発揮されるφ'は小さくなる.Terzaghiの提唱したφ'=tan^<-1>(2/3tanφ')を用いることにより良好な結果を得た.本研究では水平荷重を受ける砂地盤中の杭の挙動を調べると共に、大変位時までの杭のp-y関係の提案を目的とし、遠心模型実験並びに非線形パネモデルによる杭の挙動解析を行う。特に今年度は実物と同様の土の自重効果を再現できる遠心模型装置内で、直接杭のp-y関係(一方向載荷)を求め、これをモデル化、杭の水平載荷試験をシミュレートした。具体的には直径10mm、長さ20mmの円柱形分割杭に軸力測定用の歪みゲージを付けた載荷ロッドを水平に取り付け、これを地盤中に鉛直に12個重ねて配置し、相対密度Dr=85%の砂地盤において遠心加速度を1,10,25,50gと種々変え載荷ロッドに水平力を与えることにより、個々の分割杭に加わるp-y関係を正確に測定した。このような小さな変位から大変位まで整合性のとれた杭のp-y関係を測定した例は今まで皆無である。これから杭のp-y関係、特に初期地盤反力係数、極限地盤反力に及ぼす地盤の応力レベルや杭径の影響を調べた。以上から砂地盤中の杭のp-y関係は双曲線モデルで近似でき、これは2つのファクター、つまり初期地盤反力係数および極限地盤反力に依存すること、さらにこれらのファクターは応力レベルおよび杭径に依存することが分かった。初期地盤反力係数については深さの平方根に比例する形で、また極限地盤反力は深さの指数関数で表され、両者は杭径が大きくなるととともにその大きさは減少する,いわゆる寸法効果を有することが分かった。このモデルを用いて遠心場内で行った1,10,25,50gさらに杭の剛性を肉厚0.2,0.5,1.0mmの3種変えた実験をシミュレートした結果、十分現象を表すことが確かめらた。本研究では,砂地盤中の単杭のp-y関係に及ぼす地盤の相対密度Dr,杭径Dの影響を明らかにし,現行設計法で用いられるバイリニア型p-y関係との比較を行う目的として,単杭のp-y関係を直接計測することができる分割杭を開発し,水平載荷実験をnGの遠心力場内で実施した.この結果以下の結論を得た.(1)初期地盤反力係数k_<hi>は換算杭径nDの増加と共に低下する応力レベルによる寸法効果を有し,この寸法効果はDr=85%で顕著に見られ,相対的にDr=60%では影響は小さい.(2)同様に極限地盤反力P_<max>にも換算杭径nDの増加に伴い低下する寸法効果が存在し,Dr=85%の方がDr=60%より顕著である.(3)相対密度60%,85%および10mm<換算杭径nD<500mmの範囲において,単杭のp-y関係を双曲線型p-y関係でモデル化することにより,少なくとも杭径の20%杭頭水平変位まで単杭の水平載荷実験をシミュレート可能である.(4)バイリニア型p-y関係は設定変位量以上では,杭頭水平変位,最大曲げモーメントおよびその位置を過小評価する.(5)初期地盤反力係数は地盤の弾性係数に比例し,弾性係数に与える地盤の相対密度,歪みレベル依存性および杭径の影響を考慮することによって算出可能である.(6)極限地盤反力は杭前面に土くさびを仮定した極限平衡法およびφ`の応力依存性を取り込みことによって算出可能であるが,特に相対密度の小さな場合には,土くさびの形成が困難となり,地盤内で発揮される

φ'は小さくなる.Terzaghiの提唱したφ'=tan^<-1>(2/3tanφ')を用いることにより良好な結果を得た.
化学形別安定同位体セレンの生体内動態の解析

本研究では、以下に示す各事項について見当・調査を行った。・HPLC-ICP-MS法の開発1)ICP-MSによる安定同位体セレンの測定2)HPLCによる血漿セレンの分離・セレン欠乏マウスの作成・TPN患者における亜セレン酸補充・セレン栄養状態に関する疫学調査1)陰膳食事調査2)簡易食事調査票の作成・尿中セレン分別分析。これらにより、食事中セレンを化学形態別に把握し、その摂取割合を推定することが可能となり、生体内では各セレン蛋白ごとに分別してセレン量を捕らえることが可能となった。セレン欠乏となるTPN患者およびセレン欠乏マウス実験により、セレンを無機セレンとして補充した場合、アルブミン中には取り込まれないことが明らかとなった。健康人における分析では血清中セレンの26.4%はalbuminに含有されるセレンであり、無機セレンでセレン補充を行っているTPN患者の場合、血清セレンの正常域は健康人における正常域より2-3割低く設定すべきと思われる。また、セレンを補充する際のセレンの化学形態として、セレノメチオニンは不適当と考えられた本研究では、以下に示す各事項について見当・調査を行った。また、セレンを補充する際のセレンの化学形態として、セレノメチオニンは不適当と考えられた本研究では、セレン安定同位体の自然存在比と、スパイク後の比の変化が重要であり、いくつかの同位体を同時に測定する必要がある。測定条件によりある同位体の測定感度だけが著しく影響を受ける場合、解析は不可能である。そこで測定を行う安定同位体の組み合わせについて検討を行い、^<77>Seと^<82>Seの組み合わせが最適であり、スパイク用安定同位体として^<77>Seを選択した。また、ゴ-ストピークの検出用に^<78>Seの同時にモニターすることとした。ICP質量分析装置はアルゴンガスを用いるため、自然存在比のもっとも高い^<80>Seの測定は事実上不可能であるが、他の同位体、すなわち^<77>Se,^<78>Se,^<82>Seの測定では、十分な感度が得られた。また、化学形別分析に用いるゲルろ過法および高速液クロとの直接接続が可能であり、安定性も満足のいくものであった。今年度は、測定法の確立および干渉の程度の確認およびゲルろ過法、高速液クロとの直接接続など、当初予定していた基礎的な検討事項をすべてクリアすることができた。また、高速液クロとICP-質量分析装置を組み合わせること(HOLC-ICP-MS法)により、血漿中セレンを3つの成分に分離し測定することが可能であり、3成分のうち、1つはアルブミン、もう1つはリポタンパク等の高分子成分であること、他の1つは、十分な確証はないが、Selenoprotein-Pである可能性が高いことなどを明らかにした。また、通常食後(30分後)の血漿中セレン分析では、アルブミンおよび高分子画分のセレンに増加が見られた。また、生体試料に特有なミネラル成分による干渉については、高速液クロを用いることにより、セレンを結合している高分子成分にくらべミネラル等の低分子成分がカラムから遅れて溶出されるためにこれらの干渉を受けることなくセレン測定が可能であるという利点も判明した。新たに開発したtandem column方式によるHPLC(heparin AFpak+Asahipak 520)-ICP-MS分析法により、ヒト血漿中セレンをGSHPx活性を有する第1peak、albuminと同じ溶出時間をもつ第2peak、ブロム干渉によるghost peakおよびheparin加bufferで溶出されるselenoprotein-Pが主と思われる第3peakに分離することが可能となった。セレン欠餌で4週間飼育したICRマウスの血漿では第1peakは痕跡程度、第2peakは見られず、第3peakはセレン充足マウスの約40%に低下していた。安定同位体セレン(^<77>Se)を亜セレン酸の形で100μg Se/kg body wieght胃内投与し、24hr後に採血したマウス血漿では、^<77>Seは第1peakと第3peakにのみ認められ、第1peakはセレン充足マウスの約40%、第3peakでは約60%まで回復しており、第3peakは欠乏時に減少しにくく再補給時に優先的に増加すること、また亜セレン酸として投与されたセレンはalbuminと見られる第2peakには分布しないことが示された。

臓器間分布の検討では、セレン充足マウスと比較したセレン欠マウスの臓器中セレン濃度の減少率は肝や腎で大きく、大脳および精巣でのセレン減少はわずかであった。減少分に対する.^<77>Se投与後24thにおける^<77>Se取り込み率をみると、精巣がその他の臓器に比べ最も高かった。大脳では、投与後24hrで観察した場合、セレンの取り込みは少ないことが示された。また現在、亜セレン酸投与後の各臓器における経時的なセレン濃度の変動、セレンをセレノメチオニンとして含有していると考えられるSe-rich酵母を投与したマウスにおける血漿中および臓器中セレン分布、および、セレン欠乏症状がみられた完全静脈栄養患者の血清中セレンの分別分析を行っている。昨年度までに開発したtandem column方式によるHPLC-ICP-MS法を用いて、今年度はヒト血清サンプルについて検討を行った。1)セレン欠乏症状がみられた完全静脈栄養(TPN)患者に対して行われたセレン補充療法前後における血清セレンの各成分の変動を経時的に観察した。投与中、セレンは主としてselenoprotein Pに、ついでGSH-Pxに取り込まれることが明らかとなった。セレン補充中止後は、まずGSH-Pxに含有されるセレンが減少し、selenoprotein P中のセレンは比較的最後まで保たれた。補充前からアルブミン中のセレンは明確でなく、セレン投与中も増加はみられなかった。2)血清セレン濃度が正常域をわずかに下廻る程度(85μg/l)でセレン欠乏症状を呈したTPN患者における血清セレンの分析では、セレンは主としてalbuminに含有されており、selenoprotein Pに含有されているセレンは正常対照者の50%程度であった。この患者は麺類に限り経口接種が可能であった。小麦製品中セレンの化学形はセレノメチオニンと考えられており、この形態のセレンはセレン特異的蛋白への利用率が低いのではないかと考えられた。以上より、セレンを無機セレンとして補充した場合、アルブミン中には取り込まれないことが明らかとなった。健康人における分析では血清中セレンの26.4%はalbuminに含有されるセレンであり、無機セレンでセレン補充を行っているTPN患者の場合の血清セレンの正常域は健康人における正常域より2-3割低く設定すべきと思われる。また、セレン補給時におけるセレンの化学形態として、セレノメチオニンは不適当と考えられた。
細胞内ホスホリパーゼA1の“ワールブルグ効果”の解除と制がんへの応用

本研究の目的は「DDHD1による“ワールブルグ効果“の解除のメカニズムとその生物学的意義」を明らかにすることである。これまでにリン脂質代謝酵素や脂質メディエーターとミトコンドリア呼吸の関係を検討した例はほとんどない。私はDDHD1の内在性カンナビノイドの産生酵素としての役割について先駆的な研究を行ってきたが、さらに本研究は、がん細胞のエネルギー代謝変換である“ワールブルグ効果"への影響を初めて言及したものである。“ワールブルグ効果“の解除のメカニズムが明らかになれば制がんへ応用も可能となる。以上より学術的独自性・創造性が高く波及効果も期待できる。
EMGバイオフィードバックを用いた咬合診査システムの開発

咬頭干渉や早期接触などの咬合異常が顎関節症の発症の原因の一つである。しかし、日常の臨床で顎関節症にかかわるこれらの咬合異常と検出することは必ずしも容易なことではない。我々はこれまで咬合異常の検出に頚反射とEMGバイオフィードバック法が極めて有効であることを報告してきた。しかし、一般の臨床家が本法を利用するには装置に不都合な面があった。それは、頭位検出部が比較的重いこと、EMG導出用装置が高価であることなどである。この頭位検出部の重量感をなくすため、カウターバランスを備え付けなければならず、本法の装置は比較的大がかりであった。そこで今回、我々はこれらの欠点を改造し、汎用性のある頚反射・EMGバイオフィードバック装置を開発した。本装置は頭位検出部、EMG導出部および咬合分析部から構成されている。頭位検出部の角度検知器を軽量化することにより、カウターバランスをとることなく、被検者の重量感を消失することに成功した。さらに、頭位のフィードバックは光信号によって認知されるが、これまでと異なり中点凝視による方法が採用されている。この方法により、被検者はこれまでより、より頭位を一定に保つことが容易になった。一方2チャンネル用EMG導出部は一般の歯科外来で使用し得るよう、充分な交流対策を施した。また、筋協調の確立、筋活動量の調節を目的とするEMGのバイオフィードバックは音信号としてフィードバックする機構にした。その音信号がEMG活動量を忠実に再現するため、周波数特性の優れた増巾器、スピーカーを選択した。以上の頭位検出部と2チャンネルのEMG導出部の開発により、頚反射、EMGバイオフィードバック装置がより小型化され、一般歯科外来のチェアーサイドに本装置を搬入し、歯科外来の周辺機器として使用し得ることが可能となった。
CR多様体の幾何学的不変量の研究

本年度は主に、CR幾何学における全Q曲率の、CR構造の変形に関する変分、およびそのCR可積分性との関係について研究を進めた。4次元共形幾何学において、ワイル共形不変量は重要な不変量である。全Q曲率はその一般化にあたり、より高い(偶数)次元のコンパクト共形多様体に対して定義される。その定義に用いられるのは、アンビエント計量、もしくはボアンカレ・アインシュタイン計量である。CR幾何学においては、ボアンカレー・アインシュタイン計量の類似物として漸近的複素双曲アインシュタイン計量があり、これを用いて全Q曲率の類似が定義できると考えられる。特別な場合には、これに相当する考察をC.Fefferman氏と平地健菩氏が行っていたが、研究代表者による一昨年度の研究に基づき、より広いクラスのコンパクトCR多様体に対して、全Q曲率の定義が与えられた。さらにCR全Q曲率の第一変分公式が示され、特に、CR全Q曲率がゼロでない値をとる場合があることが初めて証明された。CR全Q曲率の第二変分についての研究を目指し、昨年度、より容易な共形幾何学の場合の全Q曲率の第二変分公式を、無限小アインシュタイン変形の方程式を解くというアプローチにより導いた。本年度の目標はその手法をCR幾何学の場合に応用することであった。研究の結果、共形幾何学の場合には一般の共形アインシュタイン構造において第二変分を求めることが可能だったが、CR幾何の場合にはそれに相当することは難しく、状況をより限定する必要があることがわかった。第二変分公式を求めることに相当する、CRオブストラクション・テンソルの第一変分を求める計算が、ハイゼンベルグ群におけるダイヴァージェンス・フリーな変分に対して完了した。この内容を含む論文を、発表に向けて現在準備中している。本研究においてわれわれが(強擬凸)CR多様体を調べるためにとる主要な手法は、これを漸近的複素双曲計量(ACH計量)と呼ばれる完備Riemann計量を備えた多様体の無限遠境界として捉えるというものである。以下では単に「CR多様体」と言った場合、半可積分性(partial integrability)のみを仮定する(これが、Cartan幾何学あるいは放物幾何学の観点から見て自然な設定である)。研究開始の時点でわかっていた基本的な事実をおおまかに述べれば、任意のCR多様体に対し、これを無限遠境界とするACH計量であって、対数特異性のみを持ち、Einstein方程式の形式解であるようなものが存在するということである。本年度の研究は、この状況と周辺例との比較を中心に行った。1.無限遠境界のCR構造が可積分な場合ACH-Einstein計量を用いたCR多様体の局所幾何の研究は、可積分性の仮定のもとでは、有界強擬凸領域上の完備Kahler-Einstein計量の漸近展開の研究に帰着される。このことにより、CRオブストラクション・テンソルが可積分CR多様体に対してはゼロになることを示した。CR多様体の可積分性を理解するにあたって興味深い事実と言えよう。2.共形幾何との関係共形多様体を漸近的双曲計量(AH計量)の無限遠境界と捉える研究は以前より広く行われている。この手法を用いることで近年その研究が進展した対象として、共形多様体のQ曲率が挙げられる。これに倣って、ACH計量の手法を用いて,CR多様体についても類似の量であるCR Q曲率が定義できること、さらにCRオブストラクション・テンソルは全CR Q曲率の変分として特徴づけられることを証明した。一方で、アンビエント計量の概念を通じて共形多様体とCR多様体に対する諸量を直接的に関連づけることも試みたが、こちらは現時点では成功にいたっていない。本年度は、主に次の2項目について研究を進めた。(1)CRトラクター・カルキュラスのACH-Einstein計量を用いた幾何学的実現(2)CR全Q曲率のCR構造の変形に関する変分、およびCR可積分性Riemann幾何学においてLevi-Civita接続が基本的な位置を占めるのと同様に、放物幾何(共形幾何学、CR幾何学などを含む)においてはCartan接続の概念が重要となる。このCartan接続と等価な概念としてトラクター接続が知られており、共形幾何学の場合には一定程度調べられているが、CR幾何学の場合には萌芽的な研究があるのみである。項目(1)の意義は、CR多様体の放物幾何的取り扱いとEinstein多様体の無限遠境界としての取り扱いの直接的な関係を明らかにすることにある。共形幾何学の場合と比較したCR幾何学における基本的な困難は、ACH-Einstein計量が、その共形的な取りかえを許しても無限遠境界まで非退化に延長されないことである。これを乗り越えるための方法は未だ明らかになっておらず、研究継続中である。昨年度の研究でCR全Q曲率とCRオブストラクション・テンソルの関係がわかっているため、項目(1)が十分に明らかになれば、Cartan接続の理論を用いたBernstein-Gelfand-Gelfand列の構成を通じて、項目(2)に関する一定の理解が得られると見込まれる。一方で、項目(2)に対しては、Einstein計量の無限小変形の方程式を解くことによる直接的なアプローチも考えられる。こちらを、モデルケースとしての共形幾何学の場合に完成した。この成果には、対称2テンソルの空間に作用する新しい共形不変微分作用素の構成が含まれる。同じアプローチをCR幾何学の場合に応用するのが次の課題である。

本年度は主に、CR幾何学における全Q曲率の、CR構造の変形に関する変分、およびそのCR可積分性との関係について研究を進めた。4次元共形幾何学において、ワイル共形不変量は重要な不変量である。全Q曲率はその一般化にあたり、より高い(偶数)次元のコンパクト共形多様体に対して定義される。その定義に用いられるのは、アンビエント計量、もしくはボアンカレ・アインシュタイン計量である。CR幾何学においては、ボアンカレー・アインシュタイン計量の類似物として漸近的複素双曲アインシュタイン計量があり、これを用いて全Q曲率の類似が定義できると考えられる。特別な場合には、これに相当する考察をC.Fefferman氏と平地健菩氏が行っていたが、研究代表者による一昨年度の研究に基づき、より広いクラスのコンパクトCR多様体に対して、全Q曲率の定義が与えられた。さらにCR全Q曲率の第一変分公式が示され、特に、CR全Q曲率がゼロでない値をとる場合があることが初めて証明された。CR全Q曲率の第二変分についての研究を目指し、昨年度、より容易な共形幾何学の場合の全Q曲率の第二変分公式を、無限小アインシュタイン変形の方程式を解くというアプローチにより導いた。本年度の目標はその手法をCR幾何学の場合に応用することであった。研究の結果、共形幾何学の場合には一般の共形アインシュタイン構造において第二変分を求めることが可能だったが、CR幾何の場合にはそれに相当することは難しく、状況をより限定する必要があることがわかった。第二変分公式を求めることに相当する、CRオブストラクション・テンソルの第一変分を求める計算が、ハイゼンベルグ群におけるダイヴァージェンス・フリーな変分に対して完了した。この内容を含む論文を、発表に向けて現在準備中している。CRアンビエント計量と密接な関連を持つはずのトラクター・カルキュラスの理解については具体的成果が得られず、その点ではやや不満足な状況である。一方で、半可積分概CR多様体特有の不変量であるCRオブストラクション・テンソルの研究には一定の進展がある。CRトラクター・カルキュラスのACH-Einstein計量を用いた理解を引き続き目指す。合わせて、本年度の研究において進展があったように、全CRQ曲率に関する変分問題の考察を通じて、新たな不変量が生まれることも期待されるため、この方向の研究も進める。
天然物の閉環様式を活用した膜透過キメラペプチドの開発

次世代型の創薬候補分子として、中分子サイズの環状ペプチドが近年注目されているものの、ペプチドは細胞膜通過性が低く、細胞内の創薬標的を阻害する人工ペプチド薬剤を自在に開発する原理は現時点では存在しない。そこで本研究では、望みの標的に結合する人工ペプチドリガンド配列と天然物由来の閉環様式を融合させたキメラペプチドを作製することで、細胞内で阻害活性を発揮する環状ペプチド薬剤を信頼性良く開発する汎用原理を確立することを目指す。
疾患感受性を規定する主要組織適合クラスII分子の免疫機能と多型性の解析

ウシ白血病ウイルス(BLV)による白血病発症とウシ主要組織適合性遺伝子複合体(MHC)(BoLA)クラスII遺伝子との相関性について解析した。BLV感染牛のゲノムDNAから、PCRにより増幅したBoLA-DRB3の第2エクソン267塩基対の塩基配列を決定し予測されるアミノ酸配列を比較した。β^<78>残基がTyrのホモ接合を有する個体の頻度は、白血病発症牛に比較して、未発症牛では有意に低かった。一方、ValとTyrのヘテロ接合とValとValのホモ接合を有する個体の頻度は、未発症牛に対して白血病発症牛では低かった。このVaI-β^<78>アリルは全て、β^<71>残基はLys/Argの正荷電のアミノ酸、β^<74>残基はGln/Asnの負あるいは非荷電のアミノ酸であった。以上から、Lys/Arg-β^<71>、Gln/Asn-β^<78>、Val-β^<78>のアミノ酸配列を有するアリルが、BLVによる白血病に対して抵抗性である可能性が示唆された。次に、この仮説をBLVの実験感染動物ヒツジを用いて検証した。ヒツジにBLVを接種険、白血病発症と健康に大別し、OLA-DRB1遺伝子の第2エクソンの塩基配列を決定した。その結果、β^<70-71>残基がArg-Lys(RK)であるアリルが、白血病発症に対して抵抗性である可能性がでてきた。次に、OLA-DRB1の遺伝子型がRKのへテロ接合体(RK/X)、およびX/X(Xは任意のアミノ酸残基)の個体に、BLVエンベロープに特異杓なエピトープのmix peptideを、3回免疫後BLVで攻撃接種し免疫応答とBLVの病態の進行について観察した。BLVによる白血病に対して抵抗性と予測されたRK/Xの遺伝子型を有するヒツジは、BLVに対する高い中和抗体価と著しいウイルス増殖抑制が観察され、最終的に白血病を誘発しなかった。一方、X/Xの遺伝子型を保有する個体では、peptideで免疫後中和抗体の上昇は認められず、BLVの増殖が観察され、2年後にリンパ肉腫に進行した。以上の羊の感染実験からも、BLVによる白血病発症とBoLAクラスII分子との相関性が明らかになった。ウシ主要組織適合性遺伝子複合体(MHC)(BoLA)クラスII遺伝子の中で最も多型に富み機能的な蛋白質をコードするBoLA-DRB3と、ウシ白血病ウイルス(BLV)による白血病発症との相関について解析した。BLV感染牛のゲノムDNAから、PCRにより増幅したDRB3の第2エクソン267塩基対の塩基配列を決定し予測されるアミノ酸配列を比較した。β^<78>残基がTyrのホモ接合を有する個体の頻度は、白血病発症牛とPL牛に比較して、未発症牛では有意に低かった。一方、ValとTyrのヘテロ接合とValとValのホモ接合を有する個体の頻度は、未発症牛に対して白血病発症牛、PL牛では低かった。このVal-β^<78>アリルは全て、β^<71>

残基はLys/Argの正荷電のアミノ酸、β^<74>残基はGln/Asnの負あるいは非荷電のアミノ酸であった。以上から、Lys/Arg-β^<71>、Gln/Asn-β^<78>、Val-β^<78>のアミノ酸配列を有するアリルが、BLVによる白血病に対して抵抗性である可能性が示唆された。次に、以上の仮説をBLVの実験感染動物ヒツジを用いて検証した。ヒツジにBLVを接種後、白血病発症(15頭)および健康(12頭)に大別し、BoLA-DRB3に相当するOLA-DRB1遺伝子の第2エクソンの塩基配列を決定後、予測されるアミノ酸配列を比較した。その結果、β^<70-71>残基がArg-Lys(RK)であるアリルが、白血病発症に対して抵抗性である可能性がでてきた。次に、OLA-DRB1の遺伝子型がRKのヘテロ接合体(RK/X)、およびX/X(Xは任意のアミノ酸残基)の個体に、BLVエンベロープに特異的なエピトープのmix peptideを、3回免疫後BLVで攻撃接種し免疫応答とBLVの病態の進行について観察した。BLVによる白血病に対して抵抗性と予測されたRK/Xの遺伝子型を有するヒツジは、BLVに対する高い中和抗体価と著しいウイルス増殖抑制が観察され、最終的に白血病を誘発しなかった。一方、X/Xの遺伝子型を保有する個体では、peptideで免疫後中和抗体の上昇は認められず、BLV攻撃接種後に急激なウイルス力価の上昇が観察され、2年後にリンパ肉腫に進行した。ウシ白血病ウイルス(BLV)による白血病発症とウシ主要組織適合性遺伝子複合体(MHC)(BoLA)クラスII遺伝子との相関性について解析した。BLV感染牛のゲノムDNAから、PCRにより増幅したBoLA-DRB3の第2エクソン267塩基対の塩基配列を決定し予測されるアミノ酸配列を比較した。β^<73>残基がTyrのホモ接合を有する個体の頻度は、白血病発症牛に比較して、未発症牛では有意に低かった。一方、ValとTyrのヘテロ接合とValとValのホモ接合を有する個体の頻度は、未発症牛に対して白血病発症牛では低かった。このVal-β^<78>アリルは全て、β^<71>残基はLys/Argの正荷電のアミノ酸、β^<74>残基はGln/Asnの負あるいは非荷電のアミノ酸であった。以上から、Lys/Arg-β^<71>、Gln/Asn-β^<78>、Val-β^<73>のアミノ酸配列を有するアリルが、BLVによる白血病に対して抵抗性である可能性が示唆された。次に、この仮説をBLVの実験感染動物ヒツジを用いて検証した。ヒツジにBLVを接種後、白血病発症と健康に大別し、OLA-DRBI遺伝子の第2エクソンの塩基配列を決定した。その結果、β^<70-71>残基がAmg-Lys(RK)であるアリルが、白血病発症に対して抵抗性である可能性がでてきた。次に、OLA-DRBlの遺伝子型がRKのヘテロ接合体(RK/X)、およびX/X(Xは任意のアミノ酸残基)の個体に、BLVエンベロープに特異的なエビトーブのmix peptideを、3回免疫後BLVで攻撃接種し免疫応答とBLVの病態の進行について観察した。
分散型ハイパーメディアからの構造発見とアクセス管理

本研究では,Webに代表される分散型ハイパーメディアの検索性能の一層の向上を図るための検索方式と,より効果的な情報発信・活用を行うための動的アクセス管理方式を開発した.特に,下記項目に焦点を絞り,アルゴリズム開発と試作システム開発を通じた提案方式の有効性検証を行った.Webデータの構造発見とそれに基づく自動分類・情報組織化Webページの話題構造の発見のため,Webページの主題語を語の出現密度分布から求め,また,関連語を語の共起関係から計算するアルゴリズムを開発しシステムの試作を行った.これにより,Webページ間の汎化関連や集約関連も発見することが出来た.また,Webの話題構造による検索および適合フィードバック方式を開発した.検索データの再構造化・同期化にもとづく情報自動生成同期化コンテンツを個人にあわせた形で自動生成する方式とその配信実験などを行った.利用者の閲覧履歴・嗜好にもとづくWebの動的アクセス管理Webページの個人化(パーソナライゼーション)を行うため,Webページの著者による意図表現を行うルール言語をXMLを用いて行う方式と実際にシステム試作を行い,方式の有効性を検証した.情報の新鮮度・ローカルなどによるWebデータの非伝統的な情報フィルタリング方式の開発Web情報の新鮮度やローカル度といった新しい尺度を算出する方式と,これらによる新しい情報フィルタリング方式を開発した.本研究では,Webに代表される分散型ハイパーメディアの検索性能の一層の向上を図るための検索方式と,より効果的な情報発信・活用を行うための動的アクセス管理方式を開発した.特に,下記項目に焦点を絞り,アルゴリズム開発と試作システム開発を通じた提案方式の有効性検証を行った.Webデータの構造発見とそれに基づく自動分類・情報組織化Webページの話題構造の発見のため,Webページの主題語を語の出現密度分布から求め,また,関連語を語の共起関係から計算するアルゴリズムを開発しシステムの試作を行った.これにより,Webページ間の汎化関連や集約関連も発見することが出来た.また,Webの話題構造による検索および適合フィードバック方式を開発した.検索データの再構造化・同期化にもとづく情報自動生成同期化コンテンツを個人にあわせた形で自動生成する方式とその配信実験などを行った.利用者の閲覧履歴・嗜好にもとづくWebの動的アクセス管理Webページの個人化(パーソナライゼーション)を行うため,Webページの著者による意図表現を行うルール言語をXMLを用いて行う方式と実際にシステム試作を行い,方式の有効性を検証した.情報の新鮮度・ローカルなどによるWebデータの非伝統的な情報フィルタリング方式の開発Web情報の新鮮度やローカル度といった新しい尺度を算出する方式と,これらによる新しい情報フィルタリング方式を開発した.本研究の目的は,Webに代表される分散型ハイパーメディアの検索性能の一層の向上を図るための検索方式と,より効果的な情報発信を行うための動的アクセス管理方式を開発することである.具体的には,次の3項目に焦点を絞って,アルゴリズム開発と試作システム開発を通じた有効性検証を行った:(1)部分グラフを情報単位とするWeb検索と自動分類,(2)検索と再構造化にもとづく同期化コンテンツの自動生成,(3)閲覧履歴に基づくWebの動的アクセス管理.平成12年度は,(1)については,Web文書を単なるキーワード一致に基づく検索を行うのではなく,Web文書からの話題構造の抽出を行い,話題の内容や詳細度に基づく検索が行えるようなアルゴリズムおよび試作システム開発を行った.具体的には,単語の出現密度分布情報から話題の主題語となる単語を抽出し,さらに,その主題語を説明している内容語を単語の共起度および出現密度分布情報から抽出する方式を考案した.さらに,主題語群と内容語群からなる2組グラフ群によりWeb文書の話題構造を表現し,これに基づいて,Web文書を,話題の詳細さや簡潔さなどに基づいて検索の絞込みが行える機能を実現した.(2)については,Web文書に含まれる画像とその画像の説明にあたる部分を自動抽出し,これを,画像を呈示しながら該当説明文を同時に呈示するためのアルゴリズムを考案した.(3)については,Web文書の各閲覧者の閲覧履歴や閲覧状況に応じて動的にその内容を変更・自動生成する方式を開発した.この方式は,Web文書の著者が各閲覧者に対してどのようにその文書を提示したいのかを,アクティブルールという形式を用いて容易に表現でき,このルールをWeb文書と一体化して用意することで,容易に各閲覧者に対するWeb文書の個別化(パーソナライゼーション)が可能となる.本研究では,Webに代表される分散型ハイパーメディアの検索性能の一層の向上を図るための検索方式と,より効果的な情報発信・活用を行うための動的アクセス管理方式を開発した.特に,下記項目に焦点を絞り,アルゴリズム開発と試作システム開発を通じた提案方式の有効性検証を行った.Webデータの構造発見とそれに基づく自動分類・情報組織化Webページの話題構造の発見のため,Webページの主題語を語の出現密度分布から求め,また,関連語を語の共起関係から計算するアルゴリズムを開発しシステムの試作を行った.これにより,Webページ間の汎化関連や集約関連も発見することが出来た.また,Webの話題構造による検索および適合フィードバック方式を開発した.検索データの再構造化・同期化にもとづく情報自動生成同期化コンテンツを個人にあわせた形で自動生成する方式とその配信実験などを行った.利用者の閲覧履歴・嗜好にもとづくWebの動的アクセス管理Webページの個人化(パーソナライゼーション)を行うため,Webページの著者による意図表現を行うルール言語をXMLを用いて行う方式と実際にシステム試作を行い,方式の有効性を検証した.情報の新鮮度・ローカル度などによるWebデータの非伝統的な情報フィルタリング方式の開発
イネで機能する翻訳エンハンサーのゲノムスケールでの探索

単子葉のモデル植物であるイネで機能する翻訳エンハンサーをゲノムスケールで探索し、これまでにイネ型翻訳エンハンサーとして既に報告されている5' UTR(通常の5' UTRの約10倍の翻訳活性)と比較して2倍以上の翻訳活性を持つ5' UTRを複数取得することに成功した。また、これら5' UTRは、他の単子葉植物(ライムギ等)でも高い翻訳エンハンサー活性を持つことから、単子葉型翻訳エンハンサーとしての利用が期待される。本研究は、単子葉のモデル植物であるイネで機能する翻訳エンハンサーをゲノムスケールで探索し、有用組換え植物作出への活用を図るとともに、高翻訳効率を規定するmRNA内の共通配列に迫ることを目的としている。1.イネで機能する翻訳エンハンサーをゲノムスケールで探索(1)ポリソームプロファイルの条件検討イネ培養細胞から抽出液を調整し、mRNAをリボソームの結合数に応じてショ糖密度勾配により分離するポリソームプロファイル解析を行なった。RNA量の指標とした254nmの吸光度を測定した後、勾配液を8画分に分割し、各画分から調製したRNAをアガロースゲルにて泳動し、rRNAの分布を調べた。その結果、翻訳が行なわれているポリソーム画分として第13画分を、また、より活発に翻訳が行なわれており、翻訳エンハンサーを持つmRNAが含まれると予想される画分を第1画分とした。(2)DNAマイクロアレイ解析第13画分と第1画分から調製したmRNAをセットで蛍光ラベルし、イネDNAマイクロアレイを用いて定量した。2回の独立した実験を行ない、再現性を確認するとともに、各画分に存在するmRNAの存在比を数値化した。この数値が高い程、翻訳エンハンサーを持つmRNAである可能性が高い。実際、この数値が高かったmRNAの中には、これまでにイネから単離した翻訳エンハンサーOsADH 5'UTRを持つOsADH mRNAも含まれていた。2.翻訳エンハンサーの検証今後、ポリソーム/マイクロアレイ解析より得られた候補mRNAの5'UTRが、確かに翻訳エンハンサーであることを確認するために、各種5'UTRを連結したレポーターmRNAをin vitroで合成し、イネ培養細胞プロトプラストを用いた一過性発現実験を行う予定である。双子葉植物ではRNA当たりの翻訳量を数十倍以上高める翻訳エンハンサーが知られているが、商業作物として重要な単子葉植物で効果的に機能する翻訳エンハンサーの報告はない。1.翻訳エンハンサーの検証昨年度行なったポリソーム/マイクロアレイ解析により、翻訳が行なわれているポリソーム画分である第13画分と、より活発に翻訳が行なわれており、翻訳エンハンサーを持つmRNAが含まれると予想される第1画分に存在するmRNAの存在比をLarge polysome score (LPS)として数値化した。数値が高かったmRNA、すなわち翻訳エンハンサーを持つ候補mRNAの5'UTRが、確かに翻訳エンハンサーであることを確認するために、各種5'UTR(30種類)をレポータールシフェラーゼ遺伝子に連結したベクターを構築した。今後、このベクターよりin vitroにて合成mRNAを作製し、イネ培養細胞プロトプラストを用いた一過性発現実験を行う予定である。また、ハウスキーピング遺伝子(LPS値の低いリボソームタンパク質など)の5'UTRを持つ合成mRNA等を対称とする。2.共通要素の抽出およびその検証今後、「1.翻訳エンハンサーの検証」により、確かに翻訳エンハンサーであると認められたものについてin silicoで解析する。一次配列、二次構造などの特徴についての共通要素を抽出する。加えて、どのような遺伝子が効率良く翻訳されているのかを知るために、コードされているタンパク質の機能についても合わせて分類する予定である。1.翻訳工ンハンサーの検証昨年度までに行なったボリソーム/マイクロアレイ解析により、翻訳エンハンサーを持つと予想される候補mRNAを選択した。今年度はこれら候補mRNAの5'UTR(89種類)をレポータールシフェラーゼ遺伝子に連結した合成mRNAを作製し、イネ培養細胞プロトプラストを用いた一過性発現実験を行い、翻訳エンハンサー活性をそれぞれ評価した。その結果、これまでに研究代表者がイネ型翻訳エンハンサーとして既に報告した

5'UTR(通常の5'UTRの約10倍の翻訳活性)と比較して2倍以上の翻訳活性を持つ5'UTRを複数取得することに成功した。また、これら5'UTRは、他の単子葉植物(ライムギ等)でも高い翻訳エンハンサー活性を持つことから、単子葉型翻訳エンハンサーとしての利用が期待される。2.共通要素の抽出およびその検証翻訳エンハンサー活性の高かった複数の5'UTRについて、相同性検索等を行ない、共通要素の抽出を試みたが見いだすには至らなかった。「1.翻訳エンハンサーの検証」での翻訳活性の違いは、評価に用いた5'UTRに起因するので、今後、インフォマティッグスの手法も取り入れ、in silicoにて一次配列、二次構造などの特徴について、より詳細に解析する予定である。
動物プランクトン群集のエネルギー代謝機能の解明

本研究は、動物プランクトン群集のエネルギー代謝機能の律速要因の解明を目指した。そこで、北は北海道から南は台湾周辺海域に至る様々な海域において動物プランクトン群集のエネルギー代謝速度、海洋物理環境、そしてバイオマスと体サイズスペクトルを明らかにした。エネルギー代謝速度は昼間より夜間の方が有意に高く、昼間の平均の値と比べて約4倍であった。一方、昼間でも夜間でもエネルギー代謝速度は水温・塩分といった物理環境に影響を受けていることも明らかとなった。また、バイオマスはエネルギー代謝速度に直接的な影響を及ぼしており、バイオマスで標準化したエネルギー代謝速度は体サイズが律速要因の1つであることが示唆された。本研究は、二次生産量に資する動物プランクトンの群集レベルでのエネルギー代謝機能と、その律速要因の解明を目指すものである。初年度には次の3点を行うことを計画していた。1.季節、2.緯度、3、深度(予備実験)の3つの多角的アプローチから、エネルギー代謝速度、体サイズ・スペクトル、そして物理環境測定を実施する予定であった。初めに上記の事項を実施できる体制を整える為に、航行中であっても常時、動物プランクトンを採集できるシステムを構築した。従来、動物プランクトンのサンプリングは利用する船舶の行き足を止めて行わなければならず、観測ポイントや実施時間が限られていたが、本システムにより航行中でも常時サンプリングの実施が可能となり、日本近海の広範囲を探索でき得るものである。本システムを用いた成果は以下の通りである。1.季節ー春季から冬季にかけて東シナ海・五島灘における動物プランクトン群集のエネルギー代謝速度を測定した。エネルギー代謝速度は水温と体サイズ・スペクトルに依存していることが明らかとなり、作業仮説を裏付けるものであった。また、クロロフィル量の季節変化も確認した。2.緯度ー富山湾沖から琉球列島周辺海域までの緯度変化により上記のサンプリング装置を使用して動物プランクトンを採集した。詳細は解析中であるが、水温と体サイズ・スペクトルの変化と対応してエネルギー代謝速度が変化している知見が得られた。また、日中と夜間とで同じ海域でも体サイズ・スペクトルが大きく異なることも明らかとなった。3.深度(予備実験)ー富山湾にて予備的に水深200m以深とそれよりも浅い水深帯での動物プランクトンを採集し、体サイズ・スペクトルを調べた。その結果、両者は大きく異なり、群集エネルギー代謝速度も異なることが示唆された。また、深海域の水温情報はエネルギー代謝に重要であると判断したのでその時系列変化も明らかにした。船舶が航走中でも動物プランクトン採集が可能とするシステムが立ち上がり、体サイズ・スペクトル・エネルギー代謝量、そして物理環境の測定が随時可能となった。また、本システムを用いて上記の事項の測定を継続している。加えて、本年度内に深海域における水温の時系列変化を捉えるために海底に水温ロガーを設置した。生物のエネルギー代謝量はその生物の生き様を反映する重要な生理生態学的パラメーターの1つである。本研究は、他種多様な動物プランクトン群集の地理的、季節的に変化するエネルギー代謝量とそれを決定する要因を明らかにすることを目的とした。最終年度には航行中であっても常時、動物プランクトンを採集できるシステムを利用して周年にわたり、南は台湾から北は北海道に至る幅広い海域にて動物プランクトン群集のエネルギー代謝量を求めて、群集の体サイズ構成(体サイズスペクトル)と生物体量(バイオマス)の連関について明らかにした。また、水温・塩分をはじめとする物理環境と昼夜の別も併せて明らかにした。更に、水深200mから3000mにいたる深海域の水温の時系列変化を明らかにして、CTD観測装置にプランクトンネットを取り付けて任意の水深間のプランクトンを採集する装置も新たに開発した。これらの調査結果から、海洋における二次生産量に資する動物プランクトン群集のエネルギー量はバイオマス、および水温と体サイズスペクトルの変化に極めて依存していることが明らかとなり、当初の作業仮説である「群集のエネルギー代謝速度は群集の体サイズ構造と物理環境により説明される」という仮説を支持する結果となった。ここでの知見は、気候変動に伴う海洋環境の変化に対する生物群集の応答を予測する基盤と成り得るもので、今後、継続して物理環境と体サイズスペクトルをモニタリングしていく必要があると考えられる。今後の研究は当初の計画通りに実施する。今年度中に深海域の動物プランクトン群集のエネルギー代謝量、体サイズ・スペクトル、物理環境を明らかにする。また、深海域に設置した水温ロガーを揚収しその時系列変化を明らかにする。加えて、動物プランクトンのエネルギー代謝量と水温の関係についても明らかにする。

生理生態学、漁業生態学機器が当初の計画より安価であったこと、またフィールド調査が悪天候の為実施できないことがあったことが理由として挙げられる。前年度、実施できなかったフィールド調査ならびに解析に必要な人件費・出張費・消耗品費に使用する予定です。