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休廃止鉱山における重金属汚染残土・水の浄化およびリスク逓減に関する新技術

本研究では,カヤツリグサ科ハリイ属マツバイなどの有害金属に対する重金属超集積植物を用いたファイトレメディエーション技術を実用化するため,スクリーニング調査,ラボ実験,室内・温室栽培実験,フィールド実験およびエンジニアリング設計ならびに経済性評価を行った.その結果,マツバイを用いたファイトレメディエーションが重金属汚染された土壌・水環境の浄化に有効であることが明らかになった.本研究では,カヤツリグサ科ハリイ属マツバイなどの有害金属に対する重金属超集積植物を用いたファイトレメディエーション技術を実用化するため,スクリーニング調査,ラボ実験,室内・温室栽培実験,フィールド実験およびエンジニアリング設計ならびに経済性評価を行った.その結果,マツバイを用いたファイトレメディエーションが重金属汚染された土壌・水環境の浄化に有効であることが明らかになった.本年度の研究実績の概要は以下の通りである。(1)休廃止鉱山地域のスクリーニングおよび環境岩石学的調査今年度は、愛媛県西条市・市之川鉱山の残土堆積場、中国地方のA廃止鉱山周辺および北海道地方のB廃止鉱山において、自生する植物のスクリーニング調査(生態調査)および環境岩石学的言調査・研究を行った。鉱山周辺の残土の分布ならびにその周辺の植生分布図を作成した。自生植物のスクリーニングの結果、Asを吸収・蓄積するシダ植物を発見した。残土中の変質岩岩片およびズリを採取し、既存の岩石薄片作成装置一式を用いて薄片を作成した。初生的構成鉱物および風化二次鉱物を同定し、重金属が濃集する岩相および鉱物の産状・風化状況を明らかにした。(2)ラボ実験システムの構築a.重金属精密分析システムの構築:土壌、水および植物に含まれる重金属を迅速かつ精密に定量分析するためのシステムを構築した。特に、植物の分析に関しては、部位ごとに重金属濃度が大きく変化するため、微量試料の分析が可能なクリーンラボシステムを立ち上げた。ブランクおよび標準試料データに関して、従来のそれと比較して極めて良好な結果力得られた。(3)温室(室内)栽培実験安定した環境で栽培実験を行うため、温室および室内における栽培実験を行った。本年度は、昨年度発見した重金属超集積植物であるカヤツリグサ科のマツバイおよびシダ植物のイワガネゼンマイに関して、土壌および水から効率的に重金属を吸収する生育条件を明らかにした。特に、今年度の実験結果に基づいて、イワガネゼンマイが砒素の超集積植物であることが明らかになった。本年度の研究実績の概要は以下の通りである.(1)休廃止鉱山地域の土壌・水・植物スクリーニング調査(1)愛媛県市ノ川鉱山周辺,(2)愛媛県弘法師鉱由周辺,(3)愛媛県佐々連鉱山鉱山周辺,(4)岡山県吉永町廃止鉱山周辺,および(5)北海道豊羽鉱山周辺において,土壌・水および自生する植物のスクリーニング調査(重金属濃度分析)を行った.特に(1)(2)に関しては,AsおよびSb,(3)に関しては,CuおよびZn,(4)に関してはAs,Cu,Zn,PbおよびCd,および(5)に関してInムの蓄積濃度が高い植物を探索した.その結果,ヘクソカズラがSbの集積植物であることが明らかになった.(2)室内水耕栽培実験a.重金属精密分析システムの構築:土壌,水および植物に含まれる重金属を迅速かつ精密に定量分析するためのクリーンラボシステムを愛媛大学理学部に構築した.b.植物の水耕栽培実験:この実験は,温度条件および光源を一定として,実際の鉱山廃水を用いて重金属超集積植物および重金属集積植物の重金属蓄積速度を明らかにするために行った.モエジマシダ,イワガネゼンマイ,マツバイおよびヘクソカズラに関して,この実験を行った.その結果,マツバイに関してはヒ素およびアンチモン,ヘクソカズラに関してはアンチモンの吸収速度が明らかになった.(3)室内土壌栽培実験重金属集積植物の生育条件の検討:ヘクソカズラの各重金属に対する耐性ならびにアンチモンの蓄積能力を明らかにすることを目的に土壌栽培実験を行った.その結果,ヘクソカズラのアンチモンに対する蓄積能力があることが明らかになった.(4)フィールド実験(1)(3)の研究結果に基づいて,上記(1),(3),(4)および北海道の本庫鉱山地域において重金属汚染された残土もしくは用水路・河川において,マツバイのフィールド栽培実験を行った.その結果,マツバイは鉛に関して,超集積植物であることが明らかになった.重金属超集積植物のマツバイを用いた水耕栽培実験を行った.実験では,マツバイはその汚染された水によく順応して生育することができた.また,Sbの集積植物のヘクソカズラの水耕栽培実験では,あまりSb濃度が高くなかったが,土壌栽培実験ではSb濃度が最大で122mg/kgであった.マツバイのフィールド栽培実験は国内の鉱山3カ所で行った.その結果は,マツバイが重金属汚染された河川水から多種類の重金属を吸収・蓄積する能力があることを示唆している.また,褐色の葉が緑の葉・根よりも高濃度に重金属を蓄積していた.この事実からマツバイに蓄積された重金属は枯れた後も溶出せずに体内に固定されていると考えられる.ヘクソカズラのフィールド栽培実験は愛媛県市ノ川鉱山で行った.その結果,ヘクソカズラが日本初のSb集積植物であることが明らかになった.また,ヘクソカズラは高濃度のSbを含む水・土壌でも順調に生育することから,Sb耐性も高いと考えられる.

したがって,ヘクソカズラは,自然由来のSb汚染された土壌のファイトレメディエーションを数年間にわたり継続して行う上で,非常に有効な能力を有していると言える.実験研究結果に基づいて,マツバイによるファイトレメディエーションにおけるエンジニアリング設計および経済性について検討した.その結果,マツバイによる重金属汚染された水環境のファイトレメディエーションが可能な条件として,(1)河川の場合,砂防ダム前面の湿地など水の流速が極めて遅い環境であること,(2)水深がほぼ一定で,かつ数10cm以下であること,が挙げられる.また,マツバイが吸収した重金属は,その大部分が体内のプラントオパールに蓄積されていることから,一種の不溶化が行われていることになる.それに基づく経済性の評価は,従来の不溶化や浄化技術と比較して,1/100程度のコストで十分であるという結論に達した.
トカラ列島におけるクワガタムシ科甲虫相の形成史に関する研究

火山島であり周辺地域と陸続きになっていないと考えられるトカラ列島における甲虫相の形成史を明らかにするために,分布パターンの異なるクワガタムシ科甲虫について分子集団遺伝学的および比較形態学的解析を行い,またコガネムシ上科甲虫の分布パターンも調査・比較することにより,トカラ列島への侵入経路,侵入時期および侵入回数を明らかにし,火山島における甲虫相の形成に与える地史や海流の影響を明らかにした.火山島であり周辺地域と陸続きになっていないと考えられるトカラ列島における甲虫相の形成史を明らかにするために,分布パターンの異なるクワガタムシ科甲虫について分子集団遺伝学的および比較形態学的解析を行い,またコガネムシ上科甲虫の分布パターンも調査・比較することにより,トカラ列島への侵入経路,侵入時期および侵入回数を明らかにし,火山島における甲虫相の形成に与える地史や海流の影響を明らかにした.火山活動によって形成されたトカラ列島各島嶼へのクワガタムシ科甲虫の侵入経路や侵入時期などを明らかにするための第一歩として、トカラ列島の各島嶼およびその周辺地域における現地採集調査を行った。まず、村条例により昆虫採集が禁止となっているトカラ列島を管轄する十島村から調査許可を取得して、口之島、中之島、諏訪之瀬島、悪石島、宝島の主要5島について約2週間をかけて現地調査を行い、分子および形態解析に用いる各種クワガタムシ科甲虫のサンプル採集を行った。また、トカラ列島の各島嶼との比較を行うサンプル確保のために、本列島の南北に位置する地域、つまり北側に位置する九州南部の鹿児島県薩摩地域、および南側に位置する奄美諸島の奄美大島と徳之島を調査し、解析用の各種クワガタムシ科甲虫のサンプル採集を行った。さらに、今年度に採集した各種クワガタムシ科甲虫のサンプル、およびこれまでに収集してきたサンプルを用いて、比較形態学的解析と分子系統学的・分子集団遺伝学的解析を開始した。比較形態学的解析として、まずトカラ列島のタカラヒラタクワガタとの比較に用いる九州および周辺島嶼のヒラタクワガタ4亜種について外部形態の計測を行った。また、分子系統学的・分子集団遺伝学的解析として、新たにトカラ列島とその周辺地域のサンプルのDNA抽出を行い、これまでにも塩基配列を決定してきたミトコンドリアDNAの16SrRNA遺伝子の塩基配列を追加決定し系統解析を行った。また、トカラ列島の島嶼間の詳細な差異を検出するためのミトコンドリアDNAのチトクローム酸化酵素サブユニット1(COI)遺伝子についても塩基配列の決定を開始している。今年度中に決定予定だった分子系統学的・分子集団遺伝学的解析のための核遺伝子領域であるが、効率よくPCRにより目的領域の増幅が行えるプライマーセットが見いだすことができなかった。火山活動によって形成されたトカラ列島各島嶼へのクワガタムシ科甲虫の侵入経路や侵入時期などを明らかにするために,前年度に引き続きトカラ列島の各島嶼およびその周辺地域における現地採集調査を行った.トカラ列島を管轄する十島村から調査採集許可を取得して,中之島,宝島,小宝島で現地調査を行い,分子および形態解析に用いる各種クワガタムシ科甲虫他のサンプル採集を行った.また,トカラ列島との比較を行うサンプル確保のために,本列島の南北に位置する地域のうち,南側に位置する沖縄諸島の沖縄本島,ならびに北側に位置する大隅諸島の三島村3島について三島村より調査採集許可を取得して調査を行ない,解析用の各種クワガタムシ科甲虫他のサンプル採集を行った.また,これらの調査の採集記録等の一部を学会誌等に発表した.さらに,今年度までに採集した各種クワガタムシ科甲虫のサンプルを用いて,分子系統学的・分子集団遺伝学的解析と比較形態学的解析を行なった.分子系統学的・分子集団遺伝学的解析として,新たにトカラ列島とその周辺地域の各種サンプルのDNA抽出を行い,ミトコンドリアDNAの16S rRNA遺伝子の塩基配列を追加決定し系統解析を行なうとともに,トカラ列島の島嶼間の詳細な差異を検出するためのミトコンドリアDNAのチトクローム酸化酵素サブユニット1(COI)遺伝子についても塩基配列の決定を行なっている.核遺伝子領域についても,効率よく解析を行うことが可能な遺伝子領域の検討を行っている.比較形態学的解析として,各種の外部形態の計測を行い,各島嶼間の相違を検討している.動物地理区の東洋区と旧北区の境界に位置し、火山活動によって形成された奄美諸島と大隅諸島の間に位置するトカラ列島の各島嶼へのクワガタムシ科甲虫の侵入経路や侵入時期などを明らかにすることを目的として、本年度もトカラ列島の各島嶼およびその周辺地域における現地採集調査を行うとともに、分子系統学的・分子集団遺伝学的解析と比較形態学的解析を行ない、その様相を詳細に調査した。まず、現地採集調査はトカラ列島を管轄する十島村から調査採集許可を取得して、中之島、平島、諏訪之瀬島、小宝島、宝島の有人島5島に加えて、現在無人島となっている臥蛇島についても入島許可を取得し現地調査を行い、分子および形態解析に用いる各種クワガタムシ科甲虫他のサンプル採集を行った。また、トカラ列島と比較を行うサンプル確保のために、周辺地域のうち北側に位置する大隅諸島の屋久島と口永良部島で調査を行ない、解析用の各種クワガタムシ科甲虫他のサンプル採集を行った。これらの調査の採集記録等の一部を学会誌・学会大会にて発表した.さらに、本年度までに採集した各種クワガタムシ科甲虫のサンプルを用いて、分子系統学的・分子集団遺伝学的解析と比較形態学的解析を行なった。

主にミトコンドリアDNA遺伝子を用いた解析により、クワガタムシ科は種によって南北から移入経路に相違があり、さらに種および島嶼によって周辺地域の集団との遺伝的分化の程度の違いが生じていることが明らかになった。特にリュウキュウノコギリクワガタは、奄美諸島地域からの複数回の侵入により各島嶼に定着したと考えられ、さらに島嶼間での集団間の遺伝的分化も見られた。また、各種の外部形態の計測に基づき各島嶼間の比較形態学的解析を行った。
イオン結合性架橋の利用による成形可能な高耐久性リグニンエラストマーの創生

リグニンは植物の主要構成成分として自然界に最も豊富に存在する芳香族ポリマーであり、石油に頼らない持続可能な社会の発展を目指す上でその利用技術の開発が重要視されている。本研究では、主要なリグニン製品の一つであるリグニンスルホン酸とカチオン性高分子を原料として、成形加工性・強度・靭性に優れたバイオベース弾性材料の創生とその用途開拓を目指す。
色彩・形態知覚空間の多次元特性の生成機構の解析

色彩・形態の多次元知覚空間の生成機構について、主として明るさ属性・色属性と形態属性との関係に関して検討した。明るさ系と色系の分化は、視覚系の初期の情報処理段階で生じ、並列処理の基本となっている。平成2年度においては、第一に、知覚の最も基本的な機構である感度調整に関して、神経ネットワ-クの考え方に基づいて検討した。知覚現象にみられる安定的かつ柔軟な感度調整が、ガウス関数で表現される神経細胞受容野特性と神経細胞の広範囲にわたる機能的結合により行われることを明らかにした。次に、色相・彩度属性に関する色知覚について、表色系で現される色空間をサンプリング理論に基づいて情報評価量と関係づけることにより、色変換過程について検討した。その結果、色系では、赤一緑系の並列処理過程により反対色系が最大情報量の確保、情報enhencementという重要な役割をしていることを明らかにした。以上の明るさ系・色系の並列処理過程の基本的機能の解析結果を基に、平成3年度においては、更に高次の情報処理過程の結果生成される形態知覚において、多次元的知覚属性手がかりがどのように統合されるのかを検討した。このために、形態知覚の基盤となる輪郭線の知覚、主観的輪郭線の錯視現象について、明るさ系と色系の機能的関係を検討した。その結果、刺激の幾何学的布置、順応状態により、輪郭線知覚への明るさ系と色系の関与の仕方が複雑に変化することを明らかにした。実験結果に基づき、輪郭線・形態知覚に関与する機構としてendーofーline検出機構とコントラスト検出機構を基本とするモデルを構築することにより、多次元知覚空間の基本となる明るさ・色・方向・長さといった知覚属性は、並列的に行われる特徴抽出により生成されるが、形態知覚においては、刺激状況に応じてこれらの手がかりが輻合的あるいは発散的に寄与することが明かとなった。多次元知覚空間を生成する階層的な視覚情報処理に関し、明るさ属性と色相・彩度属性について検討した。視覚系において最も基本的な機構は、網膜における感度調整である。Weber法則に代表される明るさ感度調整は、感覚受容器に普遍的にみられるミカエリス-メンテン反応曲線と深く関係していることが、従来の研究により明かとなっている。本研究では、最近の生理学的研究で最も重要な事実である、神経細胞の広範囲にわたる機能的結合に注目し、神経ネットワ-クの考え方に基づいて、網膜における感度調節のメカニズムについて熱力学的モデルを構築した。このモデルは、感度あるいは"強度"属性が神経ネットワ-ク系の熱力学的平衡状態により安定的にコントロ-ルされることを示すとともに、ガウス関数で表現される神経細胞受容野特性の生成過程を説明する。次に、色相・彩度属性に関する色知覚は、CIE xyz表色系による色空間として表わされるが、これを、サンプリング理論に基づいて情報評価量と関係づけることにより、色変換過程について検討した。スペクトル変調に対する視覚系の解像度をフ-リエ解析手法を色空間に適用することにより推定すると、低周波数通過型で特徴づけられる錐体受容器が反応し得ない高周波数に対して応答していることが明かとなった。更に、色度弁別のデ-タをLineーelement理論に基づいて再検討することにより、従来の、明るさ・赤ー緑・黄ー青独立系による色覚モデルの不充分さが明かとなった。以上の解析結果を基に、色の知覚表現を説明する新たなモデルとして、赤ー緑系の並列処理過程を含む色覚モデルを構築した。このモデルは、反対色系が、最大情報量の確保、情報enhancementという重要な役割をしていることを明らかにした。

色彩・形態知覚における多次元特性と、視覚情報処理の階層性・並列性との関係を、輪郭線・形態知覚に関連した錯視現象を中心として検討した。視覚系の情報処理の並列性は、初期の段階の特徴抽出過程における明るさ系と色系の分化が基本となっている。従来の研究では、形態知覚は、空間解像度・時間解像度のよい明るさ系の機能と関連づけて解析されてきた。本研究では、形能知覚における多次元的知覚属性手がかりの統合がどのように行われるのか、特に、明るさ系・色系の機能的関係を明らかにするために、形態知覚の基盤となる輪郭線の知覚現象、主観的輪郭線の知覚について、色彩パタ-ンを用いた精神物理学的測定を行なった。その結果、従来、明るさ系によって処理が行なわれると考えられてきた輪郭線の知覚に、色系が関与していること、及び、刺激の機何学的布置・順応状態により明るさ系と色系の関与の程度が複雑に変化することが明らかとなった。本研究で得られた知見は、皮質視覚2次野における形態情報処理過程では2つの機構が関与するという生理学的研究に基づく仮説を支持するとともに、それらの機構の特性はendーofーeine検出機構とコントラスト検出機構として考えることができることを明らかにした。又、視覚系の階層構造の中で、並列的に行なわれる特徴抽出により生成される方向・長さ・明るさ・色といった多次元的な属性、及び知覚的手がかりが、輪郭線知覚の生成においては、刺激状況に応じて、輻合的にあるいは発散的に寄与することを明らかにした。
多剤耐性遺伝子アンチセンス DNAを用いたヒト難治性急性白血病の基礎的研究

急性白血病治療において化学療法に難治性となる原因になると考えられている多剤耐性mdrl遺伝子産物であるP糖蛋白産生の抑制を目的としてP糖蛋白をコードするmRNAに対するアンチセンスDNAを作製し白血病細胞に導入し、P糖蛋白産生の低下および薬剤感受性回復の可能性を検討した。mdrl遺伝子イニシエーター領域における24merのアンチセンスをリポポリアミンに包埋し、白血病細胞に添加4日間培養した。アンチセンスの細胞内取り込み率は約50%であった。ヒト多剤耐性白血病細胞株K562ADMに多剤耐性遺伝子mdrlアンチセンスを投与した群では蛍光抗体法でみると蛍光は著明に減少した。2,5uM-20uMと種々の濃度のアンチセンスを添加した場合、Flow cytomertyによるP糖蛋白陽性率は濃度依存性に減少し、10uMで約50%、20uMでは約25%となった。これに比しセンス投与群、ランダムコントロール投与群ではP糖蛋白陽性率は変化せず、その効果はアンチセンス群に特異的であった。白血病患者から採取した白血病細胞について検討すると、5症例で検討した結果ではアンチセンス濃度2,5uM添加によりP糖蛋白陽性率は明らかに減少し、さらに増量しても陽性率は減少しなかった。アンチセンス投与による薬剤細胞内含有量の変化を測定すると、アンチセンス添加後のK562ADMおよび新鮮白血病細胞の細胞内ダウノルビシンのacumulationは増加し、また細胞内ダウノルビシンretentionも増加した。アンチセンスを投与にやりヒト白血病細胞株K562ADMおよび症例から採取した白血病細胞のP糖蛋白は著明に低下し、その低下はP糖蛋白の機能としての薬剤含有量の増加を伴っていた。白血病細胞株のみならず新鮮白血病細胞でもP糖蛋白の減少を認めたことは、将来の薬剤耐性克服法として、アンチセンスの有望性を示唆するものと思われる。ヒト多剤耐性白血病細胞株K562ADMを用いた基礎的研究を行なった。ヒト耐性遺伝子mdrlのループ領域およびイニシエーター領域におけるアンチセンスDNA、センスRNA、ランダムコントロールを作製、精製した。トランスフェクタムにアンチセンスDNAを導入し、K562ADMへの取り込みがどの程度あるかについて検討した。5'エンドラベリング法を行い検討すると、細胞内取り込み時間は4時間でピークとなり約50%の細胞に取り込まれることがわかった。アンチセンスDNAで処理したK562ADMの培養期間および添加するアンチセンスDNAの量についての検討をP糖蛋白に対するモノクローナル抗体を用いFlow cytometerで測定することにより行った。その結果、アンチセンスDNA、0.5-1uMを添加することによって、培養2日後にP糖蛋白陽性率の軽度の低下を認めた。アンチセンスDNA導入によるmdrl遺伝子の発現抑制の程度については現在Northern blot法で、P糖蛋白の程度についてはWestern blot法で確認中である。一層のP糖蛋白陽性率の低下をはかるため、アンチセンスDNAの細胞への添加方法、トランスフェクタムではなくリポゾームを用いる方法などについて現在検討中である。
慢性期BPD患者におけるPG-TBX-LTの検討

新生児呼吸管理例の救命率増加に伴い、BPDを始めとする慢性肺疾患症例も近年増加しており、これらのその後の管理が問題になってきている。過去5年間の当施設における慢性肺疾患患児の乳・幼児期の呼吸器症状に対して、加療を要した例は66%あった。いわゆる肺性心を呈した例は17%、気管支喘息と同様の症状を反復する(急性憎悪)例は25%あった。BPD発症患児の新生児期における、気管肺洗浄液や血漿中のプロスタサイクリン、トロンボキサン、ロイコトリエンなどPG系物質の増加は知られており、種々のケミカルメディエーターのBPDの病態への関与が報告されている。BPD患児の慢性期(乳・幼児期)における、これらの物質の推移と肺性心・肺高血圧、急性憎悪期の病態との関連を検討することが、今回の研究の目的であった。PG系物質のうち不安定な活性物質は、測定に不向きであり、比較的安定な代謝産物とされている-(1)血中の6-Keto-PGF_<1alpha>(前駆物質PGl_2)、TXB_2(前駆物質TXA_2)、(2)PGl_2の尿中代謝産物である、2,3-Dior-6-Keto-PGF_<1alpha>の蓄尿中の定量を行った。現在のところ尿中排泄量の変化が、PG合成系の活動度を推測するための指標として役立つと思われ、重点的に測定中である。対象となるBPD慢性期の症例数がまだ少なく、また正常コントロール、他疾患児(気管支喘息、肺高血圧、川崎病など)における参考値も必要と思われ、検体数を増やして現在測定中である。尚、今回の研究期間中の対象例の中で、肺性心・肺高血圧を伴っており、感染を契機に呼吸器症状が急性悪化し、長期呼吸器管理を要した1例を経験した。この症例では、喘息に対して有効性がいわれているTXA_2合成酵素阻害剤の使用を試みたので、臨床経験及びPG系物質推移との関係も検討中である。
インドネシアにおける大正琴の受容と変容に関する民族音楽学的研究

本研究では、インドネシアに戦前に輸出され、各地域に根付き、その伝統音楽に対応するように楽器の形を変えていった大正琴の形態とその音楽に焦点を当て、インドネシアにおける大正琴(プンティン、ノリン、マンダリオン)の受容と変容について、現地でのフィールドワークを通して明らかにすることを目的として実施している。今年度の調査の中心はバリ島西部(バリ州タバナン県ププアン郡ププアン村)に伝承している大正琴を起源とする楽器マンドリンmandolinの調査を集中的に実施した。この地域では、1930年に華人の手を通して楽器を入手したイ・クトゥ・ラストラI Ketut Lastraが新たに製作した楽器が、マンドリンの起源になったと伝承されている。ププアンはバリ島の山間部にありながらも、古くから華人集落が存在する地域であり、さらに華人がこの地域の商業経済を担っていたことから、日本から輸出された大正琴が、華人たちの手により山村のププアン村に伝播した可能性が調査を通して高まった。ププアン村で製作された古い楽器は日本から輸出された大正琴とほとんど同型であるが、音階は五音音階の楽器に変化した。当時はマンドリン(2台から3台)、竹笛スリンsuling、竹製口琴ゲンゴンgengongの三つの楽器だけのアンサンブルであり、友人が集まる場なので演奏されたという。しかし1991年には完全演奏されなくなった。今回の調査ではププアン村出身の音楽家イ・マデ・ウィアルタワンI Made Wiartawanが、2000年に楽器を復興させ、大編成のアンサンブルを結成、また2007年には全音階の楽器を製作し、洋楽とのコラボレーションができる楽器となっていた変化とその背景について明らかにした。なお、今年度は、バリ島とは別に2019年度に実施するスラウェシ島の大正琴を起源とする楽器の予備調査を行い、調査地を選定した。2018年度の調査状況はやや遅れている。バリ島西部の大正琴については、その伝播の背景、楽器の形態をはじめ、その変化について多くのインフォーマントを通して重要な情報を得て、そのデータや文献をもとに「バリ島西部ププアン村に伝承される大正琴を起源とする楽器マンドリン」『静岡文化芸術大学研究紀要』第19巻、pp.165-170として調査報告を発表した。さらに今年度はこれまで全く研究成果のなかったスラウェシ島の予備調査を行い、マンダリオンとよばれる大正琴を起源とする楽器が、中部スラウェシのワジョ県、シドゥラップ県、ソペン県の周辺で演奏されていることがわかり、また、その演奏地域まで細かく特定することができた。この予備調査の結果は次年度のスラウェシの島の本格的な調査につながる大きな成果だった。ただし、2018年9月に起きたスラウェシ島の地震・津波被害により、12月の予備調査ができず、年度末の3月に遅れて実施したことから、年度内には本調査を実施できなかった。このように実施計画の遅延の主たる理由は天災である。2019年度はスラウェシ島に伝播した大正琴の調査を中心に据えて研究を実施する予定である。今回の調査においてスラウェシ島在住の民族音楽学者は、この島で演奏されているマンダリオンmandaliongが、インドから持ち込まれた楽器と考えている。この根拠は、マンダリオンにみられるドローン弦の存在である。来年度の調査では、マンダリオンの楽器形態、曲の種類やその構造、演奏法などを明らかにしたい。またこの調査結果は、今年度同様、研究報告としては大学の研究紀要などに執筆し、研究を公開していく予定である。2020年度も引き続きスラウェシ島の楽器調査を継続するが、合わせて、ロンボック島、バリ島の調査(バリの場合は東部)も実施する。今回の調査で、スマトラ島にも大正琴を起源とする楽器が存在していることが明らかになったため、この楽器調査も実施したいと考えている。最終年度(2021年度)には、各地の楽器の特徴の比較、音楽の比較を行い、学会発表や論文執筆などを行い、研究の総括をする予定である。

今回の調査ではププアン村出身の音楽家イ・マデ・ウィアルタワンI Made Wiartawanが、2000年に楽器を復興させ、大編成のアンサンブルを結成、また2007年には全音階の楽器を製作し、洋楽とのコラボレーションができる楽器となっていた変化とその背景について明らかにした。なお、今年度は、バリ島とは別に2019年度に実施するスラウェシ島の大正琴を起源とする楽器の予備調査を行い、調査地を選定した。2018年度の調査状況はやや遅れている。バリ島西部の大正琴については、その伝播の背景、楽器の形態をはじめ、その変化について多くのインフォーマントを通して重要な情報を得て、そのデータや文献をもとに「バリ島西部ププアン村に伝承される大正琴を起源とする楽器マンドリン」『静岡文化芸術大学研究紀要』第19巻、pp.165-170として調査報告を発表した。さらに今年度はこれまで全く研究成果のなかったスラウェシ島の予備調査を行い、マンダリオンとよばれる大正琴を起源とする楽器が、中部スラウェシのワジョ県、シドゥラップ県、ソペン県の周辺で演奏されていることがわかり、また、その演奏地域まで細かく特定することができた。この予備調査の結果は次年度のスラウェシの島の本格的な調査につながる大きな成果だった。ただし、2018年9月に起きたスラウェシ島の地震・津波被害により、12月の予備調査ができず、年度末の3月に遅れて実施したことから、年度内には本調査を実施できなかった。このように実施計画の遅延の主たる理由は天災である。2019年度はスラウェシ島に伝播した大正琴の調査を中心に据えて研究を実施する予定である。今回の調査においてスラウェシ島在住の民族音楽学者は、この島で演奏されているマンダリオンmandaliongが、インドから持ち込まれた楽器と考えている。この根拠は、マンダリオンにみられるドローン弦の存在である。来年度の調査では、マンダリオンの楽器形態、曲の種類やその構造、演奏法などを明らかにしたい。またこの調査結果は、今年度同様、研究報告としては大学の研究紀要などに執筆し、研究を公開していく予定である。2020年度も引き続きスラウェシ島の楽器調査を継続するが、合わせて、ロンボック島、バリ島の調査(バリの場合は東部)も実施する。今回の調査で、スマトラ島にも大正琴を起源とする楽器が存在していることが明らかになったため、この楽器調査も実施したいと考えている。最終年度(2021年度)には、各地の楽器の特徴の比較、音楽の比較を行い、学会発表や論文執筆などを行い、研究の総括をする予定である。2018年度の夏に、スラウェシ調査を実施する予定であったが、中部スラウェシで大地震と津波の被害があり、秋の予備調査を断念したことの理由が大きい。また予定していた備品購入を見送ったことも理由の一つである。2019年度は、備品の購入も含め、本格的なスラウェシ島調査を実施する予定であり、2018年度分と2019年度分を合わせた助成金を研究に有効利用する予定である。
衛星観測に基づく雲底高度推定とその応用による衛星データ同化手法の開発

本研究では,数値気象モデルによる降水予測精度向上のため,衛星搭載マイクロ波放射計による観測データを活用したアンサンブルカルマンフィルタによるデータ同化手法の開発を実施し,複数周波数帯の観測輝度温度の活用および複数時刻の観測データを活用した連続データ同化によって,モデル大気場の修正効果に向上する傾向がみられることを明らかにした.また,雲微物理量の鉛直分布を与える際の雲底高度について,温度依存性が大きく,その関係を活用することにより,適時性の高い雲底高度を推定することが可能となることを示した.平成26年度は運輸多目的衛星MTSAT及び衛星搭載マイクロ波放射計AMSR-Eを用いたアンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)によるデータ同化手法の構築に取り組み,設定の違いについて基礎的な検討を行った.アンサンブルメンバー数を変化させた実験では,比較的少数のメンバーでも同化による改善が期待できることが示された.アンサンブルメンバーに与える初期摂動に関しては,雲微物理量の初期摂動の変動幅が同化結果に与える影響は大きく,適切な摂動を与えることの重要性が示唆された.同化対象変数については,水蒸気量を同化対象に含む,または含まない実験を行い,水蒸気を同化対象に含む方が降水予測結果が良く,同化に用いている37GHz輝度温度の水蒸気への感度は必ずしも高くはないが,その場合でも改善効果があることが示された.また,グラフィカルモデルの活用と,粒子フィルタ・EnKFについて,雲微物理衛星データ同化に対する適用性を検討した.Lorenz 63モデルを用いた試験では,雲微物理衛星データ同化への適用を想定し,粒子数や,観測ノイズに一定方向バイアスを加えた場合の検討を行い,誤差要因についてグラフィカルモデルを用いた検討の有効性が確認できた.フィルタ手法の適用については,一定方向バイアスの場合には,粒子フィルタが適切に働くことが確認できた一方,粒子数が不足する場合には,EnKFの方が有効であることが確認でき,本問題へのEnKF適用の有効性が確認できた.陸面放射率については過去の全球プロダクトの収集及び基礎的解析を行うとともに,放射率算定モデルTELSEMの動作確認を行った.また,現地観測についてはシーロメータ,気象センサー(風速、風向、降水量、気圧、気温、相対湿度), Webカメラ,2次元降水粒子計による地上観測を実施し,観測データの自動記録・収集および可視化システムを構築した.平成27年度はEnKFによる衛星データ同化手法におけるアンサンブルメンバー作成において各種雲微物理量の温度依存性を考慮し,数値気象モデル内の気温を用いた鉛直配分手法の構築及び実装を行った.水蒸気量の鉛直配分については,雲層内の相対湿度を100%とする従来の手法では予測降水量が過大となることから,相対湿度を9097.5%まで段階的に変化させるとともに,複数の相対湿度設定を与えた実験を行い,過大な予測降水量の抑制を実現した.さらに,AMSR-E/AMSR2観測に基づく積算雲水量データを用いて,空間分布を考慮した雲微物理量の定義を行うこととした.また,雲水量に感度を持つ37GHz輝度温度データに加え,水蒸気量に感度を持つ23GHz輝度温度データを併用した同化を行うことで同化効果の改善を図った.複数の観測データの活用に当たっては,同時に同化する場合と,順序を変え逐次的に同化する実験を行い,同化結果の比較を行った.同化過程で用いる陸面放射率については,既存の陸面放射率データから月別陸面放射率の気候値を作成し,海陸の放射率の違いを考慮した放射伝達モデルの実行及びデータ同化手法の実装を行った.同化に関する理論的検討では,これまで開発した粒子法流体解析での簡易的な尤度計算及びモデル評価法の考え方を発展させ,多粒子系のマクロパラメータ推定での観測モデル構成に対し,簡易的な多粒子系のモデルの一つである最適速度モデルを用いて平均流速を用いる考え方の検討を行い,マクロパラメータ推定のためのシステムノイズモデルと組み合わせることで適切なパラメータ推定が得られる可能性を得た.現地観測については,シーロメータ,気象センサ,ウェブカメラ,ディストロメーターを用いた地上降水の24時間連続降水観測システムを,金沢大学角間キャンパス及び能登半島先端部の珠洲の2地点に構築し,データ公開について準備を開始した.当初の研究計画では,平成27年度には雲底高度推定手法の構築を予定していたが,数値気象モデルによる既往の実験結果における雲微物理量の鉛直分布の温度依存性の解析結果より,光学センサ等による観測データを用いず,数値シミュレーションにおける気温を用いた雲底高度の動的推定手法を開発し,適時性の高い雲底高度情報を用いたデータ同化を行うことが可能となった.これにより,本研究の主要部分である雲底高度推定に関して大きな進展を得ることができた.陸面放射率の推定では,既存の陸面放射率データから月別陸面放射率の気候値データセットを作成し,平成28年度に予定していた海洋及び陸域の放射率の違いを考慮した放射伝達モデルの実行とその結果を用いたデータ同化手法の実装を行った.一方,放射率推定モデルCMEMと陸面過程モデルNOAHを組み合わせたシミュレーションによる適時性の高い放射率推定への取り組みを開始した.今年度開発した陸面放射率利用の枠組みは,適時性の高い陸面放射率推定が実現された際のスムーズな導入を可能とするものである.同化対象とする観測データには雲水量に37GHz輝度温度を用いていたが,複数の観測輝度温度を同化対象として追加した場合の計算過程の検討などを通じて,水蒸気量に感度を持つ23GHz観測輝度温度の活用も可能となり,複数の観測データを同時活用した同化手法の実装に成功した.この点は当初の研究計画には含まれていなかった点であるが,衛星利用の可能性の拡大と,同化効果の改善につながる要素である.

今後,高周波数帯の観測輝度温度を活用することによるさらなる高度化への筋道を得ることができた.一方,利用データを追加することにより計算負荷が増大することとなったが,その解決策としてのETKF,さらにはLETKFの実装という新しい研究テーマへの展望を得ることができ,今後さらなる発展につながるものと考えている.平成28年度は,従来の同化対象であった積算水蒸気量に感度を持つ23.7GHz及び積算雲水量に感度を持つ36.5GHz帯の輝度温度に加えて,雲水量・陸域降水量及び水蒸気量の鉛直分布に感度を持つ89.0GHz観測輝度温度を追加し,アンサンブルカルマンフィルタによる同化実験を行った.また,異なる衛星に搭載された複数のマイクロ波放射計による観測輝度温度を用いた連続データ同化実験の実施に向けて,これまで用いてきたAMSR2観測輝度温度データに加えて,日本や米国により進められている全球降水観測計画(GPM)の主衛星に搭載されたマイクロ波放射計であるGMIによる観測輝度温度を用いたデータ同化実験を実施した.これにより,同化による改善効果が持続する期間に次の同化効果を得ることが期待される.理論的な検討として,統計学の意味では多重共線性が存在する状況でのデータ同化手法について,インフレーションと局所化に関する調査・検討を行い,適切なインフレーション設定やLETKFの適用が有効であることを確認した.また,力学系における局所ノイズ鋭敏性について,気象モデル構造の理解やその応用の観点から検討を行い,観測データから構築可能な局所ノイズ鋭敏性指標が気象モデル構造の理解に有効であり,本研究における予測精度向上に資することが確認できた.データ同化過程で実行する放射伝達モデルで必要となる陸面放射率の推定においては,ヨーロッパ中期予報センターによる放射率推定モデルCMEMによる推定を実施した.また,既存の陸面放射率プロダクトを用いた低周波数及び高周波数帯での放射率の比較を実施し,季節ごとの関係性の違いを明らかにした.現地観測については,シーロメータ,気象センサ,ウェブカメラ,ディストロメーターを用いた地上降水の24時間連続降水観測システムを,金沢大学角間キャンパス及び能登半島先端部の珠洲の2地点で継続して運用した.当初の研究計画では,平成28年度には衛星観測より推定した雲底高度を用いたEnKFによるデータ同化手法の開発を予定していたが,平成27年度において雲微物理量の鉛直分布の温度依存性を利用した雲底高度の推定手法を導入したことにより,高周波数帯(89.0GHz)観測輝度温度のデータ同化や,複数の地球観測衛星に搭載されたマイクロ波放射計(AMSR2,GMI)による観測輝度温度の利用といった,当初の計画には予定していなかった課題に取り組むことができた.これらは衛星観測データの高度利用の実現と,同化効果の改善につながる重要な成果といえる.一方で,同化対象データの追加によって計算負荷が増大することとなったが,その解決策としてETKFやLETKFといった高度なデータ同化手法の実装という新しい研究テーマへの展望を得ることができた.
CuSnナノツリーの形成機構の解明と制御及び超高性能ガスセンサ応用の研究

3次元的ナノツリー構造がCuSn合金の直流電解めっきによって形成されることを見出した。ナノツリーのそれぞれの枝は単結晶であり、(100)方向に伸びているものが殆どであり、また元素組成はCu:Sn=4:1程度である。結晶構造は立方晶であるが、周期的な面状欠陥を含む超格子構造が認められた。枝はすべてが直交して生えており、体積に対して表面積が著しく大きな構造となっている。本材料は酸化したのちには、高感度ガスセンサーやリチウムイオンバッテリーへの応用に適しているものと考えられる。大気中での酸化においては350°Cにて、ナノツリーの構造を維持したまま酸化物が形成されることを確認した。CuSn合金めっき技術を研究する過程において、我々はナノツリー構造を見出した。これは直径数十nmの枝が次々と直交して分岐してあたかもツリーのような構造となったものである。まずCuイオンとSnイオンを含むめっき浴において、下地Pt電極上でのCuSn合金めっき膜の構造のめっき電位依存性を評価したところ、めっき電位により形成した膜の形状が著しく異なることが明らかとなった。めっき電位が-0.59Vのときには針状の結晶が成長していたのに対し, -0.60Vでは枝分かれしてナノツリー構造が得られ、またわずかに電位を下げて-0.61Vとした場合,ナノツリーの枝分かれはみられたが、直径方向への成長が起こり,枝が太くなった。このように,ナノツリー構造が得られる電位は非常に狭い範囲であることがわかった。また、ナノツリーが得られた試料の元素分析をEDXで行ったところ, Cu:Sn=81:19となった. Cu-Snの2元合金ではCu4Sn1という相が存在するが、ナノツリーはその組成からわずかずれた元素組成である。ナノツリーの一本一本の枝について透過電子顕微鏡観察を行ったところ、単結晶でありまた立方格子の中に長周期構造が混在した複雑な結晶構造であることが分かった。また、サイクリックボルタンメトリ測定において、ナノツリーが形成される電位付近では電流ー電位特性が負の微分抵抗を持つような形状となっていることが示され、ナノツリー形成と負の微分抵抗特性とが何らかの相関関係を持つことが示唆された。また、めっき時の溶液撹拌強度を変えると、ナノツリーの枝分かれ方が変化することも示された。ナノツリーは基板の垂直方向にナノワイヤが成長し、それを木の幹のようにしてそこから直角に枝分かれが次々に起こっている3次元分枝構造である。分枝は周期的に発生し、10μm以上の長さに成長しても曲がらない等の特長を有している。ナノツリーはCu-Snの電解めっきで自己組織的に形成できるため安価で簡易に大量生産が可能な技術として実用化が期待できる。本年度においては、CuSn合金ナノツリーのめっき時の電位の影響、添加剤の影響について詳細に調べ、またナノツリー構造のめっき時間依存性を表面SEM観察及びX線回折などにより明らかにした。さらに、CuSnナノツリーを用いたガスセンサを試作し、検知ガスに対する応答特性について測定した。その結果、ナノツリー構造は直流めっき電位条件が±0.02度以内という非常に狭い電位条件のみで形成され、また添加剤(PEG)の適量条件下でのみ形成されることが明らかとなった。また結晶元素組成においては、Cu:Sn=81:19程度の比率であり、結晶構造は立方晶Cu3Sn1にほぼ等しいが、その中にやや長周期の超格子構造が含まれることが判った。ナノツリー形成における添加剤の役割はまだ完全に明らかとなったわけではないが、PEGがめっき膜成長をゆるく抑止する効果があるため、特定の結晶面方向のメッキ被膜成長が阻害されたことが要因の一つとして挙げられる。ナノツリーの大気中熱酸化によって、金属酸化物ナノワイヤ構造が形成可能である。熱処理温度350°C以下ではナノツリー構造は維持されるが、酸素の取り込み及び酸化物形成によってナノツリーは数十%体積膨張する。ガス導入時の電気伝導特性評価により、水素及び酸素の導入によるナノツリー抵抗の変化が顕著であり、ガスセンサとしての応用可能性があることが判った。ナノ材料科学初年度は1ナノツリー構造の再現性ある形成条件を確立すること、2ナノツリーの結晶構造を解明し、また3形成機構を明らかにすることなどが目標だった。これらのうち1と2の項目はほぼ達成されたので順調な成果が上がったと判断できる。また3についてはまだ十分に明らかになったわけではないが、添加剤の結晶構造に対する効果の解明の実験が現在進行中であり、ある程度の進捗が得られている。

今後はナノツリーの形成機構の解明をさらに進めるため、添加剤を複数選んでナノツリー形成に与える添加剤の効果を調べ、また更なる結晶構造の詳細な同定を透過電子顕微鏡観察、電子線回折、X線回折などの評価法を駆使して行う予定である。また、ナノツリーの応用面では、ナノツリーの体積と表面積の定量化を進めるとともに、バッテリー電極への適用性の基礎検討を行う。また、水素や一酸化炭素などの危険ガスに対するセンサー特性を評価すべく、ナノツリー酸化物を形成し、その電気伝導特性の雰囲気ガス依存性を調べる予定である。
核磁気共鳴法を用いた保存心の再潅流障害予防に関する研究

心停止下開心術のみならず,心臓移植においても再潅流障害を予防することは,それらの手術成績を向上させるために必要不可欠である.すなわち再潅流障害の結果として表われる浮腫の検討を行うことは重要なことであると考え,この浮腫の経時的変化の検討をNMRを用いて実験を行った.実験は,灌流液にシフト剤を加え,更に血管の内外を区別するため,血管を透過しない高分子のポリアミノ酸とシフト剤を結合させ摘出心の潅流を行った.まずシフト剤の検討では以下の結果を得た.金属イオンとして0.1Mの場合,セリウム1.0PPM,ネオジウム2.2PPM, 2価鉄4.3PPMコバルト, 5.4PPM,ニッケル2.1PPM,銅0.8PPMのシフトが得られた.この結果,コバルトのシフト効果の大きいことを利用しシフト剤として使用を検討した.またbroadning剤としてはその効果が期待できるものとして,マンガンが使用可能であった.次に血管内外の水分を分けて測定する必要があり,ポリL-アスパラギン酸及びポリーL-グルタミン酸にシフト剤を結合させてNMRスペクトルを測定することを試みた.この結果40mMの濃度で血管内外のHスペクトルピークが分離できることが分かった.現在のところ種々の心筋浮腫状態での検討を行っているところであり,統計学的検討は近日中に発表できるものと考えている.また23Naについても同様の検討を行っており,これらの結果から当初の目的であった細胞内外の水分含量の経時的変化の検討が可能になると考えられ,有益な実験結果が得られたものと考える.心停止下開心術のみならず,心臓移植においても再潅流障害を予防することは,それらの手術成績を向上させるために必要不可欠である.すなわち再潅流障害の結果として表われる浮腫の検討を行うことは重要なことであると考え,この浮腫の経時的変化の検討をNMRを用いて実験を行った.実験は,灌流液にシフト剤を加え,更に血管の内外を区別するため,血管を透過しない高分子のポリアミノ酸とシフト剤を結合させ摘出心の潅流を行った.まずシフト剤の検討では以下の結果を得た.金属イオンとして0.1Mの場合,セリウム1.0PPM,ネオジウム2.2PPM, 2価鉄4.3PPMコバルト, 5.4PPM,ニッケル2.1PPM,銅0.8PPMのシフトが得られた.この結果,コバルトのシフト効果の大きいことを利用しシフト剤として使用を検討した.またbroadning剤としてはその効果が期待できるものとして,マンガンが使用可能であった.次に血管内外の水分を分けて測定する必要があり,ポリL-アスパラギン酸及びポリーL-グルタミン酸にシフト剤を結合させてNMRスペクトルを測定することを試みた.この結果40mMの濃度で血管内外のHスペクトルピークが分離できることが分かった.現在のところ種々の心筋浮腫状態での検討を行っているところであり,統計学的検討は近日中に発表できるものと考えている.また23Naについても同様の検討を行っており,これらの結果から当初の目的であった細胞内外の水分含量の経時的変化の検討が可能になると考えられ,有益な実験結果が得られたものと考える.本年度の研究は、動物実験を行うに先立ち、使用する薬剤の特性及びシフト剤に使用した金属とポリアミノ酸との組み合わせについての検討を行った。この結果本年度中に検討したシフト剤及びブロードニング剤は11種類であり、それらの結果について報告する。1)シフト剤及びブロードニング剤の検討では、金属イオン濃度として0.1M濃度で比較検討を行った。この結果、シフト剤では、コバルトの効果が最も良く、5.4ppmであり、ブロードニングは76Hzであった。また、同様に鉄について見てみると、三価のものではブロードニングの効果が二価のものより大きく、シフトのピークは認められなかった。また、二価のものでは、シフト効果は4.3ppmであり、またブロードニング効果は62Hzであったが、その安定性に問題が残った。また、生体内微量金属である銅についてみると、シフトは0.8ppmと僅かであり、これに比しブロードニング効果は80Hzと大きかった。その他の金属として、クロム及びニッケルについて実験したシフト及びブロードニング効果は、それぞれ2.6ppm,290Hz,と2.1ppm,89Hzであった。またカドミウム等についても検討を行ったが、シフト効果も小さく、また毒性の問題もあり、動物実験の使用に適さないと考えられた。2)使用可能金属の濃度について検討を行った。鉄及びコバルトでは20mM程度の濃度でもそのシフト効果が得られた。3)半透膜を使用して、ポリアミノ酸の透過性について検討を行った。シフト剤として使用したコバルトとポリアミノ酸を結合させた結果、シフト剤の透過を阻止しうると判断できた。また、ガドリニウム製剤の使用も可能となった。本年度購入のナトリウム用のNMRプローブは、その納入予定が若干遅れ、本年2月になり、現在調整後使用可能と成った。このため、ナトリウムについての実験結果は来年度の報告書に記載する予定である。
ミラー対称性を持つ3次元カラビーヤウ多様体の数論

本研究の目的は,ミラー対称性を持つ3次元カラビーヤウ(CYと略す)多様体の数論的性質を調べ,数論と物理との関係性を探ろうとするものであった。考察の対象は,有限体や代数体上定義されたCY多様体であり,中でも,加重射影空間の中で定義されるCY多様体やK3曲面によるファイブレーションを持ったCY多様体を詳しく調べた。研究計画全体を通して,Queen's大学(カナダ・オンタリオ州)の由井典子教授の協力を得た。本研究の申請時に設定した課題に対しては,L関数の特殊値に関する一部を除いて十分な研究成果を得ることができた。得られた成果については,4度の研究発表を行い,1編の発表論文と3編のプレプリントの形にまとめた。具体的な内容は次のとおりである。1.3次元加重Delsarte型多様体から作られる3次元CY多様体と,K3曲面によるファイブレーションを持つCY多様体を考察し,それらのゼータ関数とL関数,及びコホモロジー群を精密に計算した。2.CY多様体の形式群の高さを計算し,高さに関する既存の評価式を改良した。さらに,未知であった大きな高さを持つ3次元CY多様体を多数見つけた。3.ゼータ関数と形式群に対してミラー対称性が及ぼす影響を考察した結果,形式群はミラー対称性の影響を受けないが,ゼータ関数とその特殊値は強い影響を受けることがわかった。このことを形式群の高さの計算とゼータ関数の特徴づけに応用した。また,ここでの結果が数論と物理の重要な関係性の一面を示すものである。4.4次元多様体のゼータ関数とL関数を計算し,3次元CY多様体の場合と比較した。それにより2つの次元での違いと関連性が明確になった。なお,海外共同研究者の由井典子教授とは,日常的なメール交換による連絡に加えて,5度の集中的な研究打合せを行った。本研究の目的は,ミラー対称性を持つ3次元カラビ-ヤウ多様体(以下,C-Y多様体と略す)の数論的性質を調べ,数論と物理との関係性を探ろうとするものである。本年度の目標は,C-Y多様体のゼータ関数とL-関数について具体的な計算データをできる限り多く集めることであった。研究の要所において海外共同研究者の由井典子氏と電子メールを通じて情報交換しながら,上記目標を概ね達成することができた。そして現在,由井氏との共著論文を執筆中である。具体的には,3次元加重Delsarte型多様体から作られる3次元C-Y多様体と,K3曲面によるファイブレーションを持つC-Y多様体を考察し,それらのゼータ関数とL-関数を計算した。前者の3次元C-Y多様体に対する結果は,これまでの研究結果と由井氏の結果を合わせることによって得られ,後者のC-Y多様体については,ゼータ関数が計算可能な多様体を新たに構成することによって得られた。いずれの場合もゼータ関数はヤコビ和等を用いて記述でき,ヤコビ和に関するWeilの結果を用いるとL-関数が計算できる。さらに,上記のC-Y多様体のスムーズな部分に関するエタールコホモロジーとクリスタリンコホモロジーを記述することもできた。これによってコホモロジーの重要な部分が明らかになった。また,研究の過程でC-Y多様体の形式群の高さについて新たな知見を得ることができ,高さに関する既存の評価式を改良できる可能性が見出せた。その研究成果は,第35回可換

代数研究集会(2003年8月,上智大学)で発表し,現在"On the formal groups of some Calabi-Yau threefolds"なる論文として執筆中である。本研究の目的は,ミラー対称性を持つ3次元カラビ-ヤウ多様体(以下,C-Y多様体と略す)の数論的性質を探ることである。中でも,加重射影空間の中で定義されるC-Y多様体や,K3曲面によるファイブレーションを持ったC-Y多様体を詳しく調べる。本年度は,当初の予定通り,代数体上定義されたC-Y多様体(X,Y)のゼータ関数とL-関数,及びそれらのコホモロジー群について分析を深めた。また,C-Y多様体に関連の深い4次元多様体のL-関数も考察した。主な結果は次の3点である。(1)K3曲面によるファイブレーションを持つC-Y多様体(X,Y)について,そのコホモコジー群と特異点の様子を詳しく調べ,得られた情報を利用してゼータ関数とL-関数を計算した。(これは海外共同研究者の由井典子氏との共同研究であり,Zeta-functions and L-series of certain Calabi-Yau threefoldsという題目での共著論文を執筆中である。)(2)加重射影空間の中で定義されたDelsarte型と呼ばれる3次元C-Y多様体のコホモコジー群を調べ,それをもとにC-Y多様体の形式群の高さを計算した。その結果,これまでに知られていなかった大きな高さを持つ3次元C-Y多様体を見つけることができ,16年7月に津田塾大学で開かれた研究集会で発表した。(3)次数3のフェルマー型多項式で定義される4次元多様体を考察し,そのゼータ関数とL-関数を計算した。さらに,4次元多様体における超特異性と単有理性との違いを分析した。結果は,裏面に記載した論文として発表が予定されている。なお,海外共同研究者の由井氏とは,16年7月に津田塾大学で研究打ち合わせを行い,17年1月にトロントのフィールズ研究所で集中的な共同研究を行った。本研究の目的は,ミラー対称性を持つ3次元カラビーヤウ多様体(以下,C-Y多様体と略す)の数論的性質を探ることである。研究対象となる多様体は,加重射影空間の中で具体的に定義され,K3曲面によるファイブレーションを持ったC-Y多様体である。当該研究の最終年度に当たる本年度は,前年度までに得られた結果を総合して,3次元C-Y多様体のL関数と形式群に対する分析を深めた。そして,L関数の特殊値と形式群のレベルでミラー対称性の検出を試みた。主な結果は次の4点である。これは海外共同研究者の由井典子教授(カナダ・クイーンズ大学)との共同研究を含み,Zeta-functions and L-series of certain Calabi-Yau threefoldsという題目で共著の論文を執筆中である。1.ミラー対称性を持つ3次元C-Y多様体の組(X, Y)について,特異点解消による影響を調べ,(X, Y)のL関数をより正確に計算した。それによってL関数の特殊値をより正確に計算することが可能となった。2.上記(X, Y)の形式群を特定し,それに付随する高さを計算した。3.L関数の特殊値と形式群についてミラー対称性が及ぼす影響を考察した結果,ここで得られた形式群はミラー対称性の影響を受けないことを確認した。一方,特殊値は影響を受けることがわかり,ミラー対称性の検証に向けてきっかけをつかんだ。