hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
希薄磁性半導体ナノ構造の物性

これは,量子ドット内に電極との結合が特異的に強い強結合状態が生じ,この状態を通した同時トンネルと,フェルミ準位付近の状態を通した伝導との間で干渉が起こるものである.量子ドットのCoulombピークにおいて,同じ位相を持つものが連続することが,長い間謎とされてきたが,Fano効果と電流電圧特性の解析から,連続するCoulombピークが同位相になる原因がこの強結合状態からの量子力学的な混じり込みであることを明らかにした.2次元正孔系と強磁性半導体界面伝導における巨大磁気伝導度の発見(Al, Ga)As/GaAsの上下反転型2次元正孔系を作製し,その上部に,AlAs層をトンネル層として強磁性を示す希薄磁性半導体(Ga, Mn)Asを積層し,2層間のトンネル伝導を測定した.伝導度は600mK以下で急激に減少するが,0.2T程度の小さな磁場で伝導度が2桁増大する超巨大磁気伝導度を発見した.この磁気伝導度は数秒程度の緩和時間で時間と共に減少するという著しい性質を持っている.局在スピン散乱によって量子コヒーレンスが壊されることは従前より議論されていたが,量子ドットと電子波干渉計を組み合わせた系において,これを初めて実験的に明瞭に観測した.このような系の中でも,特に量子細線の側面に量子ドットを結合させた系において,量子ドットに局在したスピンと伝導電子スピンとの間の相互作用によって生じる近藤効果を調べた.局在状態と広がった状態との干渉によって生じるFano効果を観測し,更に,Fano効果が生じている状態での近藤効果の発生によって現れるFano近藤効果の観測に,半導体量子ドット系では初めて成功した.測定結果の解析から,SU(2)近藤効果に特徴的である位相シフトのπ/2へのロックを,初めて確認することができた.更に,Aharonov-Bohm (AB)リングに量子ドットを埋め込んだ系でも同様の測定を行い,AB磁束によって初期位相差を調整する実験を行った.これまで,ABリングで理論的に予測されていたFano近藤効果とはやや異なる形状の得たが,あらゆる初期位相でのπ/2ロックを確認した.理論との相違を,磁場による端状態の形成によって説明した.希薄磁性半導体(Ga,Mn)Asと2次元正孔系との界面の巨大トンネル磁気抵抗について,各種物理的な測定の結果から,界面での磁気ポーラロンとクーロンギャップによる高抵抗状態が非平衡的に破れるというモデルに到達した.これに従って,InAs自己形成ドットを界面に挿入する実験を行い,テレグラム的なノイズ上の巨大トンネル磁気抵抗を見出した.これは,上記モデルに実験的な支持を与えるものである.量子ドットの近藤状態が,特定の干渉計の中で干渉を生じる際に起こるFano近藤効果を,T結合型の量子ドットおよびABリング中に量子ドットを埋め込んだ系において観測した.T結合型の量子ドットにおいては,特定の干渉パラメーターにおいて,近藤状態での位相シフトがπ/2にロックされていることを検証した.ABリングの系においては,磁場によって干渉パラメーターを変化させて,あらゆるパラメーターの領域でπ/2へのロックが生じていることを確認した.これは,AB位相のゲート電圧変化にも現れ,最も簡単なFano近藤効果のモデルからは考えられないことであった.
若材齢時のコンクリート中の水分凍結挙動と初期凍害機構

本研究では、交流2電極法を用いて、打設直後からのコンクリートの水和による水分量(結合水量)の変化と凍結時のコンクリート中の不凍結水率を測定した。また、防凍性混和剤を用いたコンクリートの初期凍害に対する抵抗性に関する実験を行った。その結果、以下の結論を得た。1.コンクリートの水和により、凝結時間に相当する積算温度8°D・D程度から急激に水分量は低下し、30°D・Dまでの範囲で初期水分の20%程度が水和に使われる。2.凍結環境下におけるコンクリート中の水分の不凍結水率は、防凍性混和剤の濃度が高いほど、材齢の進行するほど増加することが明らかとなった。3.初期凍害機構のモデルを構築し、水和によるコンクリート中の結合水量の変化と不凍結水率の実験結果を用いて、凍結による水分の体積膨張を9%として、理論的に初期凍害による被害をもたらさない条件を導いた。その結果、普通コンクリートでは圧縮強度29kgf/cm^2(積算温度20°D・D)、防凍性混和剤を用いたコンクリートでは圧縮強度18kgf/cm^2(積算温度12°D・D)が得られた。これは、本研究における初期凍害実験の結果およびPowersによる既往の研究結果とほぼ一致しており、安全率を2倍程度とすると、普通コンクリートの場合は現行JASS5と同じでよいが、防凍性混和剤を用いたコンクリートの場合は35kgf/cm^2とするのが適当と思われる。
ヒト毛髪と水道水安定同位体組成に基づいた地理的居住領域予測モデルの開発

我が国では、年間約8万人もの行方不明者が存在している。そのうち、不幸にも身元不明ご遺体として発見された場合、その方の身元を明らかにするのは、非常に難しく困難を極める。本研究では、我々の体の中にある安定同位体に着目して、これを高感度かつ高精度に測定することにより、地理的な安定同位体マップの作製と、身元不明者の居住地を推定することが可能かどうか検討を行い、新しい身元推定ツールとしての確立を目指す。
動的表面現象における局所的電子相関効果の理論的研究

1)金属表面上の吸着分子の光誘起脱離紫外領域から可視領域の超短レーザー光パルスを金属表面に照射すると吸着分子が脱離してくる.このような光誘起脱離現象のメカニズムの理解を深めるため,光吸収による電子励起の空間的・時間的局在性に着目し,吸着分子の脱離軌道を計算した.得られた結果に基づいて,脱離確率が示すパルス光のエネルギー・パルス幅・表面内部への侵入長依存性を明らかにした.2)金属表面から会合脱離してくる水素分子の回転軸整列:動的量子フィルタ配向依存性を示す活性化障壁は,いわば量子フィルタとして,会合脱離しようとする水素分子の回転状態(回転量子数とその表面垂直成分)を選別する.選別された分子には,障壁通過直後の回転状態を保って脱離するものや回転励起・脱励起を伴って脱離してくるものがある.このようにして会合脱離する分子の回転軸配向に着目し,カップルド・チャンネル計算を行った.その結果,回転励起した分子は,励起も脱励起もしない分子と同様ヘリコプタ型回転することを見出した.3)時間分解2光子光電子放出の理論金属表面近傍に局在する電子状態の超短レーザー光パルスを用いた時間領域分光の理論の定式化を行ったポンプ光によるバルク状態を占める電子の局在状態への移動は,直接過程とバンド間遷移を伴う間接過程からなり,それぞれの過程によって放出される光電子は異なる運動エネルギー分布,異なるポンプ・プローブ遅延時間依存性を示す.特に,この遅延時間依存性の違いから局在状態の寿命などが評価できることを示した.4)STM探針・金属表面間の原子サイズ接合部分での量子輸送現象と電子相関効果表面の微細接合領域の電子系をハバ-ド模型で記述し,量子輸送現象に現れる電子相関効果を調べた.その結果,有限温度では,電子間相互作用によりによりサブバンド内やサブバンド間電子散乱過程が誘起されるため,コンダクタンの量子化が著しく損なわれることを見出した.1)金属表面上の吸着分子の光誘起脱離紫外領域から可視領域の超短レーザー光パルスを金属表面に照射すると吸着分子が脱離してくる.このような光誘起脱離現象のメカニズムの理解を深めるため,光吸収による電子励起の空間的・時間的局在性に着目し,吸着分子の脱離軌道を計算した.得られた結果に基づいて,脱離確率が示すパルス光のエネルギー・パルス幅・表面内部への侵入長依存性を明らかにした.2)金属表面から会合脱離してくる水素分子の回転軸整列:動的量子フィルタ配向依存性を示す活性化障壁は,いわば量子フィルタとして,会合脱離しようとする水素分子の回転状態(回転量子数とその表面垂直成分)を選別する.選別された分子には,障壁通過直後の回転状態を保って脱離するものや回転励起・脱励起を伴って脱離してくるものがある.このようにして会合脱離する分子の回転軸配向に着目し,カップルド・チャンネル計算を行った.その結果,回転励起した分子は,励起も脱励起もしない分子と同様ヘリコプタ型回転することを見出した.3)時間分解2光子光電子放出の理論金属表面近傍に局在する電子状態の超短レーザー光パルスを用いた時間領域分光の理論の定式化を行ったポンプ光によるバルク状態を占める電子の局在状態への移動は,直接過程とバンド間遷移を伴う間接過程からなり,それぞれの過程によって放出される光電子は異なる運動エネルギー分布,異なるポンプ・プローブ遅延時間依存性を示す.特に,この遅延時間依存性の違いから局在状態の寿命などが評価できることを示した.4)STM探針・金属表面間の原子サイズ接合部分での量子輸送現象と電子相関効果表面の微細接合領域の電子系をハバ-ド模型で記述し,量子輸送現象に現れる電子相関効果を調べた.その結果,有限温度では,電子間相互作用によりによりサブバンド内やサブバンド間電子散乱過程が誘起されるため,コンダクタンの量子化が著しく損なわれることを見出した.1.金属表面による陽イオンの散乱過程について、電子系はイオン・表面間距離依存性を含むニューンズ・アンダーソン模型で記述し、イオンの並進運動は量子論的に扱うという、いわゆる軌道近似の枠を外しモデル計算を行った。その結果、散乱過程で中性化される粒子の運動エネルギー分布には、金属がフェルミ面を持つことに起因する多体効果(フェルミ面効果)による特異性が現れないことを明確に示した。2.ポテンシャル・エネルギー曲面(PES)上のダイナミクスをカップルド・チャンネル法で追跡し、金属表面での水素分子の解離吸着に対する回転励起の影響を調べた。その結果、PESの分子配向依存性が原因で次の2つの効果の現れることがわかった。すなわち、分子はその配向を変化させ、PESの低いところに沿って運動(舵取り効果,steering effect)しようとするが、分子の持つ回転エネルギーが大きくなると、このような運動が妨げられる。このため、回転エネルギーが大きくなると吸着しにくくなる。一方、表面近傍での分子結合距離の増加に伴い、回転エネルギーは効果的に並進エネルギーに変換される(エネルギー移動の効果、energy transfer effect)。このため、分子の持つ回転エネルギーが大きくなると、この変換により並進エネルギーが増加するため、分子は活性化障壁を越えて吸着しやすくなる。これらの相反する効果のために、回転エネルギーが比較的低い領域では、回転エネルギーの増加につれて吸着確率は減少し、回転エネルギーが比較的高い領域では吸着確率は増加する。解離散乱過程に現れる分子配向依存性

並進エネルギーが大きく(100eV程度)なると、水素分子は金属表面での散乱過程で解離する。RechtienらはH_2/Cu系で、van SlootenらはH_2/Ag系で水素分子が解離して散乱される確率を測定し、それぞれ分子配向が表面平行の場合、表面垂直の場合に大きな確率を見出している。この解離散乱過程に分子軸配向依存性の現れる原因を調べた。水素分子の結合性軌道を占める2電子(水素分子の電子系の始状態:^1Σ_g)の中の1電子が金属表面に遷移し、金属表面から1電子が水素分子の反結合性軌道に遷移する(水素分子の電子系の終状態:^3Σ_u,2個の中性水素原子に解離する)。このような水素分子の結合性軌道(反結合性軌道)と金属伝導電子の軌道間の電子遷移行列要素は、と表される。ここで、rは水素分子の核間距離、θは分子軸と表面のなす角度(表面垂直方向から測る。),V_0u(Z)は分子の表面からの距離Z依存性を持つ分子の軌道と金属表面間の電子遷移行列要素である。(簡単のため計算では、V_0u(Z)に対して指数関数型のZ依存性を仮定した。)この行列要素の形から推測できるが、解離散乱確率にθ依存性と電子遷移に関与する伝導電子の波数k依存性が現れる。その結果、上述の電子遷移過程を考慮した計算値には、金属のバンド幅により、分子軸を表面平行にした入射分子の解離散乱確率が大きくなる場合、分子軸を表面垂直にした入射分子の解離散乱確率が大きくなる場合などが存在しうることが見出された。1)金属表面上の吸着分子の光誘起脱離紫外領域から可視領域の超短レーザー光パルスを金属表面に照射すると吸着分子が脱離してくる.このような光誘起脱離現象のメカニズムの理解を深めるため,光吸収による電子励起の空間的・時間的局在性に着目し,吸着分子の脱離軌道を計算した得られた結果に基づいて,脱離確率が示すパルス光のエネルギー・パルス幅・表面内部への侵入長依存性を明らかにした2)金属表面から会合脱離してくる水素分子の回転軸整列:動的量子フィルタ配向依存性を示す活性化障壁は,いわば量子フィルタとして,会合脱離しようとする水素分子の回転状態(回転量子数とその表面垂直成分)を選別する.選別された分子には,障壁通過直後の回転状態を保って脱離するものや回転励起・脱励起を伴って脱離してくるものがある.このようにして会合脱離する分子の回転軸配向に着目し,カップルド・チャンネル計算を行ったその結果,回転励起した分子はカートホィール型回転し,脱励起した分子は,励起も脱励起もしない分子と同様ヘリコプタ型回転することを見出した3)時間分解2光子光電子放出の理論金属表面近傍に局在する電子状態の超短レーザー光パルスを用いた時間領域分光の理論の定式化を行ったポンプ光によるバルク状態を占める電子の局在状態への移動は,直接過程とバンド間遷移を伴う間接過程からなり,それぞれの過程よって放出される光電子は異なる運動エネルギー分布,異なるポンプ・プローブ遅延時間依存性を示す.特に,この遅延時間依存性の違いから局在状態の寿命などが評価できることを示した
緑色硫黄細菌の光合成反応中心におけるキノン分子の構造機能解析

絶対嫌気性の光合成細菌である緑色硫黄細菌のプラスミドによる遺伝子発現系を構築し、Hisタグ付加コアタンパク質を過剰発現させることで、ホモダイマー型光合成反応中心を大量かつ簡便に調製する方法を確立した。緑色硫黄細菌のホモダイマー型光合成反応中心で起こる電子移動反応を高速の過渡吸収スペクトル変化で観測し、測定時の溶液組成を変化させることで、通常末端電子受容体として機能している鉄硫黄クラスター以外の分子が、代替の最終電子受容体となる可能性を見出した。本研究課題では、緑色硫黄細菌のRCにおけるメナキノン分子の二次電子受容体と最終電子受容体として機能を検証することを目的としている。具体的な研究内容として、キノン分子の1.結合部位の構造、2.二次電子受容体としての機能、3.最終電子受容体としての機能、という3つを対象にして解明を目指す。本年度は、緑色硫黄細菌のRCの大量調製法の確立、キノン分子が関わる電子移動反応を観測するため手法であるレーザー誘起過渡吸収変化の測定条件の最適化とキノンへの電子移動の観測を推し進めた。緑色硫黄細菌のRCを簡便且つ大量に調製するため、これまでの研究で作製していたHisタグ付加RCを発現する好熱性の緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumの変異株を改良を行った。C.tepidumにおいて広宿主域プラスミドによる外来遺伝子発現系を新たに構築し、RCの高発現化変異株の作製に成功した。白熱球を光源とした光照射大量培養、酸素濃度1 ppm以下での精製操作、HisタグとStrepタグのタンデムアフィニティクロマトグラフィによって、作製した変異株から高い光電荷分離活性を保持したRC標品を大量に調製する方法を確立した。得られた大量の機能的なRC標品を用い、サブナノ秒からミリ秒までの時間領域、400 nmから900 nmまでの波長領域を網羅したレーザー誘起過渡吸収スペクトル変化の測定を行った。得られた時間分解吸収スペクトル変化のグローバル解析から減衰随伴スペクトルを計算し、末端電子受容体よりも初期の還元型電子受容体の再酸化に由来すると考えられる酸化型一次電子供与体の速い再還元を検出することができた。本研究課題では、緑色硫黄細菌のRCにおけるメナキノン分子の二次電子受容体と最終電子受容体としての機能を検証することを目的としている。昨年度までの研究で、Hisタグ付加RCを高発現する緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumの変異株の作製し、その変異株から単離したHisタグ付加RC標品で起こる電子移動反応を、サブナノ秒からミリ秒までの時間領域、400 nmから900 nmまでの波長領域を網羅したレーザー誘起過渡吸収スペクトル変化の測定で追跡することに成功している。本年度は構築した測定系によるメナキノン分子の電子受容体としての機能を調べた。Hisタグ付加RC標品で起こる電子移動反応を過渡過渡吸収変化で追跡したところ、測定時にもちいる溶液組成によって得られるスペクトルとキネティクスが大きく変化することがわかった。特に加える酸化還元メディエーターの分子種と溶液粘性に依存し、光酸化した一次電子供与体の再還元経路だけではなく、最終電子受容体も変化した。速度論的な解析の結果、これまで緑色硫黄細菌のRCの末端電子受容体と考えられていた鉄硫黄クラスターFA/FBではない未同定の電子受容体が、RC外部にある酸化還元メディエーターに電子を伝達している可能性が浮かび上がった。外部電子受容体として機能した酸化還元メディエーター分子の酸化還元電位が比較的高いことや、分子構造がキノンに類似していたことから、未同定の電子受容体はメナキノン分子であることが推定された。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の目的の達成には、キノン分子が関係する電子移動反応の観測方法の確立が最も重要である。本年度の研究によって、大量のRC標品を安定的な調製法が確立され、サブナノ秒からミリ秒までの時間領域、400 nmから900 nmまでの波長領域を網羅したレーザー誘起過渡吸収スペクトル変化の測定に成功した。予定していた変異体RCの生化学的な解析に着手出来ていないが、大量調製法と機能解析法が概ね確立できていることから、次年度の研究で十分に推進できると考えている。本年度の研究で、高速の過渡吸収分光法による緑色硫黄細菌のRCの電子移動反応を観測する測定系を構築できた。研究最終年度である本年度は、構築した測定系によってキノン分子の電子受容体としての機能の検証を優先して進める。野生型および部位特異的変異体RCで過渡吸収測定を行い、キノン分子の過渡的な還元信号を探索する。電子移動理論をもとに測定結果を速度論的に解析することで、キノン分子の酸化還元電位と鉄硫黄クラスターFXなどの他の電子伝達コファクターとの距離を推定できると考えている。解析する部位

特異的変異体RCは、当初の計画通り、予想キノン結合部位に保存されたArg638のAla置換体、キノン分子のカルボニル基を主鎖アミド基の間の水素結合が推定されるLeu668のGlyまたはTrp置換体、鉄硫黄クラスターFXの配位子であるCys527とCys536のAla置換体を予定している。過渡吸収測定による電子移動反応の解析に加え、部位特異的変異体RCの色素分析によるキノン含量の測定とエーテル処理によるキノン分子の除去と再構成の実験を並行して進めることで、キノン分子への電子移動反応の決定的な帰属とアミノ酸残基レベルでのキノン結合部位の同定を目指す。
立体保護の概念に立脚した新規分子の合成法の開発

本研究は立体保護を用いて新規高反応性化学種を安定な化合物として合成単離し、その性質を理論計算を併せ用いることにより解明することを目的としている。当初の目的の一つであったケイ素-ケイ素三重結合化合物の合成は未だ検討中であるが、申請者らがこれまで種々の高反応性化学種の安定化に応用してきた有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル(Tbt)基を活用して、1)新規な含高周期14族元素高歪み化合物であるメタラシクロプロパベンゼンの合成、および2)新規な含高周期14族元素芳香族化合物である2-ゲルマナフタレンおよび9-シラナフタレンの合成に成功した。1)Tbt基と2,6-ジイソプロピルフェニル(Dip)基とを有するジリチオメタラン[Tbt(Dip)MLi_2:M=Si, Ge]とo-ジブロモベンゼンとを反応させることで、メタラシクロプロパベンゼン[1:Tbt(Dip)MC_6H_4:M=Si, Ge]を得た。1についてX線結晶構造解析によりその分子構造を詳細に検討し、メタラシクロプロパベンゼン骨格が理論計算により求められた母核のメタラシクロプロパベンゼンの構造とほぼ等しいこと、メタラシクロプロパン環とベンゼン環が同一平面上にあること、そしてシクロプロパペンゼン骨格よりも歪みが小さいことを明らかにした。2)Tbt基を有する9-シラナフタレンおよび2-ゲルマナフタレンを安定な化合物として初めて合成単離することに成功した。これらの性質について、各種スペクトル、X線結晶構造解析、理論計算を用いて検討を行い、9-シラアントラセン環および2-ゲルマナフタレン環は完全に平面であり、これらの化合物が芳香族化合物であることを明らかにした。また、これらの化合物がSi=CまたはGe=C二重結合化合物としての反応性を示すことを明らかにした。本研究は立体保護を用いて新規高反応性化学種を安定な化合物として合成単離し、その性質を理論計算を併せ用いてることにより解明することを目的とする。本年度は、申請者らがこれまで種々の高反応性化学種の安定化に応用してきた有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル基(Tbt基と略)を活用して、1)未だ合成例のない化学種であるケイ素-ケイ素三重結合化合物の合成、および2)新規な含ケイ素高歪み化合物であるシラシクロプロパベンゼンの合成について検討を行った。1)TbtLiとSiF_4との反応により得られるTbtSiF_3をLiAlH_4還元してTbtSiH_3を合成した後、その部分的塩素化を行ってTbtSiH_2Clを合成した。これをNa/K合金を用いて還元的に縮合し、かさ高いジシラン(TbtSiH_2SiH_2Tbt)を合成した。今後はこのジシランを徹底ハロゲン化によりテトラハロジシラン(TbtSiX_2SiX_2Tbt)へと導き、続いてこの前駆体を各種アルカリ金属やリチウムナフタレニドなどを用いて還元的に脱ハロゲン化することで目的のジシリン(TbtSiΞSiTbt)を合成する予定である。2)Tbt基と2,6-ジイソプロピルフェニル(Dip)基とを有するジブロモシラン[Tbt(Dip)SiBr_2]の過剰量のリチウムナフタレニドを用いた徹底還元反応により合成したジリチオシラン[Tbt(Dip)SiLi_2]とo-

ジブロモベンゼンとを反応させることで、目的のシラシクロプロパベンゼン1を得た。1についてX線結晶構造解析によりその分子構造を詳細に検討したところ、シクロプロパベンゼン骨格が理論計算により求められた母核のシラシクロプロパベンゼンの構造とほぼ等しいこと、シラシクロプロパン環とベンゼン環が同一平面上にあること、ベンゼン環内の6個の炭素-炭素結合長がほぼ等しいこと、そしてシクロプロパベンゼン骨格よりも歪みが小さいことが明らかとなった。本研究は立体保護を用いて新規高反応性化学種を安定な化合物として合成単離し、その性質を理論計算を併せ用いることにより解明することを目的としている。平成11年度の本特定領域研究において、申請者らがこれまで種々の高反応性化学種の安定化に応用してきた有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル基(Tbt基と略)と2,6-ジイソプロピルフェニル(Dip)基とを有するジリチオシラン1[Tbt(Dip)SiLi_2]とo-ジブロモベンゼンとを反応させることで、シラシクロプロパベンゼン2[Tbt(Dip)SiC_6H_4]の合成に初めて成功し、その特異な性質を明らかにした。本年度の研究において、1のゲルマニウム類縁体であるジリチオゲルマン3[Tbt(Dip)GeLi_2]の発生に成功し、3とo-ジブロモベンゼンとを反応させることによりゲルマシクロプロパベンゼン4[Tbt(Dip)GeC_6H_4]を初めて安定な結晶として合成単離した。4の構造についてX線結晶構造解析により検討したところ、ゲルマシクロプロパベンゼン核のベンゼン環のC-C結合長は全てほぼ等しく、シラシクロプロパベンゼン2の場合と同様に、ベンゼン環にかかる歪みが炭素類縁体であるシクロプロパベンゼンと比較して著しく小さいことが明らかになった。また、母核であるメタラシクロプロパベンゼン類[H_2MC_6H_4:M=C,Si,Ge,Sn]の構造について理論計算を行ったところ、実験結果と一致し、本研究において実験から得られた2と4のメタラシクロプロパベンゼン骨格のベンゼン環の歪みが炭素類縁体と比べて非常に小さいという結果が、置換基の効果ではなく環構造の本質的な性質であることが確認できた。平成12年度までの本特定領域研究において、申請者らがこれまで種々の高反応性化学種の安定化に応用してきた有用な立体保護基である2,4,6-トリス[ビス(トリメチルシリル)メチル]フェニル(Tbt)基と2,6-ジイソプロピルフェニル(Dip)基とを有するジリチオメタラン1[Tbt(Dip)MLi_2;M=Si, Ge]とο-ジブロモベンゼンとの反応により、メタラシクロプロパベンゼン2[Tbt(Dip)MC_6H_4;M=Si, Ge]の合成に初めて成功し、その特異な性質を明らかにした。本年度の研究においては、1のスズ類縁体であるジリチオスタンナン2[Tbt(Dip)SnLi_2]の発生に成功した。2とο-ジブロモベンゼンとの反応によるスタンシクロプロパベンゼン[Tbt(Dip)SnC_6H_4]の合成に関しては現在検討中である。そして、本年度の目的の一つであったケイ素-ケイ素三重結合化合物の合成については未だ検討中であるが、Tbt基を活用することにより新規な含高周期14族元素芳香族化合物である2-ゲルマナフタレンおよび9-シラナフタレンを安定な化合物として初めて合成単離することに成功した。
電位依存性ホスファターゼが膜電位変化に応じて基質を変える分子機構の解明

電位依存性ホスファターゼは膜電位依存的にイノシトールリン脂質を脱リン酸化する。VSPは種々のイノシトールリン脂質を基質に持つが、最近の我々の研究により、低い膜電位ではPI(3,4,5)P3を脱リン酸化し、高い電位ではPI(3,4)P2を脱リン酸化することが示唆された。しかしながらその分子メカニズムは、全く不明であった。本研究では脱リン酸化に関わっている酵素領域に非天然アミノ酸を利用して蛍光ラベルを導入することで、膜電位と酵素領域の構造変化の関連を調べた。その結果、酵素領域のCα2 loopと呼ばれる部分が基質の選択性に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。電位依存性ホスファターゼVSPは電位センサーと酵素ドメインから形成され、電位依存的に種々のイノシトールリン脂質を脱リン酸化する活性を持つ。最近、VSPはPI(3,4,5)P3、PI(4,5)P2, PI(3,4)P2を基質として認識し、さらに基質の選択性が膜電位に依存する可能性が報告された。VSPはPI(3,4,5)P3を脱リン酸化することでPI(3,4)P2を産生し、さらにPI(3,4)P2を脱リン酸化しPI(4)Pを産生すると考えられているが、これまでの方法ではPI(3,4)P2の産生と脱リン酸化の反応が素早く行われた場合、PI(3,4)P2の経時的な変化を詳細に計測できなかった。そのため本研究課題の初年度ではまず、より高い時間分解能でPI(3,4)P2の動態を計測するシステムを構築することを目的とした。これまでPI(3,4)P2を特異的に認識することが知られているTAPP1と呼ばれるタンパク質のPH domainに蛍光タンパク質であるGFPを結合させて、細胞膜表面のGFPの蛍光強度変化としてPI(3,4)P2の増減を計測していたが、これをYFPまたはCFPを繋げた2種類のタンパク質を細胞の中で発現させ、二つの蛍光タンパク質の間で生じるFRETを計測する方法に変えることで、より速いPI(3,4)P2の動態変化を計測することに成功した。この方法は、PI(3,4,5)P3やPI(4,5)P2といった他のイノシトールリン脂質にも応用可能であり、高い時間分解能でVSPの脱リン酸化活性を詳細に計測する系を構築することができたと言える。電位依存性ホスファターゼVSPは電位センサーと酵素ドメインを持ち、酵素活性が膜電位によって制御される。VSPはイノシトールリン脂質、特にPI(3,4,5)P3, PI(3,4)P2, PI(4,5)P2を脱リン酸化する。最近、VSPが膜電位依存的に基質選択性を変えることが報告されたが、本課題ではその分子メカニズムを解明することを目的とした。VSPはPI(3,4,5)P3からPI(3,4)P2を産生し、さらにPI(3,4)P2からPI(4)Pを産生する。そのため昨年度はまず細胞膜上のPI(3,4)P2の増減を高い時間分解能で検出することを目的として、FRETの方法を用いてPI(3,4)P2の動態を計測する方法を構築した。さらにその分子メカニズムを明らかにするため、今年度は蛍光を持つ人工アミノ酸を酵素ドメインに導入し、電位センサーが動作した際の構造変化をリアルタイムでモニターすることを試みた。ゼノパスの卵母細胞にVSPと人工アミノ酸(Anap)、およびAnapを特異的に認識するtRNAとアミノアシルtRNA合成酵素をコードしたプラスミドを導入することで、部位特異的に人工アミノ酸を導入(Anap)することに成功した。その結果、酵素ドメインの多くの部位で膜電位依存的な蛍光変化を検出した。VSPが膜電位依存的に基質特異性を変えるメカニズムの一つとして、膜電位依存的に酵素ドメインが複数の構造をとっている可能性がある。今後は蛍光変化の膜電位依存性を詳細に解析することで、その可能性を探っていく。またVSPの基質は細胞膜上に存在しているため、酵素ドメインが膜電位依存的に細胞膜との距離を変えることが基質選択性に関わっている可能性も考えられる。そのため細胞膜と酵素ドメインの距離の膜電位依存性も調べていく予定である。電位依存性ホスファターゼ(VSP)は電位センサーと細胞内酵素領域で形成されており、電位依存的にイノシトールリン脂質を脱リン酸化する。VSPは種々のイノシトールリン脂質を基質に持つが、最近の我々の研究により、低い膜電位ではPI(3,4,5)P3を脱リン酸化し、高い電位ではPI(3,4)P2を選択的に脱リン酸化することが示唆された。しかしながらその分子メカニズムは、これまでのところ全く不明である。本研究では脱リン酸化活性に直接関わっている酵素領域に非天然アミノ酸(Anap)を利用して蛍光ラベルを導入することで、膜電位と酵素領域の構造変化の関連を調べた。酵素領域はホスファターゼドメインとC2ドメインから形成されているが、そのどちらに蛍光ラベルを導入した場合でも電位依存的な蛍光輝度の変化が観察できた。このことはいずれのドメインも電位依存的に構造が変化していることを示している。またC2ドメインに存在するCα2 loopと呼ばれる部分を蛍光ラベルしたところ、低い電位では蛍光シグナルが減少したにも関わらず高い電位では逆に増加した。シグナルの逆転が起こる膜電位は、我々が先行研究で明らかにした基質選択性が替わる膜電位とほぼ一致した。

このことからCα2 loopが基質選択性に深く関与していると考えられる。さらに高い電位のシグナルの時間変化を解析したところ、速い蛍光輝度の増加のあとに、遅い蛍光輝度の減少が見られた。これは基質が酵素の活性中心に結合した後、実際に脱リン酸化活性を発揮する際の構造変化を反映しているものと考えられる。つまりCα2 loopは基質選択性とともに脱リン酸化活性にも深く関与していることが分かった。本研究はこれまでほとんど注目されていなかったCα2 loopの重要性を見出したという点で、大変意義のある研究であったと考えている。電位依存性ホスファターゼは膜電位依存的にイノシトールリン脂質を脱リン酸化する。VSPは種々のイノシトールリン脂質を基質に持つが、最近の我々の研究により、低い膜電位ではPI(3,4,5)P3を脱リン酸化し、高い電位ではPI(3,4)P2を脱リン酸化することが示唆された。しかしながらその分子メカニズムは、全く不明であった。本研究では脱リン酸化に関わっている酵素領域に非天然アミノ酸を利用して蛍光ラベルを導入することで、膜電位と酵素領域の構造変化の関連を調べた。その結果、酵素領域のCα2 loopと呼ばれる部分が基質の選択性に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。本年度は人工アミノ酸を部位特異的に組み込む方法を確立することに成功したが、初めての手法であったため条件検討に多大な時間を費やし、データの解析それからFRETを用いた酵素ドメインと細胞膜との距離の測定を、当初の計画どおり本年度終了時までに終えることができなかった。そのため「やや遅れている」とした。生理学「研究実績の概要」で述べたとおり、本年度は蛍光を持つ人工アミノ酸をVSPの酵素ドメインに部位特異的に組み込む技術を確立した。今後は蛍光変化の膜電位依存性を解析することで、膜電位依存的な基質選択性に繋がる構造変化を明らかにしていく。またFRETの方法を用い、細胞膜と酵素ドメインが膜電位依存的にその距離を変えることで、基質選択性を変えるかどうかも合わせて調べていく。当初の予定どおり、FRETの方法を用いてVSPの酵素活性をより速い時間分解能で計測することに成功した。しかしながら平行して行う予定であった変異体の作成が、若干遅れている。そのため、おおむね順調に進展しているとした。当該年度は蛍光を持った人工アミノ酸を部位特異的に挿入する方法を試み成功したが、新規の手法であったため、条件検討等に予想以上に時間を費やした。そのため本研究の目的である基質選択性を決める分子メカニズムを解明するまでには至らなかった。そのため部位特異的に挿入されているかどうか調べるために、必要最低限の物品の購入しか行っていない。本研究課題は、VSPが電位依存的な基質選択性を示す分子メカニズムを明らかにすることであるが、これは酵素ドメインが電位センサーの動きに応じてどのように立体構造を変化させるのか、明らかにすることに他ならない。最近、米国のPeter Schulz博士のグループがタンパク質の任意の場所に蛍光ラベルを導入する方法を開発した。この方法を用いれば酵素ドメインの任意の場所を蛍光ラベルできるため、膜電位変化に応じてどのように酵素ドメインが構造変化するか、明らかにできると期待される。
スニヤエフ-ゼルドビッチ効果によるハッブル定数の研究

この研究の目的は比較的近距離にある銀河団のスニヤエフ・ゼルドヴィッチ(SZ)効果を観測し、光学観測の方法とは独立にハッブル定数を求めることである。この研究ではマルチビーム受信機で感度を上げて2次元観測し、ハッブル定数測定の精度を上げる。1)野辺山45m境内の受信機の性能向上:我々は40GHz帯2×3ビーム超伝導受信機を搭載しているが、望遠鏡のシステム雑音温度(160K)より理論的に求められた予想感度を望遠鏡上で連続波観測感度(10mK/sec)として達成した。2)野辺山45m電波望遠鏡での観測:野辺山45m鏡で98年冬と99年冬にCL0016+16銀河団のスニヤエフゼルドビッチ効果を43GHzでマッピング観測した。ΔT_0=-0.51±0.15mKの測定値を得た。加えてSZ効果の動径分布を求めることに成功した。このCL0016+16の測定値は現在までの予備的結果であるが100km/s/Mpcとかなり大きな値になった。しかし、これとA2218の以前の我々の観測結果を総合し求めたハッブル定数は60km/s/Mpcであった。これはいままでの光学観測による観測値を支持するものである。3)SIS+HEMTミキサによる高性能化:システムをさらに高感度にするためには、超伝導受信機の広帯域化することが必要である。超伝導素子と初段増幅器をミキサーマウント内で直接結合する手法で追及した。この結合実験は成功し、超伝導受信機レベルでは受信機を動作させることができた。しかし、インピーダンス不整合が残り周波数特性が良くない点が未解決な問題として残っている。野辺山45m鏡内の受信機の改良:我々はすでに40GHz帯2×3ビーム超伝導受信機を開発しているが、連続波観測を行うとシステム雑音温度の測定値130-160Kに相当する感度よりも2-3倍悪い状態であった。この原因は電源ノイズや増幅器/ミキサーの不安定性であった。接地条件、機械的安定な構造の採用、バイアスケーブルに混入するノイズ、電源へのノイズカットトランスの採用、等の対策を行い、雑音温度より理論的に求められる感度を望遠鏡上で達成することができた。またシステム雑音温度は受信機雑音温度より予想されるものよりも2倍高い。この原因を望遠鏡/ビーム伝送系の能率を測定する手法で追及した。原因は光学系で2つあった。ひとつは受信機のビーム整合光学系で90%しか効率がなかった。ここは低温部分と常温部分が混在しているので光学調整が不十分であり、治具を製作することとした(調整はまだ)。望遠鏡の光学系に関する部分は焦点面の端を使うマルチビームの場合、ある程度やむをえないが単一ビームの95%程度であった。野辺山45m電波望遠鏡での観測:野辺山45m鏡で99年12月-99年2月にCL0016+16銀河団のスニヤエフゼルドビッチ効果を43GHzでマッピング観測した。ところが、割り当てられた期間は残念ながら悪天候が続き15日間の観測で半分しか観測可能の日はなかった。観測し求まったSZ効果の大きさはアンテナ温度減少量でΔT_0=-0.51±0.17mKであった。銀河団プラズマが等温、球形でいわゆるβ-モデルに従うと仮定すると、SZ効果の広がりは60′′程度、β=1程度であった。これらの測定値はX線観測と矛盾するものではないが誤差はまだ大変大きい。このためハッブル定数までは現在のところ正確に決定できない。

野辺山45m電波望遠鏡での観測:野辺山45m鏡で遠方銀河団CL0016+16のスニヤエフゼルドビッチ(SZ)効果を平成10年12月-11年2月に引き続き平成11年12月に43GHzでマッピング観測して、SZ効果の動径分布を求めることに成功した。この観測より求まったSZ効果の大きさは銀河団中央でアンテナ温度減少量にしてΔT_0=-0.51±0.17mKであった。この銀河団のSZ効果は銀河団の周辺に向かうにしたがい緩やかに減少し、銀河団中央から130′′程度で観測の雑音レベルまでに減少した。この結果と等温球形β-モデルとの矛盾は見つからなかった。このCL0016+16の測定値とA2218の以前の我々の観測結果を総合し求めたハッブル定数は現在までの予備的結果であるが、60km/s/Mpcである。これはいままでの光学観測よる観測値を支持するものである。野辺山45m鏡内の受信機の改良:我々はすでに40GHz帯2×3ビーム超伝導受信機を開発した。システム雑音温度より理論的に求められた予想感度を望遠鏡上で連続波観測感度として平成11年度までに達成している。このシステムをさらに高感度にするためには、超伝導受信機の広帯域化することが必要である。我々はこの可能性を超伝導素子と初段増幅器をミキサーマウント内で直接結合する手法で追及した。この結合実験は成功し、超伝導受信機レベルでは受信機を動作させることができた。しかし、インピーダンス不整合が残り周波数特性が良くない点と、増幅器からの熱伝導で超伝導素子の物理温度が上昇し特性を悪化させている点が未解決な問題として残っている。
自己抗体産生制御機構の加齢変化

自己抗体産生の制御機構の加齢変化における神経内分泌系の関与を研究するため、加齢に伴う自己抗体産生を示すMRL/nマウスに水浸拘束ストレスを負荷し、自己抗体産生制御機構に及ぼす短期的および長期的影響を調べ以下のことを明らかにした。短期的影響については、約1.5年齢のマウスまではストレス負荷後3日目をピークとし、67日目に回復するような、胸腺の一過性の萎縮が起こり、他の免疫器官でも同様な主にT細胞の減少が起こる。また、ストレス負荷後3日目の血清中の抗DNA自己抗体のレベルは、6ヶ月齢程度の比較的若いマウスでは影響を受けないが、11.5年齢のマウスではIgGクラスの減少がある。これらのマウスの脾臓細胞の自己抗体産生機能をin vitroで調べると齢にかかわらず、IgG抗DNA自己抗体産生活性の低下がある。以上の変化はストレス負荷による一過性のものである。以上から、IgGクラスの自己抗体産生が起こる以前の、4ヶ月齢より若いマウスは、ストレス負荷による急性の変化が一過性で完全に回復するため、免疫系の加齢変化へのストレス負荷の長期的影響を調べるため適当な対象であることがわかる。次に、長期的影響を調べるには、4ヶ月齢のマウスに1回の水浸拘束ストレスを負荷するだけで十分な効果があり、くり返し負荷する必要がないことがわかった。つまり、4ヶ月齢のマウスをストレス負荷後、IgGクラスの自己抗体産生が上昇する月齢まで飼育し、脾臓細胞の自己抗体産生機能を調べると、総IgM、総IgG抗体産生は低いにもかかわらず、抗DNA、IgG抗体産生が高進していた。また、抗体産生を抑制する抑制性T細胞活性を測定しても、抗DNAIgG抗体産生を抑制する活性が特異的に低下していた。抑制性T細胞の生成へのカテコールアミンなどの添加の影響は固体差が大きく不明であった。以上の成果は平成5年の基礎老化学会で発表するとともに関連学会誌に投稿する予定である。
授乳時期によるラモトリギンの乳汁移行変動と乳児への影響

○研究目的授乳婦に薬物を投与する際には医療用医薬品添付文書を参考にするが、多くの薬剤が動物実験における乳汁移行データをもとに、「授乳を中止すること」「投与を回避すること」と記載されている。しかし、母乳には多くのメリットがあり一律に授乳を中止すベきでないことは言うまでもない。抗てんかん薬のラモトリギンは他の抗てんかん薬に比べて先天奇形発生のリスクが低く、2011年には双極性障害にも適応拡大したため、授乳婦が服用するケースは増えてきている。ラモトリギンは母乳中に移行するとの報告があるがその情報は限られており、さらに授乳時期における乳児への影響を検討した報告は見当たらない。そこで、授乳時期におけるラモトリギンの乳汁移行性と乳児への影響を明らかにすることで、より安全で有用な医薬品情報を提供することを目的とした。○研究方法当院で出産し、ラモトリギンを継続服用している授乳婦とその出産児の母体血漿中濃度・乳汁中薬物濃度・乳児血漿中濃度を出産直後・産後1ヶ月の時期に測定した。得られた値からM/P比(乳汁/血漿中薬物濃度比)やRID(相対的乳児薬物摂取量)を算出し、乳児の臨床症状や変動因子など総合的な評価のもと、各授乳時期における乳児への薬物影響を検討した。○研究成果高速液体クロマトグラフ法を用いたラモトリギンの薬物濃度測定方法の基礎的検討を行い、患者検体を用いたラモトリギンの血漿中濃度・乳汁中薬物濃度測定方法を確立した。
ビット反転を用いた宇宙機コンピュータシステム強化：プログラム進化による持続可能性

本研究では,予期せぬ外的要因(センサ故障や環境変化など)及び内的要因(プログラムバグなど)に対して,宇宙機におけるコンピュータシステムを強化するために,宇宙線によるビット反転を利用したプログラム進化を展開し,システム強化を実現する機能設計の確立とその有効性の検証を目指す.その目的達成に向けて平成30年度では,異なる目的を持つプログラムへと進化する可塑性を「環境変動に対応して変化する(目的"変更"許容型)可塑性」の1つとして捉え,何らかの外的要因によってミッションが達成できないと判断された場合,新たに生成した目的を達成できるようにプログラムを進化させる機構に着手した.その後,今まで考案してきた4つの機能強化を組み込んだローバをロケットに搭載してサブオービタル(大気圏内)打ち上げ実験を行い,その有効性を検証した.具体的には,目的"変更"許容型可塑性に関しては,状況に応じた月面探査機の着陸候補点を探すために,複数の目的の異なる着陸点を複数獲得可能な手法を考案し,アルゴリズムの性能を競う進化計算コンペティションで多目的部門2位を獲得した.また,サブオービタル打ち上げ実験に関しては,A Rocket Launch for International Student Satellites 2018にて,コントロールの正確性に関するAccuracy Award,高度な地上移動技術に関するTechnology Comeback Award,ミッションの新規性に関するMission Awardを同時に受賞しただけなく,ローバの完成度(システム強化に関連)と将来性が評価され,大学宇宙工学コンソーシアムから最優秀賞であるUNISECAwardを受賞した.さらに,その成果の一部はIEEE CIS Japan Chapter Young Researcher Awardとして評価を受けた.本研究では,予期せぬ外的要因(センサ故障や環境変化など)及び内的要因(プログラムバグなど)に対して,宇宙機におけるコンピュータシステムを強化するために,宇宙線によるビット反転を利用したプログラム進化を展開し,システム強化を実現する機能設計の確立とその有効性の検証を目指す.その目的達成に向けて平成28年度では,(1)複数のビット反転であるMBU (Multiple-Bit Upset)に頑健なプログラム進化と,(2)ヒューマンエラーに柔軟なプログラム進化に取り組んだ.具体的には,(1)ビット反転が起こってもプログラムが壊れない頑健性を「乱れに耐える頑健性」の1つとして捉え,その要素技術として非同期進化法を確立した.次に,(2)プログラムに内在するヒューマンエラーに対応可能な柔軟性を「影響を和らげてやりすごす柔軟性」の1つとして捉え,その要素技術として探査重視型進化法を考案し,その有効性を示した.平成28年度では,システム強化を実現する機能として,(1)複数のビット反転であるMBUに頑健なプログラム進化と(2)ヒューマンエラーに柔軟なプログラム進化に取り組んだ.まず,(1)に関しては, MBUによってプログラムは常に変化し続け,かつ,プログラムごとに実行時間が異なることから,従来の同期型のプログラム進化では対処できないため,各プログラムを非同期に進化させる非同期型プログラム進化を探究した.特に,進化の対象となる解(プログラム)の性質とその評価時間(実行時間)の関係性がプログラム進化に与える影響を分析するとともに,非同期型プログラム進化に適した選択,削除法を考案し,その有効性を示した.さらに,非同期型プログラム進化における非同期性(解を同期する個数)を変更可能な半非同期型プログラム進化法も考案し,非同期性が最適化性能に与える影響を検証した.これにより,MBU環境下でのプログラム進化に必要な要素技術を確立した.次に,(2)に関しては,宇宙という未知環境に対応可能なプログラムを事前に構築することには限界があるだけでなく,不完全な情報でのプログラム構築にはヒューマンエラーが内在しやすいため,人間が事前に考慮できなかった不足の事態に対処できるプログラムを自律的に構築する機構を探究した.具体的には,惑星を調査する宇宙探査ローバがスタックしたときに脱出させるプログラムに着目し,人間が事前に構築したプログラムではスタックから脱出できなかったときに,そのプログラムを変化させるとともに,適切なプログラムの組み合わせを探索する探査重視型進化法を考案し,実ローバで有効性を示すことに成功した.これにより,未知環境のために生じるヒューマンエラーに対応可能なプログラム進化に必要な要素技術を確立した.本研究では,予期せぬ外的要因(センサ故障や環境変化など)及び内的要因(プログラムバグなど)に対して,宇宙機におけるコンピュータシステムを強化するために,宇宙線によるビット反転を利用したプログラム進化を展開し,システム強化を実現する機能設計の確立とその有効性の検証を目指す.その目的達成に向けて平成29年度では,故障に対して強靭なプログラム進化に取り組んだ.特に,センサ類が故障しても目的を達成可能なプログラムを維持する強靭性を「大きく状態を変えつつも目的を達成する(目的"固定"指向型)強靭性」の1つとして捉え,その要素技術を考案し,その有効性を示した.具体的には,プログラム進化手法の一つである遺伝的プログラミングにおいて,あるセンサ情報を用いて目的を達成する“最適プログラム"を獲得するだけでなく,異なるセンサ情報を用いて目的を達成する“準最適プログラム"を同時に獲得する手法の考案に成功した.また,最終年度にはシステム強化を実現する機能を組み込んだ宇宙探査ローバを構築する計画となっているが,昨年度に続き本年度も,計画を前倒してプロタイプを構築し,ローバを搭載したロケットによるサブオービタル(大気圏内)打ち上げ実証実験を実施した.その成果は,日本最大規模の宇宙自律ロボット制御のアマチュア大会である能代宇宙イベントにおいて,能代CanSat大賞を受賞し,日本航空宇宙学会からポスター発表表彰を受けた.さらに,大学宇宙工学コンソーシアム(UNISEC)からも宇宙開発へ向けた活動成果が評価され,ポスター発表賞第1位を獲得した.

また,学術的には第61回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI2017)にて招待講演を依頼され,得られた成果を発表した.本研究では,システム強化を実現する機能確立を目指すために,平成29年度ではその機能の1つである故障に対して強靭なプログラム進化に取り組んだ.具体的には,センサ故障のためにセンサ値が出力されない,あるいは,想定外のセンサ値が出力されるなどの状況変化が起こった場合,そのセンサを使用しなくても他のセンサを用いることで,元々の目的を達成できるようにプログラムを進化させる機構を探究した.その目的達成のため,本研究では単一評価(想定しているセンサAに基づく評価)に対して“最適なプログラム"の獲得を目指しつつも,同時に他の評価(他のセンサBに基づく評価)に対しても比較的高い評価が得られるような“準最適プログラム"を獲得可能な多峰性遺伝的プログラミングを考案し,その評価をテストベット問題上で行った.さまざまなパラメータをランダムに変更したシミュレーション実験の結果,(i)提案手法で進化したプログラムは,他の評価単体で最適化したプログラムより評価は劣るものの,それなりの高い評価が得られること,(ii)テストベットA(センサAを使った方が高い評価が得られる問題に相当)で獲得した準最適プログラムが,テストベットB(センサBを使った方が高い評価が得られる問題に相当)においてほぼ最適なプログラムとして活用できることを明らかにした.特に,テストベットAはセンサAが“故障する前"の状況に相当し,テストベットBはセンサAが“故障した後"の状況に相当することを考えると,本年度のシミュレーション実験の結果はテストベット問題上ではあるものの,センサが故障したときの影響を削減できる可能性を示しており,故障に対して強靭なプログラム進化に必要な要素技術の考案に成功したと言える.以上より,本研究は計画通り着実に進んでいる.本研究では,予期せぬ外的要因(センサ故障や環境変化など)及び内的要因(プログラムバグなど)に対して,宇宙機におけるコンピュータシステムを強化するために,宇宙線によるビット反転を利用したプログラム進化を展開し,システム強化を実現する機能設計の確立とその有効性の検証を目指す.その目的達成に向けて平成30年度では,異なる目的を持つプログラムへと進化する可塑性を「環境変動に対応して変化する(目的"変更"許容型)可塑性」の1つとして捉え,何らかの外的要因によってミッションが達成できないと判断された場合,新たに生成した目的を達成できるようにプログラムを進化させる機構に着手した.その後,今まで考案してきた4つの機能強化を組み込んだローバをロケットに搭載してサブオービタル(大気圏内)打ち上げ実験を行い,その有効性を検証した.