hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
300MeV(p,n)(n,p)反応による原子核のスピン・アイソスピン自由度研究

データーが未濃縮の標的を用いたものと同じであることを確認した。このことにより、荷電交換反応の信頼性をとりもどし、平成17年度におこなったCd-116標的における測定結果とそこから導かれる核行列にたいする知見の正しさをうらづけることができた。また、平成18年1112月において、本研究の測定計画の後半のうちのSn-116を標的とした300MeVにおける(n, p)反応測定を、RCNPにおいて(n, p)反応施設を用いて行った。さらに、Ti-48標的をターゲットとした(n, p)測定に必要なTi-48粉末を、入手可能な酸化物の状態から還元する作業を外部委託により実施した。このことにより、従来のデーターでは大きな誤差の要因となっていた酸素起源のバックグラウンドを除去することが可能になった。本研究課題の目的である二ニュートリノ二重β崩壊の核行列の理解に必要な親核と中間核の間のガモフ・テラ-(GT)遷移強度分布を、研究代表者は平成18年度に大阪大学核物理研究センターにおいて取得した、入射エネルギー300MeVにおけるCa-48, Ge-76, Mo-100, Cd-116ターゲットに対する(p, n)測定データおよびSn-116に対する(n, p)測定データを解析することで導出した。Cd-116およびSn-116に導出されたGT遷移強度分布を、Alvarez-Rodrguezらによる準粒子乱雑位相近似(QRPA)を用いた理論予測としたところ、予測されたGT遷移強度分布は実験結果を再現しないことがわかった。特に、巨大共鳴領域に対応する5-15MeVの励起エネルギーにおいて、予測されたSn-116でのβ+側のGT遷移強度は、実験的に発見された遷移強度を半分程度しか説明しない。このことは、理論予測が巨大共鳴領域を経由する遷移の寄与を核行列を過少評価していることを示唆する。また、Cd-116の二重べータ崩壊の核行列を、本研究で得られたGT遷移強度から導出した。ただし、各中間状態への遷移行列への符号は実験的に決定することができないため、全ての中間状態の寄与を正の符号でたし、0.32±0.05という値を得た。この値は崩壊寿命測定によって得られた0.064±0.007より5倍おおきいもので、この食い違いは中間状態毎の寄与の位相の違いによる打ち消しを無視したことによる。5-20MeVの巨大共鳴領域のみの寄与は、0.202±0.005で全体の60%程度をしめることが判った。このことは、巨大共鳴領域を経由する遷移が二ニュートリノ二重β崩壊の核行列に大きく寄与することを示唆している。以上のように研究代表者は、二ニュートリノ二重β崩壊の核行列を理解する上で、最も基礎的な量であるGT遷移強度を、いくつかの代表的な核について導出し、特にCd-116に関しては巨大共鳴領域の重要性を初めて明らかにした。
微生物によるトリチウムガスの酸化の実体とその作用機構に関する研究

本研究は(1)各種土壌のトリチウムガスの酸化活性を比較し,土壌から空気中のトリチウムガスを酸化する微生物を分離・同定することによってどのような菌が土壌によるトリチウムガスの酸化に与っているかを明らかにすること,(2)植物に付着する微生物によるトリチウムガスの酸化の実体を明らかにすることを目的とした.その研究成果を以下に述べる.1.茨城県の山林,水田,畑,海岸松林の各土壌についてトリチウムガスの酸化活性とその季節変化を調べたところ,いずれの土壌でも表層(0ー5cm)の活性は夏に最も高く,最も低い晩秋の2ー3倍であった.これらの表層土壌それぞれから好気条件下で従属栄養的に生育し,空気中トリチウムガスを酸化する土壌菌を分離した.これらの菌について,形態学的生理学的性状の他,細胞壁成分やDNAのGC比などの分析による化学同定を行った.2.松葉の組織結合型トリチウム濃度は水分のトリチウム濃度より高いことが知られている.これは土壌で酸化されたトリチウムを松葉が取り込をためか,松葉自身の酸化活性によるのか,あるいは松葉に付着している微生物による酸化のためかを明らかにする目的で,松葉,樹皮,リター,松林土壌などによるトリチウムガスの酸化活性を比較した.その結果松葉によるトリチウムガスの酸化は著しく低く,一方松の樹皮は土壌の約5分の1の酸化活性を示した.樹皮には地衣が付着していたことから他の樹皮に付く地衣や苔,地面に生える苔について酸化活性を調べたところ,いずれもかなりトリチウムガスを酸化することがわかった.芝,クローバー,ドクダミの葉による酸化は松葉とはぼ同程度で低かった.地衣は菌類と藻類の共生体であるが,トリチウムガス酸化活性は加湿により著しく増加し,最大で乾燥時の50倍にも達した.また30°C,2時間の酸化産物の97.4%はトリチウム水であった.本研究は(1)各種土壌のトリチウムガスの酸化活性を比較し,土壌から空気中のトリチウムガスを酸化する微生物を分離・同定することによってどのような菌が土壌によるトリチウムガスの酸化に与っているかを明らかにすること,(2)植物に付着する微生物によるトリチウムガスの酸化の実体を明らかにすることを目的とした.その研究成果を以下に述べる.1.茨城県の山林,水田,畑,海岸松林の各土壌についてトリチウムガスの酸化活性とその季節変化を調べたところ,いずれの土壌でも表層(0ー5cm)の活性は夏に最も高く,最も低い晩秋の2ー3倍であった.これらの表層土壌それぞれから好気条件下で従属栄養的に生育し,空気中トリチウムガスを酸化する土壌菌を分離した.これらの菌について,形態学的生理学的性状の他,細胞壁成分やDNAのGC比などの分析による化学同定を行った.2.松葉の組織結合型トリチウム濃度は水分のトリチウム濃度より高いことが知られている.これは土壌で酸化されたトリチウムを松葉が取り込をためか,松葉自身の酸化活性によるのか,あるいは松葉に付着している微生物による酸化のためかを明らかにする目的で,松葉,樹皮,リター,松林土壌などによるトリチウムガスの酸化活性を比較した.その結果松葉によるトリチウムガスの酸化は著しく低く,一方松の樹皮は土壌の約5分の1の酸化活性を示した.樹皮には地衣が付着していたことから他の樹皮に付く地衣や苔,地面に生える苔について酸化活性を調べたところ,いずれもかなりトリチウムガスを酸化することがわかった.芝,クローバー,ドクダミの葉による酸化は松葉とはぼ同程度で低かった.地衣は菌類と藻類の共生体であるが,トリチウムガス酸化活性は加湿により著しく増加し,最大で乾燥時の50倍にも達した.また30°C,2時間の酸化産物の97.4%はトリチウム水であった.
バレイショの根貫通力と根吸水力の遺伝的変異に関する国際共同研究

バレイショは他の畑作物に比べて根量が少なく、また根の伸長深さも浅いため、土壌乾燥害に弱い。本研究では根量に関係する量的形質遺伝子座(QTL)をオランダから導入した遺伝子マップ集団(2倍体)で調査し、根量に密接に影響するQTLを染色体5番上部に検出した。根量は早晩性や塊茎の早期肥大性と高い負の表現型相関を示し、両形質のQTLもほぼ同位置に検出された。本研究では、バレイショ乾燥抵抗性に関係する土壌硬盤層に対する根貫通能力(根貫通力)と乾燥土壌条件下での個々の根の水分吸収能力(根吸水力)に優れた品種を開発するための基礎的知見を得る目的で、研究代表者が開発した検定ポットと根吸水力測定方法を用いて、オランダのワーゲニンゲン大学が開発した、染色体におけるDNA配置を明らかにしたバレイショ集団(マップ集団)と国内バレイショ遺伝資源での両形質の遺伝変異を明らかにする。本研究は、北海道大学の研究代表者とワーゲニンゲン大学の海外共同研究者との国際共同研究として実施する。本年度に得られた成果の概要は下記の通りである。1.ポット栽培し、萠芽後35日目(開花始め)に調査したマップ集団(101系統、親2系統を含む)において、根長、根乾物重および節根数に大きな遺伝差異が認められた。QTL解析では、LOD値20の大きなQTLが5番染色体の中央付近に検出された。2.十分な給水条件下でポット栽培した国内遺伝子源9品種において、毎日のポット重量変化から推定した蒸散速度は、測定日の大気飽差によって増減し、その増減の程度に有意な品種間差異が認められた。根量の差異とは有意な相関関係が認められなかったことから、土壌水分が十分な条件下では蒸散速度の品種間差異は地上部形質、例えば葉とか茎の通導コンダクタンスにおける品種間差異が影響するものと推察された。3.圃場で乾燥と適湿の2水分条件下で栽培した根量の異なる2品種において、新型センサーを用いて測定した深さ60cmと100cmでの土壌水分圧の吸水限界値は-200-300kPaであり、根量の多い(根長密度の高い)品種では吸水限界値が低く、深い土壌層からの吸水量が大きかった。このことから、根量は土壌乾燥条件下での吸水能力と密接に関係していると推察された。本研究では、バレイショ乾燥抵抗性に関係する土壌堅盤層に対する根貫通能力(根貫通力)と乾燥土壌条件下での個々の根の水分吸収能力(根吸水力)に優れた品種を開発するための基礎的知見を得る目的で、研究代表者が開発した検定ポットと根吸水力測定方法を用いて、オランダのワーゲニンゲン大学が開発した、染色体におけるDNA配置を明らかにしたバレイショ集団(マップ集団)と国内バレイショ遺伝資源での両形質の遺伝変異を明らかにする。1.昨年度に引き続き、マップ集団をポット栽培し、萌芽後35日目(開花始め)に調査した根長および各器官乾物重のデータについてQTL解析を行った。根長および根重では両年ともにLOD値20以上の顕著なQTLが5番染色体の上部に検出された。また、昨年度の実験で根量の異なった10系統を慣行条件下で圃場栽培し、萌芽後35日目に根重を調査した。ポットと圃場の根重には高い正の相関関係が認められ、ポットでの系統間差異は圃場条件下でも類似して認められることを確認した。これらの結果に基づき、バレイショにおいて根量の遺伝的差異を支配する遺伝子が5番目染色体上部に存在することを、世界で始めて推定できた。2.圃場で乾燥と適湿の2水分条件下で栽培した根量の異なる4品種において、新型のセンサーを用いて測定した深さ60cmと100cmでの土壌水分圧の吸水限界値は-200-300kPaであり、深い土壌層での根量の多い(根長密度の高い)品種では深い土壌層からの吸水量が大きかった。すなわち、根量は土壌乾燥条件下での吸水能力と密接に関係していると推察された。3.早晩性の等しい2品種において、茎基部から伸長する節根の太さと身長角度が関係することを明らかにした。本研究では、バレイショ乾燥抵抗性に関係する土壌堅盤層に対する根貫通能力(根貫通力)と乾燥土壌条件下での個々の根の水分吸収能力(根吸水力)に優れた品種を開発するための基礎的知見を得る目的で、オランダのワーゲニンゲン大学が開発した、染色体におけるDNA配置を明らかにしたバレイショ集団(マップ集団)と国内バレイショ遺伝資源での両形質の遺伝変異を明らかにする。

1.昨年度まで2年間にポット栽培して根量のQTLを調査したマップ集団(101系統、親2系統を含む)の中から根量の大きく異なる10系統を選び、栽培2品種とともに天水条件下の圃場で栽培し、ポットでの調査と同じく萌芽後35日目に根を含む部位別の乾物重と形態形質を測定した。根重ではポットでの結果と圃場での結果の間に高い正の相関関係が認められた。また、部位別の乾物重割合でも高い正の相関関係が認められた。従って、ポット栽培で明らかにした根量のQTLは圃場栽培での根形質の遺伝的変異を説明できるものと推察した。2.マップ集団(101系統、親2系統を含む)の全てを天水条件の圃場で栽培し、生育ステージ(萌芽期、開花始め、開花終期、黄変期、枯凋期)を測定した。早晩性に関係する開花終期、黄変期および枯凋期の形質間には高い正の相関関係が認められ、またポットでの根量との間にも高い正の相関関係が認められた。黄変期についてQTL解析を行ったところ、根量のQTLとほぼ同一の場所(5番染色体基部)に極めて高いQTL(LOD値:C親で10、E親で30)を検出した。また根量では存在しなかったQTLが10番染色体(LOD値:両親とも3)で検出された。すなわち、早晩性の遺伝的差異は根量の遺伝的差異と密接にリンクしているが、この他にも早晩性に影響する遺伝的要因が存在すると解釈でき、実験当初の仮説と一致した。本研究では、バレイショ乾燥抵抗性に関係する根系の遺伝的変異と染色体領域(QTL)を明らかにする目的で、オランダのワーゲニンゲン大学が開発した、染色体におけるDNA配置を明らかにしたバレイショ2倍体のマップ集団(CxE集団)をポットおよび圃場で栽培し、根量および地上部および塊茎形質との関係を調査し、下記の成果を得た。1.マップ集団をポット栽培し、萠芽後35日目(開花始め)に調査した根長および各器官乾物重のデータについてQTL解析を行った。根長および根重では両年ともにLOD値20以上の顕著なQTLが5番染色体の上部に検出された。また、昨年度の実験で根量の異なった10系統を慣行条件下で圃場栽培し、萌芽後35日目に根重を調査した。ポットと圃場の根重には高い正の相関関係が認められ、ポットでの系統間差異は圃場条件下でも類似して認められることを確認した。これらの結果に基づき、バレイショにおいて根量の遺伝的差異を支配する遺伝子が5番目染色体上部に存在することを、世界で始めて推定できた。2.マップ集団を天水条件下と乾燥条件下(雨よけハウスを設置)で圃場栽培し、生育期間(早晩性、植え付けから茎葉黄変期までの期間)を2年間調査した。生育期間はいずれの年次でも集団内で大きな変異を示し、年次間相関も高かった。両年ともにポットでの根量と高い正の相関関係を示し、根量と同じく5番染色体の上部にLOD値が20程度の顕著なQTLが早晩性についても検出された。このため、上記1で明らかにした根量の遺伝的変異を支配するQTLが早晩性も支配しているものと推定した。3.圃場で栽培したマップ集団の塊茎乾物収量は、天水条件下ではポット栽培での根量および圃場での早晩性と有意な正の相関関係を示したが、乾燥条件下では有意な相関関係が認められなかった。これはこの集団が夏期の高温下で発病する夏疫病に特異的に弱いためと考えられた。バレイショの吸水能力に密接に関係すると考えられる根量のQTLが世界で始めて明らかになった。また、早晩性に関して検出された2つのQTLの中で一つは根量のQTLと一致したが、他の一つは一致しなかった。
視線計測システムによるまんがリテラシー解明の研究

2018年はアイトラッキングシステムを使って得た視線注視のデータの分析および、学会での発表をおこなった。(1)2016年に作成したアイトラッキングシステムのプログラムを使用して、12人の被験者に3冊のまんがを読んでもらい、その視線移動を記録した生のデータを見える形に数値化した。3冊のまんがは、『ブラックジャックによろしく』、『リトルウイッチ』、『[クー]』を使用した。それぞれ、ジャンル、絵柄の違うものである。データは、モニター上の注視点の座標を、その経過時間を記録することで得られたもので、総数4494頁のアイトラッキングデータを分析可能な数値化をおこなった。(2)2018年に得られた数値化された実験データを統計的に分析するためにソフトウエアの開発、及び分析をおこなった。具体的には数値データをCSV形式に変換し、明らかに実験目的から外れるデータ等を除き分析環境を整えた。更にCSV形式のデータをExcelで一般的なデータに変換し、統計ソフトR、及びR言語によって統計的解析を行った。(3)2018年日本映像学会全国大会(東京工芸大学)において「Eye-trackerによる視線追跡における図像読み取りの基礎研究」と題して(1)、(2)で得られた解析結果を発表した。この分析により、まんがを見る(読む)際の視線の動きには、ある程度の法則があること、さらにこれまで心理学で言われてきた「注意」等に概念との関わりが明らかになってきた。例えば、まんがは、背景とキャラクタによって構成されるが、視線の注視は、基本的にキャラクタに対してしか行われず、背景は多くの場合素通りしてしまう。また、キャラクタに関しては、目と口に注視が集中する傾向がある。2016年度はアイトラッキングシステムの基礎的構築のための整備を行った。(1)TOBIIトラッキングデバイスを使って、アイトラッキングのプログラム作成を行った。開発環境はvisualstudioを用い、WPF・C#によってアプリケーション開発を試みた。実験装置はWindows8.1のPCシステムに決定(大学所有の機材の関係による)。プログラムにより表示された画像(まんが作品)のどこに注視しているか、その座標のサンプリングもほぼ取得可能になった。サンプリング座標を確認するため、注視点再生のプログラムもほぼ完成している。3月の段階では作成プログラムを使用して実験が可能かどうかの予備実験を行った。(2)実験に際して使用する資料(まんが作品)の選定を行った。実験時間は1時間程度とし、単行本一冊約190ページの作品を選定した。さらに、内容にかたよりが生じないように、ジャンルの違う以下の3作品とした。『ブラックジャックによろしく』佐藤秀峰青年まんが系、『リトルウィッチ』藤原ゆか少女まんが系、『[クー]』シヒラ竜也SFファンタジー系。この作品選定に関しては、著作権の問題があり出版社集英社の権利関係担当部署との交渉でその権利をクリアにした。(3)神戸大学大学院国際文化学研究科との連携により国際文化学研究推進センター研究プロジェクト「領域横断的映画研究の推進」第6回研究会「人はまんがのどこを見ているのかアイトラッキング(視線追跡)による試み」の発表を行った。(1)アイトラッキングのデバイスはアメリカより6台購入済み。実験用のwindowsPCとデバイスを接続するUSB3ポートも6台購入済み。既にパイロットマシンでデバイス作動実験も終了している。アイトラッキングを制御するプログラムもほぼ開発は終わっている。予備実験でwindowsPCで動作確認も終了し、細かな点の修正を残すのみである。(2)商業まんがを実験に使用する権利のクリアは解決している。権利保持者の集英社よりデジタル化、学会発表等にその画像を使用する際(権利が発生した)ごとに、使用料を支払うことになった。そのため2016年に支払う予定の予算は執行されない状況にある。(3)予備実験は終了しているが、本実験にはまだ入っていない。特にページをめくる行為をより読書としてのまんがに近づけるためにタッチパネルの開発の必要性を認識している。この点は至急解決しなければならない課題である。2017年はアイトラッキングシステムを使って実際のデータ取得の実験をおこなった。(1)2016年に作成したアイトラッキングシステムのプログラムを使用して、12人の被験者に3冊のまんがを読んでもらい、その視線移動を記録した。実験は、被験者がモニターに表示されるデジタル化された見開きの2頁を読んでもらい、読後、キー操作によって次のページをめくることを繰り返す実験である。データは、モニター上の注視点の座標を、その経過時間を記録することで得られる。実験を通じて4494頁のアイトラッキングデータが得られた。(2)得られた実験データを分析するためのソフトウエアの開発をおこなった。開発環境はvisualstudioを使用しWPF・C#でプログラムソフトを制作。画面上の注視点がどのように時間軸上で移動していくか、ビジュアルに再現できるソフトである。これにより、被験者がどこを見ているのか、どれほどの頻度で見ているのか、といったデータをビジュアルに確認できることが可能になった。(3)神戸大学大学院国際文化学研究科国際文化学研究推進センター研究プロジェクト「領域横断的映画研究の推進」第3回研究会にて、「まんがは読むものか、見るものなのか」と題して、実験の途中経過を発表した。実験概要とデータの表示について報告した。

(1)アイトラッキングによる実験は12名の参加を得て終了している。データ数は4494頁におよび、90Mbyteのデータ量となっている。すべてはexcelによるテキストデータであり、解析は容易である。モニター上での注視点のX,Y座標、移動時間等が記録されている。(2)データの解析のため、eyetrackingの発売会社との契約が必要となったため、そのためのアップグレード、及び、使用のためにキーを購入した。これによって本実験がおこなえた。(3)まんがを読む環境に近づけるために、タッチパネルの導入も検討したが、表示画面が22inchの大型モニターのため、キーボードによるページめくりに変更した。このためのプログラムも開発し、実験をおこなった。被験者にとっては、混乱は生じなかった。2018年はアイトラッキングシステムを使って得た視線注視のデータの分析および、学会での発表をおこなった。(1)2016年に作成したアイトラッキングシステムのプログラムを使用して、12人の被験者に3冊のまんがを読んでもらい、その視線移動を記録した生のデータを見える形に数値化した。3冊のまんがは、『ブラックジャックによろしく』、『リトルウイッチ』、『[クー]』を使用した。それぞれ、ジャンル、絵柄の違うものである。データは、モニター上の注視点の座標を、その経過時間を記録することで得られたもので、総数4494頁のアイトラッキングデータを分析可能な数値化をおこなった。(2)2018年に得られた数値化された実験データを統計的に分析するためにソフトウエアの開発、及び分析をおこなった。具体的には数値データをCSV形式に変換し、明らかに実験目的から外れるデータ等を除き分析環境を整えた。更にCSV形式のデータをExcelで一般的なデータに変換し、統計ソフトR、及びR言語によって統計的解析を行った。(3)2018年日本映像学会全国大会(東京工芸大学)において「Eye-trackerによる視線追跡における図像読み取りの基礎研究」と題して(1)、(2)で得られた解析結果を発表した。この分析により、まんがを見る(読む)際の視線の動きには、ある程度の法則があること、さらにこれまで心理学で言われてきた「注意」等に概念との関わりが明らかになってきた。例えば、まんがは、背景とキャラクタによって構成されるが、視線の注視は、基本的にキャラクタに対してしか行われず、背景は多くの場合素通りしてしまう。また、キャラクタに関しては、目と口に注視が集中する傾向がある。予備実験は2016年度にほぼ完了している。2017年、2018年は以下のような方針で実験を行う予定である。(1)ハードウエアの整備。今後は、複数の被験者に実験を行うために大学所有のwindowsPCにアイトラッキングデバイス、USB3の装着を行い本実験を開始することになる。
Exo-uteroによるマウス胎仔の唇顎口蓋裂誘発に関する研究

胎仔の顔面発生の機序を探るためexo-utero法を利用し、形成期の胎仔顔面に侵襲を与え、その後顔面発生への影響を観察した。1.当初ケタラール腹腔内投与による麻酔で27匹の母獣に手術を試みたが、適正な麻酔深度の維持が難しく、母獣の術中死が2匹に見られた。手術を施した胎仔の胎齢は11日目から13日目が主で、1匹のみ胎齢14日目だった。手術操作は鋭く研いだステンレス線を羊膜腔内に刺入し胎仔顔面突起間の切開を試みたが、出血と羊水喪失のため胎仔はすべて吸収された。胎齢13日目以下の生存は子宮筋膜の開放のみ行った5胎仔に確認され、すべて正常だった。胎齢14日目に操作した1胎仔は用水喪失と腹腔内環境下でも生存したが前肢に形態異常が見られた。2.手術操作を簡便にし、侵襲を軽減するために妊娠12日目の9匹の母獣に対し子宮弛緩薬投与を併用した。結果はケタラールとの併用により強い呼吸抑制を生じ、全ての母獣が術中あるいは術後に死亡した。3.呼吸抑制を軽減し適正な麻酔深度を維持するために、4匹の母獣に全身麻酔薬としてネンブタールを使用し、局所麻酔薬としてキシロカインの腹壁投与を併用した。しかしいずれも術後呼吸抑制の為に死亡した。4.子宮弛緩薬使用による呼吸抑制をなくし麻酔深度を安定するため、麻酔法を2%ハロタン吸入麻酔に変更した。27匹の母獣で麻酔死は無かった。胎仔の出血を抑える為、電気メスの先端に取り付けた径0.1mmの銅線を羊膜腔内に刺入し胎仔顔面の小領域を凝固した。すべて胎齢11日目の胎仔に操作を施した。出血は少ないものの、凝固範囲の調節が難しく、方法を模索中である。今のところ生存率は低いが、生存した胎仔では顔面の非対称が認められ、形成初期の顔面の組織障害の影響と考えられた。今後もひき続き手術法の改善を試み、成功率は正確性を向上させていく予定である。
冬期北極海におけるボーフォート循環と海洋温暖化の実態解明

衛星レーダー高度計CryoSat-2/SIRALの観測データからこれまで不明であった冬季北極海の月平均海面力学高度・地衡流場を導出した。海上風・海氷運動との比較から、冬季においても海面応力の変動に応答して、北極海のボーフォート循環は順圧応答により時空間変動を示すことがわかった。また、ボーフォート循環は海面応力の強化に伴い、西方に分布を拡大させることがあることもわかった。冬季海氷下でのボーフォート循環の変動は、海氷減少をもたらす夏季太平洋水の行方を決める重要な要因であり、本研究の成果は北極海の海氷変動予測に資するものである。海氷に覆われた冬期北極海において、海氷下の海洋循環を明らかにするため、地球環境観測衛星ICESatおよびCryosat-2の高度計データから海面力学高度を算出した。特に2011年10月以降のCryosat-2の場合は、ICESatデータとは異なる準拠楕円体モデル・衛星姿勢を考慮し、なおかつ新規重力モデルを採用することで、高時間分解能(月平均)の海面力学高度を算出した。北極海で展開されているIce Thetherd Profilerによる水温塩分データから算出したステリック高との比較結果はR2=0.75となり、衛星高度計により海氷下の海面力学高度を得られることがわかった。これは従来、海氷の存在から観測が困難であった冬期の海洋循環場について、本研究の新たな手法が有用であることを意味する。また、得られた力学高度場の時系列は、太平洋側北極海におけるボーフォート循環が、冬期の海氷下において拡大・縮小を繰り返す季節内変動を示した。またボーフォート循環の季節内変動の要因は、海洋の駆動源である海上風・海氷運動の変化にあることも明らかになった。さらに、前述した海面力学高度とステリック高との比較を季節毎に分けると、冬期(13月)に相関係数が低下し(R2=0.52)、これは冬期のボーフォート循環が傾圧応答だけでなく、順圧応答していることを示唆している。これらの結果から、1風により強化・弱化される海氷運動がボーフォート循環を拡大・縮小させること、2冬期ボーフォート循環は順圧応答・傾圧応答を示すこと、がわかった。2014年9月にはカナダ砕氷船アムンゼンに乗船し、カナダ海盆を横断する測線上で水温塩分観測を実施した。現在、本研究で算出した力学高度データと比較検証中である。冬期北極海における海氷下の海洋循環を明らかにするために、地球環境観測衛星CryoSat-2搭載のレーダー高度計SIRALによる観測データを用いて海面力学高度を求めた。本研究で求めた冬期北極海の月平均場の海面力学高度、および海氷運動・風応力場を比較検証した結果、海氷に覆われている海の循環場は、少なくとも月ごとに海面応力場に応答して変動することが明らかになった。現場データによる検証から、海面力学高度は海面応力場に対して、順圧応答および傾圧応答することも明らかになった。本研究で得られた海面力学高度の変動場は、数値モデルによるシミュレーション結果とも整合的であった。加えて、得られた海面力学高度を用いて移流拡散方程式を解くことで、北極海バロー沖に11月以降に到達した太平洋水の行方を調べ、特に海洋循環(ボーフォート循環)が強化された2012年/2013年の冬期には、海氷減少域であるチャクチボーダーランドではなく、さらに西方へ太平洋水が輸送されていたことが示唆された。世界ではじめて北極海の海氷下で月ごとに変動する海洋循環場を明らかにした本研究の成果は、アメリカ地球物理学会誌JournaL of Geophysical Research-Oceansに掲載されることが決定した。計画段階では、研究成果を3年目に投稿予定であったが、進展が早くすでにonlineで投稿論文は閲覧可能である。得られた海面力学高度を用いて、他プロジェクトとの共同研究も進展している。これに加えて、データ公開ウェブサイトの構築にもすでにとりかかっている。従って当初の計画以上に進展している。本年度は本研究で確立した手法により、CryoSat-2搭載のSIRAL(レーダー海面高度計)のデータを用いて、20102016年冬季の月平均海面力学高度場データセットを構築し、ウェブ上で公開するとともにウッズホール海洋研究所等の研究者へデータの提供を行った。これにより、今後の国内外における共同研究の発展が望まれる。本年度後半には、ESAによるデータ更新に伴い、解析手順の改良を加え、再度データ構築を行った。従来は海氷に完全に覆われている冬季北極海では、海氷下のボーフォート循環には大きな変動は無いと考えられてきた。しかしながら、構築した海面力学高度データおよびこれに基づいて計算した地衡流場と、海氷運動・海上風との比較を行った結果、実際には海氷下のボーフォート循環は少なくとも月平均ベースで変動していることが示された。この結果は、数値モデルによる再現結果からも支持された。上記の比較研究からボーフォート循環の変動は、「海面での応力強化・弱化(海上風と海氷運動の変動)に伴う海洋循環の強化・弱化」であることがわかり、海洋循環が海面応力の変動に対して順圧応答することが要因であることを海底圧力計のデータを用いることで明らかにした。また海面応力の変動への応答に対して、ボーフォート循環は強化される場合と空間方向に規模を拡大する場合があることもわかった。

これまで、暖かい夏季太平洋水は、冬季にボーフォート循環によって海氷激減域のノースウィンド海嶺に到達して海氷減少に寄与するとされてきたが、本研究の結果は毎年必ずノースウィンド海嶺に到達するのではなく、より西方の海域へ夏季太平洋水が運ばれ、必ずしも海氷減少に寄与しない場合もあることを示唆している。本研究の結果は、北極海の海氷変動の理解をより深くするものであり、構築したデータセットは温暖化予測モデルの検証・校正や冬季の物質循環の理解に極めて重要である。衛星レーダー高度計CryoSat-2/SIRALの観測データからこれまで不明であった冬季北極海の月平均海面力学高度・地衡流場を導出した。海上風・海氷運動との比較から、冬季においても海面応力の変動に応答して、北極海のボーフォート循環は順圧応答により時空間変動を示すことがわかった。また、ボーフォート循環は海面応力の強化に伴い、西方に分布を拡大させることがあることもわかった。冬季海氷下でのボーフォート循環の変動は、海氷減少をもたらす夏季太平洋水の行方を決める重要な要因であり、本研究の成果は北極海の海氷変動予測に資するものである。計画通り、衛星高度計から海氷下の海面力学高度場を算出でき、特に海洋温暖化に寄与するとされているボーフォート循環の季節内変動とその変動要因を明らかにできた。また海洋観測についても、本来は海洋生物関連主体の観測計画であったが、航路等について船上で協議し、ボーフォート循環の断面観測を実施できた。アウトリーチとしては、European Space Agencyの衛星データを使用しているため、ヨーロッパ方面で研究計画等を紹介している雑誌にも取り上げられている。他プロジェクトとの共同研究を更にすすめる。すでに、これまでに北極海で横断的に行われた水温塩分データ、セジメントトラップ係留系で得られたデータと本研究の成果である冬期北極海の海洋循環場の変動には整合性が認められており、さらなる研究成果を挙げることに注力する。またデータ公開も行う。海洋物理学・衛星リモートセンシングボーフォート循環の駆動源である海面応力の詳細を調査する。海面応力は、海氷運動を表す「氷速」・海氷の動きやすさを示す「密接度」・海氷と海面との間の摩擦係数を決定する「氷種および氷厚」の4つの海氷関連パラメータに依存するため、それぞれのボーフォート循環への寄与率は明らかにする。具体的には、「衛星搭載型マイクロ波放射計AMSR-EおよびAMSR-2により得られる氷速・密接度・氷種」および「衛星搭載型高度計GLASおよびS IRAL - 2により得られる氷厚」と、で得たボーフォート循環の規模・強度を比較し、各海氷関連パラメータのボーフォート循環の時空間変動に対する寄与率を求める統計解析を行う。加えて、他機関の海氷海洋循環モデルの結果とも比較検証を行う。研究計画に変更はない。アメリカ地球物理学会の雑誌に投稿していた論文が年度末に受理され、論文投稿料の支払いが年度末に発生する可能性があったため、前倒し支払い請求を行った。現在はまだEarlyViewの段階であり、投稿料の請求がきていないため、まだ使用していない。英国雑誌掲載料における為替変動の影響で少額の残金が発生した。主に論文投稿料およびWebサーバ構築に使用する。次年度使用額は極めて少額であるため、申請した使用計画に変更はない。
対流スケールの予測可能性の理解と向上

前年度に引き続き、3次元レーダ画像の線形時空間補外予測システムの開発を進めた。フェーズドアレイ気象レーダは30秒毎に半径60km圏内の雨雲を3次元的に観測することの出来るレーダであり、急速に発達するゲリラ豪雨のような現象の早期検出に貢献すると期待されている。本研究では、この3次元レーダ画像の時系列を用いて、雨雲の移動ベクトルを計算し、そのまま動いた場合にどうなるかを予測する「降水ナウキャストシステム」を開発している。前年度は実際にシステムのリアルタイム運用を開始し、スマートフォンアプリへの配信も行った。これまで対流域の予測精度が良くなるように開発を行ってきたが、常時運用において層状性の降水でも適切に予測が出来るよう、アルゴリズムの改良を行った。平成30年7月豪雨の際には、層状性降水域の中に対流性降水域が埋め込まれている状況を適切に予測出来た。予報精度が持続予測に比べて良いことを統計的に確認した。本課題で開発した降水ナウキャストシステムは線形的な時間発展を仮定するため、予測時間が長くなって非線形性が卓越すると、予測精度が急速に落ちる。そのため、一般に短期の予測はナウキャストを用い、長期の予測は物理に基づいた数値天気予報を用いる。その中間では、両者の適切な重み付き平均を取ることで、精度が上がることが知られている。従来は領域内で一様な重みを用いていたが、空間的に分布を持つ重みを用いて精度向上させる手法を開発した。まず二次元降水ナウキャストで当該手法の有効性について調査を行った。なお、本研究はJST CREST課題JPMJCR1312「「ビッグデータ同化」の技術革新の創出によるゲリラ豪雨予測の実証」(代表:三好建正)および宇宙航空研究開発機構・降水観測ミッション第8回公募研究「GPM観測のデータ同化の高度化」(代表:三好建正)と密接に連携して実施している。本研究では研究の実施順序を入れ替えて実施したものの、予定していた降水ナウキャストシステムのリアルタイム運用と予測精度の統計的な検証において当初の目的を達成しており、順調に進展していると判断している。3次元降水ナウキャストシステムについては、リアルタイム運用を継続すると共に、得られた予測に関する検証を行い、線形予測の適用範囲と限界について明らかにする。利用できるレーダデータの増加を念頭に、データ量が増加した場合でもリアルタイム計算できるようにさらなる高速化を検討する。また、ブリーディング法による積雲対流スケールのカオス的誤差成長の測定とマルチモデルアンサンブルカルマンフィルタに着手する。平成28年度は研究の順序を平成29年度・30年度と入れ替え、3次元レーダ画像の線形時空間補外予測システムへのデータ同化導入および高速計算手法の開発に着手した。従来は移動ベクトル計算の際にノイズが多く、予測精度向上の妨げになっていた。本研究ではデータ同化を用いてより精度の高い移動ベクトルを算出し、予測精度を向上する降水ナウキャストシステムを開発した。これにより、10分先までの予測が現実的な精度で行うことが出来るようになった。ゲリラ豪雨は10分程度で急発達し、深刻な被害をもたらすこともある現象であるため、この10分先までの予測が実際に利用可能になれば、大きな意義があると考えられる。この3次元降水ナウキャストシステムは、従来の2次元的な降水ナウキャストに比べて計算量が大幅に増加する。そのため従来のままの計算では30秒毎に取得される観測データをリアルタイムに処理することが出来ない。本研究では将来的な実用化に向けて、3次元移動ベクトル計算の高速化に取り組んだ。従来手法の相互相関法を高速に計算できるように修正し、計算の解像度をやや下げることで、十分な速度が得られるようになった。これにより、リアルタイムでの実運用に向けて大きく前進したと考えられる。なお、本研究はJST CREST課題JPMJCR1312「「ビッグデータ同化」の技術革新の創出によるゲリラ豪雨予測の実証」(代表:三好建正)と密接に連携して実施している。本研究では研究の実施順序を入れ替えて実施したものの、予定していた二つの研究項目、3次元降水ナウキャストシステムへのデータ同化導入と、降水ナウキャストシステムの高速化において、当初の目的を達成しており、順調に進展していると判断している。前年度はデータ同化を用いて予測精度を向上させると共に、高速化により10分先までの予測を実時間で行えるようにした。今年度はこのシステムを基に、実際にリアルタイムにレーダのデータを転送し、予測をしてウェブ上で表示できるシステムを開発した。使用しているレーダは大阪大学吹田キャンパスと、情報通信研究機構未来ICT研究所に設置された2台である。

リアルタイムデータ転送には、理化学研究所で開発されているJust-In-Time Data Transfer (JIT-DT)ライブラリを使用した。こうした防災情報はデータを瞬時にユーザに届けることが重要となるため、株式会社エムティーアイとの共同研究の下、スマートフォンアプリへの配信実験も行った。予測の公開に当たっては理化学研究所として気象庁より気象業務許可を得ており問題ない。本課題の中心である積雲対流の予測可能性についてデータ解析をする際、観測と予測を定量的に比較する手法が必要である。しかしピンポイントに予測することが簡単で無いという性質上、比較方法を工夫する必要がある。今年度は積雲の大きさの頻度統計を用いる手法を試みて、一定の成果を上げ、論文として出版した。なお、本研究はJST CREST課題JPMJCR1312「「ビッグデータ同化」の技術革新の創出によるゲリラ豪雨予測の実証」(代表:三好建正)と密接に連携して実施している。本研究では研究の実施順序を入れ替えて実施したものの、予定していた二つの研究項目、3次元降水ナウキャストシステムへのデータ同化導入と、降水ナウキャストシステムの高速化において、当初の目的を達成しており、順調に進展していると判断している。前年度に引き続き、3次元レーダ画像の線形時空間補外予測システムの開発を進めた。フェーズドアレイ気象レーダは30秒毎に半径60km圏内の雨雲を3次元的に観測することの出来るレーダであり、急速に発達するゲリラ豪雨のような現象の早期検出に貢献すると期待されている。本研究では、この3次元レーダ画像の時系列を用いて、雨雲の移動ベクトルを計算し、そのまま動いた場合にどうなるかを予測する「降水ナウキャストシステム」を開発している。前年度は実際にシステムのリアルタイム運用を開始し、スマートフォンアプリへの配信も行った。これまで対流域の予測精度が良くなるように開発を行ってきたが、常時運用において層状性の降水でも適切に予測が出来るよう、アルゴリズムの改良を行った。平成30年7月豪雨の際には、層状性降水域の中に対流性降水域が埋め込まれている状況を適切に予測出来た。予報精度が持続予測に比べて良いことを統計的に確認した。本課題で開発した降水ナウキャストシステムは線形的な時間発展を仮定するため、予測時間が長くなって非線形性が卓越すると、予測精度が急速に落ちる。そのため、一般に短期の予測はナウキャストを用い、長期の予測は物理に基づいた数値天気予報を用いる。その中間では、両者の適切な重み付き平均を取ることで、精度が上がることが知られている。従来は領域内で一様な重みを用いていたが、空間的に分布を持つ重みを用いて精度向上させる手法を開発した。まず二次元降水ナウキャストで当該手法の有効性について調査を行った。なお、本研究はJST CREST課題JPMJCR1312「「ビッグデータ同化」の技術革新の創出によるゲリラ豪雨予測の実証」(代表:三好建
学習族の理論とその応用に関する研究

教師付き学習の研究は,従来,誤差逆伝搬法や射影学習など個々の学習に関するものが中心であった.しかし,学習の問題を深く理解していくためには,個別学習理論から,無限に多くの種類の学習を同時に扱う学習族の理論へと進む必要がある.受入研究者のグループでは,SL射影学習という概念を導入することにより,無限種類の学習を含む学習族の理論を世界に先駆けて構築してきた.この理論により,標本点が固定されている場合には,記憶学習が時によって高い汎化能力を獲得できる理由等,多くの事柄を理論的に解明してきた.しかし,追加学習や能動学習のように,標本点が変化していく場合には,このSL射影学習の概念は必ずしも使いやすいものではなかった.本研究の目的は,標本点が変化していく場合にも有効な学習族の理論を構築していくことである.ところで,外国人特別研究員のKovachevaは,本国でRBFネットワークと呼ばれる構造を持ったネットワークの研究に従事していた.そして,新しく効率的な学習法を提案し,ネットワークシミュレーターを開発するとともに,そのシミュレーターを用いて大型船舶のディーゼルエンジンの故障診断という複雑な問題に取り組んでいた.来日以来,この研究をより洗練させるとともに,それを追加学習に活用する研究を行い,アイルランド及びメキシコで開催された国際会議(ISICT 2003,WISICT 2004)で発表した.この研究は,RBFネットワークと呼ばれる無限種類のネットワークを考えながら,その中から,追加される訓練データに応じて最適なネットワークを構成していくものであり,学習族の問題の一つの具体例になっている.教師付き学習の研究は,従来,誤差逆伝搬法や射影学習など個々の学習に関するものが中心であった.しかし,学習の問題を深く理解していくためには,個別学習理論から,無限に多くの種類の学習を同時に扱う学習族の理論へと進む必要がある.受入研究者のグループでは,SL射影学習という概念を導入することにより,無限種類の学習を含む学習族の理論を世界に先駆けて構築してきた.この理論により,標本点が固定されている場合には,記憶学習が時によって高い汎化能力を獲得できる理由等,多くの事柄を理論的に解明してきた.しかし,追加学習や能動学習のように,標本点が変化していく場合には,このSL射影学習の概念は必ずしも使いやすいものではなかった.本研究の目的は,標本点が変化していく場合にも有効な学習族の理論を構築していくことである.ところで,外国人特別研究員のKovachevaは,本国でRBFネットワークと呼ばれる構造を持ったネットワークの研究に従事していた.そして,新しく効率的な学習法を提案し,ネットワークシミュレーターを開発するとともに,そのシミュレーターを用いて大型船舶のディーゼルエンジンの故障診断という複雑な問題に取り組んでいた.来日以来,この研究をより洗練させるとともに,それを追加学習に活用する研究を行い,アイルランド及びメキシコで開催された国際会議(ISICT 2003,WISICT 2004)で発表した.この研究は,RBFネットワークと呼ばれる無限種類のネットワークを考えながら,その中から,追加される訓練データに応じて最適なネットワークを構成していくものであり,学習族の問題の一つの具体例になっている.
エーゲ海における古代文明滅亡に影響した歴史津波の科学的検証

紀元前16世紀に噴火したしたサントリーニ火山性津波がクレタ文明に及ぼした影響を科学的に評価するために、ギリシャ本土・クレタ島・ロドス島、トルコ共和国エーゲ海側での現地における火山灰・津波堆積物の成分分析・年代測定を行い、さらにカルデラ崩壊のシナリオを基にした津波数値解析を実施した。その結果、サントリーニ島において火山性噴出物、クレタ島北部において津波堆積物を確認し試料として持ち帰り分析した結果、クレタ、トルコで採取した火山灰や津波堆積物は紀元前16世紀に噴火に関係していることが分かった。粒径分布、化学成分、堆積層に含まれていた有機物の年代測定値など紀元前16世紀の噴火により噴出した火山灰の成分と対応している。さらに、サントリーニ島及びクレタ島までの海域で、カルデラ陥没と仮定して津波を発生させ、クレタ島への影響を評価した。その結果、沿岸での波高は精々数mであり、推定される被害は従来言われているカタストロフィックなものではないことが判断できた。特に、昨年クレタ島北部での調査により判明した津波痕跡高さが2-6mの範囲であることと対応しており、本シュミレーション結果の妥当性を指示しているものと判断できる。これらの結果から判断できる結論として、港湾施設などに対しては大きな損害を与えたはずであり、当時盛んであった地中海交易に打撃を与えたと推定される。これは経済の衰退を意味し、外的からの防衛力の低下などにもつながったと思われる。紀元前16世紀に噴火したしたサントリ-ニ火山性津波がクレタ文明に及ぼした影響を科学的に評価するために、現地における火山灰・津波堆積物の成分分析・年代測定を行い、さらにカルデラ崩壊のシナリオを基にした津波数値解析を実施した。その結果、サントリ-ニ島において火山性噴出物、クレタ島北部において津波堆積物を確認し試料として持ち帰り現在分析中である。一方、数値解析により、サントリ-ニ島周辺では、波高20mを超える大きな値が、クレタ島では10m以下の小さな値が推定された。これによれば、沿岸での影響はあったが、クレタ島全域(特にクノッソスなどの中心部)へのインパクトはそれほど大きくなかったことが推定される。今後の堆積物解析結果のとの比較が待たれる。
ゲノム伝達のための染色体構造と機能の世代を越えたアダプテーション

本研究では、ゲノム伝達機能の破綻に対応したアダプテーション現象を実験的に再現することに成功している分裂酵母染色体モデルを活用し、そこで起こる染色体再編成の分子機構の詳細な解明を試みるとともに、それらが世代を越えて一つの生物種内に固定される仕組みについてのシステム的な理解を得ることを目指した。その結果私たちは、染色体末端は柔軟で適応的なゲノム維持機構に有利であることと、新規セントロメアは多段階反応で多様かつ柔軟に新たなクロマチン領域に確立されることを明らかにした。本年度はまず、これまでに私たちが体細胞分裂サイクルでセントロメアを破壊して獲得したネオセントロメア形成細胞が、還元分裂と均等分裂が連続して起こる減数分裂過程を正しく遂行できるかについて解析した。ホモタリック接合型細胞による減数分裂と、接合型遺伝子座位上の対立遺伝子の細胞導入で誘導した減数分裂の双方を調べ、ネオセントロメア形成染色体は減数分裂も遂行可能であると結論づけた。また、ネオセントロメア形成領域のゲノムDNAをギャップリペア法によってプラスミド上にクローン化し、その配列決定を行った。その結果、ネオセントロメアはゲノムDNA配列の変化を伴うことなく形成されていることを明らかにした。さらに、テロメア融合染色体の染色体融合部位もクローン化し、そのDNA配列を決定した。繰越期間も活用して異なる染色体間での融合やその複数例のそれぞれを幅広く解析し、最終的にテロメア融合は異なる染色体間で保存された相同配列間で起こっていることを結論づけた。相同配列が融合に用いられていることから、相同組換反応の中心因子であるRad51がテロメア融合の発生に関与している可能性が考えられたため、rad51(rhp51)変異をセントロメア破壊アッセイ株に導入し、その遺伝子バックグランドでテロメア融合が発生するか検証した。その結果、rhp51変異バックグランドでもネオセントロメア形成とテロメア融合は起こりうることが判明した。rhp51変異バックグランドで得られたテロメア融合株からその染色体の融合部位をクローン化してDNA配列決定を行ったが、結果は野生株で得られた染色体融合と基本的に同様であり、相同配列を介した組換反応がテロメア融合を生み出す原因となっていることを確認した。今年度はまず、新たに獲得した2番染色体および3番染色体でのネオセントロメアの減数分裂遂行能力を検証した。昨年度までの解析で、1番染色体のネオセントロメアに減数分裂遂行能力があることを結論づけていたが、同様にホモタリック接合型細胞による減数分裂と接合型遺伝子座位上の対立遺伝子の細胞導入で誘導した減数分裂の双方について解析し、染色体上の位置取りが異なり、体細胞分裂期では十分な機能性が確立されていないことが判明しているネオセントロメアも、減数分裂の遂行能力は十分にあることが確認された。また、新しく獲得されたネオセントロメア形成染色体のネオセントロメア形成部位のゲノム配列も決定し、それが機能不全のネオセントロメアでも、それが機能獲得型に変貌したネオセントロメアでも、配列変化を全く伴っていないことを確認した。しかしながら、機能獲得型ネオセントロメアでは、その形成領域に隣接するrDNAリピート領域において、リピート回数が60回から12回へと大幅に減少していることを見出した。その出現のタイミングは元の株のrDNAリピート回数との間に強い相関は示さなかった。しかし、そのような機能獲得型ネオセントロメアではテロメアヘテロクロマチンが強く隣接するようになっていた。機能獲得がヘテロクロマチンに依存した変化であることを検証するため、ヘテロクロマチン変異(clr4変異)バックグランドでの機能獲得事象を検討した。さらに、機能不全型のネオセントロメアの隣接領域に異所的なヘテロクロマチンを誘導し、それが同じく機能獲得を導くか検討した。その結果、隣接ヘテロクロマチンの獲得がネオセントロメアの機能性獲得につながっていると結論づけた。この結果ほ、なぜ現存するセントロメアのほとんどがヘテロクロマチンの隣接を獲得しているのか説明するものといえる。今年度は、昨年度までに得られた結果に基づき、ネオセントロメアの減数分裂期における機能性と相同染色体間の組換えによって生じるキアズマ構造との関係性を明らかにした。私たちがこれまでに獲得したネオセントロメア形成細胞は、染色体の均等分配制御しか必要とされない体細胞分裂期において確立されたものであり、還元分裂と均等分裂が連続的に起こる減数分裂期での機能性については不明であった。これまでの本研究の解析で、ネオセントロメアは初めて直面する減数分裂期での染色体分配も正常に処理することができることを明らかにしてきた。しかし、減数分裂期の染色体還元分配には相同染色体間の組換えが与えるキアズマ構造が正の作用を果たすことが知られており、本当はネオセントロメアの機能性には欠陥があるが、キアズマによってそれが補われた結果、見かけ上は正常に減数分裂が進行している可能性が否定できない。

そこで、キアズマ構造形成に欠損を示すrec12変異を導入したネオセントロメア株での減数分裂進行を観察した。その結果、キアズマ形成とは独立なセントロメア機能性が現状では確認されている。ネオセントロメアの還元分裂遂行能力は十分に確立されていると考えられる。また、ヒストンバリアントH2A.Zの消失とヘテロクロマチンの隣接がネオセントロメアの機能正常化を引き起こすことを昨年までに明らかにしているが、今年度はその分子メカニズムを解析した。その結果、セントロメア特異的なヒストンバリアントであるCENP-Aの分子シャペロンとして働くScm3タンパク質のネオセントロメア領域への会合が安定化することを明らかにした。ネオセントロメアの確立にはシャペロンの働きが不安定な第一段階とシャペロンの働きが安定化する第二段階があることを示した。本年度は、昨年度に得られた結果に基づいて、ネオセントロメアの減数分裂進行過程に伴う分子的な変遷を詳細に解析した。私たちがこれまでに獲得したネオセントロメア形成細胞は、そもそもは染色体の均等分裂のみが起こる体細胞分裂過程で得られたものであったが、昨年までの解析により、還元分裂と均等分裂が連続して起こる減数分裂も正しく遂行できることが判明している。今年度は、減数第一分裂中期に進行を停止させたネオセントロメア形成株においてクロマチン免疫沈降ーマイクロアレイ実験を行い、還元分裂に必要なタンパク質因子の染色体結合の変動を調べた。その結果、主要な還元分裂必要因子はネオセントロメアに集積していることが明らかとなった。ただし、2番染色体左腕にできたネオセントロメアでは、還元分裂必要因子であるSgo1の集積が低いという結果を得ている。また、そのような減数分裂の進行過程の顕微鏡を用いた生細胞観察も行い、上記の解析結果を裏付けた。一方、昨年度までの解析で、機能不十分なネオセントロメアが近隣のヘテロクロマチン獲得によって機能正常化に至ることを見出していたが、その安定化にはネオセントロメア形成領域に隣接するrDNAリピートの減少によるものが大きく、ネオセントロメア形成領域そのものに反復配列が生じるなどの変化は何も伴われていないことが判明した。そのネオセントロメア機能正常化には、ヒストンバリアントであるH2A.Zのネオセントロメア領域からの消失に対応していることを見出した。想定外の結果であったため、繰越申請をして研究を継続したが、その解析の結果、ヘテロクロマチンの隣接と染色体の末端近傍という二つの要素は独立にネオセントロメア形成領域からのヒストンH2A.Zの消失にポジティブに寄与していることが結論づけられた。染色体は世代を越えてゲノムを伝達するために機能する。その営みは頑強で、染色体の大規模な構造変化に起因するゲノム伝達機構の破綻に際しても、染色体は自らの大胆かつ柔軟な再編成によって一定の頻度でゲノム伝達機能の回復を導き出し、その再編成ゲノムを次世代に継承していく。それらは生物進化の過程で染色体に繰り返された深遠な反応で種分岐にも関わる一方で、細胞のがん化やゲノム病の発症にも関与する重大な現象である。本研究では、ゲノム伝達機能の破綻に対応したアダプテーションが世代を越えて一つの生物種内に固定される仕組みについてシステム的理解を目指している。
MHCクラスIII補体遺伝子群の分子進化

両生類アフリカツメガエルMHCの構造をより詳細に検討する目的で、クラスIa、クラスIIb、補体Bf、C4、HSP70、LMP7遺伝子間の連鎖解析を行い、MHC内で組み換えを起こしたカエルを2匹認めることにより、これらの遺伝子は3群に分けられ、クラスIa、C4が中央に位置する事が判明した。この遺伝子配置は哺乳類のMHCとは著しく異なっており、MHCは脊椎動物の進化の過程で、主要な遺伝子の連鎖は保ったまま大規模な再編を経験したことが示唆された。特にツメガエルの遺伝子配置ではクラスIaと、その上に提示される抗原のプロセシングに働くLMP7の遺伝子が互いに近接して存在することが示唆され、これがMHCの原型に近いものと考えられた。一方、硬骨魚類のメダカからは、クラスIIb、Bf/C2、LMP2、LMP7の遺伝子の単離、連鎖解析を行った。補体Bf/C2遺伝子は哺乳類Bf、C2とほぼ同程度の類似性を示し、どちらであるかは決定できなかった。これはツメガエルの遺伝子が明確にBfと同定されたのと対照的で、補体系が下等脊椎動物の段階で発展したことが窺われた。連鎖解析の結果、クラスIIb遺伝子は3コピーが、二つの遺伝子座に分かれて存在すること、Bf/C2遺伝子はそのどらちとも連鎖していないこと、及びLMP2、LMP7遺伝子は互いに連鎖しているが、クラスIIb、Bf/C2遺伝子とは連鎖していないことが明らかになった。従って今の所、メダカにはMHCと呼びうる遺伝子複合体が存在するかどうかは明らかでなく、今後その点をクラスIa、TAPの遺伝子を解析することにより、明らかにして行きたい。