hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
波動状運動を行う有限太さの紐状自律模擬生物の数式モデルの提案

この成果は論文として外国の学会雑誌に受理され、現在印刷中である。最後に進行中の研究を報告する。この虫のミュータントは行動があまり激しくなく、同時に間欠的に餌の粉砕運動をする。この時間変化する周期特性の解析、移動パターンを得るため、速度を直接求めうるウエブレットを開発した。本年7月末にオーストラリアで行なわれる国際会議に講演を申込中である。線虫行動を画像解析し、その行動パターンを筋肉収縮モデルによって表し、マイクロマシン構成などへのアプローチを目的とした。現在ほぼ計画が完了し、投稿原稿作製中である。その構成文を元に以下概略する。我々の立場はNiebur&Erdoes(以下"N&E")の直方体セグメントモデルの採用、虫自体が移動媒体上に作った滑らかな溝中を頭部で方向を決め体に分布する筋肉収縮で推進力を得て移動するものである。自律とは、頭部セグメントが方向のみを決めるだけで、特に外力で引っ張らないことを意味する。流体中をある速度で移動する物体は流体から速度に比例する摩擦力を受ける。この摩擦力と、1.筋の収縮力によって起こる体屈曲で生じる力、2.体表の弾性力、3.体内液体の圧力、4.太さを0でない有限値に保つ力の4項の和とが等しいと置いた。セグメント数を20とすると左、右側両面に対して、40次元連立微分方程式が得られる。この際レイノルズ数が0.01と小さいため慣性力を無視した。作用反作用による推進力となることが特徴である。これらの連立方程式をインプリシットオイラー法で解くことにより、モデル虫の運動パターンを解析した。この際、N&Eが詳しく検討しなかったが、正弦波状で移動するモデル構築で重要な因子である頭部方向を決める正弦波の振幅(b)、初期時体形を決める振幅(a)の数十点の組み合せに対し微分方程式を解き、進行速度、途中の体波形、などでその運動を調べた。活性化したセグメントの形、筋繊維の収縮力発生の位置と刺激受容位置、N&Eでは考えられもしなかった筋力分布などと進行状態との関係を検討した。進行時安定した波形を与えるa、bがある適当な範囲にあるべき結果が得られた。実際に実験室で飼っている数十匹の線虫(C,elegans)体形の実測の平均値と、モデルで得られた体波形(長さと正弦波振幅との比)とは実験誤差範囲で一致し、モデルは妥当なものと結論した。
重度心身障害児の行動形成法に関する総合的研究

1.重度心身障害児の治療教育の実態究明実態調査の結果、重度心身障害児の治療教育には定型的な方式がなく、試行錯誤的におこなわれていること、そのなかでオペラント技法が有効であることを示唆する資料が得られた。2.重度心身障害児の行動形成の基礎理論の検討オペラント技法による行動形成では、(1)強化の与え方(2)強化刺激が課題である。強化の与え方についてはレイショウスケジュールがインタバルスケジュールよりも効果的であり、しかも消去抵抗が大きいことが判明した。ただ問題は、連続強化から間歇強化へのスムースな移行が困難なことにある。強化刺激については、個人差が大きくて一般化しにくいこと、しかし、正の一次強化子としての食物は有効である。加えて、感覚刺激の利用可能性が高いことが明らかになった。一次強化から二次強化への移行はかなり困難であるが、笑顔+視線+言葉からなる合成強化は効果的である。3.重度精神遅滞児の言語形成の検討重度遅滞児の要求言語の形成について実験的研究をおこない、受動的対応期、自己充足可能期、即時対応期、非即時対応期という訓練段階を設定することが最も適切であること、フリーオペラント法の有効性が実証された。4.ダウン症児の治療教育ワシントン大学法にしたがいダウン症児の早期介入をおこない、この方法がかなり有効であること、しかし長期にわたるフォローアップが必要であることが明らかにされた。5.障害児の短期集中訓練による治療教育障害児に対して、一週間程度の合宿による集中治療を試み、その有効性と限界について検討した。1.重度心身障害児の治療教育の実態究明総合(B)の援助によって実施した国立療養所重心病棟における治療教育の実情を詳細に検討した。その結果、定型的な治療法は確立されておらず、試行錯誤的な指導が行われているが、オペラント技法はスモールステップが完成すれば極めて有効なものであることが示唆された。2.重度心身障害児の行動特徴の検討国立療養所柳井病院で典型例5例を対象に、タイム・サンプリングによりその行動を8mmビデオで6ケ月間にわたり撮映・記録した。分析は次年度におこなう。3.重度心身障害児の行動形成の基礎理論の検討重度心身障害児の行動形成にはオペラント技法が唯一の方法といってよい。しかし、これを実際に適用するときにはいくつかの課題がある。そのなかから、動機づけ,強化子,訓練スケジュールをとりあげ文献的な検索をおこない基礎資料を得た。4.ダウン症児の治療教育ダウン症児の早期教育法として注目されているワシントン大学DSプログラムの有効性を検討するため4例を対象に訓練を継続している。5.言語習得訓練重度の障害児に言語を習得させるために(1)対人関係の改善(2)発声活動の随伴性強化(3)動作模倣から発声模倣というフリーオペラント法を作成し、この方法で5例に治療をおこなった。その経過は現在観察中である。6.研究セミナーの開催研究分担者にゲストを加え、25名が参加して研究セミナー(一泊二日)をおこなった。この成果は公刊する予定。1.行動形成法の基礎理論の検討行動形成法の最大の課題である"強化法","フリーオペラント法"について検討した.それをもとに,強化のモデルを作成した.2.重度心身障害児の行動特徴の検討5例の重症児の行動記録をもとに分析をおこない,とくに臨床上問題となる自傷行動は(1)それぞれ固有のリズムをもって出現する,(2)心拍との関連でみると心拍が上昇すると出現する等々が明らかになった.3.ダウン症児の治療教育ダウン症児への早期介入プログラムの比較検討をおこなった.ついで,ワシントン大学法にしたがい3事例に早期介入を試みた.そして,(1)早期介入は効果的である,(2)介入によって親が変化する,(3)長期にわたるフオローアップが望ましい等々が示唆された.4.ろう精神遅滞者のコミュニケーション

ろう精神遅滞者のコミュニケーション行動の実態調査をおこなった.その結果,(1)マイナリティグループであるため放置されている,(2)言語的表現がすくないが,指さし,身振りが多く手話言語への移行の可能性がある,(3)要求言語行動を訓練によって習得させることが可能である等々が判明した.5.障害児の短期集中訓練による治療教育障害児のもつさまざまな問題を,休暇中に一週間合宿しておこなう治療教育を試みた.プログラム,指導者,アシスタント,親の役割と介入の方法などについて資料を得た.今後分析をつづける予定である.6.障害児の社会的スキルの訓練社会的スキルを訓練するために,スキルのアセスメント,訓練の方法,効果の測定などの試案を作成・実施した.1.障害児の早期教育プログラムの効果の持続性の検討61年62年度に、オペラント法・ワシントン大学法・短期合宿集中訓練をうけた障害児に、このような方法がどのような効用を限界を持っているかについてフオローアップ調査をおこなった。その結果は、(1)個体差が大きく一般化しにくい、(2)年令が低いほど効果があり継続する、(3)訓練期間が最低でも6カ月以上なければ効果は期待できない、(4)Co-Therapistを育てることが大切である、(5)強化子に何を使用するかによって訓練の成否が決まる等々であった。訓練のプログラムは、かなり大まかなものがよく、対象者に応じて弾力的に変更する必要がある。2.障害児の社会的スキル訓練の持続性の検討社会的スキルを修得させることで社会的適応が良好となるので、社会的スキル訓練は重要である。しかし、その方法となると課題が多い。ここでは、随伴的強化法とモデリング法について3年にわたり検討し、(1)年令・障害レベル・標的行動によってプログラムが異なる、(2)社会的に意味のあるスキルかどうか、(3)般化がおこりにくいことが明らかになった。3.研究成果報告書の刊行114ページからなる研究成果報告書を刊行・配布した。
テンプレートによるタンパク質結晶の核形成の促進とマイクロ流体デバイスへの応用

今年度は、基板上に形成させたテンプレートによるタンパク質結晶の核形成促進を目的として、昨年度設計した試作型デバイスを用いて、脂質二重膜をテンプレートにしたタンパク質の結晶化に着手した。さらに、その結果を基にしてマイクロ流体デバイスへの応用を試みた。試作型デバイスは、金薄膜を蒸着したガラス基板上にリソグラフィー技術によってSU-8製のマイクロウェルを作製した。マイクロウェル上に脂質二重膜を形成させ、その上にHisタグ付きタンパク質を固定化してテンプレートを作製した。結晶化に最適なテンプレートを作製するために、溶液濃度や脂質二重膜の条件、固定化時間などを検討した。Hisタグ付きGFPをモデルタンパク質として結晶化実験を行った。脂質の種類、脂質の混合比について検討を行った結果、Hisタグ付きGFPを固定するための脂質濃度が高くなるにつれて、GFPの結晶が析出しにくくなることが分かった。一方で、脂質の混合比を調整して、hisタグ付きタンパク質の濃度を低下させると、液滴中に多数の結晶の析出が観測された。これらの結果から、テンプレートであるHisタグ付きタンパク質の固定化密度が結晶化挙動に影響を与えていることが示唆された。次に、本年度の目標であるマイクロ流体デバイスへの応用を行った。マイクロデバイスでは、1条件あたりに必要な結晶化溶液の体積は約30 nLであり、試作型と比較すると3040分の1程度のサンプル量で結晶化が可能であった。また、単位体積あたりの結晶数を従来法や試作型デバイスと比較すると、析出した結晶数が劇的に増加することが明らかとなった。これらの結果から、マイクロ流体デバイスと脂質二重膜-Hisタグ付きタンパク質を用いた結晶化手法は、タンパク質の核形成を促進させる可能性が見出された。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、(1)試作型デバイスの作製や脂質二重膜の作製方法など、研究課題の基盤要素について検討を行った。また、(2)析出した結晶をダメージレスで評価するためのマイクロ流体デバイスの作製を行った。(1)試作型デバイスは、PDMSとCOCシートからなるフィルムタイプのマイクロ流体デバイスを金蒸着カバーガラスに貼り合わせて作製した。脂質二重膜の作製においては、脂質の種類、脂質の混合比、ベシクル濃度、反応時間などについて検討を行った。AFMによって基板表面の測定を行ったところ、DOPC : DoGs-NTAの混合比が6:1の場合に最も適した割合でHisタグ付きタンパク質が基板表面に固定化されていることが明らかになった。(2)ダメージレスなX線結晶構造解析の前処理(抗凍結処理)と100Kの温度下で測定が可能なデバイス開発を試みた。マイクロ流体デバイスにNomally Closed Valveを組み込むことによって、抗凍結処理を段階的に行うことが可能であった。また、100Kの窒素ガス気流内にデバイスを完浴させるために、デバイスのサイズを23mm角に再設計した。X線回折実験の結果、段階的に抗凍結処理を施した結晶から最も良好な回折データを取得できた。また、マイクロウェルの厚みを50μmとし、デバイス全体の厚みを240μmとした場合、デバイス、および溶媒からの散乱はほとんど観測されないことが分かった。さらに、3Å付近のアイスリングは観測されなかったため、結晶に直接触れること無く完全な回折データセットを取得可能なデバイス作製に成功した。結晶化の足場と考えているHisタグ付きタンパク質の固定化は、固定化密度の制御が概ね可能となった。しかしながら、脂質の混合比に関してはさらなる検討の余地がある。また、ターゲットタンパク質の入手と調製は多少遅れている。

一方でデバイス作製、測定においては、ダメージレスなX線結晶構造解析法を確立した。以上から、研究全体としてはおおむね順調に進展していると考えられる。今後も当初の計画に従って研究を推進する。テンプレートである脂質二重膜は、DOPC、DOGS-NTAにもう1種類の脂質を加えて、3種類の脂質を混合して作製する。そこに、Hisタグ付きタンパク質を固定化し、固定化密度などを評価する。また、最大の課題である結晶化に適したターゲットタンパク質は、早急に入手して結晶化可能な純度まで精製後、作製したテンプレートを用いて結晶化を試みる。
腸内細菌叢の変動を介した歯周炎とNASHの関連メカニズムの解明

多くの疫学研究より歯周炎がメタボリックシンドローム関連疾患のリスクを高めることが示唆されているが,そのメカニズムについては不明な点が多い。近年,それら疾患の発症,進行が腸内細菌叢の変動と関連していることが相次いで報告されている。申請者らは歯周病原細菌であるPorphyromonas gingivalis口腔投与が腸内細菌叢を変動させ,それに伴う代謝性内毒素血症の誘導により全身性の炎症とメタボリックシンドロームの一因であるインスリン抵抗性が誘導されることを報告した。メタボリックシンドローム関連疾患の一つである非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は腸内細菌叢の変動と関連があることが報告されている。本研究では,NASHモデルマウスへ歯周病原細菌を口腔投与し,NASHの病態のうち特に重要な肝線維化の誘導を評価すると共に,歯周病原細菌による腸内細菌叢の変動に着目し,歯周炎のNASH病態形成における影響とそのメカニズムを解明することを目的とする。本年度は,まずNASHモデルマウスへの最適な歯周病原細菌の投与開始時期を決定するため,高脂肪食(60%CDAHFD)投与期間に関する予備実験を行った。その結果を基に,高脂肪食を4週間投与し,肝脂肪変性及び微弱な肝線維化を誘導したNASHモデルマウスへP. gingivalisあるいはP. intermediaを週2回・5週間,計10回口腔投与し,本実験を行った。その結果,高脂肪食の投与により誘導された肝脂肪変性及び肝線維化が,5週間の歯周病原細菌投与の間に正常に近い状態へ後戻りすることが明らかとなった。今後は,高脂肪食及び歯周病原細菌投与のタイミングや期間等の再検討を行い,再度本実験を行っていく予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
制がん性天然物医薬品の開発と構造活性相関

当研究室では現在、天然界より抗腫瘍活性物質を得るべく研究を進めており、その目的に一歩近づくことができた。まず、茜草根より抗腫瘍活性を示す環状ペプチド(RA類)を単離、構造決定し、抗腫瘍スペクトルの検討も行った。p388細胞の高分子合成能に及ぼすRA-【VII】の作用では、leucineの取込みを選択的に阻害することより、増殖抑制作用の一次作用は、タンパク質合成阻害であると考えられた。現在、肺転移モデルのB16melanomaBL6に対してはADMと同程度の阻害活性を示している。RA-【VII】に関しては今後、臨床段階での良好な治療成積が期待される。また、インドネシア産のクスリウコンより、Sarcoma-180Aに対して抗腫瘍活性を示すビサボラン系セスキラルペンを単離した。さらに、海産センブレン型ジテルペンに関しては、光学活性体の立体選択的合成を目指している。D-マンニトールより、D-グリセロアルデヒドアセトアニドを経て、まずラクトン部の構築を行った、次いでこのラクトンに立体選択的なクライゼン転位を骨子とした炭素鎖の延長を行い、ほぼ目的とする天然物の基本骨格の合成に成功している。
近代韓国における児童文化運動と韓国児童文学成立期の研究

方定煥によって始められた韓国初の児童文化運動は、朝鮮王朝末期の農民運動や開化派近代化運動、大日本帝国統治下の民族独立運動と無関係に考察することはできない。方定煥は天道教教主孫秉熙の娘婿であり、天道教少年会の活動が彼の少年運動の始まりだった。これは東学や天道教という近代朝鮮に大きな影響力を持っていた宗教団体の教理や世界観の考察抜きに彼の児童観や業績を評価することはできないことを意味している。(1)18月12日、慶熙大学校中央図書館・韓国児童文学研究センター訪問、李在徹博士文庫調査、近代韓国児童文学稀覯本資料調査、韓国児童文学学会会長(キム・ヨンヒ氏)および研究者(ジョン・ソネ氏、ジャン・ソンユ氏)との研究会28月16日、パジュ出版団訪問、パジュ児童文学資料室調査、ポリム出版社訪問、現代絵本作家(チェ・ヒャンラン氏)への取材38月19日、現代韓国文学作家(ハ・ソンラン氏)との研究会48月22日23日現代韓国文学作家(オ・ジョンヒ氏)との文学踏査・研究会58月26日、現代児童文学作家、童詩人(イ・サンギョ氏)、現代絵本作家(チェ・ヒャンラン氏)への取材68月27日、韓国映画監督(クォン・ヒョ氏)への取材78月28日、日本児童文学翻訳家・研究者(パク・ジョンジン氏)との研究会88月28日、韓国文学翻訳院にて韓国児童文学研究会および翻訳セミナー(2)2014年3月23日28日、近代韓国児童文学資料収集。慶熙大学校中央図書館・韓国児童文学研究センター、李在徹博士文庫にて1920年代児童雑誌『オリニ』『こども』『新少年』『ヤングデイ』の書誌的事項を調査。(3)口頭発表、論文等:1「近代韓国児童文学ー<困難な現実を克服する不屈の精神>と<分かち合い>」日本児童文学学会第52回研究大会、2「韓国語児童文学研究文献解題20082012」『児童文学研究』第46号、pp.5769、3「方定煥研究ー誕生から10歳まで・幼少期の生家と時代背景」『東京純心女子大学紀要』第18号、pp.5359、4「韓国の児童書出版事情ーグローバルな視野、分かち合う共感」『こどもの本』9月号、pp.1011など。1.2012年5月、韓国・ソウルの(1)慶熙大学・韓国児童文学研究センター、(2)大韓民国国立中央図書館にて資料閲覧、文献複写、製本、資料整理を行った。主に、1900年代児童雑誌(『少年韓半島』『少年』)、1910年代児童雑誌(『赤いチョゴリ』『こども読本』『あたらしい星』)の書誌的事項を整理した。さらに、(3)高麗大学児童文学担当講師(張盛惟氏)との研究会(方定煥研究)、(4)韓国児童文学学会会長黄正鉉(ソウル教育大学校国語教育学科教授)及び韓国児童文学学会研究者との研究会(近代韓国児童文学について)の機会を持った。2.2012年8月、アジア児童文学学会東京大会に参加。(1)研究発表「日本における東アジアの子どもの本の翻訳について」を発表。近代韓国児童文学の研究を元に、現代におけるアジアの子どもの本の出版文化およびその翻訳受容状況を分析した。また、大会に参加した韓国児童文学学会の研究者や作家たちと(2)「日韓児童文学交流」のセッションを行い、司会進行を務めながら相互交流と理解につとめた。(3)大会参加者の朝鮮大学助教金真美氏と、金日成総合大学の児童文学研究の概況について情報交換を行った。3.2013年2月、韓国・ソウルの(1)慶熙大学・韓国児童文学研究センターにて資料閲覧、文献複写、製本、資料整理を行った。(おもに児童雑誌『オリニ』の研究)(2)韓国教員大学国語教育学科・申憲在教授と研究会、韓国児童文学学会会員研究者と研究会、慶熙大学・韓国児童文学研究センター責任研究員金容熙氏と情報交換を行った。(3)方定煥関連遺跡踏査(天道教教会、普成社跡地、オリニ大公園、忘憂里共同墓地)を行った。*二度の渡韓研究は、現地の関連史跡踏査と韓国第一線の児童文学研究者との情報交換を可能とし大変有意義であった。研究の根拠となる文献収集同様の研究上の意義と重要性があることを実感した。1.2014年5月16日17日--

1「第十二回アジア児童文学大会論文集」編集会議参加、資料調査、史跡踏査:普成専門学校跡地、開闢社跡地、方定煥生家跡地周辺、婚家跡地周辺、2.2014年8月--18/812:第12回アジア児童文学大会(韓国・昌原市)論文発表・参加、資料調査、史跡踏査等、3.2015年3月23日26日--1童心文学研究所所長鄭善惠博士と研究会、2漢陽大学大学院にてBKコリア研究員池好順氏と研究会等4.研究期間全体を通して実施した研究成果近代韓国児童文学に関する実証的な歴史研究を広範に行い、主に資料収集、史跡踏査を行った。近代韓国児童文化運動の中心人物であり、近代児童文学の開拓者である方定煥は、代々王宮に食材を納品する豪商の家門の出で、王宮の目の前に位置する立派な瓦屋根の屋敷を生家とする裕福な家庭に生まれた。しかし、王宮の没落と共に方定煥の家は廃業に追い込まれ、生活は困窮を極めたが、彼は愛国啓蒙運動、教育救国主義私立学校運動の代表的な私立学校の普成小学校、善隣商業学校に通った。その後朝鮮総督府土地調査局の書字生を経て、広く朝鮮社会にカリスマ的な影響力を持っていた天道教の指導者孫秉熙の三女と結婚する。方定煥の人生の転機となった結婚とその背後の人間関係を中心に考察すると、強力な信仰集団の人間関係と教理の影響力の大きさに気づく。既存の社会秩序が崩壊する時の人々の不安な心理の反映だろうか。近代韓国児童文学の本質を理解するには、その開拓者である方定煥の理解が不可欠で、方定煥を理解するには天道教とその思想の理解が不可欠である。韓国児童文学研究韓国の公的機関である韓国文学翻訳院による海外ネイティブ翻訳家招聘研修プログラムへの参加で、2013年8月1日31日までの1か月に渡って韓国に滞在できた(滞在費、航空券は韓国文学翻訳院より支給された)。そのため、腰を据えて近代韓国児童文学の研究に取り組むことができた。近代韓国児童文学の研究を進めるうえで、現代の韓国文学・児童文学・絵本にかかわる現象や状況を知り、作家や研究者たちと交流が持てたことは大変有意義で、今後の研究の進展のためにも有益な視点を与えてくれた。その成果は、口頭発表、論文として次のように発表された。1「近代韓国児童文学ー<困難な現実を克服する不屈の精神>と<分かち合い>」日本児童文学学会第52回研究大会、広島経済大学2「韓国語児童文学研究文献解題20082012」、『児童文学研究』第46号、pp.5769、(依頼論文)、3「方定煥研究ー誕生から10歳まで・幼少期の生家と時代背景」『東京純心女子大学紀要』第18号、pp.5359、(査読有)、4「韓国の児童書出版事情ーグローバルな視野、分かち合う共感」、『こどもの本』9月号、pp.1011、(依頼論文)、5「韓国絵本の魅力」高麗博物館、2013年11月23日、(招待講演)韓国文学翻訳院での現代韓国文学作家との研究会を通して、近代児童文学研究への新たな視点を得ることができたことは、当初の計画以上に研究が進展した部分である。1900年代韓国の児童雑誌(『少年韓半島』『少年』)、1910年代児童雑誌(『赤いチョゴリ』『こども読本』『あたらしい星』)の書誌的事項の整理と文献複写、資料の確認を実行できた。韓国・ソウルの慶熙大学・韓国児童文学研究センターでの文献利用と調査によって大きな成果を残せた。また、同研究センター責任研究員の金容熙氏による助言や研究協力が大きな助けとなった。高麗大学児童文学担当講師張盛惟氏も現在方定煥研究に打ち込んでいるため、彼女との研究会の場をもてたことは、情報の交換と意見交換は研究上の大変な刺激となったし、外国人研究者として一人では解決が難しい部分(歴史的背景に関する知識や解釈、その他関連情報等)に関しての大きな学びの場となった。これらはすべて科研費の研究費補助によって渡韓研究することによって可能となったものなので、科研費交付によって達成されたものは非常に大きく、たいへん感謝している。
浮遊している過冷却珪酸塩メルトからのコンドリュール組織形成

太陽系形成初期過程におけるコンドリュール形成を模擬した珪酸塩メルト浮遊実験を行い,その結晶成長組織形成過程をフェーズ・フィールド・モデルによる計算機シミュレーションにより実験を行った.その結果は以下のとおりである.1.地上実験では容易に結晶化する珪酸塩メルトが,宇宙空間のような無容器浮遊実験では結晶化せずにガラス化してしまうことが初めてわかった.すなわち惑星間物質が結晶化するには星間ダストなどの微粒子と衝突することが必須であることが示唆される.この結果は,太陽系形成初期には非常に濃いダスト数密度が与えられていたことを示す.2.コンドリュールは従来言われていた平衡凝固ではなく500-1000Kという超高過冷却メルト(ハイパークールドメルト)からの結晶化であることが初めて示された.ハイパークールドメルトからは低過冷却結晶組織が安定に形成されることが熱力学的計算から予測されており,本研究は実験による証拠を提示したことにもなる.3.浮遊メルト結晶化実験,ならびに計算機シミュレーションの結果から,バードオリビンコンドリュールに固有の特徴的なリム構造は,従来言われているような徐冷過程(100K/hr)では形成されず,急冷過程(100K/s)によってのみ形成されることがわかった.4.コンドリュール再現実験結果から,直径1ミリのコンドリュールの結晶化が完了するまでの時間は,原始太陽系の冷却速度には無関係に約10秒程度であることが推定できた.この推定結果は従来説である数時間オーダーと比べて極めて短時間であり,コンドリュールは短時間イベントによる産物であることが予想される.この結果はコンドリュールに激しい蒸発の後が見られず揮発性成分が残されていることと調和的である.太陽系形成初期過程におけるコンドリュール形成を模擬した珪酸塩メルト浮遊実験を行い,その結晶成長組織形成過程をフェーズ・フィールド・モデルによる計算機シミュレーションにより実験を行った.その結果は以下のとおりである.1.地上実験では容易に結晶化する珪酸塩メルトが,宇宙空間のような無容器浮遊実験では結晶化せずにガラス化してしまうことが初めてわかった.すなわち惑星間物質が結晶化するには星間ダストなどの微粒子と衝突することが必須であることが示唆される.この結果は,太陽系形成初期には非常に濃いダスト数密度が与えられていたことを示す.2.コンドリュールは従来言われていた平衡凝固ではなく500-1000Kという超高過冷却メルト(ハイパークールドメルト)からの結晶化であることが初めて示された.ハイパークールドメルトからは低過冷却結晶組織が安定に形成されることが熱力学的計算から予測されており,本研究は実験による証拠を提示したことにもなる.3.浮遊メルト結晶化実験,ならびに計算機シミュレーションの結果から,バードオリビンコンドリュールに固有の特徴的なリム構造は,従来言われているような徐冷過程(100K/hr)では形成されず,急冷過程(100K/s)によってのみ形成されることがわかった.4.コンドリュール再現実験結果から,直径1ミリのコンドリュールの結晶化が完了するまでの時間は,原始太陽系の冷却速度には無関係に約10秒程度であることが推定できた.この推定結果は従来説である数時間オーダーと比べて極めて短時間であり,コンドリュールは短時間イベントによる産物であることが予想される.この結果はコンドリュールに激しい蒸発の後が見られず揮発性成分が残されていることと調和的である.1.現有のガス浮遊装置を利用して、バードオリビン・コンドリュールと放射状輝石コンドリュールの組織再現実験を行った。その際、メルト球の冷却を左右する環境温度は、購入する小型マイケルソン干渉計でガス温度を直接"その場"測定した。本研究代表者は、リム部(表面からの放射冷却支配)と内部(熱伝導支配)の成長メカニズムの相違、成長速度の過冷却度依存性、が2重構造を支配するという定性的なモデルを提案していたが、本研究でそのモデルが検証された。2.横山は冷却中のメルト球がリム部と内部構造の2重組織を持つのは、常に限定された狭い条件でしかありえないことを、フェーズ・フィールド・モデルを利用したシミュレーションで示した。この予想は実験方法によってリムの有無が決まるという経験とも一致し、今後天然のコンドリュール形成温度の推定に大きく寄与するはずである。これらの理論的な予測と実験結果を対比させることで、現実味のあるモデルに近づけることができた。3.オリビン・コンドリュールのバー状組織は400-1000°Cの超高過冷却メルトからでのみ形成されることが分かった。また、結晶化の時間は数秒程度に限定される。従来の説のような徐冷過程では形成されない。また、リム部と内部のバー状組織の形成にも、数秒程度の急冷が不可欠である。4.輝石コンドリュールメルトからの結晶化は、結晶の核となる微細結晶を外部から取り込まない限り不可能である。単純な冷却ではガラス質になる。1.太陽系形成初期過程におけるコンドリュール形成を模擬した珪酸塩メルト浮遊実験をガスジェット浮遊炉により行った.その結果,無容器浮遊珪酸塩メルトは不均質核形成が抑制され容易に超過冷却状態に達するにもかかわらず,結晶化しないでガラス化してしまうことがわかった.したがって珪酸塩メルトがコンドリュールとして結晶化するには,星間ダストなどの微粒子との衝突による不均質核形成が必須であり,太陽系形成初期には非常に濃いダスト数密度が与えられていたことが推定される.

2.同じくコンドリュール再現実験結果からは,メルトが平衡凝固ではなく500-1000Kという超高過冷却メルトであるハイパークールドメルトからの結晶化であることが初めて示された.ハイパークールドメルトからは低過冷却結晶組織が安定に形成されることが従来の熱力学的計算から予測されており,本研究においてはハイパークールドメルトからのみ,典型的な低過冷却組織である斑晶質コンドリュール組織が再現されることを実験的に初めて確認した.3.浮遊メルト結晶化実験,ならびに並列して行ったフェーズ・フィールド・モデルによる計算機シミュレーションの結果から,バードオリビンコンドリュールに固有の特徴的なリム構造は,従来言われているような徐冷過程(100K/hr)では形成されず,急冷過程(100K/s)によってのみ形成されることがわかった.4.さらにコンドリュール再現実験結果から,直径1ミリのコンドリュールの結晶化が完了するまでの時間は,原始太陽系の冷却速度には無関係に約10秒程度であることが推定できた.この推定結果は従来説である数時間オーダーと比べて極めて短時間であり,コンドリュールは短時間イベントによる産物であることが予想される.この結果はコンドリュールに激しい蒸発の後が見られず揮発性成分が残されていることと調和的である.
原始星進化の化学判断を目的としたテラヘルツ帯HEBミクサ受信機の開発

本研究には3つのステップがある。まず、THz帯分光観測に不可欠な超伝導HEB (Hot Electron Bolometer)ミクサ素子の開発である。次に、受信機の製作、ASTE望遠鏡への搭載と試験観測、最後に同望遠鏡を用いた科学観測である。観測目的は、星形成のごく初期段階にある星間分子雲の化学組成の解明であり、後の星形成、惑星系形成に至る物質進化の謎を解き明かす鍵が得られると期待される。2010年度は1.5THz帯で世界一高感度な素子の製作に成功した。11年度は素子の更なる改良、受信機の製作、ASTE望遠鏡への初搭載と試験観測を行った。12年度は科学観測を目指した。12年度は0.9THz帯のHEBミクサを重点的に改良し、受信機雑音で350Kの低雑音ミクサを製作した。これは量子雑音の約9倍である。また、11年度の初搭載の成功と課題を踏まえ、受信機の改良を行った。改良点は2点ある。まず、局部発振信号の安定化である。発振器を受信機デュワーに取り付けている光学台を剛性の高いものに変更し、機械振動による信号の強度変化を抑えた。次に、完全リモート観測への対応である。光学台とbias源をリモート制御に変更し、山麓施設からの観測も可能にした。これらの改良を施したTHz受信機をASTE望遠鏡に搭載した。受信機は予定通り動作したが、望遠鏡施設のトラブルにより急遽搭載を中止、12年度の観測はキャンセルされた。続いて実験室でミクサ素子のプロファイリングを行った。私の製作したHEBミクサは非常に厚い超伝導薄膜を用いているにも関わらず、極めて低雑音である。これは従来考えられてきたように基板による冷却だけでなく、電極による冷却が働いているのではないかと考え、これを確かめる実験を行った。すると、後者が前者の約2倍の効率で働いているという結果が得られ、電極間の距離の短縮が性能改善の鍵であることを明らかにした。本研究は大きく分けて3段階のステップがある。まず、THz帯分光観測に不可欠な超伝導HEB(Hot Electron Bolometer)ミクサ素子の開発、及び望遠鏡へ搭載する受信機の設計、製作である。次に、チリにあるASTE 10m望遠鏡への試験的な搭載と観測。最後に同望遠鏡を用いた本格的観測運用である。その観測目的は、星形成のごく初期段階にある星間分子雲の化学組成の解明であり、この領域の理解を深めることで後の星形成、惑星系形成に至る物質進化の謎を解き明かす鍵になると期待される。2010年度はこの3段階の1つ目、素子開発と受信機の設計、製作を行った。受信機の構成は0,9/1.3-1.5THzのデュアルバンドである。HEBミクサは入射する電磁波による超伝導の破壊を利用したヘテロダイン素子で、その構造は単純で数nmという極めて薄い超伝導薄膜でできたマイクロブリッジである。本研究では、超伝導素材にNbTiN、NbN+AIN膜を用いている。NbN+AIN薄膜は申請者が製作した完全オリジナルな薄膜で、世界的にこの膜を使用している例は報告されていない。観測に用いるHEB素子は高感度、つまり低雑音であることが望ましい。申請者は、HEBの雑音性能がマイクロブリッジのサイズに依存すると考え、様々な幅と長さのフリッジをもつ素子を製作し、測定した。すると、やはり雑音はブリッジサイズに大きく依存し、0,9THz帯では最高で450K、1.5THz帯では570Kの受信機雑音温度を達成した。前者はNbN+AIN素子、後者はNbTiNを用いた素子である。これらの性能は非常に低雑音であり、特に後者は報告されている中では世界最高性能である。この値は、大きな科学成果を残しつつあるHersche宇宙望遠鏡に搭載された同周波数帯観測機器の約半分の雑音である。まず、THz帯分光観測に不可欠な超伝導HEB(Hot Electron Bolometer)ミクサ素子の開発である。次に、受信機の製作、ASTE10m望遠鏡への搭載と試験観測、最後に同望遠鏡を用いた科学観測である。観測目的は、星形成のごく初期段階にある星間分子雲の化学組成の解明であり、この領域の理解を深めることで後の星形成、惑星系形成に至る物質進化の謎を解き明かす鍵になると期待される。2011年度は素子の更なる改良、搭載受信機の製作、ASTE10m望遠鏡への試験的な搭載と観測を行った。2011年度、HEBミクサを更に改良し、受信機雑音温度で490K、0.9THz帯でも380Kまで低下させた。前者は量子雑音の7倍程度、後者は10倍程度に相当する。このミクサを用いて実際に望遠鏡に搭載する受信機を製作した。構成は0.9/1.3-1.5THzのデュアルバンドである。両バンドともHEBミクサを用いる。各バンドともRFに対して周波数依存しない光学系を組み、非常に広帯域な受信機を実現した。搭載するASTE望遠鏡の主鏡は10mであるが、主鏡全面を使うと空間分解能が望遠鏡の指向精度に肉薄してしまうので、内側約7mのみを用いる設計を施した。

2011年9月末から10月頭の2週間程度、チリの標高5000mの望遠鏡サイトに自ら行ってASTE望遠鏡へ搭載した。今回は初めての搭載、かつ試験観測が目的なので、0.9,1.3THzのみ搭載した。我々の製作したHEBミクサ受信機はサイトでも正常に動作し、信号の伝送にも問題が無い事が確認できた。試験観測では、0.9THz帯で連続波観測、分光観測に成功した。このように本受信機が観測に耐えうる実証ができたので、2012年度本格的な科学観測を行う目処がついた。本研究には3つのステップがある。まず、THz帯分光観測に不可欠な超伝導HEB (Hot Electron Bolometer)ミクサ素子の開発である。次に、受信機の製作、ASTE望遠鏡への搭載と試験観測、最後に同望遠鏡を用いた科学観測である。観測目的は、星形成のごく初期段階にある星間分子雲の化学組成の解明であり、後の星形成、惑星系形成に至る物質進化の謎を解き明かす鍵が得られると期待される。2010年度は1.5THz帯で世界一高感度な素子の製作に成功した。11年度は素子の更なる改良、受信機の製作、ASTE望遠鏡への初搭載と試験観測を行った。12年度は科学観測を目指した。12年度は0.9THz帯のHEBミクサを重点的に改良し、受信機雑音で350Kの低雑音ミクサを製作した。これは量子雑音の約9倍である。また、11年度の初搭載の成功と課題を踏まえ、受信機の改良を行った。改良点は2点ある。まず、局部発振信号の安定化である。発振器を受信機デュワーに取り付けている光学台を剛性の高いものに変更し、機械振動による信号の強度変化を抑えた。次に、完全リモート観測への対応である。光学台とbias源をリモート制御に変更し、山麓施設からの観測も可能にした。これらの改良を施したTHz受信機をASTE望遠鏡に搭載した。受信機は予定通り動作したが、望遠鏡施設のトラブルにより急遽搭載を中止、12年度の観測はキャンセルされた。続いて実験室でミクサ素子のプロファイリングを行った。私の製作したHEBミクサは非常に厚い超伝導薄膜を用いているにも関わらず、極めて低雑音である。これは従来考えられてきたように基板による冷却だけでなく、電極による冷却が働いているのではないかと考え、これを確かめる実験を行った。すると、後者が前者の約2倍の効率で働いているという結果が得られ、電極間の距離の短縮が性能改善の鍵であることを明らかにした。素子の開発、受信機の製作、望遠鏡への試験搭載など、行った事は当初の計画通りである。しかし、素子の開発において、昨年製作した世界最高感度のミクサを改良し、更に低雑音なものの製作に成功した。1.5THz帯のミクサだけをみると、世界各所で研究され、報告されている中でも頭一つ飛び抜けた性能である。この成果を鑑みると、当初の計画以上に進展していると評価できる。上記のように今年度は受信機をASTE望遠鏡に搭載し、本格的な科学観測を行う。おおむね昨年度の搭載時と同様の装置類を準備すればよい。ただ、実際の観測は夜間行うため、観測の間サイトに常駐しなくてもよいようにリモート観測に対応させる必要がある。具体的には、局部発振器の光学台、局部発振信号の強度を調整するアッテネーター、バイアス電源の完全リモート化である。
共感的喜びを動因とする援助行動の神経メカニズムの解明

ヒトの援助行動においては、援助の受け手が喜ぶことを予期しそれに共感するという共感的喜びを動因とすると考えられる。本研究では、その神経基盤を明らかにすることを目的として、fMRIを用いた実験的研究を推進した。実験の結果、援助行動遂行中に共感的喜びが報酬系の活動として表象されるとともに、共感的痛みに関わる反応が減弱されることを示した。さらに、共感によって惹起される社会的行動が受け手にとって報酬として認識され、かつ、嫌悪刺激に対する反応を減弱することも示した。まとめると、共感的喜びと共感的痛みの連関が援助行動の動因となるとともに、共感に伴う社会行動は受け手にも有用であることを示唆する。ヒトの高度な社会性は、援助行動によって他者と協調することが可能となることによるところが大きい。援助行動には相手の立場に立ち相手と同じ感情状態に自らをおくことで、相手の感情や意図を理解する共感能力が重要と考えられている。本研究は、共感が援助行動の動因になるかを検証するために、共感により惹起される感情反応(共感反応)に随伴して援助行動が発生することを調べることを目的とする。今年度は、cyberball課題を元に申請者が開発した、困窮した他者を助けることが可能なタスクを利用して、fMRIを用いて実験的研究を推進した。今回の実験では実験パラメータを操作することにより、比較する条件間で要求される運動の質の差による脳活動をキャンセルアウトすることを出来る様にした。これにより、他者を援助することに関連する脳活動のみを抽出可能となり、純粋に援助行動に関わる神経基盤を評価することができる。20名のデータを解析した結果、他者が困窮した状況に陥ると、その相手に対する援助行動が行動データの変化という形で示されることを確認した。また、fMRIのデータから援助時には、報酬系である線条体の活動に加えて、pain matrixの一部である前部帯状回が賦活することを確認した。前者は共感的喜びの際に賦活することを示した先行研究と一致する活動で有り、後者は、困窮した状況にある他者に共感する際に賦活する領域である。これらから、共感的喜びと共感的痛みの両者が同時に働くことが、援助行動の動因として重要であることを示した。こうした共感と援助行動の連関についての神経基盤の知見は、ヒト社会性について示唆を与えるもので有り社会への影響の大きさという観点からも非常に重要である。ヒトは、自らが有する高度な社会性によって、親密な関係にない他者に対してすら協調した行動をとることができる。こうした協調行動においては、相手の立場に立ち、相手と同じ感情状態に自らをおくことで、相手の感情や意図を理解する共感能力が重要である。本研究では、共感によって惹起される協調行動として代表的なものである援助行動、および、そのもととなる共感の神経基盤を明らかにすることを目的とする。今年度は昨年度までに実施した援助行動における神経基盤を解明するために実施した実験の解析結果に関して論文化した。解析において、援助対象者が援助を受けることで惹起する喜びを想像しこれに共感するという共感的喜びの重要性を示した。この論文については、改訂した原稿の査読中である。さらには、共感の神経基盤として、非親密者同士においてもよく見られる、共感を重要な要素として含む社会行動の一つである傾聴を対象としてその神経基盤を実験的研究により明らかにした。この実験を通じて、傾聴を受けることは社会的報酬として腹側線条体の活動として表象され、かつ、傾聴相手との親密性が向上することを示した。この結果については論文としてまとめ、Social Neuroscience誌に掲載された。こうした援助行動、および、その動因となる共感の神経基盤に関する知見は、ヒト社会性について示唆を与えるものであり社会へのフィードバックという観点で影響が大きく重要な知見であるヒトは、自らが有する高度な社会性を活かして、他の個体と助け合いながら社会的な集団の中での生活を送っている。このような他の個体を助ける援助行動においては、相手の立場に立ち、相手の感情や意図を理解する共感能力によって実現されていると考えられる。本研究では、共感によって惹起される援助行動の神経基盤を明らかにすることで、どのような共感機構により援助行動が遂行されているかを確認することを目的に実験を実施した。今年度はfMRIを用いた実験を通じて、援助行動の神経基盤として、援助対象者が援助を受けることで感じる喜びを予測しそれに共感するという共感的喜びに加えて、他者の苦境による共感的痛みの減弱が重要であることを示した。この成果は、Social Neuroscience誌に掲載された。さらには、援助を受けること自体が喜びとして腹側線条体の活動として表象されることから、共感的喜びの前提となる援助対象者の神経基盤についても確認した。この成果はScientific Reports誌に掲載された。これらに加えて、共感を重要な一要素として含む傾聴の神経基盤、および、共感を増強する要因である親密度の社会的認知の神経基盤についても本研究期間内で成果をあげた。こうした成果により、共感によって惹起される援助行動の神経基盤を統合的に明らかにすることができた。本成果は、ヒト社会性を支える重要な社会能力である共感を対象としたものであり、ヒトの高度な社会がいかに形成されているかという点についての示唆を与える研究である。よって、社会神経科学だけではなく、教育、組織マネージメントなどの様々な分野で応用可能な成果であるという点からも重要性が高い研究成果である。

本研究では、その神経基盤を明らかにすることを目的として、fMRIを用いた実験的研究を推進した。実験の結果、援助行動遂行中に共感的喜びが報酬系の活動として表象されるとともに、共感的痛みに関わる反応が減弱されることを示した。さらに、共感によって惹起される社会的行動が受け手にとって報酬として認識され、かつ、嫌悪刺激に対する反応を減弱することも示した。まとめると、共感的喜びと共感的痛みの連関が援助行動の動因となるとともに、共感に伴う社会行動は受け手にも有用であることを示唆する。今年度までに計画した、援助行動の神経基盤については論文化まで進めることができた。しかしながら、共感の神経基盤については、首都大学東京の実験機器(fMRI)の故障により親密者を対象とした実験は実施することができなかった。一方で、実施を完了した非親密者を対象とした実験について加速することで論文掲載までの成果を得ることができ、実験ができなかった面での遅れは取り戻すことができた。社会神経科学2015年度は、昨年度の積み残しとなった親密者における共感の神経基盤を明らかにする実験について、実験機器(fMRI)の修理が完了し次第取り組む。当初計画した初年度の実験に関しては、解析まで完了し、当初たてた仮説通りの結果を得た。よって、当初の計画通り進展していると考える。首都大学東京の実験施設(fMRI)が故障したために、実験が完了しなかったため計画通り進んでいるため、今後は、当初の計画通り推進する。平成26年度は、より自然な社会的行動における共感を対象として、研究を推進する。当該実験設備の修理完了し次第、実験を実施する投稿していた論文の査読に予想以上の時間が必要となったため、英文校正にかかる費用に関し、今年度必要とならなかったため平成26年度に論文が査読から返って来た時点で、使用する。
材料力学分野におけるマルチメディアを用いたCAIシステムに関する研究

材料力学分野における理論の学習、理論解析、数値解析を一貫して行う、CAI(コンピュータを用いた教育)システムの開発を目ざして、本年度は、ハイパーカードを用いた材料力学電子本を、実際の講義における使用に耐えうるシステムへの改良を行った。以下に本システムの特徴を上げる。1.使用する祭に特別な知識(コンピュータ等に関する)を必要としない。2.実験等のビデオ映像を用いて、学習者に対して新しい概念を直観的に理解させることが出来る。3.個人の学習スピードに合わせて学習が出来る。4.分からないあるいは意味を忘れてしまった単語が電子本上に出てきた時には、その部分をクリックするだけで直ちにその単語の説明を見ることが出来る。5.音声によるテキストの読み上げにより、孤独になりがちなコンピュータに向かった作業にめりはりをつけ、使用者の心労を和らげることが可能となる。一方、電子本の作製環境としては、購入したコンピュータおよびソフトウエアーを用いて、ビデオ映像、音声、数式、テキスト等の入力から編集を一貫して簡単に出来るシステムの構築を行った。このことにより、50分程度の講義の内容を1日×2人程度で作製できるようになった。来年度からこのシステムを実際の講義で使用する予定である。以上のシステムを日本機械学会の全国大会において発表した所、材料力学関係の多くの人から非常に好意的な反響があり、本システムの早急な完成が望まれていることが分かった。
大規模DNA情報を活用した正確かつ迅速な種多様性評価技術の開発

愛媛県重信川の10地点に生息する河川底生動物群集を対象に,大量のDNA塩基配列を一度に解読する次世代シークエンシング解析を活用し,迅速に種数を評価した.従来の顕微鏡を使った形態同定の結果,採取された8,921個体から64分類群が発見された.それに対して,ミトコンドリアDNAのCOI領域(658塩基長)を対象とした次世代シークエンシング解析で得られた165,508配列の内,DNAバーコーディングにより39,337配列から成る128種が同定された.また,各分類群における個体数とDNA配列数に正の相関が見られた.またDNA種分類法(PTPモデル)を適用した結果,298種の存在が推定された.初年度となるH24年度は,課題1「フィールド調査および従来法(形態種同定)による種多様性の評価」および課題2「DNA型コピー数平準化法の開発」を計画通り実施し,さらに計画を前倒して課題4「進化モデル解析によるDNA種数の定量化」も一部開始した。課題1では,重信川流域(愛媛県)の源流から下流に分布する10リーチにおいて,種多様性評価に用いる底生動物のサンプリングと環境調査を実施した。次年度以降に本研究で評価するDNA種数との比較のため,すべての底生動物サンプルは,顕微鏡観察に基づく従来法により,形態種(リンネ種)の数を評価した。その結果,全リーチから8921個体を採取し,64分類群を同定した。また,窒素・リンなどの水質,水温,餌資源,流速,水深等の底生動物の生息に関係する環境項目を調査した。課題2では,本年度は,コピー数平準化に最適な再会合過程の温度と時間条件を検索した。多くのDNA型のPCR産物が二本鎖に再会合するが,わずかに1本鎖が残存する温度・時間条件が平準化状態に近づく温度・時間条件を検索した。その結果,74-80°Cで10分間で再会合した後に,それ以上の再会合反応を停止させるために氷上で急冷するという操作が最適であることを見出した。課題4では,海外共同研究者のプサン大学のチョン教授研究室から研究員1名を愛媛大学に招へいし,自己組織化マップ(SOM)を使った種の定量化に向けた理論研究を遂行した。この理論的シミュレーション技法を概ね完成させることができた。また,H25年1月31日に,本科研プロジェクトを中心とする研究グループが愛媛大学に集まり,一般公開の形で「流域と生態系ワークショップ2014-水文生態学,生息場学,分子生物学の新しい研究アプローチ-」を開催した。当日は9件の研究発表を行い,学生や若手研究者を含む38名が集まり,プロジェクトの更なる進捗に向けた意見交換ができた。課題1「フィールド調査および従来法(形態種同定)による種多様性の評価」では,重信川流域(愛媛県)において,種多様性評価に用いる底生動物群集の定量的に採取した。本研究で評価するDNA種数との比較のため,すべての底生動物サンプルは,顕微鏡観察に基づく従来法により,形態種(リンネ種)の数を評価した。形態同定の結果,重信川流域では8,921個体から64分類群(1綱,4目,2科,4亜科,16属,37種)が発見された。環境調査は窒素・リンなどの水質,水温,餌資源,流速,水深等の底生動物の生息に関係する環境項目全般を調査した。課題2「DNA型コピー数平準化法の開発」では,PCR産物を熱変性して一本鎖に乖離させた後,徐冷して一部を再会合させるDNA型コピー数の平準化に必要な温度・時間条件の最適条件(79°C,3時間)の発見に成功した。また,ポリアクリルアミドゲルを使った電気泳動により,再会合後にヘテロ二重鎖とホモ二重鎖を,両者の分子立体構造の違いを利用して分画できることもわかった.課題3「次世代シークエンスによる大規模DNAデータベースの構築」では,課題1で採取した群集サンプルを使って,流域の種数を評価した。NGS解析で得られた165,508配列(平均塩基長=約330塩基)の内,BLASTによるDNAバーコーディングで同定されたのは39,337配列で128種が特定された.最も多く検出された科は43種(23,137配列)のユスリカ科だった.形態同定された34分類群(1綱,3目,30科)の内,DNAバーコーディングで同定されたのは17分類群だった.各分類群における個体数とDNA配列数に正の相関が見られた.課題2「DNA型コピー数平準化法の開発」では,多くの一本鎖DNAが再会合し,わずかの一本鎖DNAが残存した状態がコピー数平準化に最適な会合条件と考え,最適な再会合の温度と時間の条件を実験的に検索した。その結果,70°Cで1分間の再会合が最適条件として検索された。この条件の下,群集アンプリコンの熱変性-再会合処理を行い,処理を行わない系も比較対象として準備をした。そして,群集構造をDGGE法で比較した結果,全体として,各ハプロタイプの存在量の平準化効果を確認することはできなかった。この原因として,類似した配列同士が再会合反応時にヘテロ2重鎖を形成してしまったことが考えられた。課題

3「次世代シークエンスによる大規模DNAデータベースの構築」では,課題1で採取した群集サンプルを使って,重信川流域の種数を評価した。形態同定の結果,重信川流域では8,921個体から64分類群(1綱,4目,2科,4亜科,16属,37種)が発見された.個体数が最も多い分類群は3,144個体のユスリカ亜科だった.次世代シークエンシングによるミトコンドリアDNAのCOI領域(658塩基長)を対象としたアンプリコン解析で得られた165,508配列の内,DNAバーコーディングにより39,337配列から成る128種が同定された.各分類群における個体数とDNA配列数に正の相関が見られた。課題4「進化モデル解析によるDNA種数の定量化」では,課題3で作成されたデータベースを進化モデルに基づくDNA種分類法に適用し,流域内の全DNA種数を定量化した。,単純な進化系統樹を使って種数を定量できるPTPモデルを使ってDNA種分類を行った。その結果,重信川流域に298種の存在が推定された.また,ニューラルネットワークの一種である自己組織化マップ(SOM)を用いたアプローチで,集団遺伝構造と共に,河川の水質・物理環境の影響を受けている遺伝子集団を解明することができた。愛媛県重信川の10地点に生息する河川底生動物群集を対象に,大量のDNA塩基配列を一度に解読する次世代シークエンシング解析を活用し,迅速に種数を評価した.従来の顕微鏡を使った形態同定の結果,採取された8,921個体から64分類群が発見された.それに対して,ミトコンドリアDNAのCOI領域(658塩基長)を対象とした次世代シークエンシング解析で得られた165,508配列の内,DNAバーコーディングにより39,337配列から成る128種が同定された.また,各分類群における個体数とDNA配列数に正の相関が見られた.またDNA種分類法(PTPモデル)を適用した結果,298種の存在が推定された.課題1,2,3をほぼ当初の計画通り進捗させることができたので,順調に進展していると評価できる.27年度が最終年度であるため、記入しない。応用生態工学最終年度となるH27年度では,これまで取り組んできた課題1,2,3の研究成果を集約させて,課題4を完了させる.当初の予定通り,課題1「フィールド調査および従来法(形態種同定)による種多様性の評価」および課題2「DNA型コピー数平準化法の開発」を実施できた上に,計画を前倒して課題4「進化モデル解析によるDNA種数の定量化」も一部行うことができた。したがって,計画以上の速度で進捗していると評価できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度から予定にしていた一部の次世代DNAシークエンシング解析等の分子生物学的実験を次年度にまとめて集中して行う実験計画に変更したため。計画期間2年度目となるH25年度は,予定通り,課題2「DNA型コピー数平準化法の開発」を継続し,さらに課題3「次世代シークエンスによる大規模DNAデータベースの構築」を実施する。さらに,可能であれば,3年度目に計画していた課題4「進化モデル解析によるDNA種数の定量化」も更に進捗させたい。分子生物学的実験の消耗品や委託解析費として主に使用する計画である。今年度から一部開始する予定にしていた次世代DNAシークエンシング解析等の分子生物学的実験を次年度にまとめて集中して行う実験計画に変更したため。