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宇宙論的なバリオン進化の理論的研究

宇宙最大の天体である銀河団外縁部やその周囲の銀河間空間には、まだ観測的に同定されていないバリオン(陽子・中性子からなる物質)が極めて希薄なプラズマガスの形で大量に存在すると考えられている。本研究では、その様な観測的に未同定のバリオンの物理的諸性質を将来の観測において調べる際に重要となる、プラズマのイオンと電子の温度が異なる二温度状態や非平衡電離状態を数値シミュレーションによって調べ、衝突中の銀河団や銀河団外縁部の衝撃波においてプラズマの電離状態が電離平衡から逸脱することがわかった。またプラズマの二温度状態が起きる場合には電離平衡からのずれがより大きくなることが分かった。特に、A399とA401という実際に観測された衝突銀河団を再現するシミュレーションでは、観測的に発見されていない衝撃波において非平衡電離状態と二温度状態が発生していることを予測し、この結果をもとにSuzaku衛星に観測提案を行った。更に、様々な衝突条件での衝突銀河団の数値シミュレーションを行った結果、衝突条件に強く依存せず非平衡電離状態や二温度構造が普遍的に発生することも発見した。平成19年度は、宇宙論的なミッシングバリオンの有力な候補であるWarm-Hot Intergalactic Mediumの数値シミュレーションの為に、ダークマターとバリオンの自己重力及びバリオンの流体力学と同時に、重元素を含むイオンの非平衡電離状態と電子-イオン間の熱的緩和過程を整合的に解くシミュレーションコードを開発した。このシミュレーションコードを衝突銀河団に応用して、衝突銀河団では電子の温度がイオンの温度よりも低くなるため、非平衡電離状態が重要であることを示した。また、実際に観測されている衝突銀河団A399/A401における銀河団プラズマの物理状態の数値シミュレーションを行い、この二つの銀河団の衝突領域に存在する銀河団プラズマは電子とイオンの温度が異なり、更に電離平衡状態にはないことを示した。しかしながら、最近、衝突銀河団A399/A401は衝突領域の金属量が銀河団外縁部の典型的な値よりもかなり大きいことが電離平衡を前提とした上で観測的に明らかになったが、非平衡電離状態を考慮に入れても金属量は大きく変わらないことがわかった。また、本研究で用いる重力多体計算や粒子法に基づく流体力学計算法Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)法を、x86系のプロセッサに搭載されているStreaming SIMD Extension(SSE)命令セットを用いて高速化することに成功した。重力計算については、SSE命令を使わない場合と比較して15倍程度の高速化を達成し、さらにマルチコアCPUでの並列処理などの最適化を行った。SPH法については、高速化の手法により25倍程度の高速化を達成した。平成20年度は、前年度に開発したダークマターとバリオンの自己重力及びバリオンの流体力学と同時に、重元素を含むイオンの非平衡電離状態と電子-イオン間の熱的緩和過程を整合的に解くシミュレーションコードをもちいて、様々な質量比・インパクトパラメータ・相対速度をもつ衝突条件の衝突銀河団について、銀河団内部に存在する銀河団ガスのイオンと電子間の熱的緩和過程と重元素の電離状態を研究した。その結果、衝突の初期には銀河団の外縁部においてマッハ数1.5程度の衝撃波が発生し、その後銀河団のコア同士が衝突する段階では銀河団中心部にマッハ数2程度の衝撃波が発生することが分かった。また、これらの衝撃波の個所において鉄のイオンは電離平衡状態にはなく、イオン・電子間の熱的緩和過程としてクーロン散乱だけを考慮するとイオンと電子の温度が異なる2温度状態になることが分かった。更に、鉄のイオンの輝線強度比を計算すると衝突面に対して垂直方向から観測する場合は輝線強度比は観測可能なレベルであるのに対して、衝突面に垂直な方向から30度以上傾いた角度からは射影の効果により輝線強度比はそれほど大きくならないことが分かった。また、宇宙の大規模構造におけるバリオンの非平衡電離状態・2温度状態を計算するシミュレーションコードを開発し、ダークバリオンの候補とされるWarm-Hot Intergalactic Mediumでの重元素の電離状態を調べる研究を行った。
Gタンパク質を介した心筋線維化のメカニズム解析

心臓には、収縮・弛緩のサイクルをつかさどる心筋細胞のほかに、コラーゲンなどの細胞外マトリックスを産生する心線維芽細胞が存在している。心筋細胞と線維芽細胞はお互いに制御を受けており、心筋より分泌された因子が心線維芽細胞のコラーゲン合成を促進させる。我々は、心筋細胞の肥大応答に関わる分子としてTransient Receptor Potential Canonical(TRPC)チャネルを同定した。TRPCチャネルの心線維芽細胞での役割を解析した。心線維芽細胞をエンドセリン-1で刺激すると、Gα_<12/13>を介して活性酸素産生が増加する。活性酸素はMAPキナーゼのJNK活性化を引き起こし、線維化の指標であるα-平滑筋アクチンやコラーゲンの合成が亢進させた。同時に、JNKはTRPC6の発現を増加させた。エンドセリン-1刺激はGα_<12/13>を介した活性酸素産生のほかに、TRPC6を活性化し細胞内へのCa^<2+>流入を促進させた。増加したCa^<2+>は転写因子NFATを活性化させた。NFATは未知のメカニズムで活性酸素産生を抑制するように働き、結果としてJNKの活性化さらに線維化応答を抑制した。すなわち、線維芽細胞ではTRPC6を介したCa^<2+>流入はNFATを活性化し、線維化応答を抑制するように働いていた。これらの結果を考え合わせると、受容体刺激によりTRPC6の発現が充進しない通常の状態でも、TRPC6は線維化を抑制するように働いていると推測できる。したがって、TRPC6は心筋細胞では心肥大を仲介する分子として働き、線維芽細胞では線維化を抑制するように働いていることが明らかになった。線維化は心肥大形成に伴って進行することから、TRPC6は圧負荷などのストレスに対する過剰な応答を抑制するように働いているといえる。アンジオテンシンII(Ang II)で心筋細胞を刺激すると、心筋細胞は肥大する。Ang II受容体刺激による心肥大応答には、細胞内カルシウム濃度([Ca^<2+>]_i)の上昇を介した転写因子NFATの核移行および転写活性化が重要である。また、心筋の線維化は心肥大に伴って生じることから、本年度はラット新生仔心室筋細胞を用いて、Ang II受容体刺激によるNFAT活性化に続く心肥大応答および肥大応答の原因となるCa^<2+>シグナル経路について検討した。新生仔心室筋細胞をAng IIで刺激すると、一過的な[Ca^<2+>]_i上昇とそれに続く持続的な[Ca^<2+>]_i上昇が引き起こされた。このCa^<2+>応答は、Gα_qを介したホスホリパーゼCの活性化によって生じることが、ホスホリパーゼC阻害剤処置またはGα_qに対するRGSドメイン(GRK2-RGS)の発現により明らかになった。一過的[Ca^<2+>]_i上昇は、IP_3受容体選択的阻害剤Xestspongin Cによってほぼ完全に阻害されたのに対し、持続的な[Ca^<2+>]_i上昇は受容体活性化Ca^<2+>チャネル阻害剤(SKF96365)あるいはL型Ca^<2+>チャネル阻害剤(nitrendipine)により抑制された。さらに、Ang II受容体刺激によるNFATの核移行および転写活性化は、Xestspongin Cでは阻害されず、nitrendipineやSKF96365により阻害された。

電気生理学的測定の結果、Ang II受容体刺激により脱分極が引き起こされること、またこの脱分極応答はジアシルグリセロール(DAG)リパーゼ阻害剤処置により増強されることが示された。脱分極応答は、SKF96365処置により抑制されたこと、また受容体活性化Ca^<2+>チャネルとしてTRPCチャネルが知られていることから、心筋細胞における各TRPCホモログの機能を調べた。その結果、DAG感受性TRPCチャネル(TRPC3/C6)が心筋でのNFATの核内移行、心肥大応答に関与していることが明らかとなった。これまで、Gタンパク質共役型受容体を刺激したときに観察される[Ca^<2+>]_i上昇は、G_q-IP_3を介したシグナリング経路によって説明されてきた。しかし、本研究により、IP_3を介したシグナル経路ではなくDAG-TRPCを介したシグナル経路が、NFAT活性化および肥大応答に重要であることが明らかとなった。心臓には、収縮・弛緩のサイクルをつかさどる心筋細胞のほかに、コラーゲンなどの細胞外マトリックスを産生する心線維芽細胞が存在している。2種の細胞はお互いに制御を受けていると考えられ、実際に心筋より分泌された因子が心線維芽細胞のコラーゲン合成を促進させることが知られている。我々は、心筋細胞の肥大応答に関わる分子としてTransient Receptor Potential Canonical(TRPC)チャネルを同定している。TRPCチャネルは、ほとんどすべての細胞に発現していること、また心筋では肥大応答という重要な役割を果たしていたことから、心線維芽細胞でも何らかの役割を担っていると考えられ、その役割を解析した。心線維芽細胞をエンドセリン-1で刺激すると、Gα_<12/13>を介して活性酸素産生が増加する。活性酸素はMAPキナーゼのJNK活性化を引き起こし、線維化の指標であるα-平滑筋アクチンやコラーゲンの合成が亢進させた。同時に、JNKはTRPC6の発現を増加させた。エンドセリン-1刺激はGα_<12/13>を介した活性酸素産生のほかに、TRPC6を活性化し細胞内へのCa^<2+>流入を促進させた。増加したCa^<2+>は転写因子NFATを活性化させた。NFATは未知のメカニズムで活性酸素産生を抑制するように働き、結果としてJNKの活性化さらに線維化応答を抑制した。すなわち、線維芽細胞ではTRPC6を介したCa^<2+>流入はNFATを活性化し、線維化応答を抑制するように働いていた。これらの結果を考え合わせると、受容体刺激によりTRPC6の発現が亢進しない通常の状態でも、TRPC6は線維化を抑制するように働いていると推測できる。したがって、TRPC6は心筋細胞では心肥大を仲介する分子として働き、線維芽細胞では線維化を抑制するように働いていることが明らかになった。線維化は心肥大形成に伴って進行することから、TRPC6は圧負荷などのストレスに対する過剰な応答を抑制するように働いているといえる。
肥満細胞脱顆粒過程のイメージングと遺伝子機能解析への応用

マスト細胞の分泌顆粒に貯留されたヒスタミン等の化学伝達物質が細胞外に開口放出されること(脱顆粒)が花粉症や気管支喘息などの即時型アレルギーの引き金となる。この脱顆粒の分子メカニズムは大部分が未解明であり、本研究ではその解明を目的として蛍光色素を用いた脱顆粒過程のライブイメージング系を構築した。この実験系は手間がかからず、時間分解能も高く、また形態的情報が得られるという点で、細胞外に放出された生理活性物質の生化学的定量という従来の脱顆粒評価系よりも優れている。さらに、この実験系と遺伝子改変との組み合わせにより、脱顆粒に働く遺伝子産物の時間的・空間的解析が可能となる。[1]肥満細胞の脱顆粒に関与する遺伝子群を時空間的に機能解析するライブイメージング系の立ち上げを遺伝子導入が比較的容易なラット肥満細胞株RBL-2H3を用いて開始した。細胞外液に添加したsulforhodamine-Bが抗原刺激を与えた直後から蛍光を発しつつ細胞内へ進展していく様子から、初代肥満細胞で報告されているような、細胞膜ー分泌顆粒間、そして分泌顆粒ー分泌顆粒間の膜融合が組合わさった分泌現象(compound exocytosis)がRBL-2H3でも起こっていることが確認され、そのタイムコースに関する大まかな情報も得られた。[2]新規な脱顆粒関連遺伝子Rab37を同定した。Rab37は小胞輸送を制御するRabファミリー低分子量GTPaseの一つである。Rab37はマスト細胞の分泌顆粒上に存在しており、そのノックダウンは脱顆粒に著しい影響を与えた。また、既知の脱顆粒関連遺伝子産物と結合したことから、Rab37はこの遺伝子産物を介して脱顆粒を制御していることが示唆された。この新規遺伝子を上記ライブイメージング系に供して時空間的解析を行うことで、よりオリジナリティーの高い研究成果が得られると考えられる。[1]前年度同定した脱顆粒関連分子Rab37の機能を引き続き解析した。Rab37は小胞輸送を制御するRabファミリー低分子量GTPaseの一つであり、マスト細胞の分泌顆粒上に存在している。そのノックダウンによる著しい脱顆粒亢進、また脱顆粒を正に制御する既知の分子との結合から、Rab37は脱顆粒を負に制御する分子であると想定された。今年度はRab37とその脱顆粒を正に制御する分子との結合を生化学的手法により詳細に検討した。その結果、Rab37と当該分子がGTP非依存的に結合すること、当該分子は2カ所でRab37と結合しうること、またRab37と当該分子を含んだ脱顆粒関連分子複合体が形成されることを見出し、Rab37は脱顆粒を正に制御する分子のはたらきを直接抑制していることが強く示唆された。[2]前年度から取り組んできた肥満細胞脱顆粒のライブイメージング系の立ち上げが一段落したため、今年度はラット腹腔肥満細胞および肥満細胞株RBL-2H3を用いて細胞膜ー分泌顆粒間、そして分泌顆粒ー分泌顆粒間の膜融合が組合わさった分泌現象(compound exocytosis)の時空間的解析を進めた。その過程で、分泌刺激の種類や強度によらず、刺激への応答性が細胞毎に大きく異なることが判明した。このイメージング系は脱顆粒に関与する遺伝子群を時空間的に機能解析することを目的としており、時空間的解析の結果を定量的に表現することが必須である。そこでどのような表現が妥当であるか検討した。一方で、脱顆粒に関与する遺伝子群を網羅的にノックダウンするためのsiRNAベクター群を構築し、RBL-2H3細胞内でのノックダウン効率を確認して時空間的解析に供する準備を行った。[1]脱顆粒過程のライブイメージング解析に供することを目的として、一昨年度同定した新規脱顆粒関連分子Rab37について機能解析の仕上げを行った。今年度はRab37のRab27ーMunc13-4複合体への結合モードに関するより詳細な生化学的解析を行い、2分子のRab37が同時にMunc13-4に結合しうること、Munc13-4分子内に2つあるRab37結合領域の1つはRab27の結合領域と重複していること、しかしその領域を巡ってRab37とRab27は競合しないことを示した(誌上発表済)。[2]蛍光ラベルしたデキストランをマスト細胞に取り込ませて分泌顆粒を標識し、その蛍光消失/発出をもって脱顆粒過程を可視化する系が当初計画通りに感度よく動かないことが、sulforhodamine-Bによる可視化結果との対比より判明した。そこで、最近出てきたSignal/Noise比の大きいpH感受性蛍光プローブを用いて脱顆粒の可視化を試みており、sulforhodamine-Bを用いて得られた結果との整合性を検討中である。[3]上記[2]の理由によりcompound exocytosisの過程を捉える可視化系は未完成であるが、sulforhodamine-Bの可視化系が脱顆粒関連遺伝子のノックダウンによる脱顆粒度合の低下/亢進を捉えられるかを様々な脱顆粒関連遺伝子のノックダウンにより検討した。その結果、複数の細胞の蛍光量の平均値を取れば定量化が可能であること、従来の生化学的脱顆粒アッセイ系との整合性が十分にあること、また遺伝子ノックダウンの脱顆粒軌跡への影響が遺伝子によって異なり機能の場を反映している可能性があることが明らかになった。

Rab37についても当該情報を取得しており、可視化系の完成を待ってcompound exocytosisにおける役割を明らかにする予定である。マスト細胞の分泌顆粒に貯留されたヒスタミン等の化学伝達物質が細胞外に開口放出されること(脱顆粒)が花粉症や気管支喘息などの即時型アレルギーの引き金となる。この脱顆粒の分子メカニズムは大部分が未解明であり、本研究ではその解明を目的として蛍光色素を用いた脱顆粒過程のライブイメージング系を構築した。この実験系は手間がかからず、時間分解能も高く、また形態的情報が得られるという点で、細胞外に放出された生理活性物質の生化学的定量という従来の脱顆粒評価系よりも優れている。さらに、この実験系と遺伝子改変との組み合わせにより、脱顆粒に働く遺伝子産物の時間的・空間的解析が可能となる。Rab37の機能解析結果について論文を書き投稿したが、注文が多数付されて却下された。別の雑誌へ投稿しても同様の注文が付される可能性があるため、指摘された箇所の修正およびデータの追加を大幅に行っている。追加実験に多大な時間を割かれており、イメージング系の実験進行が遅延する結果となっている。また、脱顆粒イメージングの時空間的解析結果の定量的表現の妥当性検証に時間を費やした結果、イメージングの遺伝子機能解析への応用が遅れている。細胞生物学[1]新規脱顆粒関連分子Rab37については追加実験を終えたので、早急に論文を書き投稿する(早期受理を最優先した投稿雑誌選択とする)。[2]脱顆粒イメージングの時空間的解析結果の定量的表現にメドがつき、また既に脱顆粒関連遺伝子のノックダウン用プラスミドもほぼ完成しているので、今年度中に網羅的な解析は完了可能と考えられる。[3]肥満細胞の脱顆粒はCa2+依存的な調節性分泌である。そこで当初、イメージングにおいて脱顆粒を様々な分泌刺激を与えて解析し、また脱顆粒と細胞内Ca2+濃度変動との連関も同時に解析していく計画であった。しかし、達成度の遅れを鑑みて、まずは分泌刺激を1種類(抗原刺激)のみに固定し、またcompound exocytosisの様式・形態的特徴・タイムコースに関してのみ検討することとし、脱顆粒関連遺伝子の網羅的解析を完了させることを優先する。概ね計画通りの執行状況である。[1]新規脱顆粒関連遺伝子Rab37については、H25年度に得られた知見までで論文にまとめる(これ以上引き延ばさない)。[2] RBL-2H3細胞における脱顆粒の基礎的情報の取得を最優先する。ライブセルイメージング系を早急に立ち上げ、まずは抗原刺激によって生じる脱顆粒の、single, sequential, multivesicular各exocytosis様式の割合、形態的特徴、タイムコースに関する情報を得る。その後、他の分泌刺激で同様に脱顆粒をイメージングし、抗原刺激時との類似点・差異を見出し、どの分泌刺激で遺伝子機能解析を行うのが適当かを判断する。当初Ca2+濃度変動もイメージングし、Ca2+濃度変動と脱顆粒との関係も検討する計画であったが、これは後に回し、遺伝子機能解析へ向けたイメージング系の立ち上げのみに専念する。[3]イメージング系の確立までの時間を有効利用するため、Rab37を含む脱顆粒関連遺伝子群のノックダウン用プラスミドの構築作業を進め、ノックダウンの確認をWestern法あるいはリアルタイムPCR法で進めておく。
近世後期日朝間における情報流通の研究―対馬藩宗家史料を素材として―

西洋列強の外圧がアジアに迫りつつあった江戸時代の後期、幕府や諸藩の為政者は中国(清)や朝鮮半島(朝鮮王朝)における事件情報を求めた。その情報収集には対馬藩の出先機関である倭館に赴任した対馬藩士が当たった。対馬藩は自藩にとっての利害得失を考慮しながら、その情報を幕府に提供し、または自藩内に留めた。そうした藩という組織の動きと同時に、藩士は自身と思想を同じくする他藩士と情報交換を行った。長崎の出島からの情報と同様に、対馬(倭館)からの情報は幕府・諸藩にとって重要であった。対馬藩の藩政史料のうち、同藩の倭館で作成された事件情報の報告書と幕府への届書の双方の検討から上記のような結論を出した。本年度の研究では、「太平天国の乱」という反清朝の革命運動に関する情報流通に注目して研究を行った。言うまでもなく、江戸時代を通し、日本(対馬)と李氏朝鮮との情報流通は常態的にあっただろうが、東アジアに大きな変化をもたらす事件が頻発し、情報流通が活発化する幕末期、特に清で起こった「太平天国の乱」の事件情報に焦点を絞り、対馬藩(朝鮮半島の倭館・対馬藩庁・対馬藩江戸藩邸)が海外事件情報をどのようにして入手し、それをどのように用いたかの解明を試みた。具体的には、清国内→李氏朝鮮の役人→倭館(朝鮮半島)→対馬藩庁→対馬藩江戸藩邸→江戸幕府というルートでどのように伝達されていったかを長崎県立対馬歴史民俗資料館所蔵「宗家文庫」、大韓民国国史編纂委員会所蔵「対馬宗家文書」などを用いて分析を行った。対馬藩の出先機関、朝鮮半島の倭館では対馬藩の役人が「太平天国の乱」情報の収集活動を積極的に行っていたことが明らかになった。その一方で、李氏朝鮮政府は「太平天国の乱」情報が倭館(対馬藩ひいては≪日本≫)に伝わる(漏えい)することを警戒していた。それは清と李氏朝鮮との関係性のためであった。以上については、平成25年9月28日、福岡大学で開催された第15回七隈史学会大会日本史部会で口頭報告を行った。現在、論文化中である。本年度の研究の延長として、次年度前半は、幕末期の慶応2年(1866)、李氏朝鮮とフランスとの戦い「丙寅洋擾」(へいいんようじょう)に焦点を絞り、研究を進めたい。本研究の初年である今年は国内外に点在している対馬藩宗家文書のうち、幕末情報関係のものの所在調査を行った。2012年5月上旬に韓国国史編纂委員会、10月中旬に長崎県立対馬歴史民俗資料館にて史料調査を行った。各所蔵機関においては文書目録を作成・公開しているが、内容まで詳細に採録しておらず、目録から見出すことは難しい。また目録にある史料の表題は「書状」・「覚」などと内容が推測できないもののなかに幕末情報関係のものが多くあり、史料を1点1点調査し、幕末情報関係のものの目星を付けた。韓国国史編纂委員会は、朝鮮の歴史を研究する為に設置された大韓民国の国家機関である。戦前、日本の占領下にあった朝鮮史編修会の資料を引き継ぐ形で戦後に設置された。朝鮮史編纂当時、朝鮮総督府および朝鮮史編修会が旧対馬藩主の宗家から購入した近世日朝関係史に関連する史料数万点(「対馬宗家文書」)が韓国側に接収され、現在もソウルの韓国国史編纂委員会が所蔵している。同所の調査ではこの「対馬宗家文書」の、とりわけ江戸時代後期のアヘン戦争、アロー戦争(第二次アヘン戦争とも呼ばれる)などの海外事件情報が朝鮮王朝ー対馬藩(倭館)ー江戸幕府の経路で、朝鮮から日本に流入したことがわかる文書を中心に調査した。その結果、「北京筋兵乱之風聞之趣」、「唐兵乱之儀」などと記され、アヘン戦争に関する情報が朝鮮王朝の通訳から対馬藩の通訳に伝えられ、日本に流入したことがわかる史料を発見した。幕末情報関係のものの多くは「御内用」・「御内用答」という表題の書状に多くあることが明らかになった。そしてその多くは長崎県立対馬歴史民俗資料館、韓国国史編纂委員会に所蔵されていることがわかった。本研究は、長崎県立対馬歴史民俗資料館(「宗家文庫」)、大韓民国国史編纂委員会(「対馬宗家文書」)など国内外に所蔵される対馬藩宗家の藩政文書の調査・研究を通じて、近世後期、海外で起こった事件の情報がどのようにして対馬口から日本に流入したかを明らかにするものである。

具体的には、現在日本史だけでなく東洋史・朝鮮史においても重要事件と評価されている中国(清)の太平天国の乱、朝鮮の丙寅洋擾などの情報が、清・朝鮮・対馬藩(朝鮮半島の倭館・府中の対馬藩庁・江戸の対馬藩邸)・江戸幕府のなかでどのように流通したかを解明し、近世後期の対馬口を中心とした情報ネットワークの歴史的位置づけを試みるものである。本年度は、慶応2年(1866)朝鮮で起こった丙寅洋擾(フランス軍艦の朝鮮江華島侵略事件)に関する史料を中心に調査を行った。その調査・研究については、2014年12月14日の九州史学会日本史部会においてその成果を発表した。対馬藩宗家は、幕府に対し、同藩の重要性をアピールするために、迅速に正確な情報を提供しようとしたことは、先行研究で言及されている。だが、慶応2年(1866)≪丙寅洋擾≫の情報については、独自に入手した情報の伝達を遅らせる、他藩(佐賀藩鍋島家)から情報を入手しても、それを幕府(長崎奉行)には伝えないなどの情報操作が確認できた。ただそれは、大島友之允(正朝)を始めとする当時の対馬藩庁は、幕府に朝鮮とフランスの紛争を調停させようとする強い意図があったためと考えられる。そのために情報操作が行われたが、≪丙寅洋擾≫と同年に起こった第二次幕長戦争とその最中に14代将軍徳川家茂が病没し、幕威が衰退したこと、つまり当時の政局は対馬藩と幕府との≪丙寅洋擾≫情報の受発信には影響を及ぼしていないと結論付けた。人文学前年度、膨大な対馬宗家文書史料を分析する上での研究方法を確立することに手間取り、研究が遅れていた。本年度は幕末期の事件情報を記した史料群に当たりをつけて調査・研究を行い、研究の方法論をある程度確立し、前年度の研究の遅れを取り戻すことはできた。ただ、全体的に見て、当初の計画からはやや遅れていると認識している。交付申請書に記載した研究方法、対馬藩から幕府に届け出たことを対馬藩がまとめた「公儀被仰上」、対馬藩の出先機関である和館の館主日記である「毎日記」をまず調査・解読したが、膨大な史料群のなかから幕末情報関係を見出すことは困難であった。そこで、研究方法を変更し、幕末情報関係の史料群の当たりを付けて、その史料群を集中的に調査・解読していく方法に変更した。そのため目録等で調査史料を絞った上で、調査を行い、「御内用」・「御内用答」という表題の文書群に幕末情報関係史料が多くあることがわかった。しかし、当初の研究方法を変更したため、達成度はやや遅れている状況となった。まず、本年度の成果をできるだけ早い段階で論文化し、学会誌に発表する。具体的には本年度前半の成果を口頭発表した『七隈史学』を予定している。つぎに、論文化と並行して、幕末期の慶応2年(1866)、李氏朝鮮とフランスとの戦い、「丙寅洋擾」に関する情報流通について史料を調査・分析し、早い段階で学会報告、論文化を行う。さらに、これまで調査してきた史料を翻刻したものを史料集としてまとめ、刊行する。私が在学していた九州大学大学院の『地域資料叢書』のシリーズからの刊行を予定している。出版社からの刊行のため、発信力が高く、成果の一端を広く知ってもらい、さらなる研究の発展につながると考えている。平成26年度は本研究の最終年度であるため、3年間の研究成果をまとめた報告書の刊行を予定している。前年度の成果を踏まえ、対馬藩宗家文書のうち「御内用」、「御内用答」の悉皆調査・解読を行う。この二種類の文書だけで本研究が完結するとは考えないが、本研究の中核をなす史料であるので、十分に労力を傾ける。また、「毎日記」、「公儀被仰上」について、上記の成果を踏まえ、その史料と同時期のものを中心に調査を進める。
真皮成分による微小代用血管の開発

ラットを用いた自家移植及び代用チューブの問題点<目的>私たちは、ヒトの真皮成分を用いて、微小代用血管を作成するという試みを行っている。最終的には、ヒトの真皮成分から微小代用血管を作成し、保存し、必要なときに使う(同種移植)のが目的である。今回は、拒絶などの免疫系の要因を除き、真皮成分から血管を作ることに焦点を絞るため、次の実験を行った。また、対象として人工チューブ(PTFE)を用いた。<方法>ラットの真皮成分を作成して血管を作り、同じラットに移植するという自家移植のモデルを作成し、その際の問題点について調べた。ラットはウィスター系の雄5匹とさらに人工チューブに5匹を使用し、股動脈に内径1mmのものをそれぞれ移植し、組織所見の検討を行った。<結果>1,代用血管を移植した4週後の組織(H.E.染色)では、代用血管の血管壁に豊富な毛細血管が入っている所見が見られた。2,移植後4週を経過した組織では、EVG染色で膠原線維が内腔をとりまくように配列しているのが見られ、管腔となった組織に順応し、再配列しているのが見られた。また、弾性線維にも一部その傾向が見られた。3,人工チューブは5例中1例は閉塞し、さらに1、2の組織所見は残り4例に見られなかった。<考察>細胞成分が完全に除去されているため、同種移植での利用が期待できる。また、組織が再構築されるため代用血管として移植された後、本来の血管として順応することが期待できる。人工のチューブは、長期ではなく一時的であれば応用可能と考える。この目的のための内腔を抗凝固処理したチューブの開発が行えれば、一時的シャントとして、臨床応用が期待できる。ラットを用いた自家移植実験の問題点<目的>私たちは、ヒトの真皮成分を用いて、微小代用血管を作成するという試みを行っている。ラットはウィスター系の雄で300g以上のものを使用した。<結果>1,ラットの真皮成分を作成する際に、採取した皮膚から表皮を剥がすのに、冷凍と解凍という一連の操作が最低5回は必要であった(人の場合は3回)。2,これは、ラットの皮膚に生えた無数の毛が原因であった。3,こうして得られたラットの真皮成分には、H.E.染色による組織標本で、細胞成分が除去され全く見られないことがわかった。4,また、TypeIVコラーゲンを目的に免疫染色した結果、作成したラットの真皮成分の表面には、基底膜が残っていることがわかった。5,ラットの真皮成分をロール状にして側面を縫合する際には、血管吻合用の非貫通性クリップを用いると、内腔に血栓を作らずに、しかも早く、簡単に縫合できた。6,真皮成分から作った微小血管をラットの股動脈に移植し、血流を再開する際に、表面の毛穴から血液が漏出するという問題が生じた。7,血液の漏出の問題は、血管クリップをはずす前に、この代用血管の外表面から血液をコーティングすることにより解決した。8,代用血管を移植した4週後の組織(H.E.染色)では、代用血管の血管壁に豊富な毛細血管が入っている所見が見られた。<考察>細胞成分が完全に除去されているため、今後同種移植における問題もクリアできると予想される。今回さらに、組織所見の検討を行った。<結果>1,ラットの真皮成分を作成する際に、採取した皮膚から表皮を剥がすのに、冷凍と解凍を5回繰り返すことにより、H.E.標本で細胞成分の全く含まれないラットの真皮成分が得られたことが証明された。2,また、TypeIVコラーゲンを目的に免疫染色した結果、作成したラットの真皮成分の表面には、基底膜が残っていることがわかった。3,代用血管を移植した4週後の組織(H.E.染色)では、代用血管の血管壁に豊富な毛細血管が入っている所見が見られた。4,移植後4週を経過した組織では、EVG染色で膠原線維が内腔をとりまくように配列しているのが見られ、管腔となった組織に順応し、再配列しているのが見られた。<考察

>細胞成分が完全に除去されているため、同種移植での利用が期待できる。また、組織が再構築されるため代用血管として移植された後、本来の血管として順応することが期待できる。ラットを用いた自家移植及び代用チューブの問題点<目的>私たちは、ヒトの真皮成分を用いて、微小代用血管を作成するという試みを行っている。最終的には、ヒトの真皮成分から微小代用血管を作成し、保存し、必要なときに使う(同種移植)のが目的である。今回は、拒絶などの免疫系の要因を除き、真皮成分から血管を作ることに焦点を絞るため、次の実験を行った。また、対象として人工チューブ(PTFE)を用いた。<方法>ラットの真皮成分を作成して血管を作り、同じラットに移植するという自家移植のモデルを作成し、その際の問題点について調べた。ラットはウィスター系の雄5匹とさらに人工チューブに5匹を使用し、股動脈に内径1mmのものをそれぞれ移植し、組織所見の検討を行った。<結果>1,代用血管を移植した4週後の組織(H.E.染色)では、代用血管の血管壁に豊富な毛細血管が入っている所見が見られた。2,移植後4週を経過した組織では、EVG染色で膠原線維が内腔をとりまくように配列しているのが見られ、管腔となった組織に順応し、再配列しているのが見られた。また、弾性線維にも一部その傾向が見られた。3,人工チューブは5例中1例は閉塞し、さらに1、2の組織所見は残り4例に見られなかった。<考察>細胞成分が完全に除去されているため、同種移植での利用が期待できる。人工のチューブは、長期ではなく一時的であれば応用可能と考える。この目的のための内腔を抗凝固処理したチューブの開発が行えれば、一時的シャントとして、臨床応用が期待できる。
チミジンホスホリラーゼ活性と血管新生の関連性について

1.ヒト胎盤より精製したチミジンホスホリラーゼが血管新生活性を有するか否か、チミジンホスホリラーゼの酵素活性が血管新生に必須が否かを調べた。実験系としては受精鶏卵の漿尿膜(CAM法)、マウスの皮下にゼラチンスポンジを移植したもの(ゼラチンスポンジ法)を用いた。精製チミジンホスホリラーゼは、CAM法、ゼラチンスポンジ法のいずれにおいても高い血管新生活性を有することが明らかとなった。ゼラチンスポンジ法でチミジンホスホリラーゼの血管新生を測定する時に、チミジンホスホリラーゼの特異的阻害剤である6-アミノ-5-クロロウラシルをマウスに経口投与したところ、チミジンホスホリラーゼの血管新生はほぼ完全に阻害された。このことは、この血管新生チミジンホスホリラーゼによるものであり、酵素活性が血管新生に必須であることを示している。ボイデンチャンバーを用い、チミジンホスホリラーゼが血管内皮細胞に対して遊走能の亢進を引き起こすか否かを調べたところ、遊走能の亢進が見られた。2.チミジンホスホリラーゼの酵素活性に必須な部位に相同性のあるPD-ECGFcDNAの部位の-塩基置換突然変異体2個をPCR法により作製し、COS発現ベクターに挿入した。各々をCOS細胞にトランスフエクトし、チミジンほスホリラーゼ活性を調べたところ、一塩基置換突然変異体のいずれにもチミジンホスホリラーゼ活性は認められなかった。これらのPD-ECGFと一塩基置換突然変異PD-ECGFの血管新生活性をマウスゼラチンスポンジ法で調べたところ、PD-ECGFでのみ血管新生活性が認められた。これらの実験結果より、血管新生にはチミジンホスホリラーゼ酵素活性が必須であることが明らかになった。
3D計測による風環境調整要素と一体となった集落空間に関する研究

三井楽集落においてマルハタ(円畑)と円形の防風林が立ち並ぶ集落の見られる地域は23km四方の範囲に及ぶため、本年度はまず特徴的なエリアのうち調査範囲の選定に三井楽集落出身の研究室修了生とともに現地の事前調査を行った。現時点で三井楽集落に関する集落調査はなされておらず、事前調査に併せて現況に関する基本情報の調査を現地図書館での資料収集やエリアを知る方へのヒアリング、円形の防風林の樹種調査などによって行っている。現地を訪れたところ、マルハタ周囲に立つ防風林の下は通行ができるようになっており、マルハタの管理形態や動線、所有権などに関して建築計画的視点からの調査分析も必要だと感じている。三井楽集落は円形の畑・防風林の連続する集落であるため、01/不定形な円形というヒエラルキーや方向性のない非階層的空間、02/防風林や微地形がフィルターとなった見え隠れする空間を創出している、といった空間性が特徴であるが、現地でドローンを飛行して写真撮影を行うことで、改めて空間性の把握を行うことができた。3D計測については、ドローンの試験飛行を行い、クラウド版SfMソフトウェアの試行により3D点群データの獲得を確認している。ドローンの飛行には技術を要するため、試験飛行を数多く行うとともに、本調査がスムーズにいくよう実験的に様々な建築や集落の3D点群データ獲得を行っている。また、3D点群データから3Dモデリングデータへの変換も実験的に行っている。本調査をスムーズに行うために初年度は試行的な調査・実験を中心に行った。また、3D計測技術も様々なものがあり、それらを試行するなどしているため、やや遅れている状況である。3D計測に関連した最先端のICTを用いたランドスケープ・地形の調査分析方法に関して、ランドスケープアーキテクトの石川初氏(慶應義塾大学SFC教授)にヒアリングを行ったが、石川初氏の行う総合的な生活風景「トータルランドスケープ」である農村集落における空間構造の調査内容に大きな刺激を受け、本年度はそのような視点も含めつつ調査分析を行う予定である。本年度はSfMソフトをクラウド版にて試行したためその支出が無かったが、検証の結果SfMソフトを次年度購入予定であり、それ以外は当初予算計画の通り風環境シミュレーションのために、3Dモデリングソフト・CFD解析ソフト及び高処理能力のあるPCを購入予定である。また、現地への本調査も予定しており、それらの旅費も計上している。
メタンハイドレート成因解明をめざした生物学的メタン生成とハイドレート形成の再現

本課題は、生物的メタン生成を高圧下で起こす事が可能か否かを検証することによって、海洋ならびに陸地地下圏において今なお起きつつあると推定される生物学的メタンの成因解明をめざすものである。本研究ではまず生物的メタン生成を高圧下で起こす事が可能か否かを検討した。本研究において、地下圏に広く存在する典型的な高温性メタン生成古細菌であるMethanothermobacter thermautotrophicusの高圧培養を試みた。その結果温度55°C,圧力5MPa, 10MPa, 15MPaの条件で生育しメタン生成を行うことを捉えた。また、地下圏に広く存在する酢酸を炭素源として酢酸酸化水素生成型微生物と水素資化性メタン生成古細菌の共生高圧培養を試みた。その結果、上述のメタン生成古細菌単独の培養と同様に、5MPa, 10MPa, 15MPaの条件で生育しメタン生成を行うことを明らかにした。メタン生成古細菌のみならず酢酸酸化共生微生物もこうした圧力に耐えられることから、深部地下圏において微生物間共生によってメタン生成が起こりうることを初めて明らかにした。本課題は、生物的メタン生成を高圧下で起こす事が可能か否か、さらには生物的メタン生成とメタンハイドレートを同一の高圧容器内で起こす事が可能か否か、を検証することによって、海洋ならびに陸地地下圏において今なお起きつつあると推定される生物学的メタン生成ならびにメタンハイドレート形成を実験室的に再現することを試み、メタンハイドレート成因解明をめざすものである。培養は地下圏にも存在する典型的なメタン生成古細菌であるMethanothermobacter thermautotrophicusを用いた。同菌は水素・二酸化炭素ならびに蟻酸を炭素源ならびにエネルギー源として用いることができる。そこで我々はまず、蟻酸を用いて高圧培養を試みた。高圧培養にはメタンハイドレート生成実験に用いる数種のカラム状高圧容器を用いた。培養はシリンジポンプにより圧力容器内部の圧力を保持しながら上述したメタン生成古細菌の培養液ならびに基質を注入し、カラム状容器に高温ヒーターを装填して行った。解析は背圧制御弁を通して排出される溶液をセプタム法でシリンジにより抽出し、溶存ガスを測定した。本実験手法を用いることによって当該メタン生成古細菌が温度55°C、圧力0.1MPa、10MPa及び15MPaの条件で生育しメタンの生成を確認することに成功した。これらの実験条件をもとに今後、生成するメタンと培地の炭素源(溶存無機炭素)、水素源(水)の同位体分別を、海底メタンハイドレートの同位体データと比較することにより、メタンハイドレートのメタンの生成経路を評価する研究を進めてゆく。昨年に引き続き、供試微生物として地下圏に広く存在する典型的なメタン生成古細菌であるMethanothermobacter thermautotrophicusを用いた。同菌は水素・二酸化炭素ならびに蟻酸を炭素源ならびにエネルギー源として用いメタンを生成する微生物である。我々は高圧培養による水素ガス基質の取り扱いの困難さから、まず、蟻酸を用いて高圧培養を試みた。15MPaは150気圧を意味している。圧力による生育の遅延等は顕著ではなく、メタン生成古細菌がこうした圧力に耐性を持つこと、高圧培養であるがゆえに、生成物であるメタンが培養液に溶解状態になっていることが考えられることから、生成物であるメタンそのものにはメタンの生産性を阻害する要因がないものと予想できた。

これらの実験条件とともにメタンの水素の同位体分別比を測定したところ、海底メタンハイドレートの同位体データと同様の傾向を示すという予備的結果を得ることができた。本課題は、生物的メタン生成を高圧下で起こす事が可能か否か、さらには生物的メタン生成とメタンハイドレートを同一の高圧容器内で起こす事が可能か否か、を検証することによって、海洋ならびに陸地地下圏において今なお起きつつあると推定される生物学的メタン生成ならびにメタンハイドレート形成を実験室的に再現することを試み、メタンの成因解明をめざすものである。本研究ではまず生物的メタン生成を高圧下で起こす事が可能か否かを検討した。昨年度までに地下圏に広く存在する典型的な高温性メタン生成古細菌であるMethanothermobacter thermautotrophicusの培養を試みた。本年度は地下圏に広く存在する酢酸を炭素源として酢酸酸化水素生成型微生物と水素資化性メタン生成古細菌の共生培養を試みた。培養はシリンジポンプにより圧力容器内部の圧力を保持しながら上述した2種類の微生物の培養液ならびに基質を注入し、カラム状容器に高温ヒーターを装填して行った。解析は背圧制御弁を通して排出される溶液をセプタム法でシリンジにより抽出し、溶存ガスを測定した。本実験手法を用いることによって当該共生微生物系が温度55°C、圧力0.1MPa、5MPa,10MPa,15MPaの条件で生育しメタン生成を行うことを捉えた。メタン生成古細菌のみならず酢酸酸化共生微生物もこうした圧力に耐えられること、高圧培養であるがゆえに、生成物であるメタンが培養液に溶解状態になっていることが考えられることから、生成物であるメタンそのものには生物学的メタン生成を阻害する要因がないものと推定できた。これらの実験とともにメタンの水素の同位体分別比に関する予備的知見を得ることができた。なお、メタンハイドレートの生成を高圧培養容器内で再現する実験は装置の改良等を要し、時間的制約から行うことができなかった。メタン生成古細菌の高圧培養条件を決定するところが最も重要な律速段階であったが、幾度も検討を加えた結果順調かつ再現性ある培養が可能となった。2年目までに培養手法を確立しようとしていたため、おおむね順調と自己判断している。24年度が最終年度であるため、記入しない。メタン生成古細菌を高圧培養することによってメタンの炭素あるいは水素の同位体分別がどのように変わるかを詳細に調べる予定である。高圧という条件の中で生物的なメタン生成反応が起きれば、その同位体分別とメタンハイドレート中のメタンの同位体分別が近似する可能性が高い。この点を重点的に最終年の研究を進めたい。
海馬神経細胞の新生におけるカルモデュリンキナーゼIVの機能解明

本研究では、神経可塑性の形成過程で重要なカルシウムシグナル伝達機構の一つであるカルモデュリンキナーゼ(CaMK)のうち、特にこれまで研究の立ち後れていたCaMKIに着目して、以下の成果をあげた。1新たな核へのカルシウムシグナル分子としてのCaMKIδ:CaMKIδの遺伝子発現解析により、海馬錐体神経細胞に際立った強い発現様式を示すことを明らかにした。また、初代海馬神経培養細胞において、遺伝子導入したCaMKIδは、無刺激下において主に細胞質と神経突起に局在し、カルシウム刺激により核へと移行することを明らかにした。また、この核への移行は、CaMKIδの活性化が重要であること、また、PC12細胞系を用いて、CaMKIδの遺伝子導入により、CREB依存的な転写活性が著明に増強することを明らかにした。これらの結果より、CaMKIδが、神経活動依存性に核内に移行し、神経可塑性に深く関与しているCREBなどの転写因子のリン酸化を介した遺伝子発現の調節に関与している可能性が考えられた。2神経樹状突起の形成へのCaMKI機能関与:海馬発達過程における発現解析により、CaMKIβ2とδ,分子が、生後1から2週齢においてその発現のピークが認められることより、海馬神経初代培養細胞を用いて、CaMKI不活性型変異遺伝子を導入し、樹状突起の形成への影響を検討した結果、樹状突起の形成が著明に抑制された。これらの結果より、CaMKIが海馬神経細胞の樹状突起の形成に機能関与している可能性を初めて明らかにした。
高等教育におけるアカデミック・ライティングの役割:その現状と展望

本研究の目的は、日本の高等教育におけるアカデミック・ライティングの役割についてその現状と展望を明らかにすることであった。アンケート調査とインタビューの手法を使い、高校生、高校国語教師、大学生、大学院生、大学教師の計1,374名からデータを収集し、統計分析と質的分析を行った。その結果、生徒/学生と教師は、現状ではライティングは重視されていないという見方を共有しているが、教師は、これからはライティングおよびアカデミック・スキル(批評する力、要約する力、論理的思考等)の育成が重要であると考えていることがわかった。以下は主な結果を具体的に述べたものである。1)高校の国語授業では、「表現能力」より「読解能力」の育成に重点が置かれている。しかし授業外では小論文指導が頻繁に行われ、大学入試の準備としてかなり多くの生徒が個人指導を受けている。2)国語教師は現在の「表現能力」の指導は不十分であると考え、これからの「国語教育」は「読解能力」と「表現能力」を等しく重視してその指導を行うべきとの意見が多数を占めた。教師からは、「表現能力」の指導を他の教科にも広げ、全員で取り組む体制の構築や、3年間の継続指導を目指すカリキュラムの導入など具体的な提案がなされた。3)大学の教養教育の授業では、レポートや論文作成指導はほとんど行われていないが、専門授業になるに従って、教師も意識的に指導を行うようになる。しかし学生への指導は、学問分野や教師の考えによって異なる。4)理系の学生にとって、レポートはある課題についての理解度を示すものであるが、文系の学生にとっては,ある課題について理解を深め、自分なりの見解を述べるものである。また、批評できる力、要約する力や正しい引用の仕方などは大学院生や文系の学生にとって特に重要なアカデミック・スキルである。5)学生と教師は、文献を正しく引用する作法についてもっと指導が必要であると共に考えている。平成11年度の研究目標は、以下の2点について明らかにすることである:1)高等教育(高校、大学、大学院)では、母語(策1言語)による「ライティング」教育がどのような方法でどの程度行われているか、2)「ライティング」に対する見方や態度について高校生、大学生、大学院生の間に違いはあるのか。この目標を達成するために、現在までに二つのアンケート調査を実施した。一つは、高等致育の「ライティング」教育の現状を把糧するために、「ライティング」の指導、作文/レポートを書く回数やその目標等について質問項目を作成し、高校生3年生(389名)と大学生3年生(336名)を対象に調査を行った。もう一つは、前者の結果を基に、「レポートの役割」と「引用に対する態度」について質問項目を絞り、大学生/大学院生を対象に調査を実施した。以下は、最初のアンケート調査の主な結果である。1)日本の高等教育での「ライティング」指導は、アメリカの高等教育のようには、システム化されていない。高校で指導を受けた生徒は、42%、大学で指導を受けた学生は、39%とそれぞれ半数以下で、その指導内客も作文技術(主題文、段落のつくり方、全体の構成等)を十分扱ったものではない。提出した作文またはレポートに対して教師からのフィードバック(批評・助言)も少ない。2)日本の高等教育では、「文章の内容」や「講義や文献の中にある主張や考え」を批評できる力よりも、内容の理解力の養成をより重視する傾向が強い。そのためか、自分の意見をまとめる力や文章の内容を批評できる力の養成が十分されていない。3)レポートを書く際,「受けうり(他人の考えやことばを引用や出典に言及せずに自分の考えやことばとしてそのまま使う)」について大学生は必ずしも否定的ではない。

他人の考えであってもそれを真に理解し同意すれば、自分の考えになりうるととらえている学生が多い。以上、断片的であるが、上記の結果は、日本の高等教育において「ライティング」は大きなウエイトを占めていないことを示している。高等教育の目的との関連において「ライティングの役割」をさらに精査したい。平成12年度は、11年度の学生へのアンケート調査に引き続き、教師へのアンケート調査(「教員からみた高校国語教育に対する意識調査」/「教員からみた学部生のレポート・卒論に対する意識調査」)を行った。以下は、前回の調査と今回の調査の主な結果をまとめたものである。高校でのリテラシー(読む・書く)教育について(1)日本では「読解能力」の育成に重点が置かれ、「表現能力」の育成は授業の中では頻繁に行われておらず、学習指導要領(国語編)に記載されている内容との間に乖離がみられる。その理由として、クラスサイズや効果的な指導方法の欠如が挙げられる。(2)しかし、大学入試に小論文を課す大学が増加するに従い、課外授業で小論文指導が行われ、多くの高校3年生がこうした指導を受けている。この事実から、日本の高校生について母語によるライティング経験が希薄であるという海外での指摘は必ずしも当てはまるとは言えない。(3)これからのリテラシー教育について、半数以上の教師が「読解能力」と「表現能力」の育成のバランスが必要であると考えている。大学でのリテラシー教育について(1)統計分析の結果、リテラシーは、文章作成能力とアカデミック・スキル(要約する力、批判力等)の二つの能力から構成されていることが判明した。学部生、大学院生ともに文章作成能力をより重要であると捉えている。(2)学生への指導は、学問分野や教師によって異なる。一般的に、欧米で教育を受けた教師や外国人は正しい引用の仕方や論文作成能力の育成に積極的な姿勢がみられる。最近では、高校と大学での接続問題が高等教育で議論されている。本研究は、リテラシー教育の一貫性の重要性から、学生と教師の両面からリテラシー教育の現状と展望を明らにしようと試みた。研究結果は、日本での高等教育ばかりでなく、海外での日本人留学生の英語リテラシー教育にも有益な情報を提供できると考える。
渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証と応用

本研究の第1の目的は,渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証レベルを上げることであった.この検証研究については1年目(平成24年度)に多くの成果を得ることができたため, 2年目(平成25年度)はそれらの成果を学術雑誌論文としてまとめ,学術雑誌に投稿することに重点を置いた.具体的には,これまでに発表済みの論文に加えて, 1)渦に沿った高速火炎伝播における火炎と渦糸ソリトンの位置関係, 2)渦に沿った高速火炎伝播に現れる渦糸ソリトンの性質,以上2報の論文を新たに作成した.そのうち1)は日本燃焼学会誌に掲載決定, 2)も同誌に投稿予定の段階となった.本研究の第2の目的は,渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムが実用的問題に対しても応用可能であることを示すことであった.2年目(平成25年度)はこの応用研究も少し進めた.当初,航空機や火力発電所で使用されるガスタービンエンジンの旋回流燃焼器に対する応用研究を考えていたが,大規模火災現場で発生する火災旋風に対する応用研究を行うこととし,防災安全面からの必要性から,そのメカニズムの解明を試みた.3次元数値シミュレーションの結果,実際の火災旋風に近い現象を再現することができた.さらに渦糸ソリトンのようなラセン状の渦線の孤立波ではないが,連続したラセン状の渦線構造が観察されたことから,火災旋風の高速上昇流は渦に沿った高速火炎伝播と類似したメカニズムで説明できる可能性が示された.以上の第1と第2の目的に対する研究成果は,いずれも燃焼学分野における新しい視点や新しい方向性を示すものであり,その学術的意義は大きいと思われる.今後,多数の渦と火炎が相互作用する乱流燃焼場をはじめ,ガスタービンエンジンの旋回流燃焼器や大規模火災現場の火災旋風などのような問題への本格的な応用も期待され,重要性・汎用性の高い基礎的な研究成果であるといえる.(抄録なし)当初の研究計画では,渦に沿った高速火炎伝播(ボルテックス・バースティング)現象に対して,渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証と応用の両方を1年間で行う予定であった.しかし計画全体を2年間で行うように変更したため,1年目の平成24年度は検証研究に力を入れ,2年目の平成25年度に応用研究を実施することにした.したがって1年目の平成24年度は,メカニズムの検証レベルを計画段階より引き上げるために,以下の3つのテーマについて数値シミュレーション・可視化・解析を行った.1)ボルテックス・バースティングに現れる渦糸ソリトンの基本的性質の調査.2)渦の循環(渦の回転の強さ)がボルテックス・バースティングに及ぼす影響の調査.3)予混合気の当量比(燃料の濃度,火炎の熱膨張の強さ)がボルテックス・バースティングに及ぼす影響の調査.以上の3つのテーマの研究成果より,まずボルテックス・バースティングに現れる渦糸ソリトンの基本的性質を確認することができた.また渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムのアイデアが正しいならば,渦の回転の強さや火炎の熱膨張の強さなどのパラメータが火炎伝播特性に影響を及ぼすと予想されるが,確かに予想通りであることがわかった。さらにそれらのパラメータは渦糸ソリトンの大きさとも関係があることもわかった.こうして渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの有効性を示すいくつかの検証材料が得られ,1年目の平成24年度に行う検証研究としては,当初計画していたよりも多くの成果を得ることができた.これらの研究成果は燃焼学分野における新しい方向性を示すものであり,その学術的意義は大きいと考えられる.またこれらの研究成果はガスタービンエンジン燃焼器や大規模火災現場で発生する火災旋風などの実用的問題にも応用できると考えられ,重要性の高い研究であるといえる.本研究の第1の目的は,渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証レベルを上げることであった.この検証研究については1年目(平成24年度)に多くの成果を得ることができたため, 2年目(平成25年度)はそれらの成果を学術雑誌論文としてまとめ,学術雑誌に投稿することに重点を置いた.具体的には,これまでに発表済みの論文に加えて, 1)渦に沿った高速火炎伝播における火炎と渦糸ソリトンの位置関係, 2)渦に沿った高速火炎伝播に現れる渦糸ソリトンの性質,以上2報の論文を新たに作成した.そのうち1)は日本燃焼学会誌に掲載決定, 2)も同誌に投稿予定の段階となった.本研究の第2の目的は,渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムが実用的問題に対しても応用可能であることを示すことであった.2年目(平成25年度)はこの応用研究も少し進めた.当初,航空機や火力発電所で使用されるガスタービンエンジンの旋回流燃焼器に対する応用研究を考えていたが,大規模火災現場で発生する火災旋風に対する応用研究を行うこととし,防災安全面からの必要性から,そのメカニズムの解明を試みた.3次元数値シミュレーションの結果,実際の火災旋風に近い現象を再現することができた.さらに渦糸ソリトンのようなラセン状の渦線の孤立波ではないが,連続したラセン状の渦線構造が観察されたことから,火災旋風の高速上昇流は渦に沿った高速火炎伝播と類似したメカニズムで説明できる可能性が示された.以上の第1と第2の目的に対する研究成果は,いずれも燃焼学分野における新しい視点や新しい方向性を示すものであり,その学術的意義は大きいと思われる.