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“いじめ"のディスコース研究-いじめに対処する教育プログラム作成の試み-

平成8年度は、これまでの研究から知られているいじめの四層構造論よりもさらに進化したいじめの形態が予備調査(大学生対象)には見られ、リーダーといじめっ子が同一人物である黒幕型いじめとして新たな定式化が必要であるとする中間報告を行った。しかし、現役中学生を対象とする本調査(郡部と都市部の中学生対象)の結果は、必ずしもそうしたいじめのイメージを示さなかった。実際には、古典的いじめと現代型いじめ(例:四層構造的いじめ)が混在している状況であり、郡部に古典的いじめが多く、都市部に現代型いじめが多く見られる。予備調査との相違は、大学生が過去の経験のみでなく、現代の先鋭的ないじめに関する情報を元にしてストーリーを構成しているのに対して、中学生は経験にもとづくものが多かったことによると思われる。また、大学生は様々な中学(進学校を含む)を経験している者の集まりであり、超現代的ないじめに接する機会があったものと考えられる。他方、中学校の調査対象は、郡部1校、都市部1校と限られたために、特定の学校の状況が結果に強く影響した可能性がある。郡部と都市部で際立った違いが見られたのは、傍観者の視点の取り方である。郡部では、傍観者がいじめられっ子に近い心情を示すような記述が多かったのに対して、都市部の傍観者は、いじめっ子の視点に立った記述が多かった。これは、現代型のいじめが傍観者がいじめっ子の側に無意識に立っていることによって持続的で陰湿化している実態と符合するものである。郡部では教師に対する批判的な記述(見てみぬふりをする等)が一定数見られたのに対して、都市部ではほとんど見られず、逆に教師の積極的介入による解決という郡部ではあまり見られない結末が一定の割合で見られ、実態を反映している面と同時にこうした調査方法(無記名ではあるが教師の目に触れる作文)の限界を感じさせる結果となった。中学時代、すでに“いじめ"に遭遇したり、実際に経験した世代である学生に対して投影法的な手法を用いて“いじめ"に関する意識の構造を調査した。同時に、中学校にも“いじめ"に関する作文課題の調査依頼を行い、現役中学生の意識についての調査を行った。現在、大学生のデータについて一分析が終わり、次のような結論が得られている。1)よく知られている“いじめ"の四層構造論は、現在の学級集団を説明するには不十分である。2)「いじめっ子の描写」によって描き出されるいじめっ子像は、従来の概念では捉え切れない複雑さを持っている。3)従来との相違は、いわゆる「悪い子」がいじめっ子になっているわけではないということである。というより、「良い子」と「悪い子」の区別が非常に曖昧になり、「普通の子」というのも不明確になってしまったという実態がある。4)したがって、教師の側から見ても「いじめっ子」イコール悪い子どころか、頼りになるリーダー的存在の場合もあり、「いじめられっ子」の立場を極めて弱く、困難な立場にしてしまう間接的な要因になっている。5)クラス全体の世論をリ-ドすることが可能な立場にある者によって起こされる“いじめ"こそ、現代の“いじめ"のもっとも深刻な場合であり、それによって孤立させられた「いじめられっ子」が容易に死への誘惑を感じるケースもこうした状況によって引き起こされるものと思われる。
閉鎖型システムにおける植物生産の最適化

人工光利用の閉鎖型植物生産システムおよび太陽光利用の温室に関して、物質およびエネルギー収支を詳細に解析して、投入資源である光エネルギー、水、二酸化炭素などの利用効率を算定し、算定結果に基づき、利用効率の改善策を示した。本研究の目的は、(1)自然光利用の温室(以下、温室システムと呼ぶ)に関する光利用効率などと閉鎖型システムのそれらの効率を比較し、その比較により、(2)苗生産・葉もの生産に関しでは、「閉鎖型システムは、高品質で安全な生産物が安定的に低コスト・省スペース・省力的に得られるだけでなく、閉鎖型システムの方が温室システムより省資源的かつ環境保全的であり、閉鎖型システムで必要となる照明と空調に必要な電気エネルギーは、苗当たり400kJ(キロ・ジュール)程度であり、エネルギー・物質収支から見ればわずかである」との申請者の仮説を多面的に検証することであり、また既存文献からでは得られないデータは、実験と理論的考察により求めることであった。上述の光利用効率を、光-光合成曲線の低光強度部分における直線勾配から得られる、光利用効率の理論的最大値と比較して、現実の光利用効率と理想的環境条件における光利用効率の差異をもたらす原因の中から改善可能な環境改善・栽培システム改善を考察した。上記の考察から、自然光温室における環境制御の新しい方法を提案し、米国、カナダ、中国および日本のシンポジウムなどにおいて公表した。人工光および自然光を利用した植物生産システム(植物工場、温室など)に関する光利用効率、水利用効率、CO_2利用効率、電気利用効率、ヒートポンプ成績係数などの投入資源利用効率の変換プロセスを詳細に解析した。そして、筆者らが従来求めた閉鎖型システムのそれらの利用効率と比較検討した。特に、電気エネルギーおよび光利用効率に関しては、電気エネルギーから植物体の化学エネルギーにいたるエネルギー変換プロセスを詳細に解析した。閉鎖型システムは従来、育苗や光独立栄養培養に利用されていたが、葉もの生産にも有用であることが示された。その結果、葉もの生産に関しては、人工光閉鎖型システムの方が自然光温室システムよりも上記の光利用効率、水利用効率、CO_2利用効率が高いことが判明した。次いで、人工光閉鎖型および自然光システムにおける上述の投入資源利用効率の改善方法を考察した。そして、植物群落の受光比率を高めることの重要性を指摘した。これらの研究成果を、サウジアラビアで開催された「乾燥地における施設園芸」シンポジウム、およびポルトガルで開催された国際園芸学会の「革新技術コロキアム」で講演した。これらの講演は数百名の参加者の関心を強く引き、その後、数多くの問い合わせや共同研究の提案を得ている。その他、2011年3月末には台湾における国際ワークショップにおいても本研究の成果を発表し、高い評価を得た。本研究の成果は、統合環境制御システムの開発において有用であると考えられるので、そのための研究を既に開始している。人工光利用の閉鎖型(人工光)植上物生産システムおよび太陽光利用の温-室に関して、物質およびエネルギー収支を詳細に解析して、投入資源である光エネルギー、水、二酸化炭素などの利用効率を算定し、算定結果に基づき、利用効率の改善策を示した。研究代表者は、従来の園芸施設に関するこの種の解析に関して過去に多くの成果を出しているので、基本的には、そこでの手法を改善した手法を適用した。電気エネルギーおよび光利用効率に関しては、電気エネルギーから植物体の化学エネルギーにいたるエネルギー変換プロセスを詳細に解析し、投入資源である電気などの利用効率を高める方策を解明する。まず、第一に、閉鎖型システムは、従来、育苗や光独立栄養培養に利用されていたが、葉もの生産にも有用であることが示された。次いで、人工光閉鎖型および自然光システムにおける上述の投入資源利用効率の改善方法を考察し、植物群落の受光比率を高めることの重要性を指摘した。これらの研究成果を、国際園芸学会の「革新技術コロキアム」で講演した。その他、2011年3,月末には台湾における国際ワークショップにおいても本研究の成果を発表し、高い評価を得た。本研究課題の成果は国内外で関心を持たれている。
震災後の協働的市民社会を支える生涯学習施設と地縁組織の機能に関する実証的研究

東日本大震災の最大の特徴が、従来の震災と異なり、原子力発電所の事故による「原発震災」にあることに注目し、東日本大震災の「縮図」とも言える福島県及び双葉郡に焦点をあてた。大震災後の地域社会の復興を支え地域の課題解決に向けて協働的に取り組む住民の成長を可能とする社会教育・生涯学習活動の展開過程を把握することに本研究の意図は置かれている。そうした諸活動の基盤には、被災の経験から対話的に学び協働的に将来に向かい地域コミュニティの再生と創造に努力する実践があり、いずれも暮らしとそれを支えた地域社会を問い直し、地縁を手がかりに<学び合うコミュニティ>の形成が進められていた事実を確認することができた。東日本大震災から三年が経過し、東北の各地域社会が抱えている諸課題は、震災以前からの諸課題もあり、複雑化している。地方分権化政策のもと展開されてきた市町村合併と自立的自治体経営の確保を目指す地域コミュニティの再編・形成方策が大震災からの復興の過程でどのように機能しているかと言った視点を含み、今日的被災地の状況を確認し、必要とされる協働的市民社会を支える住民の成長を図ることは急務とされている。そうした課題に応える生涯学習活動とその基盤となる住民参画型生涯学習施設の可能性を地縁組織(地域住民組織)との連携の視点から検討を進めている。具体的には、前年度に引き続き、東日本大震災が東北・福島に原発震災を含みどのような影響を与えているかに関して、2013年度の「復興ラウンドテーブル」や「復興教育シンポジウム」、「おたがいざまセンター」等を手掛かりに把握するとともに、双葉八町村に着目しながら現地踏査を継続し、資料収集等も展開している。その結果、震災地で徐々に変化があることも確認される。田村市都路地区の避難指示解除が2014年4月1日付で解除される方向性が示されるほか福島県内の一定の放射能除染作業が進むことや農作物の出荷停止品目が減少するなどの改善状況もみられている。しかし他方で、各地域の復興状況には次第に格差が見え始める現状もある。こうした状況を踏まえ、双葉郡からは震災の風化を危惧する声も発せられている。双葉郡では地域復興を教育復興を一つの核としながら展開し始めており、「双葉郡教育復興ビジョン」をまとめ「中高一貫校(2015年4月予定)」の開設準備に着手しているが、同時に同学校に住民の生涯学習・社会教育施設を併設することを計画している。生涯学習・社会教育施設を住民参画のもと計画し住民の学習コミュニティの形成を進め、それを地域の再生に繋げようとする意図を確認できる。示唆的な事例と言える。東日本大震災以降、東北の各地域社会が従来から抱えていた課題の緊急性は増している。「平成の大合併」と言われた地方分権化政策により示された市町村合併と自立的自治体経営の確保を目指す地域コミュニティの再編・形成方策は、東日本大震災を経てその真価を問われている。本研究は,こうした課題に応え、東北が大震災から地域再生を図る上で、自立的・協働的市民の成長が急務であることを踏まえ,それを推進する市民参画型生涯学習施設の可能性を地縁組織(地域住民組織)との連携の観点から追究する。上記の視点に基づき、関連する先行研究の把握と整理を継続的に展開した。続いて大震災後の地域状況、行政施策・教育関連施策の動向を概観する資料整理を開始した。加えて、東日本大震災が東北とくに福島県の地域生活にどの様な影響を与えたのか、そしてその影響下で子ども・青年・市民がどの様な課題を抱えているのかを把握する現地踏査に着手した。こうした課題把握は、大震災後の地域再生の過程で重要な役割もつ地縁組織がどのような状況にあるかを把握する上で不可欠な作業となる。さらに、地域再生を支える生涯学習施設が担うべき機能を市民を中心とする学習コミュニティの形成と再生に求めようと本研究の観点からも上記の作業は重要である。具体的には次のように研究を進めた。(1)報道・出版資料を中心に原発震災が教育活動に与えた概況の把握、(2)双葉八町村を地域事例として措定し、子どもや青年・成人(保護者)等の教育・学習機会の現状と復興教育をめぐる諸課題等の把握、(3)避難生活が長期化している仮設住宅での生活状況の中で子どもや保護者が抱える諸課題の把握、(4)教育復興をめぐる要望等の把握等。加えて、教育委員会関係者からのヒアリング調査、双葉郡の子ども・保護者を中心とする「子ども会議」、復興教育シンポジウム、「OECD東北スクール」等の情報収集に努力した。今日的被災地の状況を確認し、各地の震災復興に必要とされる協働的市民社会の再形成とそれを担う住民の成長を図ることは急務である。そうした課題に応える生涯学習活動とその基盤となる住民参加型生涯学習施設の可能性を、地縁組織(地域住民組織)との連携を視点とし追究することもまた喫緊の課題であり、本研究の課題意識もそこにある。大震災の特徴は、地震・津波・原発事故という人類が初めて直面する複合災害にある。福島県では、放射性物質による環境・食品・人体への影響、社会的・経済的影響(農業・漁業・観光業等)は継続し、住民の避難・風評被害が続いている。この風評被害は深刻であり、地域の復興計画や帰還動向にも影響を与えている(東北の社会教育実践の動向収集、双葉郡教育復興協議会調査等)。その結果、暮らしと生業の回復は図られず「過疎と高齢化」問題を加速化させ、大震災前から地域に内包されていた産業構造や人口動態をめぐる諸矛盾を激化させている。

この間の研究を通して、放射性物質をめぐる「基準値」が示されてもその科学的知見が住民の行動を変える「安心」には直結するものではなく、「基準値」が行動の「判断」基準へと展開する過程の解明こそが重要だと確認された。換言すれば、「科学的知見」を生活者自身が確かめ検証し、困難な地域課題に対応する「解」自体を主体的・共同的・協働的に創造する過程こそが重要となる。この過程は、地域社会の将来像を探究する共同的・協働的な学習コミュニティの形成と重なりあい展開されることにより可能となることもまた確認された(震災復興ラウンドテーブル、子ども未来会議、ふたば未来学園高校等の開設準備過程調査、双葉郡教育復興協議会コミュティ拠点施設設立検討委員会調査等)。震災復興は、住民による学習コミュニティとそれを支えるコミュニティ拠点施設の形成に支えられ、初めて「持続可能な社会」への道程を確保することができる。東日本大震災は地震・津波・東北電力第一原子力発電所事故を伴い被災地域に甚大な被害を与えた。大震災後の地域社会の再生・復興にとって不可欠な地域課題、すなわち自立的自治体運営とそれを支える新たな地域コミュニティの形成という地域課題が急浮上している。こうした協働的市民社会の構築はそれを担う住民・市民の成長を必要とするが、住民自身の成長を地域コミュニティの再形成に重ねながら確保する上で重要となるのは、それら両者を往還させ進展させる社会教育実践と言える<学習コミュニティ>の形成であると確認できる。大震災が東北の各地に与えた被害は甚大かつ多様であり、東北全体の状況を一様に把握することは難しい。だが、原発事故を伴う大震災が地域社会に与えた被害・影響を最もよく表すのは、今日でも原発事故による避難生活が続く福島県双葉郡であり、同郡は大震災の「縮図」とも言える。双葉郡では、「双葉郡教育復興ビジョン」(2013年7月)が作成され、双葉郡の将来の担い手育成を図る教育復興と地域復興を同時に推進することが表明された。具体的には、未来の持続可能な社会創造に向けた実践的な課題解決学習を積極的に取り組む「中高一貫校」の学校(教育)創りについて探究する「子ども未来会議」が郡をあげて開催された。子ども・保護者・教員も同会議に参加することを通して、教育と地域社会の復興過程に参画し、教育と地域コミュニティの未来を創造する<学習コミュニティ>を形成するとともに地域を担う自らの主体形成も進めている。最終年度の研究では、「子ども未来会議」の議論から双葉郡独自の教育として展開されている「ふるさと創造学」が新たな「地縁性」を獲得する機能を果たしていることを確認した。また、こうした「未来会議」(学習コミュニティ)が、福島の復興を進める「福島復興公民館大学」の実践として共有されていることや県内の他公民館の動向等も確認した。東日本大震災の最大の特徴が、従来の震災と異なり、原子力発電所の事故による「原発震災」にあることに注目し、東日本大震災の「縮図」とも言える福島県及び双葉郡に焦点をあてた。大震災後の地域社会の復興を支え地域の課題解決に向けて協働的に取り組む住民の成長を可能とする社会教育・生涯学習活動の展開過程を把握することに本研究の意図は置かれている。
フグ毒保有動物の毒化機構、とくにフグ毒の動態に関する研究

フグ毒(tetrodotoxin,TTX)の動物界における分布はマフグ科魚類に限られていたが、その後、軟体動物の頭足類、巻貝類、ヒトデ、オウギガニ科のカニ、扁形動物、紐形動物等に広がり、またこれらTTX保有動物の消化管に生息する細菌類がTTXの一次生産者であること等が相次いで発見された。しかしTTXの動物界における分布は不規則で、その毒化機構、代謝経路、存在意義等も不明な点が多い。このような背景のもとに本研究ではTTX保有動物の毒化機構解明のため、保有動物、産生菌、環境の三者間におけるTTXの動態を調べ、また生体内におけるTTX関連物質のTTXへの変換を検討した。またこのためTTX関連関質の微量機器分析法の開発も企画した。1)紐形動物ホソヒモムシCephalothrix linearisから生体内のTTX前駆体と考えられるテトロドン酸様物質を単離し、これが容易にTTXに変換すること、かなり多数のTTX保有動物に存在すること、比毒性が700MU/mgであること、分子量がTTXより1大きい320であること等を明らかにした。2)スベスベマンジュウガニからTTXの2量体でその前駆体と考えられる未知成分(分子量663)を分離した。3)これらTTX関連未知成分の単離と構造解明のため、LC/FAB MS,GC/MS等の微量分析法を開発した。4)深海(太平洋、水深4000m)の堆積と淡水湖沼から新たにTTX産生能をもつ細菌と放線菌を分離した。また16S rRNAの塩基配列によりTTX産生菌の分類を行った。5)TTX産生菌Vibrioalginolyticusは食塩濃度3%、25°Cで最大TTX産生能を示した。6)瀬戸内海におけるTTXの分布を調べた結果、TTX保有動物の生息地の底質土と湾央部の底生動物、底質土、浮遊生物の一部にTTXを検出した。7)東支那海産の節足動物コシマガニ等と南九州産の扁形動物ヒラムシ類に新たにTTX関連物質を検出した。フグ毒(tetrodotoxin,TTX)の動物界における分布はマフグ科魚類に限られていたが、カリフォルニアイモリ、ツムギハゼに見出され、これが契機となり自然界におけるTTXの分布が広がった。すなわちツムギハゼの他、巻貝、ヒトデ、オウギガニ科のカニ、扁形動物、紐形動物等におけるTTXの存在、これら動物の消化管に生息する細菌類が、TTXの一次生産者であることが申請者らにより相次いで発見された。このような背景のもとに本研究ではTTX保有動物の毒化機構解明のため、保有動物、産生菌、環境の3者間におけるTTXの動態を調べ、また生体内におけるTTX関連物質のTTXへの変換を検討した。1)紐形動物ホソヒモムシ<Cephalothrix>___ー<linearis>___ーに強力な麻痺毒性を認め、毒の個体別、部位別分布、季節的消長を調べ、さらに毒組成、未知主要毒成分の性状等を検討した。

個体別毒性では48008100MU/gで、部位別では吻が22000MU/gと最高を示した。またTTX以外に未知で有毒なテトロドン酸様物質が検出され、その性状を検討中である。ミドリヒモムシ<Lineus>___ー<fuscoviridis>___ーでも同様な傾向が認められた。2)東京湾、諏訪湖等の海洋と淡水区の堆積中からTTXを産生するグラム陽性細菌と放線菌等を検出、分離した。また、16S rRNAの塩基配列による方法と従来法によりTTX産生菌の分類を行なった。3)トゲモミジガイから分離した<Vibrio>___ーsp.のTTX産生条件を検討した。4)徳島産スベスベマンジュウガニ<Atergatis>___ー<floridus>___ーより不安定な未知TTX関連毒物質を分離し、性状を検討した。5)瀬戸内海の底性動物、プランクトン、底質土におけるTTX関連物質の分布を検索した結果、各試料の一部に関連物質を検出した。フグ毒(tetrodotoxin,TTX)の動物界における分布はマフグ科魚類に限られていたが、カリフォルニアイモリ、ツムギハゼに見いだされ、これが契機となり自然界におけるTTXの分布が広がった。すなわち巻貝、ヒトデ、オウギガニ科のカニ、扁形動物、紐形動物等におけるTTXの存在、これらTTX保有動物の消化管に生息する細菌類がTTXの一次生産者であること等が申請者らにより相次いで発見された。しかしTTX保有動物における毒化機講、代謝経路、存在意義等も不明な点が多い。このような背景のもとに本研究では前年度に引き続き、TTX保有動物の毒化機構解明のため、保有動物、産生菌、環境の三者間におけるTTXの動態を調べ、また生体内におけるTTX関連物質のTTXへの変換を検討した。またこのためTTX関連物質の微量機器分析法の開発も企画した。1)紐形動物ホソヒモムシCephalothrix linearisから生体内のTTX前駆体と考えられるテトロドン酸様物質を単離し、これが容易にTTXに変換すること、かなり多数のTTX保有動物に存在すること、比毒性が700MU/mgであること、分子量がTTXより1大きい320であること等を明かにした。2)節足動物スベスベマンジュウガニからTTXの2量体でその前駆体と考えられる未知成分(分子量663)を分離した。3)これらTTX関連未知成分の単離と構造解明のため、LC/FAB MS,GC/MS等の微量分析法を開発した。4)16S rRNAの塩基配列によりTTX産生菌の分類を行った。5)TTX産生菌Vibrioalginolyticusは食塩濃度3%、25°Cで最大産生能を示した。6)瀬戸内海におけるTTXの分布を調べた結果、湾央部の底生動物、底質土、浮遊生物の一部にもTTXを検出した。7)東支那海産の節足動物コシマガニ等と南九州産の扁形動物ヒラムシ類に新たにTTX関連物質を検出した。
大規模野外操作系を用いた森林-河川生態系の相互補償係の実験的検証

景観レベルでの群集の維持機構における、連続するハビタットの間の相互補償的な関係の果たす役割については、その重要性が指摘されているにもかかわらずいまだにそのメカニズムについての理解は進んでいない。落葉性の森林と河川を含むエコトーンにおいて、河川の生産性は、河川水が冬期間でも凍結せず、内部での生産を維持し、また、秋期に大量に供給される落葉により、水生昆虫の生産、さらに陸上への羽化は、陸生の無脊椎動物のバイオマスが枯渇する早春期にピークを迎える。対照的に、陸生無脊椎動物の河川への供給は、陸上の植物の生産に従い、基本的に河川内の水生資源量が非常に低い夏期に生じる。したがって、水生昆虫は鳥類の重要な餌資源となり、落下昆虫は魚類の重要な餌資源となる。このような、相補的なハビタット間の資源の移流により、森林の鳥類群集、河川の魚類群集がそれぞれ補償されているのである。本研究により、河川から森林への羽化水生昆虫は、鳥類の年間資源要求量の25.6%を補償し、一方、森林から河川への落下無脊椎動物は、魚類の年間資源要求量の44.0%を補償していることが明らかとなった。このような相補的な補償効果は、系外と系内の資源動態に時間的なずれがあるために生じ、不均一な環境がシステム全体としての多様性、あるいは生産性を高める可能性を示唆するものである。異質なハビタットの隣接構造が、生物群集の多様性や生態系機能に及ぼす影響を評価することを目的に、本年度においては、森林と河川のインターフェイスにおける資源の相互移流を、春・夏期にかけて北海道大学農学部付属苫小牧地方演習林を流れる幌内川の流程1.2kmの河川全域をエンクロージャーネットで覆うことにより人為的に制御し、両生態系における生物群集の応答を定期サンプリングにより定量化した。本研究の代表者および分担者によるこれまでの調査により、森林食物網における高次捕食者である造網性クモ類および鳥類群集は、森林の生産性が低い春期における餌資源として、河川から陸上へと羽化する大量の水生昆虫に大きく依存していることが明らかとなっている。本年度の大規模野外操作実験の結果、春期における羽化水生昆虫を介した河川から森林への資源移流の遮断は、両群集の現存量の低下を招き、とくに河畔域を主な生息場所としている種において、その傾向が顕著であることが明らかとなった。一方、生産性が森林において最も高く、逆に河川で最小となる夏期においては、森林から河川への陸生無脊椎動物の落下による供給が魚類個体群の餌資源として重要であることが研究代表者らにより報告されている。本実験によるこのような餌資源の移流の遮断は、同群集の現存量および種多様性の低下をもたらすことが明らかとなった。とくに、同群集内における種間競争において劣位とされるサケ科魚類2種が、調査区内において地域的な絶滅を起こす結果が得られた。本年度の野外実験により、河川と森林を双方向に移動する資源は、両生態系の相互補助的な生物群集の維持に大きく貢献することが検証され、資源移流の減少による波及効果は、食物網および生物間相互作用を通して生物群集の多様性維持機構に及ぶことが明らかとなった。2000年度は昨年に引き続き苫小牧演習林内、幌内川において操作実験を行った。幌内川上流部に1.2kmにわたり、農業用グリンハウスを設置し、0.5mmメッシュのナイロン製シートで河川を覆い、森林-河川間の生物の移流を妨げた。その結果、河川内のサケ科魚類の密度が34%、森林の鳥類の密度が25%、対象区と比較し減少した。これは、自然状態でのサケ科魚類の陸生昆虫への依存度40%、鳥類の羽化水生昆虫への依存度26%ときわめてよく一致し、系外の資源、河川生態系にとっては陸生の、陸上生態系にとっては河川からの資源供給が不可欠であることを意味している。さらに本年度は、河川の屈曲度と森林生態系に対する河川系の重要性の関係を胆振地区、樽前山麓の小河川を対象として検討した。

ある一定面積の森林内を流れる河川を考えた場合、その屈曲度の増加は、森林面積当たりの河川表面積が増し、河川からの資源供給が増加する。実際、森林性の量類は河川の屈曲部に多く見られ、水生昆虫の供給量の増加がその要因であることが明らかとなった。本年度はこれらに加え、安定同位体を用いた物質移流の追跡調査を開始した。予備的な調査の結果、幌内川では河川生態系に一般に見られる、高いδC13比ではなく、この値が非常に低い(約-30‰:藻類)ことがわかった。これは、幌内川が湧水起源の河川であり、土壌深層の嫌気的環境を通過してきたことを示唆している。この値は、河川と陸上起源の資源(約-25‰:植物葉)を峻別する際に非常に有効であり、来年度さらに詳細に食物網を通じた安定同位体比の変容を追跡し、これまで野外調査で得られたデータとの整合性を検討する。13年度は、幌内川における操作実験を継続するとともに、3年間の研究成果の総括を行った。具体的には、研究の成果をアメリカ科学アカデミー紀要(Proceedings of Academy of Science of the United States of America)、EcologyLetters誌等に数編の原著論文として発表するとともに、米国プリンストン大学や日本生態学会でのシンポジウムで口頭発表した。さらに、研究成果の多くの部分は、今後、原著論文や学術本として発表、出版する予定である。また、本年度は、流域スケールでの河川における生産の陸域生態系への影響を評価する研究を行った。ここでは、苫小牧研究林周辺の3河川、さらに胆振地域の8河川流域を対象として、水生昆虫の昆虫食性鳥類群集の維持に果たす役割をこれまでより大規模なスケールで検討した。さらに、これまでの成果を基盤として、新たな研究計画の準備を進めた。とくに、河川と森林の相互作用と移入魚種との関係について、コロラド州立大学教授、カルト・ファウシュ氏との共同研究計画が進み、14年度より、NSF(米国科学基金)による、共同研究の開始が決定した。今後も、河川-森林エコトーンにおける生物群集の維持機構について、本研究補助による成果を元として新たな計画を進める。
電荷をもった有機高スピン分子の生成とその電磁物性の基礎的研究

本年度の主な成果はm-phenylenebis(phenylmethylene)(m-PBPM)の正イオンについて微細結合定数の精密な再測定を行ない、前回報告した値(D=0.1300cm^<-1>,1E1=0.0045cm^<-1>)を修正したこと、およびプロトタイプとしてのm-PBPMの正負イオンについての研究からの発展としてカルベンユニットが3個のb穂nzene-1,3,5-tris(phenylmelene)(BTPM)の正負イオンについての研究に着手したことである。まづm-PBPMの正イオンについてはXバンドESRスペクトルのシュミレーションを繰り反した結果、2種類のコンフォーマーI,IIがほぼ1対1の割合で混在していると解釈できることが明かになった。この2つのコンフォーマーの結合定数はD=+0.135cm^<-1>,1E1=0.0040cm^<-1>およびD=+0.1285cm^<-1>,1E1=0.0055cm^<-1>と異なっているが近似的にはトランス・トランス型構造であること、IとIIの差は例えばフェニルリングの非平面性に僅かながら有意の差があると解釈して矛盾しないことが分かった。次にBTPMについてはそのアニオンのESRスペクトルの測定に成功した。77KでのESRスペクトルはスビン多重度4の高スピン状態と見られる。しかしながらBTPM系では3個の窒素分子が脱離して目的のトリカルベンになったもののアニオンを検出している可能性の他に、一旦生成したトリカルベン内の1個のカルベン基がマトリックス分子からの水素引き抜きを起こして実質的にジカルベンに変わった可能性、および光窒素脱離過程において窒素の一つが脱離しなかった可能性も杏定できないため、現在これらの可能性の検証を行なっている。
島嶼部東南アジアの開発過程とローカル・ポリティックス-マレー社会における地域間比較

マレーシアでは、マレー系与党UMNOの主導の下、国家の基本政策である新経済政策の促進を通して経済的発展に成功し、民族問題に一定の安定を得、政治的安定を半世紀以上にわたって維持してきた。その背景には、中央から地方末端に至る強固な行政および政党システムが構築されたこと、潤沢な資金をもって行政サービスを実行したこと、また社会がその受け皿になったことが指摘できる。しかしながら、貧困の撲滅と社会再編をめざした開発体制の分配は不均分で、地域差、階層差という新たな問題を表出している。本研究の目的は、マレーシアの低開発地域における開発過程と、それに対する地方の論理を、地域間比較を行いつつ、歴史的パースペクティブの視点から明らかにしようとするものである。研究の発想の原点には、国家主導の開発により東南アジアの優等生となったマレーシアの政治が中央で語られることが多く、地方政治の実態が明らかにされていないことがある。ここでは、多民族国家マレーシアにおいて優勢/優位な民族であるにかかわらず経済的・社会的に劣位にある地方のマレー人州を対象とした。平成21年度においては、貧困撲滅と社会再編を目的とした新経済政策(マレー優遇政策・ブミプトラ政策)にもとづく開発過程と政治経済の展開に焦点を絞って、長く調査を続けているトレンガヌ州を中心に、1)国家による地方への開発計画の浸透と地方開発実務者の開発観との異動、2)開発の現状と成果、3)開発過程における補助金制度の浸透についてフィールド調査と文献調査を行った。また、クランタン州、ケダ州において比較調査を行った。トレンガヌ州における調査成果の一部は、『東南アジアにおける自治体ガバナンスの比較』に、また『国家と経済発展』の1章として刊行される。調査が進展するにつれて、研究計画において副次的に位置づけていたイギリス植民地時代の開発政策の重要性を確認することになった。そのため、2年目の平成22年度(最終年度)は当初予定した期間より少し長めに行政資料調査をイギリス文書館で行い、より歴史的パースペクティブの視点から、地方における開発過程の分析をすることにする。一方で、現地においては、開発の浸透の中で台頭してくるイスラーム野党地方政党政治の展開と社会の対応について、フィールド調査と文献調査を行い、歴史の中に位置づける作業を進める予定である。本研究の目的は、マレーシアの低開発地域における国家主導の開発過程と、そこで展開される地方政治および地方行政の変化・再編過程について、歴史的パースペクティブの視点から明らかにすることである。その背景には、東南アジアの優等生となったマレーシアの政治が中央で語られることが多く、地方政治、地方行政の実態が明らかにされていないことがある。ここでは、国家の基本政策として現在なおその理念が継続されている新経済政策の実行過程において最大の受益者であり、それにもかかわらずその低開発地域居住者が多いマレー人に焦点をあてた。前年度は、マレーシアの開発の指針となる新経済政策にもとづいた開発体制の浸透と、それにともなう地方の政治経済的変化に焦点をあてたのに対して、平成22年度においては、前年度検証した独立後の開発行政をより明らかにするために、イギリス植民地時代の開発行政についての文献調査を行うことをした。他方、当該地における現在の地方行政・地方政治の展開について、中央-地方関係の視点から現地調査と文献調査を行った。とくに、開発の浸透と成功により中央政府(連邦政府)の政権維持を強めるマレー与党UMNOと、開発の浸透とイスラーム復興主義の影響を受けて台頭してくるイスラーム野党の緊張・競合・対立の過程について、さらにアジア通貨危機以降の地方政治の変化とその特色を、主にトレンガヌ州の事例より検証した。その調査結果の一部は、『国家と経済発展』第5章「ブミプトラ政策の成功と限界」として刊行された。また、2010年度アジア政経学会(平成22年6月、於北大)および2011年度米国アジア学会(平成23年4月、Honolulu Convention Center)において発表された。
リグノセルロースのセロオリゴ糖等による消化促進とメタン抑制の機構解明とその利用法

セロビオースを牛の飼料の2%添加した結果、乾物、繊維、粗タンパク質の消化率は約10%高まった.また、ルーメン液の揮発性脂肪酸(VFA)濃度は高まり、VFAの中で酢酸の比率が高まり、プロピオン酸の比率は低下した.さらに、セロビオース添加により、細胞壁炭水化物組成やリグニンの変化は顕著ではなかったので、消化率の向上はルーメン微生物による植物組織の非選択的な分解に基づくものと考えられた.次に、牛の飼料にフマル酸を2%添加し、ルーメンからのメタン生成などに及ぼす影響を検討した結果、添加により、ルーメン液のアンモニア-N濃度は低下し、プロトゾア数も減少した.VFAの中でプロピオン酸の比率は増加し、メタン生成量は1020%低下した.飼料の消化に及ぼすフマル酸の影響は認められなかった.また、乳牛を用いてセロオリゴ糖の飼料添加(2%)が牛乳生産に及ぼす影響を検討した.添加によりメタン生成は変化しなかった.乳量、乳成分にもセロオリゴ糖添加の影響は認められなかった.セロビオースは飼料の消化には促進効果があるが、メタン生成と牛乳生産には顕著な影響を及ぼさないと考察された.セロビオースを牛の飼料の2%添加した結果、乾物、繊維、粗タンパク質の消化率は約10%高まった.また、ルーメン液の揮発性脂肪酸(VFA)濃度は高まり、VFAの中で酢酸の比率が高まり、プロピオン酸の比率は低下した.さらに、セロビオース添加により、細胞壁炭水化物組成やリグニンの変化は顕著ではなかったので、消化率の向上はルーメン微生物による植物組織の非選択的な分解に基づくものと考えられた.次に、牛の飼料にフマル酸を2%添加し、ルーメンからのメタン生成などに及ぼす影響を検討した結果、添加により、ルーメン液のアンモニア-N濃度は低下し、プロトゾア数も減少した.VFAの中でプロピオン酸の比率は増加し、メタン生成量は1020%低下した.飼料の消化に及ぼすフマル酸の影響は認められなかった.また、乳牛を用いてセロオリゴ糖の飼料添加(2%)が牛乳生産に及ぼす影響を検討した.添加によりメタン生成は変化しなかった.乳量、乳成分にもセロオリゴ糖添加の影響は認められなかった.セロビオースは飼料の消化には促進効果があるが、メタン生成と牛乳生産には顕著な影響を及ぼさないと考察された.トールフェスク乾草+濃厚飼料、または飼料イネサイレージ+濃厚飼料を給与した育成牛にセロビオースを飼料の2%添加し、飼料成分の消化率を測定した。いずれの飼料給与でも、乾物、繊維(NDF、ADF)、CPの消化率は約10%高まった。また、セロビオース添加により、ルーメン液の揮発性脂肪酸(VFA)濃度は高まり、VFAの中で酢酸の比率が高まり、プロピオン酸の比率は低下した。アンモニア-濃度は低下したが、プロトゾア数は変化しなかった。さらに、飼料へのセロビオース添加が繊維の消化に及ぼす効果について、細胞壁組成の変化から検討した。セロビオース添加により、細胞壁炭水化物組成やリグニンの変化は顕著ではなかったが、乾物消化率の向上は添加により活性化されたルーメン微生物による植物組織の非選択的な分解に基づくものであり、特定の組織の選択的な分解が促進されたことによるものではないと考察した。サイレージ単独、またはサイレージ+濃厚飼料(8:2)を給与した育成牛にフマル酸を飼料の2%添加し、ルーメンからのメタン生成などに及ぼす影響を検討した。フマル酸の添加により、ルーメン液のアンモニア-N濃度は低下し、プロトゾア数も減少した。揮発性脂肪酸の中で酢酸の割合は低下傾向を示したが、プロピオン酸の比率は増加した。メタン生成量はいずれの飼料給与の場合にも1020%低下した。飼料の消化に及ぼすフマル酸の影響は認められなかった。また、乳牛を用いてセロオリゴ糖の飼料添加(2%)がルーメン発酵と牛乳生産に及ぼす影響を検討した。添加により、ルーメン液のアンモニア-N濃度はやや低下し、揮発性脂肪酸の中で酢酸の割合は低下し、プロピオン酸の割合は増加する傾向が認められた。プロトゾア数とメタン生成はほとんど変化しなかった。乳量、乳成分(乳脂率、乳タンパク質率、乳糖率、無脂固形分率)にもセロオリゴ糖添加の影響は認められなかった。これまでの実験結果より、セロビオースは育成牛の飼料の消化と発育には促進効果があるが、メタン生成と牛乳生産には顕著な影響を及ぼさないと考察された。
地域医療圏でのオピオイド使用によるがん疼痛管理の標準化を目指した多施設共同研究

当院緩和ケア病棟入院中の患者を対象として、疼痛制御クリニカルパスの確立を目的とし、オピオイド導入期パス、さらに連動したレスキュー量、タイトレーション法の設定を明らかにした。がん性疼痛緩和におけるクリニカルパスの導入は、急速な痛みからの解放をもたらし、QOL向上に極めて有用であった。「がん対策基本法」が施行され、緩和医療を視野に入れたがん医療への社会的関心は急速に拡大している。しかし、現実的には緩和ケアという名の元でケアを享受している終末期がん患者においても、未だ十分な症状コントロールを受けるシステムが構築されているとはいえない。そこで本研究の目的は、(1)疼痛制御クリニカルパスの確立:(1)オピオイド使用による導入期パス、ローテーション期パス、安定期パスの3種のクリニカルパスを基盤とした疼痛管理クリニカルパスの運用による疼痛管理を図る、(2)患者申告による主観的疼痛自己評価と、発熱、白血球・CRPなどによる炎症所見、あるいは各種腫瘍進展にかかわるサイトカインや代謝制御に関係する各種ホルモンの推移などによる客観的指標による疼痛評価法の確立を目指す。(3)上記(2)に連動したレスキュー量、タイトレーション法の設定を明らかにすることである。平成20年度は、当院緩和ケア病棟にて、(1)疼痛制御クリニカルパスの確立として、症例の集積を中心に研究を行っている。すなわち、オピオイド導入期、ローテーション期、安定期パスをさらに連動したレスキュー量、タイトレーション法の設定を基準とし2-3群に細分化し、主観的疼痛自己評価をもとに検討している。また、主観的ではなく客観的な評価を行うために、白血球・CRPなどによる炎症所見を測定している。科学研究費補助金では、主にサイトカインの測定のために、使用させていただいております。現在、少しずつサイトカインデータを解析している。本研究の目的は、(1)疼痛制御クリニカルパスの確立:(1)オピオイド使用による導入期パス、ローテーション期パス、安定期パスの3種のクリニカルパスを基盤とした疼痛管理クリニカルパスの運用による疼痛管理を図る、(2)患者申告による主観的疼痛自己評価と、発熱、白血球・CRPなどによる炎症所見、あるいは各種腫瘍進展にかかわるサイトカインや代謝制御に関係する各種ホルモンの推移などによる客観的指標による疼痛評価法の確立を目指す。平成21年度は、当院緩和ケア病棟入院患者にて、疼痛制御クリニカルパスの確立として、さらなる症例の集積を中心に研究を行っている。すなわち、オピオイド導入期、ローテーション期、安定期パスをさらに連動したレスキュー量、タイトレーション法の設定を基準とし2-3群に細分化し、検討を行っている。オピオイド導入期において、主観的疼痛自己評価として当院独自の臨床症状加算式総合評価を検討した結果、レスキュー量を1/6に設定した群で良好な結果が得られている。ローテーション期、安定期パスでは明らかな差は認めていない。また、客観的な評価である白血球・CRP、サイトカインなどを測定しているが、現在、オピオイド導入期、ローテーション期、安定期において、明らかな有意差を認めていない。新たにホルモン検索も施行しているが、症例数も少なく、有意な差は認められない。今後は、さらに症例を集積し、解析したいと考えている。本研究の目的は、(1)疼痛制御クリニカルパスの確立:(1)オピオイド使用による導入期パス・ローテーション期パス、安定期パスの3種のクリニカルパスを基盤とした疼痛管理クリニカルパスの運用による疼痛管理を図る、(2)患者申告による主観的疼痛自己評価と、発熱、白血球・CRPなどによる炎症所見、あるいは各種腫瘍進展にかかわるサイトカインや代謝制御に関係する各種ホルモンの推移などによる客観的指標による疼痛評価法の確立を目指す。平成22年度は、当院緩和ケア病棟入院患者に対して、疼痛制御クリニカルパス(オキシコドン導入パス)を導入し、使用していない群と比較検討した。クリニカルパスを使用したがん患者24名(CP群)と同時期にCPを使用せずオキシコドンを開始された患者10名(非CP群)に分類。(1)2日以内の夜間の良眠、(2)3日以内の安静時疼痛の消失、(3)5日以内の体動時痛の消失を達成率で(4)導入直前と5日目の症状をフェイススケール(FS)で比較検討。【結果】(1)CP群で61.5%、非CP群で55.6%と有意差はなし(P=0.78)。(2)CP群で69.2%、非CP群で22.2%とCP群で有意に改善(P=0.03)。(3)CP群で46.2%、非CP群で11.1%と有意差はなかったがCP群のほうが改善(P=0.08)。

(4)CP群と非CP群のFS(導入直前→5日目)の変化は、2.9±1.1→0.6±0.6、3.7±1.1→2.7±1.1であり、CP群で有意に改善(P<0.0001)。【結論】がん性疼痛緩和におけるCPの導入は、急速な痛みからの解放をもたらし、QOL向上に極めて有用であった。お詫び:オキシコドン以外は使用頻度が低く、遂行できなかった。さらに地域連携までには、到達できず今後の課題と考える。
量子符号化通信のための量子受信機の物理的設計に関する研究

宇宙通信などの超長距離光通信の通信性能限界は、従来の光通信理論ではショット雑音で制限されるとみなされてきた。しかし量子情報理論によれば、光の量子性を考慮した受信機によりこの限界を著しく凌駕できることが予想されている。本研究では、光子検出器等の現実のデバイスで実現可能な量子受信機を提案し、その最初の原理実証及び他の量子光学実験への応用を実現した。現在のIMDD及びコヒーレント光通信の性能限界はショット雑音によって制限されている。量子情報理論によれば,この限界は原理的にはさらに超えられることが知られているが,その具体的な量子制御の機構や受信機の物理的構成法は必ずしも明らかではない。そこで,最も簡単で現実的な信号変調方式である2値位相変調(BPSK)コヒーレント信号の識別に関して,ショット雑音限界を超えるために必要な量子操作のクラスを明らかにし,現実的な準最適量子受信機の構成方法を提案した。具体的には,ショット雑音限界はホモダイン測定によって達成されるが,これは量子力学的にはガウス型量子操作と呼ばれる種類の操作に属する。ガウス型操作には他にスクイージングなどの操作も含まれるが,BPSK信号の識別に関しては,ガウス型量子操作と任意の古典操作のみで構成したあらゆる測定器では,原理的にホモダイン限界を超えられないことを証明した。このためホモダイン限界を超えるためには非ガウス型量子操作が必要であり,基本的な非ガウス型操作のひとつである光子検出器を使ったシンプルな量子受信機の構成法を提案し,数値計算によって,現在最も高い量子効率を持つ光子検出器を用いればホモダイン限界を超える実験が十分可能であることを示した。また,光子検出器に高速の古典的フィードバックを加えれば,原理的には任意の2値の射影測定が構成できることがわかっているが,これを3値に拡張した場合,構成可能な量子測定のクラスは著しく制限されることを明らかにした。さらに,信号間の量子計算までも駆使した量子符号化を実現する場合,これらに加え複雑な非ガウス型補助量子状態が必要となるが,スクイズド状態と光子検出器を使って,2種類の微弱コヒーレント状態を任意の位相で量子的に重ね合わせる手法を提案した。今年度は、初年度に提案した、2値位相変調コヒーレント信号に対する高効率光子検出器とコヒーレント局発光を用いた準最適量子受信機に関して詳細な数値計算を行い、さらに市販の光子検出器(アバランシェフォトダイオード)を用いた原理実証実験を行った。実験では、検出効率を補正した条件においてショット雑音限界(ホモダイン限界)を超える低誤り率を実現した。この結果、我々の提案する方式に最近開発の進んでいる超伝導光子検出器等の高効率な光子検出器を組み合わせることで、現在の技術でも十分にショット雑音限界を超えうるということを明らかにした。また理論的には、誤り率だけではなく、通信における符号化も考慮し、信頼性関数及びカットオフレートを用いた解析を行った。その結果、個別測定に関して、いくつかの重要な量子測定が同時に、最適条件を満たしていることを明らかにした。このような、光子検出器に局発光を加えたコヒーレントな光子検出は、光量子情報処理においても有用である。特に、光のスクイズド状態と共に用いることで、平均光子数が2を超える巨視的なサイズのコヒーレント光の量子的な重ね合わせ状態を生成できることを理論的に明らかにした。これは連続光のスクイズド状態を用いた実験でよく確認され、現時点で進行波の重ね合わせとしては最大のサイズを達成した。巨視的なコヒーレント光の重ね合わせ状態の生成・制御は、量子力学の検証という基礎学問的な重要性が高いだけでなく、線形素子光量子計算や量子計測などの量子情報処理においても重要なリソースであることが理論的に明らかにされており、今後さらなる高精度で自在な制御の実現が期待される。
超電導コイルによるエネルギー貯蔵システムの電力変換器に関する研究

本研究は超電導コイルによるエネルギー貯蔵システムの電力変換器の性能向上と超電導コイルのクエンチ検出法に関するもので、電力系統の基本波及び高調波無効電力を低減し、総合力率と変換効率を改善するための電力変換器とその制御法、超電導コイル内の超音波伝播特性の変化を検出してクエンチを予測する方法について検討を行なったものである。主な研究成果は次の通りである。(1)交流電圧の異なる3台のサイリスタブリッジを従属接続した電力変換器で、交流電圧の最も小さいサイリスタブリッジのみ連続的な位相制御を行い、他の2台のブリッジは制御角を零又は最大とするかバイパス運転を行うことにより、従来方式(交流電圧の等しい2台のブリッジを用いた場合)に比べ、基本波無効電力をほぼ半減でき、また、第5、第7高調波も約70%に低減できることが明らかとなった。(2)基本波力率を常に1とできる自己消弧素子を用いたPWM制御電力変換器では、交流側漏れインダクタンスに基づく転流サージ電圧の抑制が問題となる。整流器とコンデンサから成る電圧クリッパー回路により転流サージ電圧を抑制し、コンデンサの吸収エネルギーを直流側に放電する方式の検討を行い、実験によりその有効性を確認した。また、動作解析を行い、コンデンサ容量、コンデンサ電圧および放電期間の選定法を明らかとした。(3)超電導マグネットの超音波伝播特性が温度、応力等の内部状態により変化することを利用してクエンチを予測し保護する方式の検討を行った。ボビンの無いエポキシ樹脂含浸のマグネット、FRP円筒およびマグネットと同一形状、寸法の含浸材の各々について、熱的変化を加え、また、マグネットには電磁力的変化を加えて実験を行った結果、2K位の局部温度変化が検出でき、本方式が含浸マグネットのクエンチ予測に有効であることがわかった。
DNA計算機の実用化に向けたアルゴリズムの設計論に関する研究

DNA計算機の実用化に向けての基礎研究として,平成15年度は以下のことを行った.(1)Adlemanが用いた計算モデルは抽出モデルと呼ばれ,基本操作のエラー率が高いといわれている。Amosは基本操作に除去操作を用いた計算モデルを提案した.このモデルはエラー率が非常に低いが,使用DNA量が多くなるという欠点がある.本研究では,Amosの計算モデルをより実用的な観点から見直し,現実的なモデルを提案した.その計算モデルの上で,、DNA量を削減するための方法論として,(a)新しい解の符号化,(b)分割統治法の適用を提案し,NP完全問題であるハミルトン経路問題,グラフの三彩色問題,部分グラフ同型問題に適用した.いずれの問題に対しても新しい解の符号化については理論的にAmosの解法に比べて悪くはならないことを示した.また,新しい解の符号化と分割統治法を組み合わせることによって,100%近くDNA量を削減できることをシミュレーションにより示した(研究発表(1)(2)).(2)DNA計算機を実用化するためには,加算や論理演算などをDNA計算の枠組みで計算しなければならない.本研究では,従来加算や論理演算などの基本演算に関するDNA計算モデルにおける結果を整理し,新しい加算アルゴリズムを開発した.ここでは,2進数を1の桁を位置の集合により表す計算モデルを用いて,nビット2進数の加算を0(n^3)種類のDNA鎖を用いて,定数時間で計算できるアルゴリズムを示した.(研究発表(3)).これはnの多項式種類のDNA鎖を用いた初めての定数時間アルゴリズムである.(3)これまでのDNA計算モデルを見直し,DNA計算のより現実的なモデルを提案した.DNAの基本操作のうち,アニールと複製操作は決定的に行われないことに着目し,これらの操作に対して確率を導入したモデルを構築した.また,このモデルの下で従来のアルゴリズムがどの程度DNAが必要であるかを実験した(研究発表(4)).DNA計算機の実用化に向けての基礎研究として,平成14年度は以下のことを行った.(1)Adlemanが用いた計算モデルは抽出モデルと呼ばれ,基本操作のエラー率が高いといわれている.Amosは基本操作に除去操作を用いた計算モデルを提案した.このモデルはエラー率が非常に低いが,使用DNA量が多くなるという欠点がある.本研究では,Amosの計算モデルをより実用的な観点から見直し,現実的なモデルを提案した(研究発表(4)).その計算モデルの上で,DNA量を削減するための方法論として,(a)新しい解の符号化,(b)分割統治法の適用を提案し,NP完全問題であるハミルトン経路問題,グラフの三彩色問題,部分グラフ同型問題に適用した.いずれの問題に対しても新しい解の符号化については理論的にAmosの解法に比べて悪くはならないことを示した.また,新しい解の符号化と分割統治法を緯合わせることによって,100%近くDNA量を削減できることをシミュレーションにより示した(研究発表(1)(4)).(2)DNA計算機を実用化するためには,加算や論理演算などをDNA計算の枠組みで計算しなければならない.従来,加算などの基本演算に関して,計算結果を再び入力とするような方法は知られていなかった.本研究では,計算結果を再び別の入力として用いることができるように,メモリをDNAで表現できるモデルを提案した.そのモデルの上でn個のmビット2進数の任意の論理演算をO(mn)のDNA鎖を用いて,O(1)時間で計算できるアルゴリズムを示した.また,O(n)個のmビット2進数の加算をO(1)時間で行うアルゴリズムを示した(研究発表(5)).DNA計算機の実用化に向けての基礎研究として,平成15年度は以下のことを行った.(1)Adlemanが用いた計算モデルは抽出モデルと呼ばれ,基本操作のエラー率が高いといわれている。Amosは基本操作に除去操作を用いた計算モデルを提案した.このモデルはエラー率が非常に低いが,使用DNA量が多くなるという欠点がある.本研究では,Amosの計算モデルをより実用的な観点から見直し,現実的なモデルを提案した.その計算モデルの上で,、DNA量を削減するための方法論として,(a)新しい解の符号化,(b)分割統治法の適用を提案し,NP完全問題であるハミルトン経路問題,グラフの三彩色問題,部分グラフ同型問題に適用した.いずれの問題に対しても新しい解の符号化については理論的にAmosの解法に比べて悪くはならないことを示した.また,新しい解の符号化と分割統治法を組み合わせることによって,100%近くDNA量を削減できることをシミュレーションにより示した(研究発表(1)(2)).(2)DNA計算機を実用化するためには,加算や論理演算などをDNA計算の枠組みで計算しなければならない.本研究では,従来加算や論理演算などの基本演算に関するDNA計算モデルにおける結果を整理し,新しい加算アルゴリズムを開発した.ここでは,2進数を1の桁を位置の集合により表す計算モデルを用いて,nビット2進数の加算を0(n^3)種類のDNA鎖を用いて,定数時間で計算できるアルゴリズムを示した.(研究発表(3)).これはnの多項式種類のDNA鎖を用いた初めての定数時間アルゴリズムである.(3)これまでのDNA計算モデルを見直し,DNA計算のより現実的なモデルを提案した.DNAの基本操作のうち,アニールと複製操作は決定的に行われないことに着目し,これらの操作に対して確率を導入したモデルを構築した.また,このモデルの下で従来のアルゴリズムがどの程度DNAが必要であるかを実験した(研究発表(4)).