hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大都市地震災害において許容される被害レベルに関する社会的合意の形成

平成10年12月14日15日、ロスアンジェルスにおいて第5回(最終)ワークショップを行い、研究とりまとのめの方針を討議した。その結果、以下のような成果を得た。1.分科会討議から、以下のような結論を得た。(1)リスクに関する社会的課題:都市地震災害における許容リスクに関する研究課題として、性能志向型設計・交通システムの耐震性能向上・GIS/RESなどの情報技術の活用・総被害の定量的評価が特に重要、(2)社会基盤システムの地震リスク:性能規範の設定法とコスト有効性の評価法の開発が重要、(3)リスク低減のための先端技術:モニタリング、非破壊検査、構造制御技術の発展が必要、(4)リスク低減のためのリモートセンシングとGISの技術:高解像衛星画像の活用、合成開口レーダー画像の活用、地理情報システム(GIS)の防災活用の研究が重要。2.上記4項目の課題について、参加者から個別発表を行った。それらは本研究の最終成果に組み込まれる。それらの成果を列挙すると以下のとおりである。(1)強震地震動に対する社会基盤施設の性能規範設定とその達成法、(2)都市交通システムの地震災害軽減法、(3)ライフラインノ地震時性能評価指標、(4)都市地震災害からの復興プロセスの経済的評価、(5)災害リスクと土地利用均衡における情報公開の意義、(6)災害過程のエスノロジー的分析、(7)リスク対応型地域空間情報システムの構築3.以上の成果のとりまとめとともに、本研究全体の意義について討議を行い、最終報告書の構成を定めた。本研究は、大都市地震災害において許容される被害レベルに関する社会的合意を形成する枠組みを構築する事を目的としている。特に、我が国における阪神・淡路大震災(1995)と米国におけるノースリッジ地震(1994)の経験を基に、地震工学・システム工学・地域計画学・社会心理学・経済学などの多分野の研究者の討議を行いながら研究を進める計画である。第1回のワークショップを平成8年10月21日23日京都で行い、研究の方向付けの討論を行った。その結果、以下のような諸点を明らかにし、これをガイドラインとして今後の研究を行うこととした。1.伝統的な社会的リスクの概念は、災害の発生確率と、予測される被害の大きさという2つのパラメータにより構成されてきた。2.災害の発生確率では、少なくとも地震学的、地盤工学的、地震工学的な損傷の確率を考慮すること、被害の予測では、少なくとも物理的、経済的、社会的影響と人命への危害を考慮すべきである。3.近年の社会構造の変化と複雑化により、災害の発生確率と被害予測のみではリスクの問題を議論するには不十分な状況が出現している。第3のパラメータとして、リスクに係わる個人や組織の間での合意形成(コンセンサス)が重要になっている。まず、専門家の間でのコンセンサスの形成過程が議論されねばならない。これがなければ、地震防災対策の優先順位に関する認識上のリスクが深刻な問題となる。5.次に、市民や企業の間でのコンセンサスが議論されねばならない。これがなければ、地震防災対策の必要性そのものに関する認識上のリスクが深刻な問題となる。6.最後に、専門家と市民・社会のあいだでのコンセンサスが議論されねばならない。これがなければ、地震防災に関する知見と現実の社会の安全性の間に深刻なギャップが生じる。以上の成果をもとに、平成9年3月16日17日、米国・ロサンゼルス市の南カリフォルニア大学において第2回ワークショップを開催し、参加者の研究発表を中心に討議を行った。平成9年10月3日4日、京都において第3回ワークショップ、平成10年3月16日17日、ロサンゼルスにおいて第4回ワークショップを行い、以下のような成果を得た。1.第3回ワークショップの結論(1)建築物や社会基盤施設の性能指向型設計において、リスクの概念が有用であることが確認された。(2)同様に、地震災害の社会経済的影響を論ずるうえで、リスクの概念を導入すべきことが確認された。(3)リスク概念を現実に適用するためには、その定量化が必要であり、これにより、特に先端技術の開発応用を含む災害軽減対策の有効性を示すことが重要である。(4)「許容リスク」に関する討論の結果、リスク評価に係わる専門家とリスクの許容度の判断に係わる政策決定者との連携を作ることの重要性が認識された。(5)リスク概念を応用すべき、橋梁、建物、ライフライン、情報システムなど、種々の分野を明らかにした。(6)これらのリスク概念に関する研究をより進展させるため、リスク低減のための先端技術、社会基盤施設に関するリスク規範、社会経済的リスク低減の3つの分野について、緊急の研究課題を抽出した。2.第4回ワークショップの成果(1)日米共同研究(NSF-文部省)に関する研究計画の仕上げを行った。(2)リスク概念と低減に関する個別の研究成果を行った。(3)リスク概念の構築、社会基盤のリスク低減、災害情報に関する先端技術、リスク低減のための先端技術の4つの分科会において、リスクの概念とその低減の方策に関する枠組みと行動計画を作成した。(4)最終報告書の構成を定め、最終年度の研究計画を構築した。

(1)リスクに関する社会的課題:都市地震災害における許容リスクに関する研究課題として、性能志向型設計・交通システムの耐震性能向上・GIS/RESなどの情報技術の活用・総被害の定量的評価が特に重要、(2)社会基盤システムの地震リスク:性能規範の設定法とコスト有効性の評価法の開発が重要、(3)リスク低減のための先端技術:モニタリング、非破壊検査、構造制御技術の発展が必要、(4)リスク低減のためのリモートセンシングとGISの技術:高解像衛星画像の活用、合成開口レーダー画像の活用、地理情報システム(GIS)の防災活用の研究が重要。2.上記4項目の課題について、参加者から個別発表を行った。それらは本研究の最終成果に組み込まれる。それらの成果を列挙すると以下のとおりである。(1)強震地震動に対する社会基盤施設の性能規範設定とその達成法、(2)都市交通システムの地震災害軽減法、(3)ライフラインノ地震時性能評価指標、(4)都市地震災害からの復興プロセスの経済的評価、(5)災害リスクと土地利用均衡における情報公開の意義、(6)災害過程のエスノロジー的分析、(7)リスク対応型地域空間情報システムの構築3.以上の成果のとりまとめとともに、本研究全体の意義について討議を行い、最終報告書の構成を定めた。
脊椎動物の社会性行動の遺伝・神経基盤の解明

1)刺激依存的に神経系を可視化できる系統の作成2)オプシンノックアウト系統の樹立CRISPR-Cas9を用いたゲノム編集によってSWS1、SWS2、LWSの各遺伝子に関するKO個体を樹立することができた。またSWS1タンパク質を特異的に認識するラットモノクローナル抗体を作成した。市販の抗体を併用することでメダカのLWSタンパク質及びRh1タンパク質も検出することができるので、KO個体を用いてタンパク質レベレでの発現を調べるとともに変異体と野生型の組織構築を免疫染色によって明らかにする。今後は安定化剤TMP存在下でのmClover3蛍光をマーカとして配偶行動依存的に蛍光タンパク質で可視化できる神経系の同定を進める。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。樹立したTG(c-fos:DD_cre)系統をユビキタスなGaudi及びGFPレポーター系統と交配し、TMP存在下でPTZ処理し、脳内でc-fos依存性のCre発現による組換えに由来する蛍光を観察したが明確なシグナルを検出することができなかった。そこでc-fos:DD_creプラスミドをリポーター系統に直接導入して組換え活性を検討したところfosmidクローンを用いた遺伝子導入では脳内のc-fosのプロモーター活性を十分に再現できないことが示唆された。そこで我々が独自に開発したknock-in用のドナーベクターhsP:GFPをc-fos遺伝子座5`領域に導入しPTZ処理をしたところ、PTZ依存性のGFP蛍光を脳内で検出することに成功した。次にHsP:DD_GFPドナーベクターを作成し、TMP存在下でPTZによるc-fosの誘導を行ったところ、脳内でのGFP発現を検出することができた。同時にHsP:DD_CreをユビキタスなGFPリポーター系統に導入したところTMP処理なしでもかなり多くの組織で組換えが誘導された。一方で神経系に特異的はリポーター系統Tg (HuC:loxP-DsRed-loxP-GFP)に導入した場合には、TMP存在下でのPTZ処理によりかなり特異的な組換えが神経系で観察されることも明らかとなった。これらのデータから神経興奮に由来するc-fos発現をGFPなどの蛍光タンパク質で再現するためにはknock-inによるde novoプロモーターの利用が必須で、DD_Creによる組換えによって神経系をラベルするためには適切な神経特異的リポーター系統を選択する必要があることが明らかとなった。ゲノム編集によるオプシン遺伝子ノックアウト作成ではsws1遺伝子に変異を導入したG0個体を作成し、LWS2遺伝子に変異をもつ系統と交配しF1を作成した。フォスミドクローンによる遺伝子導入では脳内でのc-fosプロモーターの活性を十分に再現できないことが判明するなど系統の樹立に予想以上の時間がかかっている。Knock-inによるde novoプロモーターの利用によってc-fos発現そのものはGFPにより再現できることが分かったが、次にknock-inによりDD_creを発現させた場合には不安定化ドメインによるcreタンパク質の分解が初期胚からcre活性を抑えるために十分ではないことが判明した。この場合TMPを作用させない場合にも多くの細胞で組換えが起こるなど、成体での神経系の蛍光ラベルにはユビキタスなGFPレポーター系統との組み合わせでは難しいことが明らかになってきた。一方でHuCプロモーターを用いたリポーター系統との組み合わせでは神経系特異的な組換えがTMP依存的におこることも示唆されている。Creドライバー系統と目的とする組織特異的なリポーター系統の適切な組み合わせを探す必要があるなど、成魚での神経活動依存性の神経系可視化では実験条件の微妙な調整が不可欠であることが明らかとなってきた。昨年度にはc-fosクローンのプロモータ領域下流に不安定化ドメインをもつ組換え酵素DD_Creをもつコンストラクトを構築した。PhiC31インテグラーゼを用いて遺伝子導入し、G0世代を得た。その後交配によりF1世代を作成した。この系統をレポーター系統と交配しtrimethoprim(TMP)存在下で興奮誘導剤PTZ処理を行った。その結果PTZ処理によってもレポーター系統での蛍光が観察されなかった。この原因としてfosmidクローンによる遺伝子導入ではc-fosプロモーター活性が十分再現できていないことが考えられた。そこでc-fos遺伝子座へのノックインによってDD_Cre発現系統の樹立を計画した。またおなじ初期応答遺伝子座であるegr1においてもノックイン系統を樹立することした。ノックインによるc-fos/egr1活性の評価にあたりまずにDDmClover3をノックインし、TMP存在下でPTZ処理した際に_mClover3の蛍光が観察されるかどうかをG0個体で確認した。その結果当該蛍光がTMP存在下でPTZ処理した際に確認された。そこでDD_Creカセットをc-fos及びegr1遺伝子座の5'領域にノックインした系統を作成した。

オプシン遺伝子のKO作成ではsws1遺伝子の第二メチオニン以下の領域にgRNAを設計し、CRISPR/CAS9法による欠失変異体を作成した。またN末領域での各オプシン遺伝子間のアミノ酸配列比較を行い異なる領域の配列を用いてペプチドを合成した。合成ペプチドを抗原にラットを用いてモノクローナル抗体を作成した。モノクローナル抗体を免疫染色でスクリーニングしたところ野生型で免疫染色されsws1変異体では染色されない抗体を得ることができた。c-fos領域のfosmidクローンを用いて作成したDD_Cre遺伝子導入系統がまったくTMP存在下で興奮誘導剤PTZ処理により組換え活性が得られなかった点が研究の遅れを引き起こしている。幸いde novo遺伝子座の5'領域に蛍光タンパク質カセットを挿入してde novo遺伝子のプロモーター活性を用いる方法を樹立したことからこの方法による遺伝子導入系統の作成を行う。Creドライバー系統の作成ではknock-inによるDD_creドライバー系統作成を用いる。またレポーター系統ではユビキタスなプロモーターではなく神経組織特異的なリポーター系統を用いて研究をすすめる。当初計画ではcre組換えタンパク質を用いて活動している神経系をラベルすることを計画していたが、DD_GFPをc-fos遺伝子座にknock-inした系統を用いることで、TMP存在下でPTZ処理することでGFP蛍光を神経系で観察できたことから、TMP存在下で配偶行動をおこし、配偶行動依存性にGFPを発現させ、固定後に直接脳組織を観察することで神経系を可視化する実験系を新たに導入する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今後はノックイン法を用いたDD_Cre発現系統の作成を行う。この際にはc-fosに加えてegr1遺伝子座によるDD_Cre発現系統の作成も行う。またDD_Creのみではなく蛍光タンパク質mClover3にDDドメインを付加したDDmClover3を作成して、mClover3蛍光を指標にしたTMP存在下で興奮誘導剤PTZ依存性の発現依存性についても同時にモニターしながら系統の樹立を行う。sws1変異体作成ではホモ系統の樹立を行うと当時に、タンパク質レベレでの解析を行うためsws1タンパク質を検出できるモノクローナル抗体のスクリーニングを進める。
低コヒーレンス干渉法に基づく動的スペックルを利用した皮下腫瘍診断装置の開発

まず,低コヒーレンスレーザーを散乱体や懸濁媒質などの後方にある運動拡散面に照射したときに発生する動的スペックルを新設の冷却CCDカメラで撮影し,映像上の各画素におけるスペックル強度の時間変化率を新設のパーソナルコンピュータで計算し,ディスプレイ上にコントラストで可視化できる画像処理ソフトウェアをアプリケーション開発ツールMATLABにより作成した.本方法の遂行にあたって,スペックル変動が速くなると強度変化が1/30秒というCCDカメラの走査周期内で平均化され速さを正確に再現できなくなる問題があったため,その解決法として連続する2画像の強度平均偏差を利用した新規な画像処理法を導入し,スリガラスの背後にある速度既知の運動拡散面を測定対象とした実験でその有効性を確認した.さらに,画像処理段階でスペックル画像に2値化処理を適用することにより,運動体速度に対するスペックル変動の検出感度を最大で6倍程度向上させられることも確認した.以上の結果から,従来のコヒーレンスの良いレーザーでは実現できなかった散乱体背後にある運動体の奥行位置と速度の同時計測が可能であることを実証した.最後に,擬似生体試料としてイントラリピッド水溶液,また血液試料として絵具溶液を使用して作成した皮膚モデルを測定対象として,本研究で開発した皮膚下腫瘍診断装置の性能試験を実施した.その結果,擬似生体試料下の血流の深さを約20μmの奥行分解能で計測でき,また血流の相対速度可視化に関してもコントラストと速度の間に良好な直線性が得られ,提案手法の有効性を確認することができた.まず,低コヒーレンスレーザー(スーパールミネッセントダイオード)を光源とする位相変調が可能なマイケルソン干渉計を卓上型防振台上に構成し,さらにその干渉出力をモノクロCCDカメラ(320×240画素,256階調)によりスペックル画像として検出するシステムを構築した.また,光学系の各可動部にはサーボモータを組み込み,それらをコントローラ,インターフェースおよび電源を用いて設計・製作したシステム制御用電気電子回路系で制御することによって,各可動部を自動調整できるようにした.これにより,照射ビーム径,検出開口位置およびCCDカメラ位置を高速かつミクロンオーダーの精度で微調整することが可能となった.次に,擬似生体試料(イントラリピッド水溶液),光拡散物体およびガラス製セルで構成した層状の皮膚モデルを対象として簡単な断層計測実験を実施し,皮下腫瘍部の深さと厚みの同時計測の基本的な原理を確認した.なお,皮膚下の比較的深い位置(深さ約1.53mm)の腫瘍を可視化する場合に,生体組織の多重散乱や吸収などにより信号強度が著しく低下し,CCDカメラによる画像検出が極めて困難となることが予想される.このため,今年度は上述のCCDカメラを用いた光学系の構成に並行して,光センサとディジタルストレージオシロスコープを併用して観測領域内各点のスポット照明により発生する微小反射信号の振幅を高感度に検出し,さらに2軸可動ステージを用いて観測領域全面にわたりスポットを走査し信号振幅を2次元マッピングして断層画像を再現するシステムも同時に構築した.まず,低コヒーレンスレーザーを散乱体や懸濁媒質などの後方にある運動拡散面に照射したときに発生する動的スペックルを新設の冷却CCDカメラで撮影し,映像上の各画素におけるスペックル強度の時間変化率を新設のパーソナルコンピュータで計算し,ディスプレイ上にコントラストで可視化できる画像処理ソフトウェアをアプリケーション開発ツールMATLABにより作成した.本方法の遂行にあたって,スペックル変動が速くなると強度変化が1/30秒というCCDカメラの走査周期内で平均化され速さを正確に再現できなくなる問題があったため,その解決法として連続する2画像の強度平均偏差を利用した新規な画像処理法を導入し,スリガラスの背後にある速度既知の運動拡散面を測定対象とした実験でその有効性を確認した.さらに,画像処理段階でスペックル画像に2値化処理を適用することにより,運動体速度に対するスペックル変動の検出感度を最大で6倍程度向上させられることも確認した.以上の結果から,従来のコヒーレンスの良いレーザーでは実現できなかった散乱体背後にある運動体の奥行位置と速度の同時計測が可能であることを実証した.最後に,擬似生体試料としてイントラリピッド水溶液,また血液試料として絵具溶液を使用して作成した皮膚モデルを測定対象として,本研究で開発した皮膚下腫瘍診断装置の性能試験を実施した.その結果,擬似生体試料下の血流の深さを約20μmの奥行分解能で計測でき,また血流の相対速度可視化に関してもコントラストと速度の間に良好な直線性が得られ,提案手法の有効性を確認することができた.
イメージングプレートによるセラミックスの微小領域のX線応力測定

昨年度に引き続いて微小領域の残留応力を、イメージングプレートを用いたcosα法でX線応力測定の研究を行った.昨年度に購入した応力測定用背面反射型X線カメラを用いて主として鉄鋼材料とアルミナと窒化ケイ素の残留応力を実施したが、今年度は露出後のデータ処理を画像処理技術を応用して簡単に行うことを試みて次のような成果を得た.問題点の一つはxy座標系で回折データを読み取るためx軸に対して斜方向のデータを読み取る際に誤差が生じ結果に悪影響を与えることであった.そこで、このデータ処理を画像処理によって2次元的に直接行った.まず、測定した回折パターンを平滑化して細かい凹凸を取り去った後で2値化を行う.この段階である幅を持ったリングが得られるがリング周囲の細かい凹凸を取り除くために膨張および縮退処理を行い、滑らかなリングにする.その後細線化処理を行い1ピクセルの画素で構成されたリングを作成して中心からの距離を測定するようなソフトウエアを開発してデータを処理したところ、従来の方法よりも短い時間で精度の高い応力測定値を得ることが出来た.この方法は2次元回折パターンを直接目で見ながらデータが得られるので測定過程で入る誤差のチェックが可能である.またX線応力測定ではX線照射領域を小さくすると班点状の回折パターンになり、精度の高い測定が出来なくなるが、そのような場合でも画像補正を行ってある程度の精度の応力値を求めることが可能となり2次元パターンでの測定方法としてさらに今後検討を行う基礎データを本研究から得ることが出来た.昨年度に引き続いて微小領域の残留応力を、イメージングプレートを用いたcosα法でX線応力測定の研究を行った.昨年度に購入した応力測定用背面反射型X線カメラを用いて主として鉄鋼材料とアルミナと窒化ケイ素の残留応力を実施したが、今年度は露出後のデータ処理を画像処理技術を応用して簡単に行うことを試みて次のような成果を得た.問題点の一つはxy座標系で回折データを読み取るためx軸に対して斜方向のデータを読み取る際に誤差が生じ結果に悪影響を与えることであった.そこで、このデータ処理を画像処理によって2次元的に直接行った.まず、測定した回折パターンを平滑化して細かい凹凸を取り去った後で2値化を行う.この段階である幅を持ったリングが得られるがリング周囲の細かい凹凸を取り除くために膨張および縮退処理を行い、滑らかなリングにする.その後細線化処理を行い1ピクセルの画素で構成されたリングを作成して中心からの距離を測定するようなソフトウエアを開発してデータを処理したところ、従来の方法よりも短い時間で精度の高い応力測定値を得ることが出来た.この方法は2次元回折パターンを直接目で見ながらデータが得られるので測定過程で入る誤差のチェックが可能である.またX線応力測定ではX線照射領域を小さくすると班点状の回折パターンになり、精度の高い測定が出来なくなるが、そのような場合でも画像補正を行ってある程度の精度の応力値を求めることが可能となり2次元パターンでの測定方法としてさらに今後検討を行う基礎データを本研究から得ることが出来た.微小領域の残留応力を精度良く測定するために,高性能二次元X線検出器のイメ-ジングプレ-トを使用する方法を提案,実施した。まず,専用の背面反射型X線カメラを特注により製作購入,これにより応力測定を実施した。また撮影したイメ-ジングプレ-トのデ-タ処理を行うための計算機ソフトウエアを作成した。主な結果は以下の通りである。1)X線カメラの動作は良好で,特に全反射型X線ガイドチュ-ブを使用したことで,X線フイルムを使用した場合に比べて1/50程度に露出時間を短縮することに成功した。そのため,500μm程度のX線ビ-ムサイズの撮影でも約5分程度の露出で解析可能な回折像が得られた。2)イメ-ジングプレ-トの情報を読み取り光デイスクに記憶するソフトウエアを新たに開発し,従来のソフトウエアでは18分を要していた光デイスクへの記憶時間を約1分程度に短縮することが出来た。3)デ-タ処理用ソフトウエアは一応目標通りに作動したが,デ-タ読み取りをXY座標系で行っているための読み取り誤差が生じ,結果に影響を及ぼすことが判明した。解決策の一つはRーθ座標系による読みとりの開発であるが,また別の問題を引き起こす可能性もあるので,次年度はこの問題を優先的に取扱う予定である。4)セラミックスのうち,アルミナと室化ケイ素について応力測定を行なったところ,従来のSin^2ψ法に匹敵する精度の測定が可能と見通しをもつに至った。今後は,現在よりビ-ムサイズを絞っての測定をより容易に行えるようにする所存である。昨年度に引き続いて微小領域の残留応力を、イメージングプレートを用いたcosα法でX線応力測定の研究を行った.昨年度に購入した応力測定用背面反射型X線カメラを用いて主として鉄鋼材料とアルミナと窒化ケイ素の残留応力を実施したが、今年度は露出後のデータ処理を画像処理技術を応用して簡単に行うことを試みて次のような成果を得た.問題点の一つはxy座標系で回折データを読み取るためx軸に対して斜方向のデータを読み取る際に誤差が生じ結果に悪影響を与えることであった.そこで、このデータ処理を画像処理によって2次元的に直接行った.まず、測定した回折パターンを平滑化して細かい凹凸を取り去った後で2値化を行う.

この段階である幅を持ったリングが得られるがリング周囲の細かい凹凸を取り除くために膨張および縮退処理を行い、滑らかなリングにする.その後細線化処理を行い1ピクセルの画素で構成されたリングを作成して中心からの距離を測定するようなソフトウエアを開発してデータを処理したところ、従来の方法よりも短い時間で精度の高い応力測定値を得ることが出来た.この方法は2次元回折パターンを直接目で見ながらデータが得られるので測定過程で入る誤差のチェックが可能である.またX線応力測定ではX線照射領域を小さくすると斑点状の回折パターンになり、精度の高い測定が出来なくなるが、そのような場合でも画像補正を行ってある程度の精度の応力値を求めることが可能となり2次元パターンでの測定方法としてさらに今後検討を行う基礎データを本研究から得ることが出来た.
スピンチャンネルから量子ドットへのスピンブロッケードとその量子ビットへの応用

インジウム砒素系化合物半導体と鉄電極界面における界面反応により生成される化合物がスピン注入効率をブロックしていることを界面の相図を調べることにより探索した。鉄系のスピン源を用いて観測されたスピントランジスタの電流振動が理論計算とよく一致していることを確認した。金コロイドを用いるインジウム砒素ナノワイヤの結晶成長の最適化を応用してナノワイヤスピントランジスタを作製し、スピン軌道相互作用に起因すると思われる電流変調を観測した。量子ドットを集積したスピントランジスタ構造の量子計算機デバイスにおいてスピン注入効率が最大40%(実績37%)のFe/InAs強磁性/半導体ハイブリッド系では、スピンチャンネル/量子ドット系による量子もつれの実証はむずかしいこと、60%以上のスピン注入効率で有意差が見られ、80%程度のスピン偏極率があれば、明瞭に量子もつれが観測できることを理論的に予測できた。(1)スピン注入および高効率スピン源開発このマグネタイト/インジウム砒素ヘテロ構造系において半導体上のマグネタイトの結晶成長およびスピン注入デバイスプロセス開発をおこなった.また光学的評価についてはスピン偏極率の確認は、GaAs/AlGaAs量子井戸耕造での近赤外円偏光測定を行うための測定系の構築を行ないスピンダイオードからの発光を確認した。(2)チャンネル電子のスピン制御スピン軌道相互作用の大きなInAs系チャンネルでは、一般にバルク反転非対称性と構造反転非対称性とが釣り合って相殺すると位相が一斉に揃って歳差運動をする、いわゆるPersistent Spin Helix (PSH)運動をするようになるが、ヘテロ構造を工夫すると非常に大きなスピン軌道相互作用が得ちれることが明らかになった。このような特異なヘテロ構造においてはラシュバ係数の符号を容易に反転させることができること、すなわちPSH運動を実現するための条件を容易に設定できる可能性が出てきた。(3)スピントランジスタのチャンネルから量子ドットへのスピン注入「量子もつれ」状態の実現は、スピン源のスピン偏極率が80%以上で明瞭になるが従来の元素金属の強磁性体(鉄、コバルト、ニッケル)ではもつれ状態の検出は難しいことを計算によって示すことができた(Yuasa et.al, Phys. Rev. B 2009)。そのため、本項の最終目標である「量子もつれ」の確実な評価のためには上記(1)および(2)のさらなる成果を待たねばならない。(1)スピン注入および高効率スピン源開発このマグネタイト/インジウム砒素ヘテロ構造系において半導体上のマグネタイトの結晶成長およびスピン注入の光学的評価を引き続きおこなった。GaAs/AlGaAs量子井戸耕造に加えて強磁性体/InAsスピンダイオードの近赤外円偏光測定の実験も開始した。(2)チャンネル電子のスピン制御入れ子型の2重量子井戸を用いて波動関数のピークがヘテロ界面に来るようにするとスピン軌道相互作用が従来の2-3倍なで上昇することが分かった。このことを応用するとショートチャンネルのスピントランジスタが実現できることになる。(3)スピントランジスタから量子ドットへのスピンブロッケードスピントランジスタ上に量子ドットを積層した構造で量子計算が実現できるかいなかを検証しているが、C.D.Hillの制御NOTの理論を適用すれば、スピンチャンネルのスピン偏極率に応じた制御NOTの演算結果のフィデリティーが評価できる見通しが立った。本研究は量子ドット/スピンチャンネル系によるスピンブロッケードを用いて最終的に量子ビットへの応用に道を開くことを目指している。具体的には「スピン注入および高効率スピン源開発」、「チャンネル電子のスピン制御」、「積層量子ドットへのスピンブロッケードと量子もつれの検証」の課題に分けて取り組んだ。鉄系のスピン源を用いて観測されたインジウム砒素材料系スピントランジスタの電流振動の測定結果が理論計算とよく一致していることを確認した。量子ドットを集積したスピントランジスタ構造の量子計算機デバイスを作製するにはスピン注入源のスピン偏極率のいかに高いものを用いることができるかで量子も連れ状態の検証にどのように影響するのかを理論的に予測した。その結果スピン注入効率が最大40%(実績37%)のFe/インジウム砒素による強磁性/半導体ハイブリッド系では、スピンチャンネル/量子ドット系による量子もつれの実証はむずかしいこと、60%以上のスピン注入効率では有意差が見られ、80%程度のスピン偏極率があれば、明瞭に量子もつれが観測できることを理論的に予測できた。

今後、本量子ドット/スピンチャンネル系による量子計算の実現のためにはスピン源としては40%程度のスピン偏極率を持つ鉄、コバルト、ニッケルのような単元素強磁性体では不十分であり高いスピン偏極率が期待されるホイスラー合金のようなハーフメタルで60%-80%が実現できることが望ましいことが分かった。
植物茎頂組織へのウイルス侵入を阻むRNAサイレンシングメカニズムの解明

免疫組織化学法を用いてアスパラガスに感染するAV-1およびAV-2の局在を調べた。AV-1とAV-2は表皮に強く感染し、分裂組織近傍の維管束にも感染していた。雄花組織の感染も調べたところ、AV-2は花芽分化初期から組織全体で検出され、花粉形成時のタペータムにも強く感染していた。AV-1は花粉四分子期以降で検出された。これまでAV-1は虫媒伝染とされていたが、AV-2のように種子伝染する可能性が示唆された。また、アスパラガスから分離したAV-1の全塩基配列を決定した。さらにAV-1感染性クローンの構築に成功し、Nicotiana benthamianaでの全身感染性を確認することができた。植物ウイルスの多くは分裂組織である茎頂組織へ感染できないとされており、宿主のRNAサイレンシングが茎頂組織へのウイルス感染を阻止する役割をもつことが示唆されている。しかしその具体的なメカニズムは明らかになっていない。本研究では、茎頂組織へも感染する種子伝染性ウイルスであるアスパラガスウイルス2(AV-2、Ilarvirus属)に着目し、ウイルスのもつRNAサイレンシングサプレッサーと茎頂組織への移行能力との関連について明らかにすることを目的としている。また、AV-2と重複感染していることが多いアスパラガスウイルス1(AV-1、Potyvirus属)も材料に用いて、AV-1とAV-2のアスパラガス植物体内の局在の違いや重複感染による相互作用があるかについても調べることとした。まず、AV-1およびAV-2の感染性の詳細を明らかにするため、AV-1とAV-2が重複感染しているアスパラガス培養体を用意した。それを用いてAV-1とAV-2の局在をRT-PCRで調べたところ、AV-1はシュート上部で検出されやすく、シュートごとの局在はみられなかった。しかしAV-2はシュートごとに大きく感染程度が異なり、株内の感染率も変動することが分かった。またAV-1のRNAサイレンシングサプレッサーはHC-Proであると予想されるが、その配列は不明であったことから、北海道大学の圃場のアスパラガスから分離したAV-1をクローニングしORF全長の塩基配列を決定した。その結果、これまで一つだけ報告があったAV-1の塩基配列と比べて90%の相同性であることが分かった。さらにAV-1の感染性クローンの構築に成功し、Nicotiana benthamianaでの全身感染性を確認することができた。これまで全く分かっていなかったアスパラガス植物体内でのAV-2の感染動態について明らかになりつつあるとともに、その検出の技術改良も進めたことで、検出感度をさらに向上させることができている。また、AV-1感染性クローンの完成により、これまでに作製しているAV-2感染性クローンと一緒に用いることで、AV-1とAV-2の相互作用、特に全身感染性や茎頂組織への感染能(種子伝染性)への影響について調べることが可能になった。また、感染性クローンを用いてRNAサイレンシングサプレッサーを欠失させたり変異させたりする組換えウイルスを作製できるため、AV-1とAV-2の感染性に及ぼすRNAサイレンシングサプレッサーの解析を行うことが可能となる。これらのことから研究はおおむね順調に伸展していると考えられる。アスパラガスに感染する主要なウイルスにはAsparagus virus 1(AV-1)とAsparagus virus 2 (AV-2)がある。AV-1は虫媒伝染、AV-2は種子伝染によって伝搬する。これらのウイルスが単独または重複感染すると、若茎収量の低下や株の経年劣化が早まるとされている。これまでに、ウイルスフリー化に一般的に使われる茎頂培養ではAV-1とAV-2は除去できないことが分かっており、ウイルス感染が分裂組織にまで侵入する可能性が示唆された。本研究では、AV-1とAV-2の感染動態を明らかにするため、免疫組織染色法によってアスパラガス植物体のウイルス局在を調べた。その結果、AV-1とAV-2は表皮付近に多く存在し、また、分裂組織中心への感染はみられなかったが、分裂組織近傍の維管束にまで感染が及ぶことが分かった。また、組織観察に先立ち、RT-PCRにより開花前のアスパラガス雄花を用いてウイルス検定を行ったところ、AV-2に加えてAV-1も葯組織から検出されることが分かった。雄花の発達段階ごとにAV-1とAV-2の感染を調べたところ、AV-2は花芽分化初期から開花直前までの花芽全体で検出され、花粉形成時はタペータムに強い感染がみられた。一方、AV-1は花芽形成初期では感染が弱く、花粉四分子期以降で感染が検出された。これらの結果より、これまでAV-1は虫媒伝染とされていたが、AV-2のように種子伝染する可能性もあることが示唆された。AV-1およびAV-2の感染性クローンを用いて、重複感染が及ぼすそれぞれのウイルスの感染性への影響を調べたところ、上葉での斑点の出現は、AV-1単独感染よりもAV-1AV-2重複感染の株で遅れていた。PCRによるウイルス検定では、重複感染株よりも単独感染株の方がAV-1の上葉移行が早まる傾向があることが分かった。

雄花組織の感染も調べたところ、AV-2は花芽分化初期から組織全体で検出され、花粉形成時のタペータムにも強く感染していた。AV-1は花粉四分子期以降で検出された。これまでAV-1は虫媒伝染とされていたが、AV-2のように種子伝染する可能性が示唆された。また、アスパラガスから分離したAV-1の全塩基配列を決定した。さらにAV-1感染性クローンの構築に成功し、Nicotiana benthamianaでの全身感染性を確認することができた。これまでの研究によりAV-1およびAV-2の感染動態が次第に明らかになってきたことから、これをふまえて今後はAV-1およびAV-2の感染個体を用いた免疫組織学的観察も行い、組織レベルでのウイルスの感染動態について明らかにしていく。また、RNAサイレンシングサプレッサーを欠失させたものや別のウイルスのものに置換させた組換えウイルスを作製し、これらを感染させた植物体を用いてRNAサイレンシングに関わる遺伝子の発現解析を行い、茎頂組織への感染とRNAサイレンシングサプレッサーの機能の相関について明らかにしていく。またAV-1およびAV-2の感染性クローンを用いて、重複感染が及ぼすそれぞれのウイルスの感染性への影響、特にAV-2の種子伝染性への影響も調べる予定である。植物ウイルス学平成28年3月3日に納品を完了したが、支出が平成27年度となったため次年度使用額が生じた。シークエンス解析依頼の結果を平成28年3月3日にを納品済み、同年4月に支出予定。
抗原特異的免疫反応制御機構の分子基盤

獲得免疫とは多様性に富んだ受容体を発現するリンパ球が担う反応であり、特異的受容体を介して抗原を認識することで免疫反応が開始される。このシステムは外来抗原を排除する上では非常に優れているが、自己に対する反応は有害である。この有害な反応を抑制するために、自己を攻撃しないシステム「自己免疫寛容」を確立している。生体防御に必要な免疫反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑えるメカニズムとして抗原特異的な負の制御機構の存在が想定されるが、その実態は不明である。本研究では、どの細胞が抗原特異的な免疫抑制細胞として働くのか、その細胞がどのようにその機能を発揮するのかを検索し、一定の知見を得た。抗原特異的受容体を持つリンパ球は、自身の発現する抗原受容体によって自己・非自己を識別し、外来抗原に対しては免疫反応・自己抗原に対しては免疫寛容が誘導される。実際の生体防御に必要な免疫反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑えるメカニズムとして、抗原特異的な負の制御機構の存在が想定されている。本研究では、抗原特異的な免疫反応を抑制している細胞群を同定し、その作用機序を明らかにすることを通じて、獲得免疫応答の根幹となる、抗原認識に依存した反応性決定機構と、その制御機構の全体像を明らかにすることを目的とし,平成25年度は、以下の自己免疫疾患モデルマウスにおける抗原特異的免疫抑制細胞数を計測した。1. Id2欠損マウス(IgE産生が高いアレルギーモデルマウス)、2. Id3欠損マウス(シェーグレンシンドロームモデルマウス)、3. SIP1欠損マウス(全身性炎症性疾患モデルマウス)、4. Runx3欠損マウス(自己免疫性腸炎発症/多発性硬化症からの回復不全マウス)、5. NZB/NZWマウス(SLEモデルマウス)、、6.ミネラルオイル誘導性SLEモデルマウス、8.免疫依存性実験的多発生硬化症モデルマウス。これらの解析により、これらの自己免疫疾患モデルマウスの定常状態,すなわち特定の抗原刺激を与えていない状態における抗原特異的免疫抑制細胞の量、活性化状態を評価することができた。実際の生体防御に必要な免疫反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑えるメカニズムとして、抗原特異的な負の制御機構の存在が想定されているが、実態は不明である。本研究では、抗原特異的な免疫反応を抑制している細胞群を同定し、その作用機序を明らかにすることを通じて、獲得免疫応答の根幹となる、抗原認識に依存した反応性決定機構と、その制御機構の全体像を明らかにすることを目的として,平成26年度は平成25年度に見いだした各種自己免疫疾患マウスにおける抗原特異的免疫抑制細胞の変化が、免疫異常の一因である可能性を養子移植にて検証した。細胞数の増加は、細胞機能の低下を補償している可能性も考えられるため、25年度の実験で細胞数の増えていた細胞と、減っていた細胞を、野生型マウスから調整し移植した。Runx3欠損マウスでは、多発性硬化症疾患(EAE)誘導において、疾患の発症からの回復過程に欠陥を持ち,それが、末梢リンパ組織におけるCD4T細胞からCD8ααT細胞への分化が阻害されている事に起因している可能性がある事を見いだしていた。このCD4由来CD8ααT細胞に加えて、平成25年度の実験から細胞数の変化の確認できた候補細胞を移植する事によって、EAEからの回復を改善する機能を持つ免疫抑制細胞を同定した。抗原特異的受容体を持つリンパ球は、自身の発現する抗原受容体によって自己・非自己を識別し、外来抗原に対しては免疫反応が、自己抗原に対しては演繹寛容が、それぞれ誘導される。実際の生体防御反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑制するメカニズムとして、抗原特異的な負の制御機構が存在することが想定さるが、その実態は不明である。本研究では、抗原特異的な免疫反応を抑制している細胞群を同定し、その作用機序を明らかにすることを通じて、獲得免疫応答の根幹となる、抗原認識に依存した反応性決定機構と、その制御機構を明らかにすることを目的として、本年度は、自己免疫疾患発症の原因となる可能性を持つ、『抗原特異的免疫抑制細胞』の候補細胞を検索し、見出された候補細胞の由来する自己免疫疾患における意義などの検討を行った。平成25年度に見出した、免疫を抑制する細胞機能が、抗原特異的であるかを順次検討、評価した。平成26年度に分析した種々の免疫抑制細胞の機能が抗原特異的である否かの検討を、自己免疫疾患モデル動物でもある、各種抗原特異的T細胞抗原受容体(TCR)およびB細胞受容体(抗体、BCR)のトランスジェニック(TG)マウスを用いて解析した。実験的自己免疫性脳炎(EAE)モデルにおいて、抗原特異的TCR、BCRのTGマウスを抗原刺激する実験系を用いて、抗原特異的な免疫抑制細胞の候補を同定することができた。加えて、Bリンパ球の分化、活性化の制御に、ヘム代謝を通じたミトコンドリア機能が関与することを見出した。当初計画の目標であった、自己免疫疾患発症の原因となる可能性を持つ、『抗原特異的免疫抑制細胞』の候補の同定に概ね成功し、この細胞の自己免疫疾患発症における意義について、一定程度の解析を行うことができた。

加えて、Bリンパ球の分化、活性化の制御におけるミトコンドリア機能の関与を見出すことができた。抗原特異的受容体を持つリンパ球は、自身の発現する抗原受容体によって自己・非自己を識別し、外来抗原に対しては免疫反応、自己抗原に対しては免疫寛容が誘導される。実際の生体防御に必要な免疫反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑えるメカニズムとして、負の制御機構が存在し、少なくともその一部は抗原特異的である想定されているが、その実態,特に抗原特異的な免疫抑制の実態は不明である。本研究では、抗原特異的に免疫反応を抑制している細胞群を同定し、その作用機序を明らかにすることを通じて、獲得免疫応答の根幹となる、抗原認識に依存した反応性決定機構と、その制御機構の全体像を明らかにすることを目的として、本年度は、平成27年度に引き続き免疫抑制細胞機能が、抗原特異的であるか否かを評価した。これによって抗原特異的免疫抑制機構が実際に機能している細胞群の確定を試みた。これらの解析を、各種の抗原特異的T細胞抗原受容体(TCR)トランスジェニックマウス、抗原特異的B細胞呼応源受容体(抗体,BCR)トランスジェニックマウスおよび両者の交配によって得たマウス由来の細胞を用いて行うことで、特異性を検証した。さらにこれらマウスに抗原を投与することなどによって自己免疫状態を誘導し、自己免疫疾患のモデルあるいは免疫寛容状態のモデルとして用いて解析を進めた。これらマウスの交配に時間を要したため、解析が未完了となったので、次年度も継続して解析を行う。各種の抗原特異的T細胞抗原受容体トランスジェニックマウス、抗原特異的B細胞呼応源受容体(抗体)トランスジェニックマウスの交配に時間を要したため、抗原の投与による自己免疫疾患発症モデル動物を十分に得ることができず、解析を完了できなかったため。実際の生体防御に必要な免疫反応であっても、過剰な反応は有害であり、これを抑えるメカニズムとして、負の制御機構が存在し、少なくともその一部は抗原特異的であることが想定されているが、その実態,特に抗原特異的な免疫抑制機構の実態は不明である。本研究では、抗原特異的に免疫反応を抑制している細胞群を同定し、その作用機序を明らかにすることを通じて、獲得免疫応答の根幹となる、抗原認識に依存した反応性決定機構と、その制御機構の解明を目指す。本年度は、昨年度に引き続き「免疫抑制作用を持った様々な細胞の機能」が、抗原特異的な反応であるか否かを評価した。これらの解析では、各種の抗原特異的T細胞抗原受容体(TCR)トランスジェニックマウス、抗原特異的B細胞呼応源受容体(抗体,BCR)トランスジェニックマウスおよび両者の交配によって得たマウス由来の細胞を用いて行うことで、特異性を検証した。さらにこれらマウスに抗原を投与することなどによって自己免疫状態を誘導し、自己免疫疾患のモデルあるいは免疫寛容状態のモデルとして解析を進めた。しかし今回行った一連の実験からでは、免疫反応・免疫寛容を切り替える抗原特異的免疫抑制細胞に関する決定的な証拠を得ることはできなかった。
地球外環境における作物生産の基礎的研究

地球外環境の最も大きな特徴は、その微少重力である。常に重力の存在する地球上において、地球外環境における作物生産の基礎的研究を行うためには、実験系の開発がまづ重要である。この研究においてはそのため、重力に対する正常な反応を失った突然変異を探索し、オオムギ,イネ,エンドウでその実験系を確立した。オオムギとエンドウは突然変異系統で、イネは突然変異系統の遺伝子を戻交雑により導入した近同質遺伝系統である。まづオオムギの突然変異系統を用いて、正常な親系統と比較しながら、生長解析を行った。突然変異系統の生産構造は親系統と著しく異なっていた。層別刈取りの結果、葉、茎、穂、葉面積指数(LAI)の分布は、突然変異系統では、横重力屈性的あるいは傾斜重力屈性的生長のため正常品種と著しく異なっていた。また幼苗期においても、突然変異系統は重力に反応しないために、第一葉の伸長方向は種子の置かれた位置すなわち胚の位置に依存した。突然変異系統の種子生産は、純同化率(NAR)や相対生長率(RGR)があまり低下しないにもかかわらず、正常品種の約60%にすぎなかった。突然変異系統の種子稔性は、穂と地表面とのなす角度と関係があった。しかし、植物を上下逆さに位置させると、正常品種のみならず突然変異系統も、穂は垂直方向に伸長し種子稔性も正常品種と有意差がない所まで回復した。これらの結果から、オオムギは微少重力下では、種子を正常に生産できない可能性を示唆した。イネの突然変異系統についても、種子収量は調査しなかったが生産構造を層別刈取り法により調らべた結果、オオムギとほぼ同じ傾向が認められた。エンドウでは、水平にした茎の外生オ-キシンの再分布を調らべ、正常系統では上下で分布の差を認めたが、突然変異では認め得なかった。地球外環境における作物生産を考えた場合、最も重要な問題は重力の作物生産にはたす役割を解明することである。常に重力が存在する地球上でこの問題を研究するには適当な実験系の確立が不可欠である。本研究においてはそのため、主要作物を用いてその実験系を確立することを第一の目的とし本年度はオオムギの異常な重力反応を示す突然変異系統を深索し、surpentinaと呼ばれる突然変異系統を用いて研究を行った。本系統は、節間伸長後植物体を地表面より高く保持すると、伸長した茎は正の向地性を示した。これは正常系統の場合、伸長茎を地表面と平行に保持すると節部で負の重力屈性を示して立ち上る場合と全く逆の反応で正の重力屈性を示す。節部の顕微切片による組織観察の結果、正常系統と全く逆に節の背地側の細胞層が伸長して大きくなっていることが判明した。胚の位置が種々の位置をとるように種子を地表面に水平(表と裏)、垂直(上と下)あるいは直角におくと、正常系統は、負の重力屈性により第1葉は地表面にほぼ直角に調位するが、突然変異系統では、その能力に欠け胚が最初おかれた位置のまま伸長することが多く、第1本葉は地表と直角になるように調位できない場合が多かった。したがって、第間伸長以前の幼苗期の重力反応も異常を示した。

また、幼苗期の内生ジベレリン含量を有機溶媒抽出と生物検定法を併用して調査したところ、正常系統では炭素数20個のジベレリンの高い活性と共に、炭素数19個のジベレリンにおいても比較的高い活性が検出されたが、突然変異系統ではその両者共ほとんど活性が検出されず、この突然変異系統は内もジベレリン代謝に異常が存在する可能性が示された。重力反応における植物ホルモンの役割を研究する上で、有用である可能性が示唆された。重力反応に異常をきたしたオオムギの突然変異serpentinaを用いて、地球外の微少重力環境下で禾穀類が正常に種子を生産できるかどうかのモデル実験を行った。突然変異植物は芽ばえにおいても、重力に反応した定位ができないため、芽生えは土壌中に種子のおかれた位置すなわち胚の位置に依存して芽ばえと地表面のなす角度が決定された。これと対称的に正常系統では、どのような位置に種子がおかれても重力に反応した定位反応により芽ばえは地表とほぼ垂直に伸長した。層別刈り取り法を併用した生長解折法により、生産構造を検討すると相対生長率や純同化率には正常系統と突然変異系統のの間には大きな差異は見られなかったが、單位面積当り種子生産量は、後者は前者の約60%にすぎなかった。穂は正常系統では草冠の上部にのみ分布したが、突然変異系統では、その横重力屈性的伸長や傾斜重力屈性的伸長のため穂は地表から上部までほぼ全層に分布した。正常系統と突然変異系統を節間伸長開始後に、上下逆転させると、両系統共に茎はほぼ垂直方向に伸長し、突然変異系統の種子稔性は正常系統と統計的に有意差が認められない所まで回復した。逆転しない突然変異系統では、種子稔性は地表と穂のなす角度と相関があり、垂直位置に近づくほど種子稔性が高かった。これらのことより、微少重力下では重力による定位ができないと仮定すると、オオムギは正常に種子を生産できない可能性が示唆された。突然変異系統の内生ジベレリン含量を、正常系統と比較すると、前者ではジベレリン特にCー13位に水酸基の導入された活性型ジベレリンの含量が極めて低下していることがわかった。これらのジベレリン代謝の異常が、異常な重力反応を示すことと関係あるのかどうかについては、今後の研究にまちたい。劣性突然変異形質もつれをイネ品種亀ノ尾に房交雑により導入したもつれ亀ノ尾を元の正常品種亀ノ尾と比較して次の研究を行った。芽ばえに、水中あるいは空中で動力刺激を与えると正常種は約80度屈曲したが、もつれは空中では25度、水中では20度しか屈曲しなかった。また、芽ばえのエ-ジによる動力反応を比較すると、もつれはエ-ジが進むにしたがって除々に屈曲反応を示さなくなった。スタトリスとしての澱粉粒(アミノプラスト)の動力に反応しての沈降を見たところ、もつれにおいても沈降することが認められたので、重力反応の異常は澱粒粒の沈降より後の段階にあるものと推定された。正常種ともつれの両方を用いて、生長解析を行ったところ、光合成器官は正常種では上層に分布したが、もつれでは下層になるほど多く分布した。また出穂後の穂の垂直方向への分布は、正常種では草冠部の一定の層に集中したが、もつれでは全層にわたって分布した。分げつ期後半から出穂期にかけての重力反応の変化を、等12葉期から経時的に検討した。正常種では、重力刺激を与えた直後より、除々に屈曲し始め、40ー50日後にはどの分げつも水平面に対して80度前後まで屈曲した。これに対して、もつれでは出穂以前は重力に対しての反応を示さなかった。しかし、出穂期頃から重力に対して除々に屈曲を示すようになる。しかしその程度は、正常種に比較して小さく、しかも0ー80度の広い範囲にわたって分布を示した。これらの研究の結果、地球外環境における作物生産の問題を、重力の常に存在する地球上で研究する上で、重力に対する反応が異常な突然変異系統を利用することの有効性が確立された。
地殻内に存在する地下生物圏の分布限界の実験的研究

本計画の1年目において、地殻内に存在する地下生物圏の分布限界を支配するもっとも重要なパラメータである温度について、セイフリード型高温高圧装置を用いた実験手法が確立した。それを用いた中温菌と好熱菌の菌株のタイムシリーズでの分解実験結果により、微生物の分解は中温菌でも好熱菌でも速度は変わらず、350°C,50MPaでは細胞は1時間以内に分解し、形態も保存されないことがわかった。一方、その温度圧力の海底熱水中には多数(10^4cell/ml程度)の微生物が見られることが一般的で、その起源についてはさまざまな議論がなされてきた(Deming and Baross,1996など)。今回の結果は、それらの細胞が海底面付近で混入したものであることを強く示唆している。逆から言えば、海底熱水中において微生物細胞がこれまで予想されていたよりはるかに長く形態を保ち、しかも細胞壁に"守られた"DNAは、これまで実測されていたように数秒で熱分解することがないことが分かった。これまで、海底面付近のコンタミネーションを注意深く除いてサンプリングしたので、熱水中の微生物は地下生物圏由来のものとする考えがなされていたが、その説は前提が間違っていたことになる。我々のグループは、完全に滅菌したin-situ samplerを用いると、陸上の180°Cおよび190°Cの地熱貯留槽中の熱水には、微生物細胞はまったく見られないことを明らかにしている。その地熱水には、海底熱水と同程度のエネルギー源となる無機化学成分が含まれており、温度も低いにもかかわらず、微生物活動の痕跡がないという事実は、今回の実験の結論をさらにサポートするものと考られる。つまり、残念なことであるが、熱水系というエネルギー源の供給が豊富という意味では有利な地下生物圏は、温度の面から大きな制約を持っており、そのバイオマスが大きくならないという特徴を有するのでないかと結論できるのである。地殻内に存在する地下生物圏の分布限界を支配する要因には様々なものが考えられるが、その内もっとも重要なパラメータは温度と考えられる。生体物質の多くが、容易に熱分解を起こすことが知られているからである。そこで実験の第1歩として,海底熱水系に普遍的な温度である350°Cにおいて、セイフリード型高温高圧装置を用いた中温菌と好熱菌の菌株のタイムシリーズでの分解実験を行った。350°Cという生存限界を超える温度において、どれくらいの速度で細胞の構造が壊れるかを知ることにより、高温熱水中にしばしば見られる微生物の"痕跡"が、その中で生存していたのか、たまたま熱水循環の経路で取り込まれただけなのかを検証するためである。この実験の成否を握るのが、微生物数のカウントにおける定量性である。予備実験の結果、セイフリード型高温高圧装置に菌株を送り込む装置としてアキュムレータを取り付けることにより、それが可能であることが分かった。アキュムレータは室温において、内部の圧力をあらかじめセイフリード型高温高圧装置のそれとを同一にし、その後、バルブを全開して試料のやりとりをするための装置である。この装置を用いることにより、耐圧バルブを開放できることから、キャピラリー部に置いても微生物が人為的に破損されることがない。1回目の試料採取では、キャピラリー部に残っている微生物が出てくるが、2回目以降はフラッシュされてそれがなくなり、定量的な検討に耐えることが分かった。予備的な実験によると、微生物の分解は中温菌でも好熱菌でも速度は変わらないことがわかった。