hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
森林資源の減少と土地開発の進展が湖沼の水産資源に及ぼす影響の評価

森林資源の減少と土地利用の進展が湖沼の水産資源に及ぼす影響を明らかにするため,北海道東部網走地域の湖沼周辺における河川水質と森林調査を行った.流域の土地利用はGISを使った解析から過去30年間に森林が減少し,畑作地が増加する傾向が認められた.長期的な河川水質に関しては,SSは減少,T-N, T-Pに関してはほぼ横ばいか若干の増加傾向が見られた.さらに20032005年にかけて,流域内に18点の測点を設け出水時の水質調査を行ったところ,最高で1860mg/1という高い濃度のSSが左岸支流と本流域に沿って観察され1雪期においても最高490mg/1の比較的高いSSが測定された.SSの粒度組成は,63μm以下の細粒砂とシルトなどが80%以上を占めていた.一方,湖における底質は河口付近に63μm以下の細粒砂の占める割合が大きく,さらに細粒砂の割合とシジミ貝の密度および太りなどとは負の相関が見られた.シジミ貝の炭素安定同位体比は,春季が-18-19‰前後,窒素δ^<15>Nは9.610.8‰の範囲でいずれの地点もかなり高く,これらの値は秋季においてもほとんど変化がなかった.一方陸上植物起源有機物の同位体比は-27-28‰(δ^<13>C),-0.5-1‰(δ^<15>N)とシジミの値と大きくかけ離れており,陸上起源有機物の利用率はきわめて低いと考えられた,以上の結果から,湖のシジミに与える森林の栄養源としての効果は小さく,逆に流域から生産される土砂がシジミ貝の密度や成長に悪影響を及ぼしていると結論付けられた.高い濃度の土砂の発生要因は断層など地質条件によるものが大きいが,そうした脆弱な地質の山地において森林伐採などによる崩壊が多発しており,こうした人為的な影響が土砂流出を加速化している可能性がある.したがって,湖沼の水産資源を保全するために,上流域の注意深い森林の施業を行ってゆく必要があると考えられた.森林資源の減少と土地利用の進展が湖沼の水産資源に及ぼす影響を明らかにするため,北海道東部網走地域の湖沼周辺における河川水質と森林調査を行った.流域の土地利用はGISを使った解析から過去30年間に森林が減少し,畑作地が増加する傾向が認められた.長期的な河川水質に関しては,SSは減少,T-N, T-Pに関してはほぼ横ばいか若干の増加傾向が見られた.さらに20032005年にかけて,流域内に18点の測点を設け出水時の水質調査を行ったところ,最高で1860mg/1という高い濃度のSSが左岸支流と本流域に沿って観察され1雪期においても最高490mg/1の比較的高いSSが測定された.SSの粒度組成は,63μm以下の細粒砂とシルトなどが80%以上を占めていた.一方,湖における底質は河口付近に63μm以下の細粒砂の占める割合が大きく,さらに細粒砂の割合とシジミ貝の密度および太りなどとは負の相関が見られた.シジミ貝の炭素安定同位体比は,春季が-18-19‰前後,窒素δ^<15>Nは9.610.8‰の範囲でいずれの地点もかなり高く,これらの値は秋季においてもほとんど変化がなかった.一方陸上植物起源有機物の同位体比は-27-28‰(δ^<13>C),-0.5-1‰(δ^<15>N)とシジミの値と大きくかけ離れており,陸上起源有機物の利用率はきわめて低いと考えられた,以上の結果から,湖のシジミに与える森林の栄養源としての効果は小さく,逆に流域から生産される土砂がシジミ貝の密度や成長に悪影響を及ぼしていると結論付けられた.高い濃度の土砂の発生要因は断層など地質条件によるものが大きいが,そうした脆弱な地質の山地において森林伐採などによる崩壊が多発しており,こうした人為的な影響が土砂流出を加速化している可能性がある.したがって,湖沼の水産資源を保全するために,上流域の注意深い森林の施業を行ってゆく必要があると考えられた.本年度は北海道東部網走湖に注ぐ網走川流域を研究対象地として設定し,GISによる流域土地利用の時系列解析,および湖沼に流入する河川水に含まれる土砂流出実態の調査を行った.この流域では,2003年8月910日にかけて台風の通過にともない,79mmの連続降雨が発生した.これに対し,網走川本流7地点,網走川支流11地点を採水地として設定し,台風通過後のピーク時,翌日,1週間後に採水を行った。またGISにより国土数値情報の土地利用図(平成9年)と地質図(1kmメッシュ),50mメッシュ標高地図(国土地理院発行)を利用し,各支流域における森林率,農地率,岩石の硬度別の占有率,断層の多寡,斜面傾斜の占有率などを求めた.降雨時における網走川本流域でのSSは,全ての採水地点で15002000mg/lと高く,支流域では左岸域の急勾配の森林流域が15002000mg/lと高い値となった。このSS濃度は台風通過直後に最も高く,その後の時間経過とともに1030mg/lに激減する傾向が見られた。また土砂の発生源は土地利用,とくに森林率との関係は見られず,泥岩質で破砕の受けている流域で高いという傾向が見られた.

これらの流域では,渓岸の崩壊地や作業道が土砂源になっている可能性があり,注意深く林地を取り扱う必要がある.また支流から生産された高濃度のSSは本流で高く,湖末端で濃度が激減することから,大部分の浮遊土砂が湖に堆積したことが明らかになった.こうした土砂堆積は,湖の水産資源に大きく影響すると考えられ,次年度以降その影響を実験的に解明する予定である.本年度は前年と同じく北海道東部網走湖に注ぐ網走川流域を研究対象地として,湖沼に流入する河川水に含まれる土砂流出実態(融雪時)の調査,および湖沼水産動物に及ぼす影響に関する調査をおこなった.4月の融雪時の浮遊土砂濃度は,本流および左岸側支流域で100300mg/l前後の濁水が発生し,この濃度が2週間以上継続する傾向が見られた.昨年計測した夏秋に発生する濁水は23日程度で減少したが,この傾向と異なり減少傾向に大きな違いが認められた.一方,湖沼域の重要な水産資源であるシジミ資源について,湖岸の50測線,深さ1,3mにわたって採取されたサンプルから,水深1mにおけるシジミ軟体部肥満度(軟体部乾燥重量/体積指数×1000)は15.425.6(平均19.0),水深3mでは13.520.0(平均17.5)の範囲にあり,水深が浅いほうが太りは大きい傾向にあった.シジミの肥満度の地理的分に関しては,河川が流入する湖南部と流出する湖北部で低く,その間の湖西部,湖東部で高い傾向にあった.河川流出部で高い傾向がある理由として,オホーツク海から塩水の逆流入の影響を受けており,高い塩分濃度が成長を阻害している可能性が考えられた.一方,湖南部で成長が悪い原因としては,河川上流部から流入する細粒の粘土ないしシルト分の影響によるとみられた.軟体部の肥満度と細粒成分が含まれる割合は有意ではないが負の相関が認められた.次年度はより詳細に水産資源との関係を解明する.平成17年度はこれまでの研究に引き続き,土地利用の分析,安定同位体比分析,学会発表および研究成果の取りまとめを行った。土地利用の解析は北海道東部網走川流域の土地利用変化,湖沼内の底質・シジミ密度などの変化についてGISにより時系列的に解析を行った.とくに底質に関しては,河口部に細粒土砂が堆積する傾向にあり,その細粒土砂成分の割合とシジミ密度との相関が高かった.安定同位体比に関しては,網走湖南部の網走川河口,および網走湖北部の流出地点およびその中間地点においてシジミを採取・冷凍保存し,質量分析計にかけて窒素・炭素同位体比分析を行った.春季における炭素同位体比δ^<13>Cに関しては河口,流出口とも-19‰前後であり,中間地点(-17.5‰)に比べてやや低かった.窒素δ^<15>Nは9.610.8‰の範囲でいずれの地点もかなり高く,これらの値は秋季においてもほとんど変化がなかった。一方陸上植物起源の有機物の同位体比は-27-28‰(δ^<13>C),-0.5-1‰(δ^<15>N)とシジミの値と大きくかけ離れており,陸上起源有機物の利用率はきわめて低いと結論付けられた.これまでの成果をまとめて,2005年9月にイタリア,ボローニャ市で行われたRiver Basin Management 2005で発表を行った.この会議では世界各地で流域管理にかかわる,工学的,水理学的,生態学的および社会学的な観点からの研究発表が行われており,流域管理がグローバルな問題であるということを強く印象付けられた.汚染源が点源から面源であるということが共通した特徴であり,この解決のためには住民に対する啓発と主体的な参加が重要で,そうした方向に流域マネジメントを今後行っていく必要があることが強調された.以上の成果を科学研究費成果報告書にまとめた.
三重結合ケイ素化学種ジシリンが拓く新しい典型元素化学:高周期ビニルカチオンの合成

ジシレニルカチオンはビニルカチオンのケイ素類縁体であり、反応活性なケイ素=ケイ素二重結合部位とケイ素カチオン部位の2つの反応活性点をもつことから有機ケイ素化学の研究において重要な化学種であり、その物性、電子状態、反応性等に非常に興味が持たれている。ジシレニルカチオン合成へのアプローチとして、配位安定化されたジシレニルカチオンの合成を検討し、ジシリン-NHC錯体に対してメチルトリフラートを反応させることによって、ビニルカチオン型ケイ素カチオン種を室温で安定な結晶として合成・単離することに成功した。分子構造はX線結晶構造解析によって決定し、カチオン部分と対イオンのトリフラートとの間に結合性の相互作用のないジシレニルカチオン-NHC錯体であることを明らかにした。ビニルカチオンのケイ素類縁体であるジシレニルカチオンは、ケイ素共役系分子構築のための反応剤としてだけでなく、その構造自体も興味深い化学種であり、この化合物が初めて合成・構造解析に成功した研究例である。最終的な研究目標は、カチオン部とアニオン部が完全に分離した結合性相互作用のないカチオン種の合成である。N-ヘテロ環状カルベンによって安定化されたジシレニルカチオンからNHCを取り除くことができれば、相互作用のないカチオン種の合成が達成できる可能性があり、種々のルイス酸やホウ素化合物などを用いて脱NHC反応に関する条件検討を行った。ここまでの研究により、NHCのドナー性が強いためカチオン種を効果的に安定化する一方、最後の反応で取り除くことが困難であることがわかった。本研究では、三重結合ケイ素化合物ジシリンを鍵化合物としたビニルカチオンの炭素骨格をケイ素に置き換えた高周期ビニルカチオンの革新的合成法を開拓し、新規ケイ素カチオンの合成及び性質の解明を行うことを目的として研究を行った。この化学種は「ケイ素を含む多重結合」であり、かつ「ケイ素カチオン」という二つの高反応性要素をもつためこれまでに観測すらされていない全く未知の化学種である。一方、N-ヘテロ環状カルベンは、強いルイス塩基性を有し、遷移金属に強く配位する。この性質を利用した多様な金属触媒が開発されている。最近、申請者らのグループではN-ヘテロ環状カルベンと三重結合ケイ素化合物との反応により、カルベン-ジシリン錯体の合成に成功した。さらに塩化亜鉛との反応でカルベン-ジシリン亜鉛錯体が生成することを見出した。そこで、ジシリン-カルベン錯体を鍵化合物とし、メチルトルフラートを用いたメチル化反応を検討した。その結果、ビニルカチオン型ケイ素カチオン種を黄色結晶として安定に合成・単離するができた。また、その分子構造をX線結晶構造解析によって決定し、カチオン部分と対イオンとの相互作用の無いN-ヘテロ環状カルベンによって安定化したジシレニルカチオンであることを明らかにした。今後、構造、結合、物性等を実験と理論の両面から包括的に解明し、構造や電荷分布のデータから、このジシレニルカチオンのπ結合性及びルイス酸性について明らかにする。本年度はジシリンとN-ヘテロ環状カルベンとの反応でジシリン/NHC錯体を合成し、そのメチル化反応を重点的に検討した。その結果、期待したビニルカチオン型ケイ素カチオン種を黄色結晶として安定に合成・単離することに成功し、その研究成果をアメリカ化学会誌J. Am. Chem. Soc.に速報として掲載されたことから本年度の研究は順調に進展しているといえる。また、学会での発表も2回行った。現在のところ本研究課題は順調に進展しており、研究計画の大幅な変更等は必要ないと考えられる。今後は構造、結合、物性等を実験と理論の両面から包括的に解明し、構造や電荷分布のデータから、このジシレニルカチオンのπ結合性及びルイス酸性について明らかにしていく。
T-B細胞相互作用の免疫応答における役割:免疫不全症の解析

B-lineage細胞はその分化過程で免疫グロブリン遺伝子のさまざまな変化を受ける.ナイーブB細胞からメモリーB細胞分化は胚中心で起こるとされ,そこで活性化ナイーブB細胞は増殖,免疫グロブリン遺伝子V領域の体細胞突然変異,クラススイッチ,抗原との反応,そして,メモリーB細胞と形質細胞の分化がなされる.免疫学的記憶によって,抗原の再進入に際し初回の反応よりも早くしかも強力な免疫応答が惹起されたが,これらはメモリーB細胞とメモリーT細胞によって担われる.全メモリーB細胞を検出するB細胞表面抗原については見いだされていなかった.本研究によって,CD27抗原がメモリーB細胞の重要な細胞表面マーカーであり,その刺激により形質細胞への分化が誘導されることを解明した.具体的には,CD27分子の解析,および,末梢血からB細胞を精製し,形質細胞の誘導の検討から以下の結果が得られた.(1)CD27分子はメモリーB細胞の表面マーカーであり,CD27陽性B細胞が高親和性免疫グロブリンを産生する.(4)CD27刺激で,メモリーB細胞から形質細胞への分化誘導が惹起される.(5)X連鎖高IgM症候群では,メモリーB細胞が欠損しており,このため,免疫グロブリン産生が定価しているものと考えられる.上記結果から,CD27分子はメモリーB細胞の確かな表面マーカーであり,CD27/CD70相互作用は,メモリーB細胞の形質細胞への分化誘導ならびに,B細胞免疫グロブリン産生に重要な役割を担っていることが明らかになった.B-lineage細胞はその分化過程で免疫グロブリン遺伝子のさまざまな変化を受ける.ナイーブB細胞からメモリーB細胞分化は胚中心で起こるとされ,そこで活性化ナイーブB細胞は増殖,免疫グロブリン遺伝子V領域の体細胞突然変異,クラススイッチ,抗原との反応,そして,メモリーB細胞と形質細胞の分化がなされる.免疫学的記憶によって,抗原の再進入に際し初回の反応よりも早くしかも強力な免疫応答が惹起されたが,これらはメモリーB細胞とメモリーT細胞によって担われる.全メモリーB細胞を検出するB細胞表面抗原については見いだされていなかった.本研究によって,CD27抗原がメモリーB細胞の重要な細胞表面マーカーであり,その刺激により形質細胞への分化が誘導されることを解明した.具体的には,CD27分子の解析,および,末梢血からB細胞を精製し,形質細胞の誘導の検討から以下の結果が得られた.(4)CD27刺激で,メモリーB細胞から形質細胞への分化誘導が惹起される.(5)X連鎖高IgM症候群では,メモリーB細胞が欠損しており,このため,免疫グロブリン産生が定価しているものと考えられる.上記結果から,CD27分子はメモリーB細胞の確かな表面マーカーであり,CD27/CD70相互作用は,メモリーB細胞の形質細胞への分化誘導ならびに,B細胞免疫グロブリン産生に重要な役割を担っていることが明らかになった.生体防御の一翼を担う抗体はB細胞の最終分化段階である形質細胞から産生される.最近,一部の末梢血B細胞に発現しているCD27分子が細胞の活性化・増殖・分化に重要な役割を担っていることが明かになった.私たちはこのCD27分子がメモリーB細胞のマーカーであることとCD27刺激が形質細胞への分化誘導に働くことを見い出した.(1) B細胞免疫グロブリン産生とCD27CD27/CD70相互作用には,すべての免疫グロブリン産生を各種刺激下において相乗的に増強する働きがある.(2)メモリーB細胞とCD27CD27陽性B細胞は胞体に富む大型の細胞あるのに対し,CD27陰性B細胞は胞体の少ないかなり小さな細胞である.CD27陽性B細胞は大量のIgG,IgM,IgAを産生するのに対し,CD27陰性B細胞は一般的な刺激により免疫グロブリンを産生しない.以上の性質から,私たちはCD27分子をメモリーB細胞のマーカーとして提唱した.(3)原発性免疫不全症とCD27X連鎖性高IgM症候群の原因はB細胞の活性化や増殖にきわめて重要なCD40のリガンド(CD154)の遺伝子異常である.年長者のX連鎖性高IgM症候群患者6例について,IgD/CD27/CD20抗体を用いた3カラー法でみると,全例で臍帯血B細胞と同様にIgD-CD27+メモリーB細胞の欠損が認められた.以上の結果は,CD40リガンド異常によりCD40/CD154相互作用がないとメモリーB細胞が誘導されないことを明確に示している.(4)形質細胞の誘導とCD27ヒト精製末梢血B細胞に,IL-10やIL-2+IL10存在下で,固定したCD70-transを添加し,8日間培養後にメイ・ギムザ染色およびフローサイトメトリーで調べると,表面マーカー的にも形態的にも形質細胞の著明な増加が観察さた.B-lineage細胞はその分化過程で免疫グロブリン遺伝子のさまざまな変化を受ける。ナイーブB細胞からメモリ-B細胞分化は胚中心で起こるとされ、そこで活性化ナイーブB細胞は増殖、免疫グロブリン遺伝子V領域の体細胞突然変異、クラススイッチ、抗原との反応、そして、メモリ-B細胞と形質細胞の分化がなされる。免疫学的記憶によって、抗原の再進入に際し初回の反応よりも早くしかも強力な免疫応答が惹起されが、これらはメモリ-B細胞とメモリ-T細胞によって担われる。全メモリ-B細胞を検出するB細胞表面抗原については見いだされていなかった。

本研究によって、CD27抗原がメモリ-B細胞の重要な細胞表面マーカーであり、その刺激により形質細胞への分化が誘導されることを解明した。具体的には、CD27分子の解析、および、末梢血からB細胞を精製し、形質細胞の誘導の検討から以下の結果が得られた。(1)CD27分子はメモリ-B細胞の表面マーカーであり、CD27陽性B細胞が高親和性免疫グロブリンを産生する。(2)CD27/CD70相互作用によって、IgA,IgM,IgGの産生が亢進する。(3)CD27/CD70相互作用によって、IgE産生も著明に増強される。(4)CD27刺激で、メモリ-B細胞から形質細胞への分化誘導が惹起される。(5)X連鎖高IgM症候群では、メモリ-B細胞が欠損しており、このため、免疫グロブリン産生が低下しているものと考えられる。
せん断のみによる板材の新しいせん断加工

本研究は,板材の新しい切断法として,工具を板材の面内方向に移動させるせん断加工である.この加工法と,従来のシャーリングと繰返しせん断を行う加工法を比べて,切断荷重や切口面性状を考察した.実験とともに数値解析を用いて,工具切刃傾斜角,クリアランス,材料などの加工条件が切断荷重や切口面性状に及ぼす影響を検討し,最適な加工条件を定量的に示した.本加工法のメカニズムを明らかにし,実用化への可能性を検証した.工具傾斜角を20°40°にし,クリアランスを0mmにすると,良好なせん断面が得られる.板厚や板の材質が定まれば,せん断力を算出でき,この原理を用いて新たにせん断加工機を創生する時,この研究は指標となる.さらに,加工機をCNC化することで,板材を様々な形状にせん断加工できることを示した.ゆえに,このせん断加工の実用化の可能性が明らかとなった.板材の新しい切断方法として,工具を板材の面内方向に移動させる新しいせん断法を提案し実験と数値解析により,工具の傾斜角,クリアランス,板厚,等加工条件が加工力や切口面に及ぼす影響を調べ,板材のせん断変形メカニズムを考察し,有効性を示した.本加工法は従来のせん断加工法と比べて,ダレ,破断面とかえりの割合が少なく,ほぼ全域でせん断面の切口面が得られ,小さい加工力で高い精度の切口面を得た.工具傾斜角α=1545°において,せん断力,水平方向加工力,垂直方向加工力は小さな値を取り,工具傾斜角α=2045°の範囲では,せん断面の割合が大きくかえり高さが小さく,切口面の表面粗さが小さい.クアランスC=00.3mmの範囲で,垂直方向加工力はほぼ一定の値となった.また,水平方向加工力は,C=0.10.3mmの範囲でほぼ一定の値となり,クリアランスが極めて小さい場合,切口面は,ほぼ全域でせん断面となった.クリアランスCが増加すると破断面が生じ,せん断面の割合が減少した.クリアランスC=00.3mmの範囲では,切口面のかえり高さは0.1mm以下であった.板材の板厚と引張強さの増加にともない,水平,垂直方向加工力は増加する.工具傾斜角が一定の場合,クリアランスの減少に伴い,水平,垂直方向加工力はわずかに増加する.クリアランスが一定の場合,工具の傾斜角の増加に伴い,水平方向加工力は増加するが垂直方向加工力は減少する.以上のように,本研究では板材の新しい切断方法として従来のせん断加工と比較し,本加工法は精度が高い切口面を得られる加工法あることを検証した.さらに,加工力や切口面を考察し,本加工法において最適な加工条件を解明した.また,数値解析により,加工条件が板材内部のひずみ分布に及ぼす影響を調査し本加工法のメカニズムを明らかにした.本研究の結果は工業技術の発展に寄与するものと考える.本研究は,板材の新しい切断法として,工具を板材の面内方向に移動させるせん断加工である.この加工法と,従来のシャーリングと繰返しせん断を行う加工法を比べて,切断荷重や切口面性状を考察した.実験とともに数値解析を用いて,工具切刃傾斜角,クリアランス,材料などの加工条件が切断荷重や切口面性状に及ぼす影響を検討し,最適な加工条件を定量的に示した.本加工法のメカニズムを明らかにし,実用化への可能性を検証した.工具傾斜角を20°40°にし,クリアランスを0mmにすると,良好なせん断面が得られる.板厚や板の材質が定まれば,せん断力を算出でき,この原理を用いて新たにせん断加工機を創生する時,この研究は指標となる.さらに,加工機をCNC化することで,板材を様々な形状にせん断加工できることを示した.ゆえに,このせん断加工の実用化の可能性が明らかとなった.板材のせん断加工は大別に慣用せん断と精密せん断加工に分けられる.精密せん断加工においては,シェービング,仕上げ抜き,精密打抜き法(別名:ファインブランキング),対抗ダイス打抜き,上下抜き,振動仕上げ抜きがある.これまでに以上のすべてせん断加工法では,工具が板材に垂直な方向に移動させ板材を切断するため,切口にダレやバリが発生しやすい欠点があった.近年,加工技術の高度化および製品の多様化にともなって,フレキシブルな切断加工技術が注目されている.しかし,新しい工具が板材の内面方向に移動させる切断加工技術に対応する研究は,ほとんど行われていないのが現状である.そのため,基礎的な加工特性をしらべ,せん断メカニズムを明らかにするため,実験的および数値解析の検討が必要である.本研究では,板材の新しい切断法として,工具を板材の面内方向に移動させるせん断加工法を提案した.この新しいせん断加工法をMM法と名付ける.さらに,汎用有限要素解析ソフトELFENを用いた数値解析を行い,実験結果との比較・検討を行い,変形メカニズムと加工条件の影響を明らかにした.MM加工法が持つ加工パラメータは,工具傾斜角,工具とダイスのクリアランス,切断速度,被加工材の種類や板厚等である.工具傾斜角,クリアランス等の加工条件や加工力が,切断面に及ぼす影響を実験により明らかにした.また,本加工法において,理想的なせん断が得られる.最適な加工条件範囲を明らかにした.(1)工具傾斜角がせん断加工力やせん断面の形状に及ぼす影響について,実験的に検討を加えた.

(2)クリアランスがせん断加工力とせん断面形状に及ぼす影響についても実験より検討を行った.(3)被加工材の材料をA1100,SUS304,SPCCについてもせん断加工力とせん断面形状に及ぼす影響について,検討を加えた.(4)以上について,有限要素法に数値解析を行い,そのせん断メカニズムを明らかにした.前年度の結果により,切断ソフトに従って板材をフレキシブルな形状に切断する.全く新しい加工機を試作する予定である.現在,その機械の作成中である.加工機は,80%くらい仕上がっているが,現在そのソフトウェアを作成中である.その両方が出来上がったら,実際の実験を行い,この板材のせん断加工機が,どのような形状まで加工することが可能なのかを検討し,製品として世に出す予定である.前年度で購入した工具材・材料費およびソフトの他に、新しい板材のせん断加工機を試作・完成されるための工具材等を購入し,新しい板材のせん断加工機を完成させ,製品として仕上げる.また,この研究成果を元に、学会発表をする予定である.そのための研究費として使用する.
古典、半古典力学理論による動的な遷移過程の研究

(1)クラスターに於ける高速拡散過程の理論的解析金属マイクロクラスターの高速合金化現象の理論的解明を続行し次の事実が明らかにされた。●2次元系に関して動径方向拡散過程の温度、生成熱、サイズ依存性の現象論がほぼ解明され、動径高速拡散過程は合金クラスターに限らずクラスター一般に普遍的な過程であることが明確に示された。●拡散係数は温度、サイズに指数関数的に依存するが、生成熱には代数的に依存する。温度依存性とサイズ依存性は独立である。●高速拡散の機構はバルクの拡散過程と全く異なる。表面活性による内層露出過程が動径高速拡散の本質である。(2)多次元障壁トンネル効果の研究複素領域半古典論による障壁トンネルへの多次元性の本質的効果が研究され以下の諸事実が解明された。●反応経路と振動自由度間の結合定数_εが小さい場合には従来の1Dインスタントン解を基礎にする摂動展開が収束する。●εが振動数と障壁頂上からのエネルギー差で決まるある量を越すと摂動展開は破綻し全く新しい機構によって障壁トンネルが起こる。●新しい機構とは、入力波集合が障壁直上不安定周期解の複素不安定多様体とヘテロ的に絡み合い、後者によってトンネル伝播が響導される過程である。この効果は多数のトンネル経路を作りだし、経路間の干渉によって、散乱固有状態のトンネル成分には複雑なフリンジが現れる。古典的な状態遷移過程として金属クラスターの状態間遷移、特に2種合金マイクロクラスターの自発的合金化過程を研究し、一方量子的な遷移過程として多次元系のエネルギー障壁トンネル効果を研究した。成果は以下の通り。自発的合金化に関して金属合金化過程で見られる、高速拡散過程を簡単なモデルでシミュレーションし生成熱依存性、温度依存性、サイズ依存性などの組織的研究の結果、実験の結果の本質的部分を再現することに成功した。高速化は合金クラスターに限らず一般のクラスターでも発生する普遍的現象である証拠が多々見いだされつつあり、その機構の解明に当たっている。この為、合金化に依る昇温を避け温度の高精度制御可能な新しいアルゴリズムによる組織的なデータ解析が進行中である。障壁トンネル効果に関して系の多次元性の典型的な顕在化としてトンネル波動関数に現れる顕著な干渉現象の古典力学的起源を解明する研究を行った。まず、純量子力学計算から、このような干渉トンネル効果が多次元トンネル効果に於いて一般的であることを確認した。この現象は同等に寄与しうる複数個のトンネル軌道が出現する為でありその古典的起源が解明されつつある。複数軌道寄与はポテンシャル頂上の不安定周期点の不安定多様体と入射ビーム面のヘテロクリニックな絡み合いが原因であることがほぼ突き止められた。さらに、この現象とトンネル軌道の複素特異点の<発散的運動>との関係が解明されつつある。この現象の普遍性の解明に当たっている。
咀嚼時の破砕音の測定と食品テクスチャーとの関連

1.食品咀嚼時の破砕音の測定歯科医により正常な咬合面を有すると診断された20才の女性15名を被験者とし、無響音室にて座位のリラックスした状態で食品を咀嚼させた。このとき、食べ始めから最終的に飲みこむまでの一連の咀嚼時に発生する破砕音をコンデンサマイク(ソニー、C-350、周波数特性、2020kHz)を用いてデジタルテープレコーダ(ソニー,TCD-10、周波数特性、20Hz22kHz)に記録した。サンプルとしてせんべい、ポテトチップス、ビスケット、たくあん漬け、生大根、生人参、きゅうり等を用いた。2.破砕音の解析とテクスチャーとの関連Sona-Graph(Kay,model 5500-1)を用いて破砕音の周波数、振幅、持続時間の分析を行なった。その結果、どの食品においても破砕音の周波数域は食品を口に入れて始めに噛んだ時(first bite)と2回目以降に噛んだ時では大きく異なっていた。すなわち、first biteでの周波数は20Hz16kHzの広範囲にわたっていたが2回目以降に噛んだ時の周波数は低周波数側(20Hz10kHz)に移行した。この低周波数側への移行は水分が多い繊維性の食品(生大根、生人参、たくあん漬け等)では緩慢であったが、水分が少ない脆い食品(ポテトチップス、ビスケット等)では急激であった。first biteの破砕音の振幅、持続時間、パワースペクトルは食品のテクスチャーにより大きく異なった。さらに、咀嚼2回目以降から終了に至るまで、噛む回数が進むとfirst biteに較べて破砕音の持続時間、振幅は共に減少したが、テクスチャーによる違いは小さくなった。このことより、食品テクスチャーと破砕音の関係を明らかにするためには咀嚼1回目のfirst biteをさらに詳しく解析する事が有効であると言える。
周極域森林生態系において蘚苔地衣類が炭素窒素循環に果たす役割と地域間差の評価

これまで温室効果ガス動態の観測をおこない地点間差が明らかになってきたアラスカ州フェアバンクス市近郊のクロトウヒ林の調査区3地点(斜面上部、中部、下部)で、亜寒帯林において広く分布しており、本観測地でも林床で優占する蘚類であるフェザーモス(ダチョウゴケ(Ptilium-crista castrensis)、イワダレゴケ(Hylocomium splendens)、タチハイゴケ(Pleurozium shreberi))の年間成長量をメッシュ法(2mm)で測定した。2016年6月初旬に観測を開始し、2018年5月下旬に刈り取り、成長速度を測定した。斜面下部・中部では見られず、斜面上部のみで見られたダチョウゴケの成長速度が157±26 g m-2 y-1と一番速かった。また、いずれの地点でも見られたタチハイゴケは、斜面下部(85±37 g m-2 y-1)よりも斜面中部(141±55 g m-2 y-1)と上部(134 g m-2 y-1)で成長速度が速い傾向が見られた。イワダレゴケについては、一個体あたりの伸長量は、斜面下部よりも斜面中部で大きかったものの単位面積当たりの成長速度には斜面下部(106±33 g m-2 y-1)と中部(106±31 g m-2 y-1)で違いが見られなかった。本観測により、3種のフェザーモスについて、種および斜面系列による違いが明らかになった。また地衣類については、成長量が少ないため、本年の採取はおこなわず、次年度に測定を持ち越すこととした。本研究課題で目的としているコケの成長速度の推定を計画通りに測定することができ、残りの研究期間内で、さらに成長速度の年次変化を推定できる見込みであり、地衣類の測定も行えるめどがたっているため、おおむね順調に進展していると評価した。主にアラスカ州フェアバンクス市近郊とカナダ北西準州のクロトウヒ林において、林床に優占する蘚苔地衣類および各地下部の炭素・窒素蓄積量を定量的、定性的に明らかにする。本観測によって、亜寒帯林生態系における炭素・窒素循環について、林床の蘚苔地衣類が同一地域内あるいは地域間差におよぼす影響を温度および水分環境の違いから評価する。周極域森林生態系において林床の蘚類および地衣類が炭素循環におよぼす影響を明らかにするため、さまざまな北方林で、蘚苔地衣類に着目した林床植生のパターンやその優占度の調査をおこなった。これまで調査をおこなってきた中央シベリア、アラスカ内陸部、カナダ北西部に加えて、北欧(フィンランド、エストニア)で、被覆率調査をおこなった。多くの林分で見られたHylocomium splendensについてみると、これまでの調査では、個体の成長速度が速いほど、被覆率が高い傾向が見られたが、エストニアでは、H.splendensの成長速度は速いが、被覆率が小さい傾向が見られた。これは、北方林の中では、比較的温暖であり、別の灌木類が林床で優先するようになり、十分な光を得ることができないためと考えられた。これまで調査をおこなえなかった、北欧地域における林床の蘚苔地衣類の分布調査をおこなうことができて、空白地域を埋めることができたため。気候変動の影響を受けやすい周極域の森林生態系では、林床の蘚苔地衣類の蓄積および分解様式が森林の成立に深く関与していると考えられる。一概に周極域森林生態系と言っても、北欧、ロシア、アラスカ、カナダに拡がる森林では、気候および植生が異なる。周極域森林生態系において林床を覆う蘚苔地衣類が炭素および窒素循環におよぼす影響について、量的およびプロセスの面から評価することが本研究の目標である。本年度は、調査予定地点の一つであるアラスカ州フェアバンクス市近郊のクロトウヒ林において、林床を構成する蘚苔地衣類の被覆状況と有機物層厚およびクロトウヒ細根量との関係を明らかにすることを目的として研究を進めた。調査地点において、クロトウヒおよび下層植生の細根について、層別、径別に測定したところ、太さが0.5mm未満のクロトウヒのみ、H層よりもF層で細根量が多くなっていた。下層植生として見られたイソツツジやクロトウヒの0.5mm以上の根は、H層で多くなっていた。F層とH層で、水分率には大きな違いがないことから、F層の方が温度が高い、もしくはクロトウヒにとって必要な養分が多いためこのような違いが生じたと推測される。さらにF層の構成物が地衣類よりもコケ類が主体である際に、細根が多く発達する傾向が認められた。原因は未解明だが、考えられる要因として、水分、養分含量の違いが挙げられる。原因究明は今後の課題であるが、林床を構成する蘚および地衣類が、クロトウヒの細根発達に影響を及ぼすことが示唆された。年度当初に予定していた、林床を構成する蘚苔地衣類の被覆状況と有機物層厚およびクロトウヒ細根量との関係を明らかにできた。これまで温室効果ガス動態の観測をおこない土壌呼吸速度およびメタン吸収速度について地点間差が明らかになってきたアラスカ州フェアバンクス

市近郊のクロトウヒ林の調査区3地点(斜面上部、中部、下部)で、林床で優占する蘚類であるフェザーモス(主にPleurozium schreberiとHylocomium splendens)および地衣類(主にCladina属)の年間成長量をメッシュ法(2mm)で測定した。2016年6月に観測を開始しており、伸長状況に応じて、2017年か2018年に刈り取りを行い伸長量の測定を行うことを予定していた。2017年7月に測定の様子を確認したところ、斜面中部および下部のフェザーモス2種については、測定が順調に進んでいたが、斜面上部では、動物によると思われる撹乱被害を受け、メッシュがはがされていたため、測定不能となった。そこで、被害を受けづらい設置方法を検討するため、異なる方法(メッシュを林床に設置する際の留め金の素材、形状、本数を変える)でメッシュを再度設置した。設置から2か月後(2017年9月)にチェックしたところ、被害を受けづらい方法が明らかになったので、改訂法による測定を開始した。一方、地衣類については、年間伸長量が極めて小さい、あるいは2mmのメッシュでは、メッシュ自体が伸長の阻害要因となっている可能性が考えられたため、同時期に目の粗い5mmのメッシュを設置した。これら伸長量については、再来年末までに明らかになる予定である。アラスカ州フェアバンクス市近郊のクロトウヒ林において、林床に優占する蘚類の成長速度(年間成長量)の違いを斜面系列に沿って明らかにするために2016年に観測を開始しており、2017年にそれぞれの地点の年間成長速度が推定できる予定であった。しかしながら、「研究実績概要」で述べた通り、動物によると思われる撹乱を受けたため、一部推定が不可能となった。ただし、改訂法による測定の見込みが立ったため、やや遅れているとの判定結果とした。これまで温室効果ガス動態の観測をおこない地点間差が明らかになってきたアラスカ州フェアバンクス市近郊のクロトウヒ林の調査区3地点(斜面上部、中部、下部)で、亜寒帯林において広く分布しており、本観測地でも林床で優占する蘚類であるフェザーモス(ダチョウゴケ(Ptilium-crista castrensis)、イワダレゴケ(Hylocomium splendens)、タチハイゴケ(Pleurozium shreberi))の年間成長量をメッシュ法(2mm)で測定した。2016年6月初旬に観測を開始し、2018年5月下旬に刈り取り、成長速度を測定した。斜面下部・中部では見られず、斜面上部のみで見られたダチョウゴケの成長速度が157±26 g m-2 y-1と一番速かった。また、いずれの地点でも見られたタチハイゴケは、斜面下部(85±37 g m-2 y-1)よりも斜面中部(141±55 g m-2 y-1)と上部(134 g m-2 y-1)で成長速度が速い傾向が見られた。イワダレゴケについては、一個体あたりの伸長量は、斜面下部よりも斜面中部で大きかったものの単位面積当たりの成長速度には斜面下部(106±33 g m-2 y-1)と中部(106±31 g m-2 y-1)で違いが見られなかった。本観測により、3種のフェザーモスについて、種および斜面系列による違いが明らかになった。また地衣類については、成長量が少ないため、本年の採取はおこなわず、次年度に測定を持ち越すこととした。本研究課題で目的としているコケの成長速度の推定を計画通りに測定することができ、残りの研究期間内で、さらに成長速度の年次変化を推定できる見込みであり、地衣類の測定も行えるめどがたっているため、おおむね順調に進展していると評価した。当該年度については、蘚苔地衣類が炭素循環におよぼす影響を明らかにするため、アラスカのクロトウヒ林において、土壌呼吸速度とその直下の有機物層との関係を明らかにする。
好物を食べると摂食・嚥下運動は向上するのか：生理学的指標を用いた検討

本研究の目的は,好物を食べると,摂食嚥下が促進するかどうかを脳波や筋電図などを用いて明らかにすることだった。そこで,健康な成人に同じ硬さで異なる味の食品を摂取してもらい,食品への好みの違いが食べるときの顔の筋肉の運動や飲み込むまでの時間に影響するかかどうか調べた。しかし,食品の好みによる明らかな影響は確認されなかった。実験において,食品の硬さを揃えるために用いた食品が,参加者にとっては食べ慣れないものであり,好みがよく反映されなかったことが結果に影響を与えたと考えられた。また,運動準備電位という脳の運動の準備状態を示す脳波を捉えることを試みたが,嚥下前のそれを捉えることができなかった。好物を食べると摂食・嚥下運動が向上するのかどうかを,生理学的指標を用いて検討することが本研究の目的であった。好物を食べたときと,そうでないものを食べたときの運動準備電位の比較を試みたが,飲む回数が重なるたびに満腹感の増強と味覚刺激への順化が起こり,運動準備電位を指標にするのは困難であった。その結果を受け,甘味という単一の味覚において,その味に対する好みが嚥下に与える影響を2名の健康な成人2人で検討した。10%ショ糖溶液と20%ショ糖溶液,それから水をそれぞれ快適な範囲で最大限速く3回ずつ飲んでもらい,液体を口に含んでから嚥下するまでの嚥下速度と,1回の嚥下当たりの嚥下容量の平均を比較した。いずれの被験者も甘味に対する嗜好の自己評価は最大であった。しかし,ひとりは明らかにショ糖濃度が高いほど嚥下速度,嚥下容量ともに増加した。しかし,もうひとりにおいては,10%ショ糖溶液においてこれらの指標が最も大きい値であった。実験後のインタビューにおいて,甘いほど嚥下が促進していた被験者においては,ショ糖自体への好みがもともと強く,もうひとりはそうではなかったことがわかった。これらのことより,ショ糖への好みの大きさの違いが結果に反映したと考えられた。この結果を受けて,その人の好みがもっと忠実に反映されるように,好みの清涼飲料水,好みに関してニュートラルな清涼飲料水と水を用いて健康な成人2名に対し同じ要領で実験した。しかし,ひとりは好みの飲料でもっとも2つの指標の値が大きくなったが,もうひとりでは水とニュートラルなスポーツ飲料のほうが好みの飲料より,いずれの指標においても値が上回った。実験後のインタビューでは,好きな飲料として選んだものは味が濃く大量には飲めないとのフィードバックがあった。好物を食べると摂食・嚥下運動が向上するのかどうかを脳波や表面筋電図などの生理的指標を用いて検討することが本研究の目的であった。また,本研究のチャレンジ性は,「食の好み」や外界から観察できない嚥下運動をどう定量的に測定するかということであった。そこでまず,運動関連皮質電位の成分の1つである運動準備電位(BP: Bereitschaftspotential)を用いた,食の好みが嚥下運動を促進するかどうかを検討するための予備実験を実施した。運動準備電位は,随意運動開始前12秒前に現れる陰性電位であり,運動の準備段階を表すとされている。最初に「食の好み」という変数を操作するための準備として,物性が同じで味に種類があるジュースについて好みにばらつきが出るかどうかを20代の男女7名に事前調査した。結果,好き嫌いの評定にばらつきがなかったのは1名であり,ジュースを用いて「食の好み」の操作は可能であると考えた。それを受けて,液体を嚥下する時の運動準備電位を捉える実験を実施した。冷茶を2mlずつ200回嚥下し,舌骨上筋群の表面筋電図を嚥下運動開始点の指標としてBPを求めた。その結果,明らかなBP成分を確認することが出来なかった。その原因としては,嚥下運動以外にも舌骨上筋群が動いたり,1度に飲む量が少なく一気に飲み込みにくいことなどにより嚥下運動開始点としての精度が悪かったことが考えられた。しかし一方で,飲量が増えると満腹感につながり「食の好み」という変数の操作に影響が出ることも確認された。今後はこれらの問題を再検討し再実験の予定である。また,舌の力を表す舌圧を嚥下運動の指標に加えることを念頭に,20代の若者15名と65歳以上の高齢者21名から舌圧の基礎データを収集し,若者に比べると高齢者のほうが有意に舌圧が低いこと,足底の床への接地の有無による舌圧への影響はないことが示唆された。

好物を食べると摂食・嚥下運動が向上するのかどうかを,生理的指標を用いて検討することが本研究の目的であった。嚥下運動は摂取する食品の物性に大きく影響を受けるため,これまでは液体を用いて物性を統制していた。しかし,実際の摂食嚥下障害を持つ高齢者への臨床介入を観察し検討した結果やこれまでの実験の結果を考慮に入れると,液体を用いた結果では臨床での現状にそぐわないこと,液体では食の好みが反映されにくいという問題点が挙げられた。そこで新たに,嚥下を必要とする物性が等しい固形の咀嚼調整食品を用いて,与えられた食品の味に対する好みの評定と嚥下運動の関連を検討した。20代の健康な女性4人に対し,3種類(ユズ風味,抹茶風味,エビ風味)の異なる味の咀嚼調整食品を8gの立法体に近い形に切り出したものを食べてもらい,その様子をビデオ撮影し,嚥下音と咬筋の筋電図を記録した。評価指標としては,食品を口に入れてから最初の嚥下が起こるまでの時間,すべて食べ終わるまでの時間,咬筋の表面筋電図の積分値を用いた。また,各味に対する好みはVASによって評定してもらった。その結果,味の好みの評定は総じて低かったものの,0から7.7までのデータの幅であった。しかし,各指標については,個人間のデータのばらつきは大きいものの,個人内でのデータのばらつきは小さく,味の好みとは一貫した関係は認められなかった。実験後のインタビューでは,見慣れない食品であり,風味付けはされていてもその味には感じられないものもあったというフィードバックが全員からあった。また,映像においても,視線が上方をさまよい,考え事をしているような様子が多く観察された。このことから,味の好みよりも親しみのない食品であり,それを探索するような行動が嚥下運動により大きく作用したことが考えられた。老年看護学達成度が遅れている最大の原因は,食物の物性や味覚を統制し交絡因子を統制しつつ,「食の好み」という変数を操作することの困難性であった。単一な味を用いることで味覚の効果を統制できたが,実際の食品において単一の味であるものはほとんどなく,多くのひとの好みを実験条件に反映できなかった。また,液体を用いることで食品の物性は統制できるが,飲料のなかでの好みしか扱えず,その人にとってもっとも好みのものが飲料のなかになければ,好みの効果はあったとしても小さく,実験結果が他の要因の影響を大きく受けていた。このように,この点を克服するための試行錯誤に多くの時間を要していることが達成度の遅れに一番影響を与えていた。加えて,溶液や実験スペースの温度管理が行える場所の確保が校舎の改修により困難であったことも達成度が遅れている一因であった。達成度が遅れている理由は,食の好みを反映させた嚥下運動による運動準備電位を捉えることに関して,以下の2つの問題の解決が遅れているためである。問題点の1つ目は,運動準備電位を求めることと「食の好み」を操作することの相反性である。運動準備電位を求めるためには,瞬きなどで使えないデータが存在することを考慮すると最低でも1つの食品につき200回以上の嚥下が必要になるが,試行回数が増えれば増えるほど満腹になり,「食の好み」という変数の影響が満腹感によって相殺されてしまう可能性がある。一方,一度に摂取する量をあまり少なくしては,「食の好み」を反映したデータにはならない。この矛盾を解決できていないことが研究の進度を遅らせている大きな要因である。2つ目はこれに関連して,表面筋電図による運動開始点の精度の低さである。
非コードＲＮＡ作用複合体・クロマトイド小体による半数体ゲノム遺伝子量補正機構解明

生殖細胞で見られ体細胞には見られないヌアージュは、円形精子細胞期にクロマトイド小体として存在している。ヌアージュは多種の動物で近年遺伝子発現への関与が報告されおり、クロマトイド小体が細胞間橋を通して円形精子細胞間の移動を行うことから、精子形成時における遺伝子量補正に関与すると推測されてきた。本研究では、このクロマトイド小体の精子細胞における遺伝子量補正への関与と仕組みを明らかにするため、精細胞と支持細胞の共培養系を用い、物理的、化学的に検討を行い、まず遺伝子量補正の時期を明らかにした。さらに熱ストレス下条件を用いて、クロマトイド小体の動きは精子形成と関連性があることを明らかにした。雄性生殖細胞特徴的な構造クロマトイド小体は、細胞間橋を通して精子細胞間の移動を行い、またこの構成蛋白には生殖細胞の遺伝子発現に関与するRNA干渉作用があることから、ゲノム半数化に伴う遺伝子量補正に関与することが推測されている。本研究では、性染色体特異的なマーカー遺伝子の円形精子細胞における遺伝子量補正時期を確定し、細胞間橋を維持して精子形成過程を円形精子の後期まで再現可能な新規in vitro培養系を用いて、クロマトイド小体を物理的または化学的に不活性化することにより、半数体精子細胞の遺伝子量補正におけるクロマトイド小体の必要性を明らかにし、転写物の翻訳制御と遺伝子量補正への関与を検証することを目的とする。昨年度より、性染色体特異的なマーカー遺伝子(Ubely, Akap4, Utp14b)の円形精子期における発現の検討をRTーPCRにより行い、性染色体特異的なマーカー遺伝子の遺伝子量補正の時期をin vivo及びin vitroで同定した。次に、クロマトイド小体を化学的に不活性化するため、精細胞と我々が開発したセルトリ細胞株との共培養下で円形精子を作製し、マーカー遺伝子の遺伝子量補正期前に、サイトカラシンB処理によりクロマトイド小体の移動を止め、クロマトイド小体の移動停止が、遺伝子量補正に関与するかどうかを現在検討中である。はじめにクロマトイド小体が細胞間橋を通じて円形精子細胞間で性染色体特異的なmRNAの運搬と翻訳制御を行うことにより、精子細胞間での遺伝子量補正を成立させると仮説をたてた。そこで、平成24年度はこの仮説を検証するため、まず性染色体特異的なマーカー遺伝子の遺伝子量補正の時期を確定することを目的とし実験を行った。当初の予定では、X-linked GFP(Tg(GFPX)4Nagy/J)雄マウスの精細胞を利用する予定であったが、動物入手及び飼育の許可等に時間がかかるため、通常のICRマウスを用いてまずマーカー遺伝子(Ubely, Akap4, Utp14b)の円形精子期における発現の検討をRTーPCRにより行った。次に、精細胞と我々が開発したセルトリ細胞株とを共培養し、培養下で異なる発生段階の円形精子を作製し、性染色体上のマーカー遺伝子の発現量変化の解析をqRT-PCRにより行い、遺伝子量補正が起こる時期を検討した。精原細胞からの共培養下では、円形精子細胞の回収率が非常に低いことから、今後の解析を行うためには共培養系の改善が必要でありその上でさらなる解析が必要である。昨年度までに性染色体特異的なマーカー遺伝子(Ubely, Akap4, Utp14b)の円形精子期における発現の検討をRTーPCRにより行い、性染色体上特異的なのマーカー遺伝子の遺伝子量補正の時期を同定した。今年度はクロマトイド小体を化学的に不活性化するため、精細胞と我々が開発したセルトリ細胞株との共培養下で円形精子を作成し、マーカー遺伝子の遺伝子量補正期前にサイトカラシンB処理により、クロマトイド小体の移動を止め、クロマトイド小体の移動停止の遺伝子量補正への関与について検討を行ったが、サイトカラシンの使用が共培養系に影響を与えたため結果が不明瞭であった。

物理的な方法でクロマトイド小体の移動を止める方法を現在検討中である。マウスなど熱ストレスにより精子形成が不全になる哺乳類精巣では、熱ストレスにより円形精子細胞で変化が起こりクロマトイド小体の移動に異常が起こる事が知られている。そこで共同研究者のいるバンコクチュラロンコン大学において、熱ストレス下でも精子形成が正常に起こるゾウの停留精巣サンプルから、精巣組織培養系を用いクロマトイド小体を構成するMIWI, MILIをマーカーとしてクロマトイド小体の動きの解析を行った。結果、熱ストレス下でも正常精子形成を起こすゾウ精巣の円形精子では、熱ストレス下でもクロマトイド小体の動きは熱ストレスによる影響をうけていないことが明らかとなった。今後はこの熱ストレス下という実験条件をいかし、熱ストレスによるクロマトイド小体の動きが遺伝子量補正の段階にも影響を及ぼしているか解析をして行く予定である。発生生物学、生殖生物学我々が開発した共培養系は、精原細胞より円形精子細胞への分化を促進するが、円形精子細胞までの発生率は高率ではなく、培養条件の改良も含め検討を行ってきたが、性染色体特異的なマーカー遺伝子の発現量解析に手間取った。しかし、遺伝子量補正の時期が同定できたことにより、今後の研究がスムーズに進むと考えられる。性染色体特異的なマーカー遺伝子の発現に関しては確認できたが、その時期の確定のためには、培養系の改善が必要だと思われた。我々が開発した共培養系は、精原細胞より円形精子細胞への分化を促進するが、円形精子細胞までの発生率は高率ではない。このことは、細胞のマニュプレーションを用いた次年度以降の解析には問題ないが、平成24年度の性染色体特異的なマーカー遺伝子の発現量解析には、手間取る結果となった。現在、培養条件の改良も含めて再度検討中である。平成26年度は、まず、現在検討中の実験であるサイトカラシンBによるクロマトイド小体の移動停止が、遺伝子量補正に関与するかを明らかにする。次に、サイトカラシンBのクロマトイド小体以外の物質や細胞内小器官の移動抑制による遺伝子量補正への関与を除外するため、X,Y両染色体マーカー遺伝子の遺伝子量補正前に細胞間橋を持つ円形精子細胞のクロマトイド小体を物理的に破壊し遺伝子量補正期まで精細胞を培養し、マーカー遺伝子の発現より遺伝子量補正状態を検討する。本実験により遺伝子量補正がクロマトイド小体にのみに依存するかが明らかとなる。さらに、次にクロマトイド小体構成蛋白に着目し、X-linked GFPマウスの精細胞でこれらの蛋白を破壊するため、GFPと波長が異なり標的蛋白に特異的な色素付加が可能なReASH(Red biarsenical fluorophore)を用いたRALI法の開発を試みる。平成25年度は、共培養系の培養条件を改良した上で、遺伝子量補正の時期を確定する。さらに、サイトカラシンB処理によりクロマトイド小体の移動を止めクロマトイド小体の移動停止が、遺伝子量補正に関与するか検討を行う。
宇宙環境下熱流動現象の理解に基づく機能的熱流体制御デバイスの創出

近年宇宙機のミッション高度化,小型化に伴い,熱制御要求が厳しくなっている。従来の受動型の熱制御のみでは高発熱密度や低電力要求への対応は不可能であり,新たな熱制御システムの創出が求められている。本研究は,高熱流束型マルチエバポレータ型ループヒートパイプ(LHP)を軸とした熱流体制御ネットワークを提案し,熱制御方式の技術革新を図る。申請者が独自に構築してきたマルチエバポレータ型LHPは温度均一性,自律熱制御性に優れるが,将来宇宙ミッションの厳しい熱要求に応えるためには,高い熱流束への対応,小型軽量化,ヒートスイッチ機能付加が必須である。そこで本研究では,高熱流束を実現する高性能な蒸発器多孔体界面を創成するとともに,深宇宙への輻射ラジエータの流路最適化を図るため,宇宙模擬環境での凝縮素過程を赤外および可視観察により解明する。また,シンプルな熱流動スイッチとして独創的なポーラスバルブを提案し,簡易な流動制御の実現可能性を検証する。これらの成果を融合し,高熱輸送性能と自律熱制御性を兼備した小型軽量な熱流体制御デバイスの技術基盤を確立する。2018年度は特に,ループヒートパイプの高熱流束と長距離輸送の関係について圧力損失と毛管力の関係を明らかにした。その理解に基づき,高熱流束を達成するための蒸気溝形状,多孔体細孔径,浸透率,濡れ性とシステムの圧力損失の関係を明らかにした。また凝縮器内の凝縮素過程を明らかにするための計測装置を新たに構築し,ハイスピードカメラと光学系を用いた凝縮器の凝縮流動様式の観察に成功した。また,本装置を用いて,マルチエバポレータ型LHPのボトムヒート状態での凝縮過程と熱リークの関係,ならびに流路の違いによる凝縮熱伝達の違いを明らかにすることに成功した。本研究では高熱流束型マルチエバポレータ型ループヒートパイプの宇宙実用化を最終ゴールとしており,技術課題として高熱流束化と凝縮素過程の理解が大きなポイントとなる。2018年度は高熱流束化に向けた基礎的理解ならびに高熱流束化指針が明らかにされたこと,凝縮素過程を観察する装置が完成し,その基礎データが得られるとともに,新たな知見が得られたことから,概ね順調に進展していると判断した。本研究では,前述した目的を達成するために,多孔体内沸騰限界の解明に基づく高熱流束型LHPの実現,輻射冷却凝縮過程の解明に基づくラジエータの小型軽量化,熱流体制御ネットワークの検討を進める。まず,将来宇宙機の熱要求である熱輸送距離1m以上,熱流束20W/cm2以上を達成するため,蒸気溝形状,多孔体細孔径,浸透率,濡れ性とシステムの圧力損失の関係を明らかにし,蒸発器蒸気溝と蒸発熱伝達の関係を明らかにするとともに,20W/cm2以上を達成し得る具体的な蒸気溝チャネル構造,特性を同定する。次に昨年度構築した宇宙環境を模擬した装置を用いて,LHP凝縮素過程をハイスピードカメラ(可視域)で観察し,凝縮様式を明らかにするとともに,物理モデルを提案する。また,ラジエータ全体の温度分布を詳細に計測することで,流路断面積,流路間隔,基盤の熱伝導率を考慮したフィン効率の最適化を図る。さらに,小型・軽量化要求に厳しい超小型衛星を対象とし,超小型衛星の熱要求を具体的に達成する熱制御ネットワーク構成を提案するとともに,それを実現するためのハードウェアの製作を行う。