hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
終止コドンを欠失したmRNAの特異的分解に関与するヒト遺伝子群の網羅的検索と解析

終止コドンを欠失した異常なメッセンジャーRNA(mRNA)であるノンストップmRNAの哺乳動物細胞における細胞内運命について調べた。その結果,ノンストップmRNAの翻訳が強く抑制されていることを見出した。さらに,翻訳反応のいずれの段階でノンストップmRNAの翻訳反応が阻害されているかを解析した結果,翻訳開始反応は起きているが,翻訳開始反応後にノンストップmRNAの翻訳が抑制されていることを見出した。次に,ノンストップmRNAの翻訳の伸長反応が阻害されているか否かについてin vitrorun-off assay系で調べた結果,翻訳伸長反応の阻害が検出され,伸長反応の阻害が翻訳抑制の原因であると分かった。さらに,ノンストップmRNAのポリA尾部にリボソームが停滞していることを見出した。この結果は,ポリAでのリボソームの停滞が翻訳抑制の引き金となっていることを示唆している。以上の結果から,ノンストップmRNAの3'側ポリ(A)中でのリボソームの停止が翻訳停止の引き金となり,未同定のフィードバック機構で上流のリボソームの脱離が促進されているというモデルを提唱した。さらに,翻訳抑制のメカニズムを詳細に調べた。その結果,ポリAを翻訳してリジンアミノ酸が連続して翻訳産生されるとリボソーム上の翻訳が強く抑制されることを見出した。この翻訳抑制は,アルギニンでも起きたことから,リジンやアルギニンといった塩基性アミノ酸が連続すると翻訳が抑制される機構を細胞が有していることが分かった。本年度は、終止コドンを欠失した異常なメッセンジャーRNA(mRNA)であるノンストップmRNAの哺乳動物細胞における細胞内運命について調べた。その結果、ノンストップmRNAの翻訳が強く抑制されていることを見出した。さらに、翻訳反応のいずれの段階でノンストップmRNAの翻訳反応が阻害されているかを解析した。シュークロースグラジエント超遠心法によるポリソーム分布の解析の結果、翻訳開始反応は起きていることが示唆された。この知見をさらに確認するため、キャップ非依存性の翻訳開始ができるmRNAを構築し、キャップ非依存性の翻訳開始系で本ストップmRNAの翻訳抑制の有無を調べた。その結果、キャップ非依存性の翻訳開始条件下でもノンストップmRNAの翻訳抑制は見られた。これらの知見から、翻訳開始反応後にノンストップmRNAの翻訳が抑制されていることを示している。次に、ノンストップmRNAの翻訳の伸長反応が阻害されているか否かについてin vitrorun-off assay系で調べた結果、翻訳伸長反応の阻害が検出され、伸長反応の阻害が翻訳抑制の原因であると分かった。さらに、ノンストップmRNAのポリA尾部にリボソームが停滞していることを見出した。この結果は、ポリAでのリボソームの停滞が翻訳抑制の引き金となっていることを示唆している。
咀嚼が海馬歯状回のニッシェに与える影響とそのメカニズムについて

中枢神経の再生医療の中核を担うと考えられる海馬の神経幹細胞が,外部環境因子によって増殖,分化および維持が多様に変化するという報告がある。本研究は,最初に,臼歯抜歯や粉末食投与で正常な咀嚼を阻害すると,海馬における神経幹細胞の減少を引き起こし,その要因として一酸化窒素(NO)が関与している可能性が示唆された。次に,硬質飼料やかじり木などによって咀嚼を誘発すると,神経幹細胞の生存率を上昇させ,また,記憶や学習に関する行動が活性化した。以上のことから咀嚼が外部環境因子として海馬神経幹細胞の増減に影響を及ぼすことが示唆された。咀嚼がマウスの中枢神経に与える影響を,海馬歯状回の神経幹細胞の分化動態を指標に調べた。4週齢マウスをA)通常の固形飼料を与える群(コントロール群),B)軟食摂取のモデルとして粉末飼料を与える群,およびC)歯牙欠損モデルとして,麻酔下で両側の上下の臼歯をすべて除去し,粉末飼料を与える群,の3群に分け,各群において,咀嚼に対する海馬歯状回神経幹細胞の影響を調べた。3つの群はそれぞれの条件で10週間飼育した後,分裂した神経幹細胞のマーカーであるBrdU(bromodeoxyuridine, 50μg/g b. w. )を1日1回,12日間投与した。投与終了1日後,各グループの半数を4%パラホルムアルデヒデドにて灌流固定を行い、固定後脳を取り出し,ビブラトームにて50μmの切片を作成し,海馬全体の連続切片を作成した。残りの半数はBudU陽性細胞の一定期間後の生存・分化を調べる目的で,さらに各条件で5週間飼育した後,灌流固定を行い同様の脳切片を作成した。結果としてコントロール群に比べて抜歯や粉末を与えた群のBrdU陽性細胞が減少し,海馬において神経幹細胞の分裂が低下していることが判明した。次に,マウスに硬質の飼料やかじり木により咀嚼を誘発し,同じ条件でBrdU陽性細胞を比較すると咀嚼を誘発した群では,BrdU陽性細胞が増加し,神経幹細胞の分裂が誘発されることを示した。さらに,マウスの片側を抜去して海馬の神経幹細胞の左右差を比較したところ,抜去側の反対側の海馬のBrdU陽性細胞が低下していた。このことは,口腔内の感覚情報が神経線維を介して海馬に入力し,神経幹細胞の増減に影響を与えている可能性が示唆された。以上のことより,咀嚼が海馬神経幹細胞の分裂に影響を与えることが判明した。近年,複数の性質の異なる細胞に分化する能力を持つ神経幹細胞が海馬歯状回に存在することが判明し,記憶,学習および空間の認識などに重要な役割を果たしていると考えられている。最近,歯の喪失がアルツハイマー型認知症の誘発因子の一つとして指摘され,咀嚼が十分に行われないと中枢神経機能に影響し,海馬神経幹細胞の生存数が低下することが示唆されている口腔の感覚情報が中枢神経系を通して海馬の歯状回(DG)に入力する経路が存在するか調べるために,マウスの片側の臼歯を抜去し,海馬歯状回で分裂する神経幹細胞に左右差があるか調べた。結果は以下のとおりである。1)マウスの右側上下顎臼歯部を抜歯すると,DGにおいて左側に比べて右側の方が,分裂細胞のマーカーである5-boromo-deoxyuridine (BrdU)陽性細胞の生存数が増加した。また,神経幹細胞の増殖に抑制的に働くといわれるn-NOS陽性細胞数は右側に比べて左側で増加していた。細胞活性の指標となるc-Fos陽性細胞数は,左右差は認められなかった。2)片側抜歯群では,非抜歯(コントロール)群に比べてDGの左右側合計のBrdU陽性細胞数が増加していた。n-NOS陽性細胞数には変動がなかったが,c-Fos陽性細胞数は片側抜歯群で有意に増加していた。3)培養神経幹細胞を右側上下顎臼歯部抜歯マウスの両側DGに移植すると,コントロール群では,移植細胞はほとんど生着しなかったが,抜歯群では左右共に移植細胞の生着がみられた。また,移植細胞の分裂数およびニューロンへの分化率は右側で増加していた。以上のことから,片側抜歯により,咀嚼に関する情報が口腔から神経線維を介して中枢で交叉後,海馬へ入力しDGにおける神経発生に影響を与えている可能性が示唆された。研究1咀嚼形態の変化が海馬歯状回神経幹細胞に与える影響と各種NOSアイソザイムの発現との関係

ラットを固形飼料群(n=7),粉末飼料群(n=7)および抜歯+粉末飼料群(n=7)の条件下で18週齢まで飼育を行った。海馬歯状回の分裂細胞を定量するため,BrdU(70mg/kg)を1日1回3日間連続的に腹腔内投与した。その後,18週齢時まで飼育し,BrdU陽性細胞数,各NOSアイソザイム陽性細胞数を調べた結果,粉末飼料群および抜歯群では固形飼料群と比較し,BrdU陽性細胞数の有意な減少が認められた。また,nNOSおよびiNOS陽性細胞数の有意な増加を認めたが,eNOS陽性細胞数は変化がみとめられなかった。研究2硬質飼料及びかじり木が海馬歯状回に与える影響生後5週齢のマウスを,普通飼料群(n=36)と硬質飼料群(またはかじり木群)(n=36)の2群に分け,BrdU投与直後とBrdU投与5週間後のBrdU陽性細胞数を調べた結果,硬質飼料投与群では,BrdU投与直後では,BrdU陽性細胞数には変化はなかったが,BrdU投与5週間後において,硬質飼料群のBrdU陽性細胞数が有意に増加していた。かじり木を与えた群でも同様の結果が得られた。以上のことより,研究1では,抜歯群の海馬歯状回におけるNSCs数の減少に,NOが関与し,nNOSやiNOSが関係している可能性が示唆された。研究2では,咀嚼の誘発実験を行い,海馬歯状回における神経幹細胞の分裂・生存状況を調べたところ,咀嚼は神経幹細胞の分裂数には影響せず,分裂した神経幹細胞の維持に関与していることが示唆された。今回の研究により,外部環境因子がニッチに影響を与え,神経幹細胞の増減に何らかの影響を与えた可能性が示唆された。
炭疽菌病原プラスミドにコードされる短鎖ペプチドの新規同定と感染機構の検証

炭疽菌Bacillus anthracisは、ヒトに於いては皮膚炭疽、腸炭疽、肺炭疽を発症し、致死率の高い人獣共通感染症の病原細菌である。炭疽病の感染・発症に関わる、炭疽菌特有の2種のプラスミド(pXO1,pXO2)配列を解析した結果、分泌シグナル配列を持つ短鎖ペプチドおよび蛋白質をコードするORFを複数同定した。そこで、推定分泌因子の機能を調べるため、炭疽菌を培養した上清を培養細胞に添加し、経過観察を行った。その結果、野生株、pXO2欠損株の培養上清を添加した場合にのみ培養細胞に形態変化が見られたことから、pXO1に起因する形態変化であることが示唆された。また、HeLa(子宮頸ガン)細胞、vero(サル腎臓)細胞で顕著な変化が観察された一方で、形態上の変化が全く見られなかった細胞もいくつかあったことから、細胞種特異的な応答であることも明らかとなった。さらに、染色した結果、この形態変化はアポトーシスおよびアクチン重合を含めた多様な細胞応答に依るものであることが推測された。Bacillus anthracis(炭疽菌)は、土壌から分離される通性嫌気性グラム陽性桿菌で、人獣共通感染症の起因菌である。ヒトにおいては、皮膚炭疽、腸炭疽、肺炭疽を発症し、致死率の非常に高い病原細菌である。炭疽菌の病原因子(PA,EF,LF)に関する研究や、宿主免疫系から逃れる莢膜合成(capBCADE)に関する研究はすでに複数報告されているが、感染メカニズムの詳細は未だ解明されていない。本研究は、既知の病原因子以外で感染に必須な炭疽菌の新規病原因子の同定を試み、より詳細な感染機構の解明をめざすことを目的とする。そこで、他のBacillus属の個体が持つものとは異なる、炭疽菌特有の2つのプラスミドpXO1, pXO2に着目した。(i)まず、グラム陽性菌特有の分泌シグナル配列をSignalPプログラムにて検索し、病原プラスミドにコードされた分泌シグナル配列を有する短いペプチド、タンパク質を抽出した。その結果、pXO1上の全204ORFに対して23のshort ORF、pXO2上では全104 ORF中12のshort ORFと1つのsignal peptidase I(SPI)を抽出した。(ii)野生型株・pXO1のみを持つ株・pXO2のみを持つ株・両プラスミドを脱落させた株の4種類の炭疽菌それぞれの培養上清を宿主細胞に添加し、細胞形態を観察した。宿主細胞にHeLa細胞、vero細胞を用いたところ、野生型株・pXO1のみを持つ株の培養上清を添加した場合に細胞形態の変化が見られた。特にvero細胞においては、短時間で顕著な変化が見られた。ここから、細胞形態変化はpXO1に起因することが推定された。また、この形態変化はアポトーシスによるものではないことが確認された。ところが、caco-2細胞、A549細胞、293細胞を用いたところ、上記の形態変化は見られなかった。この結果より、培養上清中に含まれる因子による形態変化は、細胞特異性があるのではないかと推察される。そこで、他のBacillus属の個体が持つものとは異なる、炭疽菌特有の2つのプラスミドpXO1,pXO2に着目した。(i)まず、グラム陽性菌特有の分泌シグナル配列をSignalPプログラムにて検索し、病原プラスミドにコードされた分泌シグナル

配列を有する短いペプチド、タンパク質を抽出した。その結果、pXO1上の全204 ORFに対して23のshort ORF、pXO2上では全104 ORF中12のshort ORFと1つのsignal peptidase I(SPI)を抽出した。(ii)野生型株・pXO1のみを持つ株・pXO2のみを持つ株・両プラスミドを脱落させた株の4種類の炭疽菌それぞれの培養上清を宿主細胞に添加し、細胞形態を観察した。宿主細胞にHeLa細胞、vero細胞を用いたところ、野生型株・pXO1のみを持つ株の培養上清を添加した場合に細胞形態の変化が見られた。特にvero細胞においては、短時間で顕著な変化が見られた。ここから、細胞形態変化はpXO1に起因することが推定された。細胞染色により、この形態変化はネクローシスでは無いことが明らかとなり、アポトーシスおよびアクチン重合を含めた多様な細胞応答による形態変化である可能性が考えられた。その一方で、caco-2細胞(結腸がん細胞)、A549細胞(肺がん細胞)、上皮細胞を用いたところ、上記の形態変化は見られなかった。この結果より、培養上清中に含まれる因子による形態変化は、細胞特異性があるのではないかと推察される。
高性能光記録用機能性色素材料の開発

高性能な有機光記録材料の実用化のために、記録層に応用可能な一連のジチオレンニッケル錯体およびポリメチン系近赤外吸収色素の合成を検討し、以下の基本特性について明らかにした。研究成果の詳細は別紙様式1にまとめたが、以下にその概要を示す。1.光記録用有機色素の長寿命化に必要な一重項酸素消光剤(酸化防止剤)の消光機能を消光剤の一重項酸素との化学的反応速度定数(kr)および物理的反応速度定数(kq)から明らかにした。さらに、kr,kqからシアニン色素薄膜にこれら消光剤が添加された場合の光安定性について、相対的な予測が可能であることが判った。2.ジチオレン系ニッケル錯体の種々のスペクルトにおよぼす置換基効果について検討し、ベンゼン環上の置換基がキレ-ト平面上のπ電子系、SーNi結合、Ni(2p)の越合エネルギ-にまで影響を与え、この置換基効果で、近赤外の吸収波長が780nmから1150nmまで変化し、その置換基効果は光電子スペクルトの場合と同様、ハメット式に従うことも判った。3.ジチオレン系ニッケル錯体単独で記録層しするには至らなかったが、シアニン系色素薄膜中で、これらニッケル錯体を安定剤として用いた場合、優れた製膜性や保存安定性を示すものが見出され、また、比較的融点の低い誘導体が良好な記録特性を示すことも判った。4.フォトクロミック材料としてのジチオレン系ニッケル錯体の基本特性を明らかにした。5.末端にベゾンチオピリリウム骨格を有するポリメチン系近赤外吸収色素を合成し、その薄膜特性について検討した。PMMA基板上で半導体レ-ザ発振波長領域に吸収を示し、良好な製膜性を有するいくつかのポリメチン系近赤外吸収色素を見出した。有機色素を用いて、記録特性および保存安定性に優れた光記録材料の開発を目的として、一連の有機金属系色素およびペンゾチオピラン環を有するポリメチン系色素を合成し、光記録に関する基本特性について検討し、次のような有意義な成果が得られた。1.近赤外領域に吸収をもち、さらに電子供与性置換基を有する新規なビス(ベンジル)型のニッケル錯体(I)が対応するベンゾイン類と五硫化リン、塩化ニッケルとの反応から得られ、また、それらの-1価の有機金属錯体はpーフェニレンジアミンで(I)を還元することにより容易に合成することができた。これら錯体は実用上使用しうる有機溶媒に優れた溶解性を示すことが判った。(25nt%)2.シアニン系色素膜にこれらニッケル錯体を510%程度添加することで、シアニン系色素膜の光酸化劣化を著しく抑制することが、ソーラシュミレーターを用いた実験から明らかになった。特に電子供与性置換基が優れた効果を示し、これらニッケル錯体を用いることにより、保存安定性に優れた光記録材料の設計が可能となった。3.近赤外領域に吸収をもつベンゾチオピラ環を基本骨格にもつ新規なポリメチン系色素がメチルベンゾチオピリリウム塩およびジメチルベンゾチオピリリウム塩と芳香族アルデヒド類との縮合反応から容易に良好な収率で合成できることを見い出した。また、ヘテロ環内の二重結合が効果的に発色機構に寄与する4位置換体が対応する2位置換体よりも、その吸収波長は深色的になることが判った。以上の有機ニッケル錯体や含硫黄ポリメチン系色素の合成やその特性に関する研究結果は広く有機合成分野、エレクトロニクス関連分野への応用が期待されるとともに、高性能光記録用機能性色素材料の開発に基礎的な知見を与えた。

保存安定性に優れた光記録材料の開発を目的として、シアニン系記録層のニッケル錯体による安定化および新規に合成したポリメチン系色素の発色機構について検討し、次のような有意義な成果が得られた。1.これまで合成したジチオレンニッケル錯体の熱的特性を明らかにし、比較的低融点(200°C以下)のニッケル錯体が、シアニン色素系の記録層に安定剤として用いることができ、優れた記録特性を示すことが判った。また、ジチオレンニッケル錯体単独で記録層を形成することもできるが、800nm付近で反射率が最小となるため、他の有機色素との併用が不可欠であることも判った。2.ジチオレンニッケル錯体の安定剤としての基本特性である一重項酸素クエンチング能に対する評価法について検討した。その結果、2種のクエンチング速度を同時に測定する方法を見い出し、種々のニッケル錯体の一重項酸素クエンチング速度定数k_q、k_rを明らかにした。また、k_q/k_rの比の大きいものが特に安定剤として優れた特性を具備することが判った。3.新規に合成した近赤外吸収色素のベンゾチオピラン系ポリメチン色素の中で、2ーまたは4ー位に共役ジメチルアミノ成分を有するポリメチン系色素がメロシアニン型発色系を、2、4ー位に共役ジメチルアミノ成分を有する色素は、トリアリ-ルメタン系発色機構を示すことが、PPPーMO法によって明らかとなった。特に後者は、有機溶媒に対する溶解性にも優れ、また、PMMA基板上でその吸収極大は著しく浅色シフトするところから、900nm以上に吸収を示すポリメチン色素が有機光記録材料として応用可能であるとの結論を得た。以上の研究成果は広く有機光記録材料分野、エレクトロニクス関連分野への応用が期待される。ジチオレン系ニッケル錯体を有機光ディスクの記録層に用いる場合、重要となる有機溶媒に対する溶解度と構造相関について検討を行い、さらにフォトクロミック材料としてのジチオレン系ニッケル錯体の基本特性についても検討し、次のような成果が得られた。1.ビス(ジチオベンジル)ニッケルのベンゼン環上の置換基が溶解度の向上に著しく影響を与えることが判った。特に溶解性に優れた誘導体のX線構造解析から、ベンゼン環とキレ-ト平面間の2面角が大きくなる、しかもベンゼン環と共平面を形成するような置換基が溶解度の向上に有効であるとの結論が得られた。2.ジチオレン系ニッケル錯体を可逆的な光記録材料に応用するための基本特性を明らかにするために、ビス(ジチオベンジル)ニッケルの光還元反応、および、これら錯体の一電子還元体の光酸化反応について検討した。紫外光による溶液中でのこの光酸化反応は、良好な量子収率(約0.1)で進行し、PMMA基板でも同様な反応が生じることが判った。また、いくつかのニッケル錯体は、増感剤の存在下、可視光照射で光還元され、しかもその吸収波長が100nm程度シフトするところから、可逆的な光記録材料として応用可能な材料であることが判った。3.ビス(ジチオベンジル)ニッケルはイオンプレ-ティング法で安定な蒸着膜が作成でき、しかもITO透明電極上にこのニッケル錯体を製膜した材料は電気化学的に可逆的な酸化還元反応を示すことが判った。以上の研究成果は広く有機光記録材料関連分野への応用が期待されるとともに、高性能光記録材料用機能性色素材料の開発のための基礎的な知見を与えた。
インスリン抵抗性を指標とした生活習慣病予防への鍼灸刺激の影響について

11年度で糖尿病自然発症ラットのインスリン抵抗性に及ぼす鍼通電刺激の急性効果についてHyperinsulinemic Euglycemic Clamp法により検討したところ、NIDDM自然発症ラットであるOLETFでは背部ピンチ刺激によってインスリン抵抗性の指標であるGIR(Glucose Infusion Rate)は有意に減少した。一方対照群であるLETOラットでは背部ピンチ刺激後にGIRの有意な増加を認め、耳介部迷走神経鍼通電刺激後に有意な減少を認めた。以上の急性実験により、鍼通電刺激およびピンチ刺激はインスリン感受性を変化させることが明らかとなった。この結果を受けて、12年度は、長期にわたる継続的な鍼通電刺激がOLETFラットのインスリン抵抗性に与える効果について検討した。方法は、5週令の雄性OLETFラット32匹を、無刺激群、背部鍼通電刺激群、耳介迷走神経領域鍼通電刺激群、耳介非迷走神経鍼通電刺激群の4群に分類し、各ラットに15分間の鍼通電刺激を週1回の割合で6週齢から24週齢までの18週間与えた。結果、刺激期間中の体重、摂食量、糞量及び空腹時血糖値の変動には各群で差異を認めなかったが、GIRについては18週間の刺激を終了した時点で無刺激群に比較して他の群では高い値を示し、特に耳介迷走神経鍼通電刺激群と背部鍼通電刺激群では有意に増加していた。このことから、OLETFラットにおいて鍼通電刺激がインスリン感受性の低下の予防に有用であることが示唆された。またこの現象は、体重などに差異を認めなかったことから二次的なインスリン感受性の変化でなく、末梢組織におけるインスリン抵抗性に直接影響した結果と考えられた。今回は鍼通電刺激がインスリン抵抗性に及ぼす影響を明らかにすることを目的として、自然発症のNIDDMモデルラットであるOtsuk-Long-Evans Tokushima Fatty(OLETF)ラット及びその正常対照であるLong-Evans Tokushima Otsuka(LETO)ラットを用いて、Hyperinsulinemic Euglycemic Clamp法におけるGlucose Infusion Rate(GIR)を指標に検討した。今年度は既にインスリン抵抗性を呈している20週齢の雄性OLETFラットを、耳介迷走神経鍼刺激群(AVA)、耳介非迷走神経鍼刺激群(ANVA)、背部鍼刺激群(AB)、背部ピンチ刺激群(PB)、無刺激群(NS)に分け、正常対照としてLETOラットも同様に5群に分けた。Hyperinsulinemic Euglycemic Clamp開始から40分経過した時点で10分間の基礎値を測定し、続いて10分間の鍼通電刺激を行いながら刺激中のGIRを測定した。さらに刺激後10分間GIRの測定を続けた。鍼通電刺激はパルス幅300ms、1.5V、1Hzで10分間行った。結果はOLETFラットでは、PB群で基礎値に対して有意に減少した。LETOラットではPB群の刺激後に基礎値、刺激中の値に対して有意な増加がみられ、AVA群の刺激後の値が刺激中の値に対して有意に減少した。次年度は上記の鍼通電刺激を継続的に数ヶ月間施し、長期的な鍼治療効果について検討する。
In-use固定炭素に着目した人為的炭素循環モデルの構築

産業連関マテリアルフロー解析を用いて、石油化学製品および木材に起因する炭素のうち、日本国内の経済活動に伴い製品へ固定されるものについて物質フローの可視化を行った。結果として、石油化学製品由来630万t、木材由来790万tの炭素が製品として日本国内に流入したことが明らかとなった(2011年)。この量は、2011年の年間CO2排出量の4.1%を占める。従って、製品中の炭素を長期に渡り有効利用し、廃棄時におけるCO2としての排出を防ぐことが可能であれば、一定量のCO2排出を回避することが可能であることが示唆された。社会における炭素滞留を可視化することを目的に、素材としての炭素の供給源である石油化学基礎製品と木材に着目し、日本国内におけるそれらの着目素材がどのような経路をたどって最終製品となり、社会に滞留するのかを産業連関分析マテリアルフロー解析手法を用いて分析した。2000年、2005年、2011年の産業連関表を用いてそれぞれの年で社会に投入された炭素量とその使用形態について時系列で検討を行い、上記三時点では新たに滞留に加わった炭素のグロス量は大きく変わらないことが明らかとなり、現代社会において炭素含有製品が飽和状態にある可能性が示唆された。一方で、年間の炭素滞留グロス増量は、同年間の二酸化炭素排出量と比べて約4.5%にしか満たないことも明らかになった。この結果から、人為的な炭素固定の規模は非常に小さいと見えるが、森林と比べるとそれほど大きな差はないことが明らかとなり、炭素を固定する媒体としての社会が一定の役割を持つ可能性が示唆された。今後の展開として、作成した産業連関表と結果をもととし、炭素含有製品のリサイクル方法によって社会における炭素滞留がどのように変化するのかを可視化するMaTrace手法を用いて解析し、低炭素社会の実現に向けて求められる技術開発の方向性について検討を行う。平成28年度に計画していた、炭素フロー可視化のための産業連関表の構築およびそれを用いた分析はほぼ完遂された。また、樹脂のマスバランスを統計的に検討し、プラスチックリサイクルによる樹脂供給が存在する可能性を見出すことができた。産業連関表にその流れを組み込むことができたことは、次の段階へ研究を進める重要な進展であったと考える。産業連関マテリアルフロー解析を用いて、石油化学製品(エチレン、プロピレン、その他の石油化学基礎製品、ベンゼン、トルエン、キシレン、その他の芳香族基礎製品)および木材に起因する炭素のうち、日本国内の経済活動に伴い製品へ固定されるものについて物質フローの可視化を行った。しかしながら、現状の政策や商業的に用いられている技術だけでは、多くの炭素が散逸しており、ライフサイクルアセスメントを用いた技術評価によりCO2排出削減に寄与すると明らかになっているような革新的な技術の導入と、その開発導入を支援する政策の必要性も明らかになった。この研究結果はEnvironmental Science and Technology誌(IF.6.198)に掲載された。また、産業連関マテリアルフロー解析を動的に拡張したMaTraceモデルを用い、革新的な技術が導入された際の、炭素利用形態の変遷の可視化に取り組んだ。最終製品の中で最も炭素含有量の大きい自動車中のプラスチックに着目し、結果として廃自動車処理で発生する破砕残渣(ASR)の高度リサイクルによって2050年における炭素の残存率が27倍にも向上する(現状0.44%→12%)ことが推計され、ASRのリサイクル技術の開発導入の重要性が示唆された。加えて、自動車以外の製品においても、廃プラスチック回収率を挙げることが、炭素の長期利用に大きく寄与することが明らかとなった。今後は、当初の研究計画に基づき、固定炭素の動的フロー解析(MaTrace)を行う。MaTraceのモデル拡張については単年の動的フロー解析の結果を検討したうえでその必要性を改めて吟味し、求められる情報及び数学的知見の収集を行う。産業エコロジー当初予定されていた書籍及び統計資料の購入がアカデミック価格の適用などにより少なく済んだこと、また研究成果の論文化が遅れた関係で英語論文執筆の際の英文校閲や投稿料、印刷代などに充てていた予算分を使用することができなかったため。次年度使用額は主に研究成果の論文化に伴う諸費用として使用する。翌年度分として請求した助成金については、当初の計画通りの配分で使用する。
流体状食品のシミュレーションと物性推定

流体状食品には,卵などのタンパク質や糖類の蜂蜜のように,微視的には高分子鎖が絡み合った材質がある.また,背景流体にコロイド状の微粒子が含まれるサスペンション流体等も存在し,これらの物質の巨視的な物性として,シアーシニングなどの効果が現れる.食品ごとに異なる物性を表現するため,今年度は,様々な食品およびその混合体の物性(特に粘性)を統一的に扱うためのモデル構築を行った.本研究では,まず応力と歪速度との関係を測定できるレオメータを導入し,様々な食品およびその混合体の流動特性を測定した.その結果,ハーシャルーバルクレイモデルによって,混合体も含めてその測定結果を精度よくフィッティングできることが分かった.この結果は,物性の混合モデルとして,ハーシャルーバルクレイモデルのパラメータ空間で閉じたモデルを考えることができることを示唆する.そこで,次にこの混合モデルの数理モデルを構築するために,まず,材料の弾性特性や粘性などをモデル化したバネ・(降伏応力付き)ダッシュポッド・背景流体などの基本力学素子を組み合わせるという方法での定式化を試みた.しかし,この方法で得られたモデルはハーシャルーバルクレイのパラメータ空間では閉じないという問題があった.次に,混合において物性パラメータが満たして欲しい公理系を定めた上で,混合演算子の関数系に関する考察を行うというアプローチをとった.その結果,この関数系は,ある可逆写像Fによって物性パラメータを変換し,変換された空間内で線形混合を行い,その結果をFの逆像で元の物性パラメータ空間に写す,という形で書けることが分かった.そこで続いて,様々な混合体について,混合比を変えた場合の応力と歪速度との関係を測定し,その結果からFを推定するというデータ駆動型アプローチをとった.この方法によって得られた混合モデルは,定性的に混合の様子をよく表現できることが分かった.混合体の物性表現モデルを得られたので,当初の目標を達成している.その過程で行き着いた,公理系から出発して混合の関数系を考えるというアプローチは強力であり,混合の関数系の仮定と制約に関する議論の透明性を高めるのに役立つことが分かった.得られたモデルは,蜂蜜とマヨネーズの混合体のように,(ある歪速度の範囲内では)混合体の方が単体よりも実効粘性が低くなるような,直感に反する現象をも表現できる.本研究で得られたモデルにより,質感表現において,単体の物性測定だけで,様々な混合体を表現できるようになったので,食品の調理などのように,混合比を動的に変化させながら混ぜるといった場合の写実的な質感表現の道を切り拓くことができた.この研究の成果は,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスであるSIGGRAPH 2019に採択された.混合体を含む様々な食品を統一的に扱うための物性モデルを構築できたので,次は映像からの物性推定について取り組む予定である.具体的には,物性が未知の対象食品の流動性をハーシャルーバルクレイモデルと仮定してそのパラメータを当てる,という問題として捉えることを考えている.その方法として,機械学習に基づく方法と,物理シミュレーションに基づく最適化を検討している.流体状食品には,卵などのタンパク質や糖類の蜂蜜のように,微視的には高分子鎖が絡み合った材質がある.また,背景流体にコロイド状の微粒子が含まれるサスペンション流体等も存在し,これらの物質の巨視的な物性として,シアーシニングなどの効果が現れる.食品ごとに異なる物性を表現するため,今年度は,様々な食品およびその混合体の物性(特に粘性)を統一的に扱うためのモデル構築を行った.本研究では,まず応力と歪速度との関係を測定できるレオメータを導入し,様々な食品およびその混合体の流動特性を測定した.その結果,ハーシャルーバルクレイモデルによって,混合体も含めてその測定結果を精度よくフィッティングできることが分かった.この結果は,物性の混合モデルとして,ハーシャルーバルクレイモデルのパラメータ空間で閉じたモデルを考えることができることを示唆する.そこで,次にこの混合モデルの数理モデルを構築するために,まず,材料の弾性特性や粘性などをモデル化したバネ・(降伏応力付き)ダッシュポッド・背景流体などの基本力学素子を組み合わせるという方法での定式化を試みた.しかし,この方法で得られたモデルはハーシャルーバルクレイのパラメータ空間では閉じないという問題があった.次に,混合において物性パラメータが満たして欲しい公理系を定めた上で,混合演算子の関数系に関する考察を行うというアプローチをとった.その結果,この関数系は,ある可逆写像Fによって物性パラメータを変換し,変換された空間内で線形混合を行い,その結果をFの逆像で元の物性パラメータ空間に写す,という形で書けることが分かった.そこで続いて,様々な混合体について,混合比を変えた場合の応力と歪速度との関係を測定し,その結果からFを推定するというデータ駆動型アプローチをとった.この方法によって得られた混合モデルは,定性的に混合の様子をよく表現できることが分かった.混合体の物性表現モデルを得られたので,当初の目標を達成している.その過程で行き着いた,公理系から出発して混合の関数系を考えるというアプローチは強力であり,混合の関数系の仮定と制約に関する議論の透明性を高めるのに役立つことが分かった.得られたモデルは,蜂蜜とマヨネーズの混合体のように,(ある歪速度の範囲内では)

混合体の方が単体よりも実効粘性が低くなるような,直感に反する現象をも表現できる.本研究で得られたモデルにより,質感表現において,単体の物性測定だけで,様々な混合体を表現できるようになったので,食品の調理などのように,混合比を動的に変化させながら混ぜるといった場合の写実的な質感表現の道を切り拓くことができた.この研究の成果は,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスであるSIGGRAPH 2019に採択された.混合体を含む様々な食品を統一的に扱うための物性モデルを構築できたので,次は映像からの物性推定について取り組む予定である.具体的には,物性が未知の対象食品の流動性をハーシャルーバルクレイモデルと仮定してそのパラメータを当てる,という問題として捉えることを考えている.その方法として,機械学習に基づく方法と,物理シミュレーションに基づく最適化を検討している.
有機フォトクロミズムを用いた生体等価型放射線イメージング素子の開発

前年度には、フォトクロミズムを呈する分子を対象とし、放射線照射による色調変化であるラジオクロミック特性を発現してきた。今年度には、引き続き、ラジオクロミック材料の開発も進めた。いくつかの光異性化機構の化合物を対象として研究を進めた結果、良好なラジオクロミック特性の発現には、光異性化の際の結合の生成・切断など、分子構造の顕著な変化の生じる化合物系が適していることが明らかとなった。また、今年度には、光異性化により蛍光特性を生じる化合物を対象とした研究を進めた。この化合物では光励起状態の形成後、結合状態の変化が生じ、色調変化を呈する。また、その際の分子構造変化により、蛍光波長が大幅に変化する。このような特性を有する化合物について、放射線により同様の異性化が生じた場合には、ラジオフォトルミネッセンス特性が発現するためである。そのような化合物を添加したPMMAやポリスチレン膜を作製し、X線を照射したところ、顕著な蛍光特性の発現が観測された。即ち、ラジオフォトルミネッセンス特性の発現に成功した。この系においては、1 kGy以下でも顕著な特性変化が観測され、今般の研究期間内で開発した材料の中で、最も感度の高い材料となった。これらの研究活動を通じ、おおむね、100 Gy100 kGyの高線量域において感度を有するラジオクロミックおよびラジオフォトルミネッセンス材料の開発に成功した。また、複数の感度領域を有する材料群の開発にも成功した。本研究では、有機フォトクロミック材料を用いた、新しい枠組みの放射線イメージング素子の開発を企図して、スピロピラン化合物6-nitro BIPSをはじめ、ジアリールエテン化合物BTTM、アゾベンゼン、およびN-サリチリデンアニリンと、蛍光スイッチング特性を有したジアリールエテン化合物を各々添加したポリマー膜へのX線照射が誘起するフォトクロミック化合物の異性化挙動を調べた。その上で、異性化のメカニズムごとに、得られる感度や線量域を分類した。フォトクロミック材料をPMMAまたはPSに分散した試料を作製し、X線の照射前後での吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した。6-nitro BIPSおよびBTTMでは、X線の照射による試料の色の変化を吸収スペクトルの変化から観測することに成功した。6-nitro BIPSでは、X線照射線量の増大につれ、試料が紫色から赤く変色した。これは、大線量の照射によりホストまたは色素が分解したためであると考えられる。BTTM添加試料では、X線のエネルギーにより、BTTMが熱に対して不安定な状態に変化したと考えられる。一方で、アゾベンゼンやN-サリチリデンアニリンでは、6-nitro BIPSやBTTMと比較すると、非常に高い線量でも吸収スペクトル変化はわずかであった。また、蛍光スイッチング特性を有したジアリールエテン化合物添加試料では、X線の照射により520nmの蛍光強度の増大を観測した。これは、有機物における初めてのラジオフォトルミネッセンス現象の観測であり、X線線量に対する感度も、現状の測定系を用いても0.110kGyと他の化合物に比べて高かった。蛍光スイッチング特性を有したジアリールエテン化合物添加試料では、X線の照射により520nmの蛍光強度の増大を観測した。この成果の新規性の高さから、当初の計画以上に進展していると判断した。来年度には、蛍光体の共添加による感度向上を図る。今年度の成果では、X線からフォトクロミック分子への直接のエネルギー付与による異性化を利用していた。来年度には、これに加えて、フォトクロミズムを生じる波長域で蛍光を生じる蛍光体を導入することにより、試料に付与されたエネルギーの一部をシンチレーションとして取り出し、このシンチレーションをフォトクロミック分子が吸収することによる光異性化をも引き起こすことにより、感度の向上を図る。さらには、より多様な粒子線に対する応答を定量的に評価する。

今年度には、重粒子線(高エネルギーのHeおよびC)に対する応答性を評価した。さらには、試料に対して、熱中性子との核反応断面積の大きい6LiをLiClとして添加し、中性子の検出可能性についても評価した。その結果、いずれも、わずかながら変化が見られた。次年度には、この定量的な評価を行う予定である。
難還元性金属とその合金の電析に用いる常温溶融塩系の創製と表面改質技術への展開

EMIC(1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド)系の新規常温溶融塩の開発と、これを用いた難還元性金属およびその合金の電析による表面改質技術の開発について研究し、以下の研究成果を得た。1.TaCl_5-EMIC-LiF溶融塩からのタンタルの電析について、電解浴や電解条件の影響を検討し、この溶融塩からは少なくとも5mol%以上のLiFを添加した場合にタンタルの電析が可能となることを見出した。また、静止浴においても0.1A/cm^2以上の極めて高い電流密度でタンタルの電析が可能であり、工業的な利用において極めて有利であることを明らかにした。2.AlCl_3-EMIC溶融塩中にMgCl_2を溶解して電極反応を研究した結果、この溶融塩からAl-Mg合金の電析が可能であることが明らかとなり、このAl-Mg合金の析出は純Alの析出よりも貴な電位で生じることが判った。また、MgCl_2濃度や電流密度が増加すると、合金中のMg含有率は増加し、Mg含有率が低い合金の構造はAlに類似したものであるが、Mg含有率が高くなるとアモルファス構造となることを見出した。3.EMICとNaBF_4からフリーなCl-イオンを含むEMI・BF_4・Cl室温溶融塩を調製し、SnCl_2、PbCl_2、InCl_3の無水塩化物を溶解して電極反応の解析を行った。その結果、この溶融塩からSn、Pb、Inの電析が可能であることを見出した。一方、AnCl、ZnCl_2、CoCl_2、NiCl_2、FeCl_2、CrCl_2、TICl_3、TiBr_4、IrCl_4、PtCl_4、TaCl_5についても研究したが、これらの金属ハロゲン化物からは少なくとも金属単体としての電析は生じないことが判った。EMIC(1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド)系の新規常温溶融塩の開発およびこれを用いた金属や合金の電析による表面改質技術の開発について研究し、以下の研究成果を得た。(1)EMICと金属塩化物との混合によって得られる新規溶融塩の探索を行い、NbCl_5-EMIC系、MoCl_5-EMIC系が室温付近で液相を形成することを見出した。また、これらの溶融塩に関する導電率・密度などの物性値を明らかにするとともに、各溶融塩中での5価のニオブおよび5価のモリブデンの還元反応機構を解明した。その結果、5価のニオブについては、NbCl_5が50mol%より小さい溶融塩中において3価まで、50mol%よりも大きい溶融塩中において2価よりも低酸化状態まで還元されることが明らかとなった。また、5価のモリブデンでは、MoCl_5が50mol%よりも小さい溶融塩中において2価よりも低酸化状態まで還元されることが判った。すなわち、本研究で開発したこれらの溶融塩では、他の低温溶融塩系に比べて、ニオブやモリブデンがより低い酸化状態まで還元されることが可能であることを見出し、さらに第3成分としてLiFを添加することなどによって、これらの金属が電析できる可能性が得られた。(2)代表的な常温溶融塩であるAlCl_3-EMIC溶融塩に代わる新たな常温溶融塩として、吸湿性の小さいEMIC-BF_4系溶融塩を合成し、これを電解浴とした電析への応用可能性について研究した。

これまで、室温での電析が可能となっていないチタンの電解浴としての応用について検討し、この溶融塩中にTiC1_3を添加した系での電極反応機構を明らかにした。その結果、3価のチタンは2価へほぼ可逆な1電子反応によって還元されることを明らかにした。(3)TaCl_5-EMIC-LiF常温溶融塩からのタンタルの電析について、電解浴や電解条件の影響を検討し、この溶融塩からは少なくとも5mol%以上のLiFを添加した場合にタンタルの電析が可能となることを見出した。また、静止浴においても0.lA/cm^2以上の極めて高い電流密度でタンタルの電析が可能であり、工業的な利用において極めて有利であることを明らかにした。EMIC(1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド)系の新規常温溶融塩の開発とこれを用いた金属等の電析による表面改質技術の開発について研究し、以下の研究成果を得た。(1)EMICとNaBF_4からフリーなCl-イオンを含むEMI・BF_4・Cl室温溶融塩を調製し、Sn(II)、Pb(II)、In(皿)、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)の各無水塩化物を溶解して、カソード反応の解析を行った。その結果、Sn(II)、Pb(II)、In(III)については0価への一段階反応によって各金属が電析することを明らかにした。一方、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)については、いずれも溶融塩のカソード限界電位よりも貴な電位では還元波が得られず、これらの金属が電析しないことが明らかとなった。(2)Sn(II)、Pb(II)、In(III)の電析についてその析出機構を詳細に検討した結果、In(III)からのInの電析については三次元核発生成長機構に従い、Sn(II)からSn電析またはPb(II)からのPb電析ではこのような三次元核発生を伴わないことを明らかにした。また、Inの電析では核発生が逐次型であることを明らかにした。(3)さらに、上記の溶融塩にTiBr_4を溶解してカソード反応を検討した結果、+4価から+3価への1電子反応に続いてさらに2段階の還元反応を生じるが、Tiの電析までは生じないことが明らかとなった。また、SnCl_2とTiBr_4をともに溶解した溶融塩を用いて、Sn-Ti合金の電析を試みたが、Sn単独の電析は生じるものの合金電析には至らないことが明らかとなった。(1)EMICとNaBF_4、からフリーなCl-イオンを含むEMI・BF_4・Cl室温溶融塩を調製し、SbCl_3の無水塩化物を溶解して、電極反応の解析を行った。その結果、Sb(III)については0価への段階反応によって金属Sbが電析することを見出した。また、その電析機構は三次元核発生成長機構に従うことを明らかにした。一方、Sb(III)はアノード反応においてSb(V)に酸化され、この反応が比較的可逆であることも明らかとなった。(2)EMI・BF_4・Cl室温溶融塩中にFeCl_2を溶解して電極反応を解析した。カソード側では電析は生じないことが判ったが、アノード側ではFe(II)からFe(III)への1電子反応が起り、この反応は電気化学的に極めて可逆であることを見出した。これまでEMI・BF_4・Cl室温溶融塩については、同浴組成での可逆反応系がなく、参照電極の構築が困難であったが、上記の結果からFe(II)/Fe(III)系が参照電極として使用可能であることを明らかにした。(3)EMI・BF_4・Cl室温溶融塩中にIrCl_4、PtCl_4、CrCl_2の各無水物を溶解して反応機構を解析した。
擬似尤度法による水産資源の死亡率推定に関する研究

水産資源の漁獲死亡率および自然死亡率の推定問題において,標識放流から得られる再捕データを観測値とした場合の統計モデルおよび推定方法について考察した.一般に,水産資源は空間的に集中分布することが知られている.また通常,漁獲を行う際の操業条件や魚の生残に関する環境条件も一定とは考えられない.ここでは,この様な不均一性および変動をランダムネスとして捉え,超過変動を考慮した統計モデルの構築を行った.この際,漁獲死亡および自然死亡の両尾数の経時的な減少過程を考慮した条件付モデルを利用した.ただし,観測値は実際には漁獲死亡尾数に限られる.そこで本研究では,自然死亡尾数を欠測値とする枠組で研究を行った.この枠組を利用することで,漁獲死亡尾数に対してDirichlet-多項分布を仮定した従来のモデルでは,漁期が進むにつれ漁獲死亡尾数に対する超過変動の大きさが減少する構造が明らかとなった.したがって,そのような強い制約のない条件付モデルは,より柔軟なモデリングを可能にした.またこの考察と並行して,分布型のずれに関する擬似尤度法の頑健性について,いくつかの分散関数を仮定し,モンテカルロシミュレーションにより考察した.この結果,真の分布を仮定した場合の最尤法に比べ,擬似尤度法では推定効率は当然落ちるが,その減少程度はそれほど大きくはないと判断された.欠測値となる自然死亡尾数の処理に関して,今回は観測値となる漁獲尾数の2次までのモーメントを利用することで対応したが,計算の負担をより軽減するアルゴリズムの開発が今後の課題として残った.水産資源の漁獲死亡率および自然死亡率の推定にはいくつかの方法がある.本研究では標識放流から得られた再捕データを観測値とした場合の統計モデルについて考察した.一般に,水産資源は空間的に集中分布することが知られている.また,漁獲を行なう際の操業条件や魚の生残に関する環境条件も通常一定とは考えられない.ここでは,この様な不均一性および変動をランダムネスとして捉える方法をとり,超過変動を考慮した統計モデルの構築を行なった.この際,漁獲死亡および自然死亡の両尾数の経時的な過程を考慮し,条件付モデルを対象とした.モデル内の確率的構造に関しては,Dirichlet-多項分布などのように分布型を特定する場合と,平均一分散関係のみを仮定する擬似尤度的な方法の二通りを考察の対象とした.自然死亡による標識魚の減少過程については,自然死亡尾数を欠測値とする方法と,パラメトリックに扱う方法が考えられた.自然死亡尾数を欠測値として含む場合には,不完全データの取り扱いが必要となる.このようなモデルに対する擬似尤度法に関しては,Morton and Heyde(1996)の研究があるが,経時的なモデルには対応していない.その為,推定方法およびアルゴリズムの拡張を試みた.またこの考察と並行して,分布型のずれに関する擬似尤度法の頑健性について,いくつかの分散関数の仮定の下で,シミュレーションにより考察した.この結果,真の分布を仮定した場合の最尤法に比べ,擬似尤度法では推定効率は当然落ちるが,その減少程度はそれほど大きくはないと判断された.水産資源の漁獲死亡率および自然死亡率の推定問題において,標識放流から得られる再捕データを観測値とした場合の統計モデルおよび推定方法について考察した.一般に,水産資源は空間的に集中分布することが知られている.また通常,漁獲を行う際の操業条件や魚の生残に関する環境条件も一定とは考えられない.ここでは,この様な不均一性および変動をランダムネスとして捉え,超過変動を考慮した統計モデルの構築を行った.この際,漁獲死亡および自然死亡の両尾数の経時的な減少過程を考慮した条件付モデルを利用した.ただし,観測値は実際には漁獲死亡尾数に限られる.そこで本研究では,自然死亡尾数を欠測値とする枠組で研究を行った.この枠組を利用することで,漁獲死亡尾数に対してDirichlet-多項分布を仮定した従来のモデルでは,漁期が進むにつれ漁獲死亡尾数に対する超過変動の大きさが減少する構造が明らかとなった.したがって,そのような強い制約のない条件付モデルは,より柔軟なモデリングを可能にした.またこの考察と並行して,分布型のずれに関する擬似尤度法の頑健性について,いくつかの分散関数を仮定し,モンテカルロシミュレーションにより考察した.この結果,真の分布を仮定した場合の最尤法に比べ,擬似尤度法では推定効率は当然落ちるが,その減少程度はそれほど大きくはないと判断された.欠測値となる自然死亡尾数の処理に関して,今回は観測値となる漁獲尾数の2次までのモーメントを利用することで対応したが,計算の負担をより軽減するアルゴリズムの開発が今後の課題として残った.
文化理解の新たな眼を育むための指導法開発：音楽の生成と気候の関りの学際的視点から

本研究は、国際化、多様化が進む今日の社会に生きる子どもたちに求められている「ものを総合的にとらえる眼」を養うことに寄与するために、小学校、中学校の学習を中心に文化理解を目的とした指導法の開発を行うことを目的としている。本年度は、これまで継続して行ってきた研究の成果を基盤とし、ドイツ語文化圏や北欧、日本での生活文化の中で生まれてきた歌や伝統的な季節の行事について、当該の地域の人々の季節感に視点をあてて、地域間の比較を交えながら学際的な分析を進めてきた。気候に関しては、ドイツ、北欧、日本を中心に、日々の変動の大きさに注目した解析を進めると共に、歌や伝統的な季節の行事の背景にある当該の地域の人々の季節感を捉える上で地域間の比較を行った。そこから、文化理解について、小学校から中学校、高等学校へと発展していく系統的な指導方法の具体化に向けた資料を精選することができた。資料を活用して、学際的な学習を進めていく上での核、繋がりについて提示することができた。それらをもとに将来教員を目指す大学の教員養成課程の学生を対象に、学際的な学習のプランを立て、実践を行い分析と考察を行った。ドイツや北欧を取り上げ、当該の地域の歌や季節の行事と気候を関連させた体験的活動を通して、日本とは大きく異なる季節サイクルや季節感、その多様性を捉えることで、それぞれの地域に対する文化理解に繋がる成果を得ることができた。ESD的な視点に立つ学際的な学習の可能性についても実践的に考察を深めることができた。平成30年度には、これまで継続して行ってきた研究成果を基盤に、さらに学際的分析を進めると共に、そのための新たな資料の収集を行った。その結果、文化理解について、学校教育で小学校、中学校、高等学校へと系統的な学習の発展と深めていくために資する素材を多数得ることができた。それらを教材として活用を図り、指導の構想を複数築き、実践の試案を提示することができた。例えば、日本、ドイツ、北欧の季節を歌った民謡において歌われている事象や季節の伝統的な行事の目的や様相、当該の地域の人々のくらしとの関わりを視点として学際的に考察を進めた。アジアやヨーロッパの季節サイクルについて比較気候学的に吟味した。そこから、地域文化の特徴の一端を浮かび上がらせることができた。民謡の歌詞に歌われている季節の事象が象徴している事柄や伝統的な季節の行事の由来や文化的な位置づけについて、その背景にある気候やくらしとの関わりからみることができた。これは、文化の多様性を捉え、歌や音楽表現の意図とするものを捉える上で有用な手がかりとなるものである。本年度は、大学の教員養成課程の学生を対象に学際的な学習を実践し、分析と考察を通して学習の可能性と課題を得ることができた。それらを小学校、中学校、高等学校向けに学習のポイントと関連を整理することによって、文化理解のための学習の系統的な流れを具体的に組み上げることができると考えている。このようなことから、本研究はある程度成功しているといえる。研究成果を日本音楽教育学会等で発表し、広く社会に発信している。次年度以降、ESDの視点も取り込んだ文化理解のための指導方法について一層考察を深め、小学校から中学校、高等学校へと繋がっていくような学習指導について具体的に提案し、広く発信していきたい。2019年度には、小学校から中学校、高等学校へと系統的発展的な指導方法を複数開発し、その実践と検証を進め、これまでの研究を深化させていきたい。そのために考察の視点の絞り込みと同時に、より広い範囲、素材を対象とした比較考察も試みたい。そこから、これまで明らかにしてきた音楽と気象・気候との関わり、文化理解学習への切り口がより鮮明に見えてくることが期待される。これまで分析と考察を重ねてきた日本、ドイツ、北欧に関して更に詳細に分析すると同時に、必要に応じてそれら以外の地域にも目を向けたい。例えば、「冬の追い出し」や夏至祭のような季節に関わる行事の祭りの様相、文化的背景、気候との関わり、地域による特色、等、複数の切り口からより多くの情報を得たい。また、音楽と同時に気候や季節をテーマとした文学も視野に入れたい。例えば、地域の民話や伝承にも目を向け、資料の収集を行いたい。そのための現地調査も予定している。これらは音楽の生成を知る手がかりであると同時に、気象・気候を捉える手がかりであり、学際的研究の素材として有用なものとして位置づけられる。それらを比較、考察し、その結果から文化理解のための素材を精選し、指導方法の具体的な提示のために活用したい。また、様々な形で研究の内容や成果を発信し多くの教育関係者と交流を図りたい。学校教育現場での実践に向け、学習を段階的に組み立て、文化理解の学習の指導方法例として提示する。そのために、これまでの研究成果を学術書としてまとめると同時に、教育現場で活用できるような分かりやすい冊子を教材として提供することも考えている。その際にESD教育についても踏み込み、本研究の音楽(芸術)と気候(科学)という独創性を発揮し、様々な分野の教育者、研究者から助言を得ながら研究を深めたい。研究成果を、国内外での学会の口頭発表や論文で発信し、完成年度として研究をまとめあげたい。