hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体膝関節機能を有する人工膝関節の最適設計

人工膝関節の最適設計,とくに多モ-ド適応潤滑機能の実現をめざした設計指針を検討した。1.3次元接触状態の解析人工関節の運動時の接触状態の空間的・時間的変化を観察するために,光学的な可視化観測を試みた。人工関節材としてのポリウレタン球面モデルやゼラチンモデルと透明材とのスクイズ試験および滑り接触試験について潤滑液中にアルミニウム粉末を混入することにより,潤滑膜プロフィルと混合潤滑下の接触部位を半定量的に計測することができた。ゼラチンをゼラチン低濃度溶液で潤滑することにより,ゲル膜潤滑の効果を見いだした。また,ポリエチレンモデルについては,粉末の影響を除くため有色液体を用いて同様の観察を行っている。さらに,レ-ザ式非接触変位計による人工膝関節の3次元形状デ-タ自動入力法の開発やセラミックスや表面処理材等の新材料のトライボ特性の評価を試みつつある。2.膝関節シミュレ-タ試験申請者らが独自に開発したパソコン・油圧制御方式の関節シミュレ-タにより,歩行時用の関節力と屈曲運動を再現し,実際の運動時における人工関節の潤滑性能や摩擦特性を評価した。とくに,制御とデ-タ計測用として2台のパソコンを並列使用することにより,制御・計測とも容易化できた。導電性材料を用いた電気抵抗法の適用や大腿側駆動軸におけるトルク変動測定に基づき,歩行条件下の人工膝関節における平均的な潤滑膜形成や接触状態の変化を評価し,人工関節の形状,弾性率や潤滑液粘度について最適条件を把握しつつある。3.臨床適用における最適置換法高機能の人工膝関節の臨床適用を実現するために,確実で容易に実行できる骨切除法,アライメント決定法,セメントレス固定法について,従来の臨床例の追跡調査を含めて人工関節の最適置換法を検討した。人工膝関節の最適設計をめざして、計画の基礎的段階を確立しつつある。1.3次元接触状態の解析人工関節の運動時の接触状態の空間的・時間的変化を観察するために、光学的な可視化観測を試みた。人工関節材としてのポリウレタン球面モデルと透明材とのスクイズ試験および滑り接触試験について潤滑液中にアルミニウム粉末を混入することにより、潤滑膜プロフィルと混合潤滑下の接触部位を半定量的に計測することができた。また、生体膝形状及び運動解析に基づいて試作(九大医学部整形外科と共同開発)した人工膝関節や現存の人工膝関節について、3次元曲面形状解析法を適用するために、3次元形状デ-タ自動入力法の開発を試みつつある。2.膝関節シミュレ-タ試験申請者らが既に独自に開発した関節シミュレ-タにより、歩行時の関節力と屈曲運動を再現し、実際の運動時における人工関節の運動性能や摩擦特性を評価した。導電性材料を用いた接触電気抵抗法の適用や大腿側駆動軸におけるトルク変動測定に基づき、歩行条件下の人工膝関節における平均的な潤滑膜形成や接触状態の変化を評価し、人工関節の形状、弾性率や潤滑液粘度について最適条件を把握しつつある。3.臨床適用における最適置換法上記の手法により試作改良した人工膝関節の臨床適用を実現するために、確実で容易に実行できる骨切除法、アライメント決定法、セメントレス固定法について、治具の開発を含めて人工関節の最適置換法を検討している。4.今後の展望また、各種人工関節材料の滑り接触試験により、摩擦摩耗特性を評価し、新材料の適用も検討しつつあり、以上の諸成果を今後の設計改良に反映させ、本研究を進める。人工膝関節の最適設計,とくに多モ-ド適応潤滑機能の実現をめざした設計指針を検討した.1.3次元接触状態の解析

人工関節の運動時の接触状態の空間的・時間的変化を観察するために,光学的な可視化観測を試みた.人工関節材としてのポリウレタン球面モデルやゼラチンモデルと透明材とのスクイズ試験および滑り接触試験について潤滑液中にアルミニウム粉末を混入することにより,潤滑膜プロフィルと混合潤滑下の接触部位を半定量的に計測することができた.ゼラチンをゼラチン低濃度容液で潤滑することにより,ゲル膜潤滑の効果を見いだした.また,ポリエチレンモデルについては,粉末の影響を除くため有色液体を用いて同様の観察を行っている.さらに,レ-ザ式非接触変位計による人工膝関節の3次元形状デ-タ自動入力法の開発やセラミックスや表面処理材等の新材料のトライボ特性の評価を試みつつある.2.膝関節シミュレ-タ試験申請者らが独自に開発したパソコン・油圧制御方式の関節シミュレ-タにより,歩行時の関節力と屈曲運動を再現し,実際の運動時における人工関節の潤滑性能や摩擦特性を評価した.とくに,制御用とデ-タ計測用として2台のパソコンを並列使用することにより,制御・計測とも容易化できた.導電性材料を用いた電気低抗法の適用や大腿側駆動軸におけるトルク変動測定に基づき,歩行条件下の人工膝関節における平均的な潤滑膜形成や接触状態の変化を評価し,人工関節の形状,弾性率や潤滑液粘度について最適条件を把握しつつある.3.臨床適用における最適置換法高機能の人工膝関節の臨床適用を実現するために,確実で容易に実行できる骨切除法,アライメント決定法,セメントレス固定法について,従来の臨床例の追跡調査を含めて人工関節の最適置換法を検討した.
カラー複写機用一成分現像剤に関する研究

電子写真現像剤が備えていなければならない基礎的特性は,粒径,抵抗率,溶融温度,等広い項目に及ぶが,なかでも帯電量は重要である.また,本研究では最終的には,予め電荷を付与した一成分現像剤を考えているため,現像剤の電荷保持能力にも注目して研究をすすめた.はじめに,一成分現像剤を構成させようとする原料ポリマー粉体の帯電性を評価した.その結果,ポリビニルアルコール,ポリ塩化ビニル,ナイロン,等の粉体は電荷保持能力が乏しく,コロナ帯電により付与した電荷は比較的短時間のうちに消滅することがわかった.一方,ポリエチレン,エポキシ,テフロン,等の粉体では,コロナ電荷は少なくとも1週間以上保持されることが確認された.実際の現像剤(トナー)はポリマーを主成分に,着色のための顔料,電荷制御剤,流動化剤,等複雑な組成を有するが,本研究では,とりあえずポリマーと顔料のみからなる擬似現像剤を試作した.それらの電荷保持能力をコロナ帯電後の表面電位減衰により評価した結果,試作した擬似現像剤は主成分であるポリマーの挙動をほぼそのまま引き継ぐことが判明した.すなわち,ナイロンを主成分とするものでは電荷の減衰が比較的速く,ポリエチレン,エポキシ,ポリエステルを主成分とするものは電荷の保持能力がすぐれている.さらに,試料粉体における電荷の保持状態をしらべるため,粉体層の熱刺激電荷減衰を測定した.得られたトラップの深さはポリマーの種類により0.81.2eVの範囲に分布した.ナイロンのように電荷保持能力の乏しいポリマーはトラップが浅く,ポリエチレンのように長く電荷の保持されるものではトラップの深い傾向が認められた.試作した擬似現像剤の摩擦帯電量は110μC/gであった.粒径が大きいためであり,この値に問題はない.電子写真現像剤が備えていなければならない基礎的特性は,粒径,抵抗率,溶融温度,等広い項目に及ぶが,なかでも帯電量は重要である.また,本研究では最終的には,予め電荷を付与した一成分現像剤を考えているため,現像剤の電荷保持能力にも注目して研究をすすめた.はじめに,一成分現像剤を構成させようとする原料ポリマー粉体の帯電性を評価した.その結果,ポリビニルアルコール,ポリ塩化ビニル,ナイロン,等の粉体は電荷保持能力が乏しく,コロナ帯電により付与した電荷は比較的短時間のうちに消滅することがわかった.一方,ポリエチレン,エポキシ,テフロン,等の粉体では,コロナ電荷は少なくとも1週間以上保持されることが確認された.実際の現像剤(トナー)はポリマーを主成分に,着色のための顔料,電荷制御剤,流動化剤,等複雑な組成を有するが,本研究では,とりあえずポリマーと顔料のみからなる擬似現像剤を試作した.それらの電荷保持能力をコロナ帯電後の表面電位減衰により評価した結果,試作した擬似現像剤は主成分であるポリマーの挙動をほぼそのまま引き継ぐことが判明した.すなわち,ナイロンを主成分とするものでは電荷の減衰が比較的速く,ポリエチレン,エポキシ,ポリエステルを主成分とするものは電荷の保持能力がすぐれている.さらに,試料粉体における電荷の保持状態をしらべるため,粉体層の熱刺激電荷減衰を測定した.得られたトラップの深さはポリマーの種類により0.81.2eVの範囲に分布した.ナイロンのように電荷保持能力の乏しいポリマーはトラップが浅く,ポリエチレンのように長く電荷の保持されるものではトラップの深い傾向が認められた.試作した擬似現像剤の摩擦帯電量は110μC/gであった.粒径が大きいためであり,この値に問題はない.今年度は、シアン,マゼンタ,イエローの3色のカラートナー(電子写真現像剤)、およびこれらのトナーの主成分であるスチレン,アクリル,エポキシ,ポリエチレン等の高分子粉体の粒状性、電気的性質の評価を中心に研究をすすめた。その結果、以下のような知見、成果を得た。1.平行平板電極間に充てんして測定したカラートナーのみかけの抵抗率は、すべて【10^(12)】Ωcm以上であり、通常のトナー(黒)と大きな違いはない。この事実は、カラー複写機においても従来の現像方式を大きく変更することなく採用できることを示唆する。2.カラートナーがポリふっ化ビニリデン,ポリスチレン等のペレットとの摩擦により得る帯電量をブローオフ法により測定した結果、摩擦条件にもよるが、1030μC/gの値が得られた。トナーの種類による帯電量の違いは大きくなはい。カラートナーの帯電量は同じ条件で測定した通常のトナーの帯電量より1.52倍大きく、影像力によりスリーブに付着させて現像を行なう、いわゆる一成分現像剤としての使用が可能と考える。3.熱刺激表面電位減衰法により、カラートナーにおける電荷の捕獲されている準位を推定したところ、いずれもleV前後の値が得られた。この値より、カラートナーの電荷保持能力は十分であると判断した。4.カラートナー充てん層のみかけの誘電率の値は1020であり、通常のトナーと大差はない。5.トナーの帯電量を制御する目的で添加する物質は、カラートナーの場合は任意に選定することはできず、色調も考慮する必要がある。以上の今年度の研究成果をふまえて、来年度は実際の複写機を用いての現像特性の把握を中心に研究をすすめる。
遅発性脳血管攣縮における中膜平滑筋細胞へのカルシウム流入抑制の効果に関する研究

2回クモ膜下出血モデルでの脳底動脈血管径は、正常を100%とすると、初回出血7日目では60.8%、14日目では58.5%であった。それに対し、Ca^<++>blocker(Perdipine)0.25mgの前処置後にクモ膜下出血を作成した群では、初回出血7日目での脳底動脈血管径は81.7%、14日目で83.1%と約20%の血管攣縮の軽減が認められた。また、Ca^<++>blocker(Perdipine)1.0mgの前処置群では、初回出血7日目の脳底動脈血管径は91.1%、14日目で91.6%と約30%の血管攣縮の軽減が認められ、Ca^<++>blocker(Perdipine)の前処置は、用量依存性に脳血管攣縮の軽減化を生じさせる効果が明らかになった。クモ膜下出血後に生じる持続する脳血管収縮の病態において、過剰なCa^<++>influxが重要な役割を果たしているものと思われた。Ca^<++>blockerの前処置にて、内膜のcorrugationおよび中膜平滑筋細胞層の肥厚は軽減し、電顕的には、中膜平滑筋細胞の空胞化もほとんど認められなかった。以上より、クモ膜下出血後に長期間にわたって存在する血管収縮および組織変性が、Ca^<++>blockerの前処置にて予防できることを明らかにした。また、この脳血管攣縮の予防効果は、クモ膜下出血後に生じる過剰なCa^<++>influxを防ぐことによって起きるものと考えられた。
土壌三次元微細形態構造解析のための薄片作成法の検討

土壌微細形態学は、土壌の生成に含まれるあらゆるプロセスを理解するために肉眼で容易に識別し得るレベルを越え顕微鏡レベル下での研究が特色で、非常に初期の生成作用まで同定ができる。この性質故に土壌学の分野を越えた広範な分野まで利用されつつある、例えば、考古学、生態学、地質学、土質力学などである。著者も実際に考古地質学での応用に使用している(1987、1988a、1988b)。しかしながら、いくつかの欠点も持っている、第一は、薄片の作製に多大なる時間を費やしなければならないこと、第二は、数十マイクロという非常に薄い二次元の世界であるということである。この薄い膜を土壌断面全体に拡張して理解することはなかなか難しい。三次元構造を考慮にいれて二次元平面を考えなければならないが、現実には、三次元的空間配置を理解できない。これらを解決するための研究の第一歩として、連続した切片の作成の方法の検討を行い、この結果を用いて土壌マクロ構造物の三次元構築を行った。1)連続切片の切り出しには、スライシングマシンNCM-30R型(日興機械製)を使用した。最終的には、直径56cmの試料を連続して数百マイクロの厚さで切り出し二次研磨で切片を調整した。2)切片像をパソコンで画像処理したのち、三次元構築ソフトウェア(APS-554、ピアス社製)で三次元構築を種々のデータで行った。土壌の中の孔隙、植物根、土粒塊等のマクロ構造物に関しては、ある程度の結果を得ることができた。他のマイクロ構造物に関しては、切片の厚さが数百マイクロという厚さのためにマイクロ構造を解析するには、さらに切片の厚さを薄くするための技術的改良をして行かなければならない。
慢性腎不全患者における血液透析用ダイアライザーへの蛋白吸着に関する研究

結果:単位面積当たりの吸着蛋白量は合成高分子膜で多く(AN69;766,PMMA;434,PA;132,PS-F;221,PS-T;317mg/m^2)、セルロース系膜で少なかった(Cu;96,CA;63,HE;38,Cu-E;96mg/m^2)。抽出分画毎に見た場合、ANやPMMAでは濾過や24時間放置後の抽出が多くを占めており、PAでは、24時間放置後の抽出にて多く抽出された。SDS-PAGEでは、アルブミン(MW:67k)やβ2-m(11.8k)に相当する位置においてバンドを認めた。そのほか、40k近辺をはじめとして、種々の分子量の蛋白が検出された。しかし、これらの分子量の分析では、透析膜や抽出分画により大きな差異が認められた。更に、血清における蛋白の分布とは大きく異なり、単に血清の濃度依存的に蛋白が吸着されるというわけではないことが示された。結論:透析膜における透析中の蛋白吸着現象は、膜素材やポアサイズにより量的、質的差異が認められることが示唆された。更に今後、各分画の蛋白の同定を行っていく必要があると考えられる。
Interactive AR（拡張現実）教育システムの開発

本研究では、理科教育にAR(拡張現実)を導入し、受講生の理解度をreal timeで計測・分析するInteractive AR教育システムの開発を目指している。受講生のreal timeデータを分析する手法として、多変量のSSA法(特異スペクトル解析法)の適用を考えている。拡張現実を組み込んだ教科書を作成するにあたり、動画を組み込んだ教科書(力学)を作成した。初年度は3DCGを含んだAR教科書を作成することと、AR教科書のシステムへの組み込みを予定した。これらを用いた講義データを解析するための準備としてSSA法を改良した。教科書は校正者からの指摘を受けて全面的に書き直し、ARを挿入する部分にQRcodeを仮置きし次年度の改良に繋げた。なお動画は次年度の講義で学生の反応により改良する予定である。SSA法では時間的に変化する複数のモードを分解するが、従来の方法では分解したデータ列に類似成分が出てくる冗長性があり、これがSSA法をreal time処理に用いづらい原因となっていた。この困難原稿構成を解消するため、新たなアルゴリズムとして直交した分解列を生成する「直交SSA法」を開発した。以下の諸点の改善が必要である:座標系の説明の仕方で、1教科書で例として取り上げている野球場を知らない学生がいることへの対応、2車の衝突例に不快感を覚える学生がいること。次にサーバーの設置である。これは納入された機械の不調とネットワーク回線の速度に問題があった。従ってeーLearningシステムは研究室内だけのIntranetで実験中である。次年度外部業者による高速ネットワークが設置されればそれを借り受けて実験を再開する。教科書の校正者からの指摘12は想定外であったので、記述と動画を再作成する。実施の準備としてIntranetで実験したシステムをInternetで公開し講義に導入する。表情認証システムは今年度から実験中である。カメラの映像が表情認証に十分な解像度を持っているかを検証して対応を考える。次年度使用額が生じた理由:校正者の調査に基づいた指摘と我々の調査による指摘の確認の結果、予定していなかった動画を作成する必要が生じた。そのため既に所有している研究室内だけのIntranetで実験したため、Internet関連の費用がかからなかった。同じシステムをインターネット上で実行するために研究費を次年度(平成31年度・令和元年)に執行する。
がん細胞におけるE-カドヘリン発現調節機構の解析

E-カドヘリン発現調節機構を明らかにするために、E-カドヘリンプロモーターの決定を行った。はじめに、ヒトゲノムライブラリをヒトE-カドヘリンcDNAプローブを用いてスクリーニングし、陽性クローンを単離した。クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)アッセイにより、近位200bp程度の領域が上皮性細胞特異的プロモーター活性のcis regulatoryelementを含んでいることを明らかにした。ヒトがん由来細胞株に-191プロモーター/CATコンストラクトをトランスフェクションしたところ、E-cadherin発現を欠く細胞株においてCAT活性の低下を認めた。そこで、プロモーター領域のCpGメチル化がE-カドヘリン発現低下の要因の一つとなる可能性を検討した。E-カドヘリンプロモーター領域はCpG richでmethylation sensitiveな制限酵素HpaIIの認識部位CCGGを多数含んでいた。そこでE-カドヘリン遺伝子5′領域のプローブを用いヒトがん由来細胞株におけるSouthern blotting analysisを行った。培養条件下で細胞間接着異常を示しE-カドヘリン発現を欠くヒトがん由来細胞株において、HpaII消化により、E-カドヘリンプロモーター領域のCpGメチル化を示唆するバンドが検出された。これらの細胞株をメチル化阻害剤である5-azacytidine10μMで15日間処理したところ、免疫細胞化学的に脱メチル化によるE-カドヘリン発現の回復が確認された。以上より、がん細胞において、プロモーター領域のCpGメチル化によりがん浸潤抑制遺伝子であるE-カドヘリンが不活化されることが明らかになった。
InGaN系量子ディスクにおける再結合過程の解明と制御

2光子吸収による過程は,光学遷移エネルギーの半分のエネルギーを持った光によって励起を行うものであり,ゼロ次元的な発光中心に対してより強い選択性を持って励起できることが実験的に示されている。われわれは,この効果をInGaN量子ディスク構造へ適用することにより,局在励起子の物性がより詳細に評価可能であると考え実験を行った。まず,単一量子ディスクに関しては,これまで1光子吸収の実験と同様に,2光子吸収においてもシャープなPLピークが観測された。しかも,その発光強度が,励起光強度の2乗あるいは4乗に比例し,それぞれ励起子および励起分子発光に対応していることが確認できた。次いで,この手法をランダムに形成した量子ディスク群に適応した。その結果,励起レーザスポット径内におおよそ100本のコラムが存在しているにもかかわらず,10本程度の発光線しか観察されず,局在励起子の選択励起を強く示唆する結果を得た。このPL強度は,励起光強度に比例しており,上記の単一ナノコラムで見られた依存性とは明らかに異なっており,コラムの集団効果によるものである。さらに,興味深いことには,発光強度の励起密度依存性には,閾値的な振る舞いが見られ,しかも,閾値を超えたときに発光線幅の狭線化が確認された。また,有限差分時間領域法(FDTD)シミュレーションによると,発光が,ある領域に局在する現象が見られ,実験結果とあわせて,2光子吸収によるランダムレージングを示す結果が得られ,Optics Express 19,9262(2011)に報告した。この成果は,2光子励起の励起波長を選択することで,波長可変のランダムレーザ発振が可能であることを示すものであり,量子ディスクの新しい光機能として注目されている。InGaN系量子ディスクの再結合過程の制御に関して,2光子吸収によるランダムレージングという新しい光機能性を発現させることに成功したので,「研究の目的」の達成度に関して,順調に進展していると評価できる。今後注目している展開は,プラズモニクスを利用した研究推進である。共焦点レーザ顕微鏡による予備実験によると,ランダム配列したAgナノドットが,表面プラズモン共鳴によって導波路として機能しており,InGaN量子ディスク中の励起子へのエネルギー移動が有効に生じていることが観測されている。次の研究目標は,このようなプラズモニクス回路を人工的に制御することにある。現在,FIBや電子ビームリソグラフィーを駆使して,Agナノドットの1次元配列やナノキャパシター構造による導波制御を目指した研究が展開しようとしている。多くの物質でランダムレージング観測されている.この現象は複雑なキャビティー構造を必要としないことが利点であるが,まだ多くのことが明らかにされておらず,基礎光物性の研究が大変重要である.一般的にランダムレーザ構造では,不均一な利得媒質において局所的な光の干渉が生じるが,これらの過程がどの波長でどの時間スケールで生じるかは任意性と不確定性がある.その結果,沢山のスパイク状の発振スペクトルが時間とともに変化するという性質が顕在化しており,そのことがランダムレージング固有の性質であると考えられてきた.本研究では,自然形成されたInGaN/GaNナノディスク群に2光子励起を行い,ランダムレーザ特性を測定した.InGaN/GaNナノディスク中には,量子井戸の2次元的な状態密度とともに,In組成揺らぎに起因すると思われるゼロ次元的な局在中心が形成されるが,2光子励起によってある特定の局在中心を選択励起することが可能となる.このため,ランダムレーザにおいても,一般的なキャビティー付レーザで観測されるように,安定な単一発振波長が観測された.この結果から,2光子励起のレーザ波長をチューニングすることで,様々な局在中心を選択励起することが可能であり,同一構造から波長可変で安定したランダムレージングが得られることが示唆される.さらに,不均一な構造を有効に用いれば,簡便に量子ドットレーザやアップコンバージョンレーザが作製できるものと期待しており,次年度以降に研究を展開させて行く予定である.2光子吸収による過程は,光学遷移エネルギーの半分のエネルギーを持った光によって励起を行うものであり,ゼロ次元的な発光中心に対してより強い選択性を持って励起できることが実験的に示されている。

また,有限差分時間領域法(FDTD)シミュレーションによると,発光が,ある領域に局在する現象が見られ,実験結果とあわせて,2光子吸収によるランダムレージングを示す結果が得られ,Optics Express 19,9262(2011)に報告した。この成果は,2光子励起の励起波長を選択することで,波長可変のランダムレーザ発振が可能であることを示すものであり,量子ディスクの新しい光機能として注目されている。InGaN系量子ディスクの再結合過程の制御に関して,2光子吸収によるランダムレージングという新しい光機能性を発現させることに成功したので,「研究の目的」の達成度に関して,順調に進展していると評価できる。今後注目している展開は,プラズモニクスを利用した研究推進である。共焦点レーザ顕微鏡による予備実験によると,ランダム配列したAgナノドットが,表面プラズモン共鳴によって導波路として機能しており,InGaN量子ディスク中の励起子へのエネルギー移動が有効に生じていることが観測されている。次の研究目標は,このようなプラズモニクス回路を人工的に制御することにある。現在,FIBや電子ビームリソグラフィーを駆使して,Agナノドットの1次元配列やナノキャパシター構造による導波制御を目指した研究が展開しようとしている。
フェムト秒-ピコ秒分光法による情報変換分子の動的構造変化の研究

レチナールを発色団とする色素蛋白であるロドプシンおよびセンサリーロドプシンの時間分解分光を行ない、光化学反応における中間体の挙動を詳しく調べた。1.タコロドプシンのピコ秒分光ヒプソ中間体はフォト中間体の光反応によって生成することが知られている。しかしフォト中間体を励起しない条件においてもヒプソ中間体が生成するか否かについての知見は従来の532μm光励起の測定からは得られない。本研究ではロドプシンを効率良く励起し、フォト中間体を励起しにくい波長461μmのピコ秒パルスを発生させ、8°Cにおけるタコロドプシンのピコ秒分光を行なった。測定および数値計算により以下の事実が明らかになった。a)フォト中間体から熱的にバソ中間体,ヒプソ中間体の両者が生成する。c)重水素中ではヒプソ中間体の生成時定数ならびに収率が増大することから、フォト中間体からバソ中間体を生じる反応の速度定数が重水中では水中より減少することがわかった。2.センサリーロドプシンのナノ秒分光高度好塩菌H.halobiumの光走性の光受容色素蛋白であるセンサリーロドプシン(【_SR_(590)】)のナノ秒分光を行い【_SR_(590)】の光化学サイクルについて以下の知見を得た。a) 10ナノ秒以内に生成する【_SR_(680)】中間体の収率は温度(3.5-33°C)に依らず一定であったが寿命は低温で増加した。b)【_SR_(680)】は中間体sRxを経て【_SR_(370)】中間体に変化することを見いだした。
水工学への応用を考慮した水生植物モデルの開発と湖沼・河川の炭素、栄養塩循環の解明

水生植物は水域の富栄養化に対して極めて大きな影響を及ぼすことが知られている。しかし、こうした水生植物を実務に取り入れるためには、効果の予測等において大きな問題を抱えていた。本研究では、こうしたことを考慮して工学的に利用可能な水生植物の予測モデルを開発することを目的に必要なデータの採取、モデルのサブモジュールの開発を行った。まず、特にバイオマスが大きく、炭素や栄養塩類の循環過程に与える影響の大きい抽水植物のヨシやガマを中心に、生長過程の定期的野外観測や栄養塩除去の手段として用いられている刈り取りを行った観測により、炭素や栄養塩類の年間の移動特性の把握を行った。次に、こうした結果を元に、生長および枯死後の分解モデルを作成、様々な現象の定量化を可能にした。この結果、明らかになったり可能になったりした事項は以下のとおりである。1)抽水植物の生長の予測、植物体を介した炭素および栄養塩類の循環量の年間の推移の評価、2)気象条件や緯度など異なる条件下での抽水植物の地上部と地下茎のバイオマス量の年間の推移の把握、特に高緯度ほど地下茎のバイオマスが大きくなる現象の機構や二次葉茎の意義等を解明した。3)抽水植物の競合についての解析が可能になった。4)刈り取りによる栄養塩除去量が可能になり、効率的に栄養塩を除去しかつ植物体を維持していくのに適した刈り取り時期の決定、5)流水下で沈水植物の有機物捕捉の把握、6)沈水植物と付着藻類の競合の際に生ずる現象の把握、などである。平成14年度は、特にモデリングに必要なデータ収集のために抽水植物の生態調査と、それに基づいたモデリング、沈水植物の室内実験を中心に研究を進めた。フィールド調査では、わが国の湿地環境における主要な種として、ヨシ、ヒメガマ、マコモ、オオクグの生態調査を行い、従来報告されていた事実の検証の他に次のような新しい結果を得た。(1)ヨシの炭水化物、栄養塩の循環においては、春の発芽時、葉茎の初期生長時には古い地下茎の貯蔵物を利用し、夏場、葉茎の生長終了後の地下茎への貯蔵は年齢に関係なく行われる。しかし、秋には若い地下茎に輸送が行われ、古い地下茎から若い地下茎への輸送も行われる。(2)ヒメガマにおいては、葉茎の生長が初秋時にまで継続されるために、葉茎の生長終了後の地下茎への輸送は若い地下茎を中心に行われる。(3)ヨシについて仮説がたてられていた、栄養塩が豊富な土壌および貧弱な土壌における、群落内のassimilation typeとtranslocation typeの二つのタイプの栄養塩循環の過程が、ヒメガマにおいても生じていることが示された。さらに、マコモにおいては、初期生長時に葉茎についての顕著なself-thinningを行うことによって、assimilation typeの栄養塩循環を行っていることが示された。(4)マコモにおける顕著なself-thinningは、他種の進入を妨害するものと考えられることが示された。室内実験においては、ヒロハノエビモを中心に生長実験を行ってモデリングに必要なデータを得るとともに、付着藻が生長に及ぼす影響を求めた。この結果、付着藻が繁殖することによって、ヒロハノエビモの生長が著しく妨げられることが示された。以上の結果を元に、ヨシにおける生長・分解モデルを作成し、栄養塩循環への適用、ガマ、ヒメガマにおける生長モデルを作成することにより、ガマとヒメガマの競合への適用、緯度の違いによる地上部、地下部のバイオマスの違いの評価に対する適用、刈り取りの影響の影響評価への適用、オオクグの生長モデルの作成およびヨシとの競合の解析への適用等のモデリングを行い、いずれも良好な結果を得た。さらに、従来の観測のみでは得られなかったメカニズムの把握においても様々な結果を得ることができた。平成15年度も昨年度に引き続き、昨年度行っていた、データ収集のための抽水植物の生態調査と、それに基づいたモデリング、沈水植物の室内実験は継続して進めた。

これによって、昨年度発見していたいくっかの特性は検証された。この他に、本年度は以下のような新しい展開を行った。まず、湖沼を対象にしたものについては、ヨシモデルを手賀沼に適用し、ヨシの植物体を介した栄養塩の循環量の予測を行った。また、刈り取りによる栄養塩除去を考えた場合の刈り取りの時期の影響を定量化した。さらに、シャジクモの観測を開始し、その結果を基に、シャジクモが湖沼の水質の安定化に果たす役割を以下のように推測した。まず、シャジクモは湖底を覆うために、魚等の湖沼の泥への接近を阻む。これによって、湖沼の土壌からの栄養塩の流出が防止される。また、シャジクモ自体、栄養塩を吸収して増殖するものの、枯死後は速やかに分解し土壌に堆積する。ところが、この土壌は極めて粘性が高く、容易に巻き上がらない。そのため、シャジクモの枯死後生成した有機土は湖底に厚く堆積し、栄養塩をトラップし続ける。また、この土壌は極めて還元性が強く、他の種の進入を阻む。そのため、湖底を覆う背の低いシャジクモ群落が安定して存在する。次に、木津川、花室川、手賀沼導水口等で、ツルヨシ、ササバモ、ヤナギモ、ヒメガマ、マコモ等の群落の観測を行って、流れ場のある場での特性を観測した。ここでは、以下のような点が明らかとなった。まず、砂州上に発達した抽水植物群落における有機物の堆積量は、枯死後の分解が遅いために、前回砂州が流出してから後の経過年に応じたものとなる。しかも、流出初期は地下茎が小さく、地上部のバイオマスも少ないが、経過年と共に徐々に増加していく。ヒメガマ、マコモ、ヨシが流れ場に存在する場合、ヒメガマとマコモは流速に応じて、株を集中させ、流れに対応する。それに対して、ヨシは茎が堅くこの茎が立ち枯れの茎に絡まることにより、大量のリターを捕捉する。そのため、流れの抵抗が大きくなることから、流れ場では他の種と比較して弱いものとなる。マコモは極度に株を集中、密生させるために、流れが強くなると、株ごと流されることになる。沈水植物であるササバモ、ヤナギモの観測では、以下のようなことが明らかとなった。沈水植物群落が形成されると、流れはその群落を迂回するようになる。そのために、その場で生産される有機物、上流から流下してくる有機物はその群落内にトラップされる。また、流れが迂回することから、その流れにそった場所で流速が速くなり、洗掘も進行するために、群落がより顕著な砂州として残されることになる。
後縦靭帯骨化症における肥満/耐糖能異常に関連する遺伝素因と環境因子の探索

我々はOPLL患者を対象とした疫学研究により,重症化する胸椎OPLL患者は若年で発症し,病的な肥満や耐糖能異常を併存し,脊椎の異所性骨化を多く合併する特徴を持つことを報告してきた.OPLLは遺伝的素因に環境因子が加わり発症する多因子疾患と考えられるため,OPLLの中でも特に共通した特徴をもつ疾患亜群(胸椎OPLL)に限定し,日本全国を対象に全ゲノム相関解析によって新規の疾患感受性遺伝子を同定することが目的となる.さらに近年少しずつ明らかになってきた,肥満や耐糖能異常が引き起こす全身の骨化が,OPLLとどのように関連するかを明らかにし,OPLLの増悪因子を同定することがもう一つの目的となる.我々はOPLL患者を対象とした疫学研究により,重症化する胸椎OPLL患者は若年で発症し,病的な肥満や耐糖能異常を併存し,脊椎の異所性骨化を多く合併する特徴を持つことを報告してきた.OPLLは遺伝的素因に環境因子が加わり発症する多因子疾患と考えられるため,OPLLの中でも特に共通した特徴をもつ疾患亜群(胸椎OPLL)に限定し,日本全国を対象に全ゲノム相関解析によって新規の疾患感受性遺伝子を同定することが目的となる.さらに近年少しずつ明らかになってきた,肥満や耐糖能異常が引き起こす全身の骨化が,OPLLとどのように関連するかを明らかにし,OPLLの増悪因子を同定することがもう一つの目的となる.
日本の公教育再編期における初等数学教育の改造と変容-『尋常小学算術』とその源流

本研究では、『尋常小学算術』(1935年)に注目して、近代数学教育史を再構成した。その結果、『尋常小学算術』がすでに戦時期の特徴を備えている点が明らかとなった。ここでの戦時期の教育の特徴とは、「科学に対する工学の優位」と「文化的他者の喪失」である。これらの知見から、戦時期と戦後初期の連続・非連続の問題、および遠山啓が提起した問題を読み解くことができる。本研究の目的は,日本の公教育の再編期(19101941)における初等数学教育の実践と理論を叙述することを通して,戦間期の教育の多様な実験と第四次小学校国定教科書『尋常小学算術』との関係を考察し,算数教育の実践,思想,カリキュラムの規定要因を明らかにすることである。これまで戦間期の算術教育を『尋常小学算術』で代表させる理解が支配的であったが,この理解は,戦間期の教育と戦時期の教育との結びつきの検討を難しくさせてきた。今回,戦間期の多様な教育の試みの中に『尋常小学算術』を位置づけることで,世界的に見られる戦時期の学習経験の空洞化を理解する手立てを獲得したいと考えている。この研究課題の遂行において,研究分担者との綿密な打ち合わせが重要である。そこで平成22年度末に,研究分担者の所属する新潟大学で次年度の研究方針を打ち合わせる予定であった。しかし,東日本大震災のため,打ち合わせが不可能となった。そこで,事前にメール等で調整の上,最終的に日本数学教育史学会(2011年11月11日,上越教育大学)の前後に打ち合わせを行った。打ち合わせでは,次の3点が確認された。(1)研究期間をめどとして,戦間期の数学教育史研究に関するレビュー(前年度に学会報告済み)を紀要に報告する。紀要に関しては,研究代表者ないし研究分担者の研究室紀要のうち,適当なものを選ぶ。(2)前年度の研究の過程で,戦後初期に研究対象を広げることが研究課題の遂行において有効であることが確認された。そこで,平成22年度,23年度は,戦後初期の教育言説の検討を行う。(3)『緑表紙教科書』を,そこで扱われる定理などを導出する論理に即して分析する作業は,予定通り行う。本研究の目的は、日本の公教育の再編期(19101941)における初等数学教育の実践と理論を叙述することを通して、戦間期の教育の多様な実験と第四次小学校国定教科書『尋常小学算術』との関係を考察し、算数教育の実践、思想、カリキュラムの規定要因を明らかにすることである。これまで戦間期の算術教育を『尋常小学算術』で代表させる理解が支配的であったが、この理解は、戦間期の教育と戦時期の教育との結びつきの検討を難しくさせてきた。今回、戦間期の多様な教育の試みの中に『尋常小学算術』を位置づけることで、世界的に見られる戦時期の学習経験の空洞化を理解する手立てを獲得したいと考えている。平成23年度に明らかにしたのは、次の3点である。第一に、第一次大戦後の多様な教育の実験の中で、生徒自身が学習活動の主体になることを授業改革のよりどころとする教育実践が開発されてきた。第二に、その実践の経験は、典型的な教材に整理され、『尋常小学算術』や戦時期の一種検定教科書に盛り込まれて普及した。しかし、その過程で、目の前の学習者にとって数学を学ぶ意義は背景に退き、「優れた教材」のパッケージの普及による教育改革が目指された。第三に、戦後教育改革とその退潮の過程で、戦時期の教育とバージニアプランの差異が捨象され、第3次学習指導要領において数学教育における理念の喪失という現在的状況の原型が成立した。以上の点については、下記の雑誌論文で報告した。本研究は、緑表紙教科書(『尋常小学算術』、1935年)の編纂過程に焦点を当てて、近代数学教育史を再構成するものであった。研究期間の最終年度に当たる今年度は、これまでの研究成果を整理しつつ、それを近代数学教育史というより広い文脈に位置づけなおす作業を行った。(以上の結果は、日本教育史研究会のサマーセミナーで報告した。)本研究を通して得られたのは次の2点であった。第一に、初等中等学校の算数・数学教育を敷衍してみた場合、緑表紙教科書とその編纂過程はすでに戦時期の特徴を備えていることが明らかとなった。本研究では、戦時期の教育の特徴を軍事的教材の導入に限定せず、最適化問題の導入に象徴される科学に対する工学の優位、および歴史性の脱色として現れた「文化的他者の喪失」として再定義した。それによって、現代の教育者が緑表紙教科書に抱く神話の歴史的構造を解明する手がかりを得た。第二に、文化的他者の喪失として戦時期を再定義した場合、戦後の生活単元学習は、アメリカの大衆消費生活が想定された架空の環境のもとで、戦時期の夢を追求したものとしてとらえられることが確認された。

したがって、緑表紙教科書の教育、戦時期の教育、および戦後新教育のある側面は、同一性で特徴づけられる。これによって、戦後のリベラル・エデュケーションの復権とその後の子ども中心主義との相克を理解する基本的な地図が得られたと考えている。研究対象を『尋常小学算術』そのものから戦前戦後の教育言説に広げる必要が生じたことから、当初計画していた研究の一部に着手していない。しかし、戦時期における学習経験の空洞化のメカニズムを明らかにするという当初の目標には接近しつつある。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、戦時期における学習経験の空洞化を問題にするものである。そしてこの2年間の研究の過程で、学習経験の空洞化は、今日における教育理念の不在状況と密接に関わっており、その総体をとらえるためには、研究対象を戦後初期まで広げる必要があることがわかってきた。そこで、今年度は、引き続き『尋常小学算術』の分析等を行うとともに、数学教育の理念に関する戦後初期の理解についても研究対象を広げて行きたいと考えている。そこで、今年度の研究実施計画は次の4点とした。(1)『尋常小学算術』および戦間期の教育言説の分析(佐藤)(2)『尋常小学算術』における真理性を導入する論理の分析(岡野)(3)戦後初期における「戦時期」の教育に対する理解の検討(佐藤)(4)以上を踏まえた研究成果の報告(佐藤、岡野)」24年度が最終年度であるため、記入しない。
地域産業連関モデルによる主要産業の特定方法の検討

地域産業連関表および産業連関モデルを用い,産業部門間の連関性指標を計測し,地域経済における産業部門の類型化を行う。連関性指標には高度な計算処理を要するものがあるが,比較的簡便な方法で計算可能な伝統的な連関性指標を用いて,地域経済の主要産業を把握する方法を確立する。また,地域経済の「稼ぐ力」をもつ産業を特定するため,生産誘発だけでなく,雇用,付加価値への波及分析に応用する。特に,雇用問題について,いわゆる正規雇用・非正規雇用別の誘発の分析に応用し,地域経済の特徴を探る。
X、可視、赤外、サブミリ波、GHz帯、MHz帯を用いた活動銀河核ジェットの解剖学

本研究の目的は、活動銀河核のkpcスケールジェットでの高エネルギー放射機構、組成を解明することである。具体的には、kpcスケールジェットを実に10桁にもおよぶ周波数帯において、すべて1秒角の極めて高い分解能で撮像し、1.ジェットの各成分ごとに、より詳細で確かなスペクトルエネルギー分布(SED)を描き出すこと、2.また電波帯、可視光で偏光情報を取得する、ことである。これらの観測量は高エネルギー放射機構の解明に直結するものであり、ジェットの組成、超高エネルギー宇宙線の研究に対しては重要な結果が得られることが期待される。この目的のために本年度は、a.SMA/PdBIを用いた230GHz帯での、クェーサー3C 273の230GHzでの撮像観測、b.VLBAを用いたクェーサーNRAO 140のサブkpcスケールジェットの偏光観測、に取り組んだ。研究a.に関して、我々は230GHzという周波数において世界で初めてクェーサーのkpcスケールジェットを撮像する事に成功した。この結果は7月にボストンで行われた国際研究集会で発表した。一方で、観測時の天候等の問題で要求した分解能および感度は得られなかった。そこで本年度予定していた345GHzでの撮像観測の提案を再び230GHzでの観測提案に切り替えて行い、受理された。研究b.に関して、我々はジェットが少なくとも2層以上の構造をなしている事を導いき、学術論文として出版した。このように、本年度の計画は、世界に先駆けて、ミリ波/サブミリ波でのジェットの研究を切り開くという観点、ジェットの偏光観測を遂行するという観点、において極めて順調に実行され、若干の修正を加えつつも予定した成果を達成することができた。
次善(セカンドベスト)経済における交通施設整備の便益評価に関する研究

(1)いわゆる核-周辺都市モデルにおいては,価格支配と集積の力が働き,複数均衡となる典型的な次善経済であるが,この場合には,対称均衡の交通需要曲線を用いて消費者余剰で交通便益が計測可能であることを示した.(2)環境質の変化の総価値は,利用価値と非利用価値の加法分離形で表現できることを示した.また,前者は直接と間接に分離可能であることを示し,上記の三つの価値が市場で観察可能な顕示選好データから個別に評価が可能であることを示した.(3)交通投資を,不完備市場リスク要因を持つリアル・オプションと見なして,その価格推定と実行時期の選択を行うモデルの提案を行った.そして,本手法が金融市場で評価されているリスクと連動している点でより適切な不確実性の評価であることを示した.(4)2010年に1990年比で17%アップの自動車関連CO2排出量を達成するに必要な環境税を導入した時の厚生的損失を計算するための自動車産業と自動車購入とその利用という動的行動を含むCGEモデルを開発し,適用して,政策提言を行った.(5)容積率と街路投資基準のあり方を分析した.いずれも最適に規制と投資が行われていれば,便益計測はショートカット理論でよい.規制が最適でないときの街路便益は規制による死加重の変化分を計測する必要があることを示した.さらに死加重の計測は(家賃-規制の限界費用)として計測すればよいことも示した.(1)いわゆる核-周辺都市モデルにおいては,価格支配と集積の力が働き,複数均衡となる典型的な次善経済であるが,この場合には,対称均衡の交通需要曲線を用いて消費者余剰で交通便益が計測可能であることを示した.(2)環境質の変化の総価値は,利用価値と非利用価値の加法分離形で表現できることを示した.また,前者は直接と間接に分離可能であることを示し,上記の三つの価値が市場で観察可能な顕示選好データから個別に評価が可能であることを示した.(3)交通投資を,不完備市場リスク要因を持つリアル・オプションと見なして,その価格推定と実行時期の選択を行うモデルの提案を行った.そして,本手法が金融市場で評価されているリスクと連動している点でより適切な不確実性の評価であることを示した.(4)2010年に1990年比で17%アップの自動車関連CO2排出量を達成するに必要な環境税を導入した時の厚生的損失を計算するための自動車産業と自動車購入とその利用という動的行動を含むCGEモデルを開発し,適用して,政策提言を行った.(5)容積率と街路投資基準のあり方を分析した.いずれも最適に規制と投資が行われていれば,便益計測はショートカット理論でよい.規制が最適でないときの街路便益は規制による死加重の変化分を計測する必要があることを示した.さらに死加重の計測は(家賃-規制の限界費用)として計測すればよいことも示した.本研究は,現実経済に存在する次善要因を考慮できる交通施設整備の便益評価手法の開発を目的としている.今年度については以下にあげる研究成果を得ている.(1)現実経済に存在する次善要因としてa)環境外部性,b)独占・寡占企業による価格支配,c)各種規制等を経済モデルに導入し,交通便益評価式を導出した.その結果,発生ベースのみで便益を計測することは不十分であること,さらにどのような経済的歪みを他に考慮すべきかを明らかにした.(2)次善要因a),b),c)それぞれの要因についてその経済的歪みの実際的計測方法について検討した.a)環境外部性については,多くのマニュアルおよび研究でCVMあるいはTCM,へドニックアプローチによる計測など実際的手法が既に検討されている.しかし,CVMは顕示された行動に基づかないため信頼性に疑問がある.TCMは訪問するような財のみに適用可能である.ヘドニックアプローチの場合は,small-openの仮定(あるいはKanemoto(1988)で示された仮定)が必要である.本研究では,プロジェクトが大きく,small-openが成立しない場合の環境質の評価値を計測する手法を開発した.なお,その開発した手法の実証的なパフォーマンスについて検討している段階である.b)独占・寡占企業による価格支配については価格支配度を測る指標であるラーナーの独占度を利用して,各市場別要因の推計段階(価格支配の程度)と,一般均衡を反映した交通施設整備の便益計測段階(価格支配のある場合の便益計測)を分ける方法を提案した.c)各種規制等については,道路混雑等の外部不経済対策である容積率規制と道路投資の組み合わせ政策手法を分析している.これにより,容積率規制が行われている次善の経済においても,常に適正な容積率規制が達成されている状況では,道路市場のみで道路投資の便益を計測できることを示した.本研究は,次善要因を考慮できる交通施設整備の便益評価手法の開発を目的としている.今年度については次善要因として環境外部性に着目して分析を行った、a)環境外部性の計測は,CVMあるいはTCM,ヘドニックアプローチによる計測が提案されている.しかし,CVMは顕示された行動に基づかないため信頼性に疑問がある.TCMは訪問するような財のみに適用可能である.ヘドニックアプローチの場合は,small-openの仮定(あるいはKanemoto(1988)で示された仮定)が必要である.本研究では,プロジェクトが大きく,small-openが成立しない場合の環境質の価値を計測する手法を開発した.具体的には時系列の地価変化を用いて計測する手法である.

その手法を仙台市の生活道路の便益計測に適用し,実証的なパフォーマンスについて検討した.この方法は用いる変数がヘドニックアプローチに比べて少ないため,多重共線性を避けることが可能といった利点を有している.b)環境の外部性を計測する手法として,TCMがある.この手法は顕示選好データから便益を計測できるという利点を有している.しかし,環境の外部性(例:公園等)を計測するためには,訪問することに対する最大支払い意思額を知る必要がある一方,実際に顕示されたデータは旅行費用に関する需要関数である.すなわち,現在のTCMでは旅行費用と最大支払い意思額が代替可能と暗黙裏に仮定されている、しかし,公園が複数ある場合,この仮定は成立しない、本研究では公園が複数ある場合について,上記で示した現在のTCMの問題点の指摘とその改善方法の提案を行った.さらに,TCMに用いる旅行費用変化による需要関数は,旅行費用変化による価格ベクトルの変化を考慮していない.特に,地価は大きく変化するため,この変化を考慮したTCMとする必要がある.これらの考慮方法についても本研究で提案した.本研究は次善要因を考慮した交通施設便益評価手法の開発を目的としている.本年度は最終年度であるので,下記の四つについて,本研究の最終の目的であるマニュアル化を目指して計算を実行することにより,そのマニュアル化が実現可能であることを確かめた.(1)動学的応用一般均衡モデルを用いた自動車関連炭素税導入に伴う市場経済的不便益の計測を行った.炭素税という次善要因そのものの不便益を計測した.しかも,交通部門に焦点を当てている点が特徴的である.交通部門のCO2削減目標2010年を1990年比で17%増を達成するには炭素税は3.87万円/CO2必要であり,そのときの年あたり市場経済的不便益は1.3兆円/年という値を得た.(2)動学ではなく静学的な多地域応用一般均衡モデルを用いて,特定の地域の社会資本ストックは地震などによって崩壊した時の各地域の経済的被害を計測した.具体的には関東地域の社会資本が10%減少したとき各地域の年あたりの経済的被害を等価的偏差で計算した.全国では3,400億円/年の被害であり,その大部分が関東である.中部,近畿では10億円/年程度の被害があるが,東北,中国,四国,九州では被害でなく10億/年程度の便益が発生することが判明した.(3)同じく静学的な多地域応用一般均衡モデルを用いて外航海運政策における次善要因の変化の国際経済に及ぼす便益を計測した.具体的には,アライアンスによる海運の生産性が10%変化したとき,船舶の大型化による海運の資本ストックが30%上昇したとき,内航海運市場の開放により10%を外航海運業が行うとしたとき,船員国籍を自由化して全ての船員がアジア籍となったときの貿易量に与える影響を計算した.(4)経済的リスクを考慮した社会基盤投資プロジェクトの動学的財務評価モデルを開発した.ここでは,事業をオプションとしてとらえ,リスクを証券などでヘッジ可能な要因と不可能な要因からなると考え,この不完備市場における事業の価値を推定する方法を提案し,それが実務に使えるように計算が可能であることを示した.
地殻表層付近における硫黄の地球化学的循環機構

硫黄は高等生物の必須元素の一つである。高等植物は硫黄を根系を通して土壌中の可給態硫酸イオンを吸収し、さらに体内で還元し、主としてとして含硫アミノ酸の型で蓄積する。天然における土壌硫黄の給源は、降水を通して大気圏から供給される海水起源風送塩、化石燃料および生物起源有機硫黄化合物に由来するものの混合物と考えられている。ここでは、硫黄安定同位態組成を指標とすることが有効である。地殻表層における生物圏をめぐる硫黄の地球化学的循環機構を明らかにするためには、まず始源物質である土壌硫黄の安定同位体組成についてのデータの集積を計画した。環太平洋地域の未耕地火山灰土から、可給体硫酸イオンを化学的に抽出し、最終的に亜硫酸ガスに変換し、安定同位体組成を測定した。その結果、北半球地域試料は南半球試料に比べて、その硫黄同位体組成は明らかに小さく、人為起源硫黄が卓越していることが、示唆された。南半球の大きな硫黄同位体組成は、海水硫酸イオンの寄与が大きいことが推察された。なお、集約農業地域においては、肥料に含まれる硫黄化合物が、土壌硫黄の主たる起源と推定されるから、目下世界各地の含硫黄肥料を収集し、その硫黄同位体組成を測定する準備を進めた。地殻表層における生物圏をめぐる硫黄の地球化学系循環機構を明らかにするためには、まず始源物質である土壌硫黄の安定同位体組成についてのデータの集積を計画した。その結果、北半球地域試料は南半球試料に比べて、その硫黄同位体組成は明らかに小さく、人為起源硫酸が卓越していることが、示唆された。なお、集約農業地域においては、肥料に含まれる硫黄化合物が、土壌硫黄の主たる起源と推定されるから、目下世界各地の含硫黄肥料を収集し、その硫黄同位体組成を測定する準備を進めている。