hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分解能イメージングで探る病原細菌IVＢ型分泌系のコア複合体

病原菌は感染を成立させるため、細菌由来のタンパク質を宿主細胞に輸送します。この輸送を司る、したがって感染現象の鍵となる細菌分泌装置はいくつかのタイプに分類されていますが、ピロリ菌やレジオネラが持つIV型分泌装置の実体はほとんどわかっていませんでした。本研究はレジオネラの病原性に必須であるIV型分泌装置の実体の解明を目的に行われ、細菌病原性に必須なIV型分泌装置としては世界で初めて、その中核を構成するコア複合体の単離および電子顕微鏡解析に成功しました。病原細歯のIV型分泌系は、病原因子を輸送するシステムとして、また接合伝達による多剤耐性菌出現を引き起こす主要な経路の一つとして、その全貌の解明が待望されている。細菌細胞表層に構築される複雑な超分子複合体であるIV型分泌系の全体像を解き明かすため、構造未知のIVB型分泌系の中核複合体や部分複合体を生化学的に単離し、分子あるいは原子レベルでの構造解析を行う。これにより、多様な輸送活性を担い、その進化的な成り立ちが謎につつまれているIV型分泌系の動作原理の解明を目指す。本年度はレジオネラDot/Icm分泌装置、およびそれに近縁なR64プラスミドの接合伝達装置に着目し、これらIVB型分泌系コア複合体の生化学的分離へ向け、出発材料および可溶化・精製法の検討を行った。その結果、定常増殖期にあるレジオネラ菌から得られたTriton X-100可溶化画分から出発して、超遠心分離ペレットの再溶解物をCsCl密度勾配遠心法で分画することにより、Dot/Icm IVB型分泌系コア複合体を20-50%程度の精製度で粗精製する方法を確立した。この画分のネガティブステインによる予備的な電子顕微鏡解析により、Dot/Icm IVB型分泌系コア複合体と考えられる構造物が観察されたが、免疫電顕法などでこれを確認するには至っていない。これまでに確立した方法により得られたコア複合体の構成タンパク質の確認等を進めると共に、今後のより高解像度な電子顕微鏡解析および結晶構造解析に向けて、精製度・収量を高めていく必要があることが示唆された。病原細菌のIV型分泌系は、病原因子を輸送するシステムとして、また接合伝達による多剤耐性菌出現を引き起こす主要な経路の一つとして、その全貌の解明が待望されている。これにより、多様な輸送活性を担い、その進化的な成り立ちが謎につつまれているIV型分泌系の動作原理の解明を目指している。本年度は昨年度までに得られたIVB型分泌系コア複合体について、構成タンパク質欠損株における部分複合体形成能を検討したところ、複数の構成タンパク質欠損株において部分複合体が形成されることを明らかにした。そのような部分複合体の解析から、構成タンパク質の位置情報に加えて、分泌系機能には必須ではないが分泌系形成に関わる構成タンパク質を同定することができた。これらの研究成果については、現在発表論文を投稿中である。さらに、より高解像度の電子顕微鏡解析および結晶構造解析に向けて、精製度・収量を高める精製法の開発を行っており、現在単粒子解析が行える程度に収量を高めることに成功している。ネガティブ染色あるいはクライオ電顕による単粒子解析については、今後本研究のさらなる展開として、外部の専門家との共同研究により進めていく予定である。本年度は昨年度までに得られたコア複合体の粗精製条件の最適化を行い、コア複合体を定量的に分離する条件を確立した。得られた画分のネガティブステインによる電子顕微鏡解析により、リング状構造体が観察された。複数のDot/Icm IVB型分泌系コア複合体コンポーネントに対する抗体を利用した免疫電顕法により、このリング状構造体がIVB型分泌系コア複合体であることを確認した。さらに、コア複合体の中核をなすと考えているDotGを欠いても、形状が若干異なる部分複合体と考えられる構造が観察できることを明らかにした。今後、これらのコア複合体・部分複合体について、構成タンパク質の決定、免疫電顕法より複合体中での構成タンパク質の位置の特定とともに、さらなる高解像度の電子顕微鏡解析および結晶構造解析に向けて、大腸菌発現系を利用するなど、より精製度・収量を高める精製法の開発を目指す。交付申請書記載の当初計画をおおむね達成できた。

25年度が最終年度であるため、記入しない。DotG欠失株からの部分複合体の単離など、IVB型分泌系コア複合体の形成の分子基盤解明に向けた特段の成果が得られた一方で、コア複合体の大量分離・精製系の確立にはいたらなかった。世界初となるIVB型分泌系コア複合体構造解析に目処が得られたと考えており、全体として、研究は順調に推移している。実績概要の通り現時点での最大の問題は、得られたコア複合体の精製度・収量ともに今後の高解像度解析には不足している点にある。次年度以降この問題に対応するため、特に収量を劇的に改善する狙いで、大腸菌におけるコア複合体構成タンパク質群の大量発現系の構築・精製法の検討を行う予定である。既述の通り、得られたコア複合体・部分複合体の精製度・収量ともに今後の高解像度解析には不足している。次年度以降この問題に対応するため、レジオネラからの複合体の直接単離に加えて、大腸菌におけるコア複合体・部分複合体構成タンパク質群の大量発現系の構築・精製法の検討を行う予定である。
膵臓癌のエピジェネティックな分子病態の解明と治療的アプローチ

構造的クロマチン因子high mobility group Aタンパク質(HMGA)の癌病態における分子作用機構と治療的アプローチとして、以下の3点についての知見が得られた。1)Retinoblastomaタンパク質(RB)との相互作用による異常増殖への作用。2)膵臓癌において、細胞接着因子E-cadherinの発現抑制性転写因子SNAIL発現活性化による、上皮間葉転換維持。3)let-7micro RNAによるHMGA遺伝子発現制御機構と膵臓癌表現型への影響。通常では発生過程の未分化細胞や幹細胞で高く発現する構造的クロマチン因子high mobility group Aタンパク質(HMGA)が、多くの癌で再活性化し癌化や転移能にそのエピジェネティックな機能をとおして作用するとされる。本研究では、その分子メカニズムとして、HMGA1タンパク質がretinoblastomaタンパク質(RB)と相互作用し、細胞が休止状態(GO arrest)となるのを阻害することを見いだした。1.具体的内容:HMGAIはRBのA,Bポケット構造部と相互作用してヒストン脱アセチル化酵素HDAC1と競合することにより、通常はRBにより抑制されるサイクリンEといったE2F標的遺伝子の発現を活性化させる。HMGA1の安定的過剰発現により、低血清状態で休止期に入るべき癌細胞が増殖を続け、さらに染色体不安定性を伴う核分裂異常像を呈した。2.意義:癌細胞は異常増殖に伴い、虚血や低栄養状態といった環境にさらされる。通常の細胞では休止期に入る状況においても癌細胞は分裂を続け、生き延び得るものが増殖し、進展していくとされる。本研究ではこの分子メカニズムの一つをHMGA1とRBの相互作用をとおして理解するものである。3.重要性:膵臓癌は乏血性の環境下で増大し、またHMGAタンパク質の再活性化がみられる。今後膵臓癌進展におけるHMGAをとおした病態の解明により、新たな治療の分子標的を提供することが期待できる。本研究では、膵臓癌におけるHMGA2タンパク質の癌特性への役割として、細胞接着因子E-cadherinの発現抑制性転写因子SNAILのプロモーターに結合しその発現を活性化することで、転移に有利となる間葉系細胞の表現型維持に作用することを見いだした。さらに治療的アプローチの観点から、膵臓癌におけるmicro RNAによるHMGA2遺伝子発現制御を解析した。1.具体的内容:膵臓癌細胞株においてHMGA2ノックダウンにより、細胞増殖能は低下し、E-カドヘリン発現上昇を伴う高接着性の上皮様に変化した。実際膵臓癌組織において、E-カドヘリンとHMGA2の発現は逆相関する。HMGA2はE-カドヘリンの発現を抑制する転写因子SNAILのプロモーターに作用し、発現を促進する。また、膵癌細胞株をRAS経路阻害剤(U0126)で処理すると、HMGAの発現低下を伴う上皮様の変化を認めた。U0126処理によりSNAILの発現は抑制されるが、これはHMGA2の安定的過剰発現により無効となる。また、HMGA2はlet-7microRNAファミリーの標的となっているが、let-7過剰発現による表現型の変化はみられなかった。2.意義:膵癌細胞では、変異型RAS経路の下流として、HMGAタンパク質が増殖能とEMTの維持に必要であることを示した。3.重要性: HMGA2を標的とすることで、膵臓癌転移の分子機構に重要な上皮間葉転換を阻害する新たな治療の可能性が期待できる。
NPOにおける雇用の安定及び拡大のための実証的研究

NPO雇用の安定及び拡大を究明するため,次の研究を進めた.第1に,NPOの人的資源を,既存統計及び文献を用いて実態把握した.特に,個人・世帯属性別にみたボランティアの傾向分析を行った.第2に,NPOを担う人材に焦点を当てた.国内ではシニアボランティアを,国外ではフィリピン及びバングラデッシュのNPO/NGO支援現場の事例収集を行った.第3に,職業能力開発手法を用いて,ボランティアやNPOに必要な能力プログラムの試案の作成と,これらに基づく市民大学プログラム等を提起した.NPO雇用の安定及び拡大を究明するため,次の研究を進めた.第1に,NPOの人的資源を,既存統計及び文献を用いて実態把握した.特に,個人・世帯属性別にみたボランティアの傾向分析を行った.第2に,NPOを担う人材に焦点を当てた.国内ではシニアボランティアを,国外ではフィリピン及びバングラデッシュのNPO/NGO支援現場の事例収集を行った.第3に,職業能力開発手法を用いて,ボランティアやNPOに必要な能力プログラムの試案の作成と,これらに基づく市民大学プログラム等を提起した.本研究では「NPOにおける雇用の安定及び拡大のための実証的研究」を行なう第一歩として,個人・世帯属性別にみたボランティア活動の実態とその傾向をボランティア統計(総務省統計局「2006(平成18)年社会生活基本調査報告第2巻全国生活行動編」「2006(平成18)年社会生活基本調査報告第4巻地域生活行動編」の政府統計)から把握した.その結果,特筆すべきは,ボランティア活動総数は減少したとはいえ,有配偶者,有職者,子育てや介護経験の有るもの,教育レベルや情報活用力が高いもの,社会的経済的状況が豊かなものほど,ボランティア活動の行動者率や活動日数が高くなる傾向にあった.つまり,ボランティアの世界にも,上記に示した配偶者や子ども,職業等を有するものがより活動を高め,無いものはより活動を低める,という格差が生じていることが明らかとなった.しかしながら,本来,ボランティアというものは,活動を通じて個々人の生活をも豊かにするものである.例えば,若年層の活動を通じたキャリア経験,無職女性や失業者の活動欲への契機,退職後の引きこもりや認知症の予防,障がい(児)者の豊かな活動経験と雇用の場等,多面的な生産的な活動への可能性を秘めている.そこで,平成21年度は, NPOにおける就業実態の把握をより鮮明にするため, NPOにおける有給職員(常勤,非常勤),ボランティア(有償,無償)の相違を,年齢別・男女別に類型化し,継続が可能となる条件を調査研究によって構造的に把握したい.その際,活動を支えてきた人的資源である個人の社会的・経済的条件,健康状態等,地域や生活の状況を重視する.さらに, NPO運営者(有給・無給)に必要な各々の能力開発の教育プログラムの試案作成と,ボランティア評価軸の設定及び検討していきたい.本科研費期間(2ヵ年)の最終年度にあたり,研究実績は以下の通りである.1.NPO組織における重要な人的資源となるボランティアの行動実態について,既存統計を用いて把握した.これは,2009年3月開催の日本NPO学会や同年7月のNPO学会・市民社会研究フォーラムで報告の上,「個人・属性別にみたボランティア行動の傾向-『2006年社会生活基本調査(生活行動編)』を用いて-」と題して,『聖徳大学生涯学習研究所紀要』(No.8)に投稿し,掲載済みである.2.NPOを担う人材に焦点をあて,質的な事例分析を行なった.これは,『地域福祉の今を学ぶ』(ミネルヴァ書房,2010年)にて「アクティブシニアが多彩なボランティア活動に取り組む」と題してシニアNPOの実情を報告した.また,国際NGO等を担う非営利組織として,フィリピンの貧困支援を行なうNPO(2009年11月),及びバングラデッシュにおける現地最大NGOのBRACと企業・政府のパートナーシップの現場(2010年2月)の視察に参加し,NPO及びNGOの雇用創出の現場を事例把握した.3.ボランティアやNPOに必要な能力プログラムの試案の作成とボランティア評価軸の設定については,職業能力開発手法(クドバス手法)を用いて,次の4点の分析を行なった.(1)ボランティアを行なう学生を対象に,「ボランティアによって身につく能力・技術」を分析し,大学におけるサービス・ラーニングの展開と質的な評価分析を行なった.(2)ESD概念を生涯学習の視点から精密化し,福祉教育・ボランティア学習学との関係から考察した.(3)相模原市を対象に,市民大学プログラム研究を進め,「市民講座の創造について,学びを活かす仕組みの構築」を報告した.(4)まちづくりコーディネーターに必要なプログラム研究に関するアンケート調査を2010年1月に実施し,詳細な検討を今後行なう予定である.
ポルフィリンの内外に2つの金属をもつ複核錯体の触媒機能

ポルフィリンピンサールテニウム(II)錯体を合成することを目的として、β-ビピリジルポルフィリンとターピリジンルテニウム(II)錯体を混合したところ、予想に反して炭素-水素結合の切断は起こらなかった。その代わりにルテニウムがポルフィリンにη^2配位したπ錯体が得られ、その構造をX線構造解析により明らかにすることに成功した。ポルフィリンの金属π錯体は非常に珍しく、特にη^2配位形式を持ったものはこれが初めてのものである。ポルフィリン平面とターピリジンの平面はほぼ平行であり、その面問距離は2.9-3.3Aと非常に近接している。このことはπ-πスタッキングの存在を示唆しており、通常は不安定な配位形式がπ-π相互作用によって安定化し、σ錯体であるピンサー型錯体へ変化するのを妨げているものと考えられる。実際、弱い相互作用を考慮できないDFT計算であるB3LYP法ではη^2配位構造を再現できないことが分かった。興味深いことに、π配位によってポルフィリンの電子的性質が大きく変化することが明らかとなった。吸収スペクトルでは100nm以上の顕著な長波長シフトとともに極度のブロード化が見られた。また、^1HNMRおよび理論計算から芳香族性の減少も示唆された。遷移金属のπ配位はポルフィリンなどの機能性π共役系分子の電子物性を変化させるのに有効であると考えられる。β位に1つピリジル基をもつポルフィリンに対し、白金(IV)塩を作用させると2つのポルフィリンが炭素-白金結合を介してつながった白金(IV)架橋対面型ポルフィリン二量体が得られることを見いだした。対面型ポルフィリン二量体は光合成反応中心に存在し、電荷分離の重要な機能を担っている。さらに、分子認識・小分子の活性化など、触媒や機能材料として期待されることから注目されてきた分子群であり、これまで活発に研究されてきた。しかし、炭素-金属σ結合で架橋したポルフィリン対面型2量体はこれまで全く報告されていない。得られた錯体のX線結晶構造解析から2つのポルフィリン環はほぼ平行であり、その平面間距離は3.4-3.8Aと近接していることが明らかとなった。ポルフィリン間のπ電子相互作用の結果、対面型構造を取っていると考えられる。溶液中でもこの構造は保たれており、1H NMRにおいて隣接ポルフィリンの遮蔽効果によるシグナルのシフトが確認できた。このポルフィリン二量体の遷移金属架橋部にはRedox活性があるはずであり、これは従来の有機基を架橋部位としたポルフィリン二量体と大きく異なる点である。検討の結果、メチルヒドラジンを反応させると、八面体型の配位形式を持つ白金4価が正方形の白金2価へと効率良く還元され新たな対面型二量体が生成した。X線結晶構造解析によりこの配位形式の変化に伴い、2つのポルフィリン環の配置が大きく変化していることが明らかになった。架橋部位の価数の変化に伴い2つのポルフィリン間の電子的な相互作用も変化することが電気化学測定によって明らかとなった。これら対面型二量体はそれぞれ螺旋のキラリティを持っている。キラルカラムにより各エナンチオマーを分割することに成功した。そのキラリティは溶液状態でも固体状態でも長期間安定である。さらに、光学的に純粋な白金4価錯体のM体を還元するとヘリシティの反転起こり、白金2価錯体のP体が得られることがわかった。
ラサヴァーヒニー批判的校訂本の編纂

『ラサヴァーヒニー』第V章・第VI章の批判的校訂本の継続を意図して第VII章の本文校訂の作業を進めると共に、『ラサヴァーヒニー』の成立・流伝といった文献史上の位置を確定する考察を企てた。校訂作業の方針は松村1992に示されたものを基本的に踏襲しつつ、その妥当性の検証と補正の必要性が無いかに配慮しつつ進めていった。おおよそはSaddharm〓la〓k〓rayaにつながるシンハラ伝承の本文を確立することを意図しているので、入手できた1896年出版のシンハラ文字刊本を底本として転写を開始し、それに他写本の異読を記してゆく手続きをとった。作業の途中で問題となったのは、今回British Libraryより取り寄せたマイクロフイルムが撮影の技術的不備のために判読不能であったことである。従つて、同図書室所蔵写本の部分については校合作業は空白のままに留まった。同章は分量的に大きいので、一年間では完了できないが、当初のプラン程度には進み得たので更に翌年度も継続する予定である。また本テクストには散文と韻文が交互に現れるが、韻文部の韻律分析は本文批判と表裏一体の関係にあり、重要である。今回の研究ではビルマの伝承は概して古い伝承を伝えているものの、こと韻律に関する限り、書写生が古典韻律の知識を具えていたために、しばしば古典の規則に合致させるためのinnovationを呈示した形跡が明らかになり、一つの研究成果であった。ここでの仮説は更に本テクスト全般にわたって検証され、確定さるべきものであり、今後の研究への一つの方向性を示すものと言えよう。また、松村1993により『ラサヴァーヒニー』と同種のテクストとの関係を考察した結果、前者の複合的性格の一端も明らかになった。
ケーラー多様体上の相対エントロピー

相対エントロピーとは確率分布族のモジュライ空間上で定められる距離関数に類似した量で、モジュライ空間に自然なリーマン計量を定める。特に、運動量写像や上記のリーマン計量を介して、多項分布の双対として複素射影空間上の標準的なアインシュタイン=ケーラー計量が得られることが知られている。これは情報幾何における相対エントロピーという概念が、ケーラー多様体上でのある種の非線形可積分系やモジュライ空間、更には適当なシンメトリーの下での運動量写像と何らか深くかかわっていることを示唆している。こういう観点から、シンプレクティック構造の退化した場合の運動量写像の研究を小田(昌史)、野田(知宣)両氏と共同で行った。また類似の観点から、アインシュタイン=ケーラー計量とモジュライ空間の関わりについてのティアンの最近の仕事の整理及び見直しを、シンガポール大学のLin Weng氏と共同で推し進めた。一方、ケーラー多様上の(上記の相対エントロピーを含めた)より一般的な諸構造の系統的研究が、例えばmultiplier ideal sheaf,HoгmanderのL^2-method、特異エルミート計量等の道具を用いて新たな展開を見せようとしている。これは重要な方向性として“森理論の局所化"の前段階を含むが、こうした新しい視点から多重種数の変形不変性予想をとらえ直す作業を、辻元氏と共同で行っている。また、これら活動の一環として、1996年11月5日から8日まで、菅平に於て、少数精鋭方式の研究集会“複素幾何シンポジウム"を24名の参加者を以てとり行った。
高安動脈炎の放射線診断学的研究-とくに急性活動期における胸部X線所見とその経過-

急性活動期の高安動脈炎15症例(全て女性、年齢18-37歳、平均27歳)の胸部単純X線所見について、急性期とその後の経過を最長20年にわたって各症例ごとに追跡検討した。主な大動脈の変化は、心拡大(20%)、上行大動脈の拡大(47%)、弓部の拡大(80%)、下行大動脈の変化{外縁の不鮮明化(40%)、限局性突出像(60%)、波状不整像(27%)、拡大(40%)}であった。上行大動脈の拡大は弓部や下行大動脈の拡大を同時に伴っていることが多かった。これらの変化は経時的に著しく変化した。下行大動脈の外縁の変化が最も変化しやすく、治療後早期(1か月以内)に限局性突出像が消失し正常化するものや、3か月-1年の間に平滑化するものがあった。しかしその後はいずれも数年を経て壁不整像が再び出現した。大動脈の壁の石灰化は初診から速いもので4年後にX線写真上で認められたが、その後は急速に進行した。石灰化は初期から大動脈の拡大を示す症例程著明な傾向があった。また左傍気管縦隔陰影(T-LSA)の拡大が67%に認められ、急性期の本症の診断に有用と思われた。大動脈の変化と同様治療後は縮小し、左鎖骨下動脈や左総頸動脈の壁の炎症の消退を反映する所見と考えられた。心拡大は初期から認める例は少数であったが経過とともに出現した。高血圧や大動脈弁閉鎖不全が主な原因と考えられた。肺血管の変化は区域枝以上の太い動脈の閉塞でないかぎり単純写真上での診断は困難と思われた。高度の肺動脈閉塞を伴った例で肺梗塞を合併した例があった。1975年2月から1996年1月までの21年間に、当院で経験した高安動脈炎64例中急性期に発見され経過の観察できた10例を対象とした。本研究の目的である急性期におけるX線所見の特徴と、その後の変化を詳細に検討するため、初診時から経過の観察できたこれまでのX線写真と、確定診断の契機となったCT,MRI,血管撮影、核医学検査など他の画像をも同時に収集した。資料が実際に入手でき経過観察が可能であった症例の期間は4年から最長18年間である。現在までにフイルムの収集はほぼ完了し、その一部をコピーするかパソコンに入力保存しそれぞれの画像所見の拾い上げを開始している。胸部写真については、原則として正面、側面について、とくに以下の項目と、その経時的変化について検討中である。1)心拡大の推移:心拡大は心胸郭比を参考にしたが、必要に応じて各心房、心室の拡大の有無も記載した。また血圧との関係も考慮した。2)大動脈の拡大:本症の最も重要な項目であり、上行大動脈、弓部、下行大動脈に分けて検討中である。合併する可能性のある大動脈弁閉鎖不全については心雑音の有無など他の所見をもとに検討している。3)下行大動脈外縁の異常(不鮮明化、辺縁の波状不整像scalloping,限局性膨隆、石灰化など):急性期の大動脈の変化として最もしばしばみられる変化であり、また経時的変化の最も著しいところでもあるので短期間毎の検討を行うことにしている。

4)左傍気管軟部陰影の幅:大動脈弓分枝のうち左総頸動脈、左鎖骨下動脈の急性炎症に伴う壁の肥厚や瘤形成の可能性を示唆し得る所見であり検討項目に加えた。その他、5)肺血管の異常と肺虚血、6)肺浸潤、7)胸水、8)横隔膜、9)肋骨異常、などについても検討中である。また以上の所見と臨床症状や血液生化学所見とも比較検討する予定である。1.急性高安動脈炎15症例(平成9年度に集めた10症例にさらに5例を加えることができた)の初診時の胸部単純x線所見で、(1)心拡大、(2)大動脈の拡大一上行大動脈、弓部、下行大動脈(3)下行大動脈外縁の変化(不鮮明、限局性突出、波状不整像)(4)左傍気管軟部陰影の幅(T-LSA)(5)その他(肺野の透過性と肺血管陰影、その他の異常陰影))につき、その後の経過を長期(4-20年)にわたって検討した。また同時に行われた大動脈造影(n:15)、CT(n:1),MRI (n:1),肺血流Rlスキャン(n:11)と比較した。2.急性期の変化は、心拡大(20%)、上行大動脈の拡大(47%)、弓部の拡大(80%)、下行大動脈の拡大(40%)、下行大動脈外縁の不鮮明化(40%)、限局性突出(60%)、波状不整像scaloping(27%)であった。3. T-LSAは初診時の患者群では30歳以下で1.7±0.3cm(平均値±標準偏差値)、31-40歳では2.1±0.7cmと正常コントロール群(それぞれ1.2±0.2cm,1.3±0.2cm)と比較して拡大傾向にあり、前者では統計学的に優位であった(p<0.05).4.経時的には下行大動脈の変化が最も著しく、1年以内に著しく変化したが、その後数年に亘って大動脈外縁が不整化した。石灰化は最短4年で写真上で指摘できた。5. T-LSAも炎症の消退とともに急性期に縮小するものが多かったが、長期に渡って残存したものは左総頸動脈や左鎖骨下動脈に動脈瘤を形成したものであった。
ワイドギャップ半導体のプラズマエッチングプロセスにおけるUV照射効果の解明

ワイドギャップ半導体のプラズマエッチングプロセスにおいて発生する欠陥について、欠陥形成へのUV照射効果を調べる目的で、UV照射とイオンビームエッチングを同時に行える装置を作製した。しかし、この装置ではUV照射の顕著な差異を検出することができなかった。これは、イオンビームエッチングの場合、プラズマエッチングと比較してイオンフラックスの量が格段に少なく、相乗効果が出にくかったものと考えられた。そこで、UV発光に差のあるArとCF4およびO2とN2の4種類のガス種についてAlGaN膜等のプラズマエッチングを試み、さらにUV照射装置を組み込むことにより、表面ダメージが増え、ピット状に欠陥ができた。平成26年度は、UV照射とイオンビームエッチングを同時に行える装置を作製し、SiおよびGaNの基板についてエッチングを試みた。その結果、UV照射の有り無しで、エッチングレートに大きな差を生じていないことが分かった。一方、共同研究者の協力で、プラズマエッチング装置中にブラックライトランプを導入してn-GaN基板をHeガスでプラズマエッチングしたところ、ガス圧の高い領域で顕著なエッチングレートの増加と表面欠陥の発生を確認した(R.Kawakami et al., Thin Solid Films 570 (2014) 81-86.)。また、UV発光が顕著に見られるArプラズマと、ほとんどUV発光が無いCF4プラズマでAlGaN試料をエッチングしたところ、ほぼ同じガス圧条件ながらArプラズマでエッチングした試料のみに顕著な表面欠陥が観測された。表面欠陥はガス圧が高い場合にのみ発生し、この時のプラズマからのUV発光量も多い(S.Hirai et al., e-J. Sueface Sci. and Nanotechnol. 2015投稿中)。以上の結果より、UV照射とイオンエッチングの効果は相乗的であり、どちらかが不足すると、その効果が顕著に見えて来ないのではないかと考えている。すなわち、イオンビームエッチングの場合にUV照射の効果が顕著に見えなかったのは、プラズマエッチングと比較して、イオンフラックスの量が格段に少ないのが要因ではないかと考えられる。今後イオンビームエッチングにおいても、イオンフラックスの量を増やすような対策を考えていく。一方、TiO2膜をエッチングした試料において、Ti-L2,3吸収端の乱れた軟X線吸収スペクトル形状が、UV照射を行うことによって回復することを見いだした。この現象はUV照射により発生し、欠陥にトラップされた電子が関与すると考えられる(K. Sano et al., J. Vac. Sci. Technol. A33 (2015) 031403. )。平成27年度は、ワイドギャップ半導体材料としてAlGaN, VPE-GaN,およびTiO2スパッタ膜について、ガス種をArとCF4および大気圧酸素について、UV照射効果を比較した。ここでは特に、AlGaN試料をCF4プラズマ処理した結果について述べる。CF4ガスを用いたプラズマは非常に暗く、UV領域の発光も少ない。これに対してArはUV領域の発光が強い。AlGaN試料について、両ガスによるプラズマ処理表面を比較すると、Arプラズマでは表面欠陥が発生し、粗さも増大した。一方、CF4プラズマでは、表面荒れがほとんど起こらないことが分かった。しかしながら、CF4プラズマに、さらにUVランプを用いてUV照射しながら表面処理すると、顕著な表面欠陥が現れた。この欠陥は、CF4ガス圧の高い100mTorr、かつ60min以上の長時間エッチングにより顕著に現れた。UV照射しながらの表面処理による組成変化として、N/Ga比が短時間の処理でも急激に減少し、N原子(イオン)の選択エッチングがエンハンスされることが分かった。しかしながら、軟X線領域の吸収分光法(NEXAFS)で測定した化学結合状態をArプラズマで処理したものと比較すると、結晶構造の乱れ方はArよりも小さかった。すなわち、上記3者の処理によるダメージの大きさは、CF4<CF4+UV<Arのように準位付けできる。(S. Hirai etal. e-J. Surf. Sci. Nanotech. 13, 481 (2015))また、その理由について、XPS法やプラズマシミュレータ等による解析から、CF4においてはガス圧高い領域でF+イオンが生成し、これがAlやGa原子と結合して化合物が形成されるため、N欠陥の形成を抑制し、比較的平坦な表面を形成するのではないかと考察された。(R. Kawakami etal. Vacuum, 119, 264 (2015)).イオンビームエッチング装置では、予想していたものよりUV照射効果は小さく観測された。これは、イオンビームエッチングはイオンフラックス密度がプラズマエッチングと比較して小さく、UV照射効果が十分に顕在化しないのが要因ではないかと考えられる。これに対して本年度は、プラズマエッチング装置内にUV照射機構を設けることにより、別途UV照射効果を検討できた。平成28年度は、ワイドギャップ半導体材料として、AlGaN/GaN膜およびTiO2スパッタ膜について、ガス種をO2とN2とし、エッチングダメージ等を比較した。AlGaN/GaN膜に関しては、O2プラズマよりもN2プラズマエッチングによるダメージが大きいことがN-K領域のNEXAFSスペクトルを比較することによって分かった。これは、O2プラズマが紫外線領域の発光成分をほとんど持たないのに対して、N2プラズマにはAlGaNのバンドギャップより大きなエネルギーを持つ複数の発光成分が観測され、紫外線照射によるシナジー効果によって、より大きなダメージを受けているものと考えられる。XPS法で表面組成を評価すると、O2プラズマよりも、むしろN2プラズマで処理した方が表面酸素量が多くなることが分かった。

これは、N2プラズマにより大きなダメージを受けるため、表面欠陥の量がより多くなり、試料を大気暴露したときにより多くのO原子が試料表面に取り込まれるためであると考えられる。TiO2膜に関しては、誘電体バリア放電酸素プラズマの照射による酸素欠損へのOイオンの補充を狙った。しかしながら、TiO2薄膜作製中にSiが膜に混入していることが分かった。微量のSi原子でもプラズマ照射により基板温度が上昇すると、Siが表面に析出してきて、光触媒反応に影響する。本研究ではまず、Siの混入ルートを特定し、それが対向ターゲット型スパッタ装置の解放型磁場により、プラズマイオンがチェンバー周辺を衝撃するために起こることを突き止めた。その後成膜装置の磁場を閉じ込め型に変えることにより、Siの混入を防止できるようになった。さらに基板温度を300°Cに昇温した状態でDBDプラズマ処理すると、光触媒活性が大きく改善されることが分かった。しかしながら、これまでの知見を得るのに想定以上の時間がかかり、詳細なメカニズム検討はできなかった。ワイドギャップ半導体のうち、研究対象材料のひとつである酸化チタン薄膜について、作製時に不純物としてSiが混入することが分かった。Siが混入すると、光触媒活性に影響が出て、その後の正しい評価ができない。Siの混入ルートをつきとめ、その対策にも成功したが、この過程に時間を要した。平成29年度は、まず、昨年Si不純物混入で十分な検討のできなかったTiO2薄膜について、対向ターゲットスパッタ装置のマグネトロン磁場をプラズマ閉じ込め型に変更した。これを用いてTiO2薄膜を作製し、Si混入のない薄膜が形成できることが分かった。さらに、この薄膜の酸素欠陥に酸素を補うため、O2の大気圧プラズマ処理を試みた。このとき、基板温度を300°C程度に上げてプラズマ処理を行うと、薄膜の結晶構造がブロンズ型からアナターゼ型に変化し、光触媒特性が未処理のものと比較して数倍増加することが分かった。またこの時の光分解レートの純量は、TiO2超微粒子のそれを上回るころが分かった(R. Kawakami et al., Vacuum 152, 265 (2018))。n-GaNをCF4プラズマ処理した試料について、C-V測定と定常光容量分光法を用いて50150 nmの深さに有効キャリア濃度の減少があることが分かった。これは、Ga欠損が薄膜内部に拡散したものである。このVGは、2個の水素がトラップされた化学種で、伝導帯の底部より3.24 eV低い順位にあることが分かった。AlGaN試料をN2およびO2プラズマで処理した試料では、N2プラズマの方がダメージが大きく、結晶が乱れる。これは、N2プラズマでは3.68 eVおよび3.96 eVのUV光が発生してN欠陥ができるのに対して、O2プラズマではUVの発生が無いためであると考えられる。
Wilms腫瘍の癌抑制遺伝子産物の転写制御活性

これまでに、Wilms腫瘍の癌抑制遺伝子WT1の産物が転写因子で過剰発現すると細胞周期のG1期からS期への移行を抑制する活性をもつことを明らかにした。さらに急性白血病の症例ではWT1が発現しており、その発現レベルと予後が逆相関すること、急性白血病由来細胞株K5632の分化を誘導するとWT1の発現が低下し検出されなくなること、WT1のantisense oligonucleotideがK562細胞やAML患者由来細胞の増殖を抑制することが明らかになった。これらの結果から、白血病細胞ではWT1の発現が増殖にpositiveに作用している可能性があると考え、WT1を発現していないM1細胞にinducibleにWT1を発現させその増殖に及ぼす効果を検討した。その結果WT1を発現させるとM1細胞はG1 arrestとapoptosisを起こすことが見出された。したがって、WT1の作用は細胞の種類により異なり、単純に一般化はできないと考えられた。さらに他の細胞系を用いると、はじめに述べたようにNIH3T3細胞ではG1 arrestのみをおこし、F9細胞ではレチノイン酸で分化を誘導するときにのみapoptosisを起こすという異なった効果が観察された。いずれにしても、WT1はG1 arrestのみでなくapoptosisを起こす活性もあることが明らかになった。さらにWT1の機能を明らかにすることを目的としてWT1の作用によって発現の誘導される遺伝子をサブトラクション法による単離を開始した。(1)WT1遺伝子産物による転写制御の機構を明らかにするために、酵母を用いたtwo-hybrid systemによりWT1蛋白質と結合する細胞蛋白質のcDNAを単離し、in vitroで結合すること、種を越えてXenopusのWT1蛋白質とも結合することを明らかにした。(2)WT1蛋白質の標的遺伝子を同定するために酵母を用いたone-hybrid systemを確立し候補遺伝子の単離を行った。(3)WT1遺伝子は、今までに知られている4種類のsplicing variantsに加えてzincfinger 2およびzincfinger 3の欠失した遺伝子産物をつくることを見いだし解析をすすめた。zincfinger 3の欠失したvariantに引き続きzincfinger 3が欠失したvariantが特異的な塩基配列に結合する活性をもつことを明らかにし、結合のconsensus配列を明らかにした。今までに知られているvariantsは細胞周期のG1-S移行を抑制する活性をもっていたが、これらのvariantsは抑制活性を示さなかった。また、これらのvariantsの発現が急性白血病で異常になっていることが見いだされた。(4)胚性細胞種F9が分化するためにはWT1蛋白質の発現が低下することが必須で低下しない場合にはアポトーシスがおきることを明らかにし、さらにこの過程はcAMPのレベルにより調節されることを明らかにした。すなわち、cAMPレベルが高いとWT1によるアポトーシスの誘導はおこらなくなることが観察された。これまでに、Wilms腫瘍のがん抑制遺伝子WT1の産物が転写因子で過剰発現すると細胞周期のG1期からS期への移行を抑制する活性をもつことを明らかにした。

いずれにしても、WT1はG1 arrestのみでなくapoptosisを起こす活性もあることが明らかになった。さらにWT1の機能を明らかにすることを目的としてWT1の作用によって発現の誘導される遺伝子をサブトラクション法による単離を開始した。
上皮-間葉連関に着目したLPA1-MRTF-SRFシグナルの腎線維化にはたす意義

線維化は臓器障害に対する過度の創傷治癒反応,すなわち細胞外基質沈着と細胞外基質産生能を有する細胞の集積を特徴とする.しかし,これら過度の創傷治癒反応をもたらす分子生物学的基盤は完全には同定されていない.本研究では、これら過度の創傷治癒反応をもたらす分子生物学的基盤として、脂質メディエーターの一つであるリゾフォスファチジン酸(LPA)およびその受容体LPA1シグナルに着目し、上皮間葉連関を介した臓器線維化にはたす意義の解明を試みた。その結果、尿細管上皮細胞でのLPA-LPA1シグナルが線維芽細胞の増殖や分化を誘導することで、腎線維化進展に寄与することを明らかにし、この知見を論文化した。コラーゲン産生細胞GFP標識LPA1欠損マウスを用いて、線維芽細胞の増殖や分化といった動態を評価完了した。また、PTECはLPA1受容体および転写因子MRTF-A/BとSRFを介してCTGFを上清中に分泌し、線維芽細胞の増殖やaSMA発現を制御することを明らかにした。以上より、腎線維化機序においてPTECでのMRTF-SRFを介するLPA-LPA1シグナルの寄与が明らかとなった。コラーゲン産生細胞GFP標識LPA1欠損マウス(LPA1-/-ColGFP)を作成することができた.さらに作成したLPA1-/-ColGFPおよびLPA1+/+ ColGFPを用いて,LPA-LPA1シグナルがコラーゲン産生細胞や筋線維芽細胞の線維化組織への集積を介して腎線維化に寄与することを明らかにした.さらに,尿細管上皮細胞を用いた解析により,LPA-LPA1シグナルはMRTF-SRFシグナルを介したCTGF発現に寄与することも明らかにした.その上で,上皮間葉連関におけるMRTF-SRFシグナルの意義をより明確にするため,すでに尿細管上皮細胞特異的Cre発現マウスを入手した.さらに上皮間葉連関におけるMRTF-SRFシグナルの意義をより明確にするため、尿細管上皮細胞特異的Cre発現マウスにくわえてMRTF-loxPマウスを入手した。現在はこれらマウスの交配により上皮細胞特異的MRTF欠損マウスを作成中であり、数が整い次第線維化モデルの検討を予定している。また、上皮細胞特異的MRTF欠損マウスから尿細管上皮細胞、線維芽細胞を採取して上皮間葉連関にかかわる線維化関連分子発現を解析する予定である。腎臓内科上皮間葉連関におけるMRTF-SRFシグナルの意義をより明確にするため,すでに入手した尿細管上皮細胞特異的Cre発現マウスを,現在入手手続き中のMRTF-A/B遺伝子改変マウスとかけあわせる.これにより,尿細管上皮細胞特異的MRTF-A/B改変マウスを作成して腎線維化に与える影響を検討する.また,尿細管上皮細胞,線維芽細胞を採取して上皮間葉連関にかかわる線維化関連分子発現を解析する.MRTF遺伝子改変マウスの繁殖が完了していないためMRTF-A/B遺伝子改変マウスの入手予定が平成27年度となったため引き続きMRTF遺伝子改変マウスの繁殖を継続し、細胞特異的MRTFの意義を検討する
シナプス小胞膜関連蛋白欠損マウスにおけるてんかん発症機構の解明

平成15年度は,生後発達期のμ3Bノックアウトマウスの海馬CA1における興奮性および抑制性終末の形態学的変化を明らかにする目的で、μ3Bノックアウトマウス(KO)およびwild typeマウス(WT)を用い、生後2,4,6,8,16週齢において、海馬CA1を対象に免疫組織化学的ならびに定量形態的検討を行った。その結果、いずれの週齢でも通常の光顕観察では異常を認めなかった。電顕的に興奮性および抑制性終末の大きさ自体にはKOとWTの間で差は認められなかったが、興奮性終末のシナプス小胞の直径は、4、6、8週齢ではKOの方が小さく、16週齢ではKOの方が大きかった。一方、抑制性終末のシナプス小胞の直径は、いずれの週齢でもKOの方が小さかった。さらに、KOではいずれの週齢でも興奮性および抑制性終末1個あたりのシナプス小胞の数も少なかった。平成16年度は,生後発達期のμ3Bノックアウトマウスの海馬CA3について平成15年度と同様の検討を行った。電顕的に興奮性および抑制性終末の大きさ自体にはKOとWTの間で差は認められなかったが、興奮性終末のシナプス小胞の直径の平均値はいずれの週齢でもKOの方が大きく、大小不同が目立った。一方、抑制性終末のシナプス小胞の直径は、6-16週齢でKOの方が小さかった。さらに、KOの興奮性終末ではいずれの週齢でも終末1個あたりのシナプス小胞の数がWTよりも少なかったが、抑制性終末では差が認められなかった。以上の結果から、本モデルではAP3B機能欠損によって小胞形成に障害が生じ、海馬CA1に加えCA3への興奮性と抑制性入力の不均衡がけいれんを惹起している可能性が示唆された。アダプター蛋白(AP)複合体は、clathrinと共にポストゴルジネットワークを構成する輸送小胞の代表的な被覆蛋白である。AP複合体のうち神経細胞特異的なAP-3Bはシナプス小胞の形成や神経伝達物質のシナプス小胞への選択的な取り込みを制御している可能性が示唆されている。AP-3B特異的なサブユニットであるμ3Bのノックアウトマウスは生後15週齡以降にけいれん発作を反復してんかんモデルと見なされている。平成15年度は,生後発達期のμ3Bノックアウトマウスの海馬における興奮性および抑制性終末の形態学的変化ならびに神経伝達物質遊離の変動を明らかにする目的で、μ3Bノックアウトマウス(KO)およびwild typeマウス(WT)を用い、生後2,4,6,8,16週齡において免疫組織化学的ならびに定量形態的検討を行った。その結果、いずれの週齡でも通常の光顕観察では異常を認めなかった.電顕的に興奮性および抑制性終末の大きさ自体にはKOとWTの間で差は認められなかったが、興奮性終末のシナプス小胞の直径は、4、6、8週齡ではKOの方が小さく、16週齡ではKOの方が大きかった。一方、抑制性終末のシナプス小胞の直径は、いずれの週齡でもKOの方が小さかった。さらに、KOではいずれの週齡でも興奮性および抑制性終末1個あたりのシナプス小胞の数も少なかった。以上の結果から、本モデルではAP3B機能欠損によって小胞形成に障害が生じ、嗅内野皮質から海馬CA1への興奮性と抑制性入力の不均衡がけいれんを惹起している可能性が示唆された。アダプター蛋白(AP)

複合体は、clathrinと共にポストゴルジネットワークを構成する輸送小胞の代表的な被覆蛋白である。AP複合体のうち神経細胞特異的なAP-3Bはシナプス小胞の形成や神経伝達物質のシナプス小胞への選択的な取り込みを制御している可能性が示唆されている。AP-3B特異的なサブユニットであるμ3Bのノックアウトマウスは生後15週齢以降にけいれん発作を反復してんかんモデルと見なされている。平成16年度は,生後発達期のμ3Bノックアウトマウスの海馬CA3における苔状線維終末(興奮性)およびCA3錐体細胞の胞体に付着する対称性シナプス(抑制性)をならびに神経伝達物質遊離の変動を明らかにする目的で、μ3Bノックアウトマウス(KO)およびwild typeマウス(WT)を用い、生後2,4,6,8,16,60週齢において免疫組織化学的ならびに定量形態的検討を行った。その結果、いずれの週齢でも通常の光顕観察では異常を認めなかった。電顕的に興奮性および抑制性終末の大きさ自体にはKOとWTの間で差は認められなかったが、興奮性終末のシナプス小胞の直径の平均値はいずれの週齢でもKOの方が大きく、大小不同が目立った。一方、抑制性終末のシナプス小胞の直径は、6-16週齢でKOの方が小さかった。さらに、KOの興奮性終末ではいずれの週齢でも終末1個あたりのシナプス小胞の数がWTよりも少なかったが、抑制性終末では差が認められなかった。以上の結果から、本モデルではAP3B機能欠損によって小胞形成に障害が生じ、歯状回顆粒細胞から海馬CA3への興奮性と抑制性入力の不均衡がけいれんを惹起している可能性が示唆された。
トップダウン効果とボトムアップ効果の相乗作用が決める生物群集の構造と動態

トップダウン効果とボトムアップ効果の相乗作用を解明するために,主に二つの数理モデルを解析した。植食者と2種の植物からなる系では,植食者の極端な嗜好性と系の富栄養化は激しい個体数変動を生むが,排泄物を通した栄養塩の循環によって生じる個体数変動は穏やかであることが明らかになった。共通の被食者を利用する2種の捕食者間に食う食われる関係が生じるギルド内捕食のモデルでは,理論は高生産性環境下で中間捕食者が絶滅することを予測するのに実証研究はそれを支持しない矛盾を解消する三つのモデルを提案し,さらに高次の捕食者のトップダウンの効果も明らかにした。本研究は,トップダウン効果とボトムアップ効果の相乗作用が生物群集の構造と動態に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし,平成26年度には,嗜好植物と不嗜好植物と植食者からなる食物網とギルド内捕食系に栄養塩を導入した数理モデルを研究することを計画した。嗜好植物と不嗜好植物と植食者からなる食物網では,栄養塩を明示的に導入し,それをめぐる2種の植物の競争を考慮したモデルを解析した。その結果,栄養塩で決まるボトムアップの効果と,植食者で決まるトップダウンの効果は相補的にはたらき,一方が大きいときに2種の植物の共存が可能になった。また,2種の栄養塩利用効率が拮抗している場合に,ボトムアップとトップダウンの効果がともに強くなると,まず低い栄養塩濃度でも成長できる嗜好植物が増えるが,それを餌とする植食者が増えるために嗜好植物は激減し,その後,不嗜好植物が長い間優占する。この結果は,2種の植物が干渉競争をする場合と類似であり,この食物網の動態は,競争の詳細にはよらないことが明らかになった。これは,世界各地で起こっている有蹄類の増加とそれによる植生の変化を理解するための重要な結果である。一方,ギルド内捕食系では,栄養塩や上位捕食者の影響を調べる準備として,系の動態と機能の反応の関係の全貌を明らかにするために,これまでほとんど研究されてこなかったIII型の機能の反応を取り入れたモデルを解析した。このモデルでは,ギルド内被食者の相対密度が減少すると相対捕食率はそれを上回る率で減少する。そのため,基底被食者の生産性が高くなってもギルド内被食者が絶滅することなく,高生産性環境では,数理モデルはギルド内被食者の絶滅を予告するが現実はそうなっていないという矛盾を解消する一つの機構を提示することができた。食物網のモジュールの一つとして重要なギルド内捕食の普遍性を説明する重要な結果である。前年度に引き続いて,嗜好植物と不嗜好植物と植食者からなる食物網に栄養塩を明示的に導入し,それをめぐる2種の植物の競争を考慮したモデルを解析した。前年度との違いは,植食者の排泄物を通じての栄養塩の循環をモデルに取り入れたことである。植食者によって栄養塩の循環が促進されると,安定共存域が外部からの栄養塩流入が少ない方向にシフトする。そして,栄養塩流入が少ない領域では,トップダウンの効果がより強くなっても個体群密度の振動が起こりにくく系が安定化する傾向が見られた。つまり,栄養塩の循環は,状況によってトップダウンの効果を強めることも弱めることもあることが明らかになった。ボトムアップとトップダウンの効果が生物的防除の効率にどのように影響するかについても研究した。天敵に対して適応的に防御する害虫と2種の天敵の一方が他方の天敵も食うギルド内捕食系で,スイッチング捕食の効果を調べた。ギルド内捕食が弱いときには,適応的防御は害虫を増強するが,多種天敵の導入によって害虫防除が促進される。スイッチング捕食そのものは複数の天敵の導入を有利にする効果を持たないが,害虫が適応的に防御している場合には,スイッチング捕食は雑食者に対する防御の必要性を減らすために,複数の天敵の導入を効果的にすることが明らかになり,生物的防除における有効な天敵導入の方法を示唆することができた。また,イチゴを想定した空間明示的な害虫防除モデルをシミュレーションによって研究した。幼果の間引きや果実の摘み取りは害虫も天敵も畑の外に持ち出すために,天敵が減る害虫には有利に,餌が減る天敵には不利に働く。しかし,大きな良質の果実を収穫できる経済的効果も考慮すると,天敵が代替餌である花粉を利用することによるトップダウンの効果がボトムアップの効果を上回り,間引きの強度が高まるほど収量が上がることが分かった。平成26年度には,ギルド内捕食系では,機能の反応が雑食者と消費者の共存に及ぼす影響を調べることに時間を費やし,ボトムアップ効果とトップダウン効果の相乗作用を解析することが不十分であった。しかし,平成27年度には,害虫と天敵を含む生物的防除の系に注目し,多種天敵の導入が生物的防除を促進するかどうかという視点を取り入れることにより,害虫の適応的防御によるボトムアップ効果と雑食者のスイッチング捕食によるトップダウン効果との相乗作用をより明確にすることが可能になった。栄養塩と嗜好植物,不嗜好植物と植食者からなる食物網でも,植食者の排泄物を通じての栄養塩の循環を考慮することにより,栄養塩によるボトムアップ効果と植食者によるトップダウン効果が独立ではない系を解析し,両者の相乗効果をより明確にすることができた。両者により,当初の計画とは研究の方向が多少変化したが,より容易にボトムアップ効果とトップダウン効果の相乗作用を明らかにすることが可能になり,前年度にやや遅れていた達成度を取り戻すことが可能になった。

農耕地に生息する害虫と,隣接する非農耕地に生息する代替被食者,農耕地と非農耕地を移動し農耕地の害虫も非農耕地の代替被食者も食う捕食者からなる系で,農耕地と非農耕地の面積比,害虫と代替被食者の増殖率の比,捕食者の移動率が,害虫防除の効率と天敵の逸出による非標的効果(非農耕地での代替被食者の減少)に及ぼす影響を調べた。一般に,より広い生息地でより成長率の高い餌によって捕食者が増えるボトムアップの効果は,隣接する生息地に生息する被食者に負のトップダウンの効果を及ぼす。したがって,非農耕地が広く代替被食者の成長率が高いと害虫防除の効果が大きく,逆,農耕地が広く害虫の成長率が高いと非農耕地での非標的効果が大きくなる。ロトカーヴォルテラ型の相互作用を仮定したモデルを解析した結果,非農耕地が広く代替被食者の成長率が高いときに,天敵の捕食率が死亡率よりもかなり高ければ天敵の移動率が大きいほど害虫防除に有効だが,天敵の捕食率が下がると中間の移動率が防除に最適となる。農耕地が広く害虫の成長率が高いときには,これとは逆に,天敵の捕食率が死亡率よりもかなり高ければ天敵の移動率が低いほど非標的効果が弱まるが,天敵の捕食率が下がると,移動率が中間の時に非標的効果が最も強くなる。嗜好植物と不嗜好植物と植食者からなる食物網に栄養塩を明示的に導入し,植食者の排泄物を通じての栄養塩の循環を取り入れたモデルでは,栄養塩の循環は系を安定化する場合があることが27年度の研究で分かっていた。28年度には,前年度とは異なるパラメータ領域を探索することにより,栄養塩の循環が系を不安定化する場合もあるが,系の動態の数値解析によって,植食者の嗜好性と植物間の競争によって引き起こされる激しい振動とは異なる型の振動をすることが明らかになりつつある。この点については,29年度に精査が必要である。大学の業務及び家族の介護による多忙のため,当初計画より研究の進行が遅延したため,補助事業期間を1年間延長することを申請し,承認されている。平成27年度に,害虫と天敵からなる生物的防除の系が,トップダウン効果とボトムアップ効果の相乗作用を見るのに適していることが分かったので,28年度には,この系に空間的要素を取り入れ,農耕地における害虫のボトムアップ効果と天敵の逸出により非農耕地の在来種に及ぼすトップダウン効果の相乗作用について調べた。そのため,他のテーマについての研究は遅れがちとなったが,嗜好植物と不嗜好植物と植食者からなる食物網での栄養塩の循環の影響については,植食者の嗜好性と植物間の競争によって引き起こされる不安定性と,栄養塩の循環によって引き起こされる不安定性では,系の動態に違いが見られることが示唆され,来年度の研究につなげる予定である。上記の系やギルド内捕食系に上位の捕食者を導入した場合のトップダウン効果が,ボトムアップ効果との関連で系の多様性や安定性に及ぼす影響についての研究は,次年度に先送りせざるを得なかった。数理モデルを用いて、嗜好植物、不嗜好植物と植食者からなる系で栄養塩の循環の影響を調べた。この系で、植食者の嗜好が極端で不嗜好植物をほとんど食べないときには激しい振動が起こり、不嗜好植物の長期にわたる優占が続く。これに対して、栄養塩の循環によって起こる振動は、正弦波に近いおとなしいもので、嗜好植物も不嗜好植物も植食者も極端に減ることはない。
物理学工学と関連する非線型偏微分方程式の研究

今年度は主に,磁気流体力学の解析において結果を得た。まず,磁気ベナ-ル問題と呼ばれる磁気熱対流現象について,その簡略化された方程式を,この数年研究してきた。長時間後の振舞いを特徴付ける次元の評価,および,磁場を変化させたときの収束の問題,等のまとめを解説論文として日本物理学会誌に発表した。次に、磁気流体力学方程式の全空間における古典解の一意性を考察した。ある解の集合を設定し,その集合においては解は一意であることを示した。そこで圧力が重要な役割を持つことに注意を向けた。実際の数値計算等において,圧力項は見過せないものであるが,数学理論においては,長らく陰に隠れていたといってよい。我々の研究は,圧力項が数学としても実は重要であることを示唆している。曲率流の研究においては,一次元拡大自己相似解の構造を完全決定した。