hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲンジボタル・ルシフェラーゼ反応中間体アナログ複合体のX線結晶構造解析

本計画の目標は、ルシフェラーゼと反応中間体アナログであるデヒドロルシフェリルアデニレートとの複合体および、嫌気条件下におけるルシフェラーゼと真のアデニレート中間体との複合体のX線結晶構造解析を行い、アデニル化ルシフェリンの結合様式の構造的な基盤を明らかにすることにある。そこでリン酸基をスルファモイル基、ルシフェリン部分をデヒドロルシフェリンに変更した5'-O-[N-(dehydroluciferyl)-sulfamoyl adenosine (DLSA)を合成し、共結晶化を行った。その結果、1.3Å分解能の回折強度データが得られた。得られた回折強度データを用いて構造解析を行った結果、DLSAを示す良好な電子密度図が得られた。活性部位近傍についてルシフェラーゼ:生成物複合体の立体構造と比較したところ、α-リン酸の部分は約0.7Å移動していた。この移動に連動してルシフェラーゼのHis247がわずかに移動していることが観測された。しかしその他のアデニン、リボースおよびルシフェリンの部分においてはそれほど位置のずれは観測されなかった。一方、ルシフェリルAMP中間体に酸素が攻撃する状態の構造を捉えるため、嫌気条件下でLH2、ATPとともに本酵素を結晶化することを計画した。99.98%アルゴンガス存在下でこのサンプルを用いて結晶化を行ったところ、黄緑色の結晶が得られた。現在、この結晶のX線結晶解析を検討中である。本計画の目標は、ルシフェラーゼと反応中間体アナログ、アデニル化デヒドロルシフェリンとの複合体のX線結晶構造解析を行い、アデニル化ルシフェリンの結合様式の構造的な基盤を明らかにすることにある。そして、その結果に基づいて、さらに次の反応段階を捉えるための鍵となる新たな中間体アナログのデザインを行おうとするものである。昨年度の報告後さらにルシフェラーゼ:デヒドロルシフェリン:ATP複合体の結晶化条件の検討を行ったところ、1.5Å分解能までデータが向上した。このデータを用いて、構造モデルの精密化を行ったところ、デヒドロルシフェリンに相当する良好な電子密度が得られた。しかしこの電子密度から考えられたデヒドロルシフェリンの結合様式は、チアゾール環についているカルボキシル基がATPのαリン酸の方を向いておらず、本来予想していた結合様式とは反対のものであった。またデヒドロルシフェリンを用いた阻害実験から、その阻害様式は拮抗阻害であり、デヒドロルシフェリンは酵素中でATPとは反応しないような向き活性部位に入ることで阻害すると考えられた。そこで、より詳細なルシフェリン結合に関する情報を得るために、発光反応終了後、すなわちルシフェラーゼ:AMP:オキシルシフェリン複合体の結晶化及びX線結晶構造解析を行った。その結果1.6Å分解能のX線回折強度データが得られ、このデータをもとに分子置換法により構造を決定した。AMPおよびオキシルシフェリンに相当する電子密度が得られたものの、オキシルシフェリンに相当する電子密度はやはりAMPの電子密度に比べてぼやけていた。現在、オキシルシフェリンの硫黄原子に相当する強い電子密度の位置をもとに構造の精密化を行っている。
放射線性肺傷害に対するインターフェロンγの線維化抑制効果に関する検討

まず昨年度には、ラットをコントロール(C)群,放射線コントロール(RC)群,放射線+治療(RT)群の3群に分け、照射群には左肺片側放射線20Gy1回照射し、治療群には肺臓炎抑制目的で酢酸メチルプレドニゾロン2mg/kgを週1回、4週目まで筋注後、インターフェロン(IFN)-γ4μg/kgを週3回皮下注した。照射後8,16,24週目に肺摘出し、肺組織所見、肺組織NMR緩和時間T1と、肺組織中TGF-β1及びconnective-tissuegrowthfactor(CTGF)のmRNA発現レベル(RT-PCR法)を検討したが、RC群8週目のCTGFのみ有意に上昇し、IFN-γは肺線維症を抑制しなかった。この結果は、放射線性肺線維症の発生機序が特発性肺線維症とは異なる可能性を示唆する一方で、照射線量、比較的大量のステロイド剤の併用、IFN-γ投与開始時期などが問題と考えられた。ラット(ウイスター系,雄,10週齢)を、コントロール(C)群,放射線コントロール(RC)群,放射線+治療(RT)群の3群に分けた。今迄と同様に、放射線照射は左肺片側に20Gy一回とした。RT群には、肺臓炎を抑制する目的で酢酸メチルプレドニゾロン2mg/kgを週1回、4週目まで筋注した後にインターフェロン(IFN)-γ4μg/kgを週3回皮下注した。C群とRC群にはIFN-γ溶液中のエンドトキシンを同量含む生食水を同様に週3回皮下注した。放射線照射後の8週目、16週目と24週目に肺を摘出し、HE及びAzan染色の肺組織所見、肺組織のNMR緩和時間T_1と、肺組織中のTGFβ_1及びconnective tissue growthfactor(CTGF)のmRNA発現レベルをRT-PCR法で検討した。RC群の8週目におけるCTGFのmRNA発現レベルのみ有意に上昇していたが、IFN-γによる肺線維症の抑制効果は認めなかった。今回の結果は、放射線性肺線維症の発生機序が特発性肺線維症の発生機序と異なることを示唆する一方で、次の原因によってIFN-γの肺線維化に対する抑制効果を認めなかった可能性も考えられた。まずinsultが強すぎた可能性(照射線量の問題)があること、次に比較的大量のステロイド剤がIFN-γの効果を抑制した可能性があること、さらにIFN-γの投与開始時期が遅すぎた可能性(投与時期の問題)があることである。そこで来年度は、照射線量を10Gyとし、ステロイド剤を投与せずにIFN-γ単剤で、照射前日、照射後1週目と2週目のIFN-γ投与開始時期を変えた3群にRT群をさらに分けて検討することとする。また肺組織の線維化程度を評価する指標に、ヒドロキシプロリンを加える。昨年度のコントロール(C)群,放射線コントロール(RC)群,放射線+治療(RT)群のラット3群のうち、RC群とRT群に対して左肺片側放射線10Gy1回照射と照射量を減らした。また昨年度に肺臓炎抑制目的で4週目まで投与した比較的酢酸メチルプレドニゾロン(週1回2mg/kg)がインターフェロン(IFN)-γの効果を抑制している可能性も考えられたため、RT群にはステロイド剤を投与せず、IFN-γ単剤(昨年度と同量;4μg/kg週3回皮下注)とし、同群をさらに照射前日(PreRT)、照射後1週目(1wRT)と2週目(2wRT)とIFN-γ投与開始時期を変えた3群に分けた。照射後16週目にRC群のT1は有意に短縮していることから肺は線維化はしていることが確認され、IFN-γ投与によって線維化はPreRTと1wRTの両群でのみ有意に抑制された。照射後1週目,2週目の肺組織中TGF-β1,CTGF, procollagen-α1(I)のmRNA発現レベルを測定したところ、IFN-γは照射後2週目のTGF-β1とprocollagen-α1(I)をPreRTと1wRTの両群で抑制していた。以上より、IFN-γによる放射線照射後16週目の抑制効果は、照射後1週目までに投与されたIFN-γによる照射後2週目のTGF-β1とprocollagen-α1(I)のmRNA発現レベル低下が関連している事が示唆された。
ヒト乳幼児におけるアレルギー性疾患発症に関連する環境因子に関する分子疫学研究

【目的】小児のアレルギー性疾患と環境因子の関係を示すバイオマーカーの探索。【方法】質問票調査及び児の血液を用いて、特異的IgE値の測定、血清中PCB濃度の測定、各種サイトカインのmRNA発現量を測定した。【結果】対象者(200名)から未就学児30名(健常児15名、喘息児15名)を抽出。(1)喘息でかつ血清PCB濃度が高い児においてIL-8の発現量が高かった。(2)IgE陽性でかつ血清中PCB濃度が高い児においてIL-22の発現量が高かった。【結論】児と環境因子曝露を推測するバイオマーカーとしてIL-8及びIL-22が有効である可能性を示唆した。アレルギーの発生機序は未だ不明確な点が多く、明確な予防策も確立していない。アレルギー疾患は多因子疾患で、複数の遺伝的要因と環境要因の相互作用によって発症が制御されていると報告されている。小児のアレルギー疾患に関しては経時的に症状が寛解していく場合も多いが、逆に大人まで症状を継続する場合もある。今年度は目標対象者数200名(年齢生後3ヶ月6歳)のサンプリングを終了した。生体試料並びに質問票調査を行い、詳細なライフスタイルデータも収集した。アレルギー発症にTh1, Th2, Th17系のサイトカインが調節因子として関与していることが近年明らかになりつつある。また小児のアレルギー発症の原因の一つにTCDD, PCBといった環境中毒物質が考えられている。Th1, Th2, Th17系のサイトカインの発現の調節因子として、リガンド結合型転写因子であるAhRが寄与している可能性が指摘されている。よって今年度は特に胎盤・母乳を通して環境中毒物質の影響を強く受けると考えられる4歳時未満の児を対象としてまずは研究を開始した。血液試料を用いて、血中環境中毒物質測定及びcDNAを採取しRT-PCRを施行した。IL17, IL10を現在まで測定している。今後はこれらの実験結果と質問票調査から得られた環境因子との関係を明らかにするために疫学的手法を用いて解析を行い、アレルギーの発症・憎悪に関与する因子を探索する。さらに炎症のマーカーであるCOX2等の発現や小児の慢性アレルギーと関連の深いサイトカインも測定する予定である。これにより、特に未就学児のアレルギー疾患の発症・症状の経過に関与する因子を明らかにする可能性があると考える。小児のアレルギーの発症機序はいまだ不明瞭であり、明確な予防策も確立されていない。近年環境因子の関与が示唆されているが、分子疫学的見地から乳幼児を対象とした研究は国内外で少ない。よって今年度研究者は、現在までにサンプリングした対象者のうち未就学児を抽出し、分子疫学的研究を施行した。【目的】分子疫学的手法を用いて、小児の喘息とPCB曝露の関係を示すバイオマーカーを探索することを目的として研究を行った。【対象と方法】対象は平均月齢23ヵ月の未就学児30名(健常児15名、喘息児15名)である。児の保護者に質問票調査(同胞数、授乳形態、妊娠週数、両親の喫煙状況、児並びに両親のアレルギー疾患既往歴等)を行った。同時に児の血液を用いて、卵白・牛乳・小麦・ハウスダスト特異的IgE値(CAP-RAST)の測定、血清中PCB濃度の測定(#61+74,#99,#118,#138+146,#153,#156,#163+164,#170,#177,#178,#180+193,#183,#182+187,#194,#198+199)、リアルタイムPCR法を用いてIL8およびCOX-2のmRNA発現量を測定した。【結果】健常児と比較し、喘息児の方にハウスダスト特異的IgE陽性者が多く認められた。その他の因子と喘息児間に有意な関連は認められなかった。次に健常児、喘息児それぞれにおいてPCB濃度とIL-8およびCOX-2との関係を調べた。喘息児においてのみPCB#163+164,#170,#177,#178,#180+193濃度とIL-8間に有意な相関が認められた。健常児、喘息児ともにPCB濃度とCOX-2間に有意な相関は認められなかった。【結論】喘息児において血清PCB#163+164,#170,#177,#178,#180+193濃度が高いとIL-8 mRNAの発現量も高くなる可能性が示唆された。

この研究により、小児の喘息とPCB曝露の関係を示すバイオマーカーとしてIL-8が有効である可能性を示唆できたことは、環境因子とアレルギーの発症を検討する上で大きな一歩であると考える。小児のアレルギーの発症機序はいまだ不明瞭であり、明確な予防策も確立されていない。近年環境因子の関与が示唆されているが、分子疫学的見地から乳幼児を対象とした研究は国内外で少ない。よって現在までに対象者のうち未就学児を抽出し、分子疫学的研究を施行した。【目的】小児のアレルギー性疾患と環境因子の関係を示すバイオマーカーの探索。【対象と方法】対象は平均月齢23ヵ月の未就学児30名(健常児15名、喘息児15名)。児の保護者に質問票調査(両親の喫煙状況、児並びに両親のアレルギー疾患既往歴、幹線道路から住居までの距離等)を行った。同時に児の血液を用いて、卵白・牛乳・小麦・ハウスダスト特異的IgE値(CAP-RAST)の測定、血清中PCB濃度の測定(#61+74, #99, #118, #138+146, #153, #156, #163+164, #170, #177, #178, #180+193, #183, #182+187, #194, #198+ 199)、リアルタイムPCR法を用いてIL6,8,10,17,22,COX2,CYP1A1,Foxp3, SOCS3, RelBのmRNA発現量を測定した。【結果】幹線道路から住居までの距離が50m未満である児の方が50m以上の児と比較し、IL-22mRNA発現量が有意に高く認められた。またIL-22mRNAは牛乳特異的IgE陽性児においてIgE陰性児と比較して有意に高く発現しており、更にその傾向は血清中PCB濃度が高いグループでより強く認められた。【結論】この研究により、小児と環境因子曝露を推測するバイオマーカーとしてIL-22が有効であり、特にアレルギー児においてIL-22はよりsensitiveなバイオマーカーとなりうる可能性を示唆できたことは、環境因子とアレルギーの発症を検討する上で大きな一歩であると考える。サンプリングも終了し、実際に実験・解析という分子疫学研究の施行へと順調に移行している。また「アレルギーの発症・増悪に関する因子と発症機序の解明」という研究目的において、今年度は環境中毒物質であるPCBとIL-8の関連を実際の生体試料を用いた研究として世界で初めて論文化し発表できたことは評価に値すると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度も生体試料並びに質問票調査を用いた研究を行う。すなわち、アレルギーの発症・増悪に関する因子、バイオマーカーの探索を行う予定である。具体的にはTh1,Th2,Th17系のサイトカインを順次測定し、それらと環境因子、特に質問票から得られた児の環境因子との関係を明らかにする。アレルギー疾患に関しても、喘息のみならず食物アレルギー、アトピー性皮膚炎とその他のアレルギー疾患に焦点をあてた解析も行っていく予定である。
内視鏡画像からのポリープ領域検出手法の開発

本研究は、内視鏡診断において胃や腸などの内壁に存在するポリープ領域を精度よく抽出する手法の確立を目的とする。内視鏡画像中のポリープ領域を高精度に検出するため、色情報と3次元形状情報を利用する。内視鏡画像中のポリープ領域の3次元形状の復元を行うために、点光源、透視投影の条件の下で撮影された画像中の物体の3次元形状の復元を行う手法を開発した。また、内視鏡画像の色情報からポリープらしい領域を検出する手法を開発した。平成24年度は,平成23年度に提案した手法を改良し,より精度の高い凹凸物体の3次元形状復元に関する研究を行なってきた。平成23年度開発した手法と異なるアプローチを模索し,モンテカルロ法を応用することにより幾何学的・光学的制約を基に算出した方程式の解を求める等のことを行った。今回は,精度向上に直接むすびつかなかったものの,異なる視点から問題を捉えたことにより,点光源・透視投影環境下における凹凸物体の3次元形状復元という困難な問題に対する理解を深めるとともに,更なる改良のアイデアを得て,手法の改良を行った。方程式を直接解くのではなく,エネルギー最小化問題に置き換え,BFGS準ニュートン法によって解を得るよう改良した。これにより,精度よく形状復元を行うことが可能となった。また,2枚の濃淡画像から形状復元を行う手法も改良を加えた。点光源・透視投影の環境下において,光源と視点が同時にZ軸に沿った方向に移動した場合,2枚の画像で対応する点は,極座標変換を施すと,原点を通る同一直線上に存在することを利用し,極座標を用いた式を導出している。この式を近傍の点のZ情報及び傾き情報を利用して解くことでZ分布を求めることが可能となっていた。これを改良することで,より精度の高い形状復元を可能にした。それらと並行して,内視鏡画像を動画像として扱うことを目的に,平成23年に引き続き動画像処理についての研究も行った。特徴量の検討や,移動物体追跡手法の改良に関する研究を行った。以上の成果を国内シンポジウム及び国際会議等で発表した。平成25年度は,平成24年度に引き続きポリープの3次元形状復元及びポリープ領域の自動検出に関する研究を行った.ポリープの3次元形状復元手法に関する研究では,周囲のすでに形状情報を計算済みの点の情報をより多く用いるなどの改良を加えることにより,更に形状復元結果の精度を向上させる手法を開発した.ポリープ領域の自動検出手法については,ヘシアンフィルタに代わる塊状構造抽出フィルタの開発やランダムフォレストを用いた自動抽出手法の開発,新たな特徴量を用いた検出手法の開発を行った.新たな塊状構造検出フィルタ及びランダムフォレストを用いた手法については,まだ精度向上したという結果を得ていないが,新たな特徴量としてHoG特徴量を用いることにより,検出精度の向上が見られるという知見が得られている.また,関連研究として動画像処理に関する研究を行った.これは,1枚の画像のみを扱うよりも精度良く3次元形状復元やポリープ領域を検出することを目的としている.動画像処理に対応させるため同領域を追跡する必要がある.また,影がポリープ領域の自動検出に悪影響を及ぼすことを考慮して,影領域を検出・除去する必要もある.そのため,追跡技術に関する研究や影領域の除去に関する研究を行った.以上の成果を国際会議及び国内シンポジウム等で発表した.平成25年度までの3年間で得られた成果により,内視鏡画像という3次元形状復元を行うには難しい環境下で撮影された画像中のポリープの3次元形状復元をより精度良く行うことができるようになった.また,ポリープ領域の自動検出をより精度良く行うことも可能となった.本研究は、内視鏡診断において胃や腸などの内壁に存在するポリープ領域を精度よく抽出する手法の確立を目的とする。平成23年度当初は,過去提案した手法を拡張して非Lambert面物体に対応するべく研究を進めようとしていた。その手法は単調凸物体を対象としており,凹凸のある物体を対象としていなかった。そのため,非Lambert面物体へ拡張する前に凹凸のある物体への対応を検討することとして研究を進めてきた。点光源,透視投影の環境下におけるLambert面物体の各点の明るさを求めるモデル式を変形し,かつ,ある点の法線ベクトル及びZ値を求めるために,隣接する1点の情報だけでなく3点以上の点の情報を使用して最適化によりそれらの値を求めるように改良を加えた。これにより,シミュレーション環境においては凹凸のある物体に対して形状を復元することが可能となった。また,内視鏡画像は動画像としてえられるため,1枚の濃淡画像からだけではなく,2枚の濃淡画像から形状復元をする手法の研究も行った。Light Fall-off Stereoを拡張し,より現実に近い環境を仮定して2枚の濃淡画像からより精度の高い形状復元を行う手法を開発することを目標に研究を行った。それらと並行して,形状復元と同時に画像中の色情報から直接ポリープ領域の自動抽出手法に関する研究も行った。ヘシアンフィルタを用いることで,ポリープ領域を抽出する手法を開発した。更に,内視鏡画像を動画像として扱うことを目的に,動画像処理についての研究も行った。

特徴量の検討や,移動物体追跡手法の改良に関しての研究を行った。以上の成果は,国内シンポジウム及びワークショップ,研究会等で発表した。平成24年度は3次元形状復元手法の改良による高精度化をすることがメインであった。非Lambert凹凸曲面に対する形状復元を行う実験も行った。非Lambert画像からLambert画像を生成した後に提案手法を適用することで,ある程度の形状が得られることを確認した。しかし,生成されたLambert画像の精度があまり良くなかったため,より高精度な復元を行うには,精度の良いLambert画像を生成する必要があることを確認した。そのような手法を今年度開発する予定としていたが,精度の面で満足のいく結果が得られていない。また,色情報を用いたポリープ領域の自動検出については,研究が順調に進行しており,平成25年度に国際会議で発表予定である。以上のような状況であるので,研究全体としてはやや遅れていると判断する。平成23年度に計画していた,非Lambert物体への拡張に関しては,その問題に着手する前に凹凸物体の形状復元手法を確立した方がよいと判断し,そちらの課題を優先した。1枚の濃淡画像から凹凸のある物体の形状復元は簡単な問題ではなく,未だ実画像を用いて高精度に形状復元を行うことができていない。そのため,非Lambert物体への拡張に関する研究には未だ着手できていない状況である。平成24年度から本格的に研究する予定であった,色情報を用いたポリープ領域の自動検出についてはある程度進展が見られたものの,研究課題をトータルで考えると,現状の達成度は遅れていると判断される。平成25年度は,引き続き非Lambert凹凸曲面に対する高精度な形状復元手法に関する研究を行なっていく。より精度の高い復元を行うためには,非Lambert画像をLambert画像への変換精度を上げることが課題であるため,まずは変換精度の向上を目指す。それと並行して,3次元形状情報及び色情報からポリープ領域か否かを判定し,ポリープ候補領域を高精度に抽出する手法を開発する。3次元形状情報及び色情報を基にした特徴量を検討し,ポリープ領域を特定可能な特徴量を提案したい。また,そのような特徴量を学習した学習器によりポリープ領域を特定する手法も同時に開発する。そのため,この問題の解決に適した学習器の検討をする。平成24年度は平成23年度に引き続き,Lambert面凹凸物体の3次元形状復元手法に関する研究を行い,その後,非Lambert面凹凸物体及び複数反射率を持つ非Lambert面凹凸物体の形状復元手法の開発に着手する予定である。Lambert面凹凸物体の3次元形状復元手法に関しては,精度向上及び実画像を用いた評価実験を行うことを予定している。それと同時に,非LambertからLambertに変換する手法及び非Lambert面物体の3次元形状復元手法に関する調査を行い,点光源,透視投影の環境下で撮影された非Lambert面凹凸物体に適用可能な手法の開発に着手する。
造影前後拡散強調像と造影MRIの融合による新しい乳腺MRI診断の開発

乳房における拡散強調像の技術的問題には未だ改善の余地が残るが、拡散強調像の撮像条件や各種パラメータの分析を詳細に行い、現状で最も望ましい撮像条件(傾斜磁場の強さ)が造影剤投与後のb=1500[sec/mm2]であると結論づけた。また分析結果から、造影剤投与後の拡散強調像が、乳腺腫瘍の形態のみならず、病変のbiologicalな特徴を評価することに役立つ可能性が示唆された。乳癌における拡散画像の撮影条件の最適化を目的とし,以下の検討を行った。1.乳癌30症例に対し造影MRIの前・後に拡散画像を撮影し,造影剤投与の影響の有無と,病変の性状との関連いついて検討した。その結果,造影剤の投与は拡散強調画像における乳癌のCNR(contrast-to-noise ratio)には有意な変化をもたらさなかったが,ADC値においては造影後に有意な低下をもたらせた(p=0.02)。これを腫瘍の造影効果の程度と比較したところ,造影MRIの早期相での造影効果の程度が強いものほど,造影剤投与後に低いADC値を示した。このことから,造影剤投与は拡散画像の信号を構成する要因のうち,毛細血管灌流効果(perfusion effect)に最も強く影響を及ぼしていると考えられた。従って,造影剤投与後に算出されたADC値は腫瘍の細胞密度に加え,省内の血流に関する情報を含んだパラメータと考えら得た。2.ADC値は撮影パラメータによっても変化することが知られているため,撮影パラメータとADC値の変化の関連いついて分析を行った。腫瘍径が1cm以上であった新鮮乳癌25病変を1.5T,4-channel phased array coilを用い,腹臥位で撮影した。拡散画像の撮影パラメータはTR/TE=3000/80,SENSEfactor=2,multi-b factor(b=0,200,500,1000,1500,2000)とし,各腫瘍における造影剤投与前・後のADC値をそれぞれのb-factorで測定し比較した。結果,造影剤投与前・後の平均ADC値は,いずれのb-factorでも造影後に低下しており,特にb=1000,1500で造影後に平均5.3%,4.2%と比較的大きな低下が認められた。拡散強調画像における視覚的描出においても造影後のb=1000,1500が比較的優れていたことから,造影剤投与後にb=1000,1500を用いることが乳癌描出に有効と考えられた。a)撮影条件の調整parallel imagingが可能な4 channelbody arraycoilを使用し、病変側に撮影範囲を絞ることで、安定した脂肪抑制とこれまでより高分解能な拡散強調画像を得た。画像の歪みの技術的な改善は未だ実現していない。撮影シーケンスは5種類の異なるb-factor(印加する磁場の強さ)を使用し、造影剤投与前・後に撮影してその影響を分析し、撮影条件の適正化を行った。b)結果の分析5種類の異なるb-factorにおける病変描出能の検討では、視覚的評価において造影後のb=1500で最もコントラストよく乳癌が描出された。ADC値(apparent diffusion coefficient :拡散係数)の分析では、造影前と比較し、造影後に乳癌のADC値が低下した。特に、造影MRIの早期相で強く造影されるものほどADC値が低下する傾向があることが明らかとなった。c)結果の意義と重要性拡散強調像の撮影条件として1つのb factorを選択する場合、b=1500を用いることが最も効率よく質的診断や広がり診断を可能にすると考えられた。また、造影後に拡散強調像を撮影することで、さらにコントラストのよい拡散強調画像を得ることができるほか、造影後の拡散強調画像で明瞭化した病変は、高い悪性度との相関が示唆された。造影前後に拡散強調像を撮影することは、形態のみならず、病変のbiologicalな特徴を評価することに役立つ可能性が考えられた。
XPG欠損マウスを用いたヌクレオチド除去修復と塩基除去修復の相互作用の解析

色素性乾皮症(XP)G群患者では成長阻害や早期死亡を特徴とするコケイン症候群(CS)を併発する場合がある。CS発症に関係するXpg領域を特定するためエクソン15を欠損したXpgΔexl5、811番目のアミノ酸(アスパラギン酸)をストップコドンあるいはアラニンに置き換えたXpgD811stopとXpgD811Aの3系統の変異マウスを作製した。XpgD811stopでは明らかな成長阻害がみられ早期(誕生後約4週間以内)に死亡したが、他の2系統のマウスでは成長阻害はみられなかった。成長阻害のみられなかった2系統のマウスではヌクレオチド除去修復能(NER)が部分的に残されていたので、NER完全欠損のXpaヌルマウスと交配し、NER活性を失った二重変異マウスを作出した。これらの二重変異マウスでは、ともにNER活性は失っていたが、エクソン15欠損マウスとの二重変異マウスのみCSの症状を示した。このことからCSを発症するためには、NER活性を完全に消失することとXpgのエクソン15(C末183アミノ酸に相当)を欠損することが必要であることが明らかになった。1・Xpg遺伝子発現がまったく見られないxpg/2マウス由来の初代培養細胞は、早期老化や不死化を示すなど遺伝的不安定性を示唆する結果が得られている。このような遺伝的不安定性が、試験管内の再構成実験で示されたような酸化的DNA損傷の修復欠損の結果生じるものであるか否かを調べるため、supFの突然変異検出系を用いて、正常マウス由来細胞とXpg/2マウス由来細胞の自然突然変異頻度および突然変異スペクトラムを解析した。supF遺伝子の自然突然変異頻度は、xpg/2マウス由来細胞では正常マウス由来細胞に比べ約3倍高く、このことが遺伝的不安定性の原因の一つであろうと考えられた。さらにxpg/2マウス由来細胞では、A:T部位での突然変異、特にA:TからC:Gへのトランスバージョンが増加していた。xpg/2マウス由来細胞の遺伝的不安定性の原因が酸化的DNA損傷の修復欠損であるとすると、8-oxoGのようなG:C部位での突然変異を誘発するような損傷よりむしろA:T部位に変異が誘発される酸化的損傷の修復に欠損があると考えられる。2.xpg/2マウス由来の初代培養線維芽細胞は、早期老化や不死化を示す。線維芽細胞系において認められた遺伝的不安定性が生体内の造血細胞系でも起きているか否かを調べるため、正常マウス個体の造血細胞系をxpg/2マウス由来の造血細胞と置き換えた骨髄キメラを作出した。10グレイの放射線を照射して造血系幹細胞を殺したマウスにXpg+/+,+/-,-/-(xpg/2)マウス由来の骨髄細胞を移植した。骨髄細胞を移植したいずれの骨髄キメラマウスも、現在まで少なくとも10ヶ月以上生存しており、造血細胞系では顕著な早期老化や不死化の傾向は認められていない。この骨髄キメラマウスは、造血系のみをXpg欠損細胞で置き換えた、いわゆるコンディショナルの系と考えられ、造血細胞系におけるXpg遺伝子機能を解析するための有効な実験材料となる。ヌクレオチド除去修復並びに塩基除去修復に関与するXPGを完全に欠損したマウスは成長阻害並びに早期死亡を示す。このXPGの機能について個体レベルで詳細に解析するため、種々の重篤度を示すXpg変異マウスの作製を試みた。生化学的解析が進んでいる811番目のアミノ酸(アスパラギン酸)をアラニンあるいはストップコドンに置き換えたXpg変異(D811AとD811stop)マウスの作製を行った。XPGタンパクはヌクレオチド除去修復においてDNA損傷の3'側にニックをいれる構造特異的ヌクレアーゼとして機能しているがわかっている。さらにXPGが存在することが5'側にニックを入れるヌクレアーゼのERCC1/XPF複合体が機能するのに必要である。おそらくXpgはニッキングのための構造を保持する役割があるのだろう。インビトロの再構成系を用いDNA損傷近傍のincision反応を調べるとD811stop変異を持つXpgでは、損傷の3'側および5'側ともにニックが入らないが、D811Aでは、損傷の3'側にニックは入らないが5'側にはニックが入る、即ちD811Aは自身の3'ヌクレアーゼ活性は失っているが、5'ヌクレアーゼのERCC1/XPFの働きをサポートできる。一方、D811stopでは811番目のアミノ酸以降をトランケートしたため構造的にERCC1/XPFをサポート出来ず5'ニッキング活性も失われたと考えられる。ノックイン法で変異を導入したES細胞からマウスを作製し、それぞれの変異をホモに持つ変異マウスを作出した。D811stopをホモに持つマウス由来の細胞は紫外線に対して高感受性を示した。またD811Aをホモに持つマウス由来の細胞も、D811stopほどではないが紫外線に対し高感受性を示した。このことからそれぞれの変異が細胞内で表現されていることが確認されたので、今後個体レベルでの詳細な解析を行う。変異Xpg cDNA (D811A、D811stop)あるいはコントロールとして正常Xpg cDNA断片並びにゲノムXpg遺伝子断片を用いて3種類のターゲディングベクターを作製した。これらのターゲティングベクターをマウスES細胞に導入し、相同組み換えにより変異が導入されたクローンを選び出した。

さらにこれらの変異をホモに持つ細胞株を作製し、紫外線に対する感受性を調べた。正常Xpg cDNA断片と置き換えた細胞は、正常細胞と同程度に紫外線抵抗性になることから部分的にcDNA断片で置き換えたXpg遺伝子は正常に機能することがわかった。D811stopをホモに持つ細胞は紫外線に対して高感受性を示した。D811Aをホモに持つ細胞も、D811stopほどではないが紫外線に対し高感受性を示した。このことからそれぞれの変異が細胞内で表現されていることが確認された。個体レベルでの表現型を確認するため、これら3種類のES細胞からマウス個体を作製し、それぞれのホモ個体を得た。D811stopをホモに持つ個体は、成長阻害が認められ誕生後30日目までに大部分のマウス(90-95%)が死亡した。これを生き延びたマウスも以後の成長が阻害され3-4ヶ月以内に死亡した。すなわちD811stop変異は、個体に重篤な影響を与えることがわかった。D811A変異をホモに持つ細胞は紫外線高感受性を示したが、この変異をホモに持つ個体は、野生型マウスと遜色ない生長並びにライフスパンを示し、個体への影響は認められなかった。これで、これまでに樹立した2系統と合わせて4系統の異なった変異を有するXpg変異マウス系統を樹立することが出来た.色素性乾皮症(XP)G群患者でCSを併発する患者のXPG遺伝子の突然変異が調べられており、これらの患者すべてにXPG蛋白のC末を欠損する変異が見つかっている。XPG蛋白と出芽酵母のホモログRad2蛋白を比較すると、C末(Rad2のC末に相当する部位)にも顕著な相同性(C領域、約34%が同一アミノ酸)が保存されていることからCS発症に関連する重要な生体機能を担っているものと推定される。そこで、C末欠損とCS発症との関係を調べるため、C末欠損変異を導入した2系統のXpg変異マウスを作製した。1系統は、エクソン15を欠損した系統で、XpgΔex15と名付け、もう1系統は、Xpgの811番目のアミノ酸(アスパラギン酸)をストップコドンに置き換えた系統でXpgD811stopと名付けた。XpgΔex15はXpgのC末183アミノ酸を欠損しC領域の大部分を残しており、XpgD811stopはC末360アミノ酸を欠損しC領域全てを失っている。これらの変異をホモに持つマウスを作出し、これらマウスの成長並びに生存期間を測定した。XpgΔex15ホモマウスは、誕生後の成長及び生存期間は野生型マウスと遜色が認められず、CS発症の兆候は認められなかった。一方、XpgD811stopホモマウスは誕生後明らかな成長阻害がみられ大部分(24匹中22匹)が30日以内に死亡した。残り2匹のマウスも明らかな成長阻害が認められ誕生後78日目と139日目に死亡した。このようにC末欠損ではなく、C領域欠損の有無とCS発症が密接な関係にあることが明らかになった。色素性乾皮症(XP)G群患者では成長阻害や早期死亡を特徴とするコケイン症候群(CS)を併発する場合がある。CS発症に関係するXpg領域を特定するためエクソン15を欠損したXpgΔexl5、811番目のアミノ酸(アスパラギン酸)をストップコドンあるいはアラニンに置き換えたXpgD811stopとXpgD811Aの3系統の変異マウスを作製した。
園芸施設屋根面を利用した栽培調和型太陽光発電システム

屋根面積比で13%を占める太陽電池アレイを東西単棟温室南屋根面に直線状または市松模様に設置した.その太陽電池アレイの発電エネルギーおよびその温室内で水耕栽培したネギの生育に及ぼす太陽電池の影の影響を解析した.太陽電池アレイの配置の工夫が作物の成長抑制を軽減するために重要であることが明らかとなった.太陽電池設置温室の年間作物収量損失,インバーターを通じて売電される電力量および太陽電池とインバーターのペイバックタイムも見積もった.屋根面積比で13%を占める太陽電池アレイを東西単棟温室南屋根面に直線状または市松模様に設置した.その太陽電池アレイの発電エネルギーおよびその温室内で水耕栽培したネギの生育に及ぼす太陽電池の影の影響を解析した.太陽電池アレイの配置の工夫が作物の成長抑制を軽減するために重要であることが明らかとなった.太陽電池設置温室の年間作物収量損失,インバーターを通じて売電される電力量および太陽電池とインバーターのペイバックタイムも見積もった.園芸施設の作物に未利用部分の日射で太陽光発電を行い、得られた電力で施設内の環境制御装置を運転し、結果として作物の収量や品質を向上させる。太陽電池製造時に排出するCO_2を作物が吸収するCO_2で相殺し、発電電力および作物の売り上げで太陽電池導入コストを数年かけて回収する。このような栽培調和型太陽光発電システムの開発を全体構想とした。特に、本申請に係る研究期間(3年間)では、作物に照射される日射の低下を最小としながら、最大の発電量が得られるような園芸ハウス屋根面への太陽電池の配置方法を定量的に明らかにすることを目的とした。今年度は、ハウス内の任意の位置に任意の配向で設置した太陽電池の発電量,およびその太陽電池を設置したハウス内の日射を計算するコンピュータープログラムを作成し,計算を実行した。計算結果を、2006-2008年に実施した予備実験から得られた実測値と比較した。その結果、同一面積の太陽電池アレイをハウス屋根面に設置しても、配置の幾何学形状によってハウス内の日射受光量の空間分布が著しく異なることが明らかとなった。さらに、屋外、太陽電池無設置ハウス内および太陽電池設置ハウス内でそれぞれ太陽光の波長分布を計測し、太陽電池の設置によるハウス内光環境への影響を考察した。太陽光の波長を分離してハウス内の作物とハウス屋根面の太陽電池に光を照射するオランダの研究施設を視察し、太陽電池の幾何学配置と波長選択システムについて議論した。年度前半の成果を日本生物環境工学会2009年福岡大会で口頭発表した。園芸施設の作物に未利用部分の日射で太陽光発電を行い、得られた電力で施設内の環境制御装置を運転し、結果として作物の収量や品質を向上させる。今年度は、太陽電池アレイを東西棟ハウス南屋根面に直線状または格子状に設置し、屋外1地点、ハウス内7地点で年間計測した日射を、前年度に作成したシミュレーションプログラムによって位置毎に再現し、実測値と計算値の近似を評価した。時間精度は1分、位置精度は10cmとした。太陽電池モジュールは、1枚の大きさが短辺412mm、長辺832mm、厚さ1mm、質量0.42kgであり、フレキシブルなアモルファスシリコン製である。これを30枚並列接続して、太陽電池アレイとした。太陽電池アレイがハウス土地面積に占める割合は11%である。傾斜面全天日射量に太陽電池アレイの面積、エネルギー変換効率および被覆資材透過率を乗じて太陽電池アレイの発電エネルギーを算出し、発電エネルギーとハウス内日射受光量の関係を考察した。結晶系太陽電池はアモルファスシリコン太陽電池より変換効率が高いので、より小面積でアモルファスシリコン太陽電池と同等の発電エネルギーが期待できる。したがって、結晶系太陽電池を用いる仮定での考察も行った。成果を28th International Horticultural CongressおよびBiosystems Engineeringで発表した。園芸施設内の作物に未利用部分の日射を利用して太陽光発電を行い、得られた電力で園芸施設の環境制御装置を運転し、結果として作物の収量や品質を向上させる。このような栽培調和型太陽光発電システムの開発を全体構想としている。今年度は、これまでの2年間で得られた実験データおよびシミュレーションプログラムを用いて、太陽電池アレイ面積および形状-発電エネルギー-施設内受光量-作物の生育の関係を解析し、園芸施設屋根面を利用した栽培調和型太陽光発電システムの総合的な特性を明らかにすることを目的とした。直線状および格子状に太陽電池アレイ(いずれもハウス土地面積に占める割合は11%)を設置した東西棟(間口5.4m、奥行16.0m、高さ3.3m)内および隣接の同型対照ハウス(太陽電池無設置)内で同時に水耕栽培したネギの生育データ(生体重,乾物重)を比較した。これまでに作成したシミュレーションプログラムによってネギの植栽位置毎に受光量を計算し、生育と受光量の関係を評価した。計算の時間精度は1分、位置精度は1cmとした。

過去2年間の研究データから、ハウス内の日射受光量の時間および空間分布は太陽電池アレイの幾何学配置(直線状または格子状)で大きく異なることがわかっていた。したがって、太陽電池アレイの幾何学配置の違いは作物の生育にも大きな違いを生じさせると考えられ、このことをネギの栽培データと目射計算結果から実証した。最後に、太陽電池アレイ面積および形状-発電エネルギー-施設内受光量-作物の生育-コストの関係を解析し、園芸施設屋根面を利用した栽培調和型太陽光発電システムの総合的な特性を明らかにした。研究で得られた成果を、関連国際学会ならびに学術雑誌で発表した。
可視化画像を用いた高速流の計測システム開発

本研究の主な目的は、可視化画像を使って流場の速度場を求める手法として開発されてきた、撮影時刻の異なる2枚の画像を使う方法を拡張して、高速流を計測する実用的な手法を開発することにあり、以下のような成果が得られた。(1)高速流を画像計測するためにレーザー光の照射時間を制御する手法としては、ブラックセルなどよりはむしろ、機械的なシャッターが実用的である。この手法には各種の応用も考えられる点でも優れている。(2)機械的チョッパーによって1/1000秒程度の制御が可能で、原理的に流速2.03.0m/s程度の流れに適用できる。また画像の撮影範囲を制限することにより、より高速な流れにも適用できる。(3)このシステムではNTSC信号を使った市販のCCDカメラを使うことが可能で、従来から使われてきた手法をそのまま使うことができる。(4)本手法を、大型回流水槽における実験に使うためには、良好なコントラストを確保するための特殊な粒子トレーサーを開発する必要がある。最も可能性の高い手法として、マイクロカプセルを利用する方法が考えられる。(5)本システムを利用できる解析手法には、従来から開発されてきた多くの手法があるが、中でも、撮影された画像データを統計解析することにより時間平均流を求める新しい手法が優れており、その応用や適用範囲はかなり広いものと思われる。(6)本システムを利用する画像計測の応用例として、船体まわりの波高分布計測および、船体表面上の摩擦応力計測が試みられた。本年度の研究では、まず高速流の計測における各種の問題点を整理し、各々の問題について詳細に調査した。その結果、従来から画像信号の収集に広く用いられてきたビデオシステム(NTSC方式)を使う限り、画像の取り込み時間は最短で1/60秒ではあるが、画像の撮影に適当なシャタ-機能を付加することで、2枚の画像取り込み時間を高速にできることがわかった。高速シャタ-を使って撮影する場合は、まず短時間に画像データーが得られるかどうかが大きな問題であり、高感度のカメラを使うか、あるいはパワーの大きな光源を使う方法が考えられる。ここではパワーの大きなレーザー光を使うことで応用範囲の広がりと実用性を重視した。また、この場合にはシャッター時間だけでなく、そのタイミングまで制御する必要があるので、電子セルなど各種の可能性を調査した結果、これも主に実用的な見地から、機械的なチョパ-方式を採用することにした。今年度得られたその他の結果をまとめると、1)チョッパーの制御で1/(1000)秒程度のシャタ-は簡単に実現でき、流速2.03.0m/s程度の流場計測が実用的に可能となる。また、画角の取り形によってはさらに速い流れにも適用可能である。2)このシステムの特徴は、NTSC信号を使いながら2枚の連続画像の撮影時間間隔を制御できるところにあり、既存のシステムに大きな手を加えることなく各種の計測法に使用可能である。3)流場の2次元性を仮定せずに使える統計解析手法を用いた流速分布の計測法を開発し、上記のシステムの適用によって、船尾後流の計測が可能となることを示した。本年度の主な研究は、昨年度購入した高出力レーザを使った計測システムの整備と性能調査およびその応用とした。まず、昨年度の研究結果から適当と判断した機械的なチョパ-を使ったシャッター制御装置を用いて、計測に適当なシャッター速度、タイミングなどを系統的に調査した。小型回流水槽による実験から、1.0m/s2.0m/s程度の流速で計測可能であることを確認した。しかしながら、大型回流水槽における実験の結果、大型の場合に撮影できる画像のコントラストはかなり悪く、画質を保つことのできる特殊な粒子トレーサーを開発することが必要であることの結論に達した。これを実現するために、最も可能性の高い手法は蛍光染料や顔料を使った特殊なマイクロカプセルの開発と考えられるが、本研究の期間内にはその開発が終了しなかった。次に、チョッパーによるシャッター制御が完成したものとして、計測システムの解析方法について検討した。

中でも、画像データを統計的に解析して時間平均流速を画像データーから直接求める手法については、計測精度や解析の拡張を行い、3次元流計測の可能性を確認するなど、かなりの成果を上げることができた。本研究に関する発表論文の多くは、この点に関するものである。また、本システムの応用の一つとしては、船体まわりの波高分布計測に関して成果を上げることができた。高出力のレーザを使うことにより光散乱度が異なる空気と水の界面を可視化することが可能となり、曳航水槽の模型船まわりの波面の計測を行った。その結果は、従来の計測方法による実験結果と比較してよく一致していることが確認された。
有理関数族の複素力学系に関する研究

9年度科研費によりノートパソコンを購入し、関数族の分岐の単調性、非単調性に関する実験を行った。またモヂュライ空間内に定義される力学曲線を得るために数式処理システムを使用した。研究経過・研究成果1997年度:3次、4次多項式族、2次有理関数族に対するモヂュライ空間の双曲成分についてと、分岐現象に関するNUSSE-YORKEの予想の反例の構築京都大学数解研講究録(6)非単調な分岐過程をもつ1径数1次元関数族、no.1049国際会議発表9年度科研費によりノートパソコンを購入し、関数族の分岐の単調性、非単調性に関する実験を行った。研究経過・研究成果1997年度:3次、4次多項式族、2次有理関数族に対するモヂュライ空間の双曲成分についてと、分岐現象に関するNUSSE-YORKEの予想の反例の構築京都大学数解研講究録(6)非単調な分岐過程をもつ1径数1次元関数族、no.1049国際会議発表2次有理関数族、3次多温式族の双曲成分は位相的4、Cellであり、4つのタイプがある。各成分には特異点の軌道により決定される中心という点がある。この4タイプの双曲成分の中心に関して、2タイプの中心曲線(代数多様体)を、モジュライ空間に定義した。この中心曲線という概念は位相的エントロピーの単調性問題に対して重要な役目を果すことはすでに示したが、多様体としても興味深い研究対象である。一方、非自明な自己同型群もつ関数族の集合が作るモジュライ空間の特異部分(Symmetry locus)はやはり代数、多様体となる。本研究目的は各関数族のモジュライ空間内の中心曲線、特異部分という2つのタイプの代数多様体の解明を足して、力学系の諸問題を解析することにある。本年度の実績として主として2つの結果を得た。(1)4次多項式族に挿入される2つのアフィン構造-すなわち係数座様系と、乗数座様系(Fatou index Tkを用いての)一の間の関係が、2次有理関数族、3次多温式族に対する場合とは著しい差があること。(2)Henon-Mapsのような2次元写像族に対するanti-monotone分岐現象は、fomoclinic点の存在から解決されているが、一次元写像族に対しては、いつauti monotone分岐が生じるかは未解決である。我々は、3次多温式族に対する中心曲線の方法を用いて、J、Yorke達の予想に対する反例を作った。又{mf(x)}mERタイプの関数族の分崎のタイプについて、やはりJ、Yorke達の結果のあいまいさを反例によって示した。この方法は、この関数族が作るモジュライ空間内の代数曲線の解析である。研究経過・研究成果1997年度:3次、4次多項式族、2次有理関数族に対するモヂュライ空間の双曲成分についてと、分岐現象に関するNUSSE-YORKEの予想の反例の構築京都大学数解研講究録(6)非単調な分岐過程をもつ1径数1次元関数族、no.1049国際会議発表
外国語学習方略使用状況診断法のインターネットへの移植と方略使用訓練法の有効性検証

平成8年6月より、マルチメディア化された方略使用状況診断法のネットワーク上への移植作業を行い、10月末にその作業をすべて完了した。そこで、11月より、完成した試用版をインターネット上にて公開し、ネットワーク利用者からのフィードバックを得る作業に入った。3カ月の試験運用のあと、平成9年1月の段階で一旦ネットワークより接続を解除した。その後、この3カ月の試験運用期間中に得られたフィードバックを元に、平成9年3月末までに、改良版を完成させる作業を続行中である。フィードバックで得られた情報のうち、一番多い指摘は、マルチメディア化したためにロ-ディング作業にかなり時間がかかるというものであった。この問題を解決するためには、完成版を元に、動画などをカットした簡易版を作成する必要があり、その作業の検討を鋭意進めている。一方、方略訓練に関しては、予定通り5月よりデータ収集作業を行い、10月よりデータの分析を行った。得られた結果には、導入した方略訓練の有効性を裏付けるものが多く見られたが、一部に解釈が難しい結果(方略訓練が英語学習に悪影響を及ぼすというもの)があった。そこで、この部分の再検証を行うために平成9年1月より、新たな改良を加えた短期間の訓練を実施した。その結果は、2月末に得られたため、現在解釈を進めている。なお、方略訓練マニュアルの作成は、再訓練の解釈が得られ次第着手する。上記の研究成果の公表は、来年度行われる学会発表(申し込み済み)ならびに平成10年初頭出版予定の論文集にて行う予定である。
大気二酸化炭素の増大と表面海水の酸性化によるサンゴ石灰化への影響

大気二酸化炭素濃度の増大に伴うサンゴの石灰化の応答に関する研究を平成18年度から継続し行った。サンゴの石灰化に対する海水のpHの影響について定量的なデータを得るため、pHを変化させた海水中でサンゴ飼育実験を行った。海水のpHを変化させると炭酸塩の化学平衡からその海水のアラゴナイト(炭酸カルシウム)に対する飽和度(Ω)を変化させることになる。クサビライシとハマサンゴ試料をpHを変えた3、4種の海水中で飼育し、石灰化速度を測定した。その結果、サンゴの石灰化速度(R)と海水のアラゴナイトに対する飽和度(Ω)の間には、R=k(Ω-1)の関係が成立することが明らかになった(k:速度定数)。したがって、これらサンゴの石灰化機構は1次反応に規定される。1800年ころの大気二酸化炭素(280ppm)と海水のアルカリ度(2.3mmol/kg)(pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。Ω=4.5のときのサンゴ石灰化率(G)を100%とすると、上式は一般式として、G(%)=100(Ω-1)/(4.5-1)となる。2008年(CO_2=380ppm,pH=8.20)、2100年(CO_2=540ppm,pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。上式に各Ω値を代入すると、G値はそれぞれ80%(2008年)、57%(2100年)と計算できる。このような化学シミュレーションに照らして、サンゴ石灰化速度は産業革命以前に比べて現在は約20%減少しており、2100年には約40%以上減少する可能性がある。さらに、沖縄のサンゴ礁の石灰化速度を観測した結果、Ωの二次反応である可能性が明らかになった。したがって、サンゴ礁での石灰化に対する海洋酸性化の影響はかなり大きいことが示唆される。過去から未来への地球環境変動の予測をこの研究で試みた。大気二酸化炭素濃度の増大と表面海水の酸性化によるサンゴ石灰化への影響に関する研究を行った。海水のpHを変化させると炭酸塩の化学平衡からその海水のアラゴナイト(炭酸カルシウム)に対する飽和度(Ω)は変化することになる。沖縄のサンゴ礁から採取、飼育していたハマサンゴ試料をpHを変化させた3種の海水中(25°C)で飼育し、石灰化速度を測定した。その結果、サンゴの石灰化速度(R)と海水のアラゴナイトに対する飽和度(Ω)の間には、R=K(Ω-1)の関係が成立することが明らかになった(k:速度定数)。したがって、これらサンゴの石灰化機構は1次反応に規定される可能性が高い。さて、1800年ころの大気二酸化炭素(280ppm)と海水のアルカリ度(2.3mmol/kg) (pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。

Ω=4.5のときのサンゴ石灰化率(G)を100%とすると、上式は一般式として、G(%)=100(Ω-1) / (4.5-1)と単純化できる。2006年(CO_2=380ppm, pH=8.20)、2100年(CO_2=540ppm, pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。上式の各Ω値を代入すると、G値はそれぞれ80%(2006年)、57%(2100年)と計算できる。このような化学シュミレーションに照らして、サンゴ石灰化速度は産業革命以前に比べて現在は約20%減少しており、2100年には約40%以上減少する可能性がある。過去から未来への地球環境変動の予測をこの研究で試みた。温度、照度を変えたサンゴ飼育実験を継続し、G(%)=100(Ω-1)/(4.5-1)が一般化できる関係式であるか検証する計画である。大気二酸化炭素濃度の増大に伴うサンゴの石灰化の応答に関する研究を20年度から継続し行った。サンゴの石灰化に対する海水のpHの影響について定量的なデータを得るため、pHを変化させた海水中でサンゴ飼育実験を行った。海水のpHを変化させると炭酸塩の化学平衡からその海水のアラゴナイト(炭酸カルシウム)に対する飽和度(Ω)を変化させうことになる。コブハマサンゴ試料をpHを変えた4種の海水中で飼育し、石灰化速度を測定した結果、サンゴの石灰化速度(R)と海水のアラゴナイトに対する飽和度(Ω)の間には、R=k(Ω-1)の関係が成立することが明らかになった(k:速度定数)。したがって、これらサンゴの石灰化機構は1次反応に規定される。1800年ころの大気二酸化炭素(280ppm)と海水のアルカリ度(2.3mmol/kg)(pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。Ω=4.5のときのサンゴ石灰化率(G)を100%とすると、上式は一般式として、G(%)=100(Ω-1)/(4.5-1)となる。2006年(CO_2=380ppm,pH=8.20)、2100年(CO_2=540ppm,pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。上式に各Ω値を代入すると、G値はそれぞれ80%(2006年)、57%(2100年)と計算できる。海水のpHを変化させると炭酸塩の化学平衡からその海水のアラゴナイト(炭酸カルシウム)に対する飽和度(Ω)を変化させることになる。クサビライシとハマサンゴ試料をpHを変えた3、4種の海水中で飼育し、石灰化速度を測定した。その結果、サンゴの石灰化速度(R)と海水のアラゴナイトに対する飽和度(Ω)の間には、R=k(Ω-1)の関係が成立することが明らかになった(k:速度定数)。したがって、これらサンゴの石灰化機構は一次反応に規定される。1800年ごろの大気二酸化炭素(280ppm)と海水のアルカリ度(2.3mmol/kg)(pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。