hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
積層型極短チャネルIII-V族MOSFET

超高速・低消費電力論理回路用素子を実現するための技術として、縦方向に積層されたInGaAs極薄膜をチャネルとするトランジスタの開発に取り組んだ。有機金属気相成長法による再成長で形成したソースドレインによって中空に保持されたInGaAsチャネルの形成プロセスを開発した。断面観察からは厚さ10 nm以下、幅100 nm以上という縦横比のナノシートが二層に積層された構造が実現されていることが分かった。ここに高誘電率ゲート絶縁膜とモリブデン電極からなるゲートスタック構造を形成し、トランジスタ素子の測定を行った。電流特性からは積層型ナノシート構造の優位性を示す結果が得られた。将来の集積回路用トランジスタとして期待されるIII-V族化合物半導体電界効果トランジスタ(FET)の性能向上を目的として、積層型InGaAsチャネル構造と結晶成長ソースを有するFETの開発を行った。提案構造の前提となるフィン型チャネル構造に再成長ソースを形成するデバイス構造の動作特性についてTCADシミュレーションとの比較と共に報告した。積層型チャネルへのゲート電極形成において候補となる電極形成プロセスとして、スパッタ法を用いたMOS構造形成に関する基礎条件の調査を行った。Moスパッタ成膜時のプラズマ出力や圧力等について低抵抗かつ均一性の高い成膜が可能な条件を得ることができた。原子層堆積法によって形成したHfO2/Al2O3二層型の絶縁膜にMo電極を形成したMOSキャパシタ構造の電気特性評価では、これまでに報告している電子ビーム蒸着したNi電極との比較においても、良好な界面特性を持っていることが確認できた。InGaAs/InPの周期構造を有するエピタキシャル基板に対してチャネル真性部に対応する微細構造を形成した後にMOCVD法による再成長を用いてn-InGaAsソース層の形成を行い、チャネル/ソース境界に空隙の生じない成長が可能であることを確認した。一方で再成長後のフィン形状形成時に凹凸構造に起因して、当初想定していなかったプロセス上の問題点が生じることが明らかとなった。これを解決するために複数の作製プロセスに関する調査を行いハードマスクへの転写プロセスを導入する事でその解決が見込まれることを明らかとした。次年度以降に提案デバイス構造の動作実証を行い、特性改善へ向けた取り組みを推進するための要素技術を確立することが出来た。MOCVD法によるソースドレイン領域再成長後に行うチャネル幅を決定する加工プロセス時にチャネル近傍の凹凸構造に起因するレジスト膜厚の変動が生じ、チャネル幅の微細化において障害となることが明らかとなった。そこで想定していた電子ビーム露光用レジストの直接描画によるマスク作製プロセスに対して、転写プロセスを用いた別のプロセスへの変更を行うための実験を行う必要が生じた。結果、初年度の目的であった提案構造での素子動作には至っておらず、当初の予定からは若干の遅れが生じていると判断した。本研究課題は将来の大規模集積回路での利用を見込んだ、超高速・低消費電力トランジスタを実現することを目的とし、高い電子移動度を有する化合物半導体InGaAsを用いた積層型薄膜チャネル、マルチゲート構造、有機金属気相成長法による再成長で形成された高濃度ドーピングソース/ドレイン層、といった特徴を備えたデバイスを提案している。前年度までに確立された再成長ソース/ドレインの作製プロセスを用いて提案デバイス構造における動作実証へ向けた取り組みを行った。再成長後に犠牲層となるチャネルInGaAs間のInPを横方向からウェットエッチングすることで、再成長層により中空保持されたInGaAsナノシートチャネル構造が形成可能であることを示した。ここに原子層堆積法により高誘電率ゲート絶縁膜を、スパッタ法によりゲート金属をそれぞれ堆積し、MOSゲートスタックを作製した。電子顕微鏡断面観察により、厚さ10 nm/幅100 nm以上の高いアスペクト比と良好な膜厚均一性を持つ二層のナノシート型チャネルの形成を確認した。電流電圧特性の評価においてトランジスタ動作が得られ、過去に作製したフィン構造素子に対して短チャネル効果への耐性に優れる良好なサブスレッショルド特性を示した。また、設計幅辺りの電流が一定となる傾向が示され、ナノシート構造をフィン/ナノワイヤ構造と比較した場合の利点となる電流設計の連続性を示唆する結果を得た。さらにゲート金属のALD成膜によるゲートオールアラウンド構造導入を行い、電流立ち上がりの急峻性が改善し、動作電圧が低下することを示した。上記結果により提案した積層型InGaAs薄膜チャネルトランジスタの基本動作を実証し、サブスレッショルド特性の改善といった利点を示すことが出来た。今後、絶縁膜特性の改善や寄生抵抗の削減を行うことで高電流動作の実現といったさらなる特性改善が期待される。試作段階で明らかとなったプロセス上の課題については現在までにほぼ解決したため、まずはデバイス構造の作製を進め、その動作を確認することを行う。

その後、得られた測定結果からのフィードバックを適宜行いつつ、チャネル長を初めとする各構造のスケーリングや組成比の制御といった性能向上へ向けた取り組みを進めていき、ターゲットとしている電流特性の実現を目指す。実験的なアプローチのみでなくTCADシミュレーションによる理論的な検討を併せて行うことで研究の効率化を図る。電子デバイス本デバイスにおいて重要となるチャネル形状等について断面TEM等による厳密な評価を行うことを想定していたが、SEM観察の時点でプロセスの改善が必要であることが明らかとなったため、TEMによる依頼分析を行っていないことが主な理由である。当初予定していたTEMを用いた構造評価は今後行う必要があるため、その実施やそれを用いた発表の経費(投稿費・旅費)として使用する。また、研究遂行において必要となる各種消耗品費(プリカーサー、ガス、薬品)としても充当する予定である。
慢性炎症性呼吸器疾患におけるヘルパーＴ細胞と炎症性マクロファージのクロストーク

Th1細胞の分化誘導を司る転写因子T-betが高発現するマウスでは、T-betが単球・マクロファージの遊走、分化、活性化を制御することでヒト肺胞蛋白症に類似した病態を生じることが明らかになった。一方、M.avium感染モデルでは、T-bet欠損マウスや、Th17細胞の分化誘導を司る転写因子RORγtが高発現するマウスにおいて、肺組織での炎症が増強していた。以上より、T細胞特異的転写因子は、Th炎症フェノタイプ、炎症性マクロファージの動態を制御し、各疾患の病態生理に影響を及ぼす可能性が示唆された。CD2プロモーターによりT細胞特異的にT-betを高発現したB57BL/6マウス(T-bet-tgマウス)を実験に用いた。対照群としては同系の野生型マウスを使用した。10、20、30、および50週齢の各時点で肺組織を採取したところ、T-bet-tgマウスでは加齢に伴い、気管支肺胞洗浄液は米のとぎ汁様の外観を呈し、肺組織では肺胞腔内に著明なTリンパ球浸潤およびPAS陽性・SP-A陽性の滲出物が認められ、ヒト肺胞蛋白症に類似した所見がみられるようになった。しかし、GM-CSFシグナリングの下流に存在するPU.1の発現がT-bet-tgマウスの肺胞マクロファージにおいて野生型と同等であったことから、この病態成立にはヒトで示唆されているGM-CSFシグナル伝達の異常とは異なったメカニズムが推察された。T-bet-tgマウスにおいては、骨髄から末梢血への骨髄球の遊走が亢進し、気管支肺胞洗浄液中のマクロファージ分画の増加がみられたが、肺胞マクロファージ(Autofluorescence+/CD11c+)よりも炎症性マクロファージ(Autofluorescence+/F4/80low/CD11b+)、M2マクロファージよりもM1マクロファージの肺内集積が顕著であった。さらに同マウスのマクロファージは大型で泡沫状であり、蛍光ビーズ貪食能が低下していた。以上より、T細胞におけるT-betの高発現が、単球・マクロファージの遊走、分化、活性化を制御する可能性が示唆された。喘息や肺線維症、肉芽腫性疾患などの多くの慢性呼吸器疾患では、リンパ球やマクロファージを主体とした炎症性病変がみられる。申請者らは、これまでにTh1細胞の分化誘導を制御する転写因子T-betを高発現するマウスにおいて、肺組織中のIFN-γ、TNF-αの亢進を伴うTh1タイプのリンパ球性肺炎症とM1マクロファージの肺内集積を認め、肺胞蛋白症に類似した肺病変を自然発症することを発見した。さらにTh2細胞の分化誘導を制御する転写因子GATA-3を高発現するマウスに抗原反復刺激すると、M2マクロファージ、fibrocytesの集積が認められ、Th2タイプの気道炎症とともに気道リモデリングが顕著に亢進することを見出した。これらの結果より、Thバランスが炎症性マクロファージの遊走や分化、炎症成立に関与する可能性を考えた。本年度は非結核性抗酸菌症マウスモデルを作成し、肉芽腫性疾患におけるT細胞特異的転写因子の役割、Th炎症のフェノタイプ、炎症性マクロファージの動態を解析することで、その免疫学的病態を明らかにすることを目的とした。肉芽腫は異物に対する防御反応の1つで、その主な構成細胞はマクロファージであるが、Th1、Th17型免疫反応の関与が示唆されている。そこで、我々は、Th1、Th17細胞の分化誘導をそれぞれに制御する転写因子T-bet、RORγtの遺伝子改変マウスに抗酸菌を曝露し、検討した。T-bet欠損マウスでは、野生型マウスと比較し、肺組織での抗酸菌増殖や炎症が著しく、また感染後の死亡も高率であった。さらに同マウスの肺組織ではIFN-γは低下し、IL-17およびIL-6が増加していたことから、RORγt高発現マウスに抗酸菌を曝露したところ、肺炎症が増強していることが確認された。以上より、Th1/Th1細胞環境が抗酸菌感染症の病態を制御する宿主因子の一つであることが示唆された。これまでの検討により、炎症性マクロファージの遊走・分化には肺のTh炎症フェノタイプの差異が重要であり、Th炎症フェノタイプの決定はそれぞれ特異的な転写因子で制御される可能性が示唆された。本研究のテーマは、Thバランスが炎症性マクロファージの遊走や分化、炎症成立にどのように関与するかについてである。昨年度から引き続き、本年度も非結核性抗酸菌症マウスモデルを用い、肉芽腫性疾患におけるT細胞特異的転写因子の役割、Th炎症のフェノタイプを解析することで、その免疫学的病態を検討した。肉芽腫形成は非結核性抗酸菌症において生体防御反応の一つと考えられ、その成立にはマクロファージのほか、Tリンパ球活性化による免疫反応が関与することが示唆されている。これまで我々はTh1細胞の分化誘導を制御する転写因子T-betの遺伝子改変マウス欠損マウスを用い、Th1細胞環境が抗酸菌感染症の病態を制御する宿主因子の一つであることを検証した。そこで今年度は、Th17細胞の分化誘導を制御する転写因子RORγtの遺伝子改変マウスに抗酸菌を曝露し、Th17フェノタイプが結核性抗酸菌症の病態にどのように影響するか検討した。RORγt高発現

マウスと野生型マウスとでは、抗酸菌曝露後の肺・脾臓・肝臓組織での抗酸菌増殖や生存率に差異はなく、Th17細胞環境は非結核性抗酸菌の全身への感染拡大には影響していないと考えられた。しかし、RORγt高発現マウスでは野生型マウスと比較して好中球性肺炎症は増強し、さらに同マウスの肺組織ではIL-17およびIL-6が増加していた。また、一部のIL-17産生リンパ球はIFNγも同時に産生していることが確認された。以上より、Th17細胞環境は非結核性抗酸菌症の病態において肺局所の炎症増強に寄与すると考えられた。今後はThバランスと炎症性マクロファージとのクロストークについてさらに検討を加える予定である。Th1細胞の分化誘導を司る転写因子T-betが高発現するマウスでは、T-betが単球・マクロファージの遊走、分化、活性化を制御することでヒト肺胞蛋白症に類似した病態を生じることが明らかになった。一方、M.avium感染モデルでは、T-bet欠損マウスや、Th17細胞の分化誘導を司る転写因子RORγtが高発現するマウスにおいて、肺組織での炎症が増強していた。以上より、T細胞特異的転写因子は、Th炎症フェノタイプ、炎症性マクロファージの動態を制御し、各疾患の病態生理に影響を及ぼす可能性が示唆された。上記成果により、研究結果は下記学術誌に発表した。本年度までの検討で得られた知見について、まだ詳細な病態は明確になっていない。次年度以降は、個々の免疫細胞の動態、役割に注目し、細胞間相互作用などを解析することで、Th肺炎症フェノタイプの差異が、骨髄由来細胞の遊走、分化、活性化を制御するメカニズムを細胞分子レベルで明らかにしたいと考えている。炎症性呼吸器疾患これまでの検討により、炎症性マクロファージの遊走・分化には肺のTh炎症フェノタイプの差異が重要であり、Th炎症フェノタイプの決定はそれぞれ特異的な転写因子で制御されることが示唆された。従って、次年度以降はさらに、喘息、肺線維症、抗酸菌症、サルコイドーシスの動物モデルあるいは、ヒト検体を用いてT細胞特異的転写因子、Th炎症フェノタイプ、炎症性マクロファージの動態、および細胞間の相互作用を詳細に解析したいと考えている。
ナノスケール動的濡れ現象の分子動力学解析

定常状態にある円形の液滴を基板に近づける過渡的なシミュレーション結果から接触線摩擦係数を計算した.はじめに,静的接触角とスリップ長を分子動力学計算より求め,これらを入力とした連続体計算と行った結果,仮に連続体計算の接触線摩擦をゼロとした場合でも分子動力学計算の濡れ速度が連続体計算のそれよりも速くなることが分かった.次に,MKT理論を通じて分子動力学計算から直接的に接触線摩擦を求める手法を実践した結果,例えばグラフェン上ではOh数が1以下となり,慣性力が支配的になることがわかった.各種平滑表面の液滴の濡れ半径を見ると,固体面の濡れ性によって動的濡れ挙動が明確に異なることがわかった.一方で,濡れ半径を平衡濡れ半径で規格化し,時間を慣性スケーリングで規格化すると濡れ半径の時系列は同一曲線状に一致した.これにより,本研究における濡れ現象は表面の濡れ性に依らず慣性支配であることがわかった.さらに,欠陥を設けた表面上での,液滴の濡れ半径の時系列を調べた.欠陥は表面層のグラフェンに異なる大きさの四角形の穴を等数密度で空けることによってモデルした結果,下地が銅の場合は初期の濡れ挙動は欠陥の大きさに依存しないことが明らかになった.一方で,下地がグラファイトの場合は濡れ挙動が欠陥の大きさに依存することがわかった.次に,金/SAM膜/水の系において界面熱輸送について,温度依存性のメカニズムを明らかにするべく,界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した. SAMとの界面近傍の水の密度を詳細に評価したところ,撥水表面ではSAMと水の間に隙間が空いているため,分子の運動エネルギーによって空間に進入する水分子の数が大きく異なり,その結果密度が温度に強く依存することがわかった.一方,親水温度依存性は界面でのSAMと水の距離が近いため,密度は高止まりした.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、シミュレーションモデルの構築を行った。液体としては実験においては用いられている水に加えて、アルコールなどにも取り組んだ。固体表面については、物理的(幾何学的)な構造と化学的な構造が異なるナノ構造のモデルを構築した。グラフェンは原子レベルで完全な滑面である一方で、自己組織化単分子膜はチオール鎖の長さや終端基の種類によって界面構造が静的および動的に若干変化する。動的濡れ特性を検証する前に、まず静的接触角を評価することによって、モデルの妥当性を検証した。その結果、当グループで行ってきた金の上に形成した自己組織化単分子膜の静的濡れ性との良好な一致を確認した。また、自己組織化単分子膜の集合的構造(傾き角など)や格子振動の状態密度なども評価した。さらに、金表面や界面近傍の液体層の振動モードがバルクのそれから変化する様子も評価した。次に、これらの界面の振動特性が強く影響すると考えられる、界面を通過する熱量(界面熱コンダクタンス)を計算した。自己組織化単分子膜の厚さ(チオール鎖の長さ)を変化させることによって、振動の状態密度の離散性の界面熱コンダクタンスへの影響を評価し、当グループでの実験結果との比較検討を行った。最後に、ナノスケールの構造を有する表面を取扱った。液体分子と表面構造のスケールの比率が接触線での速度スリップ与える影響などの評価を通じて、表面構造の動的濡れ性に与える影響を議論できるようにした。前年度構築したシミュレーションモデルを用いて,液滴の動的濡れ現象や界面の熱輸送の分子動力学解析を行った.グラフェンや自己組織化単分子膜などの原子レベルの滑面に加えて,ナノスケールの構造を有する表面を取扱い,スリップや界面摩擦の動的な濡れ半径や速度に与える影響を検証した.銅の表面に13層のグラフェンを設置し,グラフェンを部分的に除去する(欠陥または細孔を設ける)ことで,ナノ構造表面のモデル系を作成した.本系は,実際に実験で作製し得るナノ構造であることに加えて,作業流体を水とした場合,銅表面は親水性で,グラフェンは撥水性であるため,グラフェンの層数を変化させることにより,濡れ性を広域で制御できるメリットもある.これに対して,液滴を滴下して,濡れ半径の時間履歴を得る非定常計算や,液滴を2つの向かい合う固体面に液滴を挟み(液柱),クエット流のように固体面を動かす定常計算を行った.その結果,濡れ初期においては,液滴の動的濡れ挙動が慣性力によって支配されるため,濡れ速度はナノ構造の形状に依存しないことが明らかになった.一方,ある臨界時間を過ぎると,濡れ速度はナノ構造の形状に大きく依存し,ナノ構造形状によってはピニングの影響によって間欠的な挙動を示すこともわかり,慣性スケーリングによって,無時限臨界時間を同定した.一方で,自己組織化単分子膜(SAM)で金を被覆した系においては,前年度の界面熱輸送の計算をさらに発展させて,SAMと水の界面熱コンダクタンス(TBC)の濡れ性依存性および温度依存性を検証した.SAMの終端基を親水性にした場合はTBCは温度に依存しないが,撥水性とした場合は温度に強く依存することが明らかになった.

そのメカニズムを明らかにするべく,界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した.当初の計画通り,ナノスケールの動的濡れ性現象や界面熱輸送のメカニズムの検証や,制御性の評価が進んでいる.定常状態にある円形の液滴を基板に近づける過渡的なシミュレーション結果から接触線摩擦係数を計算した.はじめに,静的接触角とスリップ長を分子動力学計算より求め,これらを入力とした連続体計算と行った結果,仮に連続体計算の接触線摩擦をゼロとした場合でも分子動力学計算の濡れ速度が連続体計算のそれよりも速くなることが分かった.次に,MKT理論を通じて分子動力学計算から直接的に接触線摩擦を求める手法を実践した結果,例えばグラフェン上ではOh数が1以下となり,慣性力が支配的になることがわかった.各種平滑表面の液滴の濡れ半径を見ると,固体面の濡れ性によって動的濡れ挙動が明確に異なることがわかった.一方で,濡れ半径を平衡濡れ半径で規格化し,時間を慣性スケーリングで規格化すると濡れ半径の時系列は同一曲線状に一致した.これにより,本研究における濡れ現象は表面の濡れ性に依らず慣性支配であることがわかった.さらに,欠陥を設けた表面上での,液滴の濡れ半径の時系列を調べた.欠陥は表面層のグラフェンに異なる大きさの四角形の穴を等数密度で空けることによってモデルした結果,下地が銅の場合は初期の濡れ挙動は欠陥の大きさに依存しないことが明らかになった.一方で,下地がグラファイトの場合は濡れ挙動が欠陥の大きさに依存することがわかった.次に,金/SAM膜/水の系において界面熱輸送について,温度依存性のメカニズムを明らかにするべく,界面近傍の水の層構造や分子振動の状態密度の変化や異方性を評価した. SAMとの界面近傍の水の密度を詳細に評価したところ,撥水表面ではSAMと水の間に隙間が空いているため,分子の運動エネルギーによって空間に進入する水分子の数が大きく異なり,その結果密度が温度に強く依存することがわかった.一方,親水温度依存性は界面でのSAMと水の距離が近いため,密度は高止まりした.当初の計画通り、ナノスケール動的濡れ現象の分子動力学解析を行うためのシミュレーションモデルの構築が進んでいる。前年度までに見出した,現象のメカニズムを同定し,その制御性を明らかにする.ナノ構造化グラフェンの上の動的濡れ性に関しては,連続体計算との比較を通じて,現象を支配する物理を明らかにする.そのために,フェーズフィールド法による界面モデルにもとづいて,ナビエストークス方程式とカーンヒリアード方程式をカップルして解き,固液界面の境界条件に,壁面スリップや接触線摩擦係数を導入する.壁面スリップは別途,クエット流の分子動力学(MD)シミュレーションから計算することで連続体計算への入力とし,連続体計算で得られた濡れ半径や液滴形状の時系列が,MD計算のそれと合うように,接触線摩擦係数を調整することで,接触線摩擦係数を同定する.表面張力,粘性,液滴径などの物性値と合わせて無次元Ohnesorge数で整理することによって,接触線摩擦散逸,慣性力,粘性散逸,うちで支配的な物理を同定し,濡れ速度にナノ構造が影響しない濡れ初期から,ナノ構造に強く影響されるその後への遷移のメカニズムを説明する.また,それを通じて,ナノ構造による動的濡れ性の制御性について指針を示す.一方,自己組織化単分子膜と水の界面の熱輸送に関しては,撥水性の終端基で見られた強い温度依存性のメカニズムを明らかにする.前年度に得られた界面近傍での構造因子や振動スペクトルの分布や異方性をもとに,フォノンまたはバイブロンの輸送の描像から,周波数に依存したスペクトル熱伝導を考察する.また,SAM内の原子間力定数を変化させ,温度依存性への影響を摂動論的に調べることで,構造や濡れ性との因果関係を同定する.
都市における人間の移動の数理的解析

本年度の成果の概要をまとめる。1.従来の研究をまとめ、雑誌に投稿する。(日本建築学会計画系論文集)掲載は1996年1月号pp.189-1982.データの収集。海外都市について調査旅行を行う。今年度は、モロッコ、ポルトガル、スペインの諸都市、及びパリ等について調べ、写真、地図等のデータを集めた。3.データの整理、データベース化。2の項で集めたデータ等をデジタルデータ化し、分析等において利用可能なデータベースの形に整理する作業。現在進行中である。4.プログラミング環境等の移行。1.の項の研究においては旧機種を用いた。移行は海外調査、機種の購入時期等のかねあいで1995年末まら実際の作業に入る。現在も進行中である。5.シミュレーションモデルの作成。これに関しては4の項が進行中なので、幾種類かのタイプを構想中である。さらに、都市街区内での、人間の歩行を念頭に置いた移動モデルを検討中である。1の項においては、従来のモデル、データ等の修正、補正を行った。今年度前半はこの作業が中心であった。2の項については、1995年度8月から9月にかけて海外の都市を調査しデータを収集した。データは、各都市の中心部周辺について踏査を行い、地図の収集、写真の撮影等を中心に行った。3の項目は前年度の調査及び今年度の調査資料をデータベース化する作業である。中心となるのは地図データをスキャニングする事であるが、第一段階としてビットマップの形で入力している。4の項目はDOS環境からMacOS環境への移行である。高次元の環境への移行であり、視覚的表現等において様々な長所を持つOSであるが、その取り扱いについて研究の方向とあわせて現在も進行中である。5に関しては、構想段階で、数種類のモデル化を検討中であるが、プログラミング段階にまでは至っていない。現在進行中である。現在も進行中である。
溶接アークプラズマ中の金属蒸気の元素分離ダイナミクスと微粒子の生成過程メカニズム

ものづくりに必須の基盤技術でありながら、未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させる目的で、(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を可視化するとともに、(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施することにより、(3)金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにしたものづくりに必須の基盤技術でありながら、未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させる目的で、(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を可視化するとともに、(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施することにより、(3)金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにしたものづくりに必須の基盤技術でありながら,未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させるため,(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を実験的に把握するとともに,(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施し,(3)実験結果と比較検討することにより,金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにし,それらが溶融プール形成に及ぼす影響について定量的に明らかにすることを目的とする平成22年度においては、まず、静止GTA(ガスタングステンアーク)溶接プロセスで生じる動的な金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスタ「微粒子の生成過程の時間変化を実験的に把握するため,高感度・高速度アークプラズマ診断システムを構築した。これにより、ヘリウムGTAを純鉄平板上で発生させ,純鉄の溶融プールを形成させ、高感度・高速度アークプラズマ診断システムを用いて静止溶接現象の動的変化を観察した.その結果、FeIの線スペクトルの2次元強度分布の時間変化を可視化するとともに,同時に,鉄微粒子の生成過程も可視化することに成功した.一方、我々の研究グループのGTA数値解析モデルに多元素系金属蒸気を考慮に加えるよう拡張した.アーク発生から溶融プールが十分に形成されるまで,金属蒸気の種類及び密度の動的な空間分布変化,プラズマ温度分布の動的変化,溶融プールの動的変化などを時間ごとの数値計算シミュレーションとして出力することに成功したものづくりに必須の基盤技術でありながら、未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させるため、(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を実験的に把握するとともに、(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施し、(3)実験結果と比較検討することにより、金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにし、それらが溶融プール形成に及ぼす影響について定量的に明らかにすることを目的とする。平成23年度は、平成22年度に構築した「高感度・高速度アークプラズマ診断システム」を用いて、GTA(ガスタングステンアーク)を熱源とした理想的な一次元流れ場における鉄微粒子生成の可視化を行い、粒子生成の数値計算シミュレーションの結果と比較することにより、取り扱う物理現象のモデル化の妥当性を確認した。具体的には、金属蒸気の量と種類を変化させるとともに、GTAの電流をパラメータ化することにより一次元流れ場を変化させ、核生成する金属蒸気圧や冷却速度を変化させることに成功した。その結果、金属蒸気圧が高くなるほど生成する金属微粒子径が増大し、一方、冷却速度が増加するほど生成する金属微粒子径が低下することが実験的に明らかになった。これらの定量的な実験結果と同じ入力条件で粒子生成の数値計算シミュレーションを行った結果、双方ともよい一致を示した。以上のことから、本研究で取り扱う物理現象のモデル化の妥当性が確認された。ものづくりに必須の基盤技術でありながら、未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させるため、(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を実験的に把握するとともに、(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施し、(3)実験結果と比較検討することにより、金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにし、それらが溶融プール形成に及ぼす影響について定量的に明らかにすることを目的とする。平成24年度は、ステンレス鋼のGTA(ガスタングステンアーク)溶接プロセスの金属蒸気挙動を解析した。その結果、高合金であるステンレス鋼からは、鉄、クロム、マンガンの蒸発が観察されたが、それぞれがアークプラズマ空間内で元素分離されることがわかった。これは、蒸気圧の高いクロムとマンガンは陰極ジェットを超えて、その上側の循環流に入り込むため、アークプラズマ中心部に流入するものの、鉄は蒸気圧が低いため陰極ジェットによってアークプラズマ空間から排出されるためである。また、金属蒸気の混入により、アークプラズマの温度が時間経過と伴に低下することが明らかになった。これは、金属原子の電離エネルギーが低く、プラズマ空間で電子を放出し、イオンを形成することにより、プラズマの電気伝導率が上昇するためである。一方、微粒子生成については、プラズマ空間の元素分離の影響により、母材近傍では鉄リッチの微粒子、アーク上方ではクロムリッチの微粒子が形成されることが明らかになった。以上により、GTA溶接プロセスにおけるプラズマ中の金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにした。

「高感度・高速度アークプラズマ診断システム」の可視化技術の構築により、静止GTA溶接における金属蒸気挙動の可視化については前倒しで平成22年度に達成済みである。平成23年度は、理想的な一次元流れ場における鉄微粒子生成の可視化を行い、粒子生成の数値計算シミュレーションの結果と比較することにより、取り扱う物理現象のモデル化の妥当性を確認し、当初の計画以上に進展した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、平成22年度と平成23年度の成果を引き継ぎ、特に本研究課題で構築した「高感度・高速度アークプラズマ診断システム」の可視化技術と数値計算シミュレーション技術を最大限活用して、ヘリウムGTAを金属平板上で発生させ、金属蒸気の線スペクトルの2次元強度分布の時間変化を可視化するとともに、同時に、金属微粒子の生成過程を可視化する。加えて、溶融プール形成過程を把握する目的で、決められた時間ごとでアークを消弧し、その都度、溶融部中央断面を研磨し、溶融プール形状を測定する。本研究において得られた実験と計算の双方による成果を総合的に比較検討することにより、当初の目的であるGTA溶接プロセスにおけるプラズマ中の金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにし、本研究を総括する。
小児１型糖尿病患者の自立支援のための自己管理能力・生活環境・生活の質に関する調査

約1400人の患者コホートである小児インスリン治療研究会の登録患者・保護者を対象に自己管理能力と血糖コントロール状況や糖尿病療養環境、QOLに関してのアンケート調査を1年毎に行う。本研究の結果と小児インスリン治療研究会の臨床データを統合することで自己管理能力と血糖コントロール状況や糖尿病療養環境、QOLの横断的評価および患者毎の縦断的評価を行い、それぞれの関連性について検討する。また小児科発症1型糖尿病患者における成人医療へのトランジションの目安となる療養行動のマイルストーンを作成する。
大腸癌におけるProkineticin2因子の臨床応用に向けた検討

大腸癌における最大の予後規定因子は血行性転移であり、とりわけ肝転移は最大の予後規定因子である。現在大腸癌治療において血管新生因子は治療標的因子となっており、新規治療薬にて予後の延長が得られているものの、未だ十分ではない。我々は、大腸癌におけるProkineticin2(PROK2)の役割を検討する研究を行なっている。本年度の実績として、切除標本におけるPROK2蛋白の発現と臨床組織学的因子の関連を一つ達成した形で報告することができた。概要としては、当科にて手術加療を行なったヒト大腸癌患者での切片を用いて、パラフィン包埋切片を作成し、PROK2モノクローナル抗体を一次抗体とした免疫化学組織染色を行った。PROK2蛋白の発現は血行性転移、とりわけ肝転移と関連することを突き止め、予後との関係をあきらかにした。また低PROK2発現大腸細胞株にPROK2遺伝子を導入し、発現させると、Mock細胞と比較して、有意に肝転移が認められることを指摘した。これらの内容については、当教室員とともに論文化した。これまでの報告でも、ヒト幹細胞にPROK受容体が存在することが指摘されており、今回の検討をふまえて、大腸癌の肝転移にPROK2が密接に関与する可能性が示唆された。また大腸癌原発巣におけるPROK2 mRNA発現の検討についても、血行性転移と関わることが示唆され、学会発表を行なっている。これらの研究は大腸癌の血行性転移のメカニズムの解明や、新規バイオマーカーとしての可能性の探求に有用な研究であったと考える。また今回の検討からさらに発展させ、PROK2抗体の治療薬としての可能性を検討していきたい。実験計画項目5つのうちの2つに一定の成果が得られていることから上記評価とした。しかしながら、新規治療標的因子としての役割の検討については、まだ導入実験段階であり、今後さらなる進展が得られるように努力していきたい。今回の検討により、PROK2が大腸癌の新規バイオマーカーとしての役割の可能性が示唆され、再発予測因子などになりうるのか、あるいは治療標的因子になりうるのか、リキッドバイオプシーなどに応用が効く項目となりうるのかなど今後の検討につながったと考えられる。さらに症例数を増やし、術後補助化学療法の意義など臨床的な議論に当たる部分につなげることができれば、さらなる発展が得られると考えられる。
糸状菌特異的なオートファジーの機能解析

オートファジーの分子生物学的解析は酵母で始められ、現在までに、酵母、動物、植物においてその重要性が次々に明らかにされているが、糸状菌でのオートファジーの研究は数少ない。麹菌などの糸状菌は、多細胞からなる菌糸を形成し、環境に応答して分生子形成など形態分化をする。麹菌ゲノム情報を利用して麹菌の様々なオートファジー関連遺伝子を単離し、その機能解析をすることにより、糸状菌特異的なオートファジーの役割を明らかにした。麹菌ゲノム情報を利用して麹菌の様々なオートファジー関連遺伝子を単離し、その機能解析をすることにより、糸状菌特異的なオートファジーの役割を明らかにすることを目的とした。麹菌からオートファジーの各ステップごとの遺伝子の単離と破壊株による機能解析を行った。初期ステップ(誘導)としてAoatg1とAoatg13を、中期ステップ(オートファゴソーム形成)としてAoatg4、後期ステップ(液胞内での分解)としてAoatg15遺伝子の単離と破壊株の作成を行った。酵母でcvt経路で運ばれるアミノペプチダーゼ(Ape1)、α-マンノシダーゼ(Ams1)の麹菌ホモログ遺伝子(Aoape, Aoams11)を単離し、麹菌においてもcvt経路の存在を明らかにした。AoApe1をbaitとして酵母ツーハイブリットスクリーニングを行い、麹菌でのcvt経路のレセプターの探索を試みたところ、候補遺伝子が複数えられたが、レセプター遺伝子として確定できるものは取得できなかった。酵母での選択的オートファジーの認識アダプターであるATG11の麹菌ホモログAoatg11遺伝子を単離し、機能解析を行った。Aoatg11破壊株ではマイトファジーやペキソファジーで液胞への取り込み遅延が認められ、選択的オートファジーに関与していることを明らかにした。さらに、Pichia酵母でペキソファジーに関与しているがS. cerevisiaeではオートファジーに関与していないといわれているATG26のホモログAoatg26遺伝子の機能解析を行い、本遺伝子が糸状菌ではオートファジーで重要な働きをしていることを発見した。麹菌からオートファジーの初期ステップ(誘導)としてAoatg1とAoatg13を、中期ステップ(オートファゴソーム形成)としてAoatg4、後期ステップ(液胞内での分解)としてAoatg15遺伝子の単離と破壊株の作成を行い、その表現型の解析を行った。いずれの破壊株も気中菌糸の生育が悪く、分生子形成の不全が観察された。その他、菌糸融合に関与する菌核形成に対する影響についても調べた。選択的オートファジーに関与する酵母ATG11のホモログ遺伝子Aoatg11を麹菌から単離し、EGFP融合による局在解析、ならびに破壊株の作成によりその機能解析を行った。Aoatg11破壊株は、生育に関しては野生株と大きな差異は認められなかったが、ペルオキシソームの選択的分解(Pexophagy)に関与していることが明らかになった。酵母での選択的オートファジーとしてcvt経路が最もよく解析が進んでいる。このcvt経路で運ばれるアミノペプチダーゼ(Ape1)の麹菌ホモログ遺伝子(Aoape1)を単離し、局在解析を行った。酵母のcvt経路でのレセプターであるATG19の麹菌ホモログの探索として、AoApe1及びAoatg8をbaitとして酵母ツーハイブリッド法により、機能的なホモログの探索を試み、13のpreyを候補遺伝子として取得した。以上のように、酵母と異なる糸状菌特異的なオートファジーに関与していると思われる遺伝子の解析を進めた。酵母のcvt経路でのレセプターであるATG19の麹菌ホモログの探索として、酵母ツーハイブリッド法により、機能的なホモログの探索を行い相互作用すると思われる候補として13遺伝子を同定した。これらの中には、酵母ATG19と部分的にも相同性があるものはなかったことから、麹菌ではまったく別のレセプターが働いていることが想定される。今後、これらの遺伝子破壊株の作成などにより、目的のものが含まれているか解析を進める必要がある。酵母ツーハイブリッド法により得られた候補遺伝子の解析を進め、糸状菌特異的な選択的オートファジーに関連した遺伝子の同定を進める。最近、他の糸状菌で選択的オートファジーのレセプターと思われるものが報告されているので、これらの麹菌ホモログ遺伝子を単離して機能解析も行う予定である。また、選択的オートファジーの一つであるPexophagyに関与するAoatg11に関して、ミトコンドリアの選択的オートファジー(Mitophagy)にも関与しているかについて解析を進める。麹菌において、cvt経路で運ばれる酵素としてアミノペプチダーゼ(AoApe1)以外にも多数の酵素が想定されるので、これらの候補遺伝子について個別に解析を行う。

以上のような解析により、糸状菌特異的なオートファジーの機能の一端を明らかにする。オートファジー関連遺伝子の機能解析のため、EGFPを用いた局在解析、と遺伝子破壊株の取得による機能解析などが主体となり、これらに必要な消耗品の購入に使用する予定である。また、得られた成果の発表のための経費支出を予定している。
生体試料の元素分布非破壊可視化技術の開発

本研究では、イオン散乱計測法を基本原理に用いた生体試料の非破壊三次元可視化技術の開発を目的にしている。2018年度には、5軸ゴニオステージの設計及び作製、検出器の配置を含む真空チャンバーの設計及び作製を行った。本研究では、軽元素の計測に弾性反跳粒子検出法、重元素の計測にラザフォード後方散乱法を用いる。ラザフォード後方散乱法では、試料に対して垂直にプローブビームを入射することで計測が可能であるが、弾性反跳粒子検出法のためには、試料を大きく傾ける必要がある。超高真空チャンバー内で、ビーム軸や計測器までの粒子の飛行経路を遮ることなく45度まで大きく試料を傾けることが可能、かつ、1マイクロメートル以下の微少量動作制御が可能なゴニオステージは存在しなかったため、5軸(X, Y, Z, Tx, Ty)ゴニオステージの設計及び作製を行った。真空チャンバーの設計では、入射イオンと検出元素の関係からイオン散乱断面積を求め、三次元可視化の短時間実現と高エネルギー分解能を実現する検出器の配置を決定し、設計及び作製を行った。高エネルギー分解能と高収量を実現するため、エネルギー計測には試料から検出器までの飛行時間を大口径のマイクロチャンネルプレートにより計測することにした。大口径のマイクロチャネルプレートでは、散乱角が大きな拡がりを持つため拡がり角の違いによりエネルギー分解能が低下する。そこで、マイクロチャンネルプレートの角度を変更できる機構も設計し導入した。2018年度に予定していた5軸ゴニオステージ及び真空チャンバーの設計及び作製を完了した。ゴニオステージと真空チャンバーが完成したため、生体試料計測の前にイオン液体を標準試料に用いて、軽元素から重元素までの元素分析が可能であることを示す。同時に、超高真空に導入可能な、生体試料密封試料ホルダの設計及び作製を行う。以上が完了した後に、実際に試料ホルダに生体試料を封入し、生体試料の三次元可視化を実証する。
心神喪失者等医療観察法における鑑定の適正化および医療の必要性概念に関する研究

医療観察法の対象者となる前提要件である責任能力評価については、精神鑑定の結果に重きが置かれる以上、何よりもまず、鑑定医や精神保健審判員となる精神科医の診断能力、刑事鑑定能力向上に向けた取り組みが必要であるが、精神鑑定センターのような専門の機関を設置し、司法鑑定の実務をそこに集中させることも検討すべきである。医療観察法による医療の必要性判断に際しては、特に、「治療可能性」「再び同様の行為を行う可能性」の評価が問題となりうるが、これらの評価にあたっては、法の目的である「対象者の社会復帰」を常に念頭に置くべきである。イギリス政府は精神保健法の改正に着手し、長い議論の末、2007年7月に2007年精神保健法を制定した。2007年精神保健法は、5つに分類された「精神障害」の定義を廃止し、一つの広汎な定義、「あらゆる精神の障害(any disorder or disability of mind)」を採用した。つまり、人格障害者に関する「治療可能性」の要件は削除され、「看護(nursing)や心理療法(psychological treatment)を含む適切な治療が提供可能」であり、「自傷他害防止のために入院治療が必要」だと考えられれば、その者は入院させられることになったのである。なお、心理療法の中には、怒りのマネージメントや認知行動療法などが含まれる。この改正によって、犯罪を行った人格障害者のみでなく、未だ犯罪を行っていないが他害の危険がある多くの人格障害者が強制入院の対象になりうると考えられている。ただ、実際には、これらの人々を治療の対象とすることには、イギリスでも躊躇が見られるようである。イギリス2007年精神保健法のもう一つの特色は、Supervised Community Treatment(SCT)制度を導入したことである。これは、主に、一般の強制入院患者、犯罪を行って病院命令を受けている患者でCommunity Treatment Order(CTO)を課されて退院した者に対し、治療条件に従うことを求め、必要があれば強制的に再入院させるものである。CTOを出された患者に対して、どこまで治療条件を課せるのか、どのような治療を求めることができるのか、どのような場合に再入院させることができるのかなどについては、まだよく分からないことが多いので、今後の課題としたい。イギリスでは、人格障害者による幾つかの事件によって、現行の刑事法、精神保健法が人格障害に罹患した危険な犯罪者の再犯防止に無力であること、そして、危険な人格障害者による犯罪防止にも無力であることが露呈されてきた。その結果、危険な人格障害者の不定期収容を確保するための精神保健法改正が行われた。イギリス政府は、この法律がヨーロッパ人権条約(Convention for the Protection of Human Rights and Fundamental Freedoms)に違反するところはないと明言している。それは、ヨーロッパ人権条約における人権視点の変換-精神障害者の人権から精神障害者の加害行為を受ける被害者・潜在的被害者の人権へ-が生じていることに起因していると言える。その結果、最近の危険な精神障害者の処遇問題において、ヨーロッパ人権条約は、むしろ、患者の人権を制限する道具として用いられているように思われる。それは、1ヨーロッパ人権条約が、floorであって、ceilingではないとの言葉に代表されるように、あくまでも最低限の人権保障を確保するために策定されたものであること、2「生きた文書(living instruments)であって、今日の状況に照らして解釈されなければならないとされていること、3そして、今日の状況が、条約2条を根拠として、被害者・潜在的被害者の人権保護に急速に動き出していること、などから看取できる。こうして行われる鑑定やアセスメントが適正かつ公正であると言えるかについては、更に検討が必要なように思われる。精神科の臨床において日常的に行われていたリスクアセスメントが、欧米諸国(特にカナダのVRAG、HCR-20、PCL-R)において、注目されるようになった背景には3つの理由が考えられる。まず、1つめは、脱施設化の動きである。これによって、入院治療と外来治療とを区別する明確な基準が必要となった。2つめは、自由入院が主流となったことで、強制入院は例外的となり、その基準を厳格に設定しなければならなくなったことである。そして、3つ目は、精神障害者に対する人権意識の高まりを受け、入院という人身の自由の制限を正当化するための説得力のある理由が必要となったことである。こうした理由のもと、欧米諸国においては、強制入院の基準として、「他害の危険」(danger to others, dangerousness)が法律上の要件とされるようになり、それをどのように評価するのかという課題が、精神科医や、裁判官、そして審査委員会(review board)などに突きつけられることになった。このように、「精神病による他害行為」のリスクアセスメントと法律との間には密接な関係がある。

我が国の医療観察法の特徴は、リスク評価を行うための法的枠組を整えたのみでなく、法自体が、リスク評価において検討すべき項目をも明確に示している点にある。医療観察法は、医療の必要性を見極める基準として、「同様の行為を行う可能性」すなわち「他害行為のリスク」の評価を鑑定人に求めており、裁判官と審判員にも、その点の検討を厳密に行うことを要求している。また、医療の提供に強制が伴う以上、不当で過剰な強制医療を防ぐためにも、この要件の評価は、適正になされなければならない。しかし、医療観察法の主目的は「対象となる者の社会復帰」にある。その意味で、「再犯の危険性」は、「医療の必要性」の判断要件の1つに過ぎないとする医療観察法の下で開発された共通評価項目では、おのずと、リスクアセスメントとは、対象者にとっての医療の必要性の判断を厳密に行うということに還元されるべきではないかと思われる。
脂肪酸によるPKCのターゲッティング機構の分子レベルでの解明

種々の細胞外刺激に応答して産出されるDiacylglycerol (DG)はPKCを標的部位にtranslocationさせ活性化させる。一方、Diacylglycerol Kinase (DGK)はDGをPhosphatidic Acidに変換させ、PKCを不活性化させる。我々は、GFPを用いて生細胞内γPKC及びDGKγが共に受容体刺激に応じた機能的関連をすでに示している。本年度、我々は、新たにDGKγとγPKCが直接結合すること、また両者の活性化因子であるカルシウムイオンによってその結合が増強されることを、さらに、γPKCとDGKγの分子結合はDGKγのC末端領域のキナーゼドメインのC末端側半分のアクセサリードメインを介していることを明らかにした。また、DGKγのその領域が、in vitroにおいてγPKCによりリン酸化されることを見いだした。このことから、γPKCがリン酸化を介してDGKγの活性制御をしていることも推測される。生体内においてPKCがそのネガティブレギュレーターのDGKをリン酸化を介して活性を制御し、様々な分子の活性化因子であるDGの量を調節していることは十分に考えられる。たとえば、γPKCとDGKγの両者が発現しいる小脳のプルキンエ細胞は運動記憶の中枢と考えられている。この細胞の発達とともに運動機能が向上するが、γPKCをノックアウトしたマウスではプルキンエ細胞は正常に発達せず、機能障害がでる。この分子メカニズムは未明だが、おそらくγPKCとDGKγの両者が何らかの形でバランスをとりながら関わっていることが考えられる。今後は生化学的な手法を用いて両者の酵素活性の制御を検討し、さらに小脳プルキンエ細胞の初期培養などを使ったより生理的な機能を解明していきたい。
渓流沿い水生被子植物カワゴケソウ科の跳躍的進化機構の解明

カワゴケソウ科は、川岸や川床など雨期には水中に沈み、乾期の水位が下がった時には空中にでて花を着ける水生被子植物で、約280種が世界の熱帯の雨季・乾季の区別のある地域に分布している。カワゴケソウ科は、分子系統解析から真正被子植物オトギリソウ科に近縁であることがわかっており、体の単純化は、水中の岩に固着して生活するという特異な環境に適応したために生じた跳躍的進化の結果と考えられている。本研究では、アジア、アフリカ、アメリカ、マダガスカルでの野外調査において世界のカワゴケソウ科を収集し、葉緑体遺伝子matKを用いた分子系統解析と、比較形態形成研究、ならびに生理生態的研究からその跳躍的進化機構の解明をめざした。系統解析と生物地理学では、カワゴケソウ科は高い地域性をもっていること、トリスティカ亜科のうち1種は世界中に分布しているがこれの祖先はカメルーンなど西アフリカであり、後に世界に広がった事が示唆された。比較形態形成から、トリスティカ亜科ではシュートに茎頂構造が維持されているが、カワゴケソウ亜科では茎頂は形態的には消失しており、本来茎頂が作るべき葉は、すでに形成された葉の基部から、プログラム細胞死をともなって、切り出されることがわかった。このような無茎頂の分子遺伝学的機構を知るため、STM相同遺伝子、WUS相同遺伝子、CLV3相同遺伝子などをカワゴケソウ科から単離し、in situ hybridization法にてそれらの発現を観察しようとしている。これら遺伝子の単離には成功したが、現在、in situ法を進行中である。また生理生態的研究では、現地における調査から、水面より20cm下がった水中で光合成がさかんであることから、カワゴケソウ亜科では強光阻害が起きている事が示され、表皮細胞に存在する大小の葉緑体位置(小は上側、大は下側)との関連が示唆された。初年度となる本年は,広い範囲にわたる調査地で出来るだけ多くの属,種の採集をめざし,日本では鹿児島県の大根占と宮之城,マダガスカル,カメルーン(西アフリカ)において海外調査を行った。特にこれまで大きく試料の不足していたアフリカ地域での調査では,カワゴケソウ亜科,トリスティカ亜科あわせて5属40種を,マダガスカルでは3属5種の採集を行うことができた。それらのDNAのmatK遺伝子を用いた分子系統解析から,興味深いことがわかった。西アフリカとマダガスカルのカワゴケソウはそれぞれ単系統をなし,地域による違いがみられた。特に,カワゴケソウ科では例外的に汎熱帯地域に広分布するトリスティカ亜科のTristicha trifariaは,カメルーン内で4系統に分かれることがわかった。第一はアフリカとアメリカの共通祖先群,第二はマダガスカルとタンザニア産に近い群,第三はガーナ産と近くアメリカと近縁な群,そして第四はカメルーン独自の群である。すなわちカメルーンを分布の中心として世界に広がった事が推測される。本結果は,カワゴケソウ科の生物地理を論ずる上で大きな発見である。解剖学的な研究としては,トリスティカ亜科については,本亜科が独自にもつシュート様構造,ラムリの比較形態から体制の進化を論ずることができ,平成16年9月の日本植物学会にて発表を行った。また,カワゴケソウ亜科については,茎頂を欠きながら葉を作る数種を材料に研究を行い,先に形成された葉の基部に新しい葉原基が内生するという特異な発生様式を明らかにし,論文として投稿し受理されている。またタイのカワゴケソウ科フロラについての研究も進行し,一部論文発表された。

本研究の2年目となる本年は,昨年度のカメルーン,マダガスカルなどの海外調査において収集した2亜科5属40種についての分子系統解析(matK遺伝子)と比較形態形成解析を重点的に行い,それぞれの成果を2005年7月にウイーンで開かれたInternational Botanical Congress IX大会にて,2つのシンポジウム発表と2つのポスター発表にて報告した.分子系統解析からは,カワゴケソウ科では例外的に汎熱帯に分布するトリスティカ亜科のTristicha trifaliaが4つの系統群,アフリカとアメリカの共通祖先群,マダガスカルなどに生育する東アフリカ群,ガーナ群,カメルーン群,に分けられることが明らかとなり,カメルーンが起源地である可能性が示された.また形態形成比較からは,カワゴケソウ亜科の大型シュートをもつアフリカの大型種も,アジア産の小型種と同様に茎頂分裂組織を欠く事,したがって新しい葉は葉の基部から作られるが明らかとなった.これより,茎は本来の茎ではなく,葉が積み重なったみかけの茎と考えられ,カワゴケソウ亜科の一見多様な形態も,実は茎頂の退化縮小という1つの出来事に起因してもたらされたものである可能性が高くなった.茎頂の退化が,完全に茎頂の欠失をともなうのか,あるいは茎頂は葉の基部に埋没しているのか,STMとYABBY遺伝子群をマーカーに使って明らかにするべく,両相同遺伝子の単離を行った.現在は,それら遺伝子の発現をin situハイブリダイゼーション法にて,検討中である.また本年度の海外調査はタイを中心に行った.タイでは新種の発見があり,これらの成果はタイのカワゴケソウ科のモノグラフとしてまとめられ2006年in pressとなっている.さらにタイでは生理生態的な実験を生育地で行った.すなわち異なった水深に生育するカワゴケソウ科の光合成能の測定を行い,現在データを解析中である.本年度は3回の海外調査を行った。2006年7月にオーストラリアのキャサリンゴージュにてTristichaを採集し、11月にタイにてDalzelllia, Terniopsisを中心に試料収集を行い、2007年2月に西アフリカのガボンにてカワゴケソウ亜科を中心に試料の収集を行った。これらについて現在、分子系統解析ならびに比較解剖学的研究を行っている。また1昨年度の調査で収集したアフリカ産カワゴケソウ亜科については2007年2月にカメルーンで行われた国際会議AETFATの「カワゴケソウ科シンポジウム」において成果を発表した。またトリスティカ亜科については、形態形成研究より、これまで茎頂分裂組織をもつシュートと考えられてきたラムリが、1個のシュートではなく、1個の複葉に相当する器官であるとする結論に至った。さらにこれまでラムリ以外には存在しないと考えられてきた茎頂構造が、小型ではあるが存在し、これが発生を通じて維持されることが示された。したがってカワゴケソウ亜科では茎頂の小型化が一層進み、組織への埋没が起こったため、茎頂が存在しないようにみえるとする考えが提唱できる。一方、分子遺伝学的解析においてはオーストラリア産Tristichaにおいてすでに単離したSTM相同遺伝子の発現を、in situハイブリダイゼーション法を用いて、茎頂をもたないCladopusについて解析した。その結果、STM相同遺伝子は葉原基全体に発現がみられることがわかった。以上から葉原基が一般の植物の茎頂的性質をもつ可能性が出てきた。