hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不均一に気泡が分布する粘弾性体の固体/流体遷移領域における破砕メカニズムの解明

発泡体内空孔の三次元構造および破砕過程を実験的に明らかにするという第1の目標は,JASRIの連携研究者(上杉),協力者(星野)の助力を得て,システムの構築を完了し,約10サンプルの試料について実験データが得られた段階である.X線CT撮影の3次元再構成像の質を落とす装置の欠点を改良すれば,再構成像の定量的な解析が進むものと期待している.フェーズフィールド法と有限要素法を組み合わせて空孔を有するマクスウェル粘弾性体におけるき裂進展挙動を解析し,気泡の数密度分布に起因する局時的,局所的な応力集中が粘弾性体の固体的破砕のカギを握っていることを明らかにするという第2の目標は,有限要素法による応力場の解析まで進んだ段階である.この段階で,気泡の偏在による応力集中,臨界脆性度の高まり,というき裂進展に必要な状況の再現に成功している.連携研究者(市原)の助言を受けて,現象のメカニズムによる解釈も進んでいる.き裂進展のシミュレートまでは達していないが,研究分担者(山中)によってフェーズフィールド法によるき裂進展シミュレーションに必要な定式化のめどはついており,最終目標に向けた準備は十分に進んでいると考えている.流体工学急減圧破砕模擬実験装置をSPring-8のビームラインに持ち込み,X線透過像による試料初期状態のCT撮影,急減圧にともなう試料の動的挙動をとらえる高速度X線透過撮影を実施する.CT撮影の障害となる装置の支柱をなくす改良を施し,CT再構成像から気泡分布状態を定量的に解析する.得られた再構成像と破砕過程のラジオグラフィ像を比較して,破断面の特定する.本実験は,研究代表者,連携研究者(市原,上杉)に加えて,JASRI研究者(星野),農工大大学院生2名(青木ヤマト,吉田広志)の協力を得て10月ご炉に実施する.不均質な空孔分布によるき裂進展シミュレーションを進めるため,フェーズフィールド(PF)法/有限要素法(FEM)連成計算アルゴリズムを構築する.PF変数で色分けした二相媒体について,PF変数分布に基づくFEMメッシュを生成し,マクスウェル粘弾性体構成式を用いて応力・ひずみ場求める.FEM計算結果から弾性ひずみエネルギを算出し,PF変数場の時間発展を求める.計算アルゴリズムの構築は,研究分担者(山中)を中心に,農工大大学院生2名(黒川紀章,丸山祥吾)の協力を得て進める.アルゴリズムの有効性を調べるため,前年度に進めた球形粘弾性体の中心部に複数の気泡を配置する計算を出発点に,臨界脆性度の高い領域からのき裂進展を確認する.続いて,実験で得られた初期気泡分布の一部を取り出した系に対するき裂進展シミュレーションを進め,実験で得られた破断面が計算でも再現できるかどうかを確認する.以上の結果を総合して,連携研究者(市原)と協力して,試料のレオロジー,気泡の不均質分布を考慮に入れた破砕過程数理モデルを提案する.地球惑星科学連合大会(5月,幕張)でのポスター発表,Geophys. Res. Lett., Phys. Rev. Lett.などの速報誌での論文発表を通じて研究成果を公表する.研究分担者(山中)が,フェーズフィールド法と有限要素法の連成計算を行うたに調達する予定ののコンピュータを購入しなかった.コンピュータは日進月歩であるため,定式化を中心に進めた今年度に無理に使用するよりは,本格的な計算を実施する次年度に購入したほうがより効果的に研究が進められると判断した.フェーズフィールド法と有限要素法の連成計算を行うためのコンピュータ購入費に充てる.
高機能ユ-ザ-インタ-フェ-スの研究

高機能高品質ソフトウェアの構成原理を追究する上で、ソフトウェアの構成環境という観点からユ-ザ-インタ-フェ-スの研究は重要な課題である。本研究は高機能ユ-ザ-インタ-フェ-スを・抽象化によるユ-ザ-インタ-フェ-スの設計・ユ-ザ-モデルの構築と応用・グラフィックスインタ-フェ-スの概念設計・ユ-ザ-の意図のモデル化という点でとらえ、種々のパラダイムに基づくユ-ザ-インタ-フェ-スの高機能化を目指すものである。本年度の「抽象化によるユ-ザ-インタ-フェ-スの設計」の研究では、ユ-ザ-とシステムとの対話を抽象化して宣言的に定義する際の非決定性の取扱い方を研究した。関数プログラミングに非決定性の導入を試み、宣言的な仕様記述を直接実行するための実験システムを作成して有効性を確認した。「ユ-ザ-モデルの構築と応用」の研究では、アイコンを用いたユ-ザ-インタ-フェ-スとアイコンシステムの構築と実行環境について検討した。ユ-ザ-モデルをアイコンシステムに導入する試みは継続して検討中である。「グラフィックスインタ-フェ-スの概念設計」ではグラフィカルユ-ザ-インタ-フェ-スを構築する際の鍵とされるwidgetとよばれる可視対話部品の構成に関する検討を行ない、従来、きわめて複雑なプログラミングを必要としたインタ-フェ-スの作成に対する高水準な支援系の実現可能性を確認した。「ユ-ザ-の意図のモデル化」の研究では、高機能ユ-ザ-インタ-フェ-スに基本的に必要な要素を明らかにするために、知的マイクロワ-ルドのインタ-フェ-スの基礎となる知的インタ-フェ-ス生成環境を設計し、その基本要素を作成した。
鳥類特異的な生殖腺性差構築に関わる新規遺伝子の解析

鳥類は性染色体構成がZZでオス、ZWでメスとなることが古くから知られているが、性決定に関わる分子メカニズムについては、不明な点が多く残されている。哺乳類の場合、Y染色体上に存在する性決定遺伝子、SRYが転写因子として直接的にSOX9遺伝子の発現上昇を促し、このSOX9が精巣分化に中心的にはたらく。鳥類においては、Z染色体上に存在するDMRT1遺伝子が、性決定遺伝子の有力な候補と考えられているが、DMRT1とSOX9の発現開始時期が異なることから、DMRT1は間接的にSOX9の発現に関わっており、両者間には鳥類特異的な分子カスケードが存在することが示唆されている。本研究では、Z染色体上に存在するCHH遺伝子が、この鳥類特異的な性分化カスケードに寄与することを明らかとした。CHHは、哺乳類においては、造血系細胞特異的にはたらく転写因子として知られており、性分化には機能しない。我々の先行研究により、ニワトリの造血系細胞においても哺乳類と同様の発現が確認されたが、さらにオスの初期生殖腺に強い発現が認められた。また、オス生殖腺髄質中のセルトリ細胞核内にて発現を示し、アロマターゼ阻害剤を投与することにより性転換させたZWオス胚では、生殖腺中にCHHの発現が誘導されたことから、CHHは精巣分化に必須の遺伝子であることが示唆されている。我々は、鳥類特異的レトロウィルスベクター、RCASを用いてCHHを過剰発現するトランスジェニック胚を作製した。CHHを過剰発現させた胚では、雌雄に成長不全が見られたとともに、ZW胚生殖腺の精巣化が認められた。よって、CHH遺伝子は、鳥類特異的に精巣分化にはたらく転写因子であることが、明らかとなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。鳥類は表現型、行動など様々な面において、多様性に富む種特異的な性的二型をもつ一方で、性差構築の第一ステップである生殖腺分化メカニズムは、分類群内で非常に保存的であることが知られている。また、鳥類の代表的なモデル動物であるニワトリは有用な産業動物であるため、ニワトリを用いた鳥類の生殖腺性差構築メカニズムを明らかにすることは、基礎生物学的にも応用生物学的にも重要性が高い。しかし現在までのところ、鳥類においては生殖腺性差構築の分子基盤は未解明な部分が多く残されている。よって本研究では、鳥類特異的な生殖腺の性差構築メカニズムを明らかにすることを目的とし、鳥類特異的に精巣分化に働く新規遺伝子CHH(仮称)について、生殖腺に限定した過剰発現実験および発現抑制実験行い、CHH遺伝子の機能を明らかとする。また、CHH遺伝子と機能的な関わりをもつ分子を同定し、これらの作用機序を明らかとすることで、鳥類特異的な生殖腺における性差構築の分子メカニズムの一端を明らかにする,平成23年度には、ニワトリ初期胚の生殖腺限定的に遺伝子の導入が可能であり、かつ高い導入効率を示す、in vivoリポフェクションを応用した遺伝子導入法を確立した。しかしCHH遺伝子を組み込んだRCASBP(A)ベクターは、生殖腺への感染、発現に至らなかった。よって、胚盤葉に遺伝子導入する方法を新たに取り入れ、過剰発現実験を行った。平成23年度め最大の目標であった、生殖腺に限定した遺伝子導入法の確立に成功した。本研究が解析対象としているCHH遺伝子の導入は実現しなかったが、導入に至らなかった原因等を把握ができている。また、解決策として、胚盤葉に導入する方法を新たに取り入れ、解析を継続している。

24年度が最終年度であるため、記入しない。生殖腺に限定した導入法は、CHH遺伝子については応用できないことが判明したため、今後は胚盤葉に導入する方法を用いて、解析を進める。
異種移植のためのブタMHC領域の遺伝子構造解析によるDNAタイピング法の確立

ブタからヒトへの異種移植の可能性を追求することを目的として、ブタのMHC(SLA)クラスI領域の塩基配列決定を行い、ヒトのMHCクラスI領域との遺伝子構成の比較を行った。さらに得られたSLAクラスI遺伝子の塩基配列情報から、発現クラスI遺伝子の多型性を明らかにし、SLA遺伝子のDNAタイピング法の開発を試みた。まず、SLAクラスI領域内の古典的クラスI遺伝子群と非古典的クラスI遺伝子群間約400kbの領域に位置する4個のBACクローンについて塩基配列を決定し、この領域の遺伝子構成や特徴について解析を行った。その結果、MHC遺伝子を含まない領域では、ヒトと同様の非MHC遺伝子が19個見出され、ヒトとブタ間で高度に保存されているが、MHC遺伝子を含む領域では、相当するHLAクラスI領域と比較して遺伝子の並び換えや欠損があることが明らかになった。さらに本研究で塩基配列決定を行った領域と、Chardonグループが塩基配列決定した領域を合わせて、SLAクラスI遺伝子群を含む領域については、合計979kbの全塩基配列決定が完了した。この979kbに相当する領域はヒトでは約1,550kbであり、両者間の長さの違いは繰り返し配列の種類と密度の相違、並びにMHC遺伝子を含む領域の遺伝子構成の相違によるものと考えられた。また、SLAクラスI遺伝子のDNAタイピング法を確立するために、SLA-1,-2,-3遺伝子の第1-第3エキソン間の各クラスI遺伝子座を特異的に増幅するプライマーを設計した。これらのプライマーを用いて、各遺伝子座において新対立遺伝子が見いだされた。さらにSLAクラスI, II遺伝子の多型性を簡便、迅速に解析するために、クラウンミニブタのSLAクラスI, II遺伝子(5遺伝子座)の9アリルについて、PCR-SSP法とPCR-RFLP法による簡便なタイピングが可能であり、これらの方法は、SLA純系ミニブタの迅速な選別に有効であった。ブタからヒトへの異種移植の可能性を追求することを目的として、ヒトとブタのMHCクラスI領域の遺伝子構成の差異を明らかにするとともに、両種のMHCクラスI発現遺伝子の相同性や発現量などを比較するためにブタMHC(SLA)クラスI遺伝子のDNAタイピング法の確立に必要な条件の検討を行った。まず、ヒトとブタのMHCクラスI領域の遺伝子構成を比較するために、SLAクラスI領域の塩基配列未決定領域であるS遺伝子周辺のテロメア側350kbの領域について塩基配列決定を行った。この領域の詳細な塩基配列解析を完了した144,460bpの挿入断片を持つBACクローン(353A11)には、HLAクラスI相同領域と同様、転写因子IIH、コラーゲン受容体遺伝子並びに、ヒトの脳に発現しているKIAA1885遺伝子と相同性を有する新規遺伝子の存在が明らかになった。さらに、この領域のヒトESTを含む全ての遺伝子の位置関係はヒトとブタ間で完全に保存されていたが、ドットマトリックス解析の結果、ブタのこの領域の塩基配列は、ヒトの相同領域と比較して約42kb短いことが示された。また、SLAクラスI遺伝子のDNAタイピング法を確立するために、SLA-1,-2,-3遺伝子の第1-第3エキソン間の各クラスI遺伝子座を特異的に増幅するプライマーを設計し、32頭のブタについて、RT-PCRを行った。PCR産物の塩基配列解析の結果から、3遺伝子座をそれぞれ特異的に増幅するプライマーが設計できたことが明らかになった。

さらに各遺伝子座において新対立遺伝子が見いだされた。また、クラウンミニブタのSLAクラスII-DNAタイピングのデータを含めた家系解析により、SLAクラスI,IIホモ接合体のブタを検出することができたことから、今回開発したSLAクラスI-タイピング法は、同種及び異種移植実験に有用なSLA遺伝子純系ミニブタの作出にも有効であると考えられた。ブタからヒトへの異種移植の可能性を追求することを目的として、ブタのMHC(SLA)クラスI領域の塩基配列決定を行い、ヒトのMHCクラスI領域との遺伝子構成の差異を明らかにするとともに、SLA遺伝子の多型性を簡便、迅速に解析するためのDNAタイピング法の確立を試みた。ヒトとブタのMHCクラスI領域の遺伝子構成を比較するために、昨年度に引き続いて、SLAクラスI領域内の古典的クラスI遺伝子群と非古典的クラスI遺伝子群の両クラスター間約400kbの領域に位置する3個のBACクローンの塩基配列を決定し、この領域の遺伝子構成や特徴について解析を行った。その結果、昨年度塩基配列決定した145kbの塩基配列情報と合わせると、この400kbの領域には、合計19個のヒトと同様の非MHC遺伝子が見出され、MHC遺伝子を含まない領域ではヒトとブタ間で高度に保存されていた。さらに、ヒトではHLA-EからHLA-30遺伝子間に相当するHSR1遺伝子のテロメア側の領域(約200kb)が、ブタでは欠損していた。また、SLAクラスI,クラスII遺伝子の5遺伝子座について、PCR-SSP法とPCR-RFLP法による簡便なDNAタイピング法の確立を試みた。クラウンミニブタに見出されたSLAクラスI遺伝子(SLA-1,-2,-3)の5アリルとSLAクラスII遺伝子(DRB1)の2アリルの第2または第3エキソンを特異的に増幅する11セットのプライマーを設計し、増幅の有無により、SLAタイプを迅速に判定することができた。また、DQB遺伝子については、RsaIを用いたPCR-RFLP法により、2アリルを判別することができた。これらの簡便なSLA-DNAタイピング法は、SLAクラスI, IIホモ接合体のブタの迅速な選別に有効であり、現在この方法によるSLA遺伝子純系クラウンミニブタの作出を行っている。
ヘム結晶化の分子機構解明

鉄-ポルフィリン錯体であるヘムはタンパク質の活性中心として生体内で様々な役割を果たしている。しかし、ヘムが蛋白質から遊離した場合は毒性を示すため、哺乳類においては細胞内で速やかに分解されることが知られている。本研究では遊離のヘムを分解するのではなく、結晶化することで無毒化を行うマラリア原虫の機構に着目した。ヘム結晶化の活性を持つHDPと呼ばれるタンパク質のcDNAをDNA合成により調製し、大腸菌での組み換えタンパク質発現を試みた。既報では不溶画分からヒスチジンタグを利用して精製しているが、様々なタグによる発現を試してみた結果Trigger Factorを利用することで可溶画分にHDPが得られた。また本来のヘム結合アミノ酸残基と競合する可能性があるヒスチジンタグを持たないHDPを精製することにも成功した。いずれのタンパク質もヘム結晶化の活性をもち、ヘム存在下ではヘムタンパク質特有の吸収スペクトルを示すことが明らかとなった。
次世代発酵技術の確立に向けたファージの宿主乗っ取り機構の解明

シアノファージMa-LMM01感染時のミクロキスティスの転写動態解析をおこなった。その結果、ファージ遺伝子は既知海洋性シアノファージ同様大きく初期・中期・後期遺伝子の3つの転写時期を示した。また初期遺伝子10個に宿主乗っ取りに関与する遺伝子が含まれると示唆された。一方、宿主遺伝子の99%は感染全体で有意な発現変動を示さなかった。またファージ遺伝子プロモーターを探索した結果、初期・中期・後期遺伝子の各上流に細菌主要σ70因子認識プロモーターが見出された。以上よりMa-LMM01は宿主プロモーター活性を変えず、光合成を維持しながら自身を複製すると示唆された。本研究では、ラン藻感染性ファージの宿主ラン藻の複製・代謝系を乗っ取り、自らのコピーを大量に作り出すための巧妙な分子メカニズムを解明し、有用遺伝子資源を網羅的に開発する。今年度の成果は以下のとおりである。ファージ感染6時間後のラン藻ミクロキスティスより全RNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム解析を行った。約6300の宿主遺伝子のうち、431遺伝子が感染により転写が上昇した。この多くは機能未知遺伝子が多くを占めるが、いくつかのストレス応答タンパク質遺伝子が強く情報制御されていた。また、347遺伝子が下方制御されていた。1.トランスクリプトーム解析における統計処理法の最適化を行った。最適化した手法により、ファージ感染6時間後にはラン藻ミクロキスティス4666個の宿主遺伝子のうち、4660遺伝子に転写量に有意な変動は認められなかった。一方、全転写産物におけるミクロキスティス由来のリードが激減し、ファージ由来リードが67%を占めた。以上から、ファージ感染により宿主遺伝子全体の転写が下方制御されることが示唆された。2.また、アオコ環境からウイルスを精製しウイルスメタゲノムを解読する手法を確立した。初年度に確立したトランスクリプトーム解析系により、感染後期における、ラン藻感染性ファージの有する分子メカニズムの一端を明らかにすることができた。また、環境ウイルスメタゲノムの構築方法を確立した。しかしながらラン藻内でのファージ遺伝子発現系の確立には至らず上記の評価となった。1)ミクロキスティスNIES-298株にMa-LMM01を接種し0, 1, 3, 6時間後の感染区および非感染区のサンプルから全RNAを抽出し、トランスクリプトーム解析を行った。感染区・非感染区のシーケンスリードを宿主・ファージゲノムに対してそれぞれマッピングした。感染全体に渡って宿主由来リードは得られたリード全体の66%以上を占め、ファージ遺伝子転写への不完全な切り替えが見られた。感染初期(1 h)、中期(3 h)、後期(6 h)の各段階において、宿主遺伝子の99%は有意な発現変動を示さなかった。これらの結果から、Ma-LMM01は感染サイクルの中で宿主代謝系全体の代謝を明確に下方制御せず、光合成系をそのままの状態で利用していることが示唆された。2)感染初期・中期・後期に発現する各ファージ遺伝子の上流配列を調べた結果、細菌のσ70因子の認識配列が見出された。このことからMa-LMM01はσ70因子を自身の遺伝子産物で修飾し、緩やかにプロモーターへの親和性を変化させ、自身の生産に切り替えると示唆された。このような宿主σ因子の修飾には感染初期に発現する遺伝子(初期遺伝子)が関与する。3)Ma-LMM01の初期遺伝子候補であるgp054gp63を導入したミクロキスティス発現系構築を目指した。先行研究で構築済みのベクターpDXS7を基盤とし、大腸菌S-17株を介したコンジュゲーションによる二重交差相同組換えを想定したプラスミドを立案した。次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム解析系を確立し、初年度の目標の一つを達成できた。しかしながらラン藻の遺伝子発現系の確立には至らず上記の評価となった。トランスクリプトーム解析法を用いてファージ添加から溶菌に至るまでの転写制御をより詳細に明らかにする。また進展が遅れている二重交差相同組換えによるラン藻の遺伝子組換え法の確立を行い、予測される宿主乗っ取り候補遺伝子の機能解析を進める。またラン藻内でのファージ遺伝子の厳格な発現制御を目指す。

ウイルス感染履歴に基づく新規ウイルスのゲノム解読技術を確立する。水圏微生物学トランスクリプトーム解析法を用いてファージ添加から溶菌に至るまでの転写制御をより詳細に明らかにする。また進展が遅れている二重交差相同組換えによるラン藻の遺伝子組み換え法の確立を行い、予測される宿主乗っ取り候補遺伝子の機能解析を進める。メタゲノムとウイルス感染履歴に基づく新規ウイルスのゲノム解読技術の確立に向けた予備的実験を行う。予定していた詳細なトランスクリプトーム解析にかかる遺伝子解読試薬キットならびに遺伝子組換実験にかかる試薬購入を行わなかったことによる網羅的なトランスクリプトーム解析のパイロット実験にとどまったため、遺伝子解析用試薬にかかる物品費が抑えられたためトランスクリプトーム解析法を確立したので、本年度はファージ添加から溶菌に至るまでの転写制御をより詳細に明らかにする。また進展が遅れている二重交差相同組換えによるラン藻の遺伝子組換え法の確立を行い、予測される宿主乗っ取り候補遺伝子の機能解析を進める予定である。前年度までに確立したトランスクリプトーム解析法を用いた網羅的解析に必要な物品費を購入する
ＧＫＭ理論による旗多様体の整係数同変コホモロジーの決定

私はBruhat分解に立ち返ってGKM理論を再考察して、C型の旗多様体の同変コホモロジー環を整係数で決定した。これにより古典型の旗多様体の整係数同変コホモロジー環の計算が終了した。また、エルミート対称空間の同変コホモロジー環を決定し、シューベルト・カルキュラス的に最も基礎的な公式であるMonk公式の同変版を得て、それがグラフィカルに与えられることを示した。エルミート対称空間で最も難しい空間はE7をE6で割った空間であり、私のE6の結果と先に得られていたGKM理論版のLeray-Hirschの定理を合わせて、E7型の旗多様体の整係数同変コホモロジー環の決定に向けて大きく前進した。また、同じ京都大学に所属する岸本大祐氏、蓮井翔氏と同志社大学の河野明氏とともに基本群が非自明なランクが2のコンパクトリー群上のゲージ群をその(p-局所)ホモトピー型に基づいて分類した。この分類はそのリー群の普遍被覆を取った場合の分類と対応している点で、より深遠な結果を含んでいると考えられる。未完成ではあるが、GKM理論をWeyl群以外の組合せ的な意味を持つ群に拡張し、それに対応する空間とその対応が正しいことを証明しようとした。これはCoxeter群の場合に代数的には上手くいき、また上記のGKM理論版のLeray-Hirschの定理も成立することが示せたが、対応する空間側のBruhat分解に相当するものは未だ不明である。27年度が最終年度であるため、記入しない。学振特別研究員採用年度以前に得られた結果であるGKM理論版のLeray-Hirschの定理を同変特異コホモロジー論から同変一般コホモロジー論へ一般化することを考察し、特に同変K理論の場合には特異コホモロジー論の時と同様にLeray-Hirschの定理が成り立つことを示した。GKM理論とは旗多様体などの同変コホモロジー環を対応するLie群のWeyl群やルート系を用いて記述できるというもので、この定理は(一般)旗多様体からなるファイバー束に関するものである。GKM理論自体を一般化することを考察した。GKM理論で用いたWeyl群を有限Coxeter群に拡張することを考察した。特に二面体群の場合にGKM理論版のLeray-Hirschの定理を用いて、アナロジーで与えられる次数付き環を決定した。これはあくまで形式的なアナロジーであり、対応する旗多様体は通常の意味では定義されない。しかしながらある状況下でCoxeter群をWeyl群として持つかのように振る舞うH空間が既に知られており、そこから対応する「旗多様体」を定義することができる。特に二面体群の場合には、アナロジーで与えられた次数付き環とこの定義された「旗多様体」のコホモロジー環は、同変コホモロジーではなく通常のコホモロジーのレベルでなら一致することを示した。今までは1/2が存在する係数でしか決定されていなかったC型の旗多様体の同変コホモロジー環を整数係数で決定することに成功した。共同研究として京都大学の岸本大祐准教授と蓮井翔氏と共に、quasitoric多様体を1回サスペンションすると素数pに対してp-局所的に(p-1)個の空間に分解できることを示した。また彼らと同志社大学の河野明教授と共にランク2の非単連結なリー群の4次元球面上のゲージ群の分類を完了した。本研究課題の1年目の目標としてGKM理論的なファイバー束を解析する手法の確立を目指していたが、それはGKM理論版のLeray-Hirschの定理としてかなり満足のいく形で達成された。厳密に言えば、これは同変コホモロジー環のH*(BT)-代数としての生成元と関係式までを与えるものなので、環の具体的な表示を可能にする。この定理の応用としてE_6型の旗多様体の同変コホモロジー環を具体的に明示的な形で与えることに成功している。

残るE_7型とE_8型についても計算の手法については、E_6型の時の手法を使えると考えており実際の障害はその計算量だけである。また、2年目以降の計画としてK理論への応用を考えていたが、具体的な計算はまだ行っていないものの、その足がかりとして十分な同変K理論でのGKM理論版のLeray-Hirschの定理を得た。古典型の旗多様対として唯一残っていたC型の旗多様体の整数係数同変コホモロジー環を決定した。当初の研究計画には無かったが、Coxeter群へのGKM理論的なアプローチを開始し、上手く働くだろうという証拠を特に二面体群の場合に得た。それはある条件下で旗多様体のコホモロジー環がWeyl群に関する不変式で割った環になるという事実との一致である。この研究は一般化された「旗多様体」上でシューベルト・カルキュラスを行うことにつながる。また、これも当初の研究計画には無かったが、共同研究としてquasitoric多様体とゲージ群に関する結果を得た。27年度が最終年度であるため、記入しない。有限Coxeter群の型をもつ一般化された「旗多様体」にGKM理論を拡張・応用することを主に研究する。まずはそこへGKM理論が適用できることを確認するため、証拠集めを行う。具体的には、通常の旗多様体の同変コホモロジー環を決定した時のアナロジーで得られた有限Coxeter群に対応する次数付き環が、適当なp進係数で定義される「旗多様体」の同変コホモロジー環と一致することを証明する。後者は通常の代数的位相幾何学の枠組みで計算できるものである。次に一般化された「旗多様体」にBruhat分解を導入する。有限Coxeter群に対応する次数付き環には、通常の旗多様体の時に部分多様体のPoincare双対として得られた同変コホモロジー環の元のアナロジーである元が定義できるので、「旗多様体」には有限セル複体の構造を入れることが可能だと考える。これにより一般化された「旗多様体」上でシューベルト・カルキュラスを行うことができるだろう。一度シューベルト・カルキュラスが可能になれば、今まで行われてきたその代数幾何的・組合せ論的・表現論的な取り扱いをより一般的に再構成することができる。また、当初の予定通りE_7型やE_8型の旗多様体の整係数同変コホモロジー環の決定も試みるが、これについては以前の研究計画の通りである。ただし、E_7型をE_6型で割ったエルミート対称空間の計算について進展があったので、既に決定したE_6型の旗多様体とこのエルミート対称空間から求める道筋も浮かんできた。
ノダ系推論表現の日本語推論体系における位置付けと通時的変遷について

「雨が降るだろう」と「雨が降るのだろう」はどう違うのでしょうか。「雨が降るかもしれない」と「雨が降るのかもしれない」は何が違うのでしょうか。それは文法的にどのように説明できるのでしょうか。日本語では「ノダ文」と言われる、文末に「の(ん)だ」や「の(ん)です」が現れる文が多く使われます。それだけではなく、「のだろう」「のかもしれない」「のではないか」「のに違いない」「のかな」など、「の」が現れる推論表現も多用されます。これらの形式の発生や用法の変化を研究し明らかにしたいと思っています。
in vivoの核の分解過程に着目した新しい細胞死経路の探索

プルキンエ細胞特異的にカテプシンDおよびAtg7を欠損させたマウス(CTSDF/F; GluD2-CreおよびAtg7F/F; GluD2-Cre)は共にプルキンエ細胞の変性を来すが、変性中の神経細胞はTUNELや活性化カスパーゼ-3、-9が陰性であった。一方全身性のカテプシンD欠損マウスに見られる海馬錐体細胞の細胞死についてはTUNEL陽性であり、その一部は活性型カスパーゼ-3が陽性であった。電子顕微鏡観察においては、変性過程の電子密度の高いカテプシンD欠損プルキンエ細胞、Atg7欠損プルキンエ細胞の両者において、典型的なクロマチンの凝集像が見られなかった。このことは、これらプルキンエ細胞はカスパーゼ非依存的な細胞死の経過を取ること示すとともに、カテプシンD欠損マウスではその神経系の部位により変性過程のメカニズムが異なることを示している。さらに、変性に伴うグリアの活性化を、GFAPおよびIba1染色で検討したところ、ミクログリアの活性化は細胞死が起こる時期に一時的に認められるにすぎないのに対し、バーグマングリアの活性化はプルキンエ細胞が消失後にも持続することが明らかとなった。加えて、プルキンエ細胞特異的カテプシンDおよびAtg7欠損マウス小脳変性の時間経過を検討したところ、前者のほうが後者より約1ヶ月早く変性が起こることが分かった。プルキンエ細胞特異的カテプシンD欠損プルキンエ細胞では異常なリソソーム、オートファゴソームの蓄積が顕著であり、これらが変性を加速させている可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。NF-kBの細胞死抑制に中心的な役割を果たすcellular FLICE-inhibitory protein (cFLIP)は腸上皮や肝細胞のアポトーシスとネクロプトーシスを抑制することが遺伝学的に明らかになっているため、cFLIPコンディショナルノックアウトマウスとNestin-Creマウスを交配し、神経系特異的cFLIP欠損マウスを作出した。腸上皮および肝細胞特異的cFLIP欠損マウスは生後2日で死亡するのに対し、神経系特異的cFLIP欠損マウスは1年以上生存し、脳組織の形態異常は観察されなかった。次に海馬錐体細胞、視床、網膜外顆粒層で多彩なタイプの細胞死を呈するカテプシンD欠損マウスにおけるCaspase Activated DNase(CAD)の役割を検討するため、カテプシンDとCADのダブルノックアウトマウスを作出し解析した。カテプシンD単独欠損マウスで典型的なアポトーシスを呈する網膜外顆粒層の細胞については、上記ダブルノックアウトマウスで、クロマチンの凝集が一部抑制され、DNAのラダーは観察されなかった。海馬錐体細胞では核の形態はカテプシンD単独欠損マウスと上記ダブルノックアウトマウスで変化は認められず、CAD非依存的に死に至る低酸素脳虚血障害モデルの海馬錐体細胞の細胞死における核の像と類似していたが、上記ダブルノックアウトマウスではDNAのラダー消失していた。このことから、カテプシンD欠損マウスにおける外顆粒層と海馬錐体細胞の細胞死における核の形態は異なるものの、DNAの断片化はともにCADに依存することが晟化となった。中枢神経系・網膜では、カテプシンD欠損マウスの外顆粒層の細胞のように、形態的に典型的なアポトーシスによる細胞死がある一方、低酸素脳虚血障害モデルにおける海馬錐体細胞の細胞死のように、形態的にアポトーシスでは説明できない細胞死の核の像を呈し、CADによらないDNAの分解が行われるものがある。カテプシンD欠損マウスの海馬錐体細胞の細胞死は上記の中間の特徴を有し、アポトーシスの観点だけでは説明することが困難である。そこで、ネクロプトーシスに着目し、ネクロプトーシスに必須なRipk3欠損マウスを入手し、低酸素脳虚血障害モデルの作成や、カテプシンDとのダブルノックアウトマウスの作出をすべく繁殖を進めているが、Ripk3欠損マウス、カテプシンD/Ripk3ダブルノックアウトマウスともに得られておらず、解析ができていない。

プルキンエ細胞特異的カテプシンD欠損プルキンエ細胞では異常なリソソーム、オートファゴソームの蓄積が顕著であり、これらが変性を加速させている可能性が示唆された。Ripk3欠損マウス、カテプシンD/Ripk3ダブルノックアウトマウスとも、ヘテロマウス、ダブルヘテロマウスの繁殖まで進んでいるため、目的のマウスが得られ次第、低酸素脳虚血障害モデルにおける神経細胞死、ダブルノックアウトマウスにおける網膜、海馬錐体細胞、視床の細胞死の検討を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
真核細胞の細胞周期・細胞小器官特異的プロテオーム解析

単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae(シゾン)において、キネシン様タンパク質「TOP」が葉緑体およびミトコンドリアの分裂装置複合体に含まれ、オルガネラの分裂を制御していることを明らかにした。また葉緑体・ミトコンドリアに続いて第三の分裂装置をペルオキシソームから発見し、その分裂機構を解明した。さらに、タンパク質の機能解析に関連して、シゾンにおける遺伝子ターゲッティングの手法を確立した。この技術により、プロテオミクスで見出された任意のタンパク質をコードする遺伝子の破壊・置換が容易に行えるようになった。これらのデータ処理に用いた解析技術に関しては特許を取得した。24年度は当初の計画通りCyanidioschyzon merolae(シゾン)における研究を進める一方、申請者が在籍する研究室のテーマであるオイル産生藻類にもプロテオミクス技術を適用し、研究のさらなる進展を図った。シゾンにおいては、キネシン様タンパク質であるTOP(Three-Organelle divisions inducing Protein)が葉緑体およびミトコンドリアの分裂装置複合体に含まれ、葉緑体・ミトコンドリア・細胞核の3つのオルガネラの分裂を制御していることを明らかにした(Yoshida Y. et al. 2013 J Cell Sci.)。また、葉緑体・ミトコンドリアに続いて第三の分裂装置をペルオキシソームから発見し、その分裂機構を解明した。これは細胞内共生に由来する細胞小器官以外では初となる分裂装置の報告であり、極めて重要な知見である。現在米国科学アカデミー紀要に論文を投稿中である(Imoto et al. PNAS #2013-03483R)。細胞小器官プロテオームの応用的展開を図るべく、海洋性のオイル産生藻類であるPhaeodactylum tricornutum(フェオダクチラム)の定常期の細胞から油滴を単離し、そのプロテオーム解析も行った。その結果、NAD依存性ヒドロゲナーゼやRab6ファミリータンパク質、LonginファミリーのSNAREタンパク質など、ステロール合成や油滴小胞形成に関与すると思われるタンパク質が同定された。本件は現在論文を作成中である。さらに、近年炭化水素生産能が注目されているAurantiochytrium(オーランチオキトリウム)においてプロテオーム解析を進めるべく、沖縄科学技術大学院大学の協力を得て、プロテオミクスの基盤となるゲノム情報の解読に着手した。25年度もCyanidioschyzon merolae(シゾン)およびオイル産生藻類のプロテオミクスを進めた。シゾンにおいては、前年度行ったペルオキシソームの分裂装置に関する研究の細部を詰めてまとめ、米国科学アカデミー紀要に論文発表した(Imoto et al. 2013)。シゾンにおいてペルオキシソーム分裂装置の構成タンパク質を解析した結果、ペルオキシソームは分裂期にダイナミン(Dnm1)ベースの分裂装置により分断され、娘細胞に継承されることが明らかとなった。我々はこの複合体をperoxisome-dividing ring (POD machinery)と命名した。これは真核生物の単膜系オルガネラの分裂機構に関する初めての報告となる。またタンパク質の機能解析に関連して、シゾンにおける遺伝子ターゲッティングの手法を確立し、PLoS ONE誌に報告した(Fujiwara et al. 2013)。海洋性のオイル産生珪藻類Phaeodactylum tricornutum(フェオダクチラム)においては、昨年度油滴から3つのタンパク質が同定されていた。さらに本年度プロテオームの手法を改良し、タンパク質の同定にLC/Q-TOF/MSを用いたところ、新たに複数のタンパク質が油滴より見出された。解析対象のタンパク質が当初の予定より多く得られたため、今後の研究で解析対象とするタンパク質の絞り込みを行うべく、リアルタイムPCRによる発現確認を進めている。当該研究内容の中間とりまとめとして、藻類学会第37回大会(船橋大会)にて発表を行った(米田ら、2014)。炭化水素産生藻類であるAurantiochytrium(オーランチオキトリウム)においては、沖縄科学技術大学院大学との共同研究であるゲノム解読がほぼ完了した。解読の結果、オーランチオキトリウムのスクアレン産生系統であるNYH1株のゲノムサイズは約41Mbpであった。申請者は22年度12月より筑波大学に助教として着任し、立教大学から当該機関に籍を移して研究を行った。22年度より本研究計画の準備を行い、一部研究に着手していたが、筑波大学は23年3月の東日本大震災により被災し、研究計画にも相当の遅れが生じた。震災により培養室が壊滅し、培養株(Cyanidioschyzon merolae 10D)を逸失したため、立教大学極限生命情報研究センターの黒岩教授より同株の分譲を受け、研究を再開した。

また申請者の異動に伴い、本計画で用いる質量分析装置をAXIMA-TOF2(島津製作所)からAgilent 6500 Q-TOF LC/MSへと変更した。この変更により得られるデータの精度が向上すると期待されたが、当該機器も震災により設置台から落下し破損したため、23年10月まで使用不能となった。これらの理由により23年度の研究は、震災からの復旧と培養系の再確立、およびソフトウェア関連の内容が主となった。既に特許を出願(特願2010-196367)していた本ソフトウェアであるが、立教大学の学内審査通過に伴い新たに発明内容を見直し、PCTによる国際出願を行った(PCT/JP2011/069885)。なお、本研究計画の基盤となる論文Yoshida et al. 2011(doi: 10.1111/j.1440-1835.2010.00589.x)が、2011年度の第15回日本藻類学会論文賞を受賞した。これにより、本研究の意義が一層広く認識されるものと期待される。26年度は珪藻フェオダクチラムおよびオーランチオキトリウムのプロテオーム解析を中心に研究を進めた。LC/Q-TOF MSを用いたフェオダクチラムの油滴プロテオーム解析の結果、最終的に5つの油滴局在タンパク質が見出された。これらのタンパク質のうち、油滴における存在量が最も多いと予想されたタンパク質をDLDP (Diatom Lipid Droplet Protein)とし、解析を進めた。フェオダクチラムのDLDPは既知の油滴関連タンパク質であるオレオシンに類似した疎水性ドメインを持ち、プロリン残基を含むモチーフなどの相同性が確認された。リアルタイムPCR法によるDLDPの発現解析を行ったところ、DLDPは油滴形成の誘導条件である窒素欠乏条件下で発現量が上昇していた。またこの時の細胞内の油滴の大きさとも相関が見られた。またDLDPのアミノ酸配列に基づく分子系統解析の結果、DLDPは珪藻Thalassiosira pseudonanaの機能未知タンパク質と近縁であった。以上の内容について、投稿論文の作成を完了し、投稿準備中である。本論文に間に合わなかった各タンパク質の局在解析については、蛍光抗体観察および免疫電子顕微鏡観察に必要な抗体を作成中である。オーランチオキトリウムに関しては、RNA-Seqによる網羅的な発現解析を進めたが、対となるプロテオーム解析の解析条件検討が難しく、助成期間中にこれを完了することができなかった。引き続き、転写レベルとタンパク質レベルの同時解析を進める予定である。プロテオーム解析が困難であったため、補完的な実験としてオーランチオキトリウムのコヒーレントアンチストークスラマン分光分析を行い、細胞内油滴の成分分析を行った。その結果、細胞質に存在する油滴はトリアシルグリセロールに富むのに対し、スクアレンを含む油滴は主に液胞内に局在することが分かった。構造生物学
日系サービス企業による新興国進出～意思決定プロセスを中心として～

日系サービス企業の新興国への進出が加速しているものの、製造業と比べ海外経験の少ない企業が多く、失敗・撤退の事例も多い。失敗の原因はマネジメント関連(現地パートナーとの不和、現地スタッフ教育の失敗、本社と現地法人の意思疎通不足)、もしくはマーケティング関連(現地消費者の理解不足など)と説明されることが多い。こうした説明は現象の理解として首肯できるものの、遠因として進出決定のあり方、特に意思決定プロセスに起因することが多いと考えられる。こうした問題意識に基づき、「事前情報を十分に活用しない理由」「意思決定そのものが曖昧になる理由」を中心に分析・検討し、日本企業への実務的示唆を提示したい。
口語英語研究のためのマルチメディア型データベースの作成

平成3年度,4年度の文部省科学研究費補助金一般C (課題番号03801040)による研究では,日本電気のコンピュータPC9800でシステムを開発して,202作品164万語の映画のセリフをデータベースに登録した。本研究では,マルチメディアに対応したアップル社のマッキントッシュを使用して,プログラムを書き換え,303作品,260万語の映画のセリフをデータベースに登録することができた。このデータベースは,マルチメディアに対応しており,検索された語句が使われる場面をレーザーディスク映画で再生し,その語句がどのような場面で使われ,どのように発音されるのかを確認できる。文字データだけを登録したデータベースには,登録単語数が2億語を越えるThe Bank of Englishがある。しかし,音声・映像を再生できるもので,そのように多くの単語を登録したデータベースは,まだ開発されていない。筆者の開発したデータベースは,世界最大規模のマルチメディア型データベースとなり,英語の教育・研究に重要なデータを提供できる。研究の1例を挙げれば,1992念の日本人留学生服部君射殺事件で話題となったfreezeを映画から検索し,その用法について分析することができた。この分析結果の一部は,朝日新聞1993年11月5日夕刊p.13「英語字幕で『生きた英語』が学べる!?」で伝えられた。この研究は,freezeの用法について辞書やネイティブ・スピーカーが指摘できなかった盲点を映画の場面から明らかにすることができた。また,これまでの研究成果をまとめた研究「英語教育におけるマルチメディア型データベースの開発」は,情報教育の専門家からも高く評価され,1994年11月30日,私立大学情報教育協会から「私立大学情報教育協会賞」を受賞した。
セラミドキナーゼによるコレステロールの細胞内輸送制御機構の解明

セラミドキナーゼはセラミドをリン酸化してセラミド-1-リン酸を産生する酵素であり、細胞増殖やアラキドン酸代謝の調節などに重要であることが我々のグループを含めて報告されている。本研究ではセラミドキナーゼの新たな生理機能のを解明するために、細胞内コレステロール輸送に焦点を当てて研究を行った。その結果、セラミドキナーゼは後期エンドソームから小胞体へのコレステロールの輸送を負に制御していることが明らかとなった。今年度は前年度の結果をふまえ、セラミドキナーゼが細胞内遊離コレステロールの後期エンドソームから小胞体への輸送に与える影響について解析した。後期エンドソームの遊離コレステロールは小胞体へ輸送され、再エステル化される。そこで、放射標識されたオレイン酸で細胞をラベルし、脂質抽出を行った後、薄層クロマトグラフィーで分離したコレステロールエステルの放射活性を測定した。その結果、セラミドキナーゼの過剰発現により、放射標識されたコレステロールエステルの量が減少した。次に、脂質合成転写因子であるSREBP1に着目して解析を行った。SREBP1は定常状態では小胞体に局在するが、小胞体の遊離コレステロールが減少すると核内へと移行する。そこで、SREBP1の細胞内局在を免疫染色法にて観察した。その結果、セラミドキナーゼが過剰発現している細胞ではSREBP1が核内へ移行していた。これらの結果から、セラミドキナーゼは後期エンドソームから小胞体へのコレステロールの輸送を負に制御している可能性が示唆された。また、セラミドキナーゼ発現細胞にセラミドキナーゼ阻害剤を処理すると、コレステロールの輸送が正常に戻った。さらに、外因的にセラミド-1-リン酸を細胞に添加すると、後期エンドソームから小胞体へのコレステロールの輸送が抑制された。これらの結果から、セラミド-1-リン酸が後期エンドソームから小胞体へのコレステロールの輸送を負に制御していることが明らかとなった。今年度はセラミドキナーゼがコレステロールの細胞内輸送に与える影響について検討した。COS-7細胞やセラミドキナーゼを安定的に過剰発現させたCHO細胞などにおいて、細胞内遊離コレステロールをフィリピンで染色し、その細胞内局在を共焦点レーザー顕微鏡にて観察した。その結果、セラミドキナーゼをノックダウンした細胞においては変化が見られなかったが、セラミドキナーゼの過剰発現或いは外因的にセラミド-1-リン酸を添加した細胞において、ドット状に遊離コレステロールが蓄積している様子が観察された。これらの細胞をリポタンパクが欠損している培地で培養すると、遊離コレステロールの蓄積は見られなかった。また、細胞を緑色蛍光基BODIPYで標識された低密度リポタンパク質(BODIPY-LDL)と氷上でインキュベートし、洗浄後、37°Cでインキュベートしてその細胞内局在を経時的に観察した。その結果、コントロール細胞においてはBODIPY-LDLは局所的な局在を示さなかったが、セラミドキナーゼを発現或いは外因的にセラミド-1-リン酸を添加した細胞においては、局所的にドット状に蓄積している様子が観察された。この蓄積している細胞内局在を特定するために、オルガネラマーカーとの二重染色を行ったところ、後期エンドソーム/リソソームのマーカーのLAMP1がフィリピン及びBODIPY-LDLの局在と一致した。これらの結果から、セラミドキナーゼはLDLに由来する遊離コレステロールの細胞内輸送を負に制御する可能性が示唆された。今年度までの結果から、セラミドキナーゼがLDLに由来する遊離コレステロールの細胞内輸送を負に制御している可能性を示すことができた。また、ニーマンピック病C型細胞における細胞内コレステロール蓄積にはセラミドキナーゼが関与している可能性も示すことができた。引き続き、セラミドキナーゼによるコレステロールの細胞内輸送制御機構を明らかにするために以下のように研究を進めていく。1)コレステロールの細胞内輸送機構におけるセラミドキナーゼの役割を解明する:セラミドキナーゼが遊離コレステロールの輸送を負に制御する可能性を調べるため、小胞体へのコレステロール輸送に与える影響を検討する。2)ニーマンピック病C型細胞でのコレステロール輸送におけるセラミドキナーゼの役割を解明する:セラミドキナーゼをノックダウンした細胞ではコレステロールの輸送異常が改善されることを確認する。3)ニーマンピック病C型におけるスフィンゴ脂質蓄積機構を解明する:細胞内スフィンゴ脂質を定量し、またスフィンゴ脂質代謝酵素の活性を調べる。今年度は約4ヶ月半の間、海外に留学したため、研究費を使い切きることができず次年度に繰り越した。次年度の研究費の大半は実験に必要な消耗品に使用する。その他、学会参加における旅費や論文掲載料などに使用する。
大規模波動解析手法の開発及びコンクリート材料に対する非破壊検査への応用

平成27年度は,閉口き裂に対する検出手法である非線形超音波法に対する基礎的なアプローチとして,数値シミュレーションによる分調波発生現象の再現,及びその原因の考察を行う予定であった.また,境界要素法・有限要素法結合解法の開発を行い,非線形超音波法の非均質材料へのアプローチを見通しの良いものにする予定であった.分調波シミュレーションに関しては,平成26年度中に2次元時間領域境界要素法を用いた数値シミュレーションによって材料内部のき裂に対する分調波発生現象の再現に成功したため,平成27年度はその数値シミュレーション手法を材料表面に存在するき裂に対して拡張すること,及び3次元数値シミュレーションの実行を予定していた.成果としては,先行研究の計測実験において分調波発生現象が報告されている材料表面に存在するき裂に対して数値シミュレーション手法を拡張した.その後,数値シミュレーションを実行し,表面き裂による分調波発生現象の再現に成功した.また,その数値シミュレーションから,自由表面による弾性波の反射とき裂面の接触との相互作用によって,分調波発生現象が起こっていることを示唆する結果が得られた.さらに,平成26年度に行った3次元時間領域境界要素法の高速・効率化の成果を元に,非線形超音波法の数値シミュレーション手法を3次元へと拡張し,材料内部のき裂に対して解析を行った.その結果,有限の奥行き長さを有する2次元の場合と似た形状のき裂モデルに対して,分調波の発生が確認できた.また,奥行き長さが分調波発生現象に与える影響を調べた.非均質材料へのアプローチである境界要素法・有限要素法結合解法の開発に関しては,2次元波動問題に対してGalerkin法を用いた定式化を行い,数値シミュレーションを実行することによって,その妥当性を検証した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は,閉口き裂に対する検出手法である非線形超音波法に対する基礎的な理論的アプローチとして,高調波,分調波の発生特性を3次元数値シミュレーションによって調べる予定であった.なお,前年度に対称とする材料は均質材料であった.そのため,当初の予定通り,これまでに開発を行ってきた高速な3次元時間領域BEM(境界要素法)をベースとした単一の均質材料,及び二層材料に適用可能な非線形超音波シミュレーション手法を開発し,いくつかの数値シミュレーションを実行した.また,分調波励起シミュレーションに関しては,3次元数値シミュレーションの結果から,き裂を含む系が強い固有振動特性を持つ場合,この強い固有振動特性とき裂面の接触との相互作用によって発生するという予想を立てた.それから,き裂が特定の幾何学形状,もしくは配置を有する場合に強い固有振動特性を持つため,そのような場合に対して数値シミュレーションを実行するように方針を変更した.しかしながら,この予想を実証するためには,大量(数万数十万)の数値シミュレーションを実行する必要があるため,まず,2次元数値シミュレーションを実行した.以上の数値シミュレーションより,3次元の円盤型き裂,及び鉄ーアルミニウム界面における円盤型層間剥離に対して,圧縮応力が作用している場合の高調波発生特性を明らかにした.また,き裂を含む系が強い固有振動特性を持つこと,及びき裂面の接触の相互作用が原因となって,特定の入射波の中心周波数,及びき裂の開口幅において,分調波発生現象が確認できた.さらに,き裂を含む系の周波数応答解析を行うことによって,固有振動特性の評価も行い,分調波の発生要因を一部明らかにした.平成27年度は,閉口き裂に対する検出手法である非線形超音波法に対する基礎的なアプローチとして,数値シミュレーションによる分調波発生現象の再現,及びその原因の考察を行う予定であった.また,境界要素法・有限要素法結合解法の開発を行い,非線形超音波法の非均質材料へのアプローチを見通しの良いものにする予定であった.分調波シミュレーションに関しては,平成26年度中に2次元時間領域境界要素法を用いた数値シミュレーションによって材料内部のき裂に対する分調波発生現象の再現に成功したため,平成27年度はその数値シミュレーション手法を材料表面に存在するき裂に対して拡張すること,及び3次元数値シミュレーションの実行を予定していた.成果としては,先行研究の計測実験において分調波発生現象が報告されている材料表面に存在するき裂に対して数値シミュレーション手法を拡張した.その後,数値シミュレーションを実行し,表面き裂による分調波発生現象の再現に成功した.また,その数値シミュレーションから,自由表面による弾性波の反射とき裂面の接触との相互作用によって,分調波発生現象が起こっていることを示唆する結果が得られた.さらに,平成26年度に行った3次元時間領域境界要素法の高速・効率化の成果を元に,非線形超音波法の数値シミュレーション手法を3次元へと拡張し,材料内部のき裂に対して解析を行った.その結果,有限の奥行き長さを有する2次元の場合と似た形状のき裂モデルに対して,分調波の発生が確認できた.また,奥行き長さが分調波発生現象に与える影響を調べた.非均質材料へのアプローチである境界要素法・有限要素法結合解法の開発に関しては,2次元波動問題に対してGalerkin法を用いた定式化を行い,数値シミュレーションを実行することによって,その妥当性を検証した.平成26年度は,予定通り,単一の均質材料,及び二層材料に対する3次元高調波シミュレーションを実行し,応力状況とその発生特性の関係を考察した.一方,分調波の発生シミュレーションは当初の予想よりも発生現象を確認すること自体が困難であったため,一旦,2次元における数値シミュレーションを実行した.

その結果から,分調波の発生はき裂を含む系自体の固有振動特性と大きな関係性を持つことを明らかにした.き裂をモデル化した数値シミュレーションによる分調波発生現象の再現はこれまでに例がなく,大きな業績といえる.また,当初予想していなかった発生要因を明らかにすることができた.しかしながら,分調波励起シミュレーションは,明確に発生したかどうかを判定するために長い解析時間を必要とする.そのため,今後,分調波発生シミュレーションを3次元において実行するために必要な時間方向に高速な解法の開発に着手し,完成させた.この時間方向の高速化は当初の予定には含まれておらず,本研究を遂行する上で得られた副産物であり,計算量のオーダーを大きく改善するものである.また,本研究に用いている解析手法である時間領域BEMに対して一般的に利用することが可能である.以上のように,分調波発生現象の再現に関しては,若干の研究遂行手順の変更は余儀なくされたものの,発生要因をある程度,明らかにすることができた.さらに,当初の研究計画には含まれていない数値解法の高速化にも成功したため,予定以上の進展があったと考えられる.27年度が最終年度であるため、記入しない。2次元分調波励起シミュレーションによって得られた知見から,分調波シミュレーションには固有振動解析を高精度に実行できる解析手法の開発が必須であることがわかった.そのため,開発した時空間の両方向に高速な3次元解析手法を,様々な形状,配置の閉口き裂に対して高精度な数値シミュレーションを実行できるように改良し,分調波励起シミュレーションを行う.また,分調波発生現象が実験において確認されている表面き裂に対しても適用可能な手法に拡張し,数値シミュレーションを実行する予定である.これらの結果は,2次元,3次元の数値シミュレーションにおいてどのような違いがあるか比較,検討を行い,分調波発生要因をより明確にしていく予定である.一方,平成27年度の予定に含まれるBEMーFEM結合解法を用いた非均質材料へのアプローチは,現在2次元において進行中であり,今後,3次元に拡張する予定である.また,平成26年度に開発を行った時間方向に高速な手法を適用することでさらなる高速化を施し,比較的大規模な問題へとアプローチする予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。