hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代数群の表現と付随するゼータ関数の整数論的研究

この方法は汎用性があり、例えば2次体のイデアル類群の3捻点の平均個数についても、既存の成果を上回る成果が得られる。また、他の概均質ベクトル空間(G,V)についても、必要な指数和が計算できれば、この方法を適用して、精密な成果を得ることができる。この意味で問題をほぼ完全に、指数和の評価に帰着することができた。これはManjul Bhargava氏、Frank Thorne氏との共同研究である。意欲的な研究課題で、そのすべてを達成できたわけではないが、概均質ベクトル空間のゼータ関数については、それに内在する力を十分に引き出すことができたと思われる。また、代数体のイデアル類群の2捻点の個数の非自明な評価については、全く予期しなかった大きな成果だと考えられる。最終年度である昨年度、本研究課題を総括する研究集会を開催する予定であったが、海外研究協力者の都合により、今年度に実施する方が効果的であることが判明したために、昨年度は研究集会を開催しなかった。今年度、2017年6月7日9日にこの研究集会を「神戸整数論集会2017」の名で開催した。海外からの3人を含む12名の講演が行われた。連携研究者や研究協力者が成果を共有することができ、またStanley Xiao氏(オックスフォード大)や石塚裕大氏(京都大)など、関連分野の若い研究者と交流することができ、有意義であった。概均質ベクトル空間のゼータ関数の双対恒等式について、近年興味深い成果が出ていることを確認した。Frank Thorne氏、Stanley Xiao氏、石塚裕大氏とは、研究集会後に数日間の研究討論を行い、代数群の表現に関して、整数論的な見地からは今なお多くの基本的な問題が残っていることを確認した。David Lowry-Duda(ウォーリック数学研究所)、Frank Thorne氏(南カロライナ大)と行った共同研究で、ディリクレ級数の係数の平均値の漸近評価を与えるLandauの方法の「一様版」を証明した。これにより、いくつかの古典的な格子点問題について、一様な評価を与えた。またこの成果は、概均質ベクトル空間のゼータ関数を篩法に効果的に用いる新しい手法としても適用でき、今後研究を進める予定である。この成果は論文にまとめ、学術誌に投稿中である。Frank Thorne氏とは、この他にも概均質ベクトル空間のゼータ関数についていくつかの視点から研究討論を行った。概均質ベクトル空間のゼータ関数を中心として、代数群の表現にはどのようなゼータ関数が伴っているか、それにはどのような整数論的応用があるかを研究した。中心的な成果は密度定理への応用で、3次体の判別式の個数を数える関数については、かなりよい漸近公式を証明できた。また、ゼータ関数の関数等式に現れる指数和について、単純で効果的な計算方法を見いだすことができ、新しい明示公式を多数得た。ある特別な余正則空間について,空間に伴って定まる整数論的な不変量のひとつが,カスプ部分の分析によって,一定の解釈を得た.また,概均質ベクトル空間のゼータ関数の理論を,ある場合に簡易化・明晰化できた.これらの成果は,今後の研究の指針を与えると考えられる.
ヒトｉＰＳ細胞のヒツジ胎子微少環境内における造血系分化誘導システムの確立

中胚葉系に初期分化誘導したサルES細胞を妊娠60日前後のヒツジ胎子肝へ移植することにより、産子において高い骨髄キメラ率を得られることが明らかとなった。一方で50日未満のヒツジ胎子の皮下に未分化なサルWS細胞を移植した場合、三胚葉性のテラトーマが形成された。ヒツジ胎子の移植前のコンディショニングを目的に、細胞増殖抑因子であるブスルファンを母体経由で投与し、ヒツジ胎子の骨髄増殖を抑制した後にヒトCD34+細胞の移植を行った。その結果、キメラ率が有意に向上することが明らかとなった。以上の結果に基づき、ヒトiPS細胞の造血系分化誘導を目指して、ヒツジ胎子肝への移植を行い、現在産子の解析中である。検討課題1.移植細胞の分化状態と移植されるヒツジ胎子の胎齢と移植部位の検討23年度における「小課題1.移植細胞の分化状態と移植された後の生着・分化との関連」および「小課題2.ヒツジ胎子の胎齢と移植部位と生着・分化との関連」の検討により、初期分化誘導したサルES細胞を妊娠60日前後のヒツジ胎子へ移植することにより、高い生着率と目的とする造血系分化誘導が達成できた。24年度は、この「妊娠60日前後のヒツジ胎子」の肝臓に着目し、この時期の胎子肝に特異的に発現し、初期分化細胞の造血系分化をサポートしている因子の解析に着手したが、今のところ明白な結果は得られていない。胎齢60日前後の胎子肝で「Stem Cell Factor」が強く発現していることから、この因子が幹細胞の造血系分化に強く関している可能性はあり、今後も検討を進める予定である。検討課題2.ヒツジ胎子および移植細胞の調整による生着・分化効率の向上23年度には、「小課題1.ヒツジ胎子に対するブスルファン投与」について、母親経由でブスルファンを投与することにより、ヒツジ胎子の骨髄細胞増殖活性を抑制できることを明らかにし、その至適投与量を決定した。24年度には、ブスルファンでレシピエントのヒツジ胎子の骨髄活性を抑制した後に細胞移植を行い、キメラ率を向上させることができるか否か、その至適タイミングと合わせて検討した。その結果、ブスルファン投与から2日目の細胞移植では効果が見られなかったのに対して、6日目の細胞移植においてはキメラ率が有意に向上した。これにより、ヒツジ胎子へ細胞移植する際のブスルファン前投与の有効性のその至適条件が明らかとなった。また「小課題2.ヒト間葉系幹細胞との共移植」ならびに「小課題3.移植細胞に対するHoxB4遺伝子の導入」については、移植実験の実施に向けた実験環境の整備を行った。24・25年度は、この「妊娠60日前後のヒツジ胎子」の肝臓に着目し、この時期の胎子肝に特異的に発現し、初期分化細胞の造血系分化をサポートしている因子の解析に着手した。胎齢60日前後の胎子肝で「Stem Cell Factor」が強く発現していることから、この因子が幹細胞の造血系分化に強く関している可能性があり、検討を進めている。平成25年度には、これらを組み合わせてヒトiPS細胞を移植したヒツジ産子を得た。また、「小課題2.ヒト間葉系幹細胞との共移植」ならびに「小課題3.移植細胞に対するHoxB4遺伝子の導入」の実施に向けた準備を行った。

以上の結果に基づき、ヒトiPS細胞の造血系分化誘導を目指して、ヒツジ胎子肝への移植を行い、現在産子の解析中である。検討課題1.移植細胞の分化状態と移殖されるヒツジ胎子の胎齢と移植部位の検討小課題1.移植細胞の分化段階と移殖された後の生着・分化との関連:未分化なサルES細胞と造血系へ初期分化誘導した細胞の2種類を用いてヒツジ胎子への移植を行った。移植するヒツジの妊娠日齢は60日前後、移植部位を肝臓とした。その結果、未分化細胞を移植した場合には生着せず(2例中0例)、初期分化細胞を移植した場合にのみ生着例が得られた(5例中5例)。これにより、目的とする組織系統へ初期分化誘導してから移殖することの有効性が明らかとなった。小課題2.ヒツジ胎子の胎齢と移植部位と生着・分化との関連:造血系へ初期分化誘導した細胞を用いて、胎齢4565日のヒツジ胎子への移植を行った。移植する部位は皮下または肝臓とした。その結果、皮下に移植した場合は生着率が低く、1例でテラトーマ形成も見られた。肝臓へ移殖した場合は高い生着率が得られ、テラトーマ形成は観察されなかった。日齢については大きな変化は見られなかった。以上の結果より、初期分化誘導した細胞を妊娠60日前後のヒツジ胎子へ移植することにより、高い生着率と目的とする分化誘導が達成できることが明らかとなった。検討課題2.ヒツジ胎子および移植細胞の調整による生着・分化効率の向上小課題1.ヒツジ胎子に対するブスルファン投与:ヒツジ胎子に対してブスルファンを投与してその骨髄細胞増殖活性を抑制できるか否か検討した。その結果、母親の静脈経由で至適量を投与することにより、胎子の骨髄細胞増殖活性を抑制できることが明らかとなった。検討課題1.移植細胞の分化状態と移植されるヒツジ胎子の胎齢と移植部位の検討23年度における「小課題1」および「小課題2」の検討により、初期分化誘導したサルES細胞を妊娠60日前後のヒツジ胎子へ移植することにより、高い生着率と目的とする造血系分化誘導が達成できた。24-26年度は、この「妊娠60日前後のヒツジ胎子」の肝臓に着目し、胎齢60日前後の胎子肝で「Stem Cell Factor(SCF)」が強く発現していることから、この因子が幹細胞の造血系分化に強く関している可能性があり、検討を進めた。その結果、SCFはこの時期の胎子肝で必ずしも特異的ではなく、造血系分化を主体的にサポートしているのではない可能性が高まった。結果的に、SCF以外に様々な因子が関与している可能性が高まったが、特定には至らず、今後の可検討課題として残った。検討課題2.ヒツジ胎子および移植細胞の調整による生着・分化効率の向上23年度には、「小課題1」について、母親経由でブスルファンを投与することにより、ヒツジ胎子の骨髄細胞増殖活性を抑制できることを明らかにした。24年度には、ブスルファンでレシピエントのヒツジ胎子の骨髄活性を抑制した後に細胞移植を行い、ブスルファン投与から6日目の細胞移植においてはキメラ率が有意に向上した。これにより、ヒツジ胎子へ細胞移植する際のブスルファン前投与の有効性のその至適条件が明らかとなった。25ー26年度にかけて、上記の技術を組み合わせてヒトiPS細胞の移植を行い、得られた産子の造血系にiPS細胞由来のヒト造血系が構築されていることを確認した。「小課題2」ならびに「小課題3」については、現在移植実施に向けて妊娠ヒツジを調整中である。移植と得られた産子の形跡については、今後の課題として残った。
氷粒子の多様性を考慮したバルク法雲微物理モデルの設計と構築

降雪粒子の温度域別昇華成長量・雲粒捕捉成長量の他、初期氷晶数を粒子特性として組み込んだ高精度バルク法雲微物理モデルを導入した気象庁非静力学モデル(JMA-NHM)を用いて、新たな降雪事例を対象に再現実験を実施し、新しいモデルの性能を吟味した。2018年2月に札幌市で観測された降雪イベントの再現実験を行い、地上観測から得られた降雪粒子の画像データをもとに検証したところ、雲粒の寄与が小さく、樹枝や鼓型といった粒子タイプが混在して降っている様子を再現できていた。前年度までに確認した山岳性降雪の再現性のみならず、平野部での降雪に対する再現性も備えていることを確認できた。他課題(16K01340)と連携した取り組みとして、2015年1月に長岡で数日間に渡って観測された降雪イベントの再現実験を行った。再現された長岡における降雪粒子の特徴は、低気圧の通過に伴って系統的に変化しており、その変化は観測データから求めた新積雪粒子(積雪だが降雪時の粒子特性をとどめている)の粒子特性の一連の変化に整合的であった。低気圧前面では対流活動が弱く、降雪粒子はほぼ氷飽和に保たれた雲層の中を落下してくるのに対して、低気圧後面では対流活動が強く、降雪粒子は水飽和(氷過飽和)に保たれた雲層を過冷却雲粒を捕捉しながら落下してくる等、降水形成メカニズムが総観スケールで系統的に変化する様子を、直接観測と数値実験から描き出すことに成功した。これらの成果の一部について、国内および国際会議で研究発表を行った。1-2年目に開発した新しいモデルに改良を加えつつ、冬季の山岳域および平野部の降雪イベントに関する数値実験数件を実施した。地上観測や気球観測による雲・降水粒子データに基づいた検証を行うとともに、新雪粒子の物理特性にも着目して検証を進めている。前年度までに冬季の降水雲の再現実験と検証を実施してきたが、今後は、夏季の降水雲数例の再現実験を行うとともに、気球観測データやリモートセンシングデータによる検証を併せて行い、新しいモデルの適用性をさらに吟味する。これらの結果をとりまとめ、学会発表とともに論文として公表する。19942002年の冬季越後山脈上空で実施された雲粒子の直接観測によって得られたデータをもとに、温度条件に応じて、柱状結晶・板状結晶・凝集体等、様々な氷粒子がどのように出現するかを統計的に調べた。多次元ビン法微物理モデルを組み込んだ非静力学モデルを用いて、2次元ベル状山岳上空に発生する降雪雲に関する数値実験を実施し多結果、実際の氷粒子の多様性を概ね再現し得ることが分かった。さらに、多次元ビン法雲微物理モデルを用いた空気塊断熱上昇実験を様々な大気条件のもとで実施し、氷粒子の縦横比や密度等に関するリファレンスデータの構築を進めた。高精度バルク法雲微物理モデルのための新しい粒子クラス分類方法と、それを適用した場合の粒子の振る舞いを、一部のリファレンスデータを利用して再現し、妥当性を検討した。これらの点について、雪氷研究大会,気象学会秋季大会,非静力学モデルに関する国際ワークショップで研究発表を行った。温度・湿度に応じて特徴的な晶癖が生じる結晶成長モードの定式化等について、先行研究を参考に検討を進めるとともに、高精度バルク法雲微物理モデルのコーディングを一部開始し、氷粒子の物理特性を表すための予報変数を必要に応じて増設できるようにした。また、各粒子クラスの生成量に対して、昇華過程や雲粒捕捉過程等、各素過程がどの程度寄与しているかを新たな変数として組み込むことで、氷粒子の物理特性に関する表現力を飛躍的に向上させることができた。雲粒子の直接観測データを利用した解析を進めるとともに、多次元ビン法雲微物理モデルを用いた数値実験により、環境条件別の氷粒子特性についての知見が得られた。氷粒子の縦横比や密度等に関するリファレンスデータの構築の他、素過程の定式化の検討も進めている。それらをもとに、高精度バルク法雲微物理モデルのデザインと一部コーディングを行っており、氷粒子の多様な物理特性に関する表現力を飛躍的に向上させられることを確認している。降雪粒子の温度域別昇華成長量・雲粒捕捉成長量の他、初期氷晶数を粒子特性として組み込んだ高精度バルク法雲微物理モデルのプロトタイプを確立し、気象庁非静力学モデル(JMA-NHM)へ導入した。氷粒子の融解過程で生じる濡れ雪についてモデル化を進めた。多次元ビン法モデルから生成されたリファレンスデータに基づいて、雪粒子と雲粒の衝突併合係数について検討した結果、衝突併合係数を定数で与えた場合、粒子成長の環境条件によって大きな誤差を生じることが分かった。過去文献の成果の利用も含めて引き続き検討を進めている。冬季越後山脈上空に生じる山岳性降雪雲の再現実験を行い、降雪粒子の形状・雪片構成氷晶数・雲粒寄与率など、従来のバルク法雲微物理モデルでは評価できなかった粒子特性の時空間分布を求めることに成功した。新たに得られた粒子特性を、冬季越後山脈上空で実施された雲粒子ゾンデ観測や三国川ダムで施された地上降雪粒子観測の結果をもとに検証したところ、概ね妥当な結果であることが分かった。領域気象モデルを降雪粒子の直接観測をもとに検証するという新しい手法で、微物理モデルの改善点を探ることができることが分かった。

他課題(16K01340, 17K18453)と連携した取り組みとして、プロトタイプモデルを用いて、2017年3月27日那須町雪崩災害の降雪再現実験を行ったところ、この雪崩の強い背景要因となった弱層(雲粒付き雪粒子と雲粒付きの少ない雪粒子の互層構造)形成の再現に概ね成功するとともに、その降雪をもたらした上空の雲システムまで含めた雲ー降雪ー雪崩メカニズムの解明に資する知見を得るなど、当初の見込みを上回る革新的な成果を得た。これらの成果について、国内および国際会議で研究発表を行った。従来のバルク法雲微物理モデルでは表現できなかった多様な降雪粒子の物理特性を表現できる高精度バルク法雲微物理モデルのプロトタイプを気象庁非静力学モデルに導入した。氷粒子の融解過程モデル化の他、多次元ビン法モデルから生成されたリファレンスデータに基づいて、雪粒子と雲粒の衝突併合係数について検討を進めている。過去に行われた山岳性降雪に対する観測事例および雪崩災害事例の降雪再現実験を行い、直接観測データをもとに検証し、一部に革新的進歩を含む成果を得た。降雪粒子の温度域別昇華成長量・雲粒捕捉成長量の他、初期氷晶数を粒子特性として組み込んだ高精度バルク法雲微物理モデルを導入した気象庁非静力学モデル(JMA-NHM)を用いて、新たな降雪事例を対象に再現実験を実施し、新しいモデルの性能を吟味した。2018年2月に札幌市で観測された降雪イベントの再現実験を行い、地上観測から得られた降雪粒子の画像データをもとに検証したところ、雲粒の寄与が小さく、樹枝や鼓型といった粒子タイプが混在して降っている様子を再現できていた。前年度までに確認した山岳性降雪の再現性のみならず、平野部での降雪に対する再現性も備えていることを確認できた。他課題(16K01340)と連携した取り組みとして、2015年1月に長岡で数日間に渡って観測された降雪イベントの再現実験を行った。再現された長岡における降雪粒子の特徴は、低気圧の通過に伴って系統的に変化しており、その変化は観測データから求めた新積雪粒子(積雪だが降雪時の粒子特性をとどめている)の粒子特性の一連の変化に整合的であった。低気圧前面では対流活動が弱く、降雪粒子はほぼ氷飽和に保たれた雲層の中を落下してくるのに対して、低気圧後面では対流活動が強く、降雪粒子は水飽和(氷過飽和)に保たれた雲層を過冷却雲粒を捕捉しながら落下してくる等、降水形成メカニズムが総観スケールで系統的に変化する様子を、直接観測と数値実験から描き出すことに成功した。これらの成果の一部について、国内および国際会議で研究発表を行った。1-2年目に開発した新しいモデルに改良を加えつつ、冬季の山岳域および平野部の降雪イベントに関する数値実験数件を実施した。地上観測や気球観測による雲・降水粒子データに基づいた検証を行うとともに、新雪粒子の物理特性にも着目して検証を進めている。直接観測データの解析結果と、数値モデルから作成したリファレンスデータをもとに、高精度バルク法雲微物理モデルの各素過程の定式化とコーディングを進めるとともに、順次、非静力学モデルへ導入し、動作確認を並行して行う。冬季山岳性降雪雲の再現実験を行い、過去の直接観測データを利用して検証と改良を進める。得られた結果を国内外の学会・研究会で発表するとともに論文にまとめる。プロトタイプモデルを、これまでの検証結果をもとに改良しつつ、より多数の事例の再現実験を行う。直接観測データ・リモートセンシングデータをもとに更なる検証に取り組み、新しいモデルの適用性を評価する。これらの結果をとりまとめ、学会発表とともに論文化を進める。
ブロック段階での組立加工による変形予測システムの開発に関する研究

本研究では,船殻ブロックに代表される大型溶接構造物の建造時に生じる溶接変形を簡易的に推定する手法の検討という立場から,変形発生源を考慮した弾性FEM解析による変形解析手法に焦点を絞って検討を行った.以下に詳細を示しているが,船殻小組立部材からVLCC平行ブロックまでの幅広い対象構造物(部材)において,その溶接変形の推定が可能となることが判明した.さらに,外板にねじれ変形が生じるようなものであっても,溶接ビードを解析モデルに考慮することで,変形推定が可能であることも判明した.一方,コンピュータシミュレーションにより構造物全体の溶接変形を推定するためには溶接変形を生成する力である固有力を精度よく推定する必要がある.固有力(Tendon Forceとも呼ぶ)の発生源は固有ひずみであるから,固有ひずみの立場から固有力を定量化し,固有力と溶接諸条件の関係を研究する.最近では溶接長が10m以上と長くなった溶接構造物が増加したため,縦収縮の絶対値も横収縮と同じオーダーとなり,溶接構造物全体の高精度生産加工システムの開発においては,縦収縮の精度の良い予測方法が熱望されている.最初に溶接諸条件と固有ひずみ分布の関係を導いて,実験値と予測値を比較検討した.最後に,縦収縮を予測するソフトを開発し,Windows98以上のパーソナルコンピュータで容易に計算できるようにした.本研究では,船殻ブロックに代表される大型溶接構造物の建造時に生じる溶接変形を簡易的に推定する手法の検討という立場から,変形発生源を考慮した弾性FEM解析による変形解析手法に焦点を絞って検討を行った.以下に詳細を示しているが,船殻小組立部材からVLCC平行ブロックまでの幅広い対象構造物(部材)において,その溶接変形の推定が可能となることが判明した.さらに,外板にねじれ変形が生じるようなものであっても,溶接ビードを解析モデルに考慮することで,変形推定が可能であることも判明した.一方,コンピュータシミュレーションにより構造物全体の溶接変形を推定するためには溶接変形を生成する力である固有力を精度よく推定する必要がある.固有力(Tendon Forceとも呼ぶ)の発生源は固有ひずみであるから,固有ひずみの立場から固有力を定量化し,固有力と溶接諸条件の関係を研究する.最近では溶接長が10m以上と長くなった溶接構造物が増加したため,縦収縮の絶対値も横収縮と同じオーダーとなり,溶接構造物全体の高精度生産加工システムの開発においては,縦収縮の精度の良い予測方法が熱望されている.最初に溶接諸条件と固有ひずみ分布の関係を導いて,実験値と予測値を比較検討した.最後に,縦収縮を予測するソフトを開発し,Windows98以上のパーソナルコンピュータで容易に計算できるようにした.近年、実船ブロック製作には、新たな溶接法が開発され、実用化されている。また、鋼材については、高張力鋼が適用されている。そのため、溶接変形推定に際しては、従来の基礎継手の溶接変形データをそのまま適用することはできない。そこで、その不足部分を洗い出し、板継ぎ溶接変形におよぼす溶接方法の影響、ロンジ先付けすみ肉溶接変形におよぼす溶接方法および溶接長さの影響ならびに溶接変形におよぼす鋼材降状強度および変形拘束の影響を検討し、さらに変形推定の基礎データとなる熱効率、比溶着熱の計測実験を行った。そして、溶接変形データ(縦収縮、横収縮、角変形)を固有変形データ(テンドン力、固有横収縮、固有角変形)に整理し直し、現状の造船施行で使用できる固有変形データベースを作成した。また、日本造船研究協力第237研究部会で実験された平行部ブロックと曲がりブロックの工程毎の変形計測結果と、上記固有変形データベースをもとに各溶接条件から推定されるテンドン力、固有横収縮、固有角変形をMPC(多点拘束)機能を用いて溶接部に与え、FEM解析することにより予測した結果とを比較した結果、各工程の変形を精度よく推定できることが判明した。さらに、近年、切断の後工程である溶接の自動化が進み、熱切断精度のより一層の向上が要求されている。そこで、熱切断時の変形を定量的に予測する手法を確立するため、LPGガスとプラズマを用いた切断実験を実施し、切断変形発生源の固有応力分布を同定した。この固有応力分布を用いることにより、種々の拘束状態における切断時の変形および残留応力が推定可能となった。本年度は以下の2項目に関して研究を実施した.実用的観点から,大型溶接鋼構造物の溶接変形推定手法として提案されている等価固有ひずみ法では,溶接ビードの影響を無視してモデル化を行うために,船底板がねじれ変形を生じるような場合,変形を精度良く推定する事が困難である.そこで本年度の研究において,従来の等価固有ひずみ法に溶接ビードの影響を組み込んだ新しい手法を開発した.この手法を用いて,日本造船研究協会第237研究部会において実施された,船殻二重底構造を模擬した構造試験体の溶接変形計測実験に関するFEM解析を行い,今年度の研究で開発した新しい解析手法を用いることで,外板がねじれ変形を生じる場合でもその変形を精度良く推定できる事を確認した.大型構造物の組み立て精度を決める縦収縮を,溶接諸条件から決定する基礎概念を確認するために基礎実験を行った.大型構造物では溶接長が10mにもなり、縦収縮が1mmのオーダーで発生するが,研究室では500mmの溶接長でも実験が困難であり,発生する縦収縮も0.1mmオーダーとなり測定精度が要求される.

レーザ変位計を使用して1/1000mm精度で縦収縮を測定できる装置を開発し,実際の溶接で使用される溶接条件を系統的に変化させて,ビード溶接の縦収縮の実験値および発生原因である固有ひずみを計測した.その結果,発生原因である固有ひずみの積分値とTendon Forceの関係が明確となり,縦収縮が溶接諸条件から推定できることが実証できた.本年度は研究最終年度に当たるため,これまでに実施した研究内容の取り纏め並びに以下の項目について実施した.1)船殻ブロックに代表される大型溶接構造物の建造時に生じる溶接変形を簡易的に推定する手法の検討という立場から,変形発生源を考慮した弾性FEM解析による変形解析手法に焦点を絞って検討を行い,船殻小組立部材からVLCC平行ブロックまでの幅広い対象構造物(部材)において,その溶接変形の推定を実施し,同手法の妥当性を確認した.また,溶接構造物全体の高精度生産加工システムの開発においては,縦収縮の精度の良い予測方法が熱望されている現状を鑑み,縦収縮を予測するソフトを開発し,Windows98以上のパーソナルコンピュータで容易に計算できるようにした.2)これまでに実施した大型溶接構造物製作時の溶接変形推定手法に関して,等価固有ひずみ法とMPC法の優劣に関して比較した.その結果,両者は本質的には同じものであるので,データ作成者にとり理解しやすい方法を採用すればよいこと,計算機環境(特に所有する汎用FEM解析コード)によっては,いずれか一方の手法しか利用できないこともあるので,両手法間でのデータ変換ツール等の構築が今後の課題であることが判明した.
アジア産ヒラタクワガタにおける形態形質変異の遺伝的基盤および種分化機構の解明

日本産およびアジア諸国産のヒラタクワガタ地域系統の系統関係がミトコンドリアDNA分析によって明らかにされ、アジアの大陸分化プロセスにあわせてヒラタクワガタ地域系統の種分化が進行したことが示された。交雑実験により、ヒラタクワガタ系統間の交雑は遺伝的距離が大きいほど交雑和合性が高い傾向が示された。楕円フーリエ解析による大顎形態分析の結果、雑種個体雄成虫は親系統雄の形態とは異なる大顎形態を示すが、雌親系統の形態的特徴が強く示される傾向があることが示され、ヒラタクワガタの大顎形態には母性効果があることが判明した。生殖操作に関与するWolbachiaの感染は、調査した個体すべてから検出はされなかった。ヒラタクワガタの分子系統解析について、DNAデータバンクおよび文献情報より、核DNAの特定遣伝子領域を増幅するためのプライマー設計を行った。特にこれまでに昆虫類で解析が行われている領域については縮重プライマーを使用し、保存性の高い領域についてはユニバーサルプライマーを使用した。さらに鞘翅目昆虫の既存DNAデータからも独自にプライマー設計を行った。その結果、Pepck,LWRh,18SrDNA,および28SrDNA遺伝子領域の増幅に成功した。一方、wingless遺伝子については増幅が認められなかった。今後これらの遺伝子領域について塩基配列解析を行い、遺伝的変異の実態について調査する。ヒラタクワガタ系統間の交雑実験については、日本列島産系統間の交雑、東南アジア産系統間の交雑、および日本列島産-東南アジア産系統間の交雑を行った。日本列島産系統間の交雑については、本州ヒラタ、ツシマヒラタ、サキシマヒラタ、オキナワヒラタ、およびアマミヒラタ間で交雑実験を行った結果、本州ヒラタ-ツシマヒラタ間の交雑以外では、雑種子孫を得ることが出来なかった。同様に、東南アジア産系統については、スマトラオオヒラタ(インドネシア)、パラワンオオヒラタ(フィリピン)、ミンダナオオオヒラタ(フィリピン)、およびセレベスオオヒラタ(インドネシア)間で交雑実験を行った結果、雑種を得ることは出来なかった。一方、上記日本列島産系統と東南アジア産系統の間で交雑実験を行った結果、メス親が東南アジア産系統の場合、いずれの組み合わせでも高い交雑和合性が認められ、多くの雑種成虫が得られた。メス親が日本産系統の場合は体サイズの違いから交雑が成立しなかった。以上の結果から、遺伝的・地理的距離と交雑和合性の高さの間には、通常の相関関係(即ち、遺伝的に近いものが交雑和合性が高い)とは逆の相関関係が存在することが示唆された。今後さらに交雑の組み合わせ系統数を増やして系統間の交雑和合性の実態を明らかにする。ヒラタクワガタ細胞内共生微生物の検出については、これまでミトコンドリアDNA系統解析に使用した地域系統のDNAサンプルについて、共生細菌ボルバキアDNA特異的プライマーを用いてPCR法によるDNA増幅を試みたが、増幅産物は認められず、感染は確認されなかった。今後、さらに解析サンプルを増やすとともに、成虫個体を解剖して生殖器官のDNA抽出を行い、感染の有無を確認する。ヒラタクワガタの分子系統解析について、産地が明確な中国産のサンプルを採集できたことで、本種が生息するアジア大陸および島嶼のほとんどすべての地域サンプルが揃った。これによりアジア地域のmtDNA系統樹が完成した。それに基づけば日本列島のヒラタクワガタ個体群は中国を起源として約150万年かけて島ごとに分化を果たしたことが示された。さらに東南アジア地域における遺伝的分化プロセスも明らかとなり、スンダランド大陸が列島として分化した地史的順序も明らかとなった。ヒラタクワガタ系統間の交雑実験については、日本列島産の本州ヒラタ、ツシマヒラタ、サキシマヒラタ、オキナワヒラタ、およびアマミヒラタと東南アジア産スマトラオオヒラタ(インドネシア)、パラワンオオヒラタ(フィリピン)、ミンダナオオオヒラタ(フィリピン)、およびセレベスオオヒラタ(インドネシア)間で交雑実験を昨年度に引き続き行った結果、高い交雑和合性が認められ、多くの雑種成虫が得られた。さらに同じ東南アジア産系統であるスマトラオオヒラタとダイオウヒラタの間でも交雑和合性が高く、多数の雑種を得ることができた。また同様に同じ日本列島産系統であるツシマヒラタと本州ヒラタの間でも多数の座種が得られた。昨年度からの結果を総合すると分化して100万年以下の個体群同士の場合は交雑和合性が低く、100万年以上隔離され、リング種的な位置関係にある場合は交雑和合性が高くなる傾向が示され、通常、負相関関係を示す交雑和合性と遺伝的距離がクワガタの場合、正の相関を示すことが明らかとなった。

また、ツシマヒラタと本州ヒラタは九州北部で同所的に生息しており、このエリアではハイブリッドゾーンが形成されている可能性が高い。今後、核DNAおよびmtDNAの置換が生じていないか、調査していく。雑種の形態形質の解析を行うために、画像データの収集を進めた。次年度はこれらの画像データをもとに形態形質のフーリエ解析を行い、雑種の形質上の特徴を定量化する。ヒラタクワガタの分子系統解析について、マレー半島およびフィリピン諸島、セレベス島のサンプルを追加してミトコンドリアDNAの解析を行った結果、マレー半島個体群と、スマトラ島個体群は遺伝的に極めて近い関係にあることが判明して、スンダランド諸島におけるヒラタクワガタ分化の歴史のシナリオがより明確となった。さらにセレベス島内には遺伝的2系統が存在することも明らかとなった。さらに、核DNAの変異を調べるため、一般的にミトコンドリアDNAと同等の進化速度をもつと考えられるInternal Transcribed Spacer領域の増幅を試みた、その結果、500万年以上分化した系統間でも、わずかに1塩基しか変異がないことが示された。ヒラタクワガタ系統間の交雑実験については、日本列島産の本州ヒラタ、ツシマヒラタ、サキシマヒラタ、オキナワヒラタ、およびアマミヒラタと東南アジア産スマトラオオヒラタ(インドネシア)、パラワンオオヒラタ(フィリピン)、ミンダナオオオヒラタ(フィリピン)、およびセレベスオオヒラタ(インドネシア)間で交雑実験を昨年度に引き続き行った結果、高い交雑和合性が認められ、多くの雑種成虫が得られた。メス親が日本産系統の場合は体サイズの違いから交雑が成立しなかった。さらに同じ東南アジア産系統であるスマトラオオヒラタとダイオウヒラタの間でも交雑和合性が高く、多数の雑種を得ることができた。また同様に同じ日本列島産系統であるツシマヒラタと本州ヒラタの間でも多数の座種が得られた。昨年度からの結果を総合すると分化して100万年以下の個体群同士の場合は交雑和合性が低く、100万年以上隔離され、リング種的な位置関係にある場合は交雑和合性が高くなる傾向が示され、通常、負相関関係を示す交雑和合性と遺伝的距離がクワガタの場合、正の相関を示すことが明らかとなった。上記のように核DNAマーカーの開発には、時間が必要であるが、大顎の形態分析によって雑種化の解析に期待がかかる。そこで雑種の形態形質の解析手法を開発するために、室内飼育により、ヒラタクワガタの地域系統間の交雑実験を行い、F1世代を作出した。親世代とF1世代の大顎形状を比較するため、楕円フーリエ解析により、大顎の輪郭形状を数値化した。次に標準化フーリエ係数を基に多変量解析を行い、各種の大顎形状の特徴を抽出するとともに、サイズを標準化した際の親種の大顎平均形状とF1世代の大顎形状を比較した。その結果、F1雑種の大顎形状は、雌雄両親の形状とは異なるが、雌親系統の特徴が強く出る傾向があることが示されたこの形状解析手法を用いれば、雌雄の親系統の推定が可能になると考えられた。
溶液試料直接導入型マルチガス誘導結合プラズマ源の開発と微量元素分析への応用

現在,微量元素分析用の励起源やイオン源として最も広く使用されているアルゴン誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma, ICP)を用いたICP発光分析法(ICP Atomic Emission Spectrometry, ICP-AES)およびICP質量分析法(ICP Mass Spectrometry, ICP-MS)はアルゴンプラズマしか使用できないため,(1)アルゴンプラズマでは非金属,特にハロゲンなどのイオン化能力が十分ではない,(2)アルゴンに起因した質量スペクトル干渉が生じる,(3)ランニングコストが高い,(4)分析の要望が高まっている有機試料の質量分析が困難である,などのいくつかの原理的な欠点を持っていた。また,溶液試料の利用効率も10%前後と低いため,近年分析の要求が高まっている,微少量試料の分析には不向きであった。そこで,本研究では,市販のネブライザを用いて溶液試料を直接噴霧導入分析できる,溶液試料の導入効率が100%であるICPトーチを開発した。噴霧した試料がプラズマ中に拡散するとプラズマが不安定となるため,噴霧試料の周囲にサポートガスと呼ぶ包囲ガスを流す事で試料の拡散を低減し,安定なプラズマを生成する事ができた。噴霧試料の拡散角を測定し,サポートガスの有効性を確認した。また,分光計測によりプラズマ中の試料拡散を実測し,かつ,外気の混入についても詳細に調査した。さらに,実際に微量元素分析を行い,従来の1/16の試料量で1/2の信号強度を得る事に成功した。つまり,試料量当たりでは,8倍の分析感度を得る事ができた。また,試料のメモリー効果は従来装置の約1/13に低減できた。さらに,このプラズマ源を質量分析装置と結合し,微少試料を質量分析する事に成功した。また,溶液試料の利用効率も10%前後と低いため,近年分析の要求が高まっている,微小試料の分析には不向きであった。そこで,本研究ではまず,1つのICPトーチで従来のアルゴンの他に,ヘリウム,窒素,酸素,二酸化炭素,空気など,多くの気体を自由な混合比率で安定にプラズマ化できるプラズマトーチの開発に成功した。プラズマトーチの設計に当たっては,各種プラズマの動粘度,電気伝導度を考慮した。そして,各種プラズマの温度,密度などの基本特性を分光手法を用いて計測し,比較を行なった。単一の装置で各種のプラズマの特性が同一条件で測定されたのは初めてと考えられる。次に,市販のネブライザを用いて溶液試料を直接噴霧導入分析できる,つまり,溶液試料の導入効率が100%であるICPトーチを開発した。

現在,微量元素分析用の励起源やイオン源として最も広く使用されているアルゴン誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma, ICP)を用いたICP発光分析法(ICP Atomic Emission Spectrometry, ICP-AES)およびICP質量分析法(ICP Mass Spectrometry, ICP-MS)はアルゴンプラズマしか使用できないため,(1)アルゴンプラズマでは非金属,特にハロゲンなどのイオン化能力が十分ではない,(2)アルゴンに起因した質量スペクトル干渉が生じる,(3)ランニングコストが高い,(4)分析の要望が高まっている有機試料の質量分析が困難である,などのいくつかの原理的な欠点を持っていた。また,溶液試料の利用効率も10%前後と低いため,近年分析の要求が高まっている,微少量試料の分析には不向きであった。そこで,本研究では,市販のネブライザを用いて溶液試料を直接噴霧導入分析できる,溶液試料の導入効率が100%であるICPトーチを開発した。噴霧した試料がプラズマ中に拡散するとプラズマが不安定となるため,噴霧試料の周囲にサポートガスと呼ぶ包囲ガスを流す事で試料の拡散を低減し,安定なプラズマを生成する事ができた。噴霧試料の拡散角を測定し,サポートガスの有効性を確認した。また,分光計測によりプラズマ中の試料拡散を実測し,かつ,外気の混入についても詳細に調査した。さらに,実際に微量元素分析を行い,従来の1/16の試料量で1/2の信号強度を得る事に成功した。つまり,試料量当たりでは,8倍の分析感度を得る事ができた。また,試料のメモリー効果は従来装置の約1/13に低減できた。さらに,大気圧から低真空へのインターフェイス部でのプラズマの挙動を直接観察し,質量分析装置への適用に向けた指針を得た。
骨材サプライチェーンの全体最適化を目指したクラウド管理システムの構築

本研究では、これまで“地産地消"が基本であった骨材の生産供給体制を広域的な視点から見直した。骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンの確立では、骨材の生産供給側と消費需要側の両面から、現状および将来的な需給量を推定できる予測式を導出した。また、IoTの活用により、骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンを一元的に管理できるGISを利用したクラウド管理システムの設計と構築を行った。このシステムを利用することにより、骨材の広域的な最適輸送をシミュレーションでき、輸送者に最適経路を提示するとともに、複数の輸送者をリアルタイムで同時に管理することが可能になった。1.骨材の生産供給側と消費需要側の両面から、現状および将来的な需給量を推定できるシステムの開発を行った。骨材の生産側からみた現状および将来的な供給量を推定する方法として、先に開発した「GISを利用した骨材資源ポテンシャル評価システム」の研究成果を発展させ、既存の採石場の位置、用途別生産量、製品出荷先等の情報を、採石場情報としてデータベース化した。また、素因となる情報群と新たに生成された情報群を整備していく枠組みとして、データベースを地質、地形、開発規制、環境、経済の5つのサブシステムとして構築した。2.骨材需給量の過去から現在に至る状況を精査し、骨材需給量と人口動態、経済推移、インフラ整備等との関係についての相関性を考察して、因子の抽出を試みた。これらの因子を用いて、骨材需給量の将来予測について検討した。(1)全国47都道府県の砕石生産・出荷・消費量、砂利生産出荷量、道路用砕石生産・出荷量、コンクリート用砕石生産・出荷量の経年データを、都道府県ごとに関係機関から収集した。また、社会・経済情報として、人口、面積、人口密度、GDP、1人当たりのGDP、道路延長、道路面積等の数値情報を、都道府県ごとに関係機関から収集した。(2)収集した数値データを基に、全国、地方ごとの年推移グラフを作成し、各地域や各年における特徴について調べた。(3)骨材需給量と社会、経済情報のデータを特定の年ごとに比較し、大都市圏と地方圏に分けて,骨材需給量の関係要因を検討した。(4)骨材需給量と社会・経済的指標との相関関係を調べ、相関係数が高い指標を説明変数、骨材需給量を目的変数として多変量解析を行い、重回帰式を導き出して、将来推移を推定することが可能になった。この中で、骨材の大消費地である大都市圏と、骨材の"地産地消"が成り立っている地方圏とに分けて解析を行う必要があることが明らかとなった。骨材の生産側からみた現状および将来的な供給量を推定する方法として、先に開発した「GISを利用した骨材資源ポテンシャル評価システム」の研究成果を発展させることで、研究を進めた。素因となる情報群と新たに生成された情報群を整備していく枠組みとして、データベースを地質、地形、開発規制、環境、経済の5つのサブシステムとして構築することができた。これらの5つのサブシステムをGIS上で有機的に結合させていくことで、将来的な開発可能地域や可採資源量が推定できるシステムとなった。ただし、既存インフラ、人口動態、地域面積等を、GISを用いてデータベース化し、骨材需要の将来予測をマッピングできる機能も付加するまでには至らなかった。骨材需給量と社会・経済的指標の推移を調べ、各地域、各年ごとの特徴を見い出した。また,骨材需給の現状把握を行った。特に、骨材の大消費地である大都市圏と骨材の地産地消が成り立っている地方圏に分けて、骨材需給量の関係要因を検討した。その結果、砂利生産・出荷量と相関が高い項目は、大都市圏・地方圏ともに、人口、世帯数、GDPの3つの項目であることが分かった。大都市圏と地方圏で共通するこれら3項目を説明変数とし、全国砂利生産・出荷量を目的変数として、多変量解析を行った。その結果、次の重回帰式が得られた。Y=4.234(X1)ー0.00963(X2)ここで,Y:砂利生産・出荷量(千ton),X1:人口(千人),X2:世帯数この式を予測式として、2030年までの砂利生産・出荷量の将来予測を行った結果、今後、人口減少社会の到来によりX1の人口と、X2の世帯数が減少することにより、砂利生産・出荷量は減少すると予測された。砂利に関する需給量の将来予測式を導出することができたが、骨材の大半を占める砕石については、引き続き検討が必要である。骨材の生産・供給体制にサプライチェーンの概念を導入し、IoTの活用により骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンを一元的に管理できるシステムの構築について検討した。システムの概要は、つぎの通りである。(1)全国の採石場の骨材資源データベースを基に、採石場の可採資源量や地域ごとの骨材需要量の予測を可能にする。(2)GPSを搭載した重機の使用により、省エネ・高効率・最適化採掘を可能にする。(3)骨材消費地へ、ダンプトラックや貨車、船舶を利用して、輸送時間・輸送コスト・人件費等を考慮した最適経路のもとで輸送する。(4)IoTを利用することで、輸送中の状況を管理者がリアルタイムに管理できるようにする各工程の研究実績は、つぎの通りである。(1)東北

6県を対象として、各採石場の現状調査、地形情報、地質情報、環境情報、開発規制情報、経済情報を集積し、骨材サプライチェーン構築の基本情報となる骨材資源データベースを作成した。(2)骨材需要量と社会、経済情報データを、1980年から現在に至るまで年度ごとに比較し、骨材需要量の関係要因を抽出して、日本の骨材需量の将来予測を可能とする予測式を導出した。(3)採掘場で稼働する重機にGPSを搭載し、各重機の稼働位置やサイクルタイムを「見える化」して把握できるシステムを開発した。(4)デジタル無線機を介して、採掘場内で稼働する重機の位置情報を作業管理室のホストPCに転送できるシステムを開発した。(5)ダンプトラックによる広域的な最適輸送経路を選択できるシステムを、CO2排出量の削減を同時に検討できるシステムとして開発した。(6)骨材サプライチェーンシステムとして、GISを利用したクラウドコンピューティングにより、生産者や発注者のPC、モバイル端末から直接アクセス可能なものとするクラウド管理システムの基本コンセプトを検討した。骨材サプライチェーンの概念の導入に当たり、国を越えた骨材の流通が行われている欧州の骨材流通事情を視察する目的で、イギリスを対象として視察調査を行った。その結果、イギリスでは、骨材生産の殆どが大手6社で占められており、それらの企業の傘下にある採掘場では、年間を通してコンスタントに骨材の生産を行い、これらの骨材を輸送コストの安い貨車輸送で消費地近くの国内に100箇所以上ある集積場にストックしておき、需要に応じてダンプトラックで建設現場等に輸送するシステムが採用されていることが分かった。わが国では、今後、大都市圏と地方圏での骨材需要に大きな格差が生まれることや、大都市圏では近郊の骨材採掘場資源の枯渇により、骨材の長距離輸送が必要になることが想定される。この観点からすると、骨材の生産・供給体制にサプライチェーンの概念を導入し、IoTの活用により、骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンを一元的に管理できるシステムを構築することが極めて重要であることが、イギリスの骨材流通事情を視察して改めて認識させられた。今回のイギリス視察の成果を踏まえて、先行研究で開発した各システムを、IoTを活用した骨材サプライチェーンの構築にどのように利用するかを、基本コンセプトに基づき検討を行った。骨材の生産・供給体制にサプライチェーンの概念を導入し、IoTの活用により、骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンを一元的に管理できるシステムの構築について検討した。得られた結果をまとめると、次の通りである。(1)IoTの活用により、骨材の需給関係を全体最適化するための骨材サプライチェーンを一元的に管理できるシステムを構想した。骨材サプライチェーンの概念として、次の4つのコンセプトを考えた。1全国の採石場の骨材資源データベースを基に、採石場の可採資源量や地域ごとの骨材需要量を予測する。2骨材消費地へ、ダンプトラックや貨物列車、船舶を利用して、輸送時間、輸送コスト、人件費等を考慮した最適経路のもとで輸送する。3IoTを利用することで、輸送中の状況を管理者がリアルタイムに管理できるようにする。4これらの骨材サプライチェーンのシステムは、インターネットを介したクラウドコンピューティングにより、生産者や発注者のPC、モバイル端末から直接アクセス可能なものとする。
魚類群集構造を解析するためのモルフォメトリー的アプローチ

サンゴ礁魚類群集の再定着パターンと群集構造を研究した。沖縄県石垣島のサンゴ礁5m四方のコドラートを9個設置して、コドラート内の個体をすべて除去した。その後、3カ月おきに各コドラート内の個体をサンプリングした。その結果、再定着は隣接した場所から成魚が移入することによって起こるのではなく、主に幼魚の加入によって起こることが示唆された。再定着後の種構成は除去前の集団のものと類似性が低かったことから、再定着の初期段階の加入はランダムに起こると考えられる。また、その時の種の出現頻度分布は幾何級数によく適合していた。総計約2000匹を除去、固定したのち種を同定し、現在morphometricsによる解析を行っている。予見では、サンゴ礁の魚類群集内には明確なmorphogroupが存在し、空きニッチが生じると同じmorphogroupの個体によりうめられることが示唆される。しかしながら、morphogroupの構成種は必ずしも近縁でないので、サンゴ礁群集の研究における伝統的な分類学を基盤にしたアプローチは修正が必要であろう。
内核外核境界における元素分別から探る地球中心核の化学組成

地球中心核中のケイ素の量に制約を与えるため、高圧下における融解相関係を調べた。131万気圧における共融組成のケイ素量は2.6 wt%以下であり、共融組成のケイ素量は圧力と共に急激に減少することが分かった。ケイ素が外核の唯一の軽元素であると仮定すると、外核の密度を説明するためには約12wt%のケイ素が必要である。その場合、液体よりケイ素に富むCsCl型の鉄ケイ素合金が内核として結晶化する。これは、外核(液体)中の軽元素の量は内核(固体)中のそれよりも多いという地震波観測と矛盾するため、ケイ素は核の主要な軽元素ではないことを示唆している。地球中心核の詳細な化学組成は、地球の形成と進化を理解する上での根本的な情報であるにも関わらず、いまだに明らかになっていない。核の組成を明らかにすることにより、核のダイナミクスの理解促進に加え、核の形成条件(温度、圧力、酸素雰囲気)に制約を与えることがきる。これは地球形成過程を議論する上で重要な情報である。本研究では、高圧高温実験により、内核外核境界の圧力において鉄-軽元素系の状態図を作成する。状態図から予想される内核外核境界における軽元素の分別から、核の軽元素として地震学的観測を満たせるかどうかを議論し、化学組成の解明を目指す。平成25年度は、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いて、130万気圧までの鉄-ケイ素系の融解実験を行った。実験圧力を固定し、出発物質の組成を変えて複数回融解実験を行った。融解した試料を常圧に回収した後、薄膜試料作製装置イオンスライサ、もしくは集束イオンビーム加工装置を用いて研磨を行い、電界放出型電子線プローブマイクロアナライザーと電界放出型走査電子顕微鏡による組織観察と組成分析を行った。得られた各相の化学組成に基づいて、鉄-ケイ素系の状態図を作成した。作成した状態図から、共融点における液体鉄中のケイ素濃度は負の圧力依存性を持つ事が明らかになった。今後は、さらに高圧力下における融解実験を行い、液体ー固体鉄間のケイ素の分別を明らかにし、生じうる内核外核間の密度ジャンプを求める。ケイ素が地震学的観測事実を満たせるかどうか議論する。地球中心核の詳細な化学組成は、地球の形成と進化を理解する上での基本的な情報であるにも関わらず、いまだに明らかになっていない。核の組成を明らかにすることにより、核のダイナミクスの理解促進に加え、核の形成条件(温度、圧力、酸素雰囲気)に制約を与える事が出来る。状態図から予想される内核外核境界における軽元素の分別から、核の軽元素として地震学的観測を満たせるかどうか議論し、化学組成の解明を目指す。平成26年度は、130万気圧において鉄-ケイ素系の状態図を作成した。出発物質としてケイ素濃度の異なる鉄ケイ素合金を複数用意し、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いて融解実験を行った。実験回収試料に対して、集束イオンビーム加工装置を用いて研磨を行い、電解放出型電子線プローブマイクロアナライザー及び電界放出型走査電子顕微鏡による組織観察と組成分析を行った。得られた化学組成をもとに、状態図を作成した。その結果、130万気圧における共融組成のケイ素濃度は2wt%以下であることが明らかになった。前年度の結果と合わせると、共融組成のケイ素濃度には強い負の圧力依存性があることがわかった。ケイ素が外核中の唯一の軽元素であると仮定すると、外核の密度を説明するためには約12wt%のケイ素が含まれている必要がある。その場合、本研究の結果に基づくと、液体よりケイ素に富むCsCl型の鉄ケイ素合金が内核として結晶化する。これは、外核(液体)中の軽元素の量は内核(固体)中のそれよりも多いという地震波観測事実と矛盾するため、ケイ素は核の主要な軽元素ではないことを示唆している。高圧地球科学当初の予定通り、実験が比較的容易な130万気圧以下の実験を行った。より高圧下での実験に向けて、一連の技術を習得し手法の有効性が確認出来た。今後は、同様の手法を用いてさらに高圧力下における融解実験を行い、内核外核境界の圧力における液体ー固体鉄間のケイ素の分別を明らかにしたい。その結果に基づき、ケイ素が地震学的観測事実を満たせるかどうか議論したい。
C末端アミド化酵素がミエリンペプチドアミドの生合成に関与している可能性について

生体内のほとんどのアミド化ペプチドは、peptidylglycine α-amidating monooxygenase(PAM)によって生成される。ところが、これとは異なる機構によるC端アミド化ペプチドが脳内に存在することが、近年Tatemotoらによって発見され、それぞれMPA-12,-14,-16と命名された。これらの生成機構には、その前駆体であるミエリン塩基性タンパクの構造から、3つの可能性が考えられる。すなわち、1)C端Tyr、AlaへのNH_2OH,NH_3を供与体とした付加反応またはアミノ転移反応、2)C端Leuの酸化的脱アルキル化(生理活性アミド化ペプチド生成と類似反応)、3)C端Tyr、AlaにGlyが付加後、PAMによってアミド化される(グリシンN-アシル転移酵素を介する脂肪酸アミド生成と類似反応)機構である。そこで、MPA-14前駆体アナログとして_<D->YKY,_<D->YKYL,_<D->YSKYLを合成し、これらをアミド化する酵素活性が、ラット脳に存在するかどうかを検討した。それぞれの反応機構を考慮し、1)NH_2OH,NH_3,Asp,Gluなどの基質とピリドキサルリン酸,FAD,NADH,ATPなどの補酵素を添加した系、2)アスコルビン酸,NADH,FADH_2,グルタチオン,還元型プテリン,Cu^<2+>などのcofactor、もしくはNAD^+,NADP^+,FAD,FMNなどの酸化型補酵素を添加した系、3)GlyとCoAを添加した系に関して、ラット脳ホモジェネートおよび脳ミクロゾーム画分に関し、アミド化酵素活性の有無を系統的にスクリーニングした。その結果、どの系においても期待されるアミド化ペプチドの生成を認めなかった。以上の結果から、今後の検索のためには、前駆体アナログとすべき合成基質の種類をさらに検討し、用いるべき酵素標品の部分精製にも検討を加えていかなければならない。(方法)Myclin peptide-amideの基質アナログとして、D-Tyr-Lys-Tyr,D-Tyr-Lys-Tyr-Leu,D-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leuを合成し、これらのC末端Tyr残基にアンモニアを付加、あるいはC末端Leu残基をアミド基に転換する反応を触媒する酵素活性が、ウシ、ラットの大脳に存在するかを調べた。反応は、これらのペプチドと大脳homogenate、および下記のcofactorを添加して行った。反応停止後HPLCで分析し、期待されるアミド化ペプチドの生成の有無を調べた。生成物であるD-Tyr-Lys-Tyr-NH_2とD-Tyr-Ser-Lys-Tyr-NH_2も同時に化学合成した。(結果および今後の計画)生体内における種々のアミド化反応機構を考慮し、以下の反応を行った。(1)C端Leuの酸化的脱アルキル化(oxygenase reaction)をふまえ、ascorbate,NADH,FADH_2,glutathione,tetrahydropterinなどの還元剤と、銅イオンを添加。(2)C端Leuの酸化的解裂(oxidase rcaction)をふまえ、NAD^+,NADP^+,FAD,FMNなどの酸化型補酵素を添加。(3)C端Tyr残基へのtransaminationをふまえ、pyridoxal phosphateとAsp,Gluを添加。(4)C端Tyr残基へのエネルギー依存的なアンモニア付加をふまえ、ATP,無機アンモニア,Asp,Glu,MgCl_2,pyridoxal phosphateなどを添加。(5)ω-amidaseとhydroxyamine reductaseによるC端Tyr残基のアミド化をふまえ、NH_2OH,FAD,NADHを添加。以上の反応をウシおよびラットの大脳homogcnatcを粗酵素標品として用い、反応系のpHおよび反応時間(1hから24h)を変えて行ったが、期待されるアミド化ペプチドの生成を認めなかった。今後は、acylamideの合成過程に関与するといわれる、acyl-CoA:glycinc N-acyltransferaseや、新しい睡眠物質として話題を集めるcis-octadecenamideの合成に与るとされるfatty acid amide hydrolaseに類似の反応が、myelin peptide-amideの生成に関わっているかどうかを調べていく。