hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
火山探査移動観測ステーションの遠隔制御および地形の遺動計測に関する研究

本研究は,特定領域研究「火山爆発のダイナミックス」A04班において開発されている火山探査移動観測ステーションMOVE(火口移動探査ロボット)に関して,ロボット工学の立場から,1.遠隔制御技術の開発ならびに,2.地形の移動計測技術の確立を目指している.これらを実現することで,観測対象である火山火口周辺の詳細な3次元地形図を獲得し,火山爆発のダイナミクスの理解に寄与することを目指して研究開発を行った.上述の目標を実現するため,ロボットの遠隔操作ならびに地形マッピングのためのセンサシステムを開発した.このセンサは,全方位カメラ,レーザレンジセンサ,回転テーブルおよび,吊り下げ機構から構成される.全方位カメラは,ロボットが走行中,周囲の画像情報を逐次オペレータに送信することが可能である.また,ロボットが停止中,レーザレンジセンサを搭載した回転テーブルを回転し,360度の距離情報を獲得することで,三次元メッシュ状の地形データを獲得することができる.さらに,不整地において,ロボットが傾いたときにも,センサ自身が常に水平を保つ機能を実現するため,このセンサをパッシブなジョイントで吊り下げた.製作したセンサの評価を行うため,平成18年5月に伊豆大島三原山において実施された移動探査ロボットMOVEの走行実験において,データ取得実験を行った.製作したセンサを用いて,MOVEの移動経路に沿って,三原山登山道および火口付近の三次元地形データを獲得することができた.また,取得データのオフライン処理として,複数地点で獲得した三次元地形データを統合し,任意の視点から環境表示を行うオペレータ・インターフェース技術を開発した.フィールドでの実用化のためには,信頼性の高い無線通信技術が重要であることも明らかとなった.本研究は,特定領域研究「火山爆発のダイナミックス」A04班において開発されている火山探査移動観測ステーションMOVE(火口移動探査ロボット)に関して,ロボット工学の立場から,1.遠隔制御技術の開発ならびに,2.地形の移動計測技術の確立を目指している.これらを実現することで,観測対象である火山火口周辺の詳細な3次元地形図を獲得し,火山爆発のダイナミクスの理解に寄与することを目指している.上述の目標を実現するため,平成17年度には,ロボットの遠隔操作ならびに地形マッピングのためのセンサシステムを開発した.このセンサは,全方位カメラ,レーザレンジセンサ,回転テーブルおよび,吊り下げ機構から構成される.全方位カメラは,ロボットが走行中,周囲の画像情報を逐次オペレータに送信することが可能である.また,ロボットが停止中,レーザレンジセンサを搭載した回転テーブルを回転し,360度の距離情報を獲得することで,三次元メッシュ状の地形データを獲得することができる.さらに,不整地において,ロボットが傾いたときにも,センサ自身が常に水平を保つ機能を実現するため,このセンサをパッシブなジョイントで吊り下げる.製作したセンサの評価を行うため,平成17年11月に北海道有珠山において行われたダイナマイトによる模擬火山爆発実験に参加し,爆発後のクレーターの地形のセンシング実験を行った.センサは,現在開発中の火山探査移動観測ステーションMOVEの先端に搭載した.この実験の結果,製作したセンサは,目標となるクレーターならびに,半径30メートル内の三次元地形データを獲得することができた.今後は,このセンサを利用した遠隔ナビゲーションの実現ならびに,複数地点で獲得した環境情報の統合技術の確立を目指す.本研究は,特定領域研究「火山爆発のダイナミックス」A04班において開発されている火山探査移動観測ステーションMOVE(火口移動探査ロボット)に関して,ロボット工学の立場から,1.遠隔制御技術の開発ならびに,2.地形の移動計測技術の確立を目指している.これらを実現することで,観測対象である火山火口周辺の詳細な3次元地形図を獲得し,火山爆発のダイナミクスの理解に寄与することを目指して研究開発を行った.上述の目標を実現するため,ロボットの遠隔操作ならびに地形マッピングのためのセンサシステムを開発した.このセンサは,全方位カメラ,レーザレンジセンサ,回転テーブルおよび,吊り下げ機構から構成される.全方位カメラは,ロボットが走行中,周囲の画像情報を逐次オペレータに送信することが可能である.また,ロボットが停止中,レーザレンジセンサを搭載した回転テーブルを回転し,360度の距離情報を獲得することで,三次元メッシュ状の地形データを獲得することができる.さらに,不整地において,ロボットが傾いたときにも,センサ自身が常に水平を保つ機能を実現するため,このセンサをパッシブなジョイントで吊り下げた.製作したセンサの評価を行うため,平成18年5月に伊豆大島三原山において実施された移動探査ロボットMOVEの走行実験において,データ取得実験を行った.製作したセンサを用いて,MOVEの移動経路に沿って,三原山登山道および火口付近の三次元地形データを獲得することができた.また,取得データのオフライン処理として,複数地点で獲得した三次元地形データを統合し,任意の視点から環境表示を行うオペレータ・インターフェース技術を開発した.フィールドでの実用化のためには,信頼性の高い無線通信技術が重要であることも明らかとなった.
高選択的光酸素化を基盤としたTGF-β関連タンパク質の機能制御

Transforminggrowthfactor-β(TGF-β)スーパーファミリーの一つであるマイオスタチンは、骨格筋の増殖を負に制御するタンパク質である。よって、マイオスタチンの活性阻害は、筋ジストロフィー、がん悪液質、サルコペニア、廃用性筋萎縮等の筋萎縮性疾患に対する治療戦略として注目されている。本研究課題では、マイオスタチンを光酸素化によって不活化させることを目的とした。本目的に向けて、当研究室で見出したマイオスタチン親和性ペプチドに光酸素化触媒をコンジュゲートした。光酸素化触媒としては、ターゲットに結合した時にのみ、光酸素化能を発現するものを採用した。また、本触媒は組織透過性が高く、障害性が低い近赤外光によって励起することが可能である。一方、マイオスタチン親和性ペプチドとしては、マウスプロマイオスタチン配列に由来する22残基のペプチドを採用した。両者をヒュスゲン環化付加によって連結した。本コンジュゲートは空気存在下、光照射によってマイオスタチンを効率的に酸素化した。また、一般的な光増感剤であるメチレンブルーと比較して、本コンジュゲートはマイオスタチン選択的な光酸素化を起こした。さらに、HEK293細胞を用いたルシフェラーゼレポーターアッセイ系において、その酸素化されたマイオスタチンは顕著に活性を失っていることを確認した。以上の成果は、マイオスタチンをターゲットとした新しい治療法につながる可能性がある。本研究課題では、筋ジストロフィーや老年性筋萎縮等の疾患における新しい治療法を目指して、筋肉増殖抑制活性を有するマイオスタチンを選択的に光酸素化し、その機能を阻害することを目的としている。本目的に向けて、平成29年度では、光酸素化触媒とマイオスタチンリガンドが連結したコンジュゲートの合成を行った。具体的には、アジド基を有した触媒フラグメントと末端アキンを有したリガンドフラグメントを合成し、次いで両フラグメントをヒュースゲン環化付加により連結することで、目的のコンジュゲートを得た。触媒部位は、我々が開発した、ターゲット高選択的に光酸素化を起こす触媒を採用した。すなわち、本触媒は、ターゲット分子との結合により、触媒分子内の単結合回転が抑制されることをトリガーとして、光酸素化活性を発揮するというものである。本研究課題の申請時には、BODIPY骨格を有する触媒を採用予定であったが、近年我々が報告した、より良好な特性を示す別骨格の触媒(Chem, 4, 807-820 (2018).)に変更した。一方、リガンド部位は、当研究室で報告しているマイオスタチン結合ペプチドを基盤とした。当初、最近見出された高いマイオスタチン結合能を有する短鎖化ペプチドリガンドの採用を試みたが、本ペプチドの低溶解性に起因して、コンジュゲートの合成が困難であった。そこで、申請時に予定していた23残基のペプチドリガンドに再変更した。最終的に、新骨格の光酸素化触媒フラグメントと23残基のマイオスタチン結合ペプチドフラグメントを用いて、目的のコンジュゲートを得ることができた。引き続き、マイオスタチンに対する酸素化能や結合能を評価していく予定である。またコンジュゲートの合成法が確立されたので、フラグメント間のリンカーや、ペプチド鎖上の触媒導入位置等を変更した一連のコンジュゲート群についても同様に合成可能と考える。本研究課題申請時の計画では、平成29年度に、光酸素化触媒とマイオスタチン結合ペプチドのコンジュゲートを合成し、その酸素化能と結合能を評価する予定であった。当該年度の進捗は、コンジュゲートの合成に止まっている。その理由は、当初、触媒部位にBODIPY骨格の光酸素化触媒を利用しようとしたが、近年我々が報告した、より良好な性質を示す別骨格の触媒に変更したことが挙げられる。本触媒は、BODIPY骨格の触媒より長波長光で励起することが可能であるため、より生体適応性が高いと考えられる。また、当初、マイオスタチン結合ペプチドとして、最近見出された高い結合能を有する短鎖化ペプチドの採用を試みた。しかし、本ペプチドの低い溶解性に起因して、ペプチドフラグメントと触媒フラグメントとのヒュースゲン環化付加が進行しなかった。そこで、申請時に予定していた23残基のマイオスタチン結合ペプチドの採用に再変更した。その結果、ヒュースゲン環化付加が進行することが分かった。以上のように、分子設計の変更のため、予定より合成に時間がかかったが、計画段階より優れた性質を持つコンジュゲートを設計、合成することができた。現在更なる収率の向上を目指して、反応条件の最適化を行っている。

両者をヒュスゲン環化付加によって連結した。本コンジュゲートは空気存在下、光照射によってマイオスタチンを効率的に酸素化した。また、一般的な光増感剤であるメチレンブルーと比較して、本コンジュゲートはマイオスタチン選択的な光酸素化を起こした。さらに、HEK293細胞を用いたルシフェラーゼレポーターアッセイ系において、その酸素化されたマイオスタチンは顕著に活性を失っていることを確認した。以上の成果は、マイオスタチンをターゲットとした新しい治療法につながる可能性がある。平成29年度では、目的とする光酸素化触媒とマイオスタチン結合ペプチドのコンジュゲートを得ることができたので、引き続き、本コンジュゲートの大量合成、及びマイオスタチンに対する酸素化能と結合能の評価を行う。また、これらの評価結果を踏まえて、フラグメント間のリンカーの変更や、ペプチド鎖における触媒導入位置の変更を行い、構造最適化を実施する。平成29年度中に、コンジュゲートの合成法を確立することができたので、他のコンジュゲート群も同様の方法で合成可能と考えている。触媒部位とリガンド部位の連結において、もしヒュースゲン環化反応が困難であった場合は、当研究室で開発した効率的ジスルフィド形成法を適用して、両部位をジスルフィド結合で連結することも計画している。それらの中で、良好な結果を与えたコンジュゲートについては、細胞を用いたアッセイ系によって、光酸素化によるマイオスタチン活性の阻害についても評価していく予定である。平成29年度は、コンジュゲートの合成、さらにマイオスタチンに対する酸素化及び結合能の評価を計画していたが、触媒フラグメントやリガンドフラグメントの変更により、コンジュゲートの合成のみにとどまった。その結果、使用額がやや少なくなった。一方、当該年度で目的のコンジュゲートが得られたので、次年度はマイオスタチンに対する酸素化及び結合能の評価、さらには酸素化によるマイオスタチン活性阻害の評価を行う予定である。これらの生化学実験及び細胞実験では、マイオスタチンを始め、相互作用解析関連の消耗品、細胞培養関連の消耗品、ルシフェラーゼレポーターアッセイの測定キット等、高価な試薬や消耗品が必要となる。
マウス胸腺細胞分化におけるテネイシンの作用

細胞外マトリックスのテネイシン-C(TN-C)は成体胸腺の上皮および髄質に多く発現するが、胸腺におけるTN-Cの機能については不明な点が多い。我々は非致死量X線を照射したTN-C欠損C3H/HeNマウスにおいて照射1週間以内の胸腺lin陰性CD44弱陽性CD25陽性細胞が野生型マウスより早く分化することを発見した。これは胸腺再構築時に再生源となるX線低感受性の胸腺内T細胞が分化する際にTN-Cが抑制的に働くことを強く示唆する。胸腺再生過程のTN-C産生を生化学的および免疫組織化学的に検索したところ、照射後1週間内にTN-C発現が大幅に上昇し、その発現は髄質リンパ球間および皮質血管壁などに顕著であるがファイブロネクチンやサイトケラチン18の発現部位とは異なることなどが明らかになった。一方、MLRを調べたところ、TN-C欠損GRS/Aマウスの反応細胞は野生型BALB/cに対しTN-C欠損BALB/cより有意に低い応答を示し、TN-CがMLRを抑制することがわかった。これはTN-CがMLR全般の抑制を行っている可能性と、MLR応答に関与するT細胞クローン形成に関与している可能性を示唆する。後者の可能性を調べるため、TN-C欠損GRS/Aマウスと同野生型マウスの末梢リンパ節のT細胞受容体β鎖(Vβ)発現解析を行ったところ、両者間でVβ発現パターンに差は見られなかった。未刺激脾臓・末梢リンパ節のCD4陽性メモリー/活性型T細胞の割合では、TN-C存在が末梢T細胞のメモリーに関与する可能性が示唆された。テネイシン-C(TN-C)は細胞外マトリックスの一種であり、large formとsmall formのアイソフォームを持つ。TN-Cは胎児発生・組織再生時に高い発現を示すほか、成体では胸腺の上皮および髄質の濾胞境界面や濾胞内リンパ球間に多く発現する。TN-Cは免疫系に抑制的に働くと言われているが、胸腺におけるTN-Cの機能についてはほとんど分かっていない。我々は4.2GyのX線を照射したTN-C欠損C3H/HeNマウス胸腺において照射1週間以内のlin陰性CD44弱陽性CD25陽性細胞の分化がC3H/HeN正常対照群より早く進むことを発見した。これは胸腺再構築時に再生源となるX線低感受性の胸腺内T細胞が分化する際にTN-Cが抑制的に関与していることを強く示唆する。そこで胸腺再生過程のTN発現部位を明らかにするため、X線照射後のマウス胸腺を免疫組織化学的に検索すると共に、TN産生量の変動を生化学的に解析した。その結果、X線照射後1週間内の胸腺再構築時にTN-C発現が大幅に上昇すること、その発現は皮質血管壁および髄質リンパ球間などに顕著であること、TN-C発現部位はファイブロネクチンやサイトケラチン18の発現部位とは異なること、発現TN-Cのアイソフォームは組織修復時に多く見られるlarge formではなく正常胸腺にて定常発現している型と同様のsmall formであること、などが明らかになった。これらはTN-Cが胸腺髄質のT細胞と相互作用を行っている可能性を示す。一方、胸腺皮質のTN-C産生は被膜や血管壁に顕著に観察され、TN-Cがこれら再生支援構造の充実化に働いていると思われる。テネイシン-C(TN-C)は細胞外マトリックスの一種であり、胎児発生・組織再生時に高い発現を示すほか、成体では胸腺上皮および髄質の濾胞境界面や濾胞内リンパ球間に多く発現する。

我々は4.2GyのX線を照射したTN-C欠損C3H/HeNマウス胸腺において照射1週間以内のlin陰性CD44弱陽性CD25陽性細胞の分化が野生型マウスより早く進むことを発見した。この時期には野生型のX線照射胸腺でTN-C発現が大幅に上昇し、その発現は皮質血管壁および髄質リンパ球間などに顕著であるがファイブロネクチンやサイトケラチン18の発現部位とは異なる。これらは胸腺内T細胞の分化にTN-Cが独自に関与していることを強く示唆する。本年度は胸腺でのT細胞レパトリー形成におけるTN-Cの影響について調べるため、各種マウス系統間のMLR反応を調べた。TN-C欠損GRS/Aマウスの反応細胞は野生型BALB/c、TN-C欠損BALB/c、TN-C欠損C57BL/6の刺激細胞に応答して十分なMLRを示した。しかし野生型BALB/cに対する応答はTN-C欠損BALB/cに対する応答より有意に低く、TN-CがMLR応答を抑制することがわかった。GRS/A以外の系統ではこれほど顕著な結果はいまのところ見られない。TN-C欠損GRS/Aマウスと野生型マウスの末梢リンパ節のT細胞受容体β鎖(Vβ)発現解析を行ったところ、両者間でVβ発現パターンに差は見られなかった。未刺激脾臓ならびに末梢リンパ節のCD4陽性メモリー/活性型T細胞の割合では、TN-C存在が末梢T細胞のメモリーに関与する可能性が示唆された。これらは胸腺のTN-CがVβレパトリー形成に関与していないことを示唆する。
夢見とその神経機構に関する神経回路網モデル

本研究では、逆説睡眠時の単一ニューロン活動l/fゆらぎや睡眠サイクルにおけるダイナミクス遷移現象の生成メカニズムに関するより詳しい解析のために、モデルにおける単一ニューロン活動の時系列のスペクトル解析に加えて、状態空間における神経回路網の振舞いを解析した。我々が用いた神経回路網モデルはHopfield型の回路網に大域的な抑制と正規白色ノイズを加えたものである。回路網のアトラクタの構造を記憶パターン数によってパラメトリックに制御するためにシナプス荷重を相関記憶の場合と同様なやり方で与えた。またニューロンの属性でシナプスの作用を一荷に決定されるような非対称な結合を有する回路網についても同様なシミュレーションを行った。シミュレーション結果を纏めると以下のようになる。逆説睡眠時に対応する弱抑制状態においては、回路網はノイズの摂動を受ながら、いくつかの局所的な平衡点の間を間欠的に移動している、即ち、神経回路は準安定平衡点を相起しながら状態遷移し続けていることが分かった。一方、除波睡眠に対応する強抑制時には、回路網は大域的なアトラクタであると考えられる"0"状態の近傍を摂動を受けながら状態遷移していることが示された。このことは、弱抑制所に顕在していた局所的な平衡点が大域点な抑制性入力によって不安定化すると同時に、"0"状態が大域的なアトラクタとして顕在化するような回路網アトラクタの幾何学的な構造の変化が単一ニューロン活動の遷移現象を引き起こしている可能性を示唆している。これらの平衡状態は必ずしも過去に記憶されたパターンとは限らずその記憶とは全く関係がないものも含まれている。つまり、相起される過去の記憶やそれとは無関係な記憶パターン間の遷移であり、これは「夢見」と類似した現象であるとも考えられる。このようなネットワークの準安定性が何らかのかたちで脳の高次機能に関わっているとすると興味深い。これまでの成果は、9月にアムステルダムで行われるICANN'93に"Metastability ofnetwork attractor and dream sleep"として投稿された。
インフレーション探索に用いる低温駆動系のための低発熱モーターの開発

テスト本研究の究極的な目的は、宇宙背景放射(CMB)のBモード偏光を人工衛星で測定し、Δr<0.001の精度でインフレーション理論の検証を行うことである。本研究では、その測定でのノイズ低減に必要不可欠な半波長板を4K程度の超低温で回転させるモーターの開発を行っている。回転半波長板はロックインアンプと同じ原理で信号を変調し、後で復調操作を行うことによって、望遠鏡・検出器を含む観測装置由来の低周波数成分ノイズ(1/fノイズ)を非常に効率よく低減することができる。これを4Kの極低温で、人工衛星に搭載してモーターで駆動する事はこれまで前例がない。特に低温下で非常に発熱の少ない動作をするモーターは、いくつかの技術的問題から未だ世界に存在しないが、衛星によるCMB偏光測定のためにはそれが不可欠である。本研究では独創的な方法により、このモーターを制作し、実際の使用状況に近い低温環境で動作の実証を行うものである。具体的なこれまでの研究実績の概要として、まずモーターの発熱を極限まで抑える銅線材の開発に目処が付いた。コイル銅線のジュール発熱量はResid-ual Resistance Ratio (RRR=線材の4Kと273Kでの抵抗率の比)に反比例する。我々はRRR>1000を目標としているが、線材単体では、既にRRR>2000を達成している。また、RRRは金属を加工した際の残留応力により低減するが、終形状に加工した後に>摂氏500度程度でアニーリングし、残留応力を除去することで高いRRRを持つ線材をモーターに使用することを目指している。アニーリングの研究についてはについては現在中である。前述の通り、一つの大きな課題であった高RRRの線材開発については既に目処がついた。現在は、この線材をステッピングモーターに組み込み、アニーリングを施してモーターを動作させ、我々の要求を満たす動作条件(高いTechnical readiness levelの達成、超低発熱性等)に進んでいる状況である。幸いこれまでの線材開発は、これまでの線材開発メーカーとの折衝などにより、比較的低予算で開発を進めることができた。これをモーター線材として使用し、アニーリングの上正しく動作するモーターにしなくてはならないが、これはモーター開発会社との連携が必須であり、また比較的多額の予算を必要とする。現在、当該モーター開発会社から、衛星でも使用できるが低温対応でないモーターを購入し、その動作確立と、既に開発した高RRR線材を用いた低温仕様モーターへの改造に関する開発研究を行っている。未だ開発要素は多く残っており、まだ学会発表や論文執筆には至っていないが、今後できる限り研究成果の発信を行う予定である。今年度の目下の研究の推進方策と目標として、まず既に得られた高RRR線材を用いて、当該モーター開発会社から販売されているステッピングモーターの線材を巻きかえ、アニーリングを行い、その動作を確認する事が重要である。おそらくこれらの一連の研究は一度では成功しないと思われるため、複数回の試行とフィードバックが必要になると思われる。更に、現在行っているモーター開発会社にどこまでの作業を委託するかの検討や、それに伴う予算執行計画も柔軟に行わなければならない。何回かの試行それぞれで作られた超低温用モーターの動作テストは、Kavli IPMUにあるクライオスタットを用いるが、その中での動作を確認するため、岡山大とKavli IPMUで共同テストを行う。更に、超低温モーターが使用される回転半波長板の小型プロトタイプを用いて、回転位置測定のLED,光センサー、回転エンコーダを用いた、実際の動作環境に近いテストも行う。

現在は、この線材をステッピングモーターに組み込み、アニーリングを施してモーターを動作させ、我々の要求を満たす動作条件(高いTechnical readiness levelの達成、超低発熱性等)に進んでいる状況である。幸いこれまでの線材開発は、これまでの線材開発メーカーとの折衝などにより、比較的低予算で開発を進めることができた。これをモーター線材として使用し、アニーリングの上正しく動作するモーターにしなくてはならないが、これはモーター開発会社との連携が必須であり、また比較的多額の予算を必要とする。現在、当該モーター開発会社から、衛星でも使用できるが低温対応でないモーターを購入し、その動作確立と、既に開発した高RRR線材を用いた低温仕様モーターへの改造に関する開発研究を行っている。未だ開発要素は多く残っており、まだ学会発表や論文執筆には至っていないが、今後できる限り研究成果の発信を行う予定である。今年度の目下の研究の推進方策と目標として、まず既に得られた高RRR線材を用いて、当該モーター開発会社から販売されているステッピングモーターの線材を巻きかえ、アニーリングを行い、その動作を確認する事が重要である。おそらくこれらの一連の研究は一度では成功しないと思われるため、複数回の試行とフィードバックが必要になると思われる。更に、現在行っているモーター開発会社にどこまでの作業を委託するかの検討や、それに伴う予算執行計画も柔軟に行わなければならない。何回かの試行それぞれで作られた超低温用モーターの動作テストは、Kavli IPMUにあるクライオスタットを用いるが、その中での動作を確認するため、岡山大とKavli IPMUで共同テストを行う。更に、超低温モーターが使用される回転半波長板の小型プロトタイプを用いて、回転位置測定のLED,光センサー、回転エンコーダを用いた、実際の動作環境に近いテストも行う。昨年度は、既にある導線線材と被覆材を使って、高RRRを実現する線材を低予算で開発することができた。しかし本年度は、その線材を現在共同で研究開発を行っているモーター開発会社と、開発済み線材を利用した超低温モーターの開発をシェアする予定であり、当該モーター開発会社にどれほど作業を委託するかはまだ議論の途中であるが、少なくとも100万円程度の開発費の提供が必要ではないか、と見積もられている。昨年度使用しなかった分の予算を、まずはここに充てる予定である。また、追加で線材などが必要となった場合の購入費用も必要となるので、昨年度未使用分を充てることになる。
ケイ素欠乏がアフリカのイネ生産に及ぼす影響の解明とケイ素管理技術の開発

多点圃場での栽培試験に基づき、ケイ素の施用がイネ生産に有意な増収効果をもち、特に窒素肥料と組み合わせることでその効果が大きくなることを風化土壌の卓越するサブサハラ地域で初めて実証した。また、その施用効果には圃場間で大きな変異がみられ、水田よりも陸稲圃場で効果が大きいことを明らかにした。さらに、圃場環境にかかわらず、稲籾と稲わらのケイ素濃度に高い相関がみられ、これまでケイ素欠乏指標として利用されてきた稲わらのケイ素濃度は、サンプルの採取と調整が容易な稲籾のケイ素濃度で代替できる可能性を示した。イネは多量のケイ素(Si)を体内に蓄積して病害への耐性を高める。しかし、Oxisolsなどに代表される極風化土壌が卓越するアフリカでは、コメ需要が増大する一方で、イネ生産に必要な土壌からのケイ素供給量が不足する可能性がある。これまでアフリカでケイ素欠乏とイネの病害発生および収量との関係を評価した事例はなく、具体的なケイ素管理技術はみられない。そこで、これまでの研究において、土壌のケイ素供給力が不足しがちと考えられたマダガスカル中央高地のイネ作付圃場において、病害発生程度と施肥履歴が異なる15地点の農家圃場を対象に、窒素(尿素として5gN/m2)とケイ素(農業用シリカゲルとして20gSiO2/m2)を組み合わせた4水準の施肥処理区を設定し、イネ生育への影響を評価した結果、効果の圃場間差異は大きいものの、ケイ素を施用することで、窒素の利用効率および籾収量が改善する傾向にあることが示された。この結果は、Oxisolosが卓越する地域の農家圃場でのケイ素施肥の定量的効果を示した極めて先駆的な事例と考えられた。一方で、本実験の対象とした農家圃場では、いずれも病害発生の程度は小さく、施肥処理間の差異もみられなかったことから、上述のケイ素施肥の効果は、病害抵抗性の付与以外の作用機作が働いている可能性があると考えられた。今後は、圃場間にみられたケイ素施肥の効果の違いを、土壌特性や施肥履歴を含む農家の栽培管理法などの要因から明らかにしていく。マダガスカル国の主要な農業研究機関である国立農村開発応用研究センター(FOFIFA)とJIRCASとの間で共同研究協定(MoU)を締結するとともに、主な調査対象とする農村地域を選定して、簡易気象観測装置の設置・記録を開始するなど、国際共同研究のための基盤を整備することができた。また、同調査地域の多点の稲作圃場を対象に、施肥法、品種、病害発生の問題とその対策に関する農家への聞き取り調査、水溶性ケイ酸量を含む土壌の物理化学性分析、ならびに、窒素とケイ素を組み合わせた施肥試験と、そこでの植物サンプルの採取、国際稲研究所の評価法に基づくいもち病発生調査、および、収量調査を実施するなど、研究計画に沿った実験が実現できており、概ね予定通りの進捗状況といえる。イネは多量のケイ素を体内に蓄積して病害への耐性を高める。これまで、アフリカ広域に分布する熱帯の風化土壌を対象に、ケイ素欠乏とイネの病害発生および収量との関係を評価した事例はない。そこで、マダガスカル中央高地で、土壌養分特性および施肥履歴の異なる35地点のイネ作付圃場を対象に、窒素とケイ素を組み合わせた4水準の施肥処理を設定して、ケイ素施用の効果を検証した。その結果、効果の圃場間差異は大きいものの、ケイ素を施用することで、窒素の利用効率および籾収量が改善する傾向にあること、ケイ素の施用効果は、特に窒素施用条件下で高く、最大で0.8t/haの籾増収が得られることが示された。一方で、いずれの試験圃場でも顕著ないもち病の発生がみられず、出穂期前後のいもち病害程度に有意な処理間差はみとめられなかったことから、ケイ素施用による増収効果は病害の抑制効果以外の要因が関係していることが示唆された。この結果は、ケイ素欠乏の課題が顕在化する可能性のあるアフリカの主要なイネ生産地域でケイ素施肥の定量的効果を明らかにした極めて有益なデータといえる。また、本試験を含むアフリカ広域の94地点の農家圃場から採取した稲籾、もみ殻、および稲わらのケイ素分析を実施し、従来の稲わらのケイ素濃度よりも評価が簡便と考えられる稲籾、もしくはもみ殻のケイ素濃度を基準とした新たなケイ素欠乏指標を検証するためのデータセットを構築した。得られた暫定的成果は、2016年度土壌肥料学会で公表した。H27年度とH28年度に実施した2か年の試験を通して、ケイ素の施用により収量もしくは窒素利用効率が改善する圃場が複数みられ、熱帯の風化土壌におけるケイ素施用の効果を現地の農家圃場で示す有益な実証データを得るとともに、その圃場間差異の要因を解析するために十分なデータセットを集積することができた。一方で、いずれの試験圃場も顕著ないもち病の発生がみられず、想定していたいもち病害の処理間差は観察されなかった。また、本試験およびこれまでアフリカ各国で採取した稲籾、もみ殻、稲わらのケイ素の濃度の分析を進め、新たな評価指標の開発に向けた関係解析を進めている。

アンタナナリボ大学放射線研究所と新たに共同研究協定(MoU)を締結し、フランス農業開発研究国際協力センター(CIRAD)とも複数回の現地圃場見学会や研究集会を通して意見交換を実施するなど、当該地域での国際共同研究体制を強化した。これまでの暫定的な結果を国内学会で発表するなど、概ね予定通りの進捗状況といえる。イネは多量のケイ素(Si)を体内に蓄積して病害への耐性を高める機能をもつ。これまで、アフリカ広域に分布する強度の風化土壌を対象に、ケイ素欠乏とイネの病害発生および収量との関係を評価した事例はない。そこで、風化土壌が卓越するマダガスカル中央高地を対象として、2作期のべ34地点の農家圃場(陸稲11地点、水稲23地点)で、窒素とケイ素を組み合わせた施肥処理を設定し、ケイ素施用の効果を検証した。土壌のケイ素供給力の指標となる湛水保温静置法による水溶性ケイ酸量が13.8117.5 mg kg-1の変異をもつ多様な圃場環境を網羅した。結果、ケイ素施用は、単独では有意な効果はないものの、窒素施肥と組み合わせた場合に有意な増収効果をもつことが分かった。また、陸稲圃場でより安定した増収効果がみられた。一方の水稲圃場では、処理の効果に有意な圃場間差がみられたが(増収量の変異が-0.150.91 t ha-1)、ケイ素施用効果の圃場間差異を定量的に説明できる土壌特性値は検出されなかった。いずれの試験においてもいもち病発生程度の処理間差はみとめられず、ケイ素施用による増収効果は病害抑制以外の要因が関与していることが示唆された。本研究により、熱帯の風化土壌を対象としたケイ素の施用効果は、窒素肥料との組み合わせ、および陸稲圃場で安定して期待できることが明らかになった。さらに、ガーナ北部の水稲圃場では、ケイ素施用による増収効果に有意な品種間差異があることが分かった。以上、熱帯の風化土壌が卓越する地域において、ケイ素施用の定量的な効果とその品種間差異を明示した極めて有益な成果が得られた。多点圃場での栽培試験に基づき、ケイ素の施用がイネ生産に有意な増収効果をもち、特に窒素肥料と組み合わせることでその効果が大きくなることを風化土壌の卓越するサブサハラ地域で初めて実証した。また、その施用効果には圃場間で大きな変異がみられ、水田よりも陸稲圃場で効果が大きいことを明らかにした。さらに、圃場環境にかかわらず、稲籾と稲わらのケイ素濃度に高い相関がみられ、これまでケイ素欠乏指標として利用されてきた稲わらのケイ素濃度は、サンプルの採取と調整が容易な稲籾のケイ素濃度で代替できる可能性を示した。H27年度の雨期作期に実施した現地農家圃場での施肥試験について、収穫されたサンプルの分析調査を行い、施肥処理の違いが稲体の窒素吸収とケイ素吸収量、および稲籾、籾殻、稲わらへの分配に及ぼす影響を解析する。さらに、土壌分析結果や農家の聞き取り調査で得られた各圃場の栽培法に関するデータを用いて、ケイ素施肥の効果に対する圃場間差異の要因を解析する。これらの解析結果に基づいて、対象圃場や実験計画を修正しつつ、2作目の施肥試験を実施する。当初予定していた7th International Crop Science Congressでの発表については、配分予算の都合上、国内学会での発表に変更する。H28年度の雨季作(12月)に実施したマダガスカル中央高地に分布する18地点の農家圃場試験について、収量調査と収穫されたサンプルの分析を行い、施肥処理の違いが稲体の収量、窒素とケイ素の吸収量、および、稲籾、もみ殻、稲わらへの分配に及ぼす影響を解析する。その上で、2か年のべ35地点にわたる施肥試験の結果と、土壌分析値および農家の聞き取り調査から得られた栽培法に関するデータを用いることで、オキシソルに代表される風化土壌地域において、ケイ素施肥がイネのケイ素欠乏改善および生産性に及ぼす影響とその圃場間差異の要因について定量的に明らかにする。
経済的、産業的及び経営的日米協調ー比較分析と包括的提案

1.1988年10月アラバマ大学(タスカル-サ)、1989年1011月千葉大学、および静岡県伊豆、そして1990年78月ホノルル(ハワイ)、ハワイ大学東西センタ-と3度の研究交流を通じて、千葉大学とアラバマ大学の共同研究者によって得られた成果は大きい。まず全体としての成果の点では、各研究分担者がそれぞれアラバマ大学の側とパ-トナ-を組んで参加することで、共同研究でありながら個人の責任分担を明確にすることができた。むろん、パ-トナ-同志の関系は、共同論文の作成から、個別論文作成のための学問的情報交換に至るまでばらつきがあったのは事実であるが、通常の交流以上の成果を挙げることができ、個々の参加者の問題関心も、年を経るごとに深まっていった。それらは4冊に及ぶ出版物の中に詳細に現われている。1988年の議事録(proceedings)はアラバマ大学が作成し、1989年の議事録及びその補遺は千葉大学が作成した(いずれも英語)。本年度は文部省への報告のための科研費報告書(冊子、62ペ-ジ、日本語)を作成した。現在、両大学が中心となって英国マクミラン社より、1991年に成果の出版を行う計画が進行中であり、これが実現すれば、今回のプロジェクトの成果を凝集したものになるであろう。2.(1)貿易と直接投資の面での近年の発展が、日米それぞれの国内に与えたインパクトについては、相互のデ-タ交換、回帰分析などにより、以下の結論を得た。アメリカの海外直接投資は、製造業の雇用比重減退(いわゆる脱工業化)を惹起したが、日本の対米、対アジア直接投資は、輸出代替効果が大きい半面、多角化による雇用増もあり、国内産業の空洞化を招いていない。日本とアジアNIES4か国の間には、アメリカの工業製品市場において強い代替関係がある。またアメリカの実質賃金が生産性を上回って増加すると、輸入浸透度が上昇する傾向がある。今後の日米協調はこれらの環境を考慮して行われるべきである。(2)歴史的には、アメリカ型の高度大衆消費社会は、ニュ-ディ-ルによる社会統合を経て実現したが、70年代以降のインフレ-ションの進展が、「レ-ガン連合」の形の保守化を生み出した。日本の戦後改革は、アメリカの強い影響の下に始まったが、当時の経済学者たちは、生産から輸出立国、そして消費の拡大と日本の進むべき道を良く認識していた。20世紀初頭のヴェブレンの予言からすると、日本の特別利潤も消費の拡大によって次第に欧米諸国並みになると考えられる。(3)日米の貯蓄率の差異については、とりあえず貯蓄に関する意識の差異(日本では貯蓄、アメリカでは少額投資)、アメリカの住宅利子優遇措置、アメリカの退職金加入の影響などが要因としてあげられる、(4)日米の金融政策協調に関しては、指標として、名目GNPを用いるべきか、複数の指標を立てるべきかでなお意見の一致を見ていない。(5)旅客航空輸送産業での規制緩和により期待通りの費用関数の下方シフトが生じ、また太平洋間国際電信電話産業の規制緩和後の自由参入後の市場でも、消費外部性の存在が淘汰に勝ち残る産業の数を退定する。(6)コンピュ-タ・ソフトウェアに適用される法の輪郭は日本ともほぼ同じだが、日本の特許権が先願主義によるが、アメリカの特許権は先発明主義であるといった相違点以外に、6点の差異が認められる。(7)計量経済モデルによるシミュレ-ションによると、牛肉輸入の自由化は、牛肉全体の供給を増やし、価格を少し下げるが、和牛生産経営はさほど影響を受けないであろう。(8)日米鉄鋼業や、自動車産業の再構築については、工場の無人化による労働コスト削減や人的資源管理の重要性について主として日本からアメリカが学ぶ形が勧められる。(9)日本の会社文化の海外への移転は東南アジア地域に具体例を見出せるが、CI戦略(Corporate Identity Strategy)により、文化を含めた相互作用が注目される。日米の経営の差異には文化的特質の違いが投影し、日本的経営の移植にさいしても社会経済的差異を考慮した戦略が必要である。以上のように本研究によって得られた知見は広範囲に及び、かつ今後の一層高い次元での共同研究の必要性を研究分担者たちは痛感している。

現在、両大学が中心となって英国マクミラン社より、1991年に成果の出版を行う計画が進行中であり、これが実現すれば、今回のプロジェクトの成果を凝集したものになるであろう。2.(1)貿易と直接投資の面での近年の発展が、日米それぞれの国内に与えたインパクトについては、相互のデ-タ交換、回帰分析などにより、以下の結論を得た。アメリカの海外直接投資は、製造業の雇用比重減退(いわゆる脱工業化)を惹起したが、日本の対米、対アジア直接投資は、輸出代替効果が大きい半面、多角化による雇用増もあり、国内産業の空洞化を招いていない。日本とアジアNIES4か国の間には、アメリカの工業製品市場において強い代替関係がある。またアメリカの実質賃金が生産性を上回って増加すると、輸入浸透度が上昇する傾向がある。今後の日米協調はこれらの環境を考慮して行われるべきである。(2)歴史的には、アメリカ型の高度大衆消費社会は、ニュ-ディ-ルによる社会統合を経て実現したが、70年代以降のインフレ-ションの進展が、「レ-ガン連合」の形の保守化を生み出した。日本の戦後改革は、アメリカの強い影響の下に始まったが、当時の経済学者たちは、生産から輸出立国、そして消費の拡大と日本の進むべき道を良く認識していた。20世紀初頭のヴェブレンの予言からすると、日本の特別利潤も消費の拡大によって次第に欧米諸国並みになると考えられる。(3)日米の貯蓄率の差異については、とりあえず貯蓄に関する意識の差異(日本では貯蓄、アメリカでは少額投資)、アメリカの住宅利子優遇措置、アメリカの退職金加入の影響などが要因としてあげられる、(4)日米の金融政策協調に関しては、指標として、名目GNPを用いるべきか、複数の指標を立てるべきかでなお意見の一致を見ていない。(5)旅客航空輸送産業での規制緩和により期待通りの費用関数の下方シフトが生じ、また太平洋間国際電信電話産業の規制緩和後の自由参入後の市場でも、消費外部性の存在が淘汰に勝ち残る産業の数を退定する。(6)コンピュ-タ・ソフトウェアに適用される法の輪郭は日本ともほぼ同じだが、日本の特許権が先願主義によるが、アメリカの特許権は先発明主義であるといった相違点以外に、6点の差異が認められる。(7)計量経済モデルによるシミュレ-ションによると、牛肉輸入の自由化は、牛肉全体の供給を増やし、価格を少し下げるが、和牛生産経営はさほど影響を受けないであろう。(8)日米鉄鋼業や、自動車産業の再構築については、工場の無人化による労働コスト削減や人的資源管理の重要性について主として日本からアメリカが学ぶ形が勧められる。(9)日本の会社文化の海外への移転は東南アジア地域に具体例を見出せるが、CI戦略(Corporate Identity Strategy)により、文化を含めた相互作用が注目される。日米の経営の差異には文化的特質の違いが投影し、日本的経営の移植にさいしても社会経済的差異を考慮した戦略が必要である。以上のように本研究によって得られた知見は広範囲に及び、かつ今後の一層高い次元での共同研究の必要性を研究分担者たちは痛感している。
自律型エアロロボットの開発とその安全・防災への応用に関する研究

本研究では安全・防災用あるいは産業用として高度な運用が可能となる自律型エアロロボットの完成を目的とした.初年度は,エアロロボットのハードウェアの基礎設計と開発を行っただけでなく,フライトシミュレータを構築し,それを用いて理論的・数値的に自律飛行制御系の設計を行った.その際,高度な制御に不可欠な高精度な航法システムとしてGPSと慣性航法を複合したGPS-INS複合航法システムを構築し,位置誤差を2cmまで軽減することを可能とした.また,ニューラルネットワークの学習によりさまざまな不確かさに対してロバストな制御系を構築する方法を提案した.さらに,エアロロボットの運用を容易なものとする操縦インタフェースとしてボイスコマンドシステムを開発し,実験によりその検討を行った.また,操縦データを解析することにより,熟練者と初心者の違いを明らかにした.第二年度には,初年度に提案した先端的な飛行制御系の実験を行うためにエアロロボットのハードウェアを改良した.また,ニューラルネットワークの学習を用いた制御系の構築方法をさらに拡張しただけでなく,飛行実験を行うことによりその有効性を明らかにし,さらに適応制御やオンライン学習を行う制御系を併用することにより信頼性の高い自律飛行制御系となることを確認した.また,ボイスコマンドシステムの改良を進め,周囲の騒音に影響されることなく安定して用いることが可能とし実用性を高めることに成功した.第三年度は,無線LANやWEBカメラを用いて空撮画像を容易に収集・利用することができる情報収集システムや,ステレオカメラとGPS-INS複合航法システムを併用することにより3次元地形情報収集システムを構築し,情報収集システムとしての自律型エアロロボットの有効性を明らかにした.本研究では安全・防災用あるいは産業用として高度な運用が可能となる自律型エアロロボットの完成を目的とした.初年度は,エアロロボットのハードウェアの基礎設計と開発を行っただけでなく,フライトシミュレータを構築し,それを用いて理論的・数値的に自律飛行制御系の設計を行った.その際,高度な制御に不可欠な高精度な航法システムとしてGPSと慣性航法を複合したGPS-INS複合航法システムを構築し,位置誤差を2cmまで軽減することを可能とした.また,ニューラルネットワークの学習によりさまざまな不確かさに対してロバストな制御系を構築する方法を提案した.さらに,エアロロボットの運用を容易なものとする操縦インタフェースとしてボイスコマンドシステムを開発し,実験によりその検討を行った.また,操縦データを解析することにより,熟練者と初心者の違いを明らかにした.第二年度には,初年度に提案した先端的な飛行制御系の実験を行うためにエアロロボットのハードウェアを改良した.また,ニューラルネットワークの学習を用いた制御系の構築方法をさらに拡張しただけでなく,飛行実験を行うことによりその有効性を明らかにし,さらに適応制御やオンライン学習を行う制御系を併用することにより信頼性の高い自律飛行制御系となることを確認した.また,ボイスコマンドシステムの改良を進め,周囲の騒音に影響されることなく安定して用いることが可能とし実用性を高めることに成功した.第三年度は,無線LANやWEBカメラを用いて空撮画像を容易に収集・利用することができる情報収集システムや,ステレオカメラとGPS-INS複合航法システムを併用することにより3次元地形情報収集システムを構築し,情報収集システムとしての自律型エアロロボットの有効性を明らかにした.エアロロボットの開発とその自律移動制御系に関する研究を行い,安全・防災活動への応用あるいは産業用として高度な運用が可能となる自律型エアロロボットの完成を目的としている.研究代表者らによる従来の研究成果により得られた簡単な自律飛行制御系を構築した自律型エアロロボットにより,2000年春の北海道有珠山において活動中の火口付近の観測が行われた.これは自律型エアロロボットが安全・防災活動に対する有効性を示した重要な成果と考えられる.研究実施初年度である本年度は自律制御の高度化を目的として,エアロロボットのハードウェアの検討ならびに開発を行うとともに,自律飛行制御の構築法に関する研究を進めた.自律飛行制御系に関しては,エアロロボットの飛行を安価なPCを用いてシミュレーションすることができるフライトシミュレータを構築し,これを用いて検討を行った.その結果,高性能な自律飛行制御を構築する方法として,インテリジェントシステムのひとつであるニューラルネットワークの学習を用いる方法を提案した.提案手法によると,風などの不確かさに対して頑強な制御系を構築することが可能であるだけでなく,エアロロボットのもつ非線形性を動的に打ち消す制御系を構築することが可能となった.さらに室内実験によって,オンライン学習により外界の変化に適応する制御系の有効性も明らかにした.また,自律型エアロロボットは高度な信頼性を持たねばならない.このために産業用無人ヘリコプタの開発者と討論を行い,過去の事故例などから信頼性の高い運用法に関する研究を行った.このような検討の結果,人が理解しやすい操縦インタフェースに関する研究の必要性が判明した.そこで音声認識システムによるボイスコマンドシステムを構築し,フライトシミュレータを用いた実験によりその実用可能性を明らかにするとともに,従来の操縦インタフェースの問題点を明らかにした.エアロロボットの開発とその自律飛行制御系に関する研究を行い,安全・防災活動への応用あるいは産業用として高度な運用が可能となる自律型エアロロボットの完成を目的とする.研究実施2年目にあたる本年度は,自律飛行制御の高度化・高信頼度化のために,観測遅れ時間の補償,観測誤差の軽減などを目的としてGPS-INS複合航法システムを構築し,飛行実験によりその有効性を検証した.また,ニューラルネットワークを用いた自律飛行制御系によりエアロロボットの飛行実験を行い,従来の線形制御系に比べて制御性能の向上が得られるだけでなく,不確かさに関するロバスト性も向上することを明らかにした.

さらに,高い信頼性の自律飛行のためには,飛行開始後に生じた変化に対して対応可能でなければならないが,孤立突風応答の数値シミュレーションや飛行開始後に大きなトリム変動を起こした飛行実験を行うことにより,適応制御系の適用が有効であることを示しただけでなく,その設計法を提案した.また,高度な自律のために画像処理による状況認識に関する研究とその評価実験を行った.さらに,自律飛行制御系の高性能化のために,開発のベースである無人ヘリコプタの熟練操縦者による操縦データからインテリジェントシステムの学習により特徴を抽出する方法を提案し,その結果に基づき基礎的な検討を行った.自律型エアロロボットは操縦の非熟練者のみで運用されることも考慮されねばならないが,このような場合でも高度な運用を可能とするには操縦インタフェースが重要となると考え,ボイスコマンドシステムの研究を行っているが,この研究過程において非熟練者と熟練者には飛行経路角の変更法に大きな違いがあることが判明した.この結果に基づき,飛行環境や目的,人に応じて操縦感を適応的に変化させる操縦インタフェースを構築し,高度な運用が容易となることを示した.また,無線LANとWEBカメラを用いて飛行中に撮影した動画像を配信する実験結果より,監視カメラの配置を柔軟に変化させることが容易なだけでなく,従来に比べて監視カメラ網を低コストで構築可能であることを示したが,これは自律型エアロロボットの安全・防災活動における有効な応用例であると考えられる.エアロロボットの開発とその自律飛行制御系に関する研究を行い,安全・防災活動への応用あるいは産業用として高度な運用が可能となる自律型エアロロボットの開発を目的としている.研究実施3年目にあたる平成14年度は前年度までに得られた研究結果を基にして,自律型エアロロボットの安全・防災活動への応用法について深く検討を行った.対地高度を測定するためにステレオ視カメラ装置の利用を検討し,対地高度に限らず地面の傾斜や起伏が検出法を提案した.これにより,自動着陸に必要な対地高度だけでなく,十分安全な地点を選んで着陸することが可能となった.これまでは自動着陸は十分安全と判断される場合あるいは地上局との無線通信リンク切断時などの緊急時しか用いることはできなかったが,提案手法により安全な着陸を可能とすることができるため自律型エアロロボットの信頼性の向上だけでなく,センサの設置・回収などにエアロロボットの利用することが可能となる.また,地形の3次元情報は災害発生時だけでなく平時であっても有用な情報であることから,GPS-INS複合航法システムと自律飛行制御を併用することにより3次元地形情報自動収集システムの開発を行った.飛行実験の結果から,構築したシステムにより詳細な3次元地形情報の収集が可能であることを確認した.また,収集した地形情報を基に地形
流動化が可能な繊維状吸着剤を用いる海水ウラン採取プロセス

海水からのランを採取するプロセスの効率を向上させるためには、性能の良い吸着剤を開発するとともに、吸着剤と海水の接触操作を画期的に改善する必要がある。本研究では、アミドキシム繊維吸着剤の最適調製法を確立し、得られた繊維をマット状に成形し流動層吸着操作を可能とした。研究成果は以下の通りである。1.市販のアクリル繊維をメタノ-ル溶媒中でヒドロキシルアミンと反応させ、反応後アルカリ処理を行った。最適反応条件で製造したアミドキシム繊維吸着剤の吸着速度は3デニ-ルでは約360μg-U/(g-fiber・day)、15デニ-ルでは約170μg-U/(g-fiber・day)となった。2.かさ高い繊維のハンドリング性を向上させるため、繊維層をプラスチック網で挟み、四角なマットレス状とした。本研究では一辺が20mmとしたマットレスを数万個作製し、直径190mmおよび390mmの流動層において流動化試験を行なった。液が円周方向に吹き出すようにした分散器を用いたところ、粒状体と同様にマットレスを安定に流動化することができた。分散器の圧力損失は、安定な流動層となる5-7cm・s^<-1>の液流速範囲で、500Pa以下であり、海流によって流動化することが可能である。3.マットレスの吸着速度を繊維径、液流速、およびアミドキシム繊維のマットレス内の充填密度の関数として測定した。その結果、マットレス内の空間1リットル当たりの繊維密度が乾燥繊維として0.15kg以下であれば、流動化したマットレス内の繊維の吸着速度は、液側物質移動抵抗が無いときの本来の吸着速度の50%以上であると推定された。4.吸着繊維をマリモ状に成形して、海水と接触させる方式を想定した場合、吸着効率は成形体の内部を海水がどれだけ通過するかによって支配される。そこで、限界電流を測定する電気化学的方法によって海水の通過流量を測定し、有効吸着速度を定量化した。
ヒトSpt4&Spt5複合体による転写制御機構

DSIF(DRB sensitivity-inducing factor)は転写阻害剤DRBやH-8の転写阻害に必須な転写因子として同定されたもので、DSIFp160とDSIFp14の2つのサブユニットから構成される。p160,p14はそれぞれ酵母Spt5、Spt4のヒト相同性因子で、RNAポリメラーゼIIに結合してその活性を制御する。生化学的解析から、DSIFは転写伸長反応を負に制御する場合と正に制御する活性を有し、負の制御には、新規の転写伸長因子NELF(negative elongation factor)の関与が示された。さらに、今までの私の研究から、DSIFとNELFによる転写制御は、P-TEFb(positive elongation factor b)により解除され、その制御はRNAポリメラーゼIIの最大サブユニットのC末端ドメイン(CTD)のリン酸化と密接に関連していることが明らかとなった。さらに今年度は、組み換えタンパク質とアフィニティー精製したタンパク質を用いて、高度に純化されたタンパク質による試験管内転写再構成系を確立し、DSIF、NELFおよびP-TEFbによる転写伸長反応制御機構を検討した。その結果、ヒストンH2AおよびH2Bと選択的に相互作用し、クロマチン構造を有した鋳型DNAからの転写伸長反応に関与する因子、FACT(facilitate chromatin transcription)が、P-TEFbと協調的に働いてDSIF/NELFによる転写阻害を解除することを見出した。蛋白質キナーゼの阻害剤として知られるDRB(5,6-dichloro-1-β-D-ribofuranosylbenzimidazole)は、mRNAの合成を司るRNAギリメラーゼII(poIII)の転写反応を特異的に阻害することが知られていたが、その阻害機構の分子レベルでの理解はなされていなかった。私のこれまでのDRBの転写阻害機構の解析から、poIIIの転写伸長反応を抑制するDSIF(ヒトSpt4&Spt5)と、アイオワ大学のD.Price博士の研究により伸長反応を促進するP-TEFbが同定されていた。本年度の研究により、私はP-TEFbがpoIIIの最大サブユニットのC-terminal domain(CTD)をリン酸化するとDSIFとpoIIIの結合が阻害され、その結果DSIFによるpoIIIの転写阻害が解除されることを発見した。よって、このことは今まで不明であったDRBの転写阻害機構の分子レベルでの解明がなされたことを意味する。さらに、DSIFのサブユニットの1つであるDSIFp160(ヒトSpt5)の欠失変異体を用いた解析から、1)ヒトSpt5とヒトSpt4の結合ドメインを明らかにした、2)ヒトSpt5とpoIIIとの結合ドメインを明らかにした、3)転写反応にDRB感受性を賦与する(DSIF活性)のに必要なヒトSpt5のドメインを明らかにした、4)DSIF活性を失ったヒトSpt5の変異体はinvitroおよびin vivoでドミナントネガティブ変異体として作用することを発見した。以上の結果より、ヒトSpt5とヒトSpt4複合体による転写制御機構の解明は、新たな転写伸長反応の制御段階の存在を明らかにしたといえる。