hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
南西諸島産トタテグモ類の系統地理および分類学的研究

南西諸島各地において,トタテグモ類の分布調査と研究用標本の採集を行った.各島における成果は次のとおりである.屋久島:悪天候のために調査が困難をきわめ,幼体の標本をわずかに採集するにとどまった.種子島:島内各地から発見することはできたが,採集個体数はあまり多くない.宝島:多くの研究用材料を採集することができた.奄美大島:各地から研究用材料を採集することができたことに加え,未知種と思われるものを発見することができた.徳之島:多くの個体を採集することができた.沖永良部島・与論島:これまでトタテグモ類の生息が知られていなかったが,今回新たに生息を確認することができ,研究用標本を採集することができた.ただし,与論島で採集できた標本はあまり多くない.沖縄島・伊平屋島・石垣島・西表島・与那国島:島内各地から研究用標本を採集することができた.宮古島:トタテグモ類の生息適地はきわめて少なく,かつ石灰岩地帯であるので調査はかなり難航し,わずかに幼体が数個体採集できただけであった.本研究の目的のうち,分布状況の調査とDNA解析用の標本確保についてはかなりの成果を得ることができた.一方,外部形態による分類学的再検討には雄の標本が不可欠であるが,ほとんどの島では雄の標本を得ることができなかったため,外部形態による分類学的研究は十分に行うことができなかった.今回の採集調査で南西諸島各地から採集した標本は,これからの分子系統学的研究の材料として活用していきたいと考えている.南西諸島各地において,トタテグモ類の分布調査と研究用標本の採集を行った.各島における成果は次のとおりである.屋久島:悪天候のために調査が困難をきわめ,幼体の標本をわずかに採集するにとどまった.種子島:島内各地から発見することはできたが,採集個体数はあまり多くない.宝島:多くの研究用材料を採集することができた.奄美大島:各地から研究用材料を採集することができたことに加え,未知種と思われるものを発見することができた.徳之島:多くの個体を採集することができた.沖永良部島・与論島:これまでトタテグモ類の生息が知られていなかったが,今回新たに生息を確認することができ,研究用標本を採集することができた.ただし,与論島で採集できた標本はあまり多くない.沖縄島・伊平屋島・石垣島・西表島・与那国島:島内各地から研究用標本を採集することができた.宮古島:トタテグモ類の生息適地はきわめて少なく,かつ石灰岩地帯であるので調査はかなり難航し,わずかに幼体が数個体採集できただけであった.本研究の目的のうち,分布状況の調査とDNA解析用の標本確保についてはかなりの成果を得ることができた.一方,外部形態による分類学的再検討には雄の標本が不可欠であるが,ほとんどの島では雄の標本を得ることができなかったため,外部形態による分類学的研究は十分に行うことができなかった.今回の採集調査で南西諸島各地から採集した標本は,これからの分子系統学的研究の材料として活用していきたいと考えている.
付着藻類と水生昆虫を考慮した河川生態系に及ぼす複合重金属の影響とその評価

河川生態系の主要な構成要素である水生昆虫と付着藻類について、重金属が単独及び複合して存在する場合での両者の生存に及ぼす影響を室内実験により検討した。水生昆虫としてはヒラタカゲローを対象生物とし、アルミニウム、銅、カドミウムのLC_<50>を求め、銅とカドミウムが共存する場合、毒性当量が低い場合では拮抗的、高い場合は相乗的影響があることが分かった。さらに、珪藻と緑藻について、アルミニウムの存在形態を考慮し、重合核成分の含有量が多いと毒性が高いこと、アルミニウム、亜鉛、銅、カドミウムのうち2つが共存する場合での毒性を明らかにした。河川生態系の構成要素である付着藻類と水生昆虫の生息に及ぼす金属の影響について室内実験により検討した。まず、我が国で水生生物の保全のための環境基準として適用されたヒラタカゲロウに対する亜鉛とアルミニウムの急性毒性について検討した。水生昆虫は岩手県内の河川から採取し、河川水に亜鉛を010mg/L添加して10日間観察した。その結果、0.0280.97mg/Lの範囲では亜鉛による影響はなく、それ以上の濃度では濃度が高い程、死亡率が増加し、LC50は4mg/L前後であった。また、アルミニウムについては濃度が0.05627mg/Lでは亜鉛より影響は少なく、7日間では50%以上死亡したものは認められなかった。付着藻類については、珪藻のNitzschia palea(NIES-487)について亜鉛とアルミニウムの影響について検討した。リンとアルミの反応による沈殿を防ぐため、栄養塩類を添加せず、経時的なクロロフィルaの減少から検討した。実験は25°C、照度40001xの連続照射、一日数回の攪拌とした。その結果、亜鉛単独の場合には濃度が0.1mg/Lまでは阻害作用は認められなかった。アルミニウム単独の場合、重合核Al画分濃度が0.03mg/L程度と低い場合でも阻害作用が確認された。また、アルミニウムと亜鉛が共存する場合、Al_T(全アルミニウム)が0.1mg/Lでは、亜鉛濃度が0.1、0.03mg/Lと低い条件の時のみ複合的な影響が確認された。以上より、アルミニウムの濃度が低くても亜鉛の濃度が高くなった場合や、逆に亜鉛の濃度が低く、アルミニウムの濃度が高い場合ではいずれかの金属による影響が強く,複合的な影響がないことが分かった。実河川では金属が単独で存在していることはなく、限定された金属種であるが、金属の複合影響を明らかに出来た。河川生態系の主要な構成要素である藻類と水生昆虫の生息に及ぼす金属の影響について室内実験により検討した。水生昆虫は、岩手県盛岡市を流下する中津川で採取したヒラタカゲロウを用い、15°Cに保った河川水にアルミニウムと亜鉛を添加し、それらの急性毒性について経日的な死亡率から検討した。その結果、単核アルミニウムでは、5mg/L程度までは影響は認められず、複合核アルミニウムでも5mg/L以上で影響が認められ、その影響の程度は単核の場合より大きいことが分かった。また、アルミニウムと亜鉛(1mg/L)を同時に添加した場合、単核及び複合核アルミニウム濃度が1mg/L程度までは複合影響が認められたが、アルミニウムの形態に関しては顕著な影響はなかった。アルミニウム濃度が3mg/Lでは、拮抗的な影響があり、今後さらに検討する必要がある。藻類については、緑藻のScenedesmus acuminatusとChlorella vulgarisについて、亜鉛とアルミニウムの影響について検討した。リンとアルミニウムの反応による沈殿を防ぐため、栄養塩類を添加せず、経時的なクロロフィルa濃度の減少から検討した。実験は25°C、照度4000lxの連続照射、一日数回の攪拌とした。その結果、亜鉛単独の場合には両藻類とも環境基準の0.03mg/Lでも僅かではあるが阻害作用は認められた。ScenedesmusではAl単独の場合,単核Al画分濃度が1.0mg/Lで,重合核Al画分濃度が0.2mg/Lで阻害作用が確認された。AlとZn(0.03mg/L)が共存する場合、Alの濃度に関わらず相乗影響が確認され、全Al濃度中の重合核Alイオンの濃度が高いほど相乗効果は大きくなった。ChlorellaではAl単独の場合、単核及び複合核アルミニウムともに濃度が0.2mg/Lと低濃度でも阻害作用が確認された。AlとZn(0.03mg/L)が共存する場合、単核Al画分では濃度が高くなるほどいずれかあるいは双方の影響が大きく緩和され、重合核Al画分では高い濃度で複合影響が確認され、特に0.5mg/Lの場合にもっとも強い複合影響が確認された。河川生態系の主要な構成要素である水生昆虫と藻類の生息に及ぼす重金属の影響について、金属が単独で存在する場合と異なる金属が共存する場合について室内実験により検討した。

水生昆虫に関しては、岩手県盛岡市を流下する中津川で採取したヒラタカゲロウ(科)を用い、15°Cに保った河川水1Lにヒラタカゲロー15匹と種々の濃度のカドミウムと銅を単独あるいは双方を添加し、それらの急性毒性について経日的な死亡率から検討した。カドミウムでは1mg/L以上、銅では3mg/L以上添加すると7日以内で死亡率は100%であり、カドミウムと銅の96時間LC_<50>は各々0.4、0.6mg/Lであった。さらに、各LC_<50>を毒性当量1とし、2つの金属が共存する場合について検討した。その結果、毒性当量が1以上ではカドミウムと銅は相乗的に作用し、0.5では各々の毒性が緩和されることが分かった。藻類に関しては、緑藻のChlorella vulgarisを用いて、25°C、12/12時間の明暗培養を行い、クロロフィルa濃度の経時変化より重金属の影響を検討した。銅及びカドミウムが単独の場合、各々の濃度が0.03mg/Lでもブランクよりクロロフィル濃度の減少が大きく僅かであるが阻害した。カドミウムと銅(0.05mg/L)が共存する場合には、カドミウムの濃度が高くなるに従って複合影響の程度が大きくなった。また、亜鉛と銅(0.05mg/L)が共存する場合でも同様の複合影響が見られた。従って、従来重金属単独での実験結果から水生生物の影響が議論されてきたが、金属が単独で水環境中に存在する場合は非常に希であることから、金属の複合的な影響を考慮する必要性があることを明らかにした。
階層構造を持つ高分子複合体系におけるエネルギー論の構築

(i)温度勾配によって駆動される粒子の運動温度勾配の下で粒子が一方向に運動することは古くから経験的に知られているが、その物理的なメカニズムについての議論はまだ明らかではない。ここでは、粒子の周りの流体場の計算を行い粒子の運動速度を理論的に導き、それを実験と比較した結果、二つの結果は非常によく合うことが分かった。粒子の運動は、外力によって押されているのではなく、また圧力差が生じているわけでもなく、温度勾配によって生じる粒子の周りの流れによって駆動されることを示している。(ii)細胞におけるストレスファイバーの極性の自発的形成細胞内ではストレスファイバーと呼ばれる筋肉のような役割をしているバンドル状のたんぱく質群が存在する。ストレスファイバーは弾性体として細胞の力学的性質を担っているが、重要なことはこのバンドルは静的なものではなく動的で非平衡状態を保っている。ストレスファイバーは、フィラメント状のたんぱく質が架橋剤によって寄り集まってバンドルを形成したものであり、さらにミオシンと呼ばれる分子モーターがエネルギーを消費しながらストレスを発生している。その結果ストレスファイバーは収縮することができる。バンドルを構成するファイラメントは極性を持っており、物理学的に言うとこれはいわばactive polar nematic elastomerと呼ぶべきものである。我々は、このような系に対してマクロな連続体力学的な立場から極性の分布を理論的に計算した。その結果、分子モーターの働きが弱い時には極性は単調に変化し、そのはたらきが強くなったときには極性が周期的に分布する構造(sarcomereと呼ばれる筋肉と類似した構造)が得られることを示した。本年度は、一分子内に不均一性をもつ高分子の折り畳み相転移についても調べた。生体高分子の多くは多種のモノマーから構成されていて、その配列が分子全体の構造と強い相関を持つことが知られている。ここでは、特定の高分子の特定の配列に注目するのではなく、統計的に特徴付けられた配列やそれに伴う不均一性が分子全体の構造に及ぼす影響について調べた。具体的には、曲げ弾性の不均一性を持つ高分子の分子動力学計算を行った。硬い(曲げ弾性が大きい)ブロックと柔らかい(曲げ弾性が小さい)ブロックをつないだブロック共重合体の折り畳み構造とそれにいたる動力学について調べた。その結果、動力学の経路に依存せずに、柔らかい部分の周りに硬いブロックが覆いかぶさるようなコアシェル状の折り畳み構造が得られることを明らかにした。また、本年度は、親水性と疎水性の二状態をとり得るモノマーからなる高分子の固体表面への吸着について調べた。吸着エネルギーを大きくしていくに従って吸着するモノマーの数は増加するが、これは二次相転移となり臨界点付近でスケーリング則が成立する。本研究では、モンテカルロシミュレーションを行いこの不均一高分子の臨界指数と臨界点での吸着エネルギー(臨界温度)について調べた。その結果この系は、適当な変換によって実効的な吸着エネルギーを導くことによって一様高分子の問題に帰着すること示した。また、シミュレーションによって求めた臨界指数と臨界温度は理論値と一致することを示した。本年度の後半は、フランスのキュリー研究所にてストレスファイバーに関する理論的研究を行った。ストレスファイバーは細胞運動におけるカの発生に重要な役割を果たしているフィラメントの束で、リン酸化によるエネルギーを消費することで動的な不均一構造を形成する。フィラメントと極性を持つ液晶との類推から、非平衡状態における凝集構造について解析を行った。2008年度は、以下の二点について注目して研究を行った。1.一分子内に不均一性をもつ高分子の吸着・脱着相転移生体高分子の多くは多種のモノマーから構成されていて、その配列が分子全体の構造と強い相関を持つことが知られている。具体的には、親水性と疎水性との二状態の間を確率的に遷移するモノマーからなる二状態高分子の吸着について理論的に調べ、シミュレーションとの比較を行った。その結果、実効的な吸着エネルギーを定義することによって、不均一高分子の吸着の問題を一様高分子の問題に置き換えることができることが可能であることを示すことができた。2.高分子の動力学:凝縮・脱凝縮相転移と閉じ込めからの脱出について生体内では、高分子であるDNAやRNAが閉じ込められた環境から抜け出すことが生体機能に深くかかわっていることが知られているが、なぜ抜け出すのか、あるいは、どのように抜け出すのか、についてはいまだに不明である。ここでは、閉じ込められた高分子を一般的に記述する非線形微分方程式を導出し、いくつかの具体的な状況に対して近似的な解析解を求めた。本研究により、一見矛盾した過去のシミュレーション結果を統一的に理解できることが分かった。

ストレスファイバーは弾性体として細胞の力学的性質を担っているが、重要なことはこのバンドルは静的なものではなく動的で非平衡状態を保っている。ストレスファイバーは、フィラメント状のたんぱく質が架橋剤によって寄り集まってバンドルを形成したものであり、さらにミオシンと呼ばれる分子モーターがエネルギーを消費しながらストレスを発生している。その結果ストレスファイバーは収縮することができる。バンドルを構成するファイラメントは極性を持っており、物理学的に言うとこれはいわばactive polar nematic elastomerと呼ぶべきものである。我々は、このような系に対してマクロな連続体力学的な立場から極性の分布を理論的に計算した。その結果、分子モーターの働きが弱い時には極性は単調に変化し、そのはたらきが強くなったときには極性が周期的に分布する構造(sarcomereと呼ばれる筋肉と類似した構造)が得られることを示した。
炎症性サイトカインによる癌-間質相互作用を介した肺癌増殖促進効果の解析と制御

平成11年度研究成果:LLC/IL-1β細胞はin vivoで腫瘍の増殖が促進され、その機序として血管新生が考えられた。LLC/IL-1β細胞から、VEGF,MIP-2などの血管新生誘導因子の過剰分泌が認められた。平成12年度は主要な血管新生誘導因子である肝細胞増殖因子(HGF)に焦点を絞り以下の事実を明らかにした。1.LLC/IL-1β腫瘍に含まれるHGF濃度はコントロールに比べて4倍と有意に高値を示した。2.HGFは主に腫瘍の間質を構成する線維芽細胞から分泌されていることがin situ hybridizationで確認された。3.抗血管新生薬であるTNP-470を使うことにより血管新生を抑制すると腫瘍の増殖が抑制されることが示された。4.HGFのアンタゴニストであるHGF/NK4遺伝子発現アデノウイルスベクターをLLC/IL-1β腫瘍に導入することにより腫瘍の増殖を抑制することが明らかとなった。LLC/IL-1β細胞は腫瘍細胞自身がまた周囲の間質細胞働きかけ、血管新生因子の分泌を促し、腫瘍の増殖を促進させることが判明した。また、抗血管新生療法が固形腫瘍の治療に有用であることが判明した。ヒトの腫瘍を想定した場合、炎症により炎症細胞から、また腫瘍細胞自身からIL-1βなどの炎症性サイトカインが分泌されることにより血管新生が誘導され、結果として固形腫瘍の増殖が促進されることが考えられる平成11年度研究成果:LLC/IL-1β細胞はin vivoで腫瘍の増殖が促進され、その機序として血管新生が考えられた。ヒトの腫瘍を想定した場合、炎症により炎症細胞から、また腫瘍細胞自身からIL-1βなどの炎症性サイトカインが分泌されることにより血管新生が誘導され、結果として固形腫瘍の増殖が促進されることが考えられる本研究は,マウス肺癌細胞Lewis lung carcinoma(LLC)にヒトIL-1β遺伝子を導入し,in vivoにおける腫瘍増殖への影響を,炎症および腫瘍-間質相互作用の観点から解析し,以下の諸点を明らかにした。(1)ヒトIL-1β遺伝子を導入したルイス肺癌細胞(LLC/IL-1β)は,in vitroでは増殖が変化しないにも関わらず,in vivoにおいて急速な腫瘍の増大を来した。組織学的検討で,顆粒球や単球の著明な浸潤と,豊富な新生血管が観察された。(2) LLC/IL-1β細胞からVEGFやMIP-2が過剰に分泌され,一方間質細胞からHGFといった血管新生誘導因子を過剰分泌させることが判明した。このことより,新生血管誘導因子の過剰分泌により腫瘍組織の急速な増大を来したと考えられた。(3)さらに,LLC/IL-1β腫瘍に抗血管新生物質であるTNP-470を投与することにより,腫瘍の増大を阻害することができた。この系は,腫瘍細胞が宿主細胞へ働きかけ,腫瘍組織形成にいかに関与するかのモデルとして興味が持たれる。これら腫瘍・宿主組織応答の解析とこれに関与する物質の標的とした治療法の開発は,従来の腫瘍細胞を標的とする癌治療とは別の理念に基づいた治療法の開発に可能性を開くものである。

ヒトの腫瘍を想定した場合、炎症により炎症細胞から、また腫瘍細胞自身からIL-1βなどの炎症性サイトカインが分泌されることにより血管新生が誘導され、結果として固形腫瘍の増殖が促進されることが考えられる
社会的養護のリービングケアにおける「性の自立」を支援する健康教育プログラムの開発

社会的養護では、知的障害や発達障害をもつ子どもが多く、一般的な性教育では理解が難しい。また、児童養護施設では人間関係や構造上の特徴から健康な性的発達が阻害される場合があり、里親家庭では幼少期から親子の信頼関係が築かれない状態で思春期を迎えることも多い。さらに性的健康への支援が十分実施されていない実態もある。そこで、社会的養護にある高校生と措置解除後の若者が直面する性の課題を詳細に分析し、アセスメント視点を明らかにする。この視点から、社会的養護から離れる準備(リービングケア)として、児童養護施設の職員(児童指導員・保育士・看護職)と里親が活用できる「性の自立」支援の健康教育プログラムを作成する。
心臓ペーシング用神経接続材料に関する基礎研究

まず、成熟ラットおよび新生児ラットから神経細胞と心筋細胞の分離を行った。神経細胞は脳から、心筋細胞は心臓から酵素処理によって分離した。コントロールとしては皮膚から分離した繊維芽細胞とL細胞を用いた。両細胞とも安定して分離できる手技が確立できた。次に、得られた細胞と高分子培養基材との相互作用を調べた。分離した細胞を各種高分子基材上で培養し、細胞の付着や伸展を観察した。高分子基材の表面性状との関係を調べたところ、繊維芽細胞やL細胞について以前得られていた結果、すなわち表面接触角が70°付近の材料に最もよく付着するという傾向と一致することがわかった。また、心筋細胞については非付着性表面上では肝細胞などと同様に3次元的なスフェロイド形状を示すことがわかった。これは心筋細胞が本来3次元的に配置しているためと考えられる。さらに、細胞内LDH量およびグルコース消費量を測定したところ、他の細胞に比べて心筋細胞は増殖しにくく、グルコース消費量が旺盛であることがわかった。このことから、通常の培養条件では長期の培養が難しいことが示唆されるため、培養条件の改良も必要であると考えられる。来年度以降は高分子基材表面の改質を行い、細胞の興奮状態を検出できる培養基材の開発をめざしたい。
キハダ組織培養物における薬用化合物のメタボローム解析

キハダは、様々な薬用化合物を含む重要な薬用樹木である。本研究は、生合成によって形成された薬用化合物を、様々な外植体から誘導した植物体やカルスから得ることを目的としている。この目的のためには、様々な外植体からの植物体のin vitro再生系の確立が重要である。本年度は、1)幼植物体の成長と薬用化合物量の関係と2)5種の植物成長調節物質を添加した培地で誘導したカルスの薬用化合物量、について調査した。得られた結果は以下の通りである。1)幼植物体の成長と薬用化合物の関係5つの異なる植物成長調節物質の組み合わせでシュートの誘導を行ない、得られたシュートを1.0μMIBAを含むMS培地で発根させた。得られた植物体は、1,2,3,4,5,6及び12ヵ月培養し、供試材料とした。成分の同定には、GC-MSを用いた。その結果、2.0μM BAP+1.0μMIBAを含むMS培地で誘導したシュートから得られた1ヵ月生の幼植物体において、最大86の化合物が同定された。一方、最も同定された化合物数が少ない植物体は、2.0μM BAPを含むMS培地で誘導したシュートを用いた場合であった。2)カルス薬用化合物量キハダは、様々な薬用化合物を含む重要な薬用樹木である。2)カルス薬用化合物量
臨界期の分子機構 -大脳皮質一次視覚野の眼優位可塑性とERK1/2の関わり-

発達期の動物では、片方の眼を遮蔽(片眼遮蔽)することによって一次視覚野における可塑的変化が促され、皮質細胞は遮蔽眼に対する反応を失う(眼優位可塑性)。このような変化は、臨界期と呼ばれる生後の一時期に強く見られ、発達脳の可塑性の代表例として広く研究されている。様々な分子がこの可塑性に関与していることが報告されているにもかかわらず、可塑性発現メカニズムについて不明な点は未だ多い。ERKは眼優位可塑性発現に必要な分子であることが報告されており、私は免疫組織化学染色法・ウエスタンブロッティングによって、ERKの活性化型であるリン酸化ERKへの片眼遮蔽の影響をラット一次視覚野で観察した。その結果、片眼遮蔽によって遮蔽眼入力領域のII/III層でリン酸化ERKが減少するという視覚入力依存的な変化を示したが、このような変化は臨界期のみではなく、成熟期の動物でも観察された。一方で細胞内局在に注目すると、臨界期特異的に片眼遮蔽による核内でのERK活性の増加が観察された。次に、この臨界期特異的な核内ERK活性の増加の経時的変化について観察したところ、12時間の片眼遮蔽を行った動物では増加は観察されず、24時間の片眼遮蔽で増加率は最大になり、その後3日から7日間の片眼遮蔽で増加率は徐々に低下することが観察された。この結果は臨界期にERKの核シグナルが片眼遮蔽によって一過性に増加することを示す。また、その時間経過は眼優位性の変化のものと似ており、臨界期の可塑性発現にERKの核シグナルが重要な役割を果たしている可能性が考えられる。さらに、リン酸化ERKへの麻酔の影響を詳細に観察した。その結果、リン酸化ERKはペントバルビツール麻酔によって大脳皮質全体で大幅に減少し、その減少はイソフルラン麻酔によっても観察された。このことから、ERKのリン酸化は種類に関わらず,麻酔の影響を受けやすいことがわかった。脳の発達には臨界期と呼ばれる生後の一時期が非常に重要であり、この時期の脳は経験や神経活動の変化によって、神経回路網を柔軟に変化させることができる高い可塑性を持つ。様々な分子の可塑性への関与が報告されているにも関わらず、臨界期と成熟期では何が異なり、なぜ臨界期でのみ高い可塑性が発現されるのか、その理由についてはまだ良くわかっていない。視覚系では臨界期に片方の眼を遮蔽すると、大脳皮質一次視覚野の神経細胞は遮蔽眼に対する反応性を失う(眼優位可塑性)。しかし、このような変化は成熟期の動物では見られない。私は臨界期形成メカニズムの解明を目指し、ラット一次視覚野のこの可塑性を臨界期可塑性のモデルとして用い、ERK1/2という分子に注目して研究を行った。もしERK1/2がこの可塑性の発現メカニズムに含まれるのであれば、片眼遮蔽によってこの分子の活性は変化し、しかもその変化は臨界期にのみ観察されるはずである。このような仮説の下に免疫組織化学染色法・ウエスタンブロッティング法を用いて、片眼遮蔽によるERK1/2活性への影響について観察を行った。その結果、片眼遮蔽によってERK1/2活性は、遮蔽眼入力領域で減少するという視覚入力依存的な変化を示したが、このようなERK1/2の活性調節は臨界期のみではなく成熟期の動物でも観察された。次に細胞内局在に注目すると、臨界期の動物では片眼遮蔽による核内でのERK1/2活性の増加が観察された。しかし、このような片眼遮蔽による核内でのERK1/2活性の増加は成熟期の動物では観察されなかった。これらの結果から、臨界期の可塑性発現に核内でのERK1/2活性が重要な役割を果たしている可能性が示唆され、さらには活性量の変化と核移行の増加に直接的な関連が見られないことから、ERK1/2核移行を直接制御する分子の可塑性発現への重要性が示唆された。このような変化は、臨界期と呼ばれる生後発達の一時期のみに見られ、成熟期の動物では見られない。そのため、大脳皮質一次視覚野のこのような変化は発達脳の可塑性の代表例として広く研究されている。しかし、様々な分子がこの可塑性に関与していることが報告されているにもかかわらず、可塑性発現メカニズムについて不明な点は未だ多い。ERK1/2は眼優位可塑性発現に必要であることが報告されている分子であり、私はこれまでに、免疫組織化学染色法・ウエスタンブロッティング法を用いて、ERK1/2の活性への片眼遮蔽による影響をラットー次視覚野において観察した。その結果、片眼遮蔽によって遮蔽眼入力領域でERK1/2活性が減少するという視覚入力依存的な変化を示した。しかし、このようなERK1/2の活性調節は臨界期のみではなく、成熟期の動物でも観察された。また、細胞内局在に注目すると、臨界期の動物では片眼遮蔽による核内でのERK1/2活性の増加が観察された。このような片眼遮蔽による核内でのERK1/2活性の増加は、成熟期の動物では観察されなかった。さらに、この臨界期

特異的な核内ERK1/2活性の増加の経時的変化について観察したところ、12時間の片眼遮蔽を行った動物ではその増加は観察されず、24時間の片眼遮蔽でその増加率は最大になり、3日間の片眼遮蔽でその増加率は低下していることが観察された。これらの結果は、臨界期の動物でERK1/2の核シグナルが片眼遮蔽によって一時的に増加することを示す。また、その時間経過は眼優位性の変化と似ており、臨界期の可塑性発現にERK1/2の核シグナルが重要な役割を果たしている可能性が考えられる。発達期の動物では、片方の眼を遮蔽(片眼遮蔽)することによって一次視覚野における可塑的変化が促され、皮質細胞は遮蔽眼に対する反応を失う(眼優位可塑性)。このような変化は、臨界期と呼ばれる生後の一時期に強く見られ、発達脳の可塑性の代表例として広く研究されている。様々な分子がこの可塑性に関与していることが報告されているにもかかわらず、可塑性発現メカニズムについて不明な点は未だ多い。ERKは眼優位可塑性発現に必要な分子であることが報告されており、私は免疫組織化学染色法・ウエスタンブロッティングによって、ERKの活性化型であるリン酸化ERKへの片眼遮蔽の影響をラット一次視覚野で観察した。その結果、片眼遮蔽によって遮蔽眼入力領域のII/III層でリン酸化ERKが減少するという視覚入力依存的な変化を示したが、このような変化は臨界期のみではなく、成熟期の動物でも観察された。一方で細胞内局在に注目すると、臨界期特異的に片眼遮蔽による核内でのERK活性の増加が観察された。次に、この臨界期特異的な核内ERK活性の増加の経時的変化について観察したところ、12時間の片眼遮蔽を行った動物では増加は観察されず、24時間の片眼遮蔽で増加率は最大になり、その後3日から7日間の片眼遮蔽で増加率は徐々に低下することが観察された。この結果は臨界期にERKの核シグナルが片眼遮蔽によって一過性に増加することを示す。また、その時間経過は眼優位性の変化のものと似ており、臨界期の可塑性発現にERKの核シグナルが重要な役割を果たしている可能性が考えられる。さらに、リン酸化ERKへの麻酔の影響を詳細に観察した。その結果、リン酸化ERKはペントバルビツール麻酔によって大脳皮質全体で大幅に減少し、その減少はイソフルラン麻酔によっても観察された。このことから、ERKのリン酸化は種類に関わらず,麻酔の影響を受けやすいことがわかった。
農業用溜池における維持管理と水環境―落水を中心として―

これまで,農業用溜池は利水者による様々な管理作業により良好に維持されてきたが,近年になり,農業の衰退や農業従事者の高齢化などにより管理が粗放化されるのに伴い,水質をはじめとする水環境の悪化が懸念されるようになってきている.本研究では,従来は行われてきたが,近年実施されることが少なくなった落水に注目し,落水が水質の及ぼす影響を検討している.本年は,特に落水による脱窒の影響を中心として研究を進めた.岐阜大学内バンガ池より採取した底泥試料を三角フラスコ内で完全密封し,脱窒を進行させ,その後に真空デシケータおよびガスクロマトグラフにより脱窒量を直接計測したところ,落水の前後において顕著な差は見られなかった.一方で,溶出としてアンモニア態窒素が増大した.これらのことから,溜池における乾土効果とおぼしき現象は脱窒菌の活動低下よりもむしろ,硝化細菌の活動低下が主な理由ではないかとの結論に至った.ただし,容器内の計測において窒素量の修士が完全には一致していないことから,結論についても依然検討の余地が残されている.また,これまでの調査および実験よりリンの溶出現象に関して,底泥内の鉄の状態が大きく影響している可能性が示唆されていたが,本年度の実験からは明確な傾向が得られなかった.現時点での知見より,浚渫を伴わない,落水のみでは,リンの溶出については多少の減少が見られるものの,窒素量については明確に増加することが明らかとなっており,全体としては,必ずしも期待される効果が見られない可能性が高くなった.従来,農業用溜池は利水者による様々な管理作業により良好に維持されてきたが,近年になり,農業の衰退や農業従事者の高齢化などにより管理が粗放化されるのに伴い,水質をはじめとする水環境の悪化が懸念されるようになってきている.本研究では,従来は行われてきたが,近年実施されることが少なくなった落水に注目し,落水が水質の及ぼす影響を検討している.本年は,現地調査,底泥の溶出実験や底質分析を中心にして,栄養塩の挙動を検討した.プランクトンの死骸などであるデトリタスの沈積などにより底泥表面に過剰に有機物が堆積した場合,それらの分解の過程で多くの溶存酸素が消費され,下層は貧酸素状態となる.その結果,一般に知られているように,鉄と難溶性塩を構成していたリン酸が溶出してくることとなる.これに対し,落水することにより,底泥を空気に露出させ,有機物の分解を促進させることにより,最貯水後の溶出を効果的に抑制できるのではないかと考えた.また,同時に乾土効果と呼ばれる好気状態下での脱窒菌の不活性化も予想された.調査および測定の結果,リンの溶出抑制は,底泥中の全鉄と密接に関係しており,鉄の状態あるいは量により大きく変化することが明らかとなった.また,窒素の関しては,ほぼ予想通りに,底泥を乾燥させることにより,無機態窒素の溶出が増加しており,水田の乾土効果と同様の効果が見られることが明らかとなった.現時点での知見より,浚渫を伴わない,落水のみでは必ずしも期待される効果が見られない可能性が高いといえる.これまで,農業用溜池は利水者による様々な管理作業により良好に維持されてきたが,近年になり,農業の衰退や農業従事者の高齢化などにより管理が粗放化されるのに伴い,水質をはじめとする水環境の悪化が懸念されるようになってきている.本研究では,従来は行われてきたが,近年実施されることが少なくなった落水に注目し,落水が水質の及ぼす影響を検討している.本年は,特に落水による脱窒の影響を中心として研究を進めた.岐阜大学内バンガ池より採取した底泥試料を三角フラスコ内で完全密封し,脱窒を進行させ,その後に真空デシケータおよびガスクロマトグラフにより脱窒量を直接計測したところ,落水の前後において顕著な差は見られなかった.一方で,溶出としてアンモニア態窒素が増大した.これらのことから,溜池における乾土効果とおぼしき現象は脱窒菌の活動低下よりもむしろ,硝化細菌の活動低下が主な理由ではないかとの結論に至った.ただし,容器内の計測において窒素量の修士が完全には一致していないことから,結論についても依然検討の余地が残されている.また,これまでの調査および実験よりリンの溶出現象に関して,底泥内の鉄の状態が大きく影響している可能性が示唆されていたが,本年度の実験からは明確な傾向が得られなかった.現時点での知見より,浚渫を伴わない,落水のみでは,リンの溶出については多少の減少が見られるものの,窒素量については明確に増加することが明らかとなっており,全体としては,必ずしも期待される効果が見られない可能性が高くなった.
スギ木部発現遺伝子の大量解析によるノルリグナン生合成酵素遺伝子の単離

本研究では、スギのノルリグナン生合成に関与する酵素の遺伝子を単離し、その遺伝子がコードする酵素タンパク質の特性を解析することにより、ノルリグナン生合成酵素を特定することを目的とした。伐採したスギの丸太を室内に静置し、伐採直後、10日後、20日後及び41日後に辺材に含まれるノルリグナンを分析したところ、伐採直後には検出されないアガサレジノール(ノルリグナンの一つ)が20日後から41日後にかけて顕著に増加していた。伐採直後と41日後の辺材から抽出したRNAを用い、41日後の辺材で優勢に発現している遺伝子から成るcDNAライブラリーを作製し、504個の重複のない発現遺伝子の塩基配列を得た。DNAデータベースの相同性検索と推定機能に基づいた分類から「二次代謝」のサブカテゴリーには16種類の酵素をコードする遺伝子が含まれることがわかった。これらの酵素がアガサレジノールの蓄積と関係しているかどうかを推察するため、伐採後の日数経過に伴う辺材での発現変動を調べたところ、遺伝子の発現が、(1)伐採当日及び10日目には検出されず20日目から認められるもの、(2)伐採当日には検出されず10日目から認められるもの、(3)伐採当日から認められるもの、に分けられた。さらに(1)や(2)のグループに属する酵素遺伝子12種のうち5種は、心材形成が進行しているとされる11月の移行材で発現していた。アガサレジノールは心材成分であることを考えると、これらの中にアガサレジノール生合成に関わる酵素遺伝子が含まれると考えられた。全長cDNAが得られたチロシン3-モノオキシゲナーゼ様遺伝子をもとに大腸菌を用いて組換えタンパク質を調製したが、酵素特性の解析には至らなかった。この酵素は植物については草本から1例単離の報告があるだけなので、本酵素の樹木における役割を解明するためにも酵素特性を明らかにする必要がある。スギの木部には、ノルリグナンと総称される二次代謝成分が含まれている。スギのノルリグナン生合成酵素及び遺伝子は単離されておらず、生合成経路に不明な点が多く残されている。本研究は、スギのノルリグナン生合成に関与する酵素の遺伝子を単離し、その遺伝子がコードする酵素タンパク質の特性を解析することにより、ノルリグナン生合成酵素を特定することを目的としている。17年度はスギ丸太の乾燥過程においてノルリグナンが活発に生成している時期を特定し、その時に優勢に発現している遺伝子の収集と塩基配列の解析を行った。伐採したスギの丸太を室内に静置し、伐採直後、10日後、20日後、41日後及び70日後に辺材を採取した。各辺材に含まれるノルリグナンを分析したところ、伐採直後にはノルリグナンは見出されなかったが、20日後から41日後にかけて、ノルリグナンの一つであるアガサレジノールが顕著に増加していた。次に、伐採直後の辺材と、ノルリグナンを生成している41日後の辺材からそれぞれRNAを抽出し、サブトラクション法によって41日後の辺材で優勢に発現している遺伝子が濃縮されたcDNAライブラリーを作製した。そのcDNAライブラリーから1,050個のcDNAクローンを無作為に選抜し塩基配列を決定した。同一のcDNAクローンに由来すると考えられる塩基配列を除外し、504個の重複のない発現遺伝子の塩基配列を得た。これらの塩基配列について公共のDNAデータベースを相同性検索したところ、204個は機能が推定されている登録配列と、59個は機能不明の登録配列とそれぞれ類似していた。

機能が推定された204個の発現遺伝子は、11のカテゴリーに分類され、最大のカテゴリーである「代謝」には41種類のタンパク質をコードする遺伝子が含まれた。これらのうち「二次代謝」のサブカテゴリーには16種類の酵素をコードする遺伝子が属していた。スギの木部には、ノルリグナンと総称される二次代謝成分が含まれている。スギのノルリグナン生合成酵素及び遺伝子は単離されておらず、生合成経路に不明な点が多く残されている。本研究は、スギのノルリグナン生合成に関与する酵素の遺伝子を単離し、その遺伝子がコードする酵素タンパク質の特性を解析することにより、ノルリグナン生合成酵素を特定することを目的としている。スギを伐採し丸太を室内に静置すると、伐採後20日目から41日目にかけてノルリグナンの一つであるアガサレジノールが辺材中に蓄積する。平成17年度に、41日目の辺材で優勢に発現している遺伝子を収集・解析し、15種の二次代謝関連酵素遺伝子が含まれることを明らかにした。これらの酵素遺伝子がアガサレジノールの蓄積と関係しているかどうかを推定するため、伐採後の日数経過(伐採当日、10日目、20日目、41日目)に伴う辺材での発現変動を調べた。その結果、遺伝子の発現が、(1)伐採当日及び10日目には検出されず20日目から認められるもの、(2)伐採当日には検出されず10日目から認められるもの、(3)伐採当日から認められるもの、の3グループに分けられた。(1)や(2)のグループに属する酵素遺伝子12種について、移行材(5月と11月に採取)、葉芽及び針葉(6月に採取)での発現の有無を調べると、5種の酵素遺伝子(推定酵素名:ケイ皮酸4-モノオキゲナーゼ、フラボノイド3'-モノオキシゲナーゼ、シトクロムP450(CYP82C)、チロシン3-モノオキシゲナーゼ、1,4-ベンゾキノンレダクターゼ)は、心材形成が進行しているとされる11月の移行材で発現していた。アガサレジノールは心材成分の一つであることを考慮すると、これらの中にアガサレジノールの生合成に関わる酵素遺伝子が含まれる可能性があると考えられた。昨年度までに、41日目の辺材で優勢に発現している遺伝子を収集・解析し、5種の酵素がアガサレジノールの生合成に関わる可能性を明らかにした。その中から、全長cDNAが得られたチロシン3-モノオキシゲナーゼ(EC1.14.16.2)様酵素について組換えタンパク質の調製と酵素活性の検出を試みた。まず、無細胞タンパク質合成法により組換えタンパク質を調製しようとしたが、予想される分子量のタンパク質は得られなかった。そこで、チオレドキシンとの融合タンパク質として大腸菌で発現させたところ、予想される分子量の組換えタンパク質が検出できた。この組換えタンパク質を精製した後、放射性炭素で標識されたチロシンを基質としてチロシン3-モノオキシゲナーゼ活性を有するかどうかを調べたが、活性の検出には至らなかった。
英語における形容詞が関わる構文の意味的ネットワークについて

[形容詞(A)-名詞(N)]の統語的配列から構成される英語の諸現象に関して、今年度は特に次の4つの現象について考察してきた。第一に、a dizzy mastなどの名詞句にみられる形容詞と名詞との間にみられる時間的関係について考察し、形容詞が名詞を修飾する際には、名詞と関わりの深い動作が関与していることを明らかにし、その解釈は、人間の認知メカニズムであるアフォーダンスによって動機づけられ、クオリア構造を用いて説明できることを示した。第二に、先行研究では、様態の副詞とほぼ同義であるとして扱われてきた形容詞に関して、様態の副詞とは区別して分析されるべきであり、その違いは、形容詞と動詞との間にみられる事象間の時間関係および因果関係の有無に起因することを提案した。第三に、Way構文に生起する形容詞の意味的振る舞いについて考察した。その結果、当該構文に生起する形容詞と名詞との意味的関係は単一ではなく、7つのパタンに分類されることを示した。第四に、Have a構文、転移修飾表現、Way構文が形成されるメカニズムと、各構文・現象間にみられる意味的ネットワークについて考察した。その結果、形容詞と名詞のクオリア構造内に指定される意味役割との対応関係を考えることで、句レベル、文レベルに関わらず、構文・現象の分布を適切に説明できることを示した。本研究により、英語における形容詞は、名詞で表される実体の状態を表すという単純なものではなく、名詞と結びつきの強い動作も視野に入れて修飾関係を考える必要があることを明らかにした。また、英語の形容詞の修飾の仕方は、限定用法、叙述用法の区別にかかわらず、事象間の因果関係および時間関係において捉えられるべきであり、このことが、形容詞が関わる構文のネットワークを形成する際にも影響を及ぼしていることを示した。John smokeda sad cigarette.(Johnが悲しいタバコを吸った)に代表される転移修飾構文(Transferred Epithet)において、形容詞が後続する名詞を修飾する形式であるのにも関わらず、意味上は主語名詞の状態を表すという、転移修飾構文に見られる形式と意味の「ズレ」とその意味的特徴について考察してきた。その結果、転移修飾構文を形成する際に、目的語名詞として機能する名詞の語彙的意味が重要な役割を果たしていることが明らかになった。特に、転移修飾句として機能する形容詞の修飾対象は、当該名詞から喚起される動作の動作主であり、転移修飾構文に生起する動詞は、典型的には目的語名詞から喚起される動作を具現していることが分かった。名詞から動作が喚起されるということは、生態心理学においてGibsonが提唱しているアフォーダンス(affordance)という人間の認知システムから動機づけられる。また、当該名詞の意味を表示する際には、Pustejovsky(1995)におけるクオリア構造(Qualia Structure)が有効である。この議論をさらに発展させていくと、形容詞によって示される事象と、名詞から喚起される動作によって示される事象との間に、時間の先行関係と使役関係がみられ、その関係によって、いくつかのパタンに分類される。また、これらの関係は、形容詞の前位用法(attributive use)に固有にみられるのではなく、叙述用法(predicative use)にもみられ、形容詞が他の要素と修飾関係を結ぶ際にみられる一般原理から説明が可能であると予測される。そこで、次年度は、転移修飾構文に加えて、分析対象を形容詞を伴うWay構文や軽動詞(light verb)構文にも拡大して[形容詞-名詞]の修飾関係に関する一般化および、形容詞が他の要素を修飾する際にみられる一般化を図る。
思春期の主体価値形成支援法の確立に向けた疫学・臨床心理学の連携的研究

本研究では,(1)思春期の主体価値形成支援の効果を促進する介入要素を同定すること,(2)学校教育における思春期の主体価値形成支援の効果を明らかにすること,の2点を目的とする。前向きコホート研究のデータを用いて思春期の主体価値に影響する行動的・感情的・認知的要因を同定し,主体価値形成を促進する学校介入プログラムを開発する。当該プログラムの効果を,学校現場でのオープントライアルを通して明らかにする。
人工ウイルスを用いた早期膵腫瘍低侵襲膵管内治療の開発

最近の診断技術の進歩に伴い膵癌の早期腫瘍病変、前癌病変が同定されるようになったが、膵腫瘍に対する低侵襲治療はいまだ確立されていない。本研究の目的は、経内視鏡的に膵管内へ新規ドラッグデリバリーシステムである人工ウイルスを投与し早期膵腫瘍病変を特異的に標的とする低浸襲膵管内治療法を開発することである。本年度は1.-2.について研究を行った。1.細胞選択性をもつ新規人工ウイルスの作成:昨年までの研究において膵早期腫瘍性病変特異的分子として同定された表面蛋白S100P、MUC5ACを標的としたアンテナ分子を付加した人工ウイルスを作成し、この人工ウイルスの細胞選択性について検証した。その結果、期待通りS100PまたはMUC5ACを発現している細胞に選択的に集積することが確認された。2.新規人工ウイルスのin vitroにおける治療効果の検証:上記人工ウイルスにGEMを内包させた新規人工ウイルスを作成し、in vitroにおける新規人工ウイルスの治療効果を検証するために、新規に作成した人工ウイルスを培養正常細胞および癌細胞に添加して、癌細胞特異的にキャリアーが侵入、崩壊し、治療効果が現れることをin vitroにて検証した。その結果、正常細胞に影響を与えることなく癌細胞のみを特異的に障害することが確認された。本研究の成果により、新規に作成した人工ウイルスにより、膵管内に存在する膵癌細胞を特異的に認識し、選択的に薬剤を送り込むシステムの構築が可能であることが示唆された。本研究の目的は、経内視鏡的に膵管内へ新規ドラッグデリバリーシステムである人工ウイルスを投与し、早期膵腫瘍病変を特異的に標的とする低侵襲膵管内治療法を開発することである。本年度以下の研究を行った。1.膵早期腫瘍性病変特異的分子の同定:手術切除標本から癌病変を分取し、早期癌病変を解析した結果、S100P、MUC5ACを標的候補と同定した。2.薬剤内包人工ウイルスの作成:膵癌治療薬であるGEMを用いて人工ウイルス粒子Mj285への内包化を行った。内包化条件として55°C、30分の条件下で、人工ウイルス粒子1molに対し、GEM1 1molが内包化できることを液体クロマトグラフィーにて確認し、GEM内包化人工ウイルスの作成に成功した。また、作成した新規GEM内包化人工ウイルスは膵癌細胞株に対しGEM単剤と遜色なく殺細胞効果を示し、期待通りに機能することを確認した。3.膵早期腫瘍性病変を標的とする抗癌剤内包人工ウイルスの作成:GEM内包化人工ウイルスにS100P、MUC5ACを標的としたアンテナ分子を複合化し、新規人工ウイルスを作成した。現在、新規人工ウイルスを用いてin vitroでの機能評価を行っている。次年度より、新規早期膵腫瘍病変特異性GEM内包型人工ウイルスを用いてin vivoにおける機能評価を行う。その後、臨床検体由来の病変を用いて機能評価を行う予定である。
会話基盤更新プロセスの可視化と異文化コミュニケーション学習支援での検証

文化的背景,背景知識,会話の文脈,参加者の知識・目的・興味・知覚・情動等について,会話参加者が会話の各時点で共有する命題の総体を会話基盤と呼ぶ.本研究では,異なる粒度にわたって進行する会話プロセスに関わる諸情報を獲得し計算基盤の上で分析し,注釈付きインタラクティブドラマとして表現する会話プロセス可視化手法の開発とシステム化を行い,異文化コミュニケーション学習支援領域においてその有効性を検証する.会話基盤管理システムの研究開発,多粒度の会話基盤化プロセスの連携モデルの構築,機械学習によるインタラクティブドラマ制作支援技術の研究開発,異文化コミュニケーション学習支援領域における検証を行う.会話プロセスの構造解析や可視化を実現するための会話基盤管理システムの研究開発に関する提案である。異なる粒度にわたって進行する会話プロセスに関わる諸情報の獲得、計算基盤の上で分析・再現可能な注釈付きインタラクティブドラマとして表現する会話プロセス可視化手法の開発、および、異文化コミュニケーション学習支援領域における有効性の検証を提案している。会話を静的な会話基盤と動的な会話プロセスで構成されるととらえる考え方は、会話を分析・理解・合成する上で独創的な提案である。会話を会話基盤と会話プロセスで表現したインタラクティブドラマコーパスの構築も提案しており、会話研究の基盤的ツールとリソースが成果として得られることにより、会話プロセスの客観的な研究の基盤となり得る。文化的背景,背景知識,会話の文脈,参加者の知識・目的・興味・知覚・情動等について,会話参加者が会話の各時点で共有する命題の総体を会話基盤と呼ぶ.本研究では,異なる粒度にわたって進行する会話プロセスに関わる諸情報を獲得し計算基盤の上で分析し,注釈付きインタラクティブドラマとして表現する会話プロセス可視化手法の開発とシステム化を行い,異文化コミュニケーション学習支援領域においてその有効性を検証する.会話基盤管理システムの研究開発,多粒度の会話基盤化プロセスの連携モデルの構築,機械学習によるインタラクティブドラマ制作支援技術の研究開発,異文化コミュニケーション学習支援領域における検証を行う.
非平衡量子系の輸送ダイナミクス

微細加工技術によって作製される極小の固体素子は、平衡状態から非平衡状態までを連続的に制御できるため、非平衡量子系を定量的に取り扱える理想的な舞台である。我々は、このような固体素子を念頭におき、非平衡ダイナミクスを取り扱う方法論の創出を目指して研究を行ってきた。特に、量子液体の非平衡ダイナミクスやスピン流にともなう電流ゆらぎを実験的に解明した。理論面でも、量子孤立系における振動外場による熱化現象、熱力学的不確定性原理の分類、孤立量子多体系におけるゆらぎの定理等を研究した。以上の成果は、今後の非平衡ダイナミクスの定量化の研究に大きく貢献するものである。近年、微細加工技術が発展したおかげで、我々は、量子的な電気伝導が支配的であるような極小の固体量子素子を作ることができるようになった。このような固体量子素子は、平衡状態から非平衡状態までを連続的に制御できるため、非平衡量子系を定量的に取り扱える理想的な舞台の一つである。我々は、固体量子素子を舞台として、非平衡ダイナミクスを定量的に取り扱う方法論の創出を目指している。本年度の成果は以下の通りである。(1)高精度電流ゆらぎ測定手法の開発:本研究の中核となるのは、高精度の電流ゆらぎ測定である。本年度、我々は更なる技術開発に取り組み、これまでに開発してきた低温動作可能な増幅器の性能を10倍程度、向上させることに成功した。(2)トポロジカル絶縁体母物質における普遍的伝導度ゆらぎ:近年、トポロジカル絶縁体と呼ばれる物質群が大きな注目を集めている。代表者は、典型的なトポロジカル絶縁体の母物質であるBi2Se3について、弱局在や普遍的伝導度ゆらぎを研究し、量子コヒーレンスに関する基本的なパラメータを得た。(3)スピンショット雑音の観測:スピン流にともなう「スピンショット雑音」と呼ぶことのできる現象が期待される。このことを実験的に検証した。(4)量子系における幾何学的ポンプとエントロピー生成の理論:量子系を外部から周期的に操作した時に、ベリー位相に類似の効果で非平衡カレントが発生することが知られている。沙川らはこれを非平衡定常熱力学に応用した。(5)量子情報を活用した熱機関の理論:沙川らは、量子ディスコートと呼ばれる量子情報量を使って、仕事を取り出すことができる熱機関の理論的提案を行った。(6)絶縁体での熱輸送に見る近藤効果:近年、微小系を流れる熱を操作する研究が盛んになってきている。齊藤らは、分子ワイヤーを介した熱輸送を意識して、近藤効果に相当する現象を研究した。微細加工技術によって作製される極小の固体素子においては、平衡状態から非平衡状態までを連続的に制御できるため、非平衡量子系を定量的に取り扱える理想的な舞台である。我々の班では、このような固体素子を舞台として、非平衡ダイナミクスを取り扱う方法論の創出を目指している。小林らは、トンネル接合にスピン流を印加し、それに伴うショット雑音の検出に成功した。この成果は、スピン流が実体として存在することを、ゆらぎという観点から示したことになっている。また、量子ドット系において、近藤効果を実現し、量子液体の非平衡における振る舞いを定量的に解明した。また、典型的な非平衡伝導の舞台となっている、量子ホール効果ブレークダウン領域における揺らぎの検出や、スピングラスの揺らぎについても研究を進めた。齊藤は、熱の流入が電流に変換されるいわゆる熱電効果における時間反転対称性の破れの効果、および低次元熱輸送現象におけるカーダー=パリージ=ザンのダイナミクスの重要性などを研究した。前者では磁場が存在してはじめて生じるネルンスト効果に注目し、電子間に相互作用がない状況下での厳密な熱効率の上限を導いた。後者では大規模な数値計算のもとに、理論とデータの比較を理論の検証をおこなった。量子非平衡ダイナミクスにおいてエントロピー生成をどう定義すべきかは、熱力学第二法則に関する基本的な問題である。沙川らは従来理論的に提案されていた二つの定義(量子軌道を用いた定義と、量子相対エントロピーを用いた定義)が等価であることを証明した。また、フィンランドのグループとの共同研究により、単一電子箱を用いて、フィードバック制御により情報を仕事に変換する情報熱機関を実験的に実現し、相互情報量を含んだ形の一般化Jarzynski等式を検証した。これによって、情報処理を含む非平衡ダイナミクスの従う基本原理が実験的に検証されたと言える。我々の班では、このような固体素子を主たる舞台として、非平衡ダイナミクスを取り扱う方法論の創出を目指している。実験面では、量子液体の非平衡ダイナミクスの解明に成功した。本研究によって、近藤状態においては、一粒子の伝導過程だけではなく、二個の粒子が関与する伝導過程もあり、それによって電流ゆらぎが通常の値よりも増大することが分かった。この電流ゆらぎから、量子液体を特徴づける量(ウィルソン比)を求めることができ、量子ドットが極めて強い量子多体状態にあることを実証した。さらに、これまでに知られていなかった非平衡スケーリング則を実験的に確立した。これ以外にも、量子ホール状態にあるグラフェンpn接合で起こる電子分配の微視的特性を初めて定量的に確立した。