hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光導波路素子を用いたメタンの高感度計測法の創出と植生からのフラックス計測への応用

温室効果気体の一つであるメタンガスを、中赤外レーザーを利用した吸収分光法により超高感度計測する手法を創出した。光導波路素子と周期反転分極型ニオブ酸リチウム結晶を用いて、3300nm付近の赤外レーザーを発生させた。長光路吸収セルによる直接吸収計測により、大気濃度レベルのメタンガスをリアルタイムで計測するシステムを構築した。この手法を、森林環境下におけるメタン動態の観測研究へと応用した。閉鎖循環型チャンバー法と組み合わせ、ヒノキの群葉および林床土壌表面からのメタンフラックスを現場観測することに成功した。温室効果気体の一つであるメタン(CH4)の収支の解明は喫緊の課題である。従来、大気中のCH4の検出は、容器にサンプリングした空気を実験室に持ち帰り、ガスクロで分析する手順が多数を占めていた。しかしこの方法では、サンプリングと分析に人手を要するため、せいぜい30分に一度のサンプリングが限界である。高感度・高信頼性な測定が容易に行えて、なおかつ、数秒から1分程度の高い時間分解能での測定が可能な計測手法の開拓が望まれている。本研究では、近年になって高出力で安定した動作が見込めるようになった半導体レーザーや導波路型波長変換デバイスと、超高感度なレーザー分光法とを融合し、CH4の高感度計測法を開拓することを目指している。また、フィールド等における植生からのフラックス計測へ展開する。23年度は差周波発生実験を実施し、併せて、光学キャビティーとその周辺システムの設計と組み立てを行った。差周波実験には、シグナル光としてDFBレーザーを、ポンプ光としてYAGレーザーをそれぞれ用いた。二色のレーザニ光を偏波保持型の合波カプラーに通したあと、周期分極反転型ニオブ酸リチウム結晶(PPLN)へ導入した。PPLNを精密に温度制御し、擬似位相整合によって3.3mm領域の差周波光を発生させた。差周波光の発生の確認は、PPLN結晶の出力光をインジウムアンチモン検出器に導入して行った。PPLNモジュールの出口にはシリコンの薄い窓板がついており、ポンプ光はフィルターカットされるが、DFBレーザーの光はシリコン窓板ではカットできないので、ゲルマニウムのウェッジ窓板を用いてフィルターカットした。これにより、インジウムアンチモン検出器には差周波光のみが導入されるようにできた。23年度はまた、メタン検出に有利な波長の検討を行った。分子分光データベースを用いて、他の分子からの干渉や、温度・圧力依存性などを精査した。25年度は、波数領域3095 - 3095.7 cm-1において13CH4および12CH4のスペクトル計測を行った。その結果をもとに、3095.440 cm-1と3095.653 cm-1において13CH4のスペクトルピークが観測できたものの、前者の吸収線はすぐ横にある3095.371 cm-1の12CH4の吸収線からの干渉を受けやすいことが分かった。セル圧力を1.4 kPaまで減圧することで圧力広がりを抑えた条件においてスペクトルを測定し、詳しい解析を行うことにより、13CH4信号に与える12CH4信号の干渉を最小限に抑えながらアスペクト比を見積もることができた。本研究では、3095.653 cm-1において13Cメタンを検出し、3095.371 cm-1において12Cメタンを検出することにより、安定炭素同位体比分光計測を行うことにした。分子分光データベースHITRANを精査した結果、これらの遷移の基底状態の回転量子数はほぼ等しいため、装置やシステム温度の熱ドリフトによる同位体比の決定精度への影響が小さく抑えることができる。25年度はさらに、12CH4を対象にしたフィールドでの計測を実施した。フィールド計測は、滋賀県大津市にある京都大学桐生水文試験地で行った。ヒノキの葉群およびヒノキリンの林床土壌からのメタンフラックスを、閉鎖循環型チャンバーにより計測し、森林生態系におけるメタン動態に関する知見を得ることができた。特に、ヒノキの葉群からは有意なメタンの放出・吸収が観測されなかったことから、近年の研究で指摘されている、好気的条件で生育する植生からのメタン放出に関して、ヒノキは該当しない種であることが示された。この結果は、葉のサンプリングとガスクロマトグラフィーを用いた培養実験と整合的であることが分かった。まず、差周波光源の開発を実施した。周期分極反転型LiNbO3結晶を用いた導波路型波長変換デバイスにより、3300nmから3400nm付近におけるメタン分子の12Cと13Cのスペクトル計測を行った。スペクトルの計測には、LiNbO3結晶の素子温度制御と、シグナル光として用いている半導体レーザーの波長掃引による方法とが考えられるが、より精密かつ安定した波長制御のためには、後者の方法が有利であることが分かった。

半導体レーザーへの注入電流をファンクションジェネレータによりディザリングしつつ、長光路セルからの出力光強度をインジウムアンチモン(InSb)素子により検出した。InSb素子からの出力をロックインアンプへ導入して2f検波を行った。メタンの検出に適切な回転線は、2前年度までに精査済みのHITRANデータベースの情報を参考にした。メタン分子の3300nm付近における振動回転線は、状態密度が高いため、なるべく高いエネルギー分解能の光源が必要であることはもちろん、ガス試料の減圧によるスペクトルの圧力広がりの抑制が重要となる。そこで、セル内全圧を1.4 kPaまで減圧し、12Cと13Cのメタンのスペクトルを分離することができた。長光路セルや反射防止コーティング付きの特殊光学ミラーは、除振効果のあるボード上に配置し、外部からの振動による計測への干渉を防いだ。さらに、フィールド実験により、閉鎖循環型チャンバー法を用いて12CH4のフラックスを計測した。計測は、滋賀県大津市にある京都大学桐生水文試験地にて実施した。閉鎖循環型チャンバーは通常は大気開放されているが、フラックス計測時のみカバーを閉じて閉鎖系とした。微粒子除去のフィルターを経由して、質量流量制御器とダイヤフラムポンプを用いて循環系の流量を1.8 L min-1程度に安定制御した。当初の予定どおり、導波路型波長変換デバイスを用いて、中間赤外光の効率的な発生に漕ぎ着けることができた。また、光学部品や真空部品を本課題の経費により購入し、独自に組み立てを行った結果、中間赤外光の損失が小さいことを確認し、24年度以降の研究計画へスムーズな橋渡しをすることができた。また、分子分光データベースの精査により、非常に高感度なメタンのセンシングに有利な遷移を抽出できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。フィールド試験中に落雷によると思われる機器の不具合が発生したものの、雷サージ保護機能付きの無停電電源の利用や、測定機器のボードの交換等により、当初計画を遂行することができた。おおむね順調に研究が進んでおり、申請時の計画通りに推進する。研究計画の変更あるいは研究遂行上の問題点は特に無い。メタン分子の計測感度の向上と、同位体比計測の安定化を目指して、システム改良を進める。また、植生からのメタンフラックスの計測を目指して、チャンバーシステムのフラックス計測精度の評価を行う。研究遂行上の問題は特にない。
災害・緊急時の使用を目的としたポータブル骨形状可視化システムの開発

目的:本研究の特色は、骨形状可視化を目的としたポータブルな計測システムを開発する点である。従来、骨形状可視化にはX線CT等が用いられてきたが、ポータブルではない上に侵襲的である。そこで、本研究では超音波デバイスによって骨形状の可視化を実現する。前年度までに、以下の二つの技術開発を行った。(1)骨表面・裏面検出に最適な超音波デバイスの開発、(2)超音波デバイスと3次元電磁センサ技術を用いた参照点による骨形状の構築。本年度は、さらに骨の内部の状態を診断する超音波システムの開発を目的とする。実験:実験では、ウシ長管骨内にある全人工股関節置換術で用いられる髄内釘の状態を診断した。具体的には髄内釘を固定する横穴の位置の検出を行った。手法としては、取得される超音波波形の特徴をIF-THENルールで表現し、ファジィ推論を行う事で、骨の下にある物質の状態推定を試みた。超音波探触子は前年度の研究から0.8-3MHzの帯域が最適である事が判明しており、本実験では1MHzを用いた。結果:実験では、骨の下にある髄内釘の二つ穴を対象とし、スキャン間隔や用いる髄内釘など異なる条件で5回行った。全ての実験において、両方の穴を検出し、3mm前後の誤差で検出する事ができた。しかしながら、実験では、スキャンする軸に対して、髄内釘の設置に角度をつけると誤差が大きくなる事が分かった。今後の課題と応用:これまでの結果より、研究課題であった骨の形状及び骨内部の状態を超音波装置によって検出できることが分かった。最終年度の実験では、超音波を伝播するために、水槽内で実験を行ったが、臨床応用できるように直接接触にて行えるように改良する必要がある。今後の展開としては、超音波のポータブル性・非侵襲性などの特性を生かせる救急医療等への応用が考えられる。目的:超音波デバイスと3次元電磁センサ技術の融合によって災害緊急現場に有用な、ポータブルで非侵襲の骨形状可視化システムを構築する点である。本年度においては、以下の二つの技術開発を行った。(1)骨表面・裏面検出に最適な超音波デバイスの開発、(2)超音波デバイスと3次元電磁センサ技術を用いた3次元形状の構築。実験:(1)骨形状可視化に最適な超音波デバイスの選定・開発を行った。1MHzから10MHzまでの複数の探触子を用意し、比較実験を行った。実験は屍体の大腿骨を対象に行った。(2)3次元電磁センサ設置可能な超音波探触子台座を作成した。台座の6自由度(位置・姿勢)をリアルタイムに取得し、探触子から送信される超音波の3次元空間上におけるビーム路程を求めた。複数のビーム路程のデータより反射波の位置情報を得、それを組み合わせることで対象物体の3次元形状を求めた。本実験では屍体の大腿骨骨幹部を円周方向に走査を行った。大腿骨の空間上の位置情報を正確に取得するために、大腿骨側にもK-Wireを用いて、3次元電磁センサを直接設置した。結果:(1)0.8-3MHzの広帯域探触子で、大腿皮膚表面から送信した超音波信号が大腿骨表面及び裏面からの反射波まで捕らえることができた。その分解能は約1.0mmで、他の周波数領域の探触子より、エネルギーの伝搬性及びS/N比が高く、本研究に最適と判明した。

(2)第一反射波が大腿骨表面からの反射波と推定され、第一反射波を抽出して3次元空間上でつなぎあわせることで、実際の骨形状に近似した形状の検出が可能であった。目的:本研究の特色は超音波デバイスと3次元電磁センサ技術の融合によってポータブルで非侵襲の骨形状可視化システムの構築を可能にする点である。前年度において、以下の二つの技術開発を行った。(1)骨表面・裏面検出に最適な超音波デバイスの開発、(2)開発した超音波デバイスと3次元電磁センサ技術を用いた3次元形状の構築。しかし、屍体実験を行う事で、大腿骨内外上顆周辺のような軟部組織が非常に薄い場合、骨表面からの反射波が超音波の送信波と重畳され、分離困難な状態になる事が分かった。本年度は、そのような状況においても骨表面の検出可能なデバイスの開発を目的とする。実験:軟部組織が非常に薄く、骨表面と超音波探触子表面との距離が非常に近接している場合にも、骨表面を検出可能なシステムの改良を行った。手法としては、超音波探触子表面に一定の厚さを持ったギャップを追加する事で、送信波との重畳の回避を試みた。超音波探触子は前年度で選定した0.8-3MHzの広帯域の探触子を用いて行った。対象としては、献体された屍体膝を用いて行った。結果:課題であった大腿骨内外上顆周辺の軟部組織が非常に薄い献体においても、表面近傍の骨表面からの反射波の検出が行えた。しかしながら、超音波探触子表面にギャップを追加した事で、骨表面に対して垂直に超音波を送信できなかった場合に、ギャップ内において乱反射となり、超音波探触子表面まで到達できない現象が見られた。目的:本研究の特色は、骨形状可視化を目的としたポータブルな計測システムを開発する点である。従来、骨形状可視化にはX線CT等が用いられてきたが、ポータブルではない上に侵襲的である。そこで、本研究では超音波デバイスによって骨形状の可視化を実現する。前年度までに、以下の二つの技術開発を行った。(1)骨表面・裏面検出に最適な超音波デバイスの開発、(2)超音波デバイスと3次元電磁センサ技術を用いた参照点による骨形状の構築。本年度は、さらに骨の内部の状態を診断する超音波システムの開発を目的とする。実験:実験では、ウシ長管骨内にある全人工股関節置換術で用いられる髄内釘の状態を診断した。具体的には髄内釘を固定する横穴の位置の検出を行った。手法としては、取得される超音波波形の特徴をIF-THENルールで表現し、ファジィ推論を行う事で、骨の下にある物質の状態推定を試みた。超音波探触子は前年度の研究から0.8-3MHzの帯域が最適である事が判明しており、本実験では1MHzを用いた。結果:実験では、骨の下にある髄内釘の二つ穴を対象とし、スキャン間隔や用いる髄内釘など異なる条件で5回行った。全ての実験において、両方の穴を検出し、3mm前後の誤差で検出する事ができた。しかしながら、実験では、スキャンする軸に対して、髄内釘の設置に角度をつけると誤差が大きくなる事が分かった。今後の課題と応用:これまでの結果より、研究課題であった骨の形状及び骨内部の状態を超音波装置によって検出できることが分かった。最終年度の実験では、超音波を伝播するために、水槽内で実験を行ったが、臨床応用できるように直接接触にて行えるように改良する必要がある。今後の展開としては、超音波のポータブル性・非侵襲性などの特性を生かせる救魚医療等への応用が考えられる。
和辻哲郎の思想と学問に関する基礎的研究

2年間の研究の第2年度にあたる本年度は、前年度に引き続いて、法政大学所蔵和辻哲郎文庫の蔵書内容について詳細な調査を行ない、すべてを完了した。調査対象の内には、平成3年12月に和辻家より追加寄贈された分、1556册も含まれる。前年度同様、蔵書中の書き込みの重要な箇所を、重要度をA、B、C、の3段階に区分して、マイクロフィッシュに収録した。前年度分をも含むその總結果は次のごとくである。蔵書総数(雑誌を除く)、和書4197册、洋書1523册。マイクロフィッシュ収録書数、和書A43、B213、C398册、洋書A39、B152、C317册。この基礎的作業を終了したのち、各研究分担者は、そこからえられた知見をもとに、「和辻哲郎の思想と学問」の根本特徴の新しい解明という共通の研究課題について、夫々の関心と角度から新しい光を投じるよう研究を遂行した。その過程で各自の研究を持ち寄り、相互に検討した。こうして出来上ったのが、研究成果報告書中の5論文である。それらの論文は、和辻哲郎の思想形成の初期段階から、昭和10年代の和辻倫理学の思索、特に人倫的組織についての思索をへて、戦後の昭和20年代の歴史哲学的思索に至るまでの時期に広がっている。内容面からみると、和辻の実存思想との関わりや、日本の伝統芸術への傾倒、『日本古代文化』の研究、そしてカント、ヘーゲルの研究、さらにヘルダーとの取り組みや未開社会への関心など、様々の問題を扱っている。多岐にわたるが、綱羅的ではないし、今後のさらなる研究の進展のための第一着手にすぎない。しかしそれらは将来、和辻思想の新しい、活力にみちた全体像を作りあげるための手がかりを与えるものとなることを、意図している。本年度は2年計画の研究の1年目であるので、まず法政大学所蔵和辻哲郎文庫(和書3151册、洋書1521册、和雑誌20種103册、洋雑誌15種53册)の全書物について、内容を調査し、重要箇所を選定して、マイクロフィッシュに収録することに全力を傾注した。和辻哲郎文庫の最大の特色は、蔵書中の大量の書物に夥しい書き込みや傍線や符号その他が見られることにある。それらは一種のノ-トの性格をもち、内容的に多くの示唆を含むだけでなく、和辻のテキスト読解の仕方や研究書の読み方や様々な思索・研究のプロセスを生々しく告げている。それらは和辻の思想生成の秘密を解く手がかりを与える。そうした書き込みはほとんどすべて鉛筆で記されているので、重要箇所をマイクロフィッシュに収録する必要は一層大きい。さて同文庫中洋書については、全体の約3分の2の分量が前年(平成2年)度法政大学研究助成金によって調査済である。今回はその約3分の1の未調査分と、和書全体の約90%とについて、内容調査を行い、マイクロフィッシュに収録した。調査方法としては、各研究者の分担区分を行い、夫々担当範囲の書物について書中の書き込みや傍線の多少を目安にして重要箇所を選定した。マイクロ化のための書物の重要度を、A、B、C、D、の4段階に分けた。Aは、書き込みや傍線がほとんど書物全体にわたり、全ペ-ジを収録するもの。Bは、書き込み等が書物の半分程度にみられ、その箇所のみを収録するもの。Cは、書き込み等が書物の3分の1以下で、その箇所のみ収録するもの。

Dは、書き込み等が全然又はほとんどなく、収録しないもの。その結果は次の通りである。洋書A10册、B48册、C174册。和書A18册、B161册、C320册。なお平成3年12月、和辻家より和辻哲郎蔵書残部1556册が法政大学に寄贈された。この整理調査は次年度行う予定である。2年間の研究の第2年目にあたる本年度は、前年度に引き続いて、法政大学所蔵和辻哲郎文庫の蔵書内容について詳細な調査を行ない、すべてを完了した。調査対象の内には、平成3年12月、和辻家より追加寄贈された分、1556冊も含まれる。前年度同様、蔵書中の書き込みの重要な箇所を、重要度をA、B、C、の3段階に区分して、マイクロフィッシュに収録した。前年度分をも含むその總結果は次のごとくである。蔵書總数(雑誌を除く)、和書4197冊、洋書1523冊。マイクロフィッシュ収録書数、和書A43、B213、C398冊、洋書A39、B152、C317冊。この基礎的作業を終了したのち、各研究分担者は、そこからえられた知見をもとに、「和辻哲郎の思想と学問」の根本特徴の新しい解明という共通の研究課題について、夫々の関心と角度から新しい光を投じるよう研究を遂行した。その過程で各自の研究を持ち寄り、相互に検討した。こうして出来上ったのが、研究成果報告書中の5論文である。それらの論文は、和辻哲郎の思想形成の初期段階から、昭和10年代の和辻倫理学の思索、特に人倫的組織についての思索をへて、戦後の昭和20年代の歴史哲学的思索に至るまでの時期に広がっている。内容面からみると、和辻の実存思想との関わりや、日本の伝統芸術への傾倒、『日本古代文化』の研究、そしてカント、ヘーゲルの研究、さらにヘルダーとの取り組みや未開社会への関心など、様々の問題を扱っている。多岐にわたるが、網羅的ではないし、今後のさらなる研究のための第一着手にすぎない。しかしそれらは将来、和辻思想の新しい活力にみちた全体像を作り上げるための手がかりを与えるものとなることを、目指している。
高速シーケンスによる一卵性双生児双極性障害不一致例における遺伝子変異の探索

双極性障害(躁うつ病)は、遺伝子を基盤として発症する疾患であるが、その原因は未だ明らかではない。これまで連鎖解析、候補遺伝子の関連解析、および全ゲノム関連解析などによって、さまざまな所見が報告されてきたが、未だ明確な原因遺伝子あるいは遺伝的危険因子が同定されたとは言い難い状況にある。双極性障害の原因遺伝子を探るためには、これまでの遺伝性疾患とは異なったアプローチによる研究も必要である。そこで本研究では、一卵性双生児不一致例におけるゲノム差異を調べることにより、双極性障害の原因遺伝子変異を探索した。書面にて説明の上同意が得られた一卵性双生児双極性障害不一致例1ペアの培養リンパ芽球由来DNAを用いた。昨年は、NimbleGen社のエクソンキャプチャーアレイおよびRoche社の次世代シーケンサー454を用いて、Titanium試薬により、1サンプルにつき1ランを行った。その結果、平均カバレージは4.2×であり、充分とは言えなかった。そこで今年度は、Agilent社のSure Selectエクソンキャプチャーアレイを用いて、全エクソンに対応するDNA領域を濃縮したのち、Illumina社のGenome Analyzer IIを用いてシーケンスを行ったところ、充分なカバレージでのリードが得られた。当初CLC Genomics Workbenchでの解析を行ったが、不一致SNPの検出に難があるため、Avadis NGSソフトウェアに切り替えて、更なる解析を行っているところである。未だ解析中であるが、これまでの予備的な検討では、予想外に多くの不一致なSNPが検出されており、病気の不一致の原因となる遺伝子変異を特定するまでには至っていない。更なる絞り込みが必要と考えられた。これまで連鎖解析、候補遺伝子の関連解析、および全ゲノム関連解析により、さまざまな所見が報告されてきたが、未だ明確な原因遺伝子あるいは遺伝的危険因子が同定されたとは言い難い状況にある。双極性障害の原因遺伝子を探るためには、これまでの遺伝性疾患とは異なったアプローチによる研究が必要である。書面にて説明の上同意が得られた一卵性双生児双極性障害不一致例1ペアの培養リンパ芽球由来DNA20μgを用いて、NimbleGenエクソンキャプチャーアレイにより、全エクソンに対応するDNA領域を濃縮した。その結果、157178倍の濃縮が得られた。このサンプルを用いて、次世代シーケンサー、Roche 454を用いて、Titanium試薬により、1サンプルにつき1ランのシーケンス解析を行った。マップされたリードは92.3%であり、平均カバレージは4.2×であった。標準配列と異なるSNPは46646あり、このうち、2名ともでカバレージが4×以上のSNPは15167であった。健常者では全リードが標準配列であるのに対し、双極性障害患者で30%以上変異を示したSNPが173個あった。この中には、近傍に連続して所見が見られる部分が数カ所あり、染色体異常を反映している可能性も考えられた。今後、リード数を増やして、解読可能な部分を増やすと共に、これらの結果をPCR-ダイレクトシーケンスによる確認を行う予定である。
ADHDの親子中間表現型(認知,脳画像)の特定及び子への行動特性移行に関する研究

本研究は、注意欠如・多動性障害(attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)を有する児及びその親の両方に、近赤外光脳機能イメージング装置(NIRS)による脳機能画像データと複合ルール課題を中心とした神経心理学的指標(課題の正答率と反応時間)を測定し、ADHDに特有な遺伝的形質と捉えられる「中間表現型」を明らかにすることに加え、親の中間表現型あるいはADHD的行動特性(症状)が子のADHD的問題行動(症状)に与える影響について検討する。現在、ADHDの病態に関連が想定される複合処理能力を評価する課題(複合的ルールマネージメント課題)を作成(Haradaら、SciRepo,2018)し、子どもで複合的な認知処理が可能となる時期を明らかにした。これに加え、健常成人を対象として本課題の脳機能評価をNIRSを用いて実施し、両側の運動前野、腹外側前頭前皮質、背外側前頭皮質、吻外側前頭皮質を含む広域的な脳活動の関連が認められた。この結果は、fNIRS2018にて発表を行った。子どもの認知発達を評価できる課題を作成し、その結果を明らかにすることができた。また、この課題を用いて成人の脳機能の評価はすでに終了している。子どもの脳機能の計測のためのヘルメットの調節なども終了し、今後は、小児のデータを採集し、結果を検討していくだけとなっている。現在まで、課題と健常成人の脳機能評価をNIRSを用いて実施し、結果を得た。今後は、子どもで特徴的に賦活する領域を検討するために、小児のデータをさらに採集し、成人データとの比較検討を実施していく予定である。子、およびWebを通した外部からの被験者(ADHD群のみ)を対象に、ADHD徴候に関連する複合ルール課題遂行中の脳内機構を明らかにし、様々は評価尺度との関連について検討する。現在までのところ、本研究で使用する複合ルール課題遂行中の脳内機構をNIRSを用いて成人及び小児で明らかにするために、課題数や提示時間などを調整し主課題で得られるデータから、コントロール課題のデータを差し引く形で、複合ルール課題特有の皮質の賦活を抽出する方法を確立した。この方法用いて、前頭前野および運動前野領域を両被験者で計測できるように設定し、課題遂行に関連する皮質の賦活領域の同定および差異について、成人約50名と小児現在までに約10名のデータ採取が終了しているので、これらの検討を始めている。今後は、小児のデータをさらに成人群と同様な数の被験者をリクルートし、複合ルール課題遂行中の脳内機構(成績、脳賦活領域、それらの関連について)を成人及び小児で明らかにし、それらの差異を検討する。その後は、浜松母と子の出生コホート(Hamamatsu Birth Cohort for Mothers and Children [HBC])にエントリーしている親子、およびWebを通した外部からの被験者(ADHD群のみ)を50名程度募集する。その結果をもとに、ADHD徴候に関連する複合ルール課題遂行中の脳内機構の差を小児定型群と比較し、これらの違いを明らかにする。さらに、このような脳内機構がどのような心理的評価尺度と関連しているのかについても検討していく。脳機能計測は、本年度に購入を予定していた携帯型近赤外線組織酸素モニタPocketNIRSを使用して実施する計画であったが、外部から多チャンネル近赤外装置を借りて測定可能となったため、購入する必要がなくなった。今後は、その費用を使用して、さらに多くの被験者のリクルートが可能となったことから、被験者の謝金および測定に必用な備品購入などに充てる。
アジア展開における中小企業の経営自立化のメカニズム研究

本研究は中小製造企業の国際戦略における、下請中小企業からの脱皮と、それによる経営の自立化のメカニズムを解明するものである。研究対象は、1ASEAN5か国+中国(雲南省、広西チワン族自治区)が関わる大メコン圏地域、2市場として期待される中国、3北東アジア6か国が関わる広域図們江地域とする従来の産業集積を超える新たな創造的国際地域連携の実証研究を行う。また、海外展開(輸出、進出)企業数の多い製造業、流通業、サービス業の3業種の研究を中心に、アジア展開の各段階において中小企業の脱下請けの経営自立化の研究に焦点を当てる。初年度(平成30年度)はまず文献の収集と分析、および先行研究の考察を中心に行った。特に経済産業省の海外事業活動基本調査、中小企業庁の白書・統計情報、及びジェトロが発表した各種調査レポート・報告書に基づいて、研究者や日本企業の海外進出実務家を招き、定期的に研究会を行い、質疑を通して意見交換の場として全4回開催した。また、中国の深センへの視察訪問、そして広西チワン族自治区南寧市で開かれた中国・東南アジア諸国連合(ASEAN)博覧会に参加し、中国やベトナムの現地調査を通して、東アジアにおける産業実態や国際分業構造、イノベーションなどの分野における提携をさらに強めているなどを明らかにした。本年度の研究実績については経営行動研究学会、研究・イノベーション学会、情報システム学会、中国経済経営学会など学会発表6件(うち国際会議1件)である。さらに企業調査及び分析の研究成果を学会での報告や論文投稿をしていく。まず、初年度に必要な研究資料の収集作業が順調に進んだことが挙げられる。その結果に基づいて、アジア展開における中小企業の経営自立化の仮説を立てて、今後海外における企業インタビュー調査の実施を進めることができた。また、研究者や日本企業の海外進出実務家を招き、質疑を通して意見交換の場として全4回開催した。さらに、中国の大学や研究所を訪問し、研究者との研究討議を2回を実施した。中国南部地域の深セン市を訪問し、広西チワン族自治区南寧市に開催する中国・東南アジア諸国連合(ASEAN)博覧会に参加し、中国やベトナムの現地調査を通して、大メコン圏とする従来の産業集積を超える新たな創造的国際地域連携の海外進出戦略の考察を試みる。本年度の研究実績については以下の通りである。学会発表5件、国際シンポジウム1件。現在、これらの調査内容についての詳細の分析をおこなっており、近々論文として報告する予定である。今年度は基本的には前年度計画を踏襲する。研究メンバーは各自の専門課題についての研究を展開し、学際的なモデル化・概念化を図る。今までの成果をさらに発展させて、令和3年春には、最終成果として単行本の形で発行することを目標としている。前年度は研究分担者1名の海外調査が未実施。未使用額は次年度の研究調査の旅費として使用する。

研究メンバーは各自の専門課題についての研究を展開し、学際的なモデル化・概念化を図る。今までの成果をさらに発展させて、令和3年春には、最終成果として単行本の形で発行することを目標としている。前年度は研究分担者1名の海外調査が未実施。未使用額は次年度の研究調査の旅費として使用する。本研究の予算は主に旅費として使用する。未使用額が次年度の研究調査の旅費として使用する。
形質膜イオン輸送体近傍から発信する細胞内シグナル増幅機構の解明

研究開始当初に多くの問題点が明らかになり、NHE1に関連する研究を大幅に軌道修正したが、研究はおおむね順調に進行した。(1)心不全を起すNHE1のTgマウスにおいて、ベータブロッカーは病態の改善傾向があった。(2)培養心筋細胞を用いた研究により、NHE1結合タンパク質CHP3はGSK3betaのリン酸化を抑制することによって、心肥大を負に制御する因子であることが示唆された。(3)CHP3の遺伝子欠損マウスを用いた研究により、CHP3は低酸素刺激によって発現量を調節することで心肥大を制御する重要な分子となる可能性が示唆された。本研究は、「形質膜にあるイオン輸送体の活性化によって膜近傍で起こるイオン濃度変化が下流の酵素をどのように特異的に活性化し、シグナル伝達を増幅させるか」に主眼をおいた研究計画である。特に、私たちがこれまで行ってきた細胞膜Na+/H+交換輸送体NHE1の活性化が心臓におけるシグナル伝達やその結果として起こる心機能調節や心筋リモデリングをどのように増幅しているかという点を明らかにすることである。平成26年度は、NHE1の活性化が細胞膜cAMP合成酵素の活性を増幅し下流に伝達されるかどうかという点を検討した。新生児ラット培養心筋細胞をベータ-1受容体アゴニストであるイソプレテレノール(Iso)で刺激し、cAMP依存性リン酸化酵素によるホスホランバン(PLB)のリン酸化を測定した。アデノウイルスでNHE1を高発現した心筋細胞を様々な条件(11000nM、110分、ホスホジエステラーゼ阻害剤IBMXが存在する場合としない場合)でIso処理し、PLBのリン酸化を調べたところ、いずれの条件においてもNHE1発現が有意な影響を及ぼすことを確認することはできなかった。受容体刺激とPLBリン酸化との間には複数の分子が介在するので、実際にはcAMPの直接測定を行う必要がある。上述の予備実験の結果では、NHE1の有意な効果を検出することは容易ではなく、本計画の細胞を用いて行う多くの実験にかなりの困難が予想される。本研究は、申請時には「形質膜にあるNa+/H+交換輸送体(NHE1)などのイオン輸送体の活性化によって膜近傍で起こるイオン濃度変化が下流の酵素をどのように特異的に活性化し、シグナル伝達を増幅させるか」に主眼を置いていた。しかし、平成26年度行った予備実験の結果、cAMPやカルシニュリンなどのNHE1下流の細胞内酵素の活性変化を検出することは、シグナル強度が予想以上に弱く、困難を極めた。そこで平成27年度は考え方を180度転換し、動物モデルを用いてまず大枠を抑える実験を行い、その結果を見てシグナル系の詳しい解析に進むことにした。まず、NHE1の活性化変異体を心臓特異的に発現し、細胞内Ca2+濃度が持続的に高く、著明な心肥大・心不全を発症するトランスジェニック(Tg)マウスを用いて、べータ受容体遮断薬(カルベジロール)の投与群非投与群と比較し、べータ受容体遮断薬投与により心不全病態の改善が起こるかどうかを検討した。NHE1-Tgマウスの心臓は20日齢から有意な心筋細胞の肥大を示し、心筋細胞の壊死・脱落それに伴う線維化など拡張型心筋症様の形態を呈すことから、20日齢のNHE1-Tgマウスを用いて、カルベジロールを5週間経口投与し、その有効性を検討した。心エコーならびに心カテーテルによる心機能評価によりカルベジロールを5週間経投与した群では心機能を改善と死亡率を改善する傾向が見られた。この薬剤の病態改善効果を確認するにはさらなる実験が必要であるが、NHE1-Tgマウスを交配によって数多く準備することが極めて難しく短期間で研究を進めることは極めて困難であった。そこで、本研究を進めることと並行して、心臓特異的に発現するCHP3という蛋白質の病態解析を進めるべく、ノックアウト(KO)マウスを作製した。本計画は、当初分子レベルの研究を目指して進んでいたが、実験の困難さのため、研究が予想どおりには進展せず、NHE1下流酵素の活性増幅機構→NHE1のTgマウスの薬理作用→NHE1と関連の深いCHP3のKOマウスの解析、というように2回の大きな方向転換を余儀なくされた。平成27年度中にはCHP3のKOマウスを作成し終え、その解析を進めてきており、今後順調に進むものと思われる。私は平成28年4月より国立循環器病研究センターより大阪医科大学に移籍した。動物実験は国立循環器病研究センターとの共同で行うが、私は大阪医科大学でKOマウスから単離した培養心筋細胞を用いた実験を行う。本計画は、当初分子レベルの研究を目指して進んでいたが、実験の困難さのため、研究が予想どおりには進展せず、NHE1と関連の深いCHP3のKOマウスの解析と培養した心筋細胞での実験を進めた。今回の研究対象であるCHP3(tescalcinとも呼ばれる)はCa2+依存性脱リン酸化酵素カルシニューリンのBサブユニットと相同性が高く、EF-hand型カルシウム結合モチーフおよびN末端ミリストイル基を有する蛋白質であり、NHE1のサブユニットである。3つのアイソフォーム(CHP13)のうち、CHP3はNHE1との相互作用は弱いが心臓に高発現することから、心臓では少なくとも何か別の心臓特有の機能を担っている可能性がある。

そこで、CHP3-KOマウスに低酸素負荷(8%O2)を与えたところ、興味深いことに、野生型マウスでは起こらない左心室肥大(右心室肥大に加えて)が生じることがわかった。その際、野生型マウスの心臓におけるCHP3の発現は低酸素で著しく低下した。さらに、新生仔マウス心筋細胞においても、1%低酸素条件下においてCHP3の発現は著明に減少した。これらの結果により、CHP3は発現量を調節することによって、慢性低酸素による心肥大に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。低酸素負荷では一般的に力学的負荷が強くかかる右心室で肥大が見られるが左心室の肥大は顕著ではない。今回の結果は、血中の低酸素刺激が左心室にも作用すること、そのシグナルの下流にはCHP3が関与することを示唆している。研究開始当初に多くの問題点が明らかになり、NHE1に関連する研究を大幅に軌道修正したが、研究はおおむね順調に進行した。(1)心不全を起すNHE1のTgマウスにおいて、ベータブロッカーは病態の改善傾向があった。(2)培養心筋細胞を用いた研究により、NHE1結合タンパク質CHP3はGSK3betaのリン酸化を抑制することによって、心肥大を負に制御する因子であることが示唆された。(3)CHP3の遺伝子欠損マウスを用いた研究により、CHP3は低酸素刺激によって発現量を調節することで心肥大を制御する重要な分子となる可能性が示唆された。研究計画では、形質膜輸送体NHE1活性化の結果として起こる微小環境におけるイオン濃度変化がその周辺に局在する酵素を特別に活性化し、下流のシグナルに伝達されるかどうかを明らかにすることであった。ところが、cAMPシグナリングに関する予備実験の結果、NHE1高発現の効果が予想以上に小さく、有意な差を見出すことができなっかった。論文で発表しているように、蛋白質脱リン酸化酵素カルシニュリンに関しては、NHE1→下流シグナル増幅を検出できるので、申請者らはそのような機構が他にもあることを信じているが、それを検出することは実験的には相当困難と思われる。最終年度は、NHE1-Tgマウスの繁殖を継続するかたわら、NHE1とも密接な関連があるCHP3のKOマウスを用いた実験をメインに行うことに方針転換する。NHE1のC-末端領域は活性の調節に重要な役割を果たしているが、これには様々なタンパク質が関与していることが知られている。その一つにCa2+結合蛋白質であるカルシニュリンB様蛋白質(CHP)があり、その一つのアイソフォームCHP3は主に心臓に発現している。CHP3のKOマウスは順調に繁殖できるので、まずCHP3欠損マウスを用いて心肥大・心不全におけるCHP3の役割を解析する。CHP3のKOマウスは心臓の形態および心機能は野生型マウスとほぼ変わらなかった。平成27年度は、CHP3のKOマウスにさまざまな慢性負荷(カテコールアミン投与、大動脈狭窄、低酸素)を行い、心エコーや心カテによる心機能測定とさまざまな遺伝子の発現や蛋白質リン酸化などを検討することにする。また、CHP3-KOマウスより心筋細胞を単離し、培養系においてもさまざまな負荷実験を行う。培養系の有利な点を活かして、遺伝子発現実験、細胞内イオン動態解析を進める。最終的に、申請時の目標であった「形質膜にあるイオン輸送体から下流の酵素へのシグナル伝達」の仕組みを動物個体を含めた大枠で捉えることにしたい。分子細胞生理学研究計画では、NHE1とその下流のあらかじめ予想したシグナル分子との関係を研究する方向性であった。
オリゴ糖鎖をもつ細胞認識高分子の機能設計

オリゴ糖や多糖の、分子認識・細胞認識に基づく精妙な分子生体機能の本質を、分子レベルあるいは細胞レベルで解明することや、その基盤に立って、新しい生医学材料や生理・薬理活性物質を創出することは、緊急かつ重要な研究課題である。本研究では、ガラクト-ス、マンノ-ス、およびNーアセチルグルコサミンを細胞認識糖鎖として活かして、高分子物質の機能デザインの展開を図った。次の6項目の新規細胞特異性高分子材料を開発した。1.細胞認識信号であるNーアセチルグルコサミンを側鎖にもつ高分子量のポリスチレン誘導体を合成した。2.ラクト-ス置換スチレンモノマ-のテロメル化により、およそ、1から10の重合度からなるオリゴマ-を調製した。アシアロ糖タンパク質レセプタ-との相互作用を詳細に調べるためのモデルとなる。3.アンヒドロ糖誘導体の開環重合法を二糖に応用して、主鎖も側鎖もマンノ-スからなる完全に制御された構造の櫛形分枝多糖を得た。この合成マンナンとレクチンとの相互作用を二重拡散沈降法により調べて、酵母マンナンと比較することにより、構造の特徴を明らかにした。4.開環重合に隣接基関与を組み込んで(1→6)ーβーDーガラクトピラナンの合成に成功した。モノクロナ-ル抗体と反応して興味深い機能を発現することが期待される。5.両親媒性の星型グラフト糖質重合体をマクロモノマ-法により合成した。βーメルカプトプロピオン酸をテロゲンとして用いて、新規糖質ビニル化合物であるグルコ-ス=エチルメタクリレ-トのテロマ-化を行った。末端のカルボキシル基をpービニルベンジルアミンで処理してマクロマ-を調製し、その単独重合を行った。6.ラクト-スおよびマルト-スの還元性末端を1,4ージアミノブタンで処理して、アミノ基をもつラクト-ス誘導体を調製し、ポリグルタミン酸のカルボキシル基とカップリングさせて、オリゴ糖鎖をもつポリペプチドを合成した。細胞における複合多糖の機能の解明が進むにつれて、分子認識・細胞認識機能物質としてのオリゴ糖や多糖の重要性が一段と注目されいる。オリゴ糖や多糖の、分子認識・細胞認識に基づく精妙な分子生体機能の本質を分子レベルあるいは細胞レベルで解明することや、その基盤に立って、新しい生医学材料や生理・薬理活性物質を創出することは、緊急かつ重要な研究課題である。すでに、ラクト-スを側鎖にもつポリスチレンが、肝細胞とガラクト-ス特異的な相互作用を発現することによって、その培養材料として優れた特性をもつことを明らかにした。本研究ではさらに、ガラクト-ス、マンノ-ス、およびN-アセチルグルコサミンを細胞認識糖鎖として活かして、高分子物質の機能デザインの展開を図った。次の4項目の新規細胞特異性高分子材料を開発した。1.N-アセチルグルコサミンは、とくに重要な細胞認識信号である。これを側鎖にもつ高分子量のポリスチレン誘導体を合成した。2.ラクト-スおよびマルト-スの還元性末端を1、4-ジアミノブタンで処理して、アミノ基をもつラクト-ス誘導体を調製し、ポリグルタミン酸のカルボキシル基とカップリングさせて、オリゴ糖鎖をもつポリペプチドを合成した。

3.アンヒドロ糖誘導体の開環重合法を二糖に応用して、主鎖も側鎖もマンノ-スからなる完全に制御された構造の櫛形分岐多糖を得た。この合成マンナンとレクチンとの相互作用を二重拡散沈降法により調べて、イ-スト菌マンナンと比較することにより、構造の特徴を明らかにした。4.1、6-アンヒドロガラクト-ス誘導体のカチオン開環重合に隣接基関与を応用して、(1→6)-β-D-ガラクトピラナンの合成に成功した。モノマ-反応性の向上と高分子量重合体の合成を試みた。生成物はモノクロナ-ル抗体と反応して興味深い機能を発現することが期待される。細胞における複合多糖の機能の解明が進むにつれて、分子認識・細胞認識機能物質としてのオリゴ糖や多糖の重要性が注目されている。オリゴ糖や多糖の、分子認識・細胞認識に基づく精妙な分子生体機能の本質を、分子レベルあるいは細胞レベルで解明することや、その基盤に立って、新しい生医学材料や生理・薬理活性物質を創出することは、緊急かつ重要な研究課題である。すでに、ラクト-スを側鎖にもつポリスチレンが、肝細胞とガラクト-ス特異的な相互作用を発現することによって、その培養材料として優れた特性をもつことを明らかにした。本研究ではさらに、ガラクト-ス、マンノ-ス、およびNーアセチルグルコサミンを細胞認識糖鎖として活かして、高分子物質の機能デザインの展開を図ってきた。本年度は次の3項目の新規細胞特異性高分子材料を開発した。1 1,6ーアンヒドロガラクト-ス誘導体のカチオン開環重合に隣接基関与を応用して、(1→6)ーβーDーガラクトピラナンの合成に成功した。生成物は、モノクロナ-ル抗体と反応して興味深い機能を発現することが期待される。2両親媒性の星型グラフト糖質重合体をマクロモノマ-法により合成した。βーメルカプトプロピオン酸をテロゲンとして用いて、新規糖質ビニル化合物であるグルコ-ス=エチルメタクリレ-トのテロマ-化を行った。末端のカルボキシル基をpービニルベンジルアミンで処理して、マクロマ-を調製し、その単独重合を行った。3ラクト-ス置換スチレンモノマ-のテロメル化とHPLC分析により、およそ1から10の重合度からなるオリゴマ-を調製した。アシアロ糖タンパク質レセプタ-との相互作用を詳細に調べるためのモデルとなる。
初代銀河形成の数値シミュレーション

近年、高赤方偏移銀河の観測が精力的に行われているが、その重元素の獲得過程と星質量分布は未だに明らかになっていない。本研究では、金属量と星質量の関係に着目し、初期宇宙において形成される星の質量について調べた。今のところ、銀河系ハロー中の長寿命星の観測から、初代星は大質量星(1太陽質量以上)であり、宇宙の金属量が増加する過程で最初の小質量星が形成されたことが示唆されている。これを確かめるため、様々な金属量(百万分の一千分の一太陽金属量)を持つガス雲の重力収縮過程について3次元流体計算を行い、小質量星が形成される条件を求めた。より現実的なダストモデルとして、初代星の超新星によって生成されるダストのモデルを用いた。また、分子雲中のダスト成長を初めて考慮した。4つのガス雲について計算を行った結果、各金属量に対して4個中1個のガス雲のみ分裂することが分かった。一般に、ガス雲の熱的過程による分裂は、まず放射冷却によって球対称崩壊に対して不安定となり、ガスが伸長することによって起こる。そして、ガス雲のアスペクト比がある値(20)に達すると、分裂が促進されることが知られている。十万分の一太陽金属量では、1つのガス雲に対してダスト冷却によるガス雲の分裂が見られた。また、一万分の一千分の一太陽金属量では、水素分子生成に伴う加熱でガスが安定化され、分裂が抑制されることがわかった。ただし、一万分の一太陽金属量の場合、1つのガス雲においてはOH分子による冷却がガスの伸長を促進し、最終的に分裂が見られた。このようにガス雲によって重要な冷却/加熱過程が異なるのは、収縮時間の違いによって断熱圧縮加熱率が異なり、収縮過程において化学反応率や各化学種の冷却率に違いが現れるためである。本研究によって、金属量だけではなく収縮時間もガスの分裂条件を決定し得ることが初めて示された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終的な目標は初代銀河の形成過程(宇宙論的な構造形成による暗黒物質の重力成長と、それに伴うガスの運動)と性質(銀河内の星の質量分布関数と、星間ガス中のダスト減光により、観測的にどのように見えるか)を知ることである。その前段階として、本年度は初代銀河を構成していると考えられる低金属量星の性質を調べた。星の性質はその金属量と質量によって決まる。金属を含まないガスの収縮により形成される初代星が比較的大質量(数10ー1000太陽質量)であるのに対し(Hirano et al. 2014)、金属量がある程度(太陽金属量の10^-5程度)含まれているガス雲が収縮すると、ダストの放射冷却によって低質量の星が形成されうることが分かった(Omukai et al. 2005, ApJ, 626, 627)。ダスト冷却は一般的に髙密度(水素原子の密度としてnH10^12ー10^15/cc)で効果的になることから、冷却によって不安定になり分裂したガスの典型的な質量(ジーンズ質量)が小さくなるためである。本研究ではまず、重力収縮するガス雲の中心領域の温度の時間発展を準解析的に計算(ワンゾーン計算)し、形成される星の典型的な質量を見積もった(Chiaki et al. 2014)。さらに、本研究では初めて、重力収縮中において気相中の金属原子がダストに降着する現象(ダスト成長)を、ガス雲の収縮と整合的に解いた。その結果、ダスト成長は効果的になる場合があることが分かった。また、金属量が太陽の10^-6.2ー10^-4.5倍のときに星質量の遷移が起きることを明らかにした。続いて3次元の流体シミュレーションによって収集するガス雲の進化を追った。球対称で等温のガス雲(Bonor-Ebert球)に10^ー6-10^-2太陽金属量の金属を与え、重力収縮に伴う温度進化をシミュレートする。その結果、ガス雲の化学進化(例えば、炭素イオンが炭素原子になり、最終的に一酸化炭素分子に変化)とダスト成長を正確に解いていることが確認された。また、ガス雲の進化を高密度(nH>10^15/cc)まで計算することができた。大質量(10--1000太陽質量)の初代星から、現在のように小質量星(0.1--1太陽質量)が形成されるようになる条件を求めている。これまでの研究により、星形成ガス雲中の金属量が上昇し、ダスト冷却率が増加することで、ガス雲の分裂が促進され、星質量の遷移が起きたことがわかっている。本研究では、初期宇宙におけるより現実的なモデルを用いて、星形成ガス雲の収縮および分裂過程を求めた。加えて、本年度は3次元シミュレーションコードの解像度を上げる方法について改良を行った。まず、先行研究では、初期宇宙におけるダストの性質(組成とサイズ分布)は簡単のため現在と同じ値を用いてきた。しかし、初期宇宙ではダストの供給が大質量の初代星の超新星に限定されることと、収縮ガス雲中のダスト成長によって、ダストの性質は現在とは異なる。本研究では、これら二つを考慮し、初期宇宙のより現実的なダストモデルを用いてガス雲のダスト冷却率による温度進化および分裂条件を準解析的に求めた。その結果、臨界金属量はモデルによっては現在のものと最大1桁程度大きくなり、ダストモデルをより厳密に考慮する必要があることが分かった。

続いて、SPH流体コードで3次元計算を行う準備として、中心部の質量解像度を上げる粒子分割という方法の改善を行った。そして、上記のダストモデルと新しい粒子分割法を実装した3次元流体コードを用い、宇宙論的シミュレーションから抽出したガス雲に現在の金属量の百万分の1と一万分の1を与えて収縮過程を計算し、ガスの分裂条件を求めた。その結果、前者はダスト冷却が不十分で分裂せず、初代星と同様に単一の原始星となる。一方、後者は、特に炭素とフォルステライトのダスト成長が急激に起きることでダスト冷却が効果的となり、円盤が分裂分裂し、低質量星が形成されることが示唆される。近年、高赤方偏移銀河の観測が精力的に行われているが、その重元素の獲得過程と星質量分布は未だに明らかになっていない。本研究では、金属量と星質量の関係に着目し、初期宇宙において形成される星の質量について調べた。今のところ、銀河系ハロー中の長寿命星の観測から、初代星は大質量星(1太陽質量以上)であり、宇宙の金属量が増加する過程で最初の小質量星が形成されたことが示唆されている。これを確かめるため、様々な金属量(百万分の一千分の一太陽金属量)を持つガス雲の重力収縮過程について3次元流体計算を行い、小質量星が形成される条件を求めた。より現実的なダストモデルとして、初代星の超新星によって生成されるダストのモデルを用いた。また、分子雲中のダスト成長を初めて考慮した。4つのガス雲について計算を行った結果、各金属量に対して4個中1個のガス雲のみ分裂することが分かった。一般に、ガス雲の熱的過程による分裂は、まず放射冷却によって球対称崩壊に対して不安定となり、ガスが伸長することによって起こる。そして、ガス雲のアスペクト比がある値(20)に達すると、分裂が促進されることが知られている。十万分の一太陽金属量では、1つのガス雲に対してダスト冷却によるガス雲の分裂が見られた。また、一万分の一千分の一太陽金属量では、水素分子生成に伴う加熱でガスが安定化され、分裂が抑制されることがわかった。ただし、一万分の一太陽金属量の場合、1つのガス雲においてはOH分子による冷却がガスの伸長を促進し、最終的に分裂が見られた。このようにガス雲によって重要な冷却/加熱過程が異なるのは、収縮時間の違いによって断熱圧縮加熱率が異なり、収縮過程において化学反応率や各化学種の冷却率に違いが現れるためである。本研究によって、金属量だけではなく収縮時間もガスの分裂条件を決定し得ることが初めて示された。本年度は低金属量星形成の研究に加え、初期宇宙におけるより現実的なダストモデルの構築を行うことができた。超新星により形成されたダストは破壊も受け、ガス雲を汚染する時点では金属に対するダスト量(凝縮率)は現在より1--2桁小さい。一方、ガス雲の収縮過程でダスト成長が起きると、凝縮率は増加する。これらの効果の差し引きにより、ダスト冷却率は現在とは異なることを示した。これは、星形成のみならず、こう赤方偏移銀河の進化など他の様々な宇宙物理学的な問題に応用できる発見である。また、本研究では粒子分割法と呼ばれる方法の改善について着想し、実行することができた。粒子分割法は、収縮ガス雲など密度幅の大きい流体現象のシミュレーションにおいて、計算資源節約のために中心部の解像度を段階的に上げる操作である。
省エネ脱臭堆肥化畜舎―草地土壌生態系による家畜糞尿活用システムの開発

1.本研究は畜舎および堆肥盤等の畜産施設から発生する臭気、糞尿等を、太陽エネルギーを用いた省エネ脱臭堆肥化畜舎および草地土壌生態系を用いて肥料成分として有効に利用し、周辺の社会および自然生態系と調和した「臭くない、水を汚さない畜産」を低コストで実現しようとするものである。2.平成13年度の成果の概要は以下のとおりである。1)太陽・風力ハイブリッド発電量は畜舎システムの運転に必要な電力の平均15%で、風力の割合は約30%であった。2)牛舎内のアンモニアガス濃度は密閉処理前には1ppm前後であったが、密閉後は場所によっては19ppmにまで上昇した。3)牛舎内外の臭気発生源から採取した空気中には酪酸等の臭気成分が認められたが、土壌脱臭槽上のものは他の地点と組成が異なっていた。このことから、土壌中で吸着・分解される臭気成分には特異性があると推察した。4)土壌脱臭槽中の空気の通過に伴うガス吸着の基礎的な問題を検討するために、砂および黒ボク土壌を用いた非定常透気モデル試験を開始した。5)牛床や水飲み場等は、当初3頭の肥育牛に対して設計したが、牛の増体量が大きく2頭程度での飼育が適切と考えられた。6)堆肥化装置により製造された堆肥を散布した草地の牧草生育、土壌の諸性質の変化について検討する圃場試験を開始した。7)堆肥散布草地の牧草生育は地上部の茎葉の収量については堆肥区、化学肥料区および堆肥+化学肥料区の3者の有意差は認め難かったが、地下の根の量は化学肥料区<堆肥+化学肥料区<堆肥区の順に増加した。8)堆肥散布草地の土壌動物のうち、自活性線虫は堆肥区で著しく増加した。また、施肥によってダニ・トビムシ類は減少したが、その減少量は化学肥料区のほうが堆肥区より大きかった。9)FM津久井および周辺の土壌水分のモニタリングを2年間行った結果、(1)下層の土壌ほど硝酸イオン、硫酸イオン濃度は高くなり、pHは高くなった。土壌の水分が下方に浸透する作用により表層土壌中の硫酸イオン、カルシウムイオンは下層に運ばれると推察した。(2)肥料中のアンモニウムイオンおよび大気降下物中の窒素によって表層土壌に富化されたアンモニウムイオンは、硝酸化成菌により硝酸に変わり土壌を酸性化するメカニズムを推察した。(3)硫酸イオンの濃度増加には施肥が寄与していると推察した。本研究は畜舎および堆肥盤等の畜産施設から発生する臭気、糞尿等を、太陽エネルギーを用いた省エネ脱臭堆肥化畜舎および草地土壌生態系を用いて肥料成分として有効に利用し、周辺の社会および自然生態系と調和した「臭くない、水を汚さない畜産」を低コストで実現しようとするものである。