hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速液体クロマトグラフィーにおける流れへの重力相関と分離効果

近年、国際宇宙ステーション計画が進む中でミッションの対称となる実験の選定作業が各国で落下実験塔や航空機を利用して行われている。我々はこれらの施設を利用して宇宙空間における分離操作の検討を行ってきた。HPLCによる分離効果は、反応・拡散・流れ系の現象であるが、実際にはさらに複雑な要因が多く働き、経験的に実験条件などを選定する必要がある。しかし、理想からのずれに着目し、開放的流れの中で進行する化学的非平衡現象として扱うことができる。本研究では、HPLCと原理的には類似しているが、より簡単なTLCを用いて、北海道上砂川の地下無重力センターにおいて微小重力下におけるTLCパターンダイナミクスの実験を行った。その結果、微小重力では展開速度が大きくなり、過重力では逆に小さくなった。これは事前の予想通りであり、重力に抗して展開が行われていることを実証する結果である。さらに、地上実験としてTLC展開中のパターンダイナミクスについて検討した。パターンは溶質と展開溶媒の組み合わせにより、3種類に分類された。これらの結果を、それぞれの吸着曲線を求め、展開パターンとの関係を調べた。その結果、吸着曲線が線形の場合には展開パターンが円に、曲率が正の場合には展開パターンが前方に流れ、負の場合には後方に流れるものと判明した。これらは1種類の溶質についての展開であるが、2種類の溶質について、特にそれらの溶質が分離するときにパターンダイナミクスの観測・解析を行った。HPLCによる分離効果は実際には複雑な要因が多く働き、経験的に実験条件などを選定する必要がある。しかし、理想からのずれに着目し、開放的流れのなかで進行する化学的非平衡現象として分離効果を扱うことができる。本研究では、2つの視点から実験を行った。その1は、無重力場では、物質移動の原因の中で、対流成分を無視することができるので、微小重力実験を簡単なHPLCの系で行うことで、対流の効果を検証することができる。その2では、やがて本格化するであろう国際宇宙ステーションでは、宇宙空間のオンサイトで高精度の物質分離と定性および定量分析を行う必要があるであろうが、地上の実験装置を宇宙空間で使ったとき初期の目的が果たせるかどうかの検証が地上において必要である。今年度は、HPLCと原理的には類似しているが、より簡単なTLC(薄層クロマトグラフィー)を用いて、北海道上砂川の地下無重力実験センター(JAMIC)のご好意により、落下実験を6回行った。本研究グループの長年にわたる落下実験のノウハウをすべて注入して、TLCにおける展開速度の重力相関の実験を行った。実験データを可視化し、画像解析を行うために、また分析化学では一般的な試薬であるブロモフェノールブルーを試料として、エタノールで展開した。画像データは画質の向上をはかるため、アナログ信号経由をやめて、すべてディジタル化し、パソコンによる画像解析を行ったところ、微小重力下では、展開速度が大きくなり、加重力下では、逆に小さくなった。これは、初期の予想通りであり、重力に抗して展開が行われていることを実証する実験結果が得られた。国際宇宙ステーションが本格化する中で、ミッションの対象となる実験の選定が各国で、落下塔実験や航空機実験により行われている。我々はこれまで宇宙空間における分離操作の検討を提案している。HPLCによる分離効果は実際には複雑な要因が働き、経験的に実験条件などを選定する必要がある。しかし、理想からのずれに着目すれば、HPLCを開放的流れの中で、吸着脱離反応・拡散が同時進行する非平衡現象として扱うことができる。非平衡現象と重力の相関は、理論的には古くから知られた問題である。昨年度、HPLCと原理的には類似しているが、より簡単なTLC(薄層クロマトグラフィー)を用いて、北海道上砂川の地下無重力実験センター(JAMIC)のご好意により、落下実験を6回行った。その結果、微小重力では、展開速度が大きくなり、加重力下では、逆に小さくなることが分かった。今年度は、地上実験としてTLC展開中のパターンダイナミクスを観測し、動画像処理法により解析した。パターンは溶質と展開

溶媒の組み合わせにより、3種類に分類される。円、展開後方に流れるもの、展開前方に流れるものである。これらの結果と、吸着実験を行い吸着曲線を求め、その吸着曲線の形と展開パターンの関係を調べてみると、吸着曲線が線形のものはパターンが円に、曲率が正のものは展開前方に流れるパターンとなり、曲率が負のものは展開後方に流れるパターンであることが判明した。昨年の落下実験では1種類の溶質について行ったが、将来的には複数種の溶質についての実験を予定しているので、今回、2種類のTLCにおけるパターンダイナミックスの解析も行った。特に、2種類の溶質が分離する直前直後の様子を記録・解析した。
超音速で進展する2つのプラズマの衝突過程を用いた複合ナノ粒子の創成

ガス中でターゲットにパルスレーザーを照射すると、発生したプラズマが爆発的に膨張し、冷却過程でナノ粒子生が形成される。2つのレーザー誘起プラズマを正面衝突させれば、複合ナノ粒子の創成が可能となる。複合ナノ粒子はプラズマの衝突後に生成されると考えられるが、そのメカニズムは不明である。レーザー誘起プラズマの衝突過程は冷却過程を支配するため、複合ナノ構造の制御には衝突過程の理解が必要である。そこで、本研究ではプラズマ衝突過程と生成されたナノ粒子の構造の相関を実験的に明らかにし、モデルを構築することによって、プラズマ衝突過程の制御による新規な複合ナノ粒子生成法の確立を目指す。
人工衛星および地上観測によるガンマ線バースト・X線フラッシュの研究

我々はガンマ線バースト発生時の突発X線突発放射およびX線残光放射をHETE2衛星、および「すざく」衛星で、可視光残光放射を地上の望遠鏡で観測した。その結果、ガンマ線バーストはスペクトルの違いから古典的バースト、X線豊富バースト、X線フラッシュに分類されているが、これらの分類が明確なものではなく連続的に分布していることがわかった。一方、突発放射の継続時間の違いにより、ロングバーストとショートバーストに分けられており、この二種類のバースト間では、全放射エネルギーやスペクトルを表わすパラメーターなどに違いが見られることから、その起源が異なることがわかった。HETE2衛星は今年度33個のガンマ線バーストを捉えた。その中で7月9日に検出したバーストは継続時間が400msよりも短く、スペクトルのピークエネルギーが840keVであること、およびロングバーストの典型的なものと比較して等方的に放射しているとみなしたときの全放射エネルギーと光度がそれぞれ約3桁および約2桁低いことから、ショートバーストであることがわかった。HETE2衛星よりこのバーストの発見情報がGCNを通して速報されたことを受け、ショートバーストに対して初めての可視光残光の発見と、2005年5月9日に発生したバーストに次いで2例目となるX線残光の検出につながった。これらの残光観測の結果から、母銀河はz=0.16の晩期型渦巻銀河であるということが初めて確実になり、このバーストは母銀河の中心部から離れた場所で起こったことが解った。現在、ショートバーストの起源は中性子星の合体であるとするモデルが提唱されており、我々は7月9日に発生したショートバーストが、このモデルで矛盾なく説明できる事を確認した。残光観測については、宮崎大学において可視光残光の観測を継続しており、HETE2衛星に加え、今年度からSwift衛星からの情報にも自動で観測を開始できるように整備し、25個のバーストについて追観測を行うことができた。そのうち24個については検出限界以下であったが1個については減光中の等級を決定することができた。またX線についても昨年7月に打ち上げられた日本のX線天文衛星「すざく」と連携をとり、2006年1月5日にSwift衛星が発見したバーストに対し、発生から5時間半という記録的な早さでX線残光の観測を開始することができた。この観測はこれまでに無く広いエネルギー範囲をカバーしており、現在詳細な解析を行っている。HETE2衛星は、打ち上げからこれまでに3例のショートバーストと26例のX線フラッシュを含む95例のガンマ線バーストの位置決定に成功し、その内の34例については残光の観測へと結び付けることができた。さらにその内の22例では残光の観測から距離を決定することもできた。本年度はこれらHETE2衛星によるバーストの観測データを解析することで、X線フラッシュと分類されているバーストには、ソフトなスペクトルを持つガンマ線バーストが遠方に位置するために、赤方偏移によりX線フラッシュと分類されるものと、本質的にX線放射が多いX線フラッシュの2種類が存在し、起源が異なる可能性のあることを見出した。また、可視光残光が観測されずダークバーストと呼ばれているバーストの中には、その外部ショック領域の外側にダストが存在し、そのダストによる吸収が原因で可視光が観測されないものもあることを見出した。さらに昨年度末にSwift衛星による発見の報告をもとに「すざく」衛星で観測したガンマ線バーストのX線残光では、ジェットによって生じると考えられる光度曲線上の折れ曲りが、これまでの観測の中で最も早い時間に観測され、ジェットの開き角が1度程度以下であることがわかった。以上のような衛星による観測のほかに、宮崎大学においてガンマ線バーストの可視光残光を観測しており、今年度はSwift衛星からの情報に即応し、10個のバーストについて残光光度の上限値を見積ることができた。また、フィルター観測のための基礎データを取得し、来年度以降の観測に備えた。これまでに人工衛星によって観測されたガンマ線バーストのデータ解析では、HETE-2衛星が2004年9月に観測したX線フラッシュの早期X線残光には閃光放射の一部であると考えられる増光が見られ、中心エンジンが長時間にわたり活動していることで説明できることを見いだした。また、Swift衛星が2006年9月に検出したガンマ線バーストのX線残光を「すざく」衛星搭載のXIS検出器で追観測したデータでは、閃光放射の末期とX線フレアの減衰期の両方でスペクトルの急激な軟化が見られたにもかかわらず、X線残光の部分では多くのガンマ線バーストに典型的なスペクトルを保っていた。このことから内部衝撃波では電子加速が十分に行なわれなかったこと、および閃光放射の末期と残光放射では、それぞれの放射の起源が全く異なることが分かった。

本年度は残光だけでなく「すざく」衛星のWAM検出器を用いた閃光放射の観測も行ない、1年間に212例のガンマ線バーストを検出することができた。これらのデータ解析は順次進めていくが、これまでの解析で、ロングガンマ線バーストはAmatiが提唱した関係に従うのに対し、ショートガンマ線バーストはその関係には従わないこと、および、ガンマ線バーストの強度変動に対応してピークエネルギーが変化することを見いだした。ガンマ線バーストの可視光残光観測については、本年度にSwift衛星が検出したガンマ線バーストのうち、宮崎大学で観測可能なものは5例であり、全てについて光度の上限値を測定し、ガンマ線バーストの世界的なネットワークに報告することができた。HETE-2衛星によってこれまでに観測されたガンマ線バーストで、スペクトルのピークエネルギーの低いものはX線フラッシュが多いこと、および、全放射エネルギーが10^52erg以上のものの殆どは古典的バーストに、10^5010^51ergのものはX線フラッシュに分類されることがわかった。また、ガンマ線バーストやX線フラッシュの出現率はlb型やlc型超新星の出現率に比べてずっと少ないことから、lb型やlc型超新星がガンマ線バーストやX線フラッシュとして観測されるには、何らかの特別な性質を持つ必要のあることがわかった。「すざく」衛星では、バースト中のパルスの立ち上がり時期と減衰時期ではスペクトルのピークエネルギーと強度との相関に違いを示すガンマ線バーストが見つかり、パルスの位相によって爆発による噴出物の速度、もしくは放射領域が異なることがわかった。また、パルスの減衰時期にMeV領域の放射が急激に減衰するものも見つかったが、このような振る舞いを示すメカニズムについてはまだはっきりしていない。さらに「すざく」衛星で観測されたショートバーストとロングバーストでは、スペクトルパラメーターの分布、硬度比、スペクトルラグ、全放射エネルギー、スペクトルのピークエネルギーに関係する相関などが完全に異なっており、バースト前の天体や噴出物の速度が異なっていることがわかった。本年度の可視光残光観測については、Swift衛星が検出したガンマ線バーストのうち、宮崎大学で観測可能であったものは4例であり、全てについて光度の上限値を測定し、ガンマ線バーストの世界的なネットワークに報告した。また、口径50cm望遠鏡駆動システムを改良し、今後、可視光残光の観測例を増やすとともに、フィルターを用いた詳細観測を行なうための準備を整えた。
貧困に起因する健康問題発症メカニズム解明とこども食堂を介した解決システム構築

7人に1人の子どもが貧困状態にあり、生活困窮世帯の子どもは孤立しがちで、食生活を含む生活習慣に課題が多い。近年急増している子ども食堂は、ボランティア等に運営され、子どもの社会的包摂に向けた共助のしくみとして注目されている。しかし、子ども食堂参加による生活習慣や社会的つながりへの影響を評価した研究はない。本研究では、1複数の子ども食堂の参加者を対象に生活習慣・社会的つながり及び健康指標について縦断調査を実施し、2その成果を基に子ども食堂における生活習慣改善のための介入をする。研究期間を通じて、貧困を起因とする健康問題発症メカニズムを解明し、子ども食堂を介した健康問題解決システムを構築する。
CIC-5クロライドチャネルの分子構造・機能解析と関連腎疾患の病態解明

CIC-5遺伝子変異を伴う4つの遺伝性腎疾患(Dent病、X染色体連鎖劣性腎臓結石、X染色体連鎖劣性低リン酸血症性くる病、およびわが国の特発性低分子タンパク尿症)の病態を解明するために、腎臓におけるCIC-5の局在部位を明かにする事はチャネルの生理学的作用から病態を理解する上で重要である。今回、CIC-5に特異的なモノクロナール抗体を作成し細胞および細胞内局在の特性について検討した。CIC-5のC末合成ペプチドを用いてモノクロナール抗体を作成した。特異性を合成ペプチド(CIC-3/-4/-5)との交叉反応、エピトープ解析、強制発現培養細胞のウェスタンブロッティングおよび免疫染色で評価し、腎臓内局在について共焦点レーザスキャン顕微鏡、免疫電顕で解析した。尚、共発現するタンパクの検出を免疫沈降法により試みた。CIC-5特異抗体は5アミノ酸残基を認識し、CIC-3/-4のC末端合成ペプチドと交叉反応を示さず、近位尿細管(PT)の管腔側と皮質集合尿細管(CCD)の管腔側膜の一部に優位な染色性を示した。PTの刷子縁膜とその直下の細胞質に強い局在は、H^+-ATPaseの発現部位によく一致した。一方、CCDの染色細胞はAQP2、H^+-ATPaseとの二重染色からTypeA間在細胞と考えられた。同様の細胞内局在は免疫電顕でも確認された。さらに、腎臓から免疫沈降法にて精製した形質膜と細胞内小胞タンパク分画の各々にCIC-5とH^+-ATPaseの共発現を認めた。CIC-5は細胞内小胞の酸性化に必須なH^+-pumpと機能協関してエンドサイトーシスを調節しているClチャネルと考えられ、CIC-5遺伝子変異を伴う疾患に共通して認める低分子タンパク尿の発症メカニズムが分子構造と機能の観点から推測されるに至った。CIC-5に特異的なモノクロナール抗体の作成はCIC-5遺伝子変異に伴う遺伝性腎疾患の病態解明に役立つものと思われる。多彩な腎機能障害を呈する3つの異なる遺伝性腎疾患(Dent病、X染色体連鎖劣性腎臓結石、X染色体連鎖劣性低リン酸血症性くる病)との関わりが注目されているクロライドチャンネルClC-5について、これらの疾患の病態発症機序にClC-5チャンネルの分子異常が如何に関係しているかを明らかにする目的で、遺伝子および蛋白レベルの両面から検討している。まず、ClC-5のヒト腎臓における局在を明らかにしタンパクレベルでの解析を可能にするために特異的な抗ClC-5抗体の作成を試みた。抗体の種類はエピトープの解析が可能なモノクロナール抗体を選択した。合成ぺプチドで感作したラットのリンパ節からリンパ球を単離してミエローマ細胞と融合を行ない、抗体価の高いウェルを培養上清と合成ぺプチドのELISAと凍結ヒト腎臓切片の免疫組織染色性でスクリーニングして最終的に4種類(SS51、SS52、SS53、SS54)のモノクロナール抗体を得た。作成した抗体のサブクラスはSS51(IgM)、SS52(IgG2b)、SS53(IgG2a)、SS54(IgG2b)であった。

これらの抗体の特異性については、1)ClC-5の安定的発現培養細胞の免疫組織染色およびウェスタンブロッティング、2)大腸菌でtagを挿入して作成したClC-5の組み換えタンパクを用いたウェスタンブロティング、および3)作成した抗体のClC-5のサブファミリーとの交叉反応等で確認した。現在、凍結ヒト腎臓切片の免疫組織染色を行ないClC-5のヒト腎臓における細胞レベルでの局在を検討中である。なお、ヒト腎臓から調製した膜タンパクを用いたウェスタンブロッティングでClC-5の推定分子量にほぼ一致するバンドを得ている。今後、各々の抗体についてはエピトープ解析を行い抗体の特異性についてさらに検討する。なお、遺伝子面では家族性の低分子蛋白尿症の6家系についてCLCN5のゲノムDNA解析を行いナンセンス変異、ミスセンス変異および欠損を同定し、一部の症例でクロライドチャネルの機能異常を確認した。今後さらに分子構造と機能異常との関連性につき解析する。CIC-5遺伝子変異を伴う4つの遺伝性腎疾患(Dent病、X染色体連鎖劣性腎臓結石、X染色体連鎖劣性低リン酸血症性くる病、およびわが国の特発性低分子タンパク尿症)の病態を解明するために、腎臓におけるCIC-5の局在部位を明かにする事はチャネルの生理学的作用から病態を理解する上で重要である。今回、CIC-5に特異的なモノクロナール抗体を作成し細胞および細胞内局在の特性について検討した。CIC-5のC末合成ペプチドを用いてモノクロナール抗体を作成した。特異性を合成ペプチド(CIC-3/-4/-5)との交叉反応、エピトープ解析、強制発現培養細胞のウェスタンブロッティングおよび免疫染色で評価し、腎臓内局在について共焦点レーザスキャン顕微鏡、免疫電顕で解析した。尚、共発現するタンパクの検出を免疫沈降法により試みた。CIC-5特異抗体は5アミノ酸残基を認識し、CIC-3/-4のC末端合成ペプチドと交叉反応を示さず、近位尿細管(PT)の管腔側と皮質集合尿細管(CCD)の管腔側膜の一部に優位な染色性を示した。PTの刷子縁膜とその直下の細胞質に強い局在は、H^+-ATPaseの発現部位によく一致した。一方、CCDの染色細胞はAQP2、H^+-ATPaseとの二重染色からType A間在細胞と考えられた。同様の細胞内局在は免疫電顕でも確認された。さらに、腎臓から免疫沈降法にて精製した形質膜と細胞内小胞タンパク分画の各々にlCIC-5とH^+-ATPaseの共発現を認めた。CIC-5は細胞内小胞の酸性化に必須なH^+-pumpと機能協関してエンドサイトーシスを調節しているCIチャネルと考えられ、CIC-5遺伝子変異を伴う疾患に共通して認める低分子タンパク尿の発症メカニズムが分子構造と機能の観点から推測されるに至った。CIC-5に特異的なモノクロナール抗体の作成はCIC-5遺伝子変異に伴う遺伝性腎疾患の病態解明に役立つものと思われる。
関節軟骨疾患をターゲットとした細胞周期調節因子p21遺伝子による軟骨再生の試み

1)p21遺伝子発現による抗炎症または軟骨破壊抑制作用の確認16年度の研究においてテトラサイクリンプロモーターの発現制御下でp21遺伝子の高発現がコントロールできる未分化軟骨細胞株の樹立に成功している。そこで17年度では、この樹立した細胞株を軟骨分化させた状態で、p21を過剰発現させた系における軟骨基質の破壊に関与する炎症性サイトカイン(IL-1beta)の影響について調べた。RT-PCRの結果から、p21を過剰発現させていない状態では、IL-1betaの添加により軟骨分化マーカー(タイプIIコラーゲン、アグレカン)の顕著な発現抑制が認められたのに対し、p21を高発現した場合では、それらの分化マーカーの発現が維持される傾向が示された。2).p21遺伝子発現ベクターの一過性の遺伝子導入p21遺伝子発現による抗炎症または、軟骨破壊抑制傾向が確認されたことから、関節軟骨の初代培養系においても同様の結果が得られるか否かについて検討した。ラット関節軟骨の初代培養細胞にリポフェクションによって一過性にp21遺伝子発現ベクターの導入を行った後にIL-1betaを作用させた。その結果、遺伝子導入の有無にかかわらず、軟骨分化マーカーの発現レベルが低下した。これは、十分なプラスミドDNAが細胞内へと導入されなかったためにp21による軟骨破壊の抑制効果が認められなかったものと考えられる。以上、本研究からin vitro系ではあるが、p21遺伝子発現が軟骨分化の維持に重要であることが示され、今後の関節疾患の遺伝子治療を考える上で有益な情報を与えるものと考えられる。本研究では、p21遺伝子による関節軟骨疾患の治療法を確立することを目標とする。平成15年度では、テトラサイクリン誘導性p21遺伝子発現ベクターを未分化軟骨細胞ATDC5に組み込んだ細胞株の樹立を行うことで、in vitro培養系で軟骨破壊を抑制する実験系の確率を目指し、以下の実験を遂行した。第一段階としてATDC5細胞にTet-OFFベクターを組み込んだ細胞株の樹立を試みた。G418耐性株をおよそ40個クローニングし、得られた細胞にそれぞれTRE-Luciferase遺伝子を一過性に導入した後に、テトラサイクン存在下、または、非存在下で48時間培養し、得られたそれぞれの細胞株がテトラサイクリンに依存してLuciferase活性が認められるか否かを調べた。その結果、クローン1-4と2-5において約100倍近く活性誘導がなされることが明らかとなった。すなわちテトラサイクリンによって発現のON-OFFが認められた。次に得られたクローンにさらにTRE-p21発現ベクターとTK-Hyg(ハイグロマイシン耐性遺伝子発現ベクター)をクローン2-5に共遺伝子導入し、ハイグロマイシン耐性株のクローニングを行った。4種のクローンが得られ、それらに対しテトラサイクリン存在下、または、非存在下で48時間培養した後に、その細胞内でのp21タンペク質が検出されるかをウエスタンブロット法によって解析した。その結果、クローン1-6では発現がなされたがテトラサイクリンによる発現のON-OFFは認められなかった。他のクローンについてはp21のタンパク質発現がほとんど検出できなかった。現在、再度クローン1-4と2-5にTRE-p21発現ベクターとTK-Hygを遺伝子導入しp21発現細胞株のクローニングを行っている。p21遺伝子導入により軟骨細胞の分化が促進されるか否かを確認するために、平成16年度では、平成15年度においてテトラサイクリンプロモーターの制御によってp21遺伝子が高発現するベクターを構築した発現ベクターを前軟骨細胞株ATDC5に安定に導入し、得られたクローン20個について解析を行った。遺伝子安定導入株をそれぞれテトラサイクリン存在下または非存在下で培養したところ、唯一クローン8においてp21mRNA発現の増加が認められた。また、RT-PCRの結果からp21発現による軟骨分化マーカーの発現上昇が認められる傾向にあった。関節軟骨疾患に伴う炎症性サイトカイン(IL-1beta)をATDC5細胞の軟骨分化の系に加えp21の発現変動を解析したところ、p21mRNA発現の顕著な減少が認められた。また、それに伴う軟骨分化マーカーの顕著な発現抑制が認められた。よってクローン8において軟骨への分化誘導を行った培養系にIL-1beta存在下でp21の発現誘導を行い、それによる軟骨破壊を抑制できるか否かについて検討を進めている。

その結果、遺伝子導入の有無にかかわらず、軟骨分化マーカーの発現レベルが低下した。これは、十分なプラスミドDNAが細胞内へと導入されなかったためにp21による軟骨破壊の抑制効果が認められなかったものと考えられる。以上、本研究からin vitro系ではあるが、p21遺伝子発現が軟骨分化の維持に重要であることが示され、今後の関節疾患の遺伝子治療を考える上で有益な情報を与えるものと考えられる。
バイオレメディエーションをめざしたコケ培養細胞による芳香環分解に関する研究

コケ培養細胞中での高度に酸素化された二次代謝産物とその生合成経路を明らかにし、酸素化に関与する酵素系を利用した環境汚染物質の分解を行った。得られた結果は以下のようにまとめられる。1、サワクサリゴケ(Lejeunea aquatics)培養細胞を用いて高度に酸素化されたクパレン系セスキテルペン、(-)-cuparenol、(-)-2,3-dihydroxycuparenol、(-)-2,5-cuparenoquinoneの生合成研究を行った。[2-^<13>C]-、[4-^<13>C]-、[4-^2H_2]-、[4,4-^2H_2,4-^<13>C]-、[5,5-^2H_2,5-^<13>C]-メバロン酸の投与実験から、立体選択的な環化反応、環形成過程における、1,4-及び二重1,3-水素転移、及び芳香環への水酸化過程においてNIHシフトが生ずることなどを明らかにした。クパレン系セスキテルペンの芳香環酸素化過程は、芳香環分解過程の初期段階を示すものであった。2、細胞内での酸素化を知る手がかりとして、シダレゴヘイゴケ培養細胞中の高度に酸素化された化合物の検索を行った。その結果、高度に酸素化されたlabdane-型ジテルペン3種を分離し、既知物質ptychantin GとFを同定し、一種を新規物質6-deacetylptychantin Fと構造決定した。3,(1)シダレゴヘイゴケ(Ptychanthus striatus)およびツクシウロコゴケ(Heteroscyphus pianus)培養細胞に環境汚染物質の一種であるbisphenol A(0.12mM)を加え、5日間培養した。その結果、95%のbisphenol Aが消失すること、分解物のほとんどが細胞ろ液中に存在すること、分解物として、4-isopropenylphenol,4-isopropylphenol,4-hydroxyacetophenon,2-hydroxy-4isopropylphenolが存在すること、コケ培養細胞はblspheolAを酸化的分解や配糖化により無毒化することが証明された。なお、これらのコケ培養細胞は細胞外に、peroxidaseを分泌することが明らかになった。(2)なお、重水素標識bisphenolAの投与実験により、4-isopropenylphenolと4-hydroxyacetophenoneの生成過程を明らかにした。(3)また、配糖体として4,4'-isopropilidenediphel-O-β-D-(6"-O-methyl)-glucopyranosideが存在することが明らかになった。コケ培養細胞による芳香環の酸化と環境汚染物質の分解1.サワクサリゴケ培養細胞によるクパレン系セスキテルペンの生成と芳香環への酸素導入-

合成した安定同位体(^2H及び^<13>C)標識メバロン酸(MVA)をサワクサリゴケ培養細胞に投与し、3種のクパレン化合物(2-cupareno1,2,5-cuparenoquinone及び2,3-dihydroxycuparene)へ取り込ませた。生成した3種のクパレンを分離し、^2H-NMR及び^<13>C-NMRを測定し、重水素及び^<13>Cで標識位置を決定した。その結果、1)ファルネシル-2-リン酸からクパレンへの環化過程における立体化学、および1,4水素転移と同時にダブル1,3水素転移が起こっていること。2)含酸素クパレン化合物は、クパレンが生成したのち、クパレン芳香環への直接の酸素化によって生ずること。3)ベンゼン環の酸素化の際にNIH shiftが起こっていることを直接証明できた。(投稿準備中)2.環境ホルモンbisphenol A(BPA)をシダレゴヘイゴケ及びツクシウロコゴケ細胞培養に添加して生分解物を試みた。BPA添加後5日間培養した。培養ろ液成分について、GC分析、GC-MS分析した。その結果、添加したBPAは95%以上分解したこと、分解物として。4-isopropenylphenol、1,2-dihydroxy-4-isopropylbenzene、4-isopropylphenolの存在を明らかにした。また、培養液中でのペルオキシダーゼ活性をグアイアコール法を用いて測定した。BPAを添加したP.striatus培養ろ液は酵素活性をわずかであるが示した(19.5 units/ml : BPA無添加では活性は誘導されない)。また、H.Planusでは430unit/mlのペルオキシダーゼ活性を検出した。(2O04年度日本農芸化学会で口頭発表)コケ培養細胞中での高度に酸素化された二次代謝産物とその生合成経路を明らかにし、酸素化に関与する酵素系を利用した環境汚染物質の分解を行った。得られた結果は以下のようにまとめられる。1、サワクサリゴケ(Lejeunea aquatica)培養細胞を用いて高度に酸素化されたクパレン系セスキテルペン、(-)-2-cuparenol、(-)-2,3-dihydroxycuparenol、(-)-2,5-cuparenoquinoneの生合成研究を行った。[2-^<13>C]-、[4-^<13>C]-、[4-^2H_2]-、[4,4-^2H_2,4-^<13>C]-、[5,5-^2H_2,5-^<13>C]-メバロン酸の投与実験から、立体選択的な環化反応、環形成過程における、1,4-及び二重1,3-水素転移、及び芳香環への水酸化過程においてNIHシフトが生ずることなどを明らかにした。クパレン系セスキテルペンの芳香環酸素化過程は、芳香環分解過程の初期段階を示すものであった。2、細胞内での酸素化を知る手がかりとして、シダレゴヘイゴケ培養細胞中の高度に酸素化された化合物の検索を行った。
海底洞窟動物群の原始性とその起源

1.南西諸島と大東諸島において、スキューバダイバーの協力を得て、海底洞窟内の生物群の調査を行った。この調査で採取された試料および小笠原諸島、パラオ諸島およびフィリピン海域で採取した試料をもとに、海底洞窟内の特異な動物群、とくに軟体動物の原始性とその起源について考察した。2.海底洞窟の二枚貝群はその特異な種構成に加え、1)微小な種(5ミリメートル以下)な種が多数を占める、2)無色半透明な殻を持つ種が多い、3)表生ないし半表生の濾過食者が大部分を占める、4)深海との類似種が多い(ただし原鰓類はない)、5)プロゲネシスによる幼形進化を示す種が多い、6)巨大な原殻1を持つ卵栄養型、直達発生ないし卵胎生の初期発生様式が推定される種が多い、などの特徴がある。3.巻貝類にも深海的な種がかなり多く含まれる。初期発生様式をみると、古腹足目に所属する種は直達型あるいは僅かな浮遊幼生期もつ種があり、この点では二枚貝類と一致する。しかし、他の巻貝類は発生の初期に長い浮遊幼生期もつと推定される種が多数を占め、この点では二枚貝類とは著しく異なる。その理由については、未だ不明である。4.二枚貝類の多くは洞窟内にのみ知られる種が多数を占めるが、巻貝類は近隣の深海にも生息する種がかなりあることが明かになってきた。海底洞窟の貝類群の起源は、二枚貝類と巻貝類では異なる可能性がある。5.殻形態、生活型を見ると、海底洞窟の貝類群は、分類学的以上に生態的に原始的と言えることが解かった。この様な特異な貝類群が生息する理由の一つに、海底洞窟内が「中生代の海洋革命」以前の浅海域以上に捕食圧が低いことが指摘された。1.南西諸島の伊江島、下地島、伊良部島および与那国島の海底洞窟内の生物について調査し、洞窟内の生物群の特性を明らかにした。貝類については、巻貝類ではクチキレエビスガイ科、スカシガイ科、リュウテン科のサンショウスガイ亜科、エビスツブガイ科、リソツボ科、二枚貝類ではBentharca属、シラスナガイモドキ科、ワタゾコツキヒガイ科などに所属する種が多数を占める。2.甲殻類は海底洞窟内にわずかに生息する。これらの多くは未知の種で、大きな卵を持つものが認められた。海底洞窟内では二枚貝類と同様に、K淘汰が働いている可能性がある。3.海底洞窟のサンゴ類について共同研究者とともに分類学的に検討した結果、六放サンゴ類の非造礁群体サンゴの3属4種が識別され、これらはすべて新種で、そのうちの1種は新属であるこたがわかった。これらのサンゴ類中に生きた化石種が含まれているかどうかは、判定に必要なデータがないため今後の研究を待たなければならない。これまで知られている近縁種は、数十メートルから数百メートルの太陽光の届きにくい環境に生息してPり、海底洞窟での生息環境に類似している点は注目に値する。4.海底洞窟中の貝類に見られる穿孔痕と修復痕の出現頻度を調べた結果、2カ所の洞窟では非常に低い値が得られた。このことは海底洞窟内ではこれらの捕食活動が外部に比べて極めて少ないことを示し、“中生代の海洋変革"以前の浅海域での生態環境との共通点が認められた。

5.海底洞窟内の貝類の形態は、巻貝については平巻やへそ穴が開くなど、また二枚貝では深所潜入型や殻の腹縁内面に鋸歯がないものが多いことなど、古・中生代の貝類群との類似がみられた。海底洞窟の貝類群の原始性は分類学的以上に生態的に顕著であることがわかった。1.平成6年度に引き続き南西諸島の伊江島、宮古群島の海底洞窟の調査、および新たに南大東島での調査をおこなった。南西諸島海溝によって遠く隔てられた南大東島の海底洞窟内にも、これまでの南西諸島の海底洞窟内に生息する保育をする幾つかの二枚貝類が認められた。ただし構成する種は、南西諸島の海底洞窟のものとは、若干異なっていることがわかった。また、南大東島の海底洞窟から、多くの未知の種を発見した。これらは順次記載報告する予定である。2.西太平洋熱帯地域のパラオ諸島とグアム島での予察的な調査を行い、各島毎の海底洞窟貝類群の種構成を明かにした。海洋底によって遠く隔てられているにもかかわらず、保育をする二枚貝種のなかに南西諸島に共通する種がみられることがわかった。3.南大東島からのPhilobrya属の新種は、この属の北半球での初めての記録である。また。4.これまで1種とみなされていたPisulina属の種は、4種からなることがわかった。このグループの巻貝は、海底洞窟内に多量の死骸が集積している。殻形態は中生代のアマガイ類に類似し、古い巻貝類の生き残りである可能性があるさらに、Pisulina属の胎殻は異旋回を示し、他の前鰓類の巻貝類では類を見ない。蓋は他のアマガイ類とは明らかに異なり、核がより中心に位置していることを明かにした。今後、生貝の採取に努力し、解剖学的に検討する必要がある。5.海底洞窟内には肉食の巻貝種は少ないが、わずかに新腹足目の種がみられる。これらのうち、ムシロガイ科の種について分類学的に検討した、その結果、ナミヒメムシロガイ亜属の種に近似した微小な種が4種確認され、それらのうち3種は新種であることがわかった。殻形態や歯舌の特長は、およびナミヒメムシロガイ亜属の種と同じであるが、蓋を欠く点で異なっていることがわかった。蓋を欠く種は、この科の種のなかで初めての発見である。このような新腹足目の種のなかにも、海底洞窟内には特異なグループが生息していることが明かになりつつある。1.平成7年度に引き続き、南西諸島の海底洞窟調査を行った。主な調査地域は久米島で、3箇所の海底洞窟から底質サンプルの採取、軟体動物およびカイメン類の生体の採取を行った。2.平成6年度までの研究から、海底洞窟には洞窟外の浅海域や深海域とは異なる特異な二枚貝群があることが判明していた。本年度は巻貝類についての分類学的研究を進めた。その結果、巻貝類は二枚貝類とは異なり、海底洞窟の種(例えばカクレヨウバイ)のかなりのものは、近隣の深海域(250メートル)にも生息していることが解かった。即ち、海底洞窟動物群の一部は、深海域から由来したことになる。3.久米島の海底洞窟から、これまで同じく南西諸島の伊江島にのみ産出し、この島固有の種と思われていたイエジマケシフミガイ、ウチマシラスナガイモドキの生息が確認された。この結果、海底洞窟の貝類群(特に二枚貝群)は、それぞれの海底洞窟での固有性が明確に認められないことが明かになってきた。この現象は北西太平洋の海底洞窟の間でも同じで、深海底によって遠く隔てられた海底洞窟の間でも、稚貝が親の体内で保有されるような種が、何らかの方法で移動したことを物語っている。これらの種は深海域からの報告はなく、したがって、この伝播の方法は、足糸などで浮遊物に付着して運ばれるraftingが最も可能性が高いと考えられる。4.ニューカレドニアから発見された石灰カイメンVaceletia crypticaが伊江島、久米島の海底洞窟からも確認された。これは、北西太平洋からの始めての記録である。
高温/高圧下における水溶液の構造と物性

1)高温/高圧用溶液X線回折装置を用いて、亜臨界並びに超臨界状態の水の構造について研究を行った。その結果、水は高温・高圧状態下ではかなりの程度分子間水素結合が破壊されるが、超臨界状態になってもまだ相当程度(数10%)の水素結合が残されており、そのため、最近接水分子間距離は290-295pm程度の値をとっている。この分子間距離は、常温常圧の水における水素結合距離(280-285pm)よりはだいぶ長くなっている。一方、最近接水分子数は高温高圧状態になり、水の密度が減少するとそれにつれて急速に減少し、超臨界状態では最近接水分子数(配位数)は1.5程度にまで減少してしまう。これらの結果から、高温高圧下では水はかなり小さな分子数から構成されるクラスターとさらにそれよりも小さい分子集団であるオリゴマー、あるいはさらにモノマー状態になった水分子の混合系となっているとものと結論された。このような結論はこれまで知られている超臨界水の諸物性をよく説明するものである。また電解質水溶液の構造についても溶液X線回折法ならびにNMR法で研究を行った。2)電解質水溶液の粘性や水和水分子の動的挙動に関して粘性のB係数の測定やNMR法による回転緩和速度に関する研究をおこなった。溶液の粘性のB係数は比較的低温では圧力が増加すると一旦は大きくなるが、さらに圧力が増加すると減少する傾向を示すことが明らかとなった。また温度が上昇するにつれて、B係数が圧力変化にともなって極大値を示す傾向が次第にみられなくなり、高温ではB係数は圧力の増加とともに単調に減少するようになる。このようなB係数の変化の挙動は温度圧力によって水構造が変化することを明らかにした上記の研究結果からよく説明された。また水和水分子の回転緩和速度は圧力の増加により次第に小さくなることが示された。3)高圧下における蛋白質の構造変化についてはラマン・スペクトル、FT-IR、小角X線散乱などの手法を用いて研究した。溶液X線回折法を用いて高温、高圧の水の構造を解析した。新しいタイプの高温、高圧用X線回折装置を作成し、ベリリウム・セルを用いて常温において0.1-200MPaの範囲並びに100°Cにおいて0.1-50MPaの範囲における水分子間距離並びに水分子の平均配位数の温度、圧力依存性を検討した。その結果、このような条件下においては、水分子間距離ならびに配位数は近似的に密度のみの関数として表わされることが示された。また塩化マグネシウム水溶液についても高温、高圧条件下での測定を開始した。水溶液中のクロロアセトンおよび1,2-ジクロロエタン分子のコンフォーメーション平衡のおよぼす圧力効果についてラマン分光法を用いて研究を行った。いずれの分子においても溶媒を無極性溶媒から水に変えたとき、とり電気的モーメントが大きなコンフォーメーション(synおよびgauche)をとりやすくなることが観測された。また圧力効果(クロロアセトン)および温度効果(クロロアセトンおよび1,2-ジクロロエタン)の測定から、コンフォーメーション変化に伴う体積変化およびエンタルピー変化を見積もった。現在、溶媒を誘電連続体とみなした場合についてモデル計算の結果と実験結果を比較し、考察を進めている。溶解度測定の研究においては、従来から使用してきた高圧溶解度測定装置に内部セルを導入することにより、測定制度が±4%から±0.4%へと飛躍的に向上した。

その結果、これまで熱力学的立場から塩化セシウムの水への溶解度は圧力とともに減少するが、その傾向は上に凸の曲線で表わされると推定されていたが、今回の測定では逆に下に凸の曲線で表わされることが明らかになり、これまでの推定結果を修正し、新しい知見を得ることができた。1)高温/高圧用溶液X線回折装置を用いて、亜臨界並びに超臨界状態の水の構造について研究を行った。その結果、水は高温・高圧状態下ではかなりの程度分子間水素結合が破壊されるが、超臨界状態になってもまだ相当程度(数10%)の水素結合が残されており、そのため、最近接水分子間距離は290-295pm程度の値をとっている。この分子間距離は、常温常圧の水における水素結合距離(280-285pm)よりはだいぶ長くなっている。一方、最近接水分子数は高温高圧状態になり、水の密度が減少するとそれにつれて急速に減少し、超臨界状態では最近接水分子数(配位数)は1.5程度にまで減少してしまう。これらの結果から、高温高圧下では水はかなり小さな分子数から構成されるクラスターとさらにそれよりも小さい分子集団であるオリゴマー、あるいはさらにモノマー状態になった水分子の混合系となっているとものと結論された。このような結論はこれまで知られている超臨界水の諸物性をよく説明するものである。また電解質水溶液の構造についても溶液X線回折法ならびにNMR法で研究を行った。2)電解質水溶液の粘性や水和水分子の動的挙動に関して粘性のB係数の測定やNMR法による回転緩和速度に関する研究をおこなった。溶液の粘性のB係数は比較的低温では圧力が増加すると一旦は大きくなるが、さらに圧力が増加すると減少する傾向を示すことが明らかとなった。また温度が上昇するにつれて、B係数が圧力変化にともなって極大値を示す傾向が次第にみられなくなり、高温ではB係数は圧力の増加とともに単調に減少するようになる。このようなB係数の変化の挙動は温度圧力によって水構造が変化することを明らかにした上記の研究結果からよく説明された。また水和水分子の回転緩和速度は圧力の増加により次第に小さくなることが示された。3)高圧下における蛋白質の構造変化についてはラマン・スペクトル、FT-IR、小角X線散乱などの手法を用いて研究した。
リーマン面のモジュライ空間のコホモロジーの研究

点付きの安定リーマン面のモジュライ空間、特にそのコホモロジーの構造について研究した。このモジュライ空間のコホモロジーは、点の置換を考えることにより自然に対称群の線形表現となる。この構造に着目し、表現の指標を種数がゼロの場合、及び重み付きの点付きリーマン面のモジュライ空間の一種であるロゼフ・マニン空間について決定した。また、ロゼフ・マニン空間の種数1の場合の類似と考えられるモジュライ空間についても研究を行い、コホモロジーの指標公式を求めた。以上の内容と並行して、混合フロベニウス構造と量子コホモロジーに関する研究も行った。平成25年度は、平成24年度に引き続き、混合フロベニウス多様体に関する研究を行った。混合フロベニウス多様体とは、フロベニウス多様体の一般化であり、局所カラビ・ヤウ多様体と呼ばれる非コンパクトなカラビ・ヤウ多様体のミラー対称性(局所ミラー対称性)の数学的定式化を動機として導入された概念である。定義を大雑把に説明すると、各点の接空間が代数構造を持つ複素多様体であり、各接空間にはイデアルの飽和フィルターが指定され、その逐次商の上に積構造と整合的な平坦計量が存在するとき,その多様体を混合フロベニウス多様体という。平成24年度の研究の主結果は、局所カラビ・ヤウ多様体の量子コホモロジー上の混合フロベニウス構造の構成であった。平成25年度の研究では、カラビ・ヤウとは限らないより一般的な状況で、局所グロモフ・ウィッテン不変量を用いて混合フロベニウス構造が得られることが分かった。詳しく述べると次の通りである。非特異な射影的多様体上にある種の負値性の条件を満たすベクトル束を考える。例としては、負の直線束の直和となっているようなベクトル束を考えればよい。このとき、このベクトル束から定まる局所グロモフ・ウィッテン不変量を用いて、底空間の多様体のコホモロジー上に混合フロベニウス構造を構成することができる。構成法は次の通りである。まずは同変局所グロモフ・ウィッテン不変量が定める同変的なフロベニウス構造を考える。そしてその非同変極限をとることによって混合フロベニウス構造が自然に得られる。なお、混合フロベニウス構造の一般論を整理するため、混合フロベニウス多様体を定義する条件の一部の見直しや、そのもとになる混合フロベニウス代数についての研究も行った。以上の内容については、共同研究者である小西氏との共著論文を現在準備中である。フロベニウス多様体とは、平坦な計量を持つ多様体であって、各点の接空間が可換な結合代数の構造を持ち、さらにその代数構造と平坦計量が様々な整合性の公理を満たすものである。これは2次元の位相的場の理論の族を記述する幾何構造としてドゥブロビンによって90年代初頭に定式化されたもので、代表的な例としては、シンプレクティック多様体の量子コホモロジー、カラビ・ヤウ多様体の複素構造の(拡大)モジュライ空間、孤立特異点の普遍開折の底空間などがある。この3種類の例はいずれもミラー対称性の研究において重要である。平成24年度の主な研究実績は、フロベニウス多様体の一般化である混合フロベニウス多様体という概念の導入である。これは小西由紀子氏との共同研究で導入したもので、局所カラビ・ヤウ多様体と呼ばれる非コンパクトなカラビ・ヤウ多様体(その典型例はファノ多様体の標準直線束の全空間である)のミラー対称性(局所ミラー対称性)の定式化において自然に現れると期待される構造である。混合フロベニウス多様体は、各点の接空間が代数構造を持つという点ではフロベニウス多様体と同じだが、平坦計量が接空間全体では定義されず、各接空間に指定されたイデアルの飽和フィルターの逐次商にのみ存在する点でフロベニウス多様体とは異なる。これは、局所ミラー対称性で現れる混合ホッジ構造をモデルとした定式化であり、混合フロベニウス多様体はフロベニウス多様体のある種の極限になっていると思われる。論文ではそれを次のような形で示した。まず、冪零元を持つフロベニウス多様体から、商構成という方法によって自然に混合フロベニウス多様体が得られる。その応用として、局所カラビ・ヤウ多様体のグロモフ・ウィッテン不変量によって定まる量子コホモロジーが混合フロベニウス構造を持つことが示される。この研究は現在も進展中であり、今後の発展が期待される。代数曲線(リーマン面)とその上の標点の組(順序付きの点の組)の複合概念を点付き代数曲線という。各標点に重みというデータを与え、その重みに関する安定性の条件をみたすものを安定な点付き安定曲線という。平成26年度は、ある重みに関して安定な種数1の点付き代数曲線のモジュライ空間のコホモロジーについて研究した。コホモロジーを標点の置換に関する対称群の表現と見たときの指標を計算する公式を発見し、それを用いて計算を行った。標点の数がある数以上になるとモジュラー形式に対応するコホモロジー類が現れ、それらは表現論的にも特徴的な振る舞いをすることなどが観察できた。以上はヨナス・ベルグストローム氏との共同研究であり、同氏とのロゼフ・マニン空間のコホモロジーに関する研究の続きと位置づけられるものである。また、これと並行して、局所量子コホモロジーと混合フロベニウス多様体に関する研究を行った。

混合フロベニウス多様体とは、フロベニウス多様体の一般化であり、各点の接空間が代数構造を持つという点ではフロベニウス多様体と同じだが、平坦計量が接空間全体にあるとは限らず各接空間に指定されたイデアルの飽和フィルターの逐次商にのみ存在するというものである。これについては一昨年度から研究していたが、混合フロベニウス多様体の定義を修正するなど一般論を幾らか整備した他、射影多様体上の凹なベクトル束に付随する局所量子コホモロジーが形式的な混合フロベニウス構造を持つことを示した。これは局所カラビ・ヤウ多様体の場合の以前の研究結果をより一般的な状況に拡張したものである。以上は小西由紀子氏との共同研究であり、論文は現在投稿中である。本年度は、主に有限複素鏡映群に付随する齋藤構造、フロベニウス構造、混合フロベニウス構造について研究を行った。複素ベクトル空間の自己同型群の、鏡映で生成される有限部分群を有限複素鏡映群という。その軌道空間上に、どのような幾何構造が入るかを考える。有限複素鏡映群が実構造をもつとき(すなわち有限コクセター群の場合)には、軌道空間上にはフロベニウス多様体の構造が入ることが、齋藤らによって示されている。これが一般の有限複素鏡映群の場合にどのように拡張されるかを考える。これについては加藤・眞野・関口による研究があり、有限複素鏡映群が「良い生成条件」をみたす場合には、軌道空間上に齋藤構造が存在することが示されている。そこでこの問題が、「良い生成条件」が満たされない場合にどうなるかを研究した。有限複素鏡映群は、無限個の系列と有限個の例外型の系列の2つに大きく分類されるが、無限系列をなす群については、「良い生成条件」なしに、軌道空間上に齋藤構造が存在することを、被覆空間の議論を使って示した。例外形についても、一つ一つしらみつぶしに調べ、一定の結論を得た。問題を正確に定式化する為に必要となる、齋藤構造に対する概双対生についても研究した。以上の内容については小西由紀子(京大)との共同研究で、論文は現在準備中である。また、種数1のリーマン面の点付きモジュライ空間のコホモロジーに関する、ヨナス・ベルグストローム(ストックホルム大)との共同研究も、昨年度から引き続き、継続して行った。点付きの安定リーマン面のモジュライ空間、特にそのコホモロジーの構造について研究した。このモジュライ空間のコホモロジーは、点の置換を考えることにより自然に対称群の線形表現となる。この構造に着目し、表現の指標を種数がゼロの場合、及び重み付きの点付きリーマン面のモジュライ空間の一種であるロゼフ・マニン空間について決定した。また、ロゼフ・マニン空間の種数1の場合の類似と考えられるモジュライ空間についても研究を行い、コホモロジーの指標公式を求めた。以上の内容と並行して、混合フロベニウス構造と量子コホモロジーに関する研究も行った。代数曲線のモジュライ空間のコホモロジーと混合フロベニウス多様体という2つのテーマの研究を並行して行っているため、現時点では前者に関する研究が当初の研究よりやや遅れている。代数幾何学研究実績の概要で述べた種数が1の代数曲線のモジュライ空間のコホモロジーに関する研究を完成させることが最優先課題であるが、種数が2の場合に関しても予備的な計算結果がいくつかあるので、これらを並行して研究を進めて行きたい。平成25年度においては、混合フロベニウス構造の研究に時間を費やしたため、リーマン面のモジュライ空間のコホモロジーに関する研究はやや遅れている。
量子縮退した原子混合気体を用いた均一光格子の実現

光トラップ中で41カリウムと87ルビジウムを同時にボース凝縮させることに成功した。3次元光格子ポテンシャルを作るために、半導体励起固体レーザー(DPSS)の開発を行い、単一周波数(波長1064nm)で10ワットのcwレーザーの作成に成功した。さらに、波長809nmの光トラップも用いることで、ルビジウムとカリウムの質量差からくる位置のずれを補正することにも成功した。また、フェッシュバッハ共鳴を用いて、異種原子間の相互作用を制御することで、ルビジウムとカリウムの2つのボース凝縮体の相分離と混合の制御が可能なことを示した。本研究の目的は、2種(87ルビジウムと41カリウム)の共存するボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の間に働く斥力相互作用を用いて、より均一性の高いポテンシャルを実現することである。我々は磁場トラップ中での協同冷却を用いて、41カリウムと87ルビジウムの同時ボース凝縮に成功した。凝縮体中の原子数はルビジウムが2x10^5個、カリウムが2x10^4個、と十分な数であった。当初の予定では、10Wのファイバーレーザーを集光して3次元光格子を作る予定であったが、光格子用レーザー光の形(ガウシアンプロファイル)による原子の閉じ込めの効果が大きく、実験上無視できないことが分かった。そこでビーム径を広げるべく、光格子用レーザーのパワーの増強を図った。光格子用レーザーは縦モード単一周波数であることが必要である。そこで我々は、波長1umの単一周波数DPSS(半導体励起固体)レーザーを自作した。ファイバーカップルした808nmの半導体レーザーでNd : YVO4結晶をダブルエンドポンプで励起した。共振器はボータイ型とし、アイリスとエタロンを用いて縦モード単一周波数発振を実現した。さらにエンドミラーから取り出した光の一部をアイソレーターを通して共振器に戻すことで、単一方向発振を実現した。得られたパワーは11ワットであり、このレーザーを光格子の各軸に用いることで十分なパワーを約束できた。このDPSSレーザーの作成は井上研究室の小林淳助教の指導のもと、斉藤祐介、福岡健太、両名の物理工学科卒業論文としてまとめられ、web上でも公開された。この卒論に対する反響は目覚しく、京都大学、北海道大学、さらにオーストラリアなど国内外の多くの研究者から見学など問い合わせが来ている。この自作DPSSレーザーとファイバーレーザーを組み合わせて光格子のセットアップを作成中である。本研究の目的は2種(87ルビジウムと41カリウム)の共存するボース・アインシュタイン凝縮の間に働く斥力相互作用を用いて、より均一性の高いポテンシャルを実現することにあった。平成21年度には磁気トラップ内で混合気体の同時ボース・アインシュタイン凝縮に成功しており、光格子のビーム径を広げるための単一縦モード、高強度の1064nmDPSSレーザーの開発にも成功した。しかし平成22年度に磁気トラップからの水漏れが発見され、電磁石の全交換を余儀なくされた。電磁石の交換に伴い、光格子の設計の変更と、周囲の光学系の再調整を行い、BEC中の原子数の最適化を行った。均一性の高いポテンシャルの実現のためには2種のボース・アインシュタイン凝縮の原子数が安定していることが必須である。しかしボース凝縮した後の原子数は多いときで30%近くも変動したため、その安定化を試みた。磁気光学トラップ中の蛍光量をルビジウム・カリウムそれぞれ観測し、実験開始のタイミングを蛍光量で決めることで1%レベルでの蛍光量の安定化を達成した。その結果、ボース凝縮中の原子数のゆらぎは減少したが、依然、10%以上であったため、その原因を追究した。その結果、カリウムとルビジウムの原子数に負の相関が見られたため、蒸発冷却中の非弾性散乱の影響が大きいと結論した。このルビジウムーカリウム系における原子数のゆらぎは本研究室のみならず、LENSなど他の研究室でも観測されている。本研究では初期条件の安定化と環境の安定化に集中したが、蒸発冷却後の原子数を観測してフィードバックをかけるなど、能動的な安定化の必要性が考えられる。