hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Myotubularin分子群の顕微鏡的多発血管炎の発症機構に関する解析

顕微鏡的多発血管炎(MPA)は小型血管の壊死性血管炎で,自己抗体のAnti-neutrophilic cytoplasmicantibody (ANCA)が産生される.新たにCandida抽出物を用いてヒトMPAを病理学的,血清学的に再現するマウスモデルを確立した.Myotubularinファミリーの好中球特異的遺伝子欠損マウスにこの独自の方法でMPAを誘発し,いくつかの遺伝子型では生体内のNETsの頻度,ANCA価,病理学的重症度が上昇した.この遺伝子欠損好中球では,活性酸素種産生の亢進,ホスファチジルイノシトール3-リン酸の上昇,形成されるNETsのDNase耐性が認められた.顕微鏡的多発血管炎(MPA)は小型血管への好中球浸潤を伴う壊死性血管炎で,肺胞出血,糸球体腎炎などを合併する自己免疫疾患であり,病因や病態は未解明な点が多い.Anti-neutrophil Cytoplasmic Antibody (ANCA)が産生されることが特徴である.従来の血管炎動物モデルは,血管病変の分布(スペクトラム)がヒトのMPAとは異なるためMPAの病態解明や新たな治療法の開発にはヒト型MPAを再現できる動物モデルの確立が待たれていた.最近,好中球の活性酸素を産生するNOX活性依存的にNETsという細胞外構造物を形成し微生物と結合し殺菌する新たな生体防御機構が発見された.異常なNETs形成は,ANCA産生へとつながりMPAを発症することが示唆されている.しかし,これがどのような機構の破綻を介して惹起されるかは未解明である.NOXの活性制御にはイノシトールリン脂質(PIs)が関与することから,研究者は,PIs代謝酵素であるmyotubularinファミリー(MTMRs)分子群に着目した.平成26年度の研究実績として,独自に野生型マウスにヒト型MPAを再現できる誘発法を開発し,肺毛細血管への好中球浸潤,腎病変,末梢白血球増多,ANCA (間接蛍光抗体法)上昇を認め,ヒト型MPAを再現できた.独自にマウスMPO-ANCAELISAを作製し,測定値はMPA発症マウスで上昇した,NOX活性が抑制されているマウスにこの方法でMPAを誘発したところ,肺,腎病変,ANCA値上昇が有意に抑制された.このMPA誘発法はNOX活性依存的にMPAを惹起すると考えられた.以上の結果から,ヒト型MPA誘発モデルを確立した.好中球特異的MTMRs遺伝子欠損マウスのいくつかの遺伝子型にこの方法でMPAを誘発し,組織学的解析,ANCA価を検討した.顕微鏡的多発血管炎(MPA)は小型血管への好中球浸潤を伴う壊死性血管炎で,肺胞出血,糸球体腎炎などを合併する自己免疫疾患であり病因は不明な点が多い.自己抗体であるAnti-neutrophilic cytoplasmicantibody (ANCA)が産生されることが特徴的である.従来の血管炎動物モデルは,血管病変の分布(スペクトラム)がヒトのMPAとは異なるため,MPAの病態解明や新たな治療法の開発にはヒト型MPAを再現できる動物モデルの確立が待たれていた.最近,好中球の活性酸素を産生するNOX活性依存的にNETsという再妨害構造物を形成し微生物との結合し殺菌に寄与する新たな生体防御機構が発見された.異常なNETs形成は,ANCA産生へと繋がりMPAを発症することが示唆されている.しかし,この異常なNETsがどのような機構の破綻を介して惹起されるかは未解明である.NOXの活性制御にはイノシトールリン脂質(PIs)が関与することから,研究者は,PIs代謝酵素であるmyotubularinファミリー(MTMRs)分子群に着目した.平成26年度に野生型マウスにMPAを誘発できる独自の方法を開発した.このモデルは病理組織学的にスペクトラムがヒト型MPAを再現し,ANCA上昇も認められた.平成27年度の研究実績として,好中球機能が低下する遺伝子改変マウスにこの独自の方法でMPAを誘発し,MPA発症が抑制されることから,独自の方法は好中球機能依存的であることを確認した.いくつかの好中球特異的MTMRs遺伝子欠損マウスおよびPIs代謝酵素遺伝子欠損マウスに独自の方法でMPAを誘発し,組織学的検討,ANCA価測定を行った.どの遺伝型がMPA発症促進的に寄与するか検討した.NOX活性,分子の局在,NETs形成,PIsの変化を含む細胞生物学的解析を行った.平成27年度の進捗状況は,研究計画書通りにほぼ順調に遂行した.研究の目的として,1)ヒト型MPAを再現できる誘発型MPAモデルの開発,2)好中球機能依存的モデルであることの確認,3)好中球特異的MTMRs遺伝子欠損マウスでのMPA誘発と疾患発症促進的な遺伝子型の選定,4)MTMRs遺伝子欠損マウス由来の好中球での細胞生物学的検討,5)NOX活性制御およびNETs形成に対するMTMRsの関係の検討,6)ヒト好中球でのMTMRs分子群の遺伝子発現の検討,である.第1から第3項目までが平成26年度の予定(遂行),第4項目以降が平成27年度よび平成28年度の予定である.平成27年度は,第4項目および第5項目について遺伝子欠損好中球の機能を細胞生物学に総合的に検討した.MTMRsのPIs制御における機能がいかにNETs形成に関わるかという端緒を含む有意義な結果を得た.

顕微鏡的多発血管炎(MPA)は小血管の壊死性血管炎で,肺胞出血,糸球体腎炎などを合併する自己免疫疾患で病態は不明な点が多い.自己抗体のAnti-neutrophilic cytoplasmicantibody (ANCA)が産生されることが特徴的である.最近,好中球はNADPHoxidase (NOX)活性依存的に好中球細胞外トラップ(NETs)というクロマチンやMPOなどから構成される細胞外構造物の形成の異常がANCA産生を介してMPAを発症させることが示唆されている.しかし,このNETs形成の異常がどのような制御機構の破綻によるかは未解明である.NOXの活性制御にはイノシトールリン脂質(PIs)が関与するため,PIs代謝酵素でPI(3)Pなどのホスファターゼであるmyotubularinファミリー(MTMRs)分子群に着目した.従来,ヒトのMPAを再現した血管炎動物モデルの報告は非常に少ない.そのため我々は野生型マウスにヒト型MPAを誘発できる独自の方法を開発した.この方法は病理組織学的所見がヒト型MPAを再現し,ANCA上昇も認められた.この方法を用いて,いくつかの好中球特異的MTMRs遺伝子欠損マウスおよびPIsキナーゼ遺伝子欠損マウスにMPAを誘発し,組織学的検討,ANCA価測定を行った.さらにNOX活性,NETs形成,PIsの変化を含む細胞生物学的解析を行った.いくつかのMTMRs欠損の遺伝型では,野生型よりもNETs形成促進,ANCA上昇,組織学的重症度が上昇した.一方,このMTMRsの逆反応を触媒するPIsキナーゼの欠損はこれらを軽減した.さらにPIsキナーゼ特異的抑制薬はヒト好中球のNETs形成を抑制した.これらの結果からPI(3)P生成の抑制がNETs形成を抑制することを見出した.顕微鏡的多発血管炎(MPA)は小型血管の壊死性血管炎で,自己抗体のAnti-neutrophilic cytoplasmicantibody (ANCA)が産生される.新たにCandida抽出物を用いてヒトMPAを病理学的,血清学的に再現するマウスモデルを確立した.Myotubularinファミリーの好中球特異的遺伝子欠損マウスにこの独自の方法でMPAを誘発し,いくつかの遺伝子型では生体内のNETsの頻度,ANCA価,病理学的重症度が上昇した.この遺伝子欠損好中球では,活性酸素種産生の亢進,ホスファチジルイノシトール3-リン酸の上昇,形成されるNETsのDNase耐性が認められた.平成26年度の進捗状況は,研究の目的および研究計画に記載通りにほぼ順調に遂行した.研究の目的として,1)ヒト型MPAを再現できる誘発型MPAモデルの開発し,2)好中球欠失マウスやNOX活性抑制マウスにMPAを誘発し好中球が関与する血管炎であることを確認し,このMPAモデルを確立する.3)好中球特異的MTMRs遺伝子欠損マウス(7遺伝型)にこの方法でMPAを誘発し,どの遺伝子欠損マウスがMPA発症に関与するか明らかにする.4)このMTMRs遺伝子欠損マウス由来の好中球や好中球細胞株を用いて詳細な細胞生物学的解析を行い,NOX活性,NOX構成分子の局在,NETs形成にMTMRs遺伝子欠損およびイノシトールリン脂質の変化がどのように影響するかを解析する.5)NOX活性とNETs形成とをつなぐ機構にMTMRs分子群がいかに関与しているかを明らかにする.
鉱物組成クラスターの気相反応による表面反応機構の探究

宇宙空間での鉱物表面反応と分子進化過程の解明を目的に、鉱物表面のモデルとなる鉱物組成クラスターと気体分子との反応を観測した。まず、昨年度に引き続き、ケイ酸塩鉱物の基本構造を形成するシリコン酸化物を取り上げ、酸化ケイ素クラスター負イオン(SinOm-)とCOとの反応実験を行った。昨年度の研究で、n : m = 1 : 2に対して酸素過剰なm>= 2n+1の組成のクラスターに於いてCO吸着反応速度が大きいことを明らかにした。今年度は、さらに理論計算を用いて反応サイトの探究を進めた。その結果、1つもしくは2つのO原子を共有して隣り合うSiO4四面体上のdangling O原子ペアの存在が、CO吸着に重要な役割を果たすことが明らかとなった。COからdangling O原子に負電荷が供与されることで、結合が形成される。一方で、m =< 2nのクラスターでは3配位のSiが反応サイトとなるが、反応サイトの選択性は局在する半占軌道(SOMO)の位置に支配されることが分かった。また、SinOm-とH2Oとの反応の観測を行い、H2OはHとOHに解離して吸着することが分かった。さらに、MglSiOm-とCOおよびH2Oとの反応の観測を行った。H2Oとの反応では、O2の生成が示唆された。以上のように、一連の研究により、分子雲と原始惑星系円盤での鉱物表面への分子吸着と触媒反応のメカニズムの解明に向け、非常に重要な成果が得られた。27年度が最終年度であるため、記入しない。クラスターを鉱物表面のモデルとして捉え、鉱物表面での反応と分子進化過程の解明を目指している。分子雲、原始惑星系における鉱物表面での化学反応過程の探究を目的に、鉱物組成クラスターを生成し、その生成過程を調べた。さらに、鉱物組成クラスターと種々のガスとの反応について物理化学研究を行った。まず、アルミニウムクラスター正イオン(Aln+)と水・酸素の混合ガスとの反応で水和アルミナ組成のクラスターが生成することを見出し、Aln+とH2OおよびO2が逐次的に反応し、酸化、水酸化、水和反応を経て水和アルミナクラスターが生成する過程を明らかにした。次いで、原始惑星系に存在する星間塵の主要構成鉱物であるケイ酸塩に着目し、ケイ酸塩鉱物の基本構造を形成するシリコン酸化物を取り上げ、酸化ケイ素クラスター負イオン(SinOm-)の生成と反応実験を行った。n : m = 1 : 2を中心に、2n-1 <= m <= 2n+2の範囲のクラスターが生成することが見出され、これらのクラスターと一酸化炭素、水との反応を観測した。SinOm-とCOとの反応では、n : m = 1 : 2に対して酸素過剰なm>= 2n+1の組成のクラスターに於いて、反応速度が大きいことが分かった。一方で、m = 2n-1ではCO付加、H2O付加のいずれも観測されなかった。理論計算により求めたSinOm-の最安定構造を踏まえると、m >= 2n+1の構造では末端に2つのdangling O原子を持つ4配位のSi原子が存在し、そのうち一方のO原子がCOの吸着サイトであることが分かった。以上の結果から、鉱物表面反応の第一段階であるCO吸着の反応サイトが示された。鉱物組成クラスターの生成を行い、その生成過程を解明した。さらに、翌年度目に予定していた鉱物組成クラスターとCO分子およびH2Oとの反応実験を開始した。マグネシウムを含むケイ酸塩鉱物クラスターの生成には至っていないが、前倒しして反応実験を開始することで、遅れが出ないように研究を進めた。したがって、おおむね順調に進展していると評価した。

当初の計画に沿って、鉱物組成クラスターの反応実験を進める。さらに、マグネシウムや鉄を含むケイ酸塩鉱物組成のクラスターの生成を行う。今年度は鉱物クラスター上でのCOとH2ガスやH分子との反応を中心に行い、有機分子生成の反応素過程を明らかにする。27年度が最終年度であるため、記入しない。
宇宙環境の理解を促進する理科教材の開発と宇宙教育の実践

極限環境耐性生物は、身近な環境に多数生存しており、理科教材としても利用できる。本研究は、人類の宇宙への進出を視野に入れ、地球上の生物がどの程度極限環境に耐性を持つかを明らかにし、その成果を中学生や高校生向けの理科教材に適用することを目的とした。オニクマムシ、コケ類、アルテミア、クローバの種子を使い、真空条件、窒素置換雰囲気や超高圧への耐性を調べ、材料の入手から実験方法、結果の示し方など、課題研究等で使用するためのマニュアルを作成した。人類が宇宙に進出し、宇宙船内あるいは衛星や惑星上で生活するために必要な環境を模索する試みは益々重要になっている。地球上の多様な生命の中には、超高圧、超低温、真空、強力な放射線などに強い耐性を持つ種類(極限環境耐性生物)がいることが報告されている。このような極限環境耐性生物の耐性限界や耐性機構に関する研究は、宇宙科学の根本的な目的と深く関係し、人類が宇宙環境を利用するのに大いに貢献する。極限環境耐性生物は宇宙環境利用という観点から研究できる一方、中学生や高校生の理科教材としても大いに利用価値がある。耐性限界は、実際に宇宙空間暴露することで知ることができるが、地球上でも人工極限環境を設けて研究できる。今までは、極限環境耐性があるとされた生物でも、実際には短時間(30分程度)置いただけで、どれだけ生存したかを調べるという研究が主体であった。そのため、宇宙環境に匹敵するような人工極限環境に長期間暴露し、生存率や繁殖率の違いを見た研究はほとんどなかった。私たちは、オニクマムシ、コケ類胞子や茎葉体を使い、真空条件、窒素置換した1気圧の空気、および超高圧(7.5GPa)に暴露し、生存率を調べた。生存率は高校生や中学生でも調べることができる。その結果、コケ類胞子と茎葉体に非常に強い耐性があることがわかった。さらに、この研究は中学高校生の課題研究等にも十分利用できることも明らかになり、実際に研究を進めている高校も現れている。極限環境耐性生物の研究を通じて、中学生や高校生が、宇宙空間に匹敵するような極限環境に長期間耐えられる地球型生命は存在するのか。もしいるとすれば、それは極限環境に対していかなる防衛機構を保持しているからなのかを考察できれば、宇宙に関する関心が一層高まることが期待される。地球上の多様な生命一め中には、超高圧、超低温、真空、強力な放射線などに強い耐性を持つ種類(極限環境耐性生物)が存在することが報告されている。極限環境耐性生物の而性限界や耐性機構に関する研究は、地球型生命の起源や進化と深く関係し、入類が宇宙環境を利用するのに大いに貢献する。極限環境耐性生物の研究は、身近にある生物材料を利用でき、実験系も比較的容易に構築できる。極限環境に曝露した生物の蘇生の過程を調べることにより、生命の起源や進化に対する強い探究心をもたらすことができる。さらに、極限環境耐性生物で得られた知見を、将来の宇宙環境利用にどのように生かすことができるかに思いを馳せることもできる。このように、極限環境耐性の発現機構と字宙環境における生存の可能性に関する研究は、大学生のみならず、中学生や高校生に対する魅力ある理科教材の作成に貢献できる。今までは、宇宙環境に匹敵するような人工極限環境に長期間暴露し、生存率や繁殖率の違いを見た研究はほとんどなかった。私たちは、クマムシ類、コケ類胞子と茎葉体、およびアルテミア卵を使い、真空条件、窒素置換した1気圧の空気、および超高圧に暴露し、生存率を調べてきた。その結果、クマムシ類の樽には確かに極限環境耐性能力があることが明らかになった。さらにコケ類胞子や茎葉体は真空や置換窒素雰囲気に1年以上曝露しても、生存することがわかった。これらの研究は中学高校生の課題研究等にも十分利用できることも明らかになり、実際に研究を進めている高校もいくつか現れている。また、耐性能力発現の実験は、高校の出前授業でも披露した。さらに、市民講座等での講演により宇宙環境利用科学への関心を喚起した。地球上の多様な生命の中には、超高圧、超低温、真空、強力な放射線などに強い耐性を持つ種類がいることが知られている。これらの生物は、極限環境耐性生物と呼ばれており、系統的にも多岐にわたっている。このような極限環境耐性生物の耐性限界や耐性機構に関する研究は、宇宙科学の根本的な目的とも深く関係し、人類が宇宙環境を利用するのに大いに貢献するかもしれない。極限環境耐性生物は、身近な環境に多数生存しており、採集や飼育も比較的容易である。そのため、教育現場における理科教材としても利用できると思われる。本研究では、中学生や高校生向けの理科教材の開発をめざして、オニクマムシ、コケ類胞子や茎葉体、アルテミアの卵、クローバやシロイヌナズナの種子を使い、真空条件、窒素置換雰囲気、および超高(7.5GPa)に暴露し、生存率や発芽率を調べた。

その結果、これらの生物には強い耐性があることが明らかになり、理科教材に利用可能であることもわかった。本研究の実験結果をふまえて、材料の入手、実験の方法、結果の示し方、結果の解釈の仕方など、中学生や高校生の課題研究等で使用するためのマニュアルを作成している。極限環境耐性生物の研究を通じて、中学生や高校生が、宇宙空間に匹敵するような極限環境に長期間耐えられる地球型生命は存在するのか、もしいるとすれば、それは極限環境に対していかなる防衛機構を保持しているからなのかを考察できれば、宇宙に関する関心が一層高まることが期待される。
行為と認知の統合理論の基礎

本研究プロジェクトは、認知と行為の総合理論の基礎を据えることを目的として発足し、行為の合理性の分析を軸として、隣接諸学との関連をも視野に入れた研究を行ってきた。認知と行為の関連は、古くは「知と徳」の問題として、あるいはカントにおいて「理論理性と実践理性」の問題として問われ続けてきたように、哲学の中心的な問いの一つである。本研究プロジェクトでは、研究成果報告書第I部に見られるように、プラトンの対話篇を素材としたシンポジウム及びその背景となった研究において、生全体の認知と、そのもとに営まれる行為との関連のありさまを、哲学的思索の根源的な形態において理解しようとした。また、「プラグマティズムと人間学的哲学」シンポジウムにおいては、外国人研究者の協力も得て、日本及び東アジアの思想とヨーロッパにおける合理性概念の検討を行った。ともすれば、近代ヨーロッパに起源をもつ合理性概念にのみ着目してきた従来の哲学研究を、このような形でいったん相対化することは、合理性概念そのものの深化にとって不可欠である。さらに、シャーバー氏のセミナー及びシンポジウムでは、道徳的実在論に焦点を当て、より直接的に行為の合理性理解の可能性を問題にした。また、研究成果報告書第II部では、行為の合理性の分析と並んで、本研究プロジェクトのもう一つの柱である、哲学的な合理性概念と隣接諸学との関連にかかわる諸問題が論じられている。それらは社会生物学やフレーゲの論理思想、キリスト教信仰、認知科学、メレオトポロジー、技術者倫理と、一見バラバラな素材を取り扱っているように見えるが、それらはいずれも価値と人間の行為の合理性を軸とした認知と行為の問題の解明に他ならない。認知と行為の関連の問題は、さまざまなヴァリエーションをもって問われ続けてきた哲学の根本的な問題群であり、さらにその根底には人間とは何か、あるいは何であるべきかという問いが潜んでいる。これについてはさらに別のプロジェクトによって研究の継続を期することにしたい。研究年度初年にあたる本年度においては、行為と認知の統合理論の基礎を固めるために、国内外の研究動向の調査などを行ない、基本的な論点の整理を行なってきた。とはいえ、初年度ということもあり、個人研究はともかく、グループすべての共同研究が進捗しているとはいいがたいが、それでも以下の研究成果を得ることができた。グループ「意図的行為と行為の合理性に関する基礎研究」では、成田和信氏(慶応大学)を招き「責任と自由」という研究発表をしてもらい、研究代表者と同グループ全員で研究課題に関する議論を行うことができた(2002年12月12日於北海道大学)。哲学的行為論においては、自由意志の存立可能性が一つの重大なトピックとなるのだが、この点を主として倫理学的観点から責任概念と関連させた成田氏発表とその後の討論は、本研究に多大な寄与をもたらした。行為の「合理性」の分析を軸とし、意図的行為と合理性に関する現代哲学の諸成果を参照しつつ、それが隣接諸科学にいかなる寄与をなしうるかを可能な限り明らかにしてゆくことを通じて、行為と認知の統合理論の基礎を据えるという目的のもとに、平成15年度に行った研究により、以下のような諸成果を得た。1.「意図的行為と行為の合理性に関する基礎研究」、「行為の理論と人工知能研究」、「利他的行為の基礎と社会生物学」、「行為論と言語論の哲学史的文脈」という四つの研究グループごとの先行研究のサーヴェイの成果と基本的な論点の整理に関して、全体会合において中間的な取りまとめを行い、研究グループ間の相互批判と情報交換に努めた。

2.メタ倫理学、規範倫理学および応用倫理学を専門とするP.シャーバー氏をチューリヒ大学倫理学センターより招聘し、「規範倫理学とメタ倫理学」と題された連続セミナー(2004年3月35、10日、於北海道大学)、および「モラル・リアリズム」と題されたシンポジウムを行った(2004年3月11日、於北海道大学)。シャーバー氏を中心に規範倫理学とメタ倫理学をめぐって交わされた議論は、行為の「合理性」を分析する上で倫理の問題は重要なファクターとなるだけに、本研究に多大な寄与をもたらすことが期待される。なお、本研究はいまのところ各研究グループに分かれて行われているのが実情だが、研究グループ間のさらなる内的連関の強化と統合は来年度の主要な課題である。行為の「合理性」の分析を軸とし、意図的行為と合理性に関する現代哲学の諸成果を参照しつつ、それが隣接諸科学にいかなる寄与をなしうるかを可能な限り明らかにしてゆくことを通じて、行為と認知の統合理論の基礎を据えるという目的のもとに、平成16年度に行った研究により、以下のような諸成果を得た。1.本年度は研究最終年度にあたるため、「意図的行為と行為の合理性に関する基礎研究」、「行為の理論と人工知能研究」、「利他的行為の基礎と社会生物学」、「行為論と言語論の哲学史的文脈」という四つの研究グループごとの本研究発足以来の研究成果を持ち寄り、相互討論のうえ、新田の統括のもと石原が中心となって研究成果報告書「行為と認知の統合理論の基礎」をとりまとめた。2.生全体の認知とそのもとで営まれる行為との連関のありようを、哲学的思索の根源的な形態において理解しようという目的のもとで、他大学より三名の研究者(静岡大学より田中伸司氏、東北大学より荻原理氏、中央大学より土橋茂樹氏)を招聘して、シンポジウム「プラトン哲学-対話、知識そして行為」を行った(於北海道大学、2005年1月9日)。上記三名に研究分担者中澤を加えた四名による提題とそれをめぐって活発になされた相互討論は、本研究に多大な寄与をもたらした。
2011年霧島火山(新燃岳)噴火に関する総合調査

霧島山新燃岳では2011年1月末に300年ぶりのマグマ噴火が発生した。すなわち,11月26,27日に準プリニー式が起こり,引き続いて山頂火口に溶岩蓄積が4日間続いた。24月にはブルカノ式噴火が断続的に発生し,6月からは複数回の水蒸気噴火が起こった。2011年9月中旬以降噴火は起きていない。この一連のマグマ噴火に先行して水蒸気爆発が繰り返し発生し,火山周辺地域の地震活動が活発化した。さらに,噴火の約1年前からは,火口の北西約6kmの地下にあるマグマ溜まりの膨張を示す,顕著な地殻変動が観察された。また,地殻変動観察では,準プリニー式噴火や火口への溶岩蓄積に対応したマグマ溜まりの収縮が認められた。準プリニー式噴火に数10分先行して微弱な増圧が伴ったことが歪計解析から明らかになった。ブルカノ式噴火中の火山性微動の発生域は,火口直下からマグマ溜まりまでの間で起こっており,マグマ溜まりから火口へのマグマ移動に対応したと考えられる。ブルカノ式噴火にマグマ溜まりからマグマが移動することが重力的にも確認された。また,この噴火の直前には火口浅部の膨張,火山性地震が増加し,それと連動して火山ガス放出率が減少することが観測され,火道最上部におけるガス閉塞が噴火に先行したことが明らかになった。初期の噴出物には組成の2種類の異なる組成のマグマが認められ,噴火に先行してマグマ混合起こったことが明らかになった。今回の噴火で噴出したマグマの総量は約2500万m^3に達したと見積もられ,300年前の噴火の噴出量の3分の1程度であった。噴火中には,300年前の噴火や国内外の類似火山の噴火例を参考に,噴火の推移を表す噴火シナリオの作成が試みられた。今回の噴火では顕著な土石流の発生がなかったが,噴出物が主に軽石であったため,顕著な雨浸透性悪化が起こらなかったためと考えられる。2011年1月末の噴火直後から再開したマグマ溜まりへのマグマ蓄積は,2011年末まで継続し,その膨張量は2011年1月噴火前とほぼ同様になった。その後,2012年に入って山体膨張はほぼ停滞し,火口へのマグマ供給が停止したものと考えられる。2011年1月から開始した新燃岳の噴火活動の推移予測のため,緊急の総合調査研究を昨年度に引き続き実施した。すなわち,火道浅部の状態変化を捉えるための広帯域地震計,地震計アレイ観測,傾斜計観測。地下にあるマグマ溜まりの蓄積量とマグマ上昇による地下状態の時間変化を捉えるための,広域の地殻変動,地震,電磁気,重力観測。さらに,マグマや堆積物の物性変化を理解するため,火山ガスと火山噴出物の放出量や成分,分布等の時間変化を調査する。2011年25月は新燃岳火口でブルカノ式噴火が断続的に発生し,6月からは複数回の水蒸気噴火が起こった。9月中旬以降噴火は起きていない。今回の噴火の噴出マグマ量は約2500万m^3に達したと見積もられる。火山性微動の発生域は,噴火の推移につれて火口の西側,北西側,南側と変化し,火口からマグマ溜まりへのマグマ移動や地下水との接触に対応したと考えられる。2011年末までマグマ溜まりを中心とする膨張が継続し,その膨張量は同年1月噴火の開始前とほぼ同様になったが,重力的には蓄積量は2千万m^3以下と考えられる。2012年に入って山体膨張は停滞し,火口西側浅部の消磁傾向が鈍化したため,火口へのマグマ供給が停止したと考えられる。一方,1,2月噴火の再解析からは,プリニー式噴火に数10分先行して微弱な増圧が伴ったことが歪計解析から明らかになった。また,水準測量観測からは,北西のマグマ溜まりに加えて火口から北西に伸びる割れ目の存在が新たに提案された。また,ブルカノ式噴火直前の火口浅部の膨張と連動して火山ガス放出率が減少することが観測され,火道最上部におけるガス閉塞が噴火に先行していること明らかになった。今回の噴火では土石流の発生が起こらなかったが,噴出物が主に軽石であったため,顕著な雨浸透性悪化が起こらなかったからであると解釈された。霧島山新燃岳では,2011年1月19日に小規模な噴火が始まり,26日午後からは準プリニー式噴火を3回繰り返した。その後,溶岩が出現し,1月31日まで火口全体を埋めるまでに成長した。2月1日以降は小規模なブルカノ式噴火を繰り返し,頻度は次第に減少しつつも継続した。新燃岳の本格的なマグマ噴火は171617年以来,約300年ぶりの現象であり,噴火間隔の長い火山の噴火現象の発生や推移を理解する上で,今回の噴火過程の解明は重要である。本研究では,噴火活動とそれに伴う諸現象を緊急に研究するため,以下の4つの項目に分けて,2011年2月より研究を開始した。1)火口近傍における観測による火口及び火道浅部構造・状況の調査。2)広域地殻変動・地震観測・地球電磁気観測によるマグマ蓄積系の調査。3)火山灰・火山ガス調査による噴出物成分調査。4)降灰域での土石流危険度調査。

その結果,マグマの蓄積が新燃岳の北西約7km地下約10kmにおいて,2006年から進行し,その後加速したことが明らかとなり,周辺地域の地震活動も同様に活発化していたことが示された。ブルカノ式噴火期に観測された火山性微動波形解析からは,ほとんどの火山性微動が火口直下での増減圧を起源とするが,マグマ溜まりと火口を結ぶ火道から到来するものも存在した。ブルカノ式噴には,火口直下のマグマの発泡を示唆する山体浅部の膨張・火山性地震回数増加が先行し,同時に,マグマ溜まりの一時的増圧を示す重力変化も捉えられた。噴火の推移を予測する噴火シナリオを作成し,噴火の進行とともに更新した。噴火のマグマは約300年の噴火と良く似た安山岩質のもので,噴火の前にマグマ混合が起こっていたことが示された。今後も継続中の噴火を総合的に観測し,噴火シナリオにおける噴火事象分岐のメカニズムを理解することが火山学的にも防災上でも重要である。霧島山新燃岳では2011年1月末に300年ぶりのマグマ噴火が発生した。すなわち,11月26,27日に準プリニー式が起こり,引き続いて山頂火口に溶岩蓄積が4日間続いた。24月にはブルカノ式噴火が断続的に発生し,6月からは複数回の水蒸気噴火が起こった。2011年9月中旬以降噴火は起きていない。この一連のマグマ噴火に先行して水蒸気爆発が繰り返し発生し,火山周辺地域の地震活動が活発化した。さらに,噴火の約1年前からは,火口の北西約6kmの地下にあるマグマ溜まりの膨張を示す,顕著な地殻変動が観察された。また,地殻変動観察では,準プリニー式噴火や火口への溶岩蓄積に対応したマグマ溜まりの収縮が認められた。準プリニー式噴火に数10分先行して微弱な増圧が伴ったことが歪計解析から明らかになった。ブルカノ式噴火中の火山性微動の発生域は,火口直下からマグマ溜まりまでの間で起こっており,マグマ溜まりから火口へのマグマ移動に対応したと考えられる。ブルカノ式噴火にマグマ溜まりからマグマが移動することが重力的にも確認された。また,この噴火の直前には火口浅部の膨張,火山性地震が増加し,それと連動して火山ガス放出率が減少することが観測され,火道最上部におけるガス閉塞が噴火に先行したことが明らかになった。初期の噴出物には組成の2種類の異なる組成のマグマが認められ,噴火に先行してマグマ混合起こったことが明らかになった。今回の噴火で噴出したマグマの総量は約2500万m^3に達したと見積もられ,300年前の噴火の噴出量の3分の1程度であった。噴火中には,300年前の噴火や国内外の類似火山の噴火例を参考に,噴火の推移を表す噴火シナリオの作成が試みられた。今回の噴火では顕著な土石流の発生がなかったが,噴出物が主に軽石であったため,顕著な雨浸透性悪化が起こらなかったためと考えられる。2011年1月末の噴火直後から再開したマグマ溜まりへのマグマ蓄積は,2011年末まで継続し,その膨張量は2011年1月噴火前とほぼ同様になった。その後,2012年に入って山体膨張はほぼ停滞し,火口へのマグマ供給が停止したものと考えられる。
人類集団の拡散と定着にともなう文化・行動変化の現象数理学的モデル構築

若野・青木は「個体数と文化の複合ダイナミクスの数理解析」の研究を受けて前年度に開発した生態文化的分布拡大モデル(二重波モデル)の拡張に取り組んだ。とくに、「種内独自文化進化と種間文化交流モデルの比較」へと繋げるため、新人旧人間に文化伝達が存在する場合に二重波モデルを拡張した。その結果、現在の枠組みのもとでは種間文化交流は結果にほとんど影響を与えないことが明らかとなったが、同時に現在のモデルが単純でありすぎることも明らかとなり、次年度以降にモデルを改良していく出発点を得た。また、二重波モデルはプロジェクト全体の作業仮説として働いており、国際会議や研究大会での発表を通じて、特に小石刃技術の分布に着目し、考古データと数理仮説の比較を行う土台が作られたことも本年度の成果である。小林・青木・若野・中村は「文化の多様性の創出維持機構」に取り組み、とくに民族誌や考古データから得られる文化要素のスペクトルから、文化の伝達機構をある程度推測できるとする理論的研究を行い、論文執筆に取り掛かった。小林・若野は、同様のモデルにおける文化要素の絶滅時間についての理論成果を論文発表した。高畑は、「ゲノム生物学の最新動向調査」を行い研究大会などで発信した。また、2次元サイト頻度スペクトラムに着目することで、まだ固定にいたっていないような自然選択の痕跡をゲノムデータから抽出する新たな手法を開発し、論文発表した。出アフリカ以降の各地域集団の歴史は10万年以下であり、このような手法はヒトゲノム解析において重要である。黒川、中村、田村はそれぞれ個別に協力行動の進化に関する理論研究も行い、論文発表を行った。太田は、東南アジアにおける古代ゲノム解析を行い、成果は共著論文としてScience誌にて出版された。二重波モデルのもととなった「個体数と文化の複合ダイナミクスの数理解析」は、プロジェクトの作業仮説として考古学班(A01/02)などとの共同研究の土台となりつつある。0,1ベクトルを用いた「文化の多様性の創出維持機構」の研究についても、スペクトル解析や、さらに形質間ペアの統計解析手法が開発されつつあり、そこから実データと理論との比較が行われつつある。これらのテーマは当初計画以上に順調に推移している。他のテーマについても、おおむね予定通り進んでおり、B02班全体としてはおおむね順調に推移している。考古学・文化人類学との共同研究体制が作られつつある2つのテーマについては、今後もより積極的に分野間融合研究を推進していく。種間文化交流モデルの構築と解析についても、本年度成果よりモデルの改良点が見えたので、これをすすめていく。「ゲノム生物学の最新動向調査」についても、考古学者に最新の旧人新人関係のゲノム研究結果を伝えていく。「文化伝達実験」については、当該分野で著名なAlex Mesousi教授、Maxime Derex博士らとの共同研究体制が整いつつあり、遂行していく。若野・青木はテーマ1「個体数変化と文化変化の複合的影響」に取り組み、個体数仮説に基づく文化・個体密度変動を、空間構造を陽に記述した反応拡散方程式系でモデル化し、そのシミュレーションと数理解析を行った。その結果、高文化高密度状態にある人類集団が、低文化低密度状態にある集団と接触する場合、必ずしも前者が後者を駆逐するとは限らないことや、生態学的な種間競争係数が高いときには、生物種として後者は絶滅においやられること(交替シナリオ)、種間競争係数があまり高くないときには、生物種としての共存が起きること(同化吸収シナリオ)を解明した。このことは、仮に新人のアジアへの進出とそれにともなう旧人の絶滅の過程において、新人のアジアへの進出が、ただちに人類の密度増加と文化の発展(たとえば中期後期旧石器)を伴ったのではなく、文化的には同程度のレベルにある新人集団と旧人集団が一時的に共存したあと、新人の密度増加と文化の発展によって旧人が絶滅した可能性を示唆している。この理論研究は現在論文投稿中である。高畑はテーマ4「欧米を中心とするゲノム生物学の最新動向調査」を精力的に行い、新人旧人間の混血や系統樹、過去の有効集団推定などに関連して2016年に発表された複数の重大な論文を精読し、プロジェクト全体にむけて紹介した。小林・若野はテーマ2「文化の多様性の創出維持機構」に取り組み、とくに多次元ベクトルモデルにおいて2個体以上の個体から社会学習を行うときの、文化のダイナミクスについて数理解析を行った。一つの重要な結論は、文化の古さの推定である。パレオアジア文化史学では、アジアの人類集団の文化的起源が、遺伝的起源と同一か異なるかが重要なテーマとなる。遺伝的起源については、テーマ4での調査からある程度具体的な数字が分かっているので、文化的起源の古さを、現在見られる文化の頻度分布から推定する手法を開発した。テーマ1,2,4については、モデル構築、シミュレーション、数理解析が計画通り進展している。また、テーマ1においた開発したモデルに、種間の文化伝達パラメタを取り入れることで、テーマ3「集団接触による文化交流説と独自進化説」を研究するためのモデルの枠組みも作られつつある。テーマ5「文化伝達実験」は、この分野で先行する欧州からMesoudi博士を招聘し、高知工科大の施設を見学しながら、実験のセットアップについて具体的な意見交換が進んでいる。以上のことから、おおむね順調に進展しているといえる。若野・青木は「個体数と文化の複合ダイナミクスの数理解析」に取り組んだ。

その結果、高文化高密度状態にある人類集団が、低文化低密度状態にある集団と接触する場合、必ずしも前者が後者を駆逐するとは限らないことや、生態学的な種間競争係数が高いときには、生物種として後者は絶滅する(交替)が、種間競争係数があまり高くないときには、生物種としての共存が起きること(同化吸収)を解明した。仮に新人のアジアへの進出とそれにともなう旧人の絶滅の過程において、新人のアジアへの進出と、人口密度増加と文化の発展(たとえば中期後期旧石器)が同時に起きたのではなく、文化的には同程度のレベルにある新人集団と旧人集団が一時的に共存したあと、新人の密度増加と文化の発展によって旧人が絶滅した可能性を示唆している。従来の考古学的において標準的なシナリオと、今回の理論シナリオはどのような関係にあるのかについての考察を加えた共著論文を、B02班の若野・青木、A02班の門脇、および米Stanford大学の共同研究者と共著で論文発表した。小林・青木・若野は「文化の多様性の創出維持機構」に取り組み、多次元ベクトルモデルにおいて2個体以上から社会学習を行うときの、文化のダイナミクスについて、分枝過程近似などを用いて文化要素のスペクトル解析手法を開発した。これらの新手法に基づいて、中村は民族誌データの統計解析を行い、予備的な結果が出ている。高畑は「欧米を中心とするゲノム生物学の最新動向調査」を精力的に行い、新人旧人間の混血や系統樹、過去の有効集団推定などに関連して発表された最新の論文を精読し、プロジェクト全体にむけて紹介した。また、自然選択検出法について新たな手法を開発した。小林・田村はテーマ5「文化伝達実験」を開始し、他者からの評価がグループ間・グループ内の文化の多様性に与える影響について実験結果を得た(現在結果の解析中)。「個体数と文化の複合ダイナミクスの数理解析」については、当初予定していた数理解析結果のみならず、考古学班(A02/A03)との共同研究が進んだことで、プロジェクト全体の一つの柱となる作業仮説を提示できたと考えている。「文化の多様性の創出維持機構」についても、様々な数理的手法を開発し、現在論文執筆中である。また平行して、文化人類学班(B01)のもつ民族誌データに、開発した数理的手法を応用する研究も始めており、これらのテーマは当初計画以上に順調に推移している。他のテーマについても、おおむね予定通りに遂行しており、B02班全体としてはおおむね順調に推移している。若野・青木は「個体数と文化の複合ダイナミクスの数理解析」の研究を受けて前年度に開発した生態文化的分布拡大モデル(二重波モデル)の拡張に取り組んだ。とくに、「種内独自文化進化と種間文化交流モデルの比較」へと繋げるため、新人旧人間に文化伝達が存在する場合に二重波モデルを拡張した。その結果、現在の枠組みのもとでは種間文化交流は結果にほとんど影響を与えないことが明らかとなったが、同時に現在のモデルが単純でありすぎることも明らかとなり、次年度以降にモデルを改良していく出発点を得た。また、二重波モデルはプロジェクト全体の作業仮説として働いており、国際会議や研究大会での発表を通じて、特に小石刃技術の分布に着目し、考古データと数理仮説の比較を行う土台が作られたことも本年度の成果である。
脳梗塞発症後のマクロファージ活性化とその制御による脳保護作用

脳梗塞後M1様マクロファージはIFN-γやTNF-αなどを産生し炎症性作用を示すが、M2様マクロファージはIL-10やTGF-βなどを産生し虚血後の脳損傷部位で神経再生に働く可能性が考えられている。血清糖タンパクであるGc proteinは炎症によって誘導されるβ-galactosidaseやsialidaseといった酵素によりマクロファージ賦活作用のあるGcMAF(Gc protein macrophage activating factor)に変化する。虚血後期にGcMAFはM2様マクロファージの賦活化による貪食作用を介した脳梗塞部位のclearanceや神経再生に関与することを見出した。脳梗塞発症予防効果に対する研究において、申請者らは脳梗塞のリスクファクターに関連した治療薬を用いて脳損傷抑制効果や、メカニズムをこれまでに報告してきている(Stroke 2009, 2011, Hypertension 2012, Brain Research 2015など)。また脳梗塞発症後の治療に関して、血栓溶解のために適応症例に用いられているt-PAに対してラジカルスカベンジャーのエダラボンとの併用がtPAによる出血作用を抑制することやそのメカニズムを明らかにしている(Stroke 2009)。近年、脳梗塞後の炎症や免疫作用に関連した報告が多くなっているが、マクロファージの役割についての詳細な検討は十分なされていない。マクロファージは単球から分化し、生体に侵入した細菌やウイルスなどを貪食・消化する。主にM1マクロファージ、M2マクロファージの2種類のタイプに分けられる(右図)。M1マクロファージはIFN-γやTNF-αなどを産生し、細菌や腫瘍細胞に対する殺細胞作用や炎症性作用を示す。これに対し、M2マクロファージはIL-10やTGF-βなどを産生し、M1マクロファージのような細胞傷害機能は持たず、細胞増殖や血管新生促進因子を発現することで、虚血後の脳損傷部位で神経再生に働く可能性が考えられている。またM2マクロファージは免疫抑制作用を示す。このようにマクロファージは賦活化されるタイプによって作用が異なる可能性があるため、マクロファージの脳虚血後の作用をよりわかりやすくするためにマクロファージ賦活作用のあるGcMAF(Gc protein macrophage activating factor)を用いてその影響や分子機構について解明することが重要と考えた。脳虚血後急性期および安定期(早期と後期)のペナンブラ領域におけるマクロファージの発現(M1/M2マクロファージの比率)を免疫染色や定量real-time PCRにより解析し、M1/M2マクロファージの役割が脳梗塞後の時期によって異なることが判明した。脳梗塞発症後の治療に関し、t-PAに対しラジカルスカベンジャーのエダラボンとの併用がtPAによる出血作用を抑制することやそのメカニズムを明らかにしているが、t-PAによる恩恵を受けられる症例は10%未満であり、脳梗塞発症後の有効な治療法の開発が期待されている。近年、脳梗塞後の炎症や免疫作用に着目した研究が増加しているが、マクロファージの役割についての詳細な検討は十分なされていない。マクロファージは主にM1様マクロファージ、M2様マクロファージの2種類のタイプに分けられる。M1様マクロファージはIFN-γやTNF-αなどを産生し、細菌や腫瘍細胞に対する殺細胞作用や炎症性作用を示す。これに対し、M2様マクロファージはIL-10やTGF-βなどを産生し、M1様マクロファージのような細胞傷害機能は持たず、細胞増殖や血管新生促進因子を発現することで、虚血後の脳損傷部位で神経再生に働く可能性が考えられている。またM2様マクロファージは免疫抑制作用を示す。このようにマクロファージは賦活化されるタイプによって作用が異なる可能性があるため、マクロファージの脳虚血後の作用をよりわかりやすくするためにマクロファージ賦活作用のあるGcMAFを用いてその影響や分子機構について検討した。血清糖タンパクであるGc proteinは炎症によって誘導されるβ-galactosidaseやsialidaseといった酵素によりGcMAFに変化する。このGcMAFによりマクロファージは強力に活性化されると報告されているが、脳虚血におけるGcMAFによるマクロファージ賦活化の影響はこれまでに検討されていない。本年度の研究から虚血の後期におけるGcMAFによる治療は脳梗塞部位のclearanceやM2様マクロファージの発現を増加させることや、M2様マクロファージの発現増加が神経再生と関連することを明らかにする。M1/M2マクロファージの役割が脳梗塞後の時期によって異なることが判明した。脳梗塞における急性期の炎症にはM1が関与しており、また亜急性期においてはM2が神経再生に関与することが分かった。脳梗塞発症後の治療に関して、血栓溶解のために適応症例に用いられているt-PAに対してラジカルスカベンジャーのエダラボンとの併用がtPAによる出血作用を抑制することやそのメカニズムを明らかにしている(Yagi et al., Stroke 2009)。しかし、t-PAによる恩恵を受けられる症例は10%未満であり、脳梗塞発症後の有効な治療法の開発が期待されている。マクロファージは主にM1様マクロファージ、M2様マクロファージの2種類のタイプに分けられる(右図)。

マクロファージは賦活化されるタイプによって作用が異なる可能性があるため、マクロファージの脳虚血後の作用をよりわかりやすくするためにマクロファージ賦活作用のあるGcMAF(Gc protein macrophage activating factor)を用いてその影響や分子機構について検討した。血清糖タンパクであるGc proteinは炎症によって誘導されるβ-galactosidaseやsialidaseといった酵素によりGcMAFに変化する。このGcMAFによりマクロファージは強力に活性化されると報告されているが、脳虚血におけるGcMAFによるマクロファージ賦活化の影響はこれまでに検討されていない。昨年までの研究から虚血の後期におけるGcMAFによる治療は脳梗塞部位のclearanceやM2様マクロファージの発現を増加させることにより、M2様マクロファージの発現増加が神経再生と関連することを明らかにした。成果をまとめて国内外の学会で発表しているが、GcMAFによるM2様マクロファージの活性化が脳梗塞の神経再生に対して働く詳細なメカニズムについて検討中である。脳梗塞後M1様マクロファージはIFN-γやTNF-αなどを産生し炎症性作用を示すが、M2様マクロファージはIL-10やTGF-βなどを産生し虚血後の脳損傷部位で神経再生に働く可能性が考えられている。血清糖タンパクであるGc proteinは炎症によって誘導されるβ-galactosidaseやsialidaseといった酵素によりマクロファージ賦活作用のあるGcMAF(Gc protein macrophage activating factor)に変化する。虚血後期にGcMAFはM2様マクロファージの賦活化による貪食作用を介した脳梗塞部位のclearanceや神経再生に関与することを見出した。脳梗塞後期にM2マクロファージを賦活する意義を明らかにすると共に急性期にM1マクロファージを制御する方策について検討する。M1マクロファージの発現が高く、脳梗塞が拡大する急性期に抗炎症作用物質を前投与し、GcMAFと併用した場合の影響を評価する。脳神経外科学必要となる物品の使用が次年度となった。物品購入へ使用予定。
河口・沿岸域生態系における環境機能の評価と制御に関する研究

人間活動の影響を強く受ける河口・沿岸域生態系の望ましい制御方式を呈示するための基礎資料を得る目的で、河口・沿岸域にいくつかのステーションを設け、野外調査、模型実験、室内実験を行ない以下の結果を得た。【◯!1】河口における河川部、干潟、ヨシ原の底泥について微生物分解活性を比較した結果、嫌気的分解が卓越し、C【O_2】、C【H_4】、【H_2】Sの生成、脱窒のいずれにおいても、干潟部で極めて高い活性を示した。【◯!2】イソシジミガイの環境要求を底質と水位、塩分濃度の面より明らかにした。【◯!3】ラグーンにおいて温排水を有効に利用するための基礎として、ラグーン内流速分布の計算方式を確立した。【◯!4】蒲生潟において、底質、けん濁物質、塩分、流速の分布および水位の変化の連続観測を実施し、潟奥部に黒色軟泥が集積堆積する機構を解析した。【◯!5】干潟環境を対象生物の特性に奇じて好適にするための工法について、ポケット・ビーチ工法、作れい工法、循環流作れい工法などいくつかの工法が考案された。【◯!6】漂着アオサの除去と有効利用をはかるために、海浜に堀った溝に埋めて無機化をはかると共に、アオサ枯死体をデトリタス化し、砂粒と混合して、アサリの飼料として活用するプランを立案した。【◯!7】モデル実験水路に人工下水を流し、微小後生動物への転換と汚泥の減量化をはかった結果、微小後生動物への転換効率は15%、呼吸消散量は10%程度であった。微小後生動物は短時間には10%程度の塩水でも生存し、汽水性魚類の餌料としての価値を有することが示唆された。また水路の設計条件については接触材の種類、曝気の有無、水深、流速、水路幅、滞留時間などを検討した。【◯!8】アオサの揮発成分を分離しGC分析を行ない58成分を分離した。その中には通常海藻に存在しないとされているクロロホルムが含まれていた。【◯!9】沿岸域の大気中から、αおよびβピネン、リモネン、テルピネンが検出され、大気の生理活性作用の可能性が示唆された。
非平衡熱機関のエネルギー変換過程における不可逆性に関する研究

生体分子モーター系は、非平衡系におけるエネルギー変換過程の実現例である。近年は一分子直接計測が可能となった。また熱ラチェット系は、温度差を持った二つの熱浴の中で働き、非平衡環境から仕事を取り出す最小モデル系であり、分子モーターのメカニズム解明のためにも重要である。これらはすべて、ブラウン運動スケールでのエネルギー変換過程である。しかるに、これまで定式化されてきた熱力学・熱統計物理学は、マクロ極限においてはその取り扱いの正当性が自明となるが、分子スケールの"小さい"系、そしてその系での一分子計測が、通常のマクロ極限でのアンサンブル平均とどのように対応するのか、あるいはしないのか、その定量的議論は現段階では不十分である。そこで私は、このブラウン運動領域でミクロエンジンを構成することによって、機能と不可逆性の関係を定量的に議論し、ブラウン運動領域へ適用可能な、新しい熱力学理論の構築の一歩として以下の結果を得た。1)ブラウン領域で動作するカルノーサイクルを構成し、そのエネルギー変換効率を議論し、熱力学第2法則の意味、有限時間で系が動作することに由来する不可逆性の定量的評価を行った。2)二つの異なる熱浴に接することで動作する非平衡熱機関に対して、Kramers方程式を用いた効率の定量的解析を行い、準静的過程においてその効率は最大化されないばかりか消失する(ゼロになる)ことを明らかにした。これら成果は、本質的に非平衡な環境で働く系のエネルギー変換過程に、これまでの熱力学が対象としてきた系とは本質的に異なる物理があることを示しており、現在さらなる研究を進めている。
水牛の特性評価と高度利用に関する実証的研究

水牛は、粗飼料の利用性に優れるという特徴に加え、暑熱環境下では体表血流量の増加が顕著で顕熱放射を効果的に行うなどの特徴を有し、飼育環境の如何によっては牛よりも優れた生産性を発揮する可能性を有している。本研究では、水牛の高度利用推進を最終目的として、1)体温調節反応、2)飼料利用性と産肉性、3)繁殖特性の各側面について、牛との比較から水牛の特性を明らかにしようとした。・水牛の肥育成績と食肉特性粗飼料主体の飼養条件化で2歳齢の水牛とブラーマン系肉牛を6ヶ月肥育し、産肉・食肉特性と比較した。その結果、粗飼料給与下では増体量に関する水牛優位性がより顕著になること確認した。また、4°C・2週間の熟成期間を設定し、水牛肉の熟成に伴う柔らかさ(tenderness),pHの変化等を調査した。その結果、熟成に伴うpHの低下は水牛肉と牛肉で同様の経過を辿るものの、全期間を通じて水牛肉(ロース)は牛肉より柔らかいことを明らかにした。現在、この特性が、筋肉タンパク質の分解、分解酵素の活性など、熟成期間中に見られる筋肉中の生化学的・分子学的変化で説明できるか否かを検討中である、結果を持って論文発表する予定である。・水牛の脂質代謝に関わる特性血中のレプチン、インスリン、コレステロール濃度が水牛で低いという結果から、脂質代謝に種間差があると予想し、屠殺直後の動物から血液および肝臓組織を採取し、脂質関連酵素の活性を分析中である。水牛は、牛よりも大きな体蓄熱量を持ち、暑熱環境下では体表血液流量の増加が顕著で顕熱放散を効果的に行うなどの特徴を有し、粗飼料の利用性に優れるという特徴とともに、飼養環境条件の与え方如何によっては、水牛は牛よりも産肉・産乳等に高い生産効率を発揮する可能性を有している。本研究では、このような水牛の優れた暑熱湿潤環境への適応能力に着目し、1)産肉特性、2)産乳特性、3)肉質の3点に焦点を絞って、生産家畜としての水牛の特徴を科学的に評価することを目的にした。本年度の研究実績は、概略以下のとおりである。1.水牛の産肉特性の評価と適正飼養技術の確立に関する研究海外共同研究者の協力を得て、フィリピン水牛センターで水牛および牛(いずれも交雑種)各10頭を用い、比較飼養試験を実施した。平均月齢を22カ月齢に設定した上で、地域粗飼料資源のネピアグラスを基礎飼料とし、これにフスマ・ビール粕などの現地農業副産物を加えた標準飼料を設計し、6カ月間の肥育試験を行って、産肉能力および飼料効率等を解析した。現在、半数の個体について解析を終えているが、水牛の日増体量は牛よりも大きく、飼料効率も水牛の方が優れている。全頭検査の完了を待って成績を取りまとめる予定である。2.水牛肉の特性評価に関する研究上記の肥育試験に供した水牛と牛を用い、定法により食肉としての栄養特性評価、保水性や剪断力などの加工特性に関する評価を実施中である。また、筋肉・脂肪組織の生理的特徴を解析するため、農林水産大臣の許可を得て水牛肉および牛肉サンプルの一部を日本持ち帰った。これらの結果は、次年度中に判明する予定である。水牛は、粗飼料の利用性に優れるという特徴に加え、牛よりも大きな体蓄熱量を持ち、暑熱環境下では体表血流量の増加が顕著で顕熱放散を効果的に行なうなどの特徴を有し、飼育環境の与え方如何によっては、牛よりも優れた産肉・産乳能力を発揮する可能性を有している。本研究では、水牛の高度利用を図るための基礎的知見を得ることを目的に、1)体温調節反応、2)飼料利用性と産肉能力、3)繁殖特性の各側面について、水牛と牛の成績を比較検証することにより水牛の特性を明らかにしようとした。研究成果の概要は、以下のとおりである。