hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フェムト秒レーザーを駆使した植物細胞の局所操作と刺激法の開発

高強度のフェムト秒レーザーを顕微鏡で生体材料に集光すると、集光点では効率的な多光子吸収により、切断現象と爆発現象が引き起こされる。本研究課題では、これらの現象を利用した、植物生理学研究に適した新しいレーザー細胞操作・計測技術を開発し、実践した。多光子吸収による選択加工技術を利用し、1細胞レベルで植物固体の機能阻害をおこなえる実験系を確立した。レーザー誘起衝撃力による植物細胞の力学操作技術を利用し、植物細胞内のオルガネラ間の接着力を定量評価する技術を確立した。さらにレーザー誘起氷化現象を利用して植物の凍結耐性を調べる方法、レーザーによる単一植物細胞への外部分子導入手法などの技術開発を推進した。高強度のフェムト秒レーザーを顕微鏡で集光した時、集光点で多光子吸収が引き起こされ、さらには切断現象や爆発現象が引き起こされる。本研究では、この局所的な切断現象や爆発現象を駆使し、生きた植物組織のレーザーマイクロダイセクションを実現し、さらには単一レベルの植物細胞の機能制御を目指している。本課題の属する新学術領域研究「植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで」(総括:長谷あきら)での共同研究が予想以上に進展し、レーザーシステムの仕様を拡張し、細胞・組織切片の切り出し及び光受容体の局所活性化に加え、植物細胞への遺伝子導入技術の確立が必要となり計画に遅延が生じた。本研究により、植物細胞への遺伝子導入技術を検討し、その問題点を明らかにし、レーザーシステムの適正な改良を行うことができた。さらに、フェムト秒レーザーを導入できる倒立型顕微鏡上で、液体窒素により瞬間凍結した植物試料を凍結状態で保持し、フェムト秒レーザーにより非熱的な加工が施せる試料ホルダーを開発することに成功した。その結果、平成23年度研究費報告書に記載したような1)細胞壁を傷つけることなく細胞内外の水溶液の流動制御、2)植物試料を凍結した状態でのレーザーマイクロダイセクション、などの研究に繋げることができた。これらのレーザーシステムの整備により共同研究や学会発表を促進することができ、平成23年度計画の研究を効率よく推進することができた。本年度、フェムト秒レーザーが導入できる共焦点蛍光顕微鏡システムを開発した。細胞核、細胞膜、小胞体などのオルガネラを緑色蛍光蛋白質により蛍光染色されたシロイヌナズナを試料として用い、細胞内を局所的に加工する実験を実施した。この実験系により細胞に外部損傷を与えず細胞内のオルガネラを加工できることを示した。例えば、細胞核を染色したシロイヌナズナの細胞に対し、細胞核にフェムト秒レーザーを集光して加工をおこない、細胞壁を傷つけずに、細胞内の細胞核を加工することに成功した。また細胞壁の局所にレーザーを集光照射したとき、細胞壁が損傷を受けない条件でも細胞全体が縮小することを発見した。植物細胞は外圧よりも高い状態で細胞内の圧力を保つことにより、その形状を維持している。また主に脂質分子で構成される細胞膜は、セルロースで形成されている細胞壁よりも機械強度が低く、フェムト秒レーザーの集光点で誘導される爆発現象により、細胞壁に比べて簡単に崩壊すると考えられる。つまり、レーザー照射により誘導された植物細胞の縮小は、細胞壁が保たれたまま細胞膜のみが損傷し、そこから細胞内の水分子が流出した可能性を示すものである。今後、細胞外の圧力を物理的に制御するシステムを構築し、植物壁を破壊しないで植物細胞内の物質の流出入を制御する新手法を確立していきたいと考えている。さらに、-10°Cまで冷却できる顕微鏡ステージを開発し、レーザー照射による気泡発生を抑制しながら、乾燥していない植物試料を高精度にマイクロダイセクションすることに成功した。水中にポリスチレン微小球を分散させた試料を細胞培養用のガラスボトムディッシュに入れ、そこにフェムト秒レーザーを集光照射すると、集光点で発生する衝撃力により、微小球は移動する。本研究では、レーザー照射前の微小球の位置(X)とレーザー照射前と照射後の微小球の変位(ΔX)の関係を調べる実験系を構築し、さらにXとΔXの関係を調べるための専用ソフトを作製し、一つの実験条件で、1000個以上の微粒子に対するXとΔXの関係を調べることに成功した。得られた関係を解析するために、衝撃力と水の粘性抵抗を考慮した運動方程式を構築してこの運動方程式を数値計算により解き、実験結果で得られたXとΔXの関係を照合することにより、微小球に作用する衝撃力の時間変化を定量評価することに成功した。

さらに原子間力顕微鏡により得られている衝撃力のモデルと整合性をとることができた。これらの結果をもとに、葉緑体からペルオキシソームを剥離するために必要な衝撃力は、明状態で60 fN/nm^2程度、暗状態で20 fN/nm^2程度であることが示された。植物試料の浸透圧を調整し、膨圧を緩和した植物細胞に対してフェムト秒レーザーを集光照射することにより、標的とした単一の植物細胞へ遺伝子を導入することを試みた。タバコBY2細胞を蛍光標識したデキストランと高濃度マンニトールを加えた溶液に浸し、レーザー照射条件を検討した結果、タバコBY2細胞に対してデキストランをレーザー照射により導入することに成功した。さらに同じレーザー照射条件でGFP遺伝子の導入を検討した結果、GFP遺伝子をタバコBY2細胞内に導入し、さらに1日培養することによりGFPの発現を確認することができた。さらに、タマネギとシロイヌナズナに対しても同様の実験をおこない、両者でBY2細胞と同様にデキストランを導入することに成功した。AFMとレーザーを用いた植物細胞組織の堅さの評価:これまでに、顕微鏡下でAFM探針をシロイヌナズナの根の先端に押し当て、フェムト秒レーザー衝撃力を作用させ、根の過渡的な振動応答を検出することに成功している。本年度はこの振動応答が微小植物試料の如何なる機械特性を意味しているかを明らかにすることを目的とし、ゴム製の多孔質ハニカムフィルムを用いて実験を行い、その振動挙動を検出することに成功した。レーザー誘起衝撃力による植物個体からの抽出液の氷化誘導:シロイヌナズナやライムギからの抽出液を過冷却状態にし、そこにレーザー誘起衝撃力を作用させて氷結晶の発生を誘導し、氷結晶の成長過程を観察した。これらの抽出液からは純水中とは異なる6分岐以上の樹上結晶が発生し、その成長速度は純水中よりも遅かった。さらに低温に馴化させた試料の方がこの傾向が強く、また糖水溶液中でも同様の現象が観察された。これらの結果より、植物が低温馴化する際に糖の濃度を上昇させ、細胞間隙で氷結晶が発生した際に細胞への損傷を抑制させる機構が、凍結耐性の一つとして示唆された。本研究は、上村松生班(計画研究イ)との共同研究である。フェムト秒レーザーによる植物細胞への遺伝子導入:昨年度、浸透圧調整した植物細胞に対してレーザーを集光照射することにより、植物細胞へGFP遺伝子を導入することに成功したと思われたが、細胞からの蛍光がGFPの発現によるものではなく、自家蛍光であることが分かった。動物細胞で実現しているレーザー遺伝子導入が植物で難しい理由として、細胞壁による遮蔽を考えられ、細胞壁を酵素処理により緩く変性させて、プラスミドと同程度の大きさ(> Mega Dalton)のDextranの導入をおこなった。その結果、導入が成功したと考えらえる結果が得られた。本研究は、長谷あきら班(計画研究ア)らとの共同研究である。高強度のフェムト秒レーザーを顕微鏡で集光した時、集光点で多光子吸収が引き起こされ、さらには切断現象や爆発現象が引き起こされる。
東アジアにおける社会変動と若年層政策：ライフコースの多様化と奨学金制度

従来の若年層支援政策においては若年層の社会的位置づけをめぐる変化が見逃されてきたのではないか。なぜ若年層の位置づけをめぐる変化は政策に反映されづらいのか(社会に認められないのか)、そして現在のような社会変動の下では若年層に対する支援はどのような方向性を持つことが求められるのか。本研究はそれらの問いを検討するため、若年層支援政策の中でも、とりわけ東アジアにおける若年層の高等教育を支援する奨学金制度に着目した。具体的には日本と韓国における奨学金制度の利用実態をより精緻に把握するため、関連統計資料の分析と利用者インタビューなど量的方法と質的方法を両方とも行った。その結果、日本の場合は、未来に対する不確実性や不安で奨学金を借りることをあきらめるケースが増加する状況(いわゆる「奨学金に近づけない排除」)が表れており、韓国では未来に対する不安を軽減することによって奨学金をより多く使用するようになったとともにそのなかから生じている新たな課題・限界があることを確認することができた。また、それらの結果を比較分析することによって、「圧縮的近代」ともいわれる急速かつ特殊な社会変動がみられている東アジアでは、社会変動の性格の変化によって若年層の社会的な地位は変化するものの、社会が若年層に求めることは変化していない(変化できない)ため、若年層支援政策は様々な限界を持つようになるという当初の仮説の一部を実証することができた。まず、2018年6月には日本の奨学金制度に関わるこれまでの研究成果をまとめ、学術ジャーナル『相関社会科学』に論文「奨学金制度の変遷と施策の再検討ー返還に対する負担の重さと「奨学金に近づけない」という排除ー」を投稿し、2018年12月に掲載判定を受け、2019年3月に出版する予定である。また、以上の論文の一部である日本の奨学金制度の限界と今後の課題については、JASSOが実施している学生支援に関する各種調査(「学生生活調査」、「奨学事業に関する実態調査」、「奨学金返還者に関する属性調査」など)を用いてより具体的に分析を行い、2018年9月に甲南大学で開催された「日本社会学会」で「奨学金制度における意図せざる排除メカニズム:「大人への移行」の困難と奨学金申請からの排除」というテーマで研究報告を行った。一方、これまでの日本の奨学金制度に関わる研究結果から得た知見をより精緻にするためには、人口減少・低成長という社会状況のなか若年層に対する位置づけ、まなざし、評価などが大きく変化しているという点で日本と似通った傾向を見せている韓国との比較は非常に重要である。そのため、本年度は2018年6月から10月に3回にかけて韓国で資料調査やインタビュー調査を行った。資料調査に関しては、韓国のJASSOにあたる「韓国奨学財団」の訪問し、必要な資料を収集するほか、インターネットからアクセスできない関連論文を国会図書館で収集する活動を行った。また、インタビュー調査に関しては、大学生時代に奨学金制度を使用し、現在は働いている奨学金制度利用者に対するインタビュー(ICL制度利用者12名)を実施した。本年度は1昨年度に実施した調査などを含むこれまでの研究成果をまとめて発表する(学会発表やジャーナル投稿)ことと、2これまでの研究で得られた知見をより精緻・発展させるための追加調査・分析を行うことを中心に研究を進める。今後の研究の方向性としては、奨学金制度における若年層の位置づけをめぐる変化をめぐる日韓比較を通じて、若年層をめぐる問題を若年層の置かれた位置を規定する社会的条件まで掘り下げて検討しながら、ライフコースの多様化した若年層に対する政策のあり方という初発の問題意識に改めてアプローチする。

また、以上の論文の一部である日本の奨学金制度の限界と今後の課題については、JASSOが実施している学生支援に関する各種調査(「学生生活調査」、「奨学事業に関する実態調査」、「奨学金返還者に関する属性調査」など)を用いてより具体的に分析を行い、2018年9月に甲南大学で開催された「日本社会学会」で「奨学金制度における意図せざる排除メカニズム:「大人への移行」の困難と奨学金申請からの排除」というテーマで研究報告を行った。一方、これまでの日本の奨学金制度に関わる研究結果から得た知見をより精緻にするためには、人口減少・低成長という社会状況のなか若年層に対する位置づけ、まなざし、評価などが大きく変化しているという点で日本と似通った傾向を見せている韓国との比較は非常に重要である。そのため、本年度は2018年6月から10月に3回にかけて韓国で資料調査やインタビュー調査を行った。資料調査に関しては、韓国のJASSOにあたる「韓国奨学財団」の訪問し、必要な資料を収集するほか、インターネットからアクセスできない関連論文を国会図書館で収集する活動を行った。また、インタビュー調査に関しては、大学生時代に奨学金制度を使用し、現在は働いている奨学金制度利用者に対するインタビュー(ICL制度利用者12名)を実施した。本年度は1昨年度に実施した調査などを含むこれまでの研究成果をまとめて発表する(学会発表やジャーナル投稿)ことと、2これまでの研究で得られた知見をより精緻・発展させるための追加調査・分析を行うことを中心に研究を進める。今後の研究の方向性としては、奨学金制度における若年層の位置づけをめぐる変化をめぐる日韓比較を通じて、若年層をめぐる問題を若年層の置かれた位置を規定する社会的条件まで掘り下げて検討しながら、ライフコースの多様化した若年層に対する政策のあり方という初発の問題意識に改めてアプローチする。
ドイツ語圏等における新聞制度成立の背景に関する研究

研究目的は、(1)新聞成立の背景となった要件の再検証、(2)新聞の先駆けとなった16世紀の手書き通信と新聞成立との関連の検討、(3)新聞が神聖ローマ帝国から隣国などへ伝わった状況を確認することである。(1)については、印刷業の状況、ニュースの運搬経路となった郵便制度、印刷物の取締制度などについて調査した。(2)手書きの通信・ニュースが16世紀後半イタリアから伝わり、職業的な書き手が通信・ニュースを販売する状況が印刷新聞の重要な先駆けとなった点をフッガー通信の最新研究などを参考に確認した。(3)30年戦争などを背景に切実な情報を求める状況が隣国オランダに早期に新聞が普及した原因である。平成26年度は、ドイツ語圏新聞成立史関連の研究文献調査(国内研究機関未購入の文献を中心にした文献購入経費)、ブレーメン大学活字メディア歴史研究所ホルガー・ベーニング教授との研究協議、新聞一次資料調査など(海外出張)を通じて、(a)成立期の新聞の報道内容の検証、(b)新聞普及期の新聞分布・普及の把握、(c)新聞普及の前提と目されるインフラとしての郵便(駅逓)制度の成立に関する研究史の調査、(d)本研究プロジェクト開始前に着手していた印刷業の実態研究の調査などを推進した。(a)新聞成立期とその前段階の手書き・活字メディアの諸形態が示す報道・伝達内容が現在の新聞と大きく異ならず、新聞の四条件のひとつである非限定性(universality)を段階的に達成しつつあったことが追認できた。ただし関心の対象は時代の政治情勢に大きく左右されていたことも確認できた。(b)Bogel/Blühm, Welke/Wilkeなどの先行研究から一部を除き(発行地・発行者の確認が不可能な一次資料が少なからずあった)地理的な新聞展開が確認できた。(c)その部分的背景として、15世紀末にスタートする郵便(駅逓)制度が大きな力となったことをBehringerなどの先行研究により確認できた。(d)16世紀のフランスや17世紀リューネブルクでの印刷業の実態に関する先行研究に加え、16、17世紀のドイツ諸都市(具体的には郵便制度上も重要だったアウクスブルクやレーゲンスブルク)の印刷業・印刷制度に関する先行研究により、印刷業者が新聞印刷に着手する経済的動機の更なる根拠が確認できた。最終年度となる平成27年度は、ドイツ語圏およびオランダにおける新聞成立に関連する研究文献調査、ブレーメン大学活字メディア歴史研究所ホルガー・ベーニング教授との研究協議、新聞一次資料調査を通じて、(a)新聞成立期の前後となる16世紀から17世紀の神聖ローマ帝国における印刷監督制度の法制度とその運用実態の研究、(b)オランダにおける17世紀前半の新聞成立史の研究、(c)新聞の先駆形態の一つとしての手書き通信について、そのコレクションとして最大のの規模を誇るフッガー通信の研究史調査の三点を重点的に推進した。(a)所期の研究目的として上げた「なぜ新聞が17世紀のヨーロッパで誕生したのか」に対する解答を模索する作業のなかで、印刷物等に関する監督制度を踏まえる必要を痛感した。この問題に関する先行研究を踏まえ、当時の神聖ローマ帝国の統治制度全般、とりわけ印刷物等の管理権限の実態などが自己検閲などを中心とした緩やかなものであった点、新聞に対する需要が管理を求める力に優っていた点など、一定程度明らかにした。(b)ドイツ語圏における新聞成立については比較的研究が進んでいるものの、本邦においては、周辺国への新聞普及についてほとんど知られていない。そうした現状を踏まえて研究目的にも記載した周辺国の一例としてオランダを取り上げ、比較的新聞普及の早かった理由や同国内での普及について先行研究を踏まえて考察した。(c)印刷形態の新聞以前には、手書きではあるものの、職業的執筆者によるニュースが開設されたばかりの駅逓制度にのってイタリアからドイツ語圏へと拡散した。その内容や実態などについて最新の先行研究を辿りながら考察した。また、当時のヨーロッパでの報道トピックスとしての日本についても例示、紹介した。平成26年度の実施計画に挙げた「17世紀ドイツ語圏の新聞の一次資料調査」は、先行研究の確認の他、インターネット上での検索が可能なブレーメン大学のマイクロフィルムコーパスを利用し、その概要を把握するにとどまった。ただし、ドイツ語圏に「おける新聞の拡散・普及の検討という課題については、先行研究などの二次調査の結果、相当程度解明することができた。とりわけ仮説として想定した地理的な拡散・普及は検証できないことが判明し、むしろインフラとしての郵便(駅逓)制度の影響が甚大であったことが追認できた。印刷業者が新聞を発行したケースの他、郵便業務の関係者(郵便局長や郵便を利用してすでに手書きでニュースを発信していた書き手など)などが新聞発行に関わったケースは次年度に考察する。17世紀のオランダ語新聞の一次資料調査は本格的な作業が未着手である。

神聖ローマ帝国の領域からオランダ語圏への新聞普及・拡散については、先行研究に関する調査を先に進めている。フッガー新聞に関しては先行研究の調査検討により、全体像が把握できるところまで到達した。新聞成立史平成27年度は、研究計画全体と前年度の実績を踏まえ、(1)オランダにおける新聞の導入と拡散、(2)神聖ローマ帝国における検閲制度史の調査、(3)フッガー新聞の一次資料を中心に調査する。(1)についてオランダでの先行研究および部分的に現存する一次資料を調査する。平成27年度にオランダでの現地調査の可能性が確認できれば、インターネット上での一次資料の確認と合わせて、所期の目的は達成可能と考えている。(2)に関しては、すでにいくつかの関連研究文献を入手済みで、とりわけ神聖ローマ帝国における法的状況、政治状況と新聞発行との関連に焦点を絞り考察する。(3)については、オーストリア国立図書館のホームページで公開されている一次資料の存在を確認できているので、今後サンプルを抽出して分析作業にかかる。年度の終盤には、再度ブレーメン大学の活字メディア歴史研究所スタッフとの研究協議により、達成された研究成果に関する遺漏のチェックを行いたい。また可能であれば、新聞受容についてもその主要要因を取りまとめた概略を明らかにして、次の研究プロジェクトへの足がかりとしたい。現時点で研究計画の大きな変更は予定していない。
自発的コンパクト化による３次元宇宙の創出

最も一般的な重力理論のひとつであるホルンデスキー重力理論の枠組みで、4次元時空(3次元空間)の非等方膨張解が発見されている。本研究では、一般次元へ拡張された一般化ガリレオン理論を用いて、高次元時空の非等方膨張解を調べることにより、統一理論が示唆する高次元時空が我々の4次元時空へと自発的にコンパクト化する動力学を明らかにし、その観測的帰結を解明することである。この非等方解は、空間方向の一部を収縮させることができるため、コンパクト化に適した性質を持つとともに、4次元時空に小さな宇宙項を実現させるため、現在の宇宙の加速膨張を説明できる可能性がある。
高密度微小管束を有する培養細胞を用いた有糸分裂阻害剤の新規スクリーニング法の開発

抗腫瘍活性を有する新規有糸分裂阻害剤のスクリーニングシステムとして,タイヨウチュウと呼ばれる単細胞生物の微小管束を内包する軸足の伸長収縮反応を指標とした新しい生物検定系の開発を行った。潅流型測定セルの試作を行い,細胞の接着性を検討したところ,基質の材質に依存することが分かった。抗腫瘍活性を有するエポチロンの効果を検討したところ,パクリタキセルに比べて低濃度でその効果があることが分かった。蛍光パクリタキセルを作用させ観察したところ,細胞が生きた状態で微小管束の蛍光イメージングが可能であった。本研究で開発した生物検定系は有糸分裂阻害剤の一次スクリーニングシステムとして有用であることが分かった。本研究の目的は,有糸分裂阻害剤の一次スクリーニングシステムとして,単細胞生物の細胞質に高密度に集積する微小管束をバイオセンサーとした新しい生物検定系を開発することにある。原生生物タイヨウチュウは軸足と呼ばれる針状の仮足の中に数百本の微小管を内包し,その伸長・収縮はそのまま細胞骨格としての微小管の重合・脱重合を反映する。新規有糸分裂阻害剤の抗腫瘍活性評価は,チューブリンアッセイと呼ばれるin vitroの実験系や細胞株の分裂抑制効果で試験されるが,狂牛病によるチューブリンタンパク質入手に関する問題や副作用評価の困難性等,生物検定系として克服すべき課題が山積していた。本申請課題では,新規有糸分裂阻害剤の活性評価のための迅速・簡便・安価で定量性のあるこれまでにない生物検定系を試作開発する。今年度は,1細胞動態計測システムの開発,2微小管安定剤の軸足微小管への影響の検討,3軸足収縮機構の検討,を目的とした。主な結果を以下に示す。試験液潅流システムの実験条件を規定するために,測定セルの形状および細胞の基質接着性について検討した。セルの形状の細工を用意にするためスペーサーはシリコン板を使用し、流入口と流出口を楔形にすることで乱流を軽減できることが分かった。細胞接着性についてはガラスボトムのそれが高いことがわかった。蛍光パクリタキセルにより軸足内微小管の蛍光検出が可能であることがわかった。機械刺激により軸足収縮が誘発されるタイプのタイヨウチュウにおいて超微形態学的観察を行ったところ、これまでに報告のない新しい細胞運動機構であることが示唆された。本研究の目的は,有糸分裂阻害剤の一次スクリーニングシステム(バイオセンサー)として,単細胞生物の軸足伸長収縮反応を指標とした新しい生物検定系を試作・開発することにある。原生生物タイヨウチュウは軸足と呼ばれる針状の仮足の中に微小管束を内包し,その伸長・収縮はそのまま細胞骨格としての微小管の重合・脱重合を反映する。抗腫瘍活性を有する新規有糸分裂阻害剤の活性評価は,チューブリンアッセイと呼ばれるin vitroの実験系や細胞株の分裂抑制効果で試験されるが,狂牛病によるチューブリン入手経路の問題,正常細胞への影響評価の困難性等,克服すべき課題が山積している。本申請課題では,新規有糸分裂阻害剤の活性評価のための迅速・簡便・安価で定量性のある新しい生物検定系を試作・開発する。今年度は,1古典的微小管安定剤と新規薬剤との比較,2蛍光プローブ型パクリタキセルによるin vivo解析システムの開発,3異なるタイヨウチュウ類の細胞運動機構の解析,を目的とした。主な結果を示す。抗腫瘍活性を有するエポチロンによる微小管脱重合阻害効果を検討したところ,パクリタキセルに比べて低濃度で微小管安定剤としての効果があることが分かった。蛍光プローブ結合型パクリタキセルを作用させ蛍光顕微鏡観察を行った。薬剤濃度および処理時間を検討し,細胞が生きた状態で核から伸長している微小管束の蛍光イメージングが可能であることが判明した。軸足長の変化を蛍光イメージングで定量することができる。タイヨウチュウの種の違いにより,それらの軸足収縮・伸長機構が異なることが示唆され,微小管関連タンパク質の違いを反映していることが示唆された。生理学今年度については,全体計画の中で予定していた結果が得られた(論文投稿準備中)。ただし,小型のタイヨウチュウにおける、機械刺激で誘発される微小管束を内包する軸足の急速な収縮現象(ビデオレート以下)については一般的な微小管脱重合速度では説明できず、新たな細胞運動機構を模索する必要がある。次年度については,今年度までに得られた細胞機能の解析結果を元にして,細胞動態計測システムの全体的な仕様を決定するとともに,新たな細胞運動機構を明らかにするために微小管関連タンパク質の探索を行う。さらに抗腫瘍活性が明らかとなっている微小管阻害剤について、本検定系を用いてその有用性を検証する。
ナノメータ・スケール集積エレクトロニクスの理論的構築

1.昨年度に開発した、MOSFET中のキャリヤ輸送にフェルミ統計を考慮したモンテカルロ・シミュレーションにより、極微細MOSFETにおいて、バリステイックな電流やキャリヤ速度がフォノン散乱によって抑制される状況を解析した。2.将来の有望な素子候補といわれる、ナノワイヤからなるFETの特性に関して、バリステイックなキャリヤ輸送の場合の電流電圧特性の一般公式を与えた。ナノワイヤの1次元バンド構造を与えれば、容易にFET特性を算出できる。これを用いて、ナノワイヤの性能極限などを議論できる。3.MOSFETの閾値電圧の揺らぎの検討に関して。昨年度の深さ方向1次元の解析を、面内にそのようなカラムが束ねられているモデルに拡張して、チャネル内のキャリヤ伝導をカラム間のパーコレーションとして扱うシミュレーション・モデルを開発した。従来の大規模シミュレータのような計算コストが掛からない、3次元的な不純物位置情報を反映した、閾値電圧の標準偏差を知る強力なツールとなる可能性がある。4.Siの(113)面上に、Geのナノワイヤが自己組織化的に成長する機構の解析に関して。昨年、第一原理計:算およびSTM観察の結果より、成長するGeの結晶構造がTPI&Rモデルといわれる構造であることを特定した。続いて、本年度はGe結晶の応力分布を算出し、結晶内の一方向にcompressiveなストレスが、またこれと直交する方向にtensileなストレスがかかっており、このストレス異方性が細長い島成長からワイヤ成長へと方向付けていることを明らかにした。ワイヤの自己組織化の有力な機構のひとつと見られる。5.ナノスケール素子形成のための、シリコン面の制御法の検討。陽極酸化によりシリコン面に酸化膜フェンスで囲まれた領域を形成し、極低溶存酸素純水に依るエッチングで、領域内を完全にステップフリーとすることができた。また、シリコン面のテラス構造をCuを含む溶液に浸漬し、ステップに沿ったCu吸着によりCuナノワイヤを形成することができた。これらは、ナノスケールの素子構造形成の制御法の一つとして注目される。1.弾道輸送領域ないし準弾道輸送領域のMOSFETの解析。弾道輸送MOSFETは報告者により提案されており、MOS構造の最大電流を与える。最近の、極微細MOSFETの性能は、その最大電流の50%以下に留まるとされるが、散乱の減少に意を用いた1988年のIBMの素子では、電圧範囲によりほぼ弾道輸送が実現していることを示された。電流低下の要因と機構を議論。2.ナノメータ集積システム実現には、金属・半導体問の接触抵抗の低減が大きな隘路である。この接触抵抗が理論的にどこまで下げられるかを検討。界面に工夫を加え、金属・半導体間のショットキバリヤを理想的にゼロに下げたとしても、半導体バルクの状態密度で決まる下限があり、10^<-9>10^<-10>Ωcm^2に留まることが判明した。3.ナノメータ集積システムの、素子間を結ぶ配線は、究極的には原子を数珠状に配置した原子鎖配線となる可能性が高い。このような配線の十字路分岐構造の電子(情報)輸送を解析、電子輸送の分岐は電子エネルギにより等分でなく、バンド端近くでは直進して進む確率が高く、バンド中央では両袖に曲がって進む可能性が高いことが示された。4.通常のデバイスシミュレーションでは、半導体中のイオン化不純物を一様な電荷分布と置き換えて解析するが、その粒子状のランダムな分布の効果を分析。一様な分布の作る一様な電界と異なり、粒子状の分布は長距離に渉るランダムなポテンシャルの凹凸を生起する。これらは通常の電子輸送への散乱効果と異なる付加的な散乱を惹起し、電子移動度の低下を齎すことが示された。5.キャパシタ素子について。重金属の汚染によるMOSキャパシタの劣化は、極薄キャパシタの問題のひとつである。従来絶縁性の劣化は、MOS表面に形成される粒子状構造と関連付けられていたが、導電性のAFMを用い、絶縁性劣化点が何の特徴もない平坦面に一様に分布し、粒子状構造はかえって絶縁性が良いことが示された。6.キャパシタの固有容量の問題等は、解析システムを用い解析進行中。1.キャリヤ散乱の少ない構造のMOSFETを作製し低温で動作させれば、バリステイックMOSFETを実現できることが示された。バリステイックMOSの特性予測は、ゲート電圧の小さいところでは最低サブバンドのみを考慮することで充分だが、大きいところでは上のサブバンドまで考慮する必要があることが判明。2.常温のバリステイックMOS特性は、MOSFETの最大限界性能を与える。その値は、10^<13>cm^<-3>程度の反転層キャリヤ密度に対して、2-2.5mA/μm程度となる。チャネル入り口でのキャリヤ速度は、1.2-1.6×10^7cm/s程度の値をとる。3.準バリステイック領域のナノスケールMOSFETの動作特性をシミュレートする、新しい計算手法を提案。従来、Boltzmann方程式をMonte Carlo計算により数値的に解く方法が行われてきたが、ナノスケールの大きさの素子にたいしては、量子力学の不確定性より位置と運動量を同時に決められないため、この方法を直接に適用できない。本研究では、位相空間をメッシュに分け、キャリヤ運動を確率的に考え、さらにパウリの原理を考慮する新しいMonte Carlo計算法を与え、電流の計算を行った。

4.MOSFETのナノスケール化に伴うしきい値電圧のゆらぎの様子を確率統計論的に論じて、理論的な定式化を与えた。微細化により、しきい値電圧の分布は対称なガウス型から非対称な形に移り、ゆらぎが増大する。5.酸化に伴う、Si/SiO_2界面の原子的平坦性のゆらぎを観察・評価。平坦な面に対しても、酸化は多数の原子層を巻き込み、平坦製の大きなゆらぎを生起させることが判明。6.ナノワイヤ基礎研究。先ずGeナノワイヤ構造が成長することが知られている、その下地表面構造を検討。第一原理計算とSTM観察の比較より、TPI&Rモデルと呼んでいる構造であることが解明された。1.昨年度に開発した、MOSFET中のキャリヤ輸送にフェルミ統計を考慮したモンテカルロ・シミュレーションにより、極微細MOSFETにおいて、バリステイックな電流やキャリヤ速度がフォノン散乱によって抑制される状況を解析した。2.将来の有望な素子候補といわれる、ナノワイヤからなるFETの特性に関して、バリステイックなキャリヤ輸送の場合の電流電圧特性の一般公式を与えた。ナノワイヤの1次元バンド構造を与えれば、容易にFET特性を算出できる。これを用いて、ナノワイヤの性能極限などを議論できる。3.MOSFETの閾値電圧の揺らぎの検討に関して。昨年度の深さ方向1次元の解析を、面内にそのようなカラムが束ねられているモデルに拡張して、チャネル内のキャリヤ伝導をカラム間のパーコレーションとして扱うシミュレーション・モデルを開発した。従来の大規模シミュレータのような計算コストが掛からない、3次元的な不純物位置情報を反映した、閾値電圧の標準偏差を知る強力なツールとなる可能性がある。4.Siの(113)面上に、Geのナノワイヤが自己組織化的に成長する機構の解析に関して。昨年、第一原理計:算およびSTM観察の結果より、成長するGeの結晶構造がTPI&Rモデルといわれる構造であることを特定した。続いて、本年度はGe結晶の応力分布を算出し、結晶内の一方向にcompressiveなストレスが、またこれと直交する方向にtensileなストレスがかかっており、このストレス異方性が細長い島成長からワイヤ成長へと方向付けていることを明らかにした。ワイヤの自己組織化の有力な機構のひとつと見られる。5.ナノスケール素子形成のための、シリコン面の制御法の検討。陽極酸化によりシリコン面に酸化膜フェンスで囲まれた領域を形成し、極低溶存酸素純水に依るエッチングで、領域内を完全にステップフリーとすることができた。また、シリコン面のテラス構造をCuを含む溶液に浸漬し、ステップに沿ったCu吸着によりCuナノワイヤを形成することができた。これらは、ナノスケールの素子構造形成の制御法の一つとして注目される。
血小板由来内皮細胞成長因子を用いた血管内膜肥厚に対する遺伝子治療の研究

目的:血管内膜肥厚あるいは動脈硬化の成因の一つは血管平滑筋細胞の異常増殖及び生活化であることが知られており、これを制御することができれば動脈硬化性疾患の治療に結びつく可能性がある。我々は既に血小板由来内皮細胞成長因子(PD-ECGF)のcDNAをラットの血管平滑筋細胞に導入すると、その増殖能および遊走能が有意に抑制されることを見出しており、本研究はラットの頚動脈内膜損傷モデルにおいて、FD-ECGF遺伝子により内膜肥厚を制御する方法を検討し、PD-ECGF遺伝子を利用した動脈硬化症に対する治療法の開発を目指すことを目的として行った。方法:治療用プラスミドベクターpCIhTPをQiagen endotoxin-free plasmid extraction kitを用いて精製した。雄のSDラット(体重290310g)を用いて、2F Fogarty balloon catheter(Edwards Lifesciences, Irvine, CA)を使用したラットの総頚動脈内膜損傷モデルを作成した。モデルを作成した後、キトサンハイドロゲルに取り込ませたプラスミドベクターを直接血管外膜周囲に巻いた。ラットは以下の3群を用いてPD-ECGFによる治療効果を検討した。(1)治療群:pCIhTP投与。(2)対照群:pCILacZ投与。各々の群には7匹のラットを用いる。治療2週間後、血管組織を採集して、分子生物学および病理学的手法により遺伝子の発現および内膜肥厚を評価した。結論:PD-ECGF遺伝子を血管外膜側から投与することにより、新生内膜肥厚が有意に抑制されたことが明らかになった。目的:血管内膜肥厚あるいは動脈硬化の成因の一つは血管平滑筋細胞の異常増殖及び活性化であることが知られており、これを制御することができれば動脈硬化性疾患の治療に結びつく可能性がある。我々は既に血小板由来内皮細胞成長因子(PD-ECGF)のcDNAをラットの血管平滑筋細胞に導入すると、その増殖能及び遊走能が有意に抑制されることを見出しており、本研究はラットの頸動脈内膜損傷モデルにおいて、PD-ECGF遺伝子により内膜肥厚を制御する方法を検討し、PD-ECGF遺伝子を利用した動脈硬化症に対する治療法の開発を目指すことを目的として行った。雄のSDラット(体重290310g)を用いて、2F Fogarty balloon catheter (Edwards Lifesciences, Irvine, CA)を使用したラットの総頸動脈内膜損傷モデルを作成した。(3)Sham群:キトサンハイドロゲルのみを巻く。各々の群には8匹のラットを用いる。今後、更にIn vitroの実験を加えてそのメカニズムを解明する予定である。

我々は既に血小板由来内皮細胞成長因子(PD-ECGF)のcDNAをラットの血管平滑筋細胞に導入すると、その増殖能および遊走能が有意に抑制されることを見出しており、本研究はラットの頚動脈内膜損傷モデルにおいて、FD-ECGF遺伝子により内膜肥厚を制御する方法を検討し、PD-ECGF遺伝子を利用した動脈硬化症に対する治療法の開発を目指すことを目的として行った。方法:治療用プラスミドベクターpCIhTPをQiagen endotoxin-free plasmid extraction kitを用いて精製した。雄のSDラット(体重290310g)を用いて、2F Fogarty balloon catheter (Edwards Lifesciences, Irvine, CA)を使用したラットの総頚動脈内膜損傷モデルを作成した。モデルを作成した後、キトサンハイドロゲルに取り込ませたプラスミドベクターを直接血管外膜周囲に巻いた。ラットは以下の3群を用いてPD-ECGFによる治療効果を検討した。(1)治療群:pCIhTP投与。(2)対照群:pCILacZ投与。(3)Sham群:キトサンハイドロゲルのみを巻く。各々の群には8匹のラットを用いる。治療2週間後、血管組織を採集して、分子生物学および病理学的手法により遺伝子の発現および内膜肥厚を評価した。結論:PD-ECGF遺伝子を血管外膜側から投与することにより、新生内膜肥厚が有意に抑制されたことが明らかになった。
配列特異的LINEの配列認識機構の解明

LINE-ENとDNAの複合体結晶構造解析を目指して結晶化条件検討と機能解析を行った.その結果,結晶は得られなかったが,LINE-ENが二量体化することと,ENだけではDNAとの結合が弱く,ENの直後にあるMyb様ドメインが必要であることが示唆された.今後はMyb様ドメインまでをターゲットにして結晶化及び機能解析を行う.LINE-ENとDNAの複合体結晶構造解析を目指して結晶化条件検討と機能解析を行った.その結果,結晶は得られなかったが,LINE-ENが二量体化することと,ENだけではDNAとの結合が弱く,ENの直後にあるMyb様ドメインが必要であることが示唆された.今後はMyb様ドメインまでをターゲットにして結晶化及び機能解析を行う.TRAS1-ENと特異配列DNAとの複合体結晶構造解析を目指して, DNAにチオール基を導入しTRAS1-ENをジスルフィド結合によって安定な複合体を得ることを試みたが,参考文献の方法の濃度まで濃縮することが出来ず複合体を作ることが出来なかった.次に,結晶構造中で見えていないN末20アミノ酸を削除したコンストラクトを作製し、精製してDNAとの共結晶を試みたところ,これまでよりも多くの条件で結晶が得られるようになった.しかしいずれの場合もDNAの電子密度は見えなかった.DNAが結晶中に取り込まれているかを確認するため,蛍光色素(TAMRA)でラベル化したDNAと共結晶を行ったところ,周辺より赤く染まった結晶が得られた.しかしこの結晶を解析してもDNAの電子密度が得られなかったことから, TRAS1-ENはDNAと結合するものの,一定の状態を取りにくいことが推定された.現在の条件では共結晶を得ることはきわめて難しく,今後DNAの配列およびTRAS1-ENのコンストラクトを改善することが必要と思われる.SART1-ORF2pの結晶化へ向けて精製条件検討を行った.全長, ΔN, ΔC,およびZnの精製条件検討したところ, Znが最もアグリゲーションし易く, Znを除いたΔCがもっとも結晶化に適当と思われたので, ΔCをメインに精製を行った.アフニティカラム精製までは問題なく単一バンドが得られたものの,タグを切断すると不溶化しやすいことが判った.そのため,発現量ではなく安定なタンパク質を得られるという観点から宿主大腸菌のスクリーニングを行ったところ,今まで用いていたRosetta 2よりもCodonPlusの方が良い事が判った.これまでの知見を元に,次年度は更なるドメインの削込みを行い安定なタンパク質を得ることが必要と思われる.TRASI-ENが特異的に二量体を形成し二量体で機能しているという仮説を検証するため,二量体モデル上の相互作用面にシステイン変異を導入し,人為的な二量体TRAS1-ENを作成した.RIBm-ENも同様にして,ジスルフィド結合した二量体を作成することができた.それらの結晶化を行い,X線結晶構造解析を行ったところ,両蛋白質とも結晶構造中にジスルフィド結合が確認された.また,二量体化によってDNAとの相互作用面積が増大することから,DNAとの結合能が増してDNAとの共結晶も得られやすいと考えられたが,特異的配列を持っDNAとの共結晶化は成功しなかった.さらに,二量体化によって切断活性にどのような影響があるかTRASl-ENについて調べた結果,単量体より若干の活性上昇が認められたものの,Hisタグの付いたままのTRASl-ENに比べ,半分以下であった.これはHisタグ自身が金属共存下で二量体を形成することと,塩基性のタグがDNAとのアフィニティを増していると推測される.さらに核磁気共鳴法によるTRASl-ENのDNAとの相互作用解析を目指して15Nラベル化蛋白質を精製し,HSQC測定を行った結果,シグナルの分散が悪くNMRによる解析は困難であることが判った.SARTl-ORF2pのRTドメインの性質が悪く,精製の際にネックとなることが明らかとなった.そのため,EN及びRTドメインの直前までのコンストラクトを作製し,発現まで確認した.ENとRTの間にはMyb様ドメインがあると推測されており,MybはDNA結合ドメインであることから,RTを含まない構造解析からもORF2pとDNAとの相互作用に於ける重要な知見を得ることが十分可能であると考えられる.本課題とは別テーマであるが,21年度中に学術論文を2報(うち筆頭著者1報)発表した.前年度までの結果からLINE-ORF2pのRTドメインが非常に精製を困難にしていることが判ったので,ENドメインとRTドメインの手前までのコンストラクトの作製を行った.また,別種由来のホモログを用いると改善する例がしばしば見られることから,カタユウレイボヤ,ワムシ,蚊,ゼブラフィッシュ,ヒト,およびカイコの他のLINEのクローニング,発現系作製を試みた.ベクター作製の段階でトラブルが続いて時間がかかってしまったが,カタユウレイボヤのLINE以外はGSTタグを付けた発現ベクターを作ることが出来た.GSTタグの発現ベクターをCodonPlusに入れて少量スケールで培養してIPTGを加えて発現させた.菌体を超音波破砕して上清と沈殿をウエスタンブッロトで調べたところ,全てで発現は見られたものの,上清に発現しているものはTras1およびR1のみであった.しかしながら,量は少なく,また本来の長さより短い位置に多量のバンドが確認された.

途中に断片化し易い領域があると予想されたため,Tras1について,Myb様ドメインからRTドメインの直前までの長さを変えた4種類のコンストラクトを作製して,発現を調べることにした.また,各々N末のGSTタグと,C末のHisタグのコンストラクトを作製した.それぞれCodonPlusに入れて発現させ,アフィニティカラムで簡易精製したところ,GSTタグのものはTras1のN末付近で切られやすいことが判った.一方,C末のHisタグの方は発現は低いものの全長に相当するバンドがメインであり,単一バンドまで精製可能と判った.今後,Tras1のC末Hisに関して発現宿主のスクリーニングと,培養条件を検討し,もっとも発現の良いものを用いて精製・結晶化を行う予定である,また本課題とは別テーマであるが,22年度中に学術論文を2報発表した.
母豚および肥育豚に対する飼養管理や疾病状況と繁殖成績及び経済性との関連性

養豚生産農場における生産性や経済性の改善および動物福祉の向上を目的として、以下のような研究を繁殖疫学の手法で行ってきた。●口蹄疫発生地域における口蹄疫発生後の生産性の推移2010年に発生した口蹄疫により、宮崎県内の養豚農家では127戸、約22万頭の豚が殺処分された。その中でも、特に伝染性が顕著であった児湯・川南地域ではワクチン接種が実施され、接種後に殺処分が行われた。この地域では、口蹄疫清浄化後、地域としてオーエスキー病(AD)と豚繁殖・呼吸障害症候群(PRRS)を陰性として維持している。そこで、この特定疾病(AD/PRRS)フリー地域における口蹄疫発生前後の生産性を調査した。●宮崎県内の養豚生産農場を対象とした生産性の調査上記した特定疾病フリー地域を中心として、特定疾病フリーの利点の定量化および飼養管理と生産性の関連性を明らかにするために、宮崎県内における養豚生産農場を対象とした生産性の調査を実施した。調査地域を上記地域よりも広げて調査を行った。調査項目として、各農場における月別記録の収集を行った。対象とする項目は繁殖成績(子豚数・子豚体重・分娩率など)、肥育成績(一日あたり増体重・出荷日齢・死亡率など)とした。現在までの調査において、口蹄疫発生地域における生産性は他の地域よりも良好であった。当初の計画通りに調査が進んでいる。現在まで行なってきた内容を継続して実施する。研究を遂行するにあたり、関連団体との協議および打ち合わせの回数を増やし、生産現場との連携体制を強化していく予定である。●口蹄疫発生地域における口蹄疫発生前後の生産性の比較2010年に発生した口蹄疫により、宮崎県内の養豚農家では127戸、約22万頭の豚が殺処分された。そこで、この特定疾病(ADIPRRS)フリー地域における口蹄疫発生前後の生産性を調査した。特定疾病フリー地域内における一貫経営農場3農場より、口蹄疫発生前後における繁殖成績・肥育成績の生産記録を収集した。調査を実施した3農場において、一腹当たり生存産子数と離乳子豚数は経営再開前後で差がなかった。離乳時一腹体重は経営再開後のほうが重かった。肥育成績では、肥育中事故率が経営再開後で低かった。また、経営再開後における出荷日齢は再開前と比べて約20日早かった。今後は当地域における調査実施農場数を増やし、成績の動向を調査していく。調査対象とする農場や生産成績の収集方法を検討するために、関連団体との協議を行なっている。収集する記録は二種類とし、月別の農場成績と母豚毎の各産次記録を収集する。
唾液システイン・プロテイナーゼ・インヒビター(Cystatin S)の研究

抗シスタチンS抗体との反応性を指標として、唾液を分画し、8種のシステインプロテイナーゼインヒビターを得た。これらN末近傍のアミノ酸配列を調べたところ、唾液中のシスタチンS様インヒビターの多様性の原因はN末が不揃いであることと、分子間にアミノ酸置換が存在するためであることがわかった。シスタチンSに対してアミノ酸置換の認められた2つのインヒビターを、それぞれ、シスタチンSN,シスタチンSAと命名し一次構造の解析を行なった。シスタチンSNは113残基のアミノ酸より成りシスタチンSに対して10残基の置換がある。シスタチンSAはシスタチンS相当部位113残基について10残基の置換がある他N末側に4残基の延長がある総残基数117のインヒビターであった。シスタチンSNとシスタチンSAの相同率も約90%に達する。精製した8種のインヒビターについてフィシン,パパイン,ジペプチジルペプチダーゼIに対する阻害定数を求めたところN末部分の欠落したインヒビターは高い【K_i】値を示し、阻害能力が弱い。従ってシスタチンSのN末近傍の配列が阻害活性発現に寄与している可能性がつよい。シスタチンS,SN,SAの上記酵素に対する阻害定数は異なっており、置換残基も活性に影響を及ぼすと考えられる。シスタチンS様インヒビターの口腔内存在意義を探るため、歯垢懸濁液を好気培養し、乳酸,酢酸産生量を比較した。インヒビター存在下では非存在下に比べて酸産量が減少し、インヒビターが抗菌的に作用していることが示唆された。シスタチンS抗原は、唾液以外に精液,涙液に検出された。これら体液中での存在意義としては、組織損傷時に放出されたリゾゾーム酵素や、外因性のウィルスやバクテリア由来の酵素から自己組織やタンパクを護ること、また内因性酵素作用の制禦が考えられる。
リソツボ上科貝類とその共生微生物における洞窟・地下水環境への進出と適応過程の解明

本年度は、淡水や陸上へも進出して多様化を遂げているカワザンショウガイ科に焦点を当てるほか、日本列島に分布する他の陸産貝類についても平行して調査を行い、その種多様性や種分化のパターンについて解明を試みた。カワザンショウ科では洞窟棲のゴマオカチグサ属に焦点を当てており、本年度は比較的小さな地理的スケールでの遺伝的分化のパターンを把握すべく、岡山県北部の石灰岩地域を中心に調査を行った。また、非洞窟棲種についても、未検討の個体群を網羅すべく宇治群島・五島列島で採集を試みた。本属以外にも今年度の調査で日本未記録の属が新たに確認されたほか、20年以上採集報告がなく、絶滅した可能性もあったキバオカチグサ・ミヤコオカチグサ・ナガヤマヤマツボについても生存を確認し、それらの形態観察や系統的位置の検討を進めている。これらの結果の一部は過去の学会等において発表を行っており、追加サンプルの解析が完了し次第、論文を執筆する予定である。上記と平行して、日本列島を中心とする東アジアの陸産貝類相全体の成立・多様化の過程を把握すべく、主要なグループについて系統地理学的解析を進めた。また、多様性を維持する要因のひとっである近縁種共存の仕組みを理解すべく、ニッポンマイマイ属を材料に生殖隔離の観点からこの問題に迫ることを試みた。中国・四国地方に生息する種群を網羅的に解析し、多数の隠蔽種を見出した。これら隠蔽種の分布は繁殖干渉のパターンを示す上、生殖器の特定部位の形態が互いに異なることから、この形質が生殖隔離に有効である可能性を見出した。この予測が正しければ、陸産貝類における既知の生殖隔離機構とは異なる、新しいパターンであると考えられるため、その検証に向けて交尾実験を継続している。これらの成果の一部は既に原稿執筆を完了しており、残りの多くも論文は完成に近づいている。今年度中の投稿を予定している。(抄録なし)本研究では、リソツボ上科の腹足類のうち、淡水や陸上へも進出して多様化を遂げているカワザンショウガイ科、イツマデガイ科、ヌマツボ科に特に焦点を当て、ハビタットシフトや多様化のパターンの解明を目指している。カワザンショウ科では、日本固有かつ科内で唯一の真洞窟性陸貝であるゴマオカチグサ属について、本年度の野外調査で新たに分布の新記録かつ新種とみられる個体群を幾つか見出した。また、分子系統解析と分化年代推定の結果からは、本属の洞窟進出の経路は他の陸棲洞窟動物にはみられない特異なものであると考えられ、洞窟生物の進化について新たな知見をもたらす可能性がある。イツマデガイ科では、科全体を対象に解析を行った。本科は基本的に水生であるが、日本でのみ陸棲種が進化していることが知られている。分子系統解析と分岐年代推定の結果、本科の陸棲種の進化は多雲地域の形成と密接に関わっていることが明らかになった。本研究は寒冷地で陸上進出が生じた可能性を示唆する初めての報告であり、生物の陸上進出過程を理解する上で新たな視点を提示するものである。これらの成果はBMC Evolutionary Biology誌およびMolluscan Diversity誌に掲載された。ヌマツボ科では、日本に分布するアキヨシミジンツボ属(地下水棲)とホラアナミジンニナ属(渓流棲)について、野外調査による採集と分子系統解析を行った。その結果、本属においても洞窟性は複数回起源していることが明らかとなったが、洞窟内外の個体群は遺伝的に近縁ではなく、現在の分布パターンは絶滅や再分散、ハビタットシフトなどが複雑に絡んだ結果であると推定された。これらの成果については学会にて発表を行ったほか、次年度中の論文投稿を予定している。本研究ではリソツボ上科貝類のカワザンショウガイ科とイツマデガイ科を中心として、淡水産・陸産の貝類におけるハビタットシフトや多様化のパターンの解明を目指している。カワザンショウ科では、日本固有かつ科内で唯一の真洞窟性陸貝であるゴマオカチグサ属について、本年度の野外調査で新たに分布の新記録かつ新種とみられる個体群を幾つか見出したほか、東南アジアにおいても近縁な洞窟棲のグループが生息することを初めて明らかにした。また、分子系統解析と分化年代推定の結果からは、他の陸棲洞窟動物とは異なる経路で洞窟進出を果たしたと考えられるほか、複数の系統で独立に洞窟棲が起源し、形態の著しい収斂が起こった可能性が示唆された。イツマデガイ科では、実際の生息データから昨年度の成果を補強するために野外調査を行い、新種や新規個体群を複数見出した。さらに形態形質の詳細な検討からは分子系統樹を支持する結果が得られるとともに、従来の分類を見直して属の再編や種レベルでの記載・再記載を行うのに十分なデータを得た。また、これらと類似の分布パターンを示す陸産貝類についても系統地理学的な解析を行った。特に東アジアの広い地域から得られたサンプルをもとに進化史を解明することによって、単一のグループとしては初めてユーラシア東部全域に渡る多様化の歴史を追うことができた。これは東アジア地域の高い生物多様性が形成された仕組みを解明する手がかりになるとともに、多くの陸産・淡水産貝類において多様性や進化史を考察する上で重要な知見となった。これらの成果は投稿論文としてほぼ完成しており、5月中の投稿を予定している。

本年度は、淡水や陸上へも進出して多様化を遂げているカワザンショウガイ科に焦点を当てるほか、日本列島に分布する他の陸産貝類についても平行して調査を行い、その種多様性や種分化のパターンについて解明を試みた。カワザンショウ科では洞窟棲のゴマオカチグサ属に焦点を当てており、本年度は比較的小さな地理的スケールでの遺伝的分化のパターンを把握すべく、岡山県北部の石灰岩地域を中心に調査を行った。また、非洞窟棲種についても、未検討の個体群を網羅すべく宇治群島・五島列島で採集を試みた。本属以外にも今年度の調査で日本未記録の属が新たに確認されたほか、20年以上採集報告がなく、絶滅した可能性もあったキバオカチグサ・ミヤコオカチグサ・ナガヤマヤマツボについても生存を確認し、それらの形態観察や系統的位置の検討を進めている。これらの結果の一部は過去の学会等において発表を行っており、追加サンプルの解析が完了し次第、論文を執筆する予定である。上記と平行して、日本列島を中心とする東アジアの陸産貝類相全体の成立・多様化の過程を把握すべく、主要なグループについて系統地理学的解析を進めた。また、多様性を維持する要因のひとっである近縁種共存の仕組みを理解すべく、ニッポンマイマイ属を材料に生殖隔離の観点からこの問題に迫ることを試みた。中国・四国地方に生息する種群を網羅的に解析し、多数の隠蔽種を見出した。これら隠蔽種の分布は繁殖干渉のパターンを示す上、生殖器の特定部位の形態が互いに異なることから、この形質が生殖隔離に有効である可能性を見出した。この予測が正しければ、陸産貝類における既知の生殖隔離機構とは異なる、新しいパターンであると考えられるため、その検証に向けて交尾実験を継続している。これらの成果の一部は既に原稿執筆を完了しており、残りの多くも論文は完成に近づいている。今年度中の投稿を予定している。野外調査においてはリソツボ上科貝類が順調に採集できており、そのハビタットと分布パターンの全貌が明らかになりつつある。また、イツマデガイ科に関しては既に論文として公表されたほか、カワザンショウ科やヌマツボ科についても系統解析を進めており、その多様化と洞窟適応の過程を推定するに足るデータが揃いつつある。また、多くのグループについても系統解析を進めており、その多様化や進化のパターン、洞窟・地下水適応の過程を推定するに足るデータが揃いつつある。研究材料の分布域から考えて、現段階では四国や関東地方の調査が不足しているため、今後垂点的に調査を行う。また、カワザンショウ科については、より信頼性の高い系統解析を行う必要があるため、新たな遺伝子マーカーを開発する予定である。それ以外については概ね計画通りに進められており、データの揃ったグループから論文化をすすめていく。研究材料の分布域から考えて、現段階では四国や関東地方の調査が不足しているため、今後重点的に調査を行う。また、本年度の調査で海外にも洞窟棲種が生息することが判明したため、東南アジア方面でのサンプリングも計画している。より信頼性の高い系統解析を行う必要があるため、一部のグループでは新たな遺伝子マーカーを開発する予定である。それ以外については概ね計画通りに進められており、データの揃った部分から論文化をすすめていく。(抄録なし)