hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
樹木成長におけるアルミニウムの有用性とそのメカニズムの解明

アルミニウムによる樹木根成長促進メカニズムを明らかにすることを目的に窒素代謝、植物ホルモンに着目し研究を行った。植物材料に2カ月生のコナラの実生苗を用い、水耕栽培にてアルミニウム処理実験を行った。根にアルミニウムが作用することにより、根細胞中のオーキシン濃度が高い濃度に保たれ、硝酸還元酵素活性が高まり、その結果、根の伸長成長、側根形成が促進されることが示唆された。本研究はアルミニウムが植物の成長にとって重要なミネラルであることを明らかにすることを目的に、これまでの研究で明らかとなったアルミニウムによる根伸長促進メカニズムを解明するため、アルミニウム処理による窒素代謝の変化に着目し、研究を進めた。材料にコナラの実生苗を用い、水耕栽培実験を行った。窒素代謝に関わる酵素の酵素活性測定法の確立を行った。作物種を材料にした既報の方法を参考に酵素活性測定法を試みたところ、樹木根の場合は作物の根とは大きく異なり、タンパク質の量が少ないことや、樹木特異的な酵素活性阻害分子が存在することが明らかとなった。緩衝溶液、プロテアーゼ阻害剤の検討、阻害物質除去方法、酵素タンパク精製の検討を行い、信頼度の高い方法を確立した。アルミニウムを添加した培養液にコナラの根を暴露した。3、7、14日後に苗を回収し、根の硝酸還元酵素、亜硝酸還元酵素、グルタミン合成酵素活性を測定した。処理3日後から硝酸還元酵素活性は対照区よりも活性が高くなることが明らかとなった。亜硝酸還元酵素、グルタミン合成活性へのアルミニウムの影響は明瞭ではなかった。21日間アルミニウム処理をした根の基質濃度の変化に対する硝酸還元酵素活性の変化を調べ、ミカエリス定数(Km),最大反応速度(Vmax)を求めた。その結果、アルミニウム処理によって、硝酸還元酵素のKm値の低下、Vmaxの増加が認められた。アルミニウム処理による硝酸還元酵素活性は、硝酸還元酵素と基質である硝酸との親和性の増加、阻害物質の減少なんらかのactivatorの増加、酵素タンパク質の増加が関係していることが示唆きれた。この結果を2009年7月にPlant Biology 2009で発表した。本研究はアルミニウムが植物成長にとって重要な因子であることを明らかにすることを目的に、アルミニウムによる根伸長メカニズムを解明するために窒素代謝に着目して研究を行った。植物材料にコナラの実生苗を用い、水耕栽培によるアルミニウム処理実験を行った。根の硝酸還元酵素(NR)はアルミニウム処理により活性化されるが、その下流の亜硝酸還元酵素、グルタミン合成酵素の活性は2週間のアルミニウム処理では影響を受けないことが明らかとなった。また、アルミニウム処理によるNR活性の上昇は細胞内カルシウム濃度の増加によることが示唆された。実生苗の根を一時間塩化アルミニウム溶液に暴露し、その後、アルミニウムを含まない培養液に移し、1,2,3日後のNR活性の変化、根伸長に関わる植物ホルモンのオーキシンとサイトカイニンの根中の濃度変化を調べた。その結果、アルミニウム処理個体のNR活性が対照区の個体よりも高くなることが明らかになった。また、細胞内オーキシン濃度は対照区個体では減少するが、アルミニウム処理個体では高い濃度を維持した。アルミニウム処理個体において、オーキシン酸化分解物質であるアスパラギン酸縮合体が検出されなかったことから、アルミニウム処理個体に見られたオーキシン濃度維持はアルミニウム処理によってオーキシンの酸化分解抑制によることが示唆された。以上の結果から、アルミニウムによる根伸長は硝酸還元酵素活性化と、オーキシン濃度が高い濃度で維持されることによって起こることが示唆された。
振動速度情報を用いたイメージングに関する研究

圧電振動子を定電圧駆動し,音響放射面に同位相同振幅の平面振動(USV)が発生することを用い,圧電振動子の音響放射面に置いた試料表面の振動速度をレーザドップラ振動計によってその分布を測定し振動速度振幅が試料の音響特性インピーダンスに依存することを示した.また,本手法が空気中における固体試料のイメージングに有用であり,Barker系列の音圧パルス信号を用いて高吸収の試料も画像化可能なことも実証した.25年度は円柱状の寸法の大きな圧電振動子(直径60mm,厚さ40mm)を用いて,この振動子の表面に試料を置いた場合の物体の映像化のための理論的な解析と実験を行った.このために,1振動子の表面に物体を置いた場合の組み合わせを前年度用いた伝送線路モデルに置き換えて物体表面の振動速度特性のシミュレーションを行った.2物体が伝送線路になるため物体の表面振動速度はその厚さの関数となる.実験によって物体の厚さと振動速度の関係を測定し1の結果と併せて映像化できる物体の厚さについての考察を行った.3物体内を伝搬する速度は物体の音速により異なる.従って同一の厚さの物体であればパルス状の速度が観測される時刻が異なることから音速の違いによる映像化が可能であることが明らかになり,振動速度振幅の振幅モードと音速によって波面速度が異なることを利用した音速モードの2つの映像化の方法を考案し,これらを用いたシステムを構築すると共に振動速度分布や振動速度と駆動電圧の関係などの基礎的な特性測定実験を行うことができた.また,定電圧駆動法では振動子表面に任意の速度を与えることを利用して符号化パルス列の発生の可能性を探るための実験を行いバーカー符号に対応する振動速度波形を得ることができた.圧電振動子を定電圧駆動し,音響放射面に同位相同振幅の平面振動(USV)が発生することを用い,圧電振動子の音響放射面に置いた試料表面の振動速度をレーザドップラ振動計によってその分布を測定し振動速度振幅が試料の音響特性インピーダンスに依存することを示した.また,本手法が空気中における固体試料のイメージングに有用であり,Barker系列の音圧パルス信号を用いて高吸収の試料も画像化可能なことも実証した.圧電振動子の基本共振周期より十分短い時間幅を持ったパルス電圧で圧電振動子を定電圧駆動した場合に,入力電圧パルス波形と時間的に相似な出力振動速度波形が得られることが知られている.このとき駆動の際の第1波に限っては同位相同振幅の平面波が発生し,その振動速度は放射面全体で一定となる.さらに平面波の伝搬路中に対象物を配置した場合に,音圧振幅の差によりイメージングが可能であることもすでに報告されている.これらのイメージング法はいずれも変換器に接する水などの音場媒質中に超音波を放射して対象物からの反射波や透過波を対象としてイメージングする水浸法に分類されるもので前述の問題がある.本研究ではこれらとは異なり,パルス駆動特性を利用した空気中における新たなイメージング法を紹介する.一般に,空気中において超音波は周波数に依存した吸収減衰が大きくなるため,高周波化が難しく超音波を送波して対象物からの反射波を受波することを空気中で行なうことは難しい.また,送波および対象物から反射波は回折が生じてしまうため,トランスデューサと対象物の距離が長くなると得られる画像がボケてしまい,方位分解能の低下をまねく.本稿で述べる方法は超音波の送波と受波を行うのではなく,レーザドップラ振動計によって圧電振動子および対象物表面の振動速度を測定することで空中においてイメージングを試みるものである.本稿では,はじめに圧電振動子をパルス波で定電圧駆動することによって圧電振動子の音響放射面に発生する同位相同振幅の平面振動(Uniform Surface Vibration:USV)について述べる.次に,これをもとに音響放射面と対象物表面の振動速度の差を利用した,空気中における振動速度差イメージングの方法について述べるものである.圧電振動子をパルス波を用いて定電圧駆動した場合に,音響放射面に同位相同振幅の平面振動(Uniform Surface Vibration:USV)が発生することを用いて,圧電振動子の音響放射面に置いた試料表面の振動速度をレーザドップラ振動計によって測定し,音響放射面との振動速度差から空気中での新しいイメージング法を提案している.映像化の原理を説明するために伝送線路モデルを用いた電気的等価回路による計算および実験により,駆動電圧パルス波形と時間的に相似な振動速度出力波形が得られることを示した.また,種々の試料の表面の振動速度波形を示し,振動速度振幅が試料の音響特性インピーダンスに依存することを示した.次に,試料表面と圧電振動子の音響放射面との振動速度の差を検出することで,試料にある文字(U.S)および二つの材質からなる試料のイメージングを行った.その結果,本手法が空気中における固体試料のイメージングに有用であることを示した.また,本方法を利用して高吸収の材料である気泡入りのシリコンゴムシートのイメージングを行った.これには符号化パルスを発生させ,振動子表面と試料表面の相関を取ることによって,試料表面のS/Nが0dB以下であってもイメージングが可能であることを示した.また,実験に用いいる振動子の駆動効率を上げるために薄い振動子を持ちいて,これをサイクロイド電圧波形による駆動で半波正弦波電圧を発生でき.波長よりも十分に薄い試料の音速の測定が可能なことも明らかにした.超音波工学24年,25年までの研究の進展によりシステムの構築が終了し簡単な資料についてはイメージングが行われている.

この成果は論文発表が行われている.また,システム全体について特許申請(特願2013ー270010)を行うことができた.当初の計画ではシステムの構築の基礎的なデータを得るものであったが,これを超えてイメージングができる状況まで研究が進展しているため.本年度は物体に振動を加える圧電振動子の駆動法と映像化に適した振動子の形状および駆動法について検討した.円柱状の圧電振動子に幅1μsの矩形波電圧を印加した時,振動波形は,最初の駆動の後に大きなリンギングがありこのまま超音波映像には全く使えない.このため定電圧法および共振周期よりも十分小さな時間幅のパルスを用いて実験を行ったところ,同一位相平面振動を得ることができた.また,伝送線路モデルを用いたシミュレーションでもこれを証明することができ,当初の予想通りの結果が得られているため.今後の計画として,電源インピーダンスの低い(Bipolar Amp:内部インピーダンス1Ω程度)電源を用いて定電圧駆動することにより駆動電圧と相似の振動速度波形を発生させ,1物体と振動子の寸法の検討,2外部抵抗を接続し,振動子からみた電源インピーダンスを変化させて振動特性が想定通りになっているかの確認,3信号処理においては,1)レ-ザードップラ装置に用いられている光-速度変換の復調装置の周波数特性と空間分解能との間の定量的な測定,2)レーザー光の走査速度の高速化,3)レーザードップラー装置から得られる電圧データから申請のシグナルアナライザおよびベクトルシグナル信号処理によって解析信号に変換し複素データとして位相と振幅のデータおよびスペクトルデータに変換できるような信号処理を行えるようにシステムの構築を行う.4形状・寸法が明らかで音速などの音響特性が既知の物体をサンプルとして以下のシステム評価を行う.1)厚さが変化する物体(くさび状の板など)を用いて厚さと振動速度を測定し厚さー速度分布特性を明らかにする.2)厚さ一定の物体に直径の異なる穴を開けこれをイメージングすることによって空間分解能を評価する3)空間分解能と駆動のパルス電圧の立ち上がり特性との関係を明らかにする.本研究については24年度の研究成果元に以下のような項目について検討し,研究の推進を図る.1駆動の最初に観測される平面波の振幅は表面の変位速度すなわち音速に対応するが音速は振動子材料によって20%近く異なる.ここでは映像化に適した低音速の材料を選択する,2圧電定数や誘電定数および弾性定数から形状と寸法を計算し電気的なインピーダンスを推定する,3駆動電源の内部インピーダンスと振動子の静電容量からなる時定数τと振動子の共振周期Tとの比により内部インピーダンスの正規化を行う,4伝送線路を用いた等価回路の計算から振動速度波形のシミュレーションを行い電源インピーダンスの仕様を決定する,5円柱状圧電振動子の振動面の振動分布をレーザードップラ装置によって測定し,4のインピーダンスと振動速度波形との関係を実験的に検証する,6モノポールパルスの発生法によって円盤状の振動子によって同様の実験を行う.
膵β細胞小胞体Ca^<2+>ポンプとCa^<2+>放出チャネルの機能協関とインスリン分泌制御

グルコースによるβ細胞小胞体Ca^<2+>_-ポンプ活性化とAChによる小胞体Ca^<2+>_-放出の機能的連関(1)非刺激グルコース濃度域において、AChは単一β細胞の細胞質Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>]_i)を増加させた。この反応は、細胞外Ca^<2+>に依存しておらず、小胞体Ca^<2+>ポンプ阻害剤Thapsigarginの前処置により抑制されたので、小胞体Ca^<2+>によっている。(2)非刺激濃度域(1.0-5.5mM)でのグルコース濃度上昇による膵β細胞[Ca^<2+>]_i減少は、小胞体Ca^<2+>ポンプ阻害剤Thapsigarginにより抑制されたが、細胞膜Na/Ca交換の阻害によっては影響されなかった。この[Ca^<2+>]_i減少は、グルコース代謝阻害、ミトコンドリア阻害によっても抑制された。従って、グルコース代謝亢進に伴うATP産生により小胞体Ca^<2+>ポンプが活性化され、Ca^<2+>が小胞体に取り込まれ[Ca^<2+>]_i減少を発生するものと考えられる。(3)非刺激濃度域でのグルコース濃度が高いほど静止[Ca^<2+>]_iレベルは低く、AChによる[Ca^<2+>]_i増加ピークは高く、小胞体Ca^<2+>放出量も大きかった。このように、グルコース濃度上昇による小胞体へのCa^<2+>取り込みとAChによる小胞体Ca^<2+>放出は機能的に連関していることが明らかとなった。cAMPによる小胞体Ca^<2+>_-ポンプ活性化(1)cAMPおよびcAMPを上昇するホルモンGLP-1とPACAPは、KCl刺激などにより持続的に増加した[Ca^<2+>]_iを減少させた。(2)この反応は燐酸化を介した小胞体Ca^<2+>ポンプ活性化による。
行動の種差を規定するゲノム・遺伝子相関の解明

同種の雌雄は、次世代への遺伝情報の継承にあたって、協調的であると同時に対立的でもある。雌雄の行動上での駆け引きの背後には、神経ネットワークレベルでの雌雄差があり、その神経の性的二型はまた、遺伝子発現の性差に根差す。行動と神経の性差に対して最も大きな効果を有すると思われるのは、ショウジョウバエのfruitless (fru)遺伝子である。fru mRNAは雄の神経系でのみ翻訳されてFruタンパク質を生成する。Fruタンパク質はヒストン脱アセチル化酵素のHDAC1やヘテロクロマチンタンパク質1aと複合体を形成して染色体の標的部位に結合し、クロマチン修飾を介して一連の標的遺伝子群の転写を雄型の状態にすると考えられる。しかしこれまで、Fruの標的遺伝子は同定されていない。我々はとりわけ顕著な性的二型を示すmAL介在ニューロンに着目し、雄特異的突起の有無がrobo1遺伝子の機能に依存することを見出した。さらにゲルシフトアッセイ、レポーターアッセイによってrobo1遺伝子制御領域内にFru結合配列を同定し、robo1がFruの直接の標的であることを立証した。さらにrobo1遺伝子制御領域のFru結合配列だけを欠失した変異を作り出し、その変異体雄に固有の求愛行動の異常を見出した。この行動異常は、mAL特異的にrobo1をノックダウンすることで救済された。27年度が最終年度であるため、記入しない。生物の多様性は集団の分裂に根差しており、亜集団間の生殖隔離から種分化が導かれる。この過程では亜集団間での限定的な遺伝子交流が想定され、ここに二つのゲノム間での協調とコンフリクトが発生する。新しい種が誕生して生物の多様性が増加する要因(また逆に絶滅の要因)はこのプロセスに隠されている筈である。二つのゲノムの相互作用から新たな種が生じる機構を理解するため、本研究では種間雑種を生じる二種のショウジョウバエ、Drosophila melanogasterとD. simulansに着目して、同種の異性個体を配偶者として選択する基盤にどのような遺伝的機構、神経機構が働いているのかを、二種と雑種個体の神経回路と行動の比較により解明することを目指している。melanogasterの雄はmelanogasterのみならずsimulansの雌にも盛んに求愛するが、simulans及び雑種の雄はsimulansの雌にもっぱら求愛する。ショウジョウバエでフェロモンとして機能する体表の炭化水素は、simulansでは雌雄とも7-tricoseneが主要な成分であるのに対し、melanogasterでは7-tricoseneは雄に多く雌に少ない性差を示す。また、melanogasterに固有の7,11-heptacosadieneは雌にほぼ特異的に存在する。塗布実験から、7,11-heptacosadieneがsimulansや種間雑種の雄に対し抑制的に働くため、melanogasterの雌への求愛が低下すると考えられた。フェロモンを感知する可能性のある感覚ニューロンにppk23と呼ばれるチャンネル遺伝子が発現しているので、このプロモーターを利用して温度依存性シナプス伝達阻害タンパク質遺伝子を発現させたところ、温度に依存してmelanogasterとsimulansの雌への求愛を選択的に抑制できた。melanogaster、simulans及び種間雑種の雄のフェロモン応答性の違いが配偶者選択の決め手となっていること、さらにそこに関与するニューロンの同定に目処が立ったことが理由である。melanogaster、simulans及び種間雑種の雄の間でフェロモン受容感覚ニューロンの応答特性に違いがあることが予測されるため、このニューロンの軸索が投射する胸部神経節にてそれぞれの雌との接触によって惹起される応答をCa[2+]imagingにより記録する。それにより、仮説の妥当性が評価できる。岩波書店編集部(編),山元大輔.広辞苑を3倍楽しむ.岩波書店.山元大輔.目覚めよ,パパの本能!「産後夫婦のセックスレスは誰のせい?」

AERA with Baby38,124-125.山元大輔.双子の遺伝子「エピジェネティクスが2人の運命を分ける」書評,公明新聞,4面読書欄.山元大輔.マイノリティは人類が強靭に生き残るカギ!?シティリビング1530,3面,サンケイリビング新聞社.
極性細胞の脂質輸送におけるカルミンの役割の解明

Caluminは小胞体膜タンパク質であり、その欠損マウスは胎生致死になることから生体内で必須の役割を担っていることが分かっている。しかしその生理的役割は不明なままである。小胞体はタンパク質を合成する場所であり、小胞体の恒常性を維持するために小胞体はタンパク質品質管理機構であるER-associated degradation (ERAD)を備えている。本研究にてcaluminがERADに関与し、胎児期におけるその重要性を明らかにすることができた。Caluminは小胞体一回膜貫通タンパク質であり、calumin欠損マウスは胎生10.5日付近で胎性致死となるが、その詳細な生理機能は不明である。Caluminはこの時期には卵黄嚢の内胚葉細胞に発現しており、胎生9.5日付近の内胚葉細胞において脂質の貯留が認められた。本申請研究においてはcaluminの生理機能の解明を目指した。Caluminとの相互作用する分子を探索したところER-associated degradation (ERAD)へ関与する分子を同定できた。タンパク質は立体構造を構築するために翻訳後折りたたまれ、機能タンパク質になる。折りたたまれず機能タンパク質になれないタンパク質(unfoled protein)は小胞体内で蓄積しないようERADによって分解される。ERADの基質を用いたcycloheximed chase assayやcholeratoxin retrotranslocation assayなどを行ったところ、機能的にもcaluminがERADに関与していることをin vitroレベルで確認することができた。そこでのcaluminのERADにおけるin vivoレベルの重要性を明らかにするためにcalumin発現が認められている卵黄嚢の内胚葉細胞に着目した。その結果、calumin欠損マウス卵黄嚢の内胚葉細胞にてERストレスの行進と、それに伴うER構造変化が認められた。また上記の脂質の貯留はERストレスの行進に伴い認めれらる表現系として知られている。本研究にて機能未知分子であるcaluminの生理的役割としてERADへの関与を明らかにし、発生時にはそれらの機能がERの恒常性の維持に重要な役割を果たしていることを提示できた。本申請研究においては脂質輸送に着目し、caluminの生理機能の解明を目指した。内胚葉細胞と同様な機能を有する小腸上皮細胞においてcalumin発現が認められ、内胚葉細胞と同様に粗面小胞体に局在していた。そこで小腸上皮細胞を用いてcaluminとの相互作用する分子を探索したところER-associated degradation (ERAD)へ関与することが示唆されている分子を同定できた。ERADにはunfolded proteinの認識、ユビキチン化、小胞体から細胞質への移動(retro-translocation)、そして分解の4つの工程が存在する。これらの工程に関与する分子とcaluminの相互作用を免疫沈降法にて確認したところretro-translocationを行う分子と相互作用が認められた。ERADの基質になるα1 antitrypsin Hong Kong nullmutantを用いてcycloheximed chase assayを行ったところ、これまでその機能が全く未知であったcaluminの生理的役割としてERADに関与することを明らかにすることができた。Calumin欠損マウスは胎生10.5日付近で胎性致死となり、calumin発現が認められた内胚葉細胞において脂質の貯留が認められた。したがって本申請研究においては脂質輸送に着目し、caluminの生理機能の解明を目指した。これまでの研究で機能未知タンパク質であるcaluminがERADに関与していることが明らかになり、その中でも特にretro-translocationの工程に強い関与が示唆された。Unfolded proteinはERADによって分解されるが、ERAD機構の破綻によりunfolded proteinが小胞体内に蓄積する。小胞体内にunfolded proteinが蓄積するとERストレスが誘導される。細胞はunfolded protein response (UPR)およびER overloaded response (EOR)を惹起し、ERストレスを回避する機構を備えている。このような状況下では新たなタンパク質合成や分泌性物質の輸送・分泌が抑制される。これから詳細な検討が必要だが、calumin欠損胎児の内胚葉細胞ではERストレスが亢進しており、タンパク質合成や分泌性物質の輸送・分泌が抑制され、脂質の貯留が時惹起されたと考えられる。当初は脂質輸送とcaluminの関連に着目していたが、その関与については直接的ではないと思われる。しかし大きな目的であるcaluminの生理的役割の解明についてはおおむね順調に進んでいると考えている。

Caluminが関与することが示唆されているERADのretro-translocationは幾つかの分子が複合体となってretro-tlanslocation channelを形成することで行われる。この複合体形成へのcaluminの役割について検討を行う。具体的にはin vitroレベルでcaluminの発現をsiRNAにて抑制させたときのretro-tlanslocation channel複合体形の形成や、その複合体を形成する各分子の安定性などについて調べる。またコレラトキシンは小胞体内に侵入し、その後retro-translocation channelを介して細胞質中に移動することが知られている。このコレラトキシンを使用した系を用いてretro-translocationへのcaluminの直接的な関与についても検討する。Calumin欠損マウスの内胚葉細胞においてはcalumin欠損に伴うERADの破綻によってERストレスが亢進していることが考えられる。したがってin vivoレベルではcalumin欠損による表現型としてERストレスに着目する。具体的にはUPRおよびEORの亢進について検討する。retro-translocationchannel複合体分子の発現や局在についてin vitroレベルで明らかにしたことについてもin vivoレベルで認められるかについて調べる。以上の検討に加え、随時必要な検討を行い、ERADにおけるcaluminの重要性について今年度中に提示する。主に抗体、siRNAおよびトランスフェクション試薬などといいた消耗品を購入する。また、研究目的を達成した時には学会などに参加するための旅費としても使用する。
クロロフィルdの分布とAcaryochlorisの微生物生態学的解析

本研究では,クロロフィルdを有する唯一のシアノバクテリアAcaryochloris spp.が,海藻などへの付着生物,あるいは浮遊生物として世界中の海洋沿岸に広範に分布すること, 2種程度に分けることのできる遺伝的多様性をもつこと、地理的な遺伝的分化がみられないことなどを明らかにした。さらに、海洋沿岸環境ではクロロフィルdの量が,クロロフィルaの量に対して平均1%前後存在し一次生産に一定の寄与をしていることを明らかにした。平成17年度は、淡路島をモデルサイトとして、海藻に付着するAcaryochloris属シアノバクテリアを検出する方法を構築した。具体的には、1)海藻サンプルを主とする天然サンプルからの総DNAの抽出・精製方法を開発した。これまで、海藻からのDNA抽出・精製に用いられた方法を組み合わせ、DNA以外の多糖物質の効率的な除去を、塩析法を用いて構築し、解析に適したDNAサンプルの取得法を得た。2)PCR-DGGE法を用いて、海藻に付着あるいは共生しているAcaryochloris属シアノバクテリアを検出する方法を開発した。PCR条件を至適化することによって、シアノバクテリアに特異的な既報のPCRプライマーを用いて、海藻に付着するすべてのシアノバクテリアのSSU rDNAを増幅し、DGGE法によって解析することを可能にした。3)さらに、Acaryochloris属シアノバクテリアのSSU rDNAを特異的に増幅できるプライマーを設計・評価し、DNAサンプル中におけるAcaryochloris属シアノバクテリアの有無を容易に検出できる方法を開発した。また、4)Acaryochloris属シアノバクテリアに特異的なプライマーを用いたPCRおよびDGGE解析によって、遺伝子型の異なるAcaryochloris属シアノバクテリアの存在を検出できることを明らかにした。さらに、新たな分離源からのAcaryochloris属シアノバクテリアの分離の試みとして、5)南アフリカ沿岸の海藻サンプルから、インド洋において初めての報告となるAcaryochloris属シアノバクテリアの分離・培養に成功した。平成18年度は、平成17年に本研究において開発した海藻からのDNA抽出法、ならびにAcaryochlorjs属シアノバクテリアのSSU rRNAを特異的に増幅するプライマーを利用したPCR-DGGE法を用いて、これまでにモデルサイトとしてきた淡路島沿岸の海藻サンプルに加え、室蘭(北海道)、伊勢・志摩沿岸(三重県)、宮津市沿岸(京都府)の異なる海域から海藻を採取し、それら地域におけるAcaryochlorjs属シアノバクテリアの分布とその遺伝的多様性を明らかにした。さらに、海藻全体から色素を抽出後、HPLCを用いてクロロフィルdを検出して、各調査地点で採取された海藻の生物種とクロロフィルdの検出量の相関について検討した。その結果、1)紅藻類に限らず、緑藻類、褐藻類を含む、解析したすべての海藻から抽出したDNA中にAcaryochlorjs属シアノバクテリアのSSU rRNAが検出された、2)これまで淡路島沿岸から2つの系統型が検出されていたのに加えて、室蘭、伊勢・志摩、宮津の海藻DNAからは、最大95%相異なる系統型を含む、多数の系統型が検出された。これらの結果から、Acaryochlorjs属シアノバクテリアは、海藻の葉上生物として日本沿岸に広く分布していること、さらに、日本沿岸に分布しているAcaryochlorjs属シアノバクテリアには種レベルで異なる可能性を秘めた遺伝的多様性が存在することが明らかとなった。さらに、3)海藻から検出されたクロロフィルdの量は、同種の海藻が常に高い含量を示したわけではなく、単にAcaryochlorjs属シアノバクテリアが特定の紅藻類に付着し易いわけでは無いことが明らかとなった。このため、歴史的にクロロフィルdが紅藻類から検出されてきた理由については、さらに詳細な検討が必要であることがわかった。平成19年度は、PCR-DGGEによる特異的検出系を利用したAcaryochloris spp.の分布とその遺伝的多様性の解明、並びに、HPLCを用いたChl dの検出・定量法の改良と、それを利用した日本沿岸におけるChl dの現存量を推定することを行った。まず、日本および南アフリカ共和国の沿岸で採取した海藻、石、海水からDNAを抽出し、これを鋳型として、Acaryochloris属に特異的なプライマーセットを用いてPCR-DGGEを行った。その結果、いずれのサンプルからもAcaryochloris spp.に由来する複数の遺伝子型が検出された。また、各海藻から色素を抽出し、Chl dの定量を行ったところ、Acaryochloris spp.は必ずしも紅藻に多く付着しているわけではないことが明らかとなった。このことから、Acaryochloris spp.は付着生物として様々な基質に付着し、世界中に広く分布していることが示唆された。一般的なHPLCの条件ではChl bとdの保持時間がほぼ同じであり,Chl dの正確な定量が困難であった。そこでまず,Chl bとdを分離するためのHPLC条件を探索した。

その結果,固定相にC18カラムを,移動相にアセトニトリル/アセトン/水の混合溶媒を用いることによって,両色素を分離することが可能となった。さらに,蛍光検出器を用いることで微量のChl dを検出する事が可能となり,Chl bに対して0.05%程度の濃度のChl dであっても定量することができた。この方法を用いて実際に日本沿岸で採取した海藻についてChl dの定量を行ったところ,採取場所や採取時期によって異なるものの,海藻に検出されるChl dの量はChl aに対して平均で約1%以上にも及ぶことが明らかとなった。こまでに、海藻などの天然サンプルからDNAを抽出する方法,PCR-DGGEによってクロロフィル(Chl)dを有する唯一のシアノバクテリアAcaryochloris spp.を特異的に検出するための実験系,HPLCを用いたChldの検出・定量法、Chlbが混在する場合においても微量のChldを検出定量する方法等を確立した。これらの成果を受けて平成20年度は,日本各地から海藻サンプルや海水、石,砂等を採取し,日本沿岸域におけるAcaryochlorisspp.の分布ならびにその遺伝的多様性を調べた。その結果,1)Acaryochloris spp.は,室蘭から鹿児島までにおいて採取をおこなったすべての地点から検出された,2)紅藻類だけでなく,ほぼすべての藻類から検出された、3)海藻だけでなく,海水,石等からも検出された,4)いずれのサンプルにおいても,2-5の遺伝子型のAcaryochloris spp.が検出された,5)海藻に検出されたChld量は,Chla量に対して0-15%であった。その平均は,おおよそ1%前後であった。これらの結果から,Chldを有する唯一のシアノバクテリアAcaryochloris spp.が,海洋環境に付着あるいは浮遊生物として広く分布すること,また,少なくとも2種に分けることのできる程度の遺伝的多様性をもつこと、地理的な遺伝的分化がみられないこと、Chlaに対しておおよそ1%前後存在していることがわかった。これらの結果は,これまで限られた環境にのみ生育すると考えられていたAcaryochloris spp.の分布が広範であることを示すばかりでなく,Chldが沿岸海洋環境における一次生産に一定の寄与をしていることを示唆するものである。
終末期にある思春期小児がん患者の意思決定を支える看護の構造とプロセスの解明

当初の研究目的は、終末期にある思春期小児がん患者の意思決定を支える看護の構造とプロセスを明らかにすることであった。しかし、分析を進めていくと、思春期小児がん患者自らが意思決定できるよう、看護師が支援することには難しさが多く、難しい要因のみが明らかとなった。そして、最期まで患者の希望を尊重するための看護実践が行われているという現状も明らかとなった。そのため、研究目的を、終末期にある思春期小児がん患者の希望を尊重する看護の構造とプロセスを把握することに変更した。研究目的を変更し、以下のことが明らかとなった。看護師は<病状の把握>により、予後の悪さに気付くと、患者の意思を確認したい気持ちが高まり、<患者と親との会話>を今まで以上に丁寧に行っていた。その結果、<患者による意思表明>がなされ、患者の希望内容が明らかとなれば、患者の<希望の実現>に至っていた。患者の希望内容が不明確であると、患者の<日常生活を整え>ることしかできなかった。一方で、<患者による意思表明>がなされなくても患者の<本心が推測>できれば、患者の<希望の実現>に至っていた。<本心の推測>が難しいと、患者の<希望実現の困難>に至っていた。分析の段階で研究目的を変更したことに加え、看護師11名の貴重なデータの分析に時間を要していることが、研究の進行を遅らせている要因である。今後は他の年代との比較を行い、思春期の特性をより明確にすることにくわえ、施設ごとの予後告知状況の差も踏まえた分析結果にまとめていく予定である。また、本研究の前段階の調査である、終末期にある思春期小児がん患者の看護を概観する研究について、本年度は学会発表と論文投稿を行った。その研究結果とも比較しながら、分析を進める必要がある。今後は分析結果から論文を作成し、投稿することを計画している。本研究の目的は、終末期にある思春期小児がん患者の意思決定を支える看護の構造とプロセスを明らかにすることである。初年度は、研究安全倫理審査への申請を行い、終末期にある思春期小児がん患者の看護を実践した経験を持つ看護師をリクルートし、インタビュー調査を実施した。当初、全国の小児がん拠点病院の看護部長に研究協力を依頼する予定であったが、研究対象者の確保困難が予測されたため、小児がん拠点病院15施設だけでなく、小児血液・がん専門医の研修施設107施設に拡大して、研究協力の依頼を行った。その結果、承諾の得られた看護師5名にインタビュー調査を行うことができた。インタビューでは、思春期小児がん患者の意思決定を意識したきっかけ、意思の把握方法、意思決定を支援する方法、意思把握や意思決定を支えることを難しくさせる要因、意思決定を支えるために必要な知識や技術について質問した。分析の結果、看護師は、終末期の線引きさえも難しく、終末期でなくても思春期小児がん患者の真なる意思を把握することを難しいと捉えていることが明らかとなった。そのような状況において、両親との意見交換や多職種での議論を行い、悩みながらも、思春期小児がん患者の意思に沿った、最期の過ごし方を送れるように看護を展開しているという現状が明らかとなった。しかし、意思の把握を難しくさせている要因の詳細、治療に関する意思決定を支援する具体的な方策については明らかになっておらず、今後更なるデータ収集と分析が必要である。平成28年6月23日から10月10日まで産前・産後休暇を取得したため、研究が中断となった。復帰後、研究を再開したが、インタビュー調査を年度末に実施することになり、インタビュー対象者である看護師との日程調整が難航した。平成29年度は、追加のインタビュー調査を実施し、分析を進めることを目標として研究を遂行した。【インタビュー調査】前年度の5名に加えて、今年度は6名の思春期小児がん患者の看護を実践した経験のある看護師にインタビュー調査を行うことができた。病棟看護師だけでなく、在宅療養を支援する部門の看護師や小児看護専門看護師にインタビューを実施し、多様な看護のあり方を聞き取ることができた。【質的研究法を用いた分析】グラウンデッド・セオリー・アプローチを用いて分析を行った。録音したデータから逐語録を作成し、逐語録を内容ごとに切片化し、切片ごとのプロパティとディメンションを挙げて、それらを参考にラベル名を付けた。似たラベル名をまとめ、カテゴリーを作成し、カテゴリーごとのプロパティとディメンションを整理した。カテゴリーを現象ごとにまとめ、カテゴリー同士の関係を検討した。今年度も研究対象者とのインタビュー日程の調整に苦慮した。思春期小児がん患者は数が少なく、その看護を実践し、語ることのできる看護師も少ないため、研究対象者として内諾していただいた方は貴重な存在であり、研究対象者の予定を最大限に尊重して、インタビュー日程を調整した。インタビューデータの分析によって多様な概念を把握できているが、その概念を整理する作業に時間を要しており、意思決定を支える看護の構造とプロセスの把握には至っていない。この点は平成30年度の課題としたい。

しかし、分析を進めていくと、思春期小児がん患者自らが意思決定できるよう、看護師が支援することには難しさが多く、難しい要因のみが明らかとなった。そして、最期まで患者の希望を尊重するための看護実践が行われているという現状も明らかとなった。そのため、研究目的を、終末期にある思春期小児がん患者の希望を尊重する看護の構造とプロセスを把握することに変更した。研究目的を変更し、以下のことが明らかとなった。看護師は<病状の把握>により、予後の悪さに気付くと、患者の意思を確認したい気持ちが高まり、<患者と親との会話>を今まで以上に丁寧に行っていた。その結果、<患者による意思表明>がなされ、患者の希望内容が明らかとなれば、患者の<希望の実現>に至っていた。患者の希望内容が不明確であると、患者の<日常生活を整え>ることしかできなかった。一方で、<患者による意思表明>がなされなくても患者の<本心が推測>できれば、患者の<希望の実現>に至っていた。<本心の推測>が難しいと、患者の<希望実現の困難>に至っていた。分析の段階で研究目的を変更したことに加え、看護師11名の貴重なデータの分析に時間を要していることが、研究の進行を遅らせている要因である。平成29年度は早期よりインタビュー日程の調整を行い、平成28年度にインタビュー日程の調整が難しかった対象者10名へのインタビュー調査を実施する予定である。並行して、グラウンデッド・セオリー・アプローチを用いて、インタビューデータの分析を進めていく。分析により明らかになった不足要素を補えるよう、次の研究対象者のインタビューの際に質問項目を精選し、戦略的にデータの収集と分析を交互に行う予定である。データの分析を早急に進めて、研究対象者の方に研究結果の妥当性を確認していただき、研究結果の公表を行う。今後は他の年代との比較を行い、思春期の特性をより明確にすることにくわえ、施設ごとの予後告知状況の差も踏まえた分析結果にまとめていく予定である。また、本研究の前段階の調査である、終末期にある思春期小児がん患者の看護を概観する研究について、本年度は学会発表と論文投稿を行った。その研究結果とも比較しながら、分析を進める必要がある。今後は分析結果から論文を作成し、投稿することを計画している。インタビュー調査の対象者数を10名で予定していたが、研究対象者との日程調整が難航し、5名の実施となった。そのため、インタビュー調査の謝礼や、インタビューデータのテープ起こし費用を次年度に繰り越すこととした。(理由)研究対象者を当初予定していた25名を集めることができなかったため、人件費・謝金が予定と異なった。(使用計画)繰り越した残金は、分析のスピードアップを図るため、分析補助ツールの購入や事務作業のアルバイトの雇用に充てたい。また、分析を行い、不足している情報が明確化した際には、旅費として使用し、再度インタビュー調査を行って、より良い分析結果にしていきたい。(理由)分析作業の補助者の雇用に充てていた人件費・謝金について、適切な対象者をリクルートすることが難しく、雇用に至らなかったため(使用計画)分析結果をまとめ、報告書作成、論文投稿の費用に充てたい。繰り越した残金は、前年度に行えなかったインタビュー調査の謝礼とインタビューデータのテープ起こしの費用に充てる予定である。
心筋細胞老化機構の解明および心不全治療への応用

心筋梗塞や心筋症から生じる重症心不全は非常に予後不良の疾患(5年生存率が50%以下)である。終末分化細胞である心筋細胞は神経細胞・脂肪細胞と同様に増殖・再生能が失われている細胞であり、細胞死が生じた心筋細胞は脱落し間質細胞・線維組織などに置き担わり、その結果、収縮力が低下し心不全に進むことが知られている。この難治性の心不全を克服するためには、その詳細な機序を解明する必要がある。これまでに我々および他の研究室は心筋細胞の細胞死・肥大・アポトーシスなどと心不全の病態との関わりについて多くの研究が行ってきたが、そのメカニズムは未だ十分に解明されているわけではない。我々は以前から非増殖細胞である心筋細胞に存在している細胞周期制御因子の役割について注目し、これらが心筋細胞の肥大やアポトーシスに深く関わっていることを明らかにしてきた。細胞老化は遺伝子によりプログラムされており細胞周期制御因子と深く関係している。細胞レベルの老化は増殖細胞では分裂能の喪失として定義されるが、様々な外的刺激により短期間のうちに細胞老化が誘導されることが近年、明らかにされてきている。この現象は早期老化(premature senescence)と呼ばれ、細胞周期が強制的にかつ不可逆性に停止されることで起こる。我々は早期老化が心筋細胞でも細胞周期制御因子の変化を介して起こっており、心不全の病態機序の一要素を担っている可能性を示唆するデータを得た。つまり、新生仔ラットの培養細胞に、細胞死が生じない低濃度のドクソルビシンにより心筋細胞に老化のマーカーであるsenescence-associated β-galactosidase染色(SA β-gal)陽性細胞が有意に増加し、また短時間のドクソルビシン添加で分裂細胞の心線維芽細胞は分裂回数の減少が生じるという結果が得られた。心筋細胞はドクソルビシンによる早期老化誘導で分裂細胞老化と同様にp16^<INK4a>,p21^<cip1/waf1>,p27^<kip1>が増加しp53のアセチル化が認められた。このことより細胞レベルで早期老化が新生仔心筋細胞に現れ、心不全の一因となる可能性が示唆された。終末分化細胞である心筋細胞は神経細胞・脂肪細胞と同様に増殖・再生能が失われている細胞であり、細胞死が生じた心筋細胞は脱落し間質細胞・線維組織などに置き換わり、その結果、収縮力が低下し心不全に進むことが知られている。これまでに心筋細胞の細胞死・肥大・アポトーシスなどと心不全の病態との関わりについて多くの研究が行われているが、未だ十分に解明されているわけではない。我々は以前から非増殖細胞である心筋細胞に存在している細胞周期制御因子の役割について注目し、これらが心筋細胞の肥大やアポトーシスに深くかかわっていることを明らかにしてきた。これはa)動物種により最大寿命が異なる、b)動物の交配により長命種、短命種を作成しうる、c)ヒトの胎児由来線維芽

細胞の分裂回数は約50回であるが成人由来の細胞では20回、ウェルナー症候群の細胞は2回程度あることより理解される。細胞レベルの老化は増殖細胞では分裂能の喪失として定義されるが、様々な外的刺激により短期間のうちに細胞老化が誘導されることが近年、明らかにされてきている。この現象は早期老化(premature senescence)と呼ばれ、細胞周期が強制的にかつ不可逆性に停止されることで起こる。我々は早期老化が心筋細胞でも細胞周期制御因子の変化を介して起こっており、心不全の病態機序の一要素を担っている可能性を示唆するデータを得た。つまり、新生仔ラットの培養細胞に、細胞死が生じない低濃度のドクソルビシンにより心筋細胞に老化のマーカーであるsenescence-associated β-galactosidase染色(SA β-gal)陽性細胞が有意に増加し、また短時間のドクソルビシン添加で心線維芽細胞は分裂回数の減少が生じるという結果が得られた。このことより細胞レベルで新生仔心筋細胞に現れ、心不全の一因となる可能性が示唆された。心筋梗塞や心筋症から生じる重症心不全は非常に予後不良の疾患(5年生存率が50%以下)である。終末分化細胞である心筋細胞は神経細胞・脂肪細胞と同様に増殖・再生能が失われている細胞であり、細胞死が生じた心筋細胞は脱落し聞質細胞・線維組織などに置き換わり、その結果、収縮力が低下し心不全に進むことが知られている。この難治性の心不全を克服するためには、その詳細な機序を解明する必要がある。これまでに我々および他の研究室は心筋細胞の細胞死・肥大・アポトーシスなどと心不全の病態との関わりについて多くの研究が行ってきたが、そのメカニズムは未だ十分に解明されているわけではない。我々は以前から非増殖細胞である心筋細胞に存在している細胞周期制御因子の役割について注目し、これらが心筋細胞の肥大やアポトーシスに深く関わっていることを明らかにしてきた。細胞老化は遺伝子によりプログラムされており細胞周期制御因子と深く関係している。細胞レベルの老化は増殖細胞では分裂能の喪失として定義されるが、様々な外的刺激により短期問のうちに細胞老化が誘導されることが近年、明らかにされてきている。つまり、新生仔ラットの培養細胞に、細胞死が生じない低濃度のドクソルビシンにより心筋細胞に老化のマーカーであるsenescence-associated β-galactosidase染色(SA β-ga1)陽性細胞が有意に増加し、また短時間のドクソルビシン添加で分裂細胞の心線維芽細胞は分裂回数の減少が生じるという結果が得られた。心筋細胞はドクソルビシンによる早期老化誘導で分裂細胞老化と同様にp161^<INK4a>,p21^<cili/wafl>,p27kipl正が増加しp53のアセチル化が認められた。このことより細胞レベルで早期老化が新生仔心筋細胞に現れ、心不全の一因となる可能性が示唆された。
残留性有機ハロゲン化合物の低温再合成機構の解明と排出量極小化原理の確立

本研究では、炭素質物質の熱分解・燃焼・ガス化といった高温プロセス由来の有機ハロゲン化合物の低温再合成機構の解明と排出量極小化原理の構築を最大の目的に掲げ、ハロゲン化水素の発生速度の定量化、炭素のミクロ構造に基づいたハロゲン化芳香族構造の生成機構の解明ならびに有機ハロゲン化合物の生成制御技術の確立に取り組む。平成30年度は、高温プロセスの排ガス処理工程におけるHClと未燃炭素物質の反応による有害有機塩素化合物(前駆体)の生成機構を明らかにするため、100300°Cの低温域で純炭素上に100ppmHCl/N2ガスを流通した結果、1)HClは炭素質物質と容易に反応し、その程度は金属イオン存在下で大きく、無機塩化物、有機塩素種ならびに化学吸着したHClに変化すること、2)300°CにおけるHCl反応量と有機塩素種の生成量は、炭素活性サイトが多い試料で多い傾向にあり、表面酸素種がHClとの反応サイトとして機能することが明らかとなった。また、炭素質物質ならびにZnドープ炭素質物質の分子モデルに対して分子軌道計算を行ったところ、3)Znの存在によりHCl分子を化学的に吸着できるサイト数が増加する可能性があること、4)ZigzagサイトではZnOがHClの吸着安定性に寄与しないことが見出された。以上より、有害有機塩素化合物はHCl(あるいはCl2)と排ガス処理時に形成された炭素活性サイトおよび活性な金属種との相互作用を通して生成すると推論された。今後は、排ガス雰囲気をシミュレートした酸化性ガス中におけるHClと炭素質物質との反応挙動の解明が重要である。平成30年度は、主にHClと未燃炭素物質の反応による有害有機塩素化合物(前駆体)の生成機構の解明に取り組み、炭素表面上の含酸素官能基からCOやCO2が脱離したあとの炭素活性サイトがHClとの反応サイトとして機能することや、分子軌道計算によりZnOが炭素質物質全体の電子状態に大きく影響を与えることなどを明らかにした。このように、本研究は順調に進展しており、平成30年度に掲げた目標を充分に達成している。本年度は、前年度の成果を更に発展させ、金属ナノ粒子含有活性炭を用いる有機ハロゲン吸着除去技術の開発に取り組む。1)金属ナノ粒子含有活性炭の作製:活性炭の原料は可能な限り安価で、しかも、ナノ粒子の添加工程が不要であることが望ましい。このような観点から、金属イオンを元々含む低品位褐炭を原料として活用する。褐炭中の金属カチオンはイオン交換状態で高度に微分散しているので、容易にナノ粒子に転換されることは本申請者の従来研究で明白である。そこで、鉱物質組成の異なる数種の褐炭を不活性ガス中で熱分解あるいは熱分解後にO2賦活することで、金属ナノ粒子含有活性炭を作製する。その細孔性状は、ガス吸着量測定装置で調べ、金属の結晶形態と表面組成はXRDとXPSで分析する。2)吸着性能の評価:石英製の固定床反応管にダストあるいはアッシュを充填し、その加熱時に発生する有機ハロゲン化合物を上記の活性炭上に流通させ、この過程における有機ハロゲン化合物の濃度変化をGC-MS法で分析する。得られた結果より、活性炭の有機ハロゲン吸着能を制御するキーファクター(温度・ガス雰囲気、活性炭の表面積・細孔性状、金属の種類や存在状態)を抽出し、高性能な有機ハロゲン除去剤を開発するための指針を確立する。本研究では、低品位褐炭の高性能有機ハロゲン吸着剤への転換利用法の開発を進めるが、金属成分の量や組成の制御が重要になる可能性がある。この場合は、褐炭中の含酸素官能基が金属カチオンの吸着サイトとして機能する点に注目し、例えば安価で容易に入手可能な鉄鋼酸洗廃液や石灰水よりFe3+やCa2+をイオン交換担持した褐炭を熱処理することで、ナノスケールの金属鉄やCaOが高度に分散した活性炭を作り、有機ハロゲン吸着能の飛躍的な向上を目指す。

平成29年度は、多種類(約30種類)の石炭の昇温熱分解過程でのHCl生成速度の温度変化および塩素分布に及ぼす炭種と反応条件の影響を主に調べた結果、(1)HCl発生ピークの温度領域は260360、470510、580630°Cに大別され、低温域におけるHCl生成の例は少ないものの、中高温域でのHCl生成は殆んど全ての石炭で観測されること、(2)800°CにおけるHClとchar-Clの収率は各々2395と472%となり、一方、tar-Clは多くても7%に過ぎず、coal-Clの90%以上はHClとchar-Clに転換されること、(3)石炭中の(Naの物質量)+2×(Caの物質量)が増えると、HCl収率が増加するのに対して、char-Cl収率は減少する傾向が見られること、(4)HClの生成速度の温度変化曲線は、石炭の粒径や試料の層高により影響されるが、800°CでのHCl収率は加熱速度(2.5400°C/min)には殆んど依存しないこと、(5)インドネシア産の亜瀝青炭の酸素吹き加圧ガス化では、チャー中の窒素は炭素と同程度にガス化されるが、硫黄や塩素はガス化されずに保持され、特に塩素はチャーに最も濃縮され易いことが明らかとなった。このような塩素の濃縮が有機ハロゲン化合物の生成と密接に関連すると強く示唆された。平成29年度は、主にハロゲン化水素の生成速度の定量化と発生源の解明に取り組み、石炭の熱分解時におけるHCl生成プロファイルをモデル塩素化合物の結果に基づいてピーク分離し、石炭中塩素のミクロ構造を形態別に定量化する手法を確立した。このように、本研究は順調に進展しており、平成29年度に掲げた目標を充分に達成している。本研究では、炭素質物質の熱分解・燃焼・ガス化といった高温プロセス由来の有機ハロゲン化合物の低温再合成機構の解明と排出量極小化原理の構築を最大の目的に掲げ、ハロゲン化水素の発生速度の定量化、炭素のミクロ構造に基づいたハロゲン化芳香族構造の生成機構の解明ならびに有機ハロゲン化合物の生成制御技術の確立に取り組む。平成30年度は、高温プロセスの排ガス処理工程におけるHClと未燃炭素物質の反応による有害有機塩素化合物(前駆体)の生成機構を明らかにするため、100300°Cの低温域で純炭素上に100ppmHCl/N2ガスを流通した結果、1)HClは炭素質物質と容易に反応し、その程度は金属イオン存在下で大きく、無機塩化物、有機塩素種ならびに化学吸着したHClに変化すること、2)300°CにおけるHCl反応量と有機塩素種の生成量は、炭素活性サイトが多い試料で多い傾向にあり、表面酸素種がHClとの反応サイトとして機能することが明らかとなった。また、炭素質物質ならびにZnドープ炭素質物質の分子モデルに対して分子軌道計算を行ったところ、3)Znの存在によりHCl分子を化学的に吸着できるサイト数が増加する可能性があること、4)ZigzagサイトではZnOがHClの吸着安定性に寄与しないことが見出された。以上より、有害有機塩素化合物はHCl(あるいはCl2)と排ガス処理時に形成された炭素活性サイトおよび活性な金属種との相互作用を通して生成すると推論された。今後は、排ガス雰囲気をシミュレートした酸化性ガス中におけるHClと炭素質物質との反応挙動の解明が重要である。平成30年度は、主にHClと未燃炭素物質の反応による有害有機塩素化合物(前駆体)の生成機構の解明に取り組み、炭素表面上の含酸素官能基からCOやCO2が脱離したあとの炭素活性サイトがHClとの反応サイトとして機能することや、分子軌道計算によりZnOが炭素質物質全体の電子状態に大きく影響を与えることなどを明らかにした。このように、本研究は順調に進展しており、平成30年度に掲げた目標を充分に達成している。平成30年度は、前年度の成果を更に発展させ、有機ハロゲン化合物の生成機構の解明に重点をおく。試料には、結晶性の異なる活性炭と黒鉛を用い、これらに金属種(FeやCuなど)を添加して、状態の異なるモデル炭素質物質を調製する。また、実際的観点から微粉炭火力発電所の電気集塵機から回収したフライアッシュと鉄鉱石焼結機ウインドボックスから採取したダストも使用する。炭素構造の解析では、ガス流通式石英製固定床反応器を用いて、試料の昇温脱離/昇温酸化を行い、生成するCOとCO2を高速GCでオンライン分析する。次いで、得られた速度プロファイルを波形分離解析して、炭素構造を形態別に定量化する。また、炭素質物質とハロゲン化水素の反応では、固定床反応器を用い、温度・時間・HCl/HF濃度をパラメータとして変化させる。
「遊動」を予測する：モンゴル草原の環境条件と野生草食獣の移動・活動量の関係

モンゴルの草原地帯に生息し、世界的にも有数の長距離移動を行う有蹄類モウコガゼルは、特定の季節行動圏や移動ルートを持たない遊動的な種とされているが、短期間での長距離直線的移動も観察されており、ナビゲーション研究の対象としての大きな可能性を秘めている。陸棲大型哺乳類のナビゲーション能力の解明をめざし、モウコガゼルの移動データと環境情報を取得・整備して、移動モデル構築のための好適度地図の作成や、活動量データの有効性評価、環境情報に基づく移動モデルの構築と検証をおこなう。環境条件が異なる地域間の比較も実施する。