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科学体験を基にしたデザイン教育体系の構築

アート・デザインの分野と、自然現象との関係は最近強まっている。一方、将来この分野を目指す学生にどのような教育をするべきかについては、ほとんど議論されていない。本研究では、視覚的に把握しやすい自然現象の実験観察、および自然科学の基礎概念が実感できる手作業のワークショップを設定することによって、美術系大学生のための教育プログラムを構築した。そのテーマとしては、対称性、比率、空間分割などの幾何学的内容、平衡形や成長形のような動的現象、および波動や光などの情報科学的なものからなる。本研究者は、2つの美術大学でこれを実施し改良を加えた。その教育内容の要旨と、そこで制作された学生の作品例を示す。本研究の目的は、応募申請書に述べた通り、アート・デザイン系の学生の創造活動を刺激するような自然現象をいくつか選び、そのわかりやすい導入法、実験観察あるいはモデルシミュレーションの方法、その結果をデザイン制作につなげる方法を開発することである。その予備的な試行は、神戸芸術工科大学および武蔵野美術大学ですでに実施した。今年度は、新たに設定した15テーマのうち5テーマを選び、その導入と実験や実習の説明文、ワークショップ用の材料、デザイン制作につなげるためのヒントを含むガイドブックを作成した。その5つのテーマは、対称性や比率などの形の基本性質、結晶の成長過程、フラクタル概念、および偏光現象の応用からなる。なお、デザイン制作は学生の自主的な発想に任せるべきなので、必要最小限のヒント、および過去の学生の作品例を示すにとどめた。このガイドブックは、日本語と英語の併記で作成した。この活動の目的および途中段階の成果を、国内の研究集会である形の科学シンポジウム、デザイン関係の国際会議である5th-IASDR-2013、および学際的研究一般を推進するための国際会議であるISIS Symmetryにおいて紹介した。そこでは、本研究が過去に類例がほとんどないものであることから多くの会議参加者の興味を引いた。なお、参加者の質問は、学生の反応などに関するものが多く、教育内容の詳細についての議論はなかった。このような状況は、学際的な性格をもつ挑戦的な研究ではしばしば起きるものと思われる。そこで、国内国外で約20名の希望する研究者に、上記の冊子とワークショップ用材料、さらにワークショップ実施後に記入するアンケート用紙を郵送し、平成26年度の早い時期に使用してもらうことを依頼した。その結果は、平成26年度の活動として、この教育方法の改善のために利用する予定である。簡単な実験によって視覚的に魅力のある現象の観察をデザイン系の学生に体験させ、それによって得た印象や知見をデザイン活動に応用させるという趣旨の教育を、本研究グループでは従来からおこなってきた。本研究の目的は、その教育方法を確立することである。ここで追及している教育方法では、学生が得た経験や知見を、レポートではなくアートやデザインの作品として発表してもらうことが最大の特徴である。昨年度、今年度ともに、学生は科学体験に興味を示し、それをデザインに応用して自分独自のデザインをすることに熱心に対処していた。そのことは、授業の最後におこなった発表会で学生たちが示した作品によって確認できた。学生たちは、大学で学ぶデザインの基礎的な手法に加えて、授業中の科学的な体験から得た自然現象に対する見方を盛り込んだ作品を制作していた。また、最後に実施した授業に対するアンケートにおいては、「実験観察した現象や、そこに現れる形が美しい」という感想が目立った。このことは、学生たちが自然現象を、彼ら独特の感性で見ていたことを示すと思われる。また、今年度に目立ったこととして、授業で体験した内容を発展させて、自主的な研究を企画し実施した学生がいたことである。その例は、以下の達成度の欄で紹介する。自主的研究活動の傾向は、本研究の成否を左右するほどの重要な意味があると考えられる。デザイン系の学生を惹きつけるようなテーマを、研究者側が開発することも同時に行った。たとえば、複素数の代数方程式をコンピュータによって解くときに現れる特殊な模様を書と組み合わせる方法、縞枯れ現象のコンピューターによるモデル解析、縄文土器制作時に縄目を押しつける作業の計算機シミュレーションなどを試みた。本研究者は、本研究で目指した教育体系の構築を、平成16年25年度に神戸芸術工科大学で行い、平成20年度から現在まで非常勤講師として武蔵野美術大学でも行った。この活動の動機は、デザイン系学生にアッピールし、科学と結びついたデザインを生み出すための一つの教育方法は、学生に自然現象を実験観察させることであるという信念であった。平成25年度から3年間支給された本補助金により、この活動を充実させ、その成果を国内国外での研究集会で発表し、関係者に配布する冊子を製作することができた。今までの研究から、そのための適切なテーマは、「自然における対称性と比率」「空間分割の周期性とその破れ」「形態形成ー平衡形と成長形」「振動と流れー災害との関連」「音のスペクトルと光の性質」の5つに要約されることがわかった。これらには、視覚的に容易に把握できるという共通点がある。本来、デザインやアート系の学生は科学に興味をもっているが、彼らの多くは書物やテレビを通して知識を得ていて、自分で体験することはない。本研究で実施した教育によって学生たちが制作したアートやザイン作品を見ると、実験観察が大きな効果を生んでいることが認められた。さらに一部の積極的な学生は、体験した実験観察を発展させ、新たにテーマを設定して自主的に研究を続け、それをデザインに結びつけることもおこなっていた。

その研究結果には本研究者が知らなかった興味ある内容もあり、それが斬新なデザインにつながることを知ったことも大きな収穫であった。この教育方法が、将来普及していくことを期待する。最後に、本研究を通して得た感想を述べておく。一般に「科学と芸術の融合」という提案がしばしばなされる。しかし、それが本当の意味で実現するためには、科学者と芸術家がそれぞれ芸術制作と科学研究に本気で取り組み、それらを基に両者が協力することが必要なのではなかろうか。アート・デザインの分野と、自然現象との関係は最近強まっている。一方、将来この分野を目指す学生にどのような教育をするべきかについては、ほとんど議論されていない。本研究では、視覚的に把握しやすい自然現象の実験観察、および自然科学の基礎概念が実感できる手作業のワークショップを設定することによって、美術系大学生のための教育プログラムを構築した。そのテーマとしては、対称性、比率、空間分割などの幾何学的内容、平衡形や成長形のような動的現象、および波動や光などの情報科学的なものからなる。本研究者は、2つの美術大学でこれを実施し改良を加えた。その教育内容の要旨と、そこで制作された学生の作品例を示す。本研究者側が意図した教育方法が学生に十分に伝わり、科学体験に基づくアート・デザイン制作も学生たちが熱心に実施したことから、上記の評価を選んだ。なお、研究実績の概要の欄で触れた学生の自主的な研究について、ここで補足説明をしておく。この自主研究の成果が新たなアート・デザインにつながった例が多かったならば、上記の(2)の評価ではなく、(1)の予想以上の評価を選んだはずであるが、以下に述べる例のようにそれは完璧ではなかった。たとえばある学生は、銅線と硝酸銀溶液を用いて樹枝状の銀が析する現象(授業ではシャーレ内に実現させた)を顕微鏡を用いて観察し、DVDに記録した。発表会では、それを編集したものを披露した。また、分岐した河川の形について授業で学んだ学生は、壁のひび割れや手のひらの毛細管ネットワークのような身の回りの実例について、多数の詳細な鉛筆スケッチを残した。これらの作品は、デザイナーに限らず自然科学の研究者に対しても、強いインパクトを与えるものであった。ただし、これらの作業が非常に大きな労力を要したせいか、それを基にしたアートやデザインには至らなかった。本研究者が担当している科目は、デザインの基礎を学ぶものであり、もし卒業制作でこのようなテーマを選んだら、大きな成果につながったであろう。物理学形の科学デザイン教育本研究の当初の目的、すなわち学生に科学体験をさせ、デザインの制作をおこなうという教育方針は、順調に進んでいるので当初の方針どおりに進める。これに加えて、研究実績の概要と評価の理由の欄で述べた、学生による自主的な科学研究を推奨していくこと、およびそれをアート・デザインにまで発展させることを、今後の課題として追加する。
老化に伴う脳内機能性タンパク質劣化の機構の解析

老化にともなう脳の機能性タンパク質の変化が脳機能の低下にどのように関連するかを検討することを目的に解糖系の酵素トランスケトラーゼ(TKase)を取り上げ、その酵素の経時的変化をタンパク化学的に検討した。竹田ら(1981)により開発された老化促進マウスP8とその対象マウスR1を用い、3、6、9ヵ月齢(雄)の脳と肝臓を分析した。P8脳において、酵素活性は3ヵ月齢5.66【。+-.】0.53μmoleS-7-P/gr/minに比較して、9ヶ月齢、11.67【。+-.】0.78と約2倍に上昇した。酵素量はそれぞれ15.87【。+-.】1.35mg/gr protein、16.15【。+-.】0.35と変化せず、従って比活性は2倍に上昇した。この間本酵素の補酵素であるチアミン2リン酸量は3ヶ月齢、2.89【。+-.】0.20nmole/gr tissue、9ヶ月齢、2.62【。+-.】0.20と変化しなかった。R1脳もほぼ同じ値を示した。これに対してP8肝臓の酵素活性は3ヶ月齢9.20【。+-.】1.02、6ヶ月齢11.50【。+-.】0.92、9ヶ月齢8.43【。+-.】0.81となり9ヶ月齢では6ヶ月齢より有意に低下し、有意差はないものの、3ヶ月齢の値を下回った。またどの月齢でも対照R1の酵素活性より2035%低値であった。また酵素タンパク質量も同様の増加減少を示した。この結果酵素の比活性は脳のように上昇せず、3ヶ月齢で0.93【。+-.】0.25、9ヶ月齢で0.98【。+-.】0.07μmole S-7-P/mgTKase/minとなった。この間補酵素チアミン2リン酸量は6ヶ月齢6.07【。+-.】0.56nmole/grtissueより9ヶ月齢12.13【。+-.】2.74と約2倍に上昇している。この結果本酵素は脳では加齢にとる機能低下を示さず、むしろ上昇すること、肝臓においては老化にともない酵素タンパク質の生合成量の低下が生じ、活性低下を生じるようなタンパク質の変化が生じていることが明らかになった。現在さらに本酵素のmRNAの発現量、タンパク質の酸化的障害の指標とされているカルボニル基の定量、等電点の変化などについて検討を加えている。
脳組織に分布する非受容体型チロシンキナーゼSykについて

免疫系細胞に特異的に発現している非受容体型チロシンキナーゼSyk/ZAP70familyPTKsはSrc family PTKと共に重要な役割をしていることが証明されている。しかしながら、血球系以外の組織において発現が認められていない。今回、神経組織に発現する新規のSykファミリーチロシンキナーゼの精製分離および性状を明らかにした。以下にこれまで得られた知見を列挙する。1ラット脳組織においてZAP70に対する抗体と特異的に交差反応を示す分子量66000のチロシンキナーゼを確認し、一連のカラムクロマトグラフィー(Phosphocellulose,Sephacryl S-200,heparin-Sepharose CL-6B etc)を用いて高度精製に成功した。現在、部分アミノ酸配列が同定され、cDNAのクローニング中である。これまでの知見により神経組織に発現する新規のSykファミリーチロシンキナーゼの存在はあきらかであり、この酵素が神経の発生、分化に重要な役割が予想される。現在、cDNAのクローニング中である、免疫系細胞に特異的に発現している非受容体型チロシンキナーゼSyk/ZAP70familyPTKsはSrc family PTKと共に重要な役割をしていることが証明されている。現在、cDNAのクローニング中である、
低酸素・内分泌環境における子宮内膜の血管新生因子の発現調整

月経周期で急速に変化する子宮内膜は、生体内で最も顕著な血管新生の場となっています。低酸素刺激は、血管新生因子VEGF発現を誘導しましたが、ケモカインのSDF-1発現を抑制しました。性ステロイドホルモンのエストロゲンは、低酸素刺激によるVEGF産生における相乗作用を認めませんでした。低酸素刺激によるVEGF増加は、低酸素誘導因子(HIF)-1α結合阻害薬であるエキノマイシンで著明に抑制されました。月経期の低酸素環境において、子宮内膜再生の重要な血管新生因子であるVEGFがHIF-1αシグナル経路を介して促進される制御機構が明らかとなりました。月経周期の過程において子宮内膜機能調節の要となるのは血管新生であり、これを制御する血管新生因子の調節機構や役割を解明する必要がある。血管新生因子として血管新生の中心的な役割を担っている血管内皮細胞増殖因子(VEGF)がある。さらに血管新生因子のひとつでケモカインであるStromal cell-derived factor 1 (SDF-1)が知られている。SDF-1は、臓器特異的な血管形成に必須であり、VEGFと共に血管内皮前駆細胞を動員して血管形成を促している。ヒト子宮内膜において低酸素刺激によるVEGF、SDF-1の遺伝子発現および分泌能の変化を明らかとすることを目的とした。研究材料は、患者の同意のもとに子宮内膜組織を採取し酵素的に融解して、分子生物学的機能解析のためにヒト子宮内膜間質細胞の分離培養を行った。間質細胞を異なる酸素条件下(低酸素の2%、通常酸素の20%)で48時間培養した後に、細胞からRNAを抽出・精製し、cDNAを作成してリアルタイムPCR法を行った。低酸素刺激は、VEGF mRNA発現を誘導したが、SDF-1 mRNA発現を抑制することが判明した。さらに低酸素状態を模倣する塩化コバルト、低酸素誘導因子(hypoxia inducible factor; HIF)-1α結合阻害薬であるエキノマイシンを添加培養して検討した。塩化コバルトの添加培養により、濃度依存的に間質細胞からのVEGF産生が亢進し、SDF-1産生が低下した。これらの結果は、前述した低酸素環境と同様の結果であることが確認できた。塩化コバルトにより誘導されたVEGF増加は、エキノマイシンで著明に抑制された。生体機能の制御や各種病態の発生・進展の要が、局所における血管新生であることは周知されている。月経周期で急速に変化する子宮内膜は、生体内で最も顕著な血管新生の場となっている。血管新生の中心的な役割を担っているVascular endothelial growthfactor(VEGF)、および血管新生因子のひとつでケモカインであるStromal cell-derived factor 1(SDF-1)が知られている。塩化コバルトによるHIF-1α蛋白誘導能を確認すると、その発現ピークを培養6時間後に認めた。この効果はエキノマイシンによる細胞毒性やHIF-1α蛋白レベルの変化に由来しないことを確認した。一方、塩化コバルトにより抑制されたSDF-1は、エキノマイシンで変化しなかった。月経期の低酸素環境において、子宮内膜再生の重要な血管新生因子であるVEGFがHIF-1αシグナル経路を介して促進される制御機構が明らかとなった。さらに、VEGFと共に重要な血管新生因子として、ケモカインであるstromal cell-derived factor 1 (SDF-1/CXCL12)が知られている。

SDF-1は、臓器特異的な血管形成に必須であり、VEGFと共に骨髄に由来する血管内皮前駆細胞を動員して血管形成を促している。ヒト子宮内膜において低酸素刺激によるVEGF、SDF-1の遺伝子発現および分泌能の変化を明らかとすることを目的とした。研究材料は、患者の同意のもとに、各種良性病変に対して行われる子宮摘出手術、不妊検査の一環として行う子宮内膜組織(日付)診、子宮内容掻爬術などで得られた組織を採取した。分子生物学的機能解析のために、内膜組織を機械的およびコラゲネースを用いて酵素的に融解して、ヒト子宮内膜間質細胞の分離培養を行った。間質細胞を異なる酸素条件下(低酸素の2%、通常酸素の20%)で48時間培養した後に、細胞からRNAを抽出・精製し、cDNAを作成してリアルタイムPCR法を行った。低酸素刺激は、VEGF mRNA発現を誘導したが、SDF-1 mRNA発現を抑制することが判明した。さらに低酸素と通常酸素下で2、6、24、48時間培養して回収した培養液中のVEGFとSDF-1をELISAで測定して、時間依存的な血管新生因子の分泌動態を検討した。低酸素刺激はVEGF分泌能を亢進し、SDF-1分泌能を抑制することが明らかとなった。ヒト子宮内膜で低酸素刺激によるVEGF、SDF-1の遺伝子発現および分泌能の変化を明らかとすることを目的としている。低酸素刺激や塩化コバルト添加培養により、VEGF mRNA発現は誘導されたが、SDF-1発現は抑制されたという知見を得ている。さらにこれらの制御に低酸素誘導因子HIF-1αが関与していることも確認しつつあり、計画は順調に進んでいると考えている。低酸素刺激はVEGF mRNA発現を誘導したが、SDF-1発現を抑制するという知見を得ている。さらに血管新生因子の分泌能についても確認しつつあり、計画は順調に進んでいると考えている。VEGFの転写を促進する蛋白で転写因子として知られているHIFαの発現変化を同定し、その阻害剤による血管新生因子の分泌能への影響を検討する。さらに、血管新生因子が性ステロイドホルモンにより調節されるのかを解明する。性ステロイドホルモン作用と低酸素刺激による相互作用を検討する。さらに転写制御に関わる因子を同定する。低酸素誘導因子(HIF)αの発現とその阻害剤による血管新生因子への影響を検討する。低酸素環境で間質細胞からVEGF分泌が誘導されることが判明した。本年度の実験を継続しつつ、低酸素環境で間質細胞からVEGF分泌が誘導されることが判明したため、VEGFの転写を促進する蛋白で転写因子として知られているHIFαの発現変化を明らかにする。低酸素環境で培養された間質細胞から蛋白を抽出して、HIFαのモノクローナル抗体を用いてウエスタンブロット法にて発現するHIFαのバンドを確認する。
非比例減衰型建築構造物の多段階逆摂動型設計解列生成法と剛性設計支援システムの開発

本研究の目的は,非比例減衰型構造系に共通する力学特性を最大限に利用し、複素数領域での多段階逆摂動手法に基づく一般的な剛性設計支援システムを開発することにある。本研究において以下の成果を得た。1.粘性ダンパー付きせん断型構造物モデルについて,水平地震動作用時の最大層間変位分布が指定分布に一致するような層剛性分布をダンパーの減衰係数レベルの列に対して連続的に見いだす新しい方法を開発した。初期値としては,本研究代表者らによる,付加ダンパーが存在しない場合の地震時応答制約設計解を用い,古典的モード分解時非対角成分無視による近似を導入した逆摂動経路と,非対角成分を考慮した逆摂動経路から構成される2段階摂動手法という新しい方法を展開した。2.せん断型構造物にモデル化した主骨組の各層間に,粘性ダンパーをモデル化したダッシュポット要素とその取り付け部材としてのブレースをモデル化したばね要素が配置された「Maxwell型の粘性ダンパー付きせん断型構造物」について,水平地震動作用時の最大層間変位分布が指定分布に一致するような層剛性分布を,ブレース柔性の列に対して連続的に見いだす新しい方法を開発した。初期解は1項の2段階逆摂動手法を用いて導いた。3.Penzien型の杭-地盤連成系で支持されたせん断型構造物モデルに対して,硬質地盤に対する地震時応答制約設計解を初期解とし,地震剛性パラメターに関する摂動手法を用いて,各種地盤に対する制約設計解を設計解列として導く理論およびその数値的方法を展開した。このモデルでは,tuning特性(上部構造物-杭系と自然地盤系の1次固有周期の近接に起因)の存在により,これまで展開した独自の数値的手法を直接適用することができない。自然地盤1次固有周期と連成系1次固有周期という異種摂動パラメターの多段階的導入によりこの困難点を克服する新しい方法を展開した。本研究の目的は,非比例減衰型構造系に共通する力学特性を最大限に利用し,複素数領域での多段階逆摂動手法に基づく一般的な剛性設計支援システムを開発することにある。本年度において以下の成果を得た。1.上層部と下層部で減衰特性が大きく異なる粘性ダンパーが配置されたせん断型構造物モデルに対して,水平地震動作用時の最大層間変位分布が設計者の指定した分布に一致するような層剛性分布を,粘性ダンパーを有しないせん断型構造物モデルの地震時層間変位制約設計解を初期解とする2段階摂動により見いだす理論を展開した。上層部と下層部で減衰特性が大きく異なる粘性ダンパーが配置された場合には,構造物は顕著な非比例減衰系となる。このよな構造物の層剛性決定には2段階摂動が極めて有効である。2.Penzien型の杭-地盤連成系で支持されたせん断型構造物モデルに対して,硬質地盤を採用したときの地震時応答制約設計解を初期解とし,地盤剛性パラメターに関する摂動手法を用いて,各種地盤に対する制約設計解を設計解列として導く理論およびその数値的方法を展開した。このモデルでは,tuning特性(上部構造物-杭系と自然地盤系の1次固有周期の近接に起因)の存在により,本研究代表者らがこれまでに展開した数値的手法を直接適用することができない。ここでは,自然地盤1次固有周期と連成系1次固有周期という異種摂動パラメターの多段階的導入によりこの困難点を克服する新しい方法を展開した。3.2次元有限要素地盤-杭系で支持された建築ラーメンに対して,2項と同様の地盤剛性パラメターに対する制約設計解列を導く理論およびその数値的方法を展開した。2項とは異なり,前ステップで得られた設計解からの1次固有周期,固有モード予測に基づく一層有効な設計解列生成法を提案した。

このモデルでは,tuning特性(上部構造物-杭系と自然地盤系の1次固有周期の近接に起因)の存在により,これまで展開した独自の数値的手法を直接適用することができない。自然地盤1次固有周期と連成系1次固有周期という異種摂動パラメターの多段階的導入によりこの困難点を克服する新しい方法を展開した。本研究の目的は,非比例減衰型構造系に共通する力学特性を最大限に利用し,複素数領域での多段階逆摂動手法に基づく一般的な剛性設計支援システムを開発することにある。本年度において以下の成果を得た。1.平面せん断型構造物にモデル化した主骨組の各層間に粘性ダンパーをモデル化したダッシュポット要素とその取り付け部材としてのブレースをモデル化したばね要素から構成される「Maxwell型の粘性ダンパーを有するせん断型構造物」について,水平地震動作用時の最大層間変位分布が設計者の指定した分布に一致するような層剛性分布を、ブレース柔性の列に対して連続的に見いだす新しい方法を開発した。初期解は前年に展開した2段階逆摂動手法を用いて導いた。主骨組の層方向剛性分布と粘性ダンパーの層方向減衰係数分布が大きく異なる場合には,構造物は顕著な非比例減衰系となる。このような構造物の層剛性決定には2段階逆摂動が極めて有効である。数値解析により,比較的大きな減衰特性を有するダンパーを設置した構造物を設計する場合には,ブレース柔性を十分考慮に入れた設計を行う必要があることを明らかにした。2.前年度に展開した,Penzien型の抗-地盤連成系で支持されたせん断型構造物モデルの地震時応答制約設計解の地盤剛性パラメターに関する摂動手法を用いて,種々の設計解列を生成した。このモデルでは,tuning特性(上部構造物-杭系と自然地盤系の1次固有周期の近接に起因)の存在により,本研究代表者らがこれまでに展開した数値的手法を直接適用することができない。また,地盤剛性評価のばらつきを考慮した剛性設計法も提示した。
「サンゴ粘液」がサンゴ礁生態系の微生物食物連鎖に果たす役割を定量的に理解する

サンゴは透明で粘性のある有機物(サンゴ粘液)を海水中に分泌する。本研究では,サンゴ粘液が存在する系と存在しない系(コントロール)において,細菌,鞭毛虫の培養を行い,各微生物の成長速度・生産量を調べ,サンゴ粘液単位量あたりにどれだけ微生物食物連鎖の炭素フローが促進されるかを定量的に調査した。実験の結果,サンゴ由来の有機物が,細菌と鞭毛虫を経由して微生物食物連鎖の炭素フローを促進することが定量的に示された。貧栄養なサンゴ礁生態系が何故,多様で生産性の高い環境となりえるのか長年の謎であったが,その答えの1つとして「サンゴ粘液」が注目されている。サンゴ粘液とはサンゴが体外に出す分泌物であり,従属栄養性細菌の成長を促進し物質循環を円滑に駆動させる役割があることが近年わかってきた。このサンゴ粘液が微生物食物連鎖(従属栄養性細菌→鞭毛虫→繊毛虫→上位の動物プランクトン)の物質フローを促進する可能性があるため,本研究では,サンゴ粘液の生産量と微生物群集(従属栄養性細菌,鞭毛虫,繊毛虫)の生産量との関係を明らかにし,サンゴ粘液からスタートする微生物食物連鎖の炭素フローを定量的に評価することを目的としている。平成26年度は,サンゴ粘液の微生物群集への影響をみるため,海水をサイズ分画し(従属栄養性細菌のみ, 2μm;従属栄養性細菌+鞭毛虫, 10μm),それぞれを造礁サンゴの1つであるエダコモンサンゴを飼育した培養水(粘液が含まれる)およびコントロール水(粘液を含まない)で培養を行い,従属栄養性細菌数,鞭毛虫数,溶存態有機物(DOC)濃度の変動を調べた。実験は琉球大学の瀬底実験施設で行った。実験の結果,粘液由来のDOC濃度は48時間以内にただちに従属栄養性細菌に利用され,細胞数が増殖し,それに伴い鞭毛虫が増殖する様子が確認された。しかしながら,コントロール区においてもDOC濃度が通常海水よりも高く(おそらくコンタミと思われる),それに伴う従属栄養性細菌の増殖が見られた。そのため,さらにコントロール区の海水のDOC濃度が低いことを確認して再度の実験を必要としている。<具体的内容>造礁サンゴは透明で粘性のある有機物を海水中に分泌する。これは通称「サンゴ粘液」呼ばれ,サンゴに共生する藻類の光合成産物に由来し,サンゴによって作られ,分泌される。サンゴ粘液は水中に放出されると,大部分は直ちに溶けて溶存態有機物となり,細菌の成長を促す。したがって,サンゴ粘液の放出により細菌が活発に増殖すると,その後に続く微生物食物連鎖の炭素フローは促進されると予想される。そこで本研究では,サンゴ粘液が存在する系と存在しない系(コントロール)において,細菌,鞭毛虫の培養を行い,各微生物の成長速度・生産量を調べ,サンゴ粘液単位量あたりにどれだけ微生物食物連鎖の炭素フローが促進されるかを定量的に調査した。<意義と重要性>一般的な海洋生態系では,植物プランクトンが主な溶存態有機物の生産者で,そこから微生物食物連鎖が始まるが,サンゴ礁では,植物プランクトン量が極めて少なく限界がある。本研究は他の溶存有機物源としてサンゴ粘液に焦点を当て,そこに始まる食物連鎖構造を明らかにした。一般的にサンゴの被覆率が高いほどサンゴ粘液の水柱へのインプットが増大するため,健全なサンゴ礁(高被覆率)ではより活発な微生物食連鎖が存在していると考えられる。近年,全球的気候変動や富栄養化,魚の乱獲といった人間活動による強いストレスの影響を受けて,徐々にサンゴ群集が衰退している。造礁サンゴは粘液のインプットにより生態系の効率の良い物質循環を可能にしていると考えられるが,サンゴの衰退によってこれらの効率の良い物質循環プロセスは失われると考えられる。コントロール区においてコンタミの可能性が確認されたが,サンゴ粘液添加区においては予想通りの微生物の増殖が見られ,実験はおおむね順調と言える.ただし,より定量的な結果を出すために,コントロール区のDOC濃度を厳密に操作して,再度実験を行う予定である。複合新領域平成27年度は,前年度と同様にサイズ分画した海水を用いて,エダコモンサンゴ粘液の微生物増殖に対する応答を調べる。さらに瀬底島周辺で見られる様々なサンゴ種をもちいて実験を重ね,最終的には,瀬底島サンゴ礁域に分布するサンゴが微生物食物連鎖に及ぼす影響および炭素フローを明らかにする。
口腔領域画像診断症例データベースの開発と教育研究支援機能の高度化

1.画像診断症例データベースへの登録症例の選択法の検討画像診断に関する難易度のレベルより症例を分類した結果、6種類の画像診断レベルパターンが得られた。各疾患群ごとの係数を求めると腫瘍、炎症、嚢胞、先天異常、外傷とその他の順にその診断難易度が低下した。また、症画像診断レベルと症例の画像診断上の特徴との関連を検討したところ、画像診断レベル2(卒後一般医教育レベル)の症例に認められた代表的な所見は、1.サイズが小さくて特徴の現れない症例、2.他疾患と類似する所見、3.稀な所見を示す症例、4.疾患の成り立ちの推定が困難な症例、5.再発を示した症例に分類できた。画像診断レベル3(卒前学生教育レベル)の症例に認められた代表的所見は、1.各疾患に認められる主要な画像所見、2.病巣の拡大により追加して出現する画像所見、3.感染により修飾された画像所見に分類出来た。この結果、画像診断データベースに登録する画像は正常解剖構造のバリエーションで疾患に類似する症例を含め、これらの特徴を出来るだけ満たす症例を選択することであると考えられた。以上から各疾患ごとに教育研究に適した標準的代表的な画像診断症例とその画像診断所見を確定した。2.画像診断症例データベースに情報の蓄積を行う技術的側面の検討1.既存画像DBから画像診断WSまでは学内LANを介してFTPでき、1024×1024画像で9.9秒であった。2.PCから画像診断ワークステーションまでは、DICOM3様式の画像を学内LANを介して画像を転送でき、回転パノラマ画像(940×1160)で1秒であった。3.登録した症例データベースの基本情報よりPCで必要項目から検索し、画像はEWSで検索表示可能とした。このシステムは、学生教育用として用いようとしているが、将来のさらなる研究により、診療時の画像診断支援への応用を目指している。研究の目的)教育研究に適した口腔領域疾患の画像診断症例に関して、その画像情報(=画像)の蓄積に加えて、画像診断に関連する種々の文字・数値情報(=画像読影所見など)の蓄積を系統的に行いうる技術的基準について検討し、より効率よく詳細な情報を検索可能な画像診断症例データベースシステムを開発することである。本年度の研究実績の概要)1.症例データベースへ登録する症例の選択法を確立した。1)症例の基本となる情報の項目を決定した。2)教育研究用症例の選択基準の最適化を行った。(1)画像診断に関するレベルを異常像のタイプ、画像モダリティーにより分類した。(2)経過観察症例を必要性、最終診断の有無により選択した。3)各レベルにおける代表的画像診断の症例を選択した。2.口腔領域の医用画像および文字・数値情報の電子保管する際の登録法に関する検討を行った。購入したエンジニアリングワークステーションならびソフトウェアを用いて、画像診断症例の登録を行えるようにした。1)画像のデータベースへの登録すでに開発した画像データベース上の既存の画像を、エンジニアリングワークステーションに転送し、画像診断症例データベース上に編集する際の画像登録法の技術的基準を確立した。また、画像データは購入したフィルムデジタイザーを用いても入力可能とした。2)文字・数値情報のデータベースへの登録画像診断所見などの参照事項を登録する方法の最適化を図った。3.登録した症例(画像、参照事項)をエンジニアリングワークステーションで検索表示可能とした。より効率よく詳細な情報を検索可能な事項についてさらに検討を加えている。

各疾患郡ごとの係数を求めると腫瘍、炎症、嚢胞、先天異常、外傷とその他の順にその診断難易度が低下した。また、症画像診断レベルと症例の画像診断上の特徴との関連を検討したところ、画像診断レベル2(卒後一般教育レベル)の症例に認められた代表的な所見は、1.サイズが小さくて特徴の現れない症例、2.他疾患と類似する所見、3.稀な所見を示す症例、4.疾患の成り立ちの推定が困難な症例、5.再発を示した症例に分類できた。画像診断レベル3(卒前学生教育レベル)の症例に認められた代表的所見は,1.各疾患に認められる主要な画像所見、2.病巣の拡大により追加して出現する画像所見、3.感染により修飾された画像所見に分類できた。この結果、画像診断データベースに登録する画像は正常解剖構造のバリエーションで疾患に類似する症例を含め、これらの特徴を出来るだけ満たす症例を選択することであると考えられた。以上から各疾患ごとに教育研究に適した標準的代表的な画像診断症例とその画像診断所見を確定した。2.画像診断症例データベースに情報の蓄積を行う技術的側面の検討1.既存画像DBから画像診断WSまでは学内LANを介してFTPでき、1024×1024画像で9.9秒であった。2.PCから画像診断ワークステーションまでは、DICOM3様式の画像を学内LANを介して画像を転送でき、回転パノラマ画像(940×1160)で1秒であった。3.登録した症例データベースの基本情報よりPCで必要項目から検索し、画像はEWSで検索表示可能とした。このシステムは、学生教育用として用いようとしているが、将来のさらなる研究により、診療時の画像診断支援への応用を目指している。
ガン細胞の有限寿命化に向けた多面的アプローチ

TGF-βの下流シグナル経路であるTAK1経路およびMAPキナーゼカスケード(MKK6-p38)が細胞老化誘導に機能していることを、アデノウィルス発現システムを利用することで初めて明らかにした。つまりTAK1経路およびMKK6-p38経路の活性化により、細胞形態の扁平化と細胞老化マーカーであるβ-ガラクトシダーゼ活性の上昇およびテロメラーゼ触媒サブユニット(hTERT)の転写抑制が観察された。以上の結果から、ストレス系MAPキナーゼとして知られるp38が細胞老化誘導に中心的な役割を担っていることが明らかとなった。2.hTERTプロモーターの機能解析hTERTプロモーターの機能解析を進め、その転写制御機構の解明を目指し研究を行った。その結果、上記TAK1シグナルおよびp38の活性化がhTERTプロモーターを、転写活性化因子として知られるc-Myc非依存的に抑制しうることを初めて明らかにした。またさらに、細胞老化に関わる因子として我々が同定したプロテインキナーゼC-δが、hTERTプロモーターをc-Myc依存的に抑制しうることを明らかにした。以上の結果から、hTERTプロモーターは、c-Myc依存的および非依存的経路により、複雑に制御されていることを初めて明らかにした。TGF-β処理に伴いガン細胞に細胞老化が誘導されることを明らかにした。また各種阻害剤を用いた研究により、その老化誘導経路にはプロテインキナーゼC(PKC)が関与していることを明らかにした。そこで、各種PKCアイソザイムとGFPとの融合タンパク質をガン細胞に発現させ、さらにTGF-β処理を行い、活性化とともに膜移行を引き起こすアイソザイムを同定することで、老化誘導に関与するPKCアイソザイムの同定を行った。その結果、PKC-δがTGF-β処理とともに活性化されることを見いだした。さらに、このPKC-δをガン細胞に導入したところ、細胞老化マーカーであるβ-ガラクトシダーゼ活性を発現し、またテロメラーセ触媒サブユニット遺伝子であるhTERT遺伝子の発現抑制を引き起こした。以上の結果より、PKC-δが、老化誘導経路において重要なシグナルメディエーターとして機能していることを明らかにするとともに、PKC-δが老化シグナルをバイパスし、単独で細胞老化を誘導しうることを明らかにした。2.テロメラーゼプロモーターの機能解析ヒト胎盤ゲノムライブラリーよりhTERT遺伝子プロモーターの取得に成功し、ガン特異的シスエレメントの定に成功した。さらにhTERTプロモーターのガン特異的活性発現には、E-boxを介したc-Mycの機能が重要なとも見いだした。また同時に、上記研究により老化誘導経路への関与が明らかとなったPKC-δが、hTERTプモーターを抑制しうることを新たに見いだした。3.テロメラーゼの核移行テロメラーゼの核外移行メカニズムを明らかにするため、その核外移行シグナルの同定を試みたところ、核移行のコンセンサス配列に非常に類似した核外移行シグナルの同定に成功した。
ガンマナイフにおけるMRIアンギオグラフィーの治療計画への応用

本研究では,CT画像に代わって、MRI画像をガンマナイフ治療計画に応用するシステムを構築することを目的に以下の研究結果を得た。ガンマナイフ非磁性体を用いたMRI用ステレオタクティック固定具を作成し、特性評価を行った結果、たわみなどの問題がないことを確認し、臨床応用を開始した。また、MRI画像の歪みの検証および評価をファントムを用いて行った結果、周辺部では誤差がみられたが、画像の中央部での誤差は見られず、病変部を画像の中心に設定することで臨床上は問題がないことが分かった。MRI画像をインターネットを介してマッキントッシュに転送するシステムを開発した。この目的で、MRI画像参照用のサーバーを構築し、ガンマナイフだけでなく、広く画像診断とその応用に有用となった。これによりCT,MRIの両画像を統一的に評価することが可能となった。これによって、従来のCTだけを用いる方法より精度よくターゲットを設定することが可能となった。また、MRアンギオを用いることによって、任意の方向からナイダスを観察でき、従来の血管撮影のフィルムを用いる方法よりナイダスの三次元的形状が容易に把握できるようになった。これらの成果により、ビーム形状の最適化、つまり最小限のビームの大きさでナイダスを十分含めることが可能となり、放射線障害の低減が期待できる。さらに、本研究によって、血管撮影を省略することができれば入院期間が短縮し、患者の負担も減ると思われる。
人工膝関節全置換術後の虚血再灌流障害に対する術前4週間の血流制限下運動の効果検証

人工膝関節全置換術(Total Knee Arthroplasty:TKA)後における大腿四頭筋の筋力低下(Quadriceps Weakness:QW)には、駆血帯の利用により生じる虚血再灌流障害(Ischemia Reperfusion Injury:IRI)が関与する。我々は、IRIの抑制に寄与する虚血および運動プレコンディショニングの相乗効果を期待し、両者を組み合わせた運動様式に類似する血流制限下運動に着目した。本研究では、TKA待機患者に対する術前4週間の血流制限下運動がIRIおよびQWを抑制することを、標準運動療法を比較対照としたランダム化比較対照試験にて明らかにする。
被災後の復興における既存地域組織を活かした包括的かつ持続可能な健康支援施策の探究

現在、大学院生命科学研究部の倫理委員会にて審査中である。承認までに時間を要している理由は本研究が復興後の健康支援のため、弱者への最大限の配慮が求められていること、ならびに自治体への共同研究の協力依頼の協議を行っているためである。共に丁寧な説明や事前打ち合わせが必要なため、未だデータの取得には至っていない。また、本研究では被害が大きかった地域である益城町、西原村、御船町、および熊本市東区等での展開を計画しているが、年度途中からの施策の展開は擦り合わせに時間を要し、また各自治体にて抱える課題が異なり、各々の自治体への調整に手間取っている。研究では住民の健康調査を実施した後、スポーツ活動や運動処方を積極的に介入し、健康管理支援策の必要性およびその影響(エビデンス)を提供する予定であるが、この調査地区の選定にも苦労している。例示すると、自治体が所有するデータ(介護申請等)や病院での健康診断結果も活用し、現状を分析する計画であるが、その協力関係が自治体や関係課にて対応可能な度合いに温度差があり、その事前協議に時間を要している。また、スポーツ活動や運動処方の介入の影響を生理学的に明らかにし、地域住民の健康維持や回復、そして国の支援を終えた後の新たな健康支援策の包括的な体制構築の資料および施策を提言しているが、研究計画の不透明な箇所も散見される。この点を倫理審査委員会も危惧し、研究の本格開始に至っていない。しかしながら、南阿蘇村との協議は他の自治体よりも活発に進み、健康支援の具体策を提案し、またその実施体験を行い、また住民説明会も開催し、研究の準備は整いつつある。倫理承認後、研究体制の整った自治体である南阿蘇村から速やかに調査、データ収集が出来るよう倫理申請書の作成、ならびに新年度に合わせた自治体への施策の作成を進めていきたい。研究対象者が被災者という弱者への最大限の配慮が研究倫理審査会から求められ、その書類作成に難航している。更に、自治体の施策を補完する支援策の作成にて、自治体との慎重な協議が必要となり、本格的な研究開始には至っていない。倫理審査会の承認後、また自治体との協議が終了次第、速やかに研究を本格始動させ、データの収集を開始したい。その人的な配置や研究体制は整っているが、展開策の不備が審査会から指摘されている。昨年度は研究が本格開始出来ずに、事前準備に終始したため、人件費の未使用が生じたためである。
アクセラレーション刺激による筋損傷治癒促進効果の検証

骨格筋へのメカニカルストレスは筋肥大や筋細胞の増殖には有効な刺激であるものの、損傷筋への負荷は更なる損傷を引き起こすリスクとなる可能性がある。そこで本研究では、全身振動による加速度変化が筋損傷からの治癒を改善することができるのか検討を行った。成熟ラットのヒラメ筋にカルジオトキシンを注入し、14日目までの期間、全身振動による介入を行った。その結果、介入群では7日目にはPax7陽性の筋衛星細胞数が増加し、14日目ではジストロフィンが周辺局在する成熟筋線維のサイズ増加が認められた。以上から、アクセラレーション刺激はサテライト細胞の増加を誘発することで筋再生の立ち上がりを早めることが示唆された。スポーツ障害の多くは骨格筋損傷を伴うが、現在のところ、筋損傷に対する効果的な処置法が確立されておらず、ほとんどの場合で自然治癒に頼らざるを得ない。本研究では、加速度変化によるメカニカルストレス(アクセラレーション刺激)が筋再生にどのような効果を果たすのか検討を行っている。平成26年度は、アクセラレーション刺激による筋再生促進効果の有無について検証実験を行った。成熟ラットのヒラメ筋にカルジオトキシンを注入し薬理的筋損傷を誘発した後、介入群と非介入群に分けた。アクセラレーション刺激は、パワープレート(パワープレート・インターナショナル社製)を用いて負荷した。介入群のラットを個別にケージに入れ、パワープレートのプラットフォームに固定した。損傷後3日目からパワープレートによる介入を開始し、30Hzの連続振動を1日当たり10分間、毎日実施した。非介入群は通常飼育した。ヒラメ筋のサンプリングは7日目と14日目に行った。その結果、体重に対する相対筋重量は、7日目において介入群で有意に増大したが、14日目では介入群と非介入群の間に差はなかった。更に、各種筋分化マーカーを組織化学的に染色し、筋再生のステージ別に評価を行った。Pax7陽性の筋芽細胞は、7日目において介入群で有意に多かった。また、ジストロフィンの周辺局在が認められる成熟した筋線維のサイズが、14日目において介入群で有意に大きいことも分かった。以上の結果から、アクセラレーション刺激は、特に筋再生初期の立ち上がりを早める効果があることが示唆された。スポーツ障害の多くは骨格筋損傷を伴うが、筋損傷に対する効果的な処置法が確立されておらず、ほとんどの場合で自然治癒に頼らざるを得ない。筋損傷後、壊死、炎症反応、筋芽細胞の増殖・分化・筋線維への成熟の過程を経て、筋再生が起こることが分かっている。特に筋芽細胞の増殖が筋再生に重要であることは先行研究からも明らかであるが、生体内において細胞増殖を刺激する方法はこれまでになかった。伸展刺激などによるメカニカルストレスは、筋芽細胞の増殖を促進するが、損傷筋に対する外力の負荷は更なる損傷を誘発する可能性があるため現実的ではない。そこで本研究では、加速度変化によるメカニカルストレス(アクセラレーション刺激)が筋再生にどのような効果を果たすのか検討を行った。成熟ラットのヒラメ筋にカルジオトキシンを注入し、筋損傷を誘発した。アクセラレーション刺激は、パワープレートを用いて約2.5mm振幅の振動を30Hzで10分間、全身負荷した。このような刺激を損傷3日後から13日目まで毎日実施した。14日目、麻酔下においてヒラメ筋をサンプリングし、凍結切片を作成、HE染色および各筋分化マーカーの免疫組織化学染色を行った。筋重量はアクセラレーション刺激の有無により変化しなかったが、HE染色像には間質領域の縮小や筋線維束形成の促進のような再生助長を示す特徴がアクセラレーション刺激した場合に顕著に認められた。筋サテライト細胞のマーカーであるPax7陽性の細胞数やジストロフィンが周辺局在した成熟筋線維のサイズも優位に増加した。以上の結果から、アクセラレーション刺激は再生時の筋幹細胞の動員や筋線維成熟が促進することにより、筋再生を早めることが明らかとなった。平成26年度の達成目標は、「アクセラレーション刺激が筋再生のどのステージに効くのか」を明らかにすることであった。筋再生初期(7日目)において、Pax7陽性の筋芽細胞数が介入群ですでに多くなっていることから、再生の最初期に効果をもたらしていることが明らかであり、当初の目標は達成できたと判断した。骨格筋生理学筋再生を評価するためのチェックポイントとして、筋芽細胞数や筋線維サイズの計測を行ったが、更に詳細な筋分化ステージ別の評価が必要であるため、現在も新たな筋分化マーカーの染色により解析を進めている。平成27年度は、アクセラレーション刺激が筋再生を促進した原因として、「どのような生理機能を改善したのか」という点について明らかにできるよう、実験をデザインし実施する。それらの分子メカニズムに関する手掛かりも得る必要がある。
温暖化が変温動物の生活史に及ぼす影響評価：両側回遊型淡水産コエビ類をモデルとして

地球温暖化が変温動物個体群の存続に及ぼす影響について、両側回遊型の淡水コエビ類をモデル生物として以下の4つの課題に取り組んだ。1.房総半島のモデル河川における個体群動態:坂田川において月別採集調査を継続した結果、ヒメヌマエビ、ミゾレヌマエビ、トゲナシヌマエビは河口域に、ヌマエビは河川全域に、ヤマトヌマエビは上流に分布することが明らかとなった。また、各調査点における水温に差はなかったが、最高水温は26°Cを超えなかった。2.幼生の生存と発育に及ぼす水温と塩分の複合影響に関する実験的検討:昨年度飼育が困難であったミゾレヌマエビ、ヒメヌマエビとも、ふ化や飼育方法の改善によって稚エビまでの飼育が可能となった。水温(20、23、26、29、32°C)と塩分(0、8.5、17、25.5、34)を組み合わせた条件下で、ヌマエビとヤマトヌマエビの幼生を飼育した。ヌマエビ幼生の生残率は水温の上昇に伴い低下し、適正塩分は1725.5であった。一方、ヤマトヌマエビ幼生の適正水温は2329°Cで、高水温ほど高塩分での生残がよかった。3.親エビの繁殖に及ぼす水温の影響に関する実験的検討:ヤマトヌマエビの親エビを個別に飼育し、脱皮殻の腹肢雄性突起を観察することによって雌雄を判別することが可能であった。それら雌雄を昨年度と同様に20、23、26°Cに設定した水槽で飼育し、生存、抱卵及び幼生のふ化を調べた。その結果、昨年度と同様に26°Cの抱卵率とふ化率が低いことが分かった。4.比較系統地理学的手法と飼育実験による幼生の分散能力の評価:ヒメヌマエビを対象に、静岡県の河川で標本を採集した。昨年度まで収集した標本の一部について分析を進め、ミトコンドリアのCOI領域の塩基配列情報を得ることができた。また、飼育実験によりヌマエビとヤマトヌマエビの水温と浮遊機関の関係が明らかとなった。課題1では、継続的に野外調査を実施することによって、南方系のトゲナシヌマエビの出現数の年変動が大きいことが示唆されつつある。トゲナシヌマエビの加入は黒潮が接岸する年には多く、加入後は生残・成長できるが、抱卵率は低いことから、このトゲナシヌマエビの再生産状況をモニタリングすることで、本種を温暖化の指標種として利用できる可能性が出てきた。課題2では、昨年度飼育できなかったミゾレヌマエビとヒメヌマエビ幼生の飼育が可能になった。また、水温と塩分を組み合わせた条件下で、ヌマエビとヤマトヌマエビ幼生を実際に飼育し、水温と塩分に対する応答が種によって異なることが明らかとなっている。課題3では、雌雄判別手法が確立され、正確な性比設定が可能になった。課題4では、塩基配列情報が得られるようになり、また飼育によってヌマエビとヤマトヌマエビの水温と浮遊期間の関係が明らかとなり、水温による分散範囲を推定する基礎的知見が得られた。課題1については、昨年度にタモ網のメッシュサイズを5mmから2mmに下げ、稚エビの採集効率を上げて、各種の加入時期を特定することを試みたが、採集個体の体サイズ組成に差はなかった。そこで、本年度は、河口域に人工藻を設置し、稚エビの採集を試みる。課題2については、ミゾレヌマエビ、トゲナシヌマエビ、ヒメヌマエビ幼生の生残と発育に及ぼす水温と塩分の影響を試験する。また、トゲナシヌマエビよりもさらに南方系であるオニヌマエビ類を対象に加えることとし、幼生飼育における適正給餌条件を把握する。課題3については、統計的解析に耐えるデータを取得するため、雌雄判別したヤマトヌマエビ親エビの繁殖に及ぼす水温の影響について繰り返し試験を行う。課題4については、入手サンプルのCOIの塩基配列を決定していく。また、課題1で採集される稚エビの種判別を確実に行うために、COI領域のPCR-RFLP分析による種判別手法を開発することに着手する。1.房総半島のモデル河川における個体群動態:坂田川の下流、中流、上流各2定点を設け、タモ網による採集調査を毎月実施した結果、出現種、成長、繁殖期の概要が明らかとなった。2.幼生の生存と発育に及ぼす水温と塩分の複合影響に関する実験的検討:本課題を実施する基礎として、両側回遊種であるミゾレヌマエビ、ヒメヌマエビ、トゲナシヌマエビ、ヤマトヌマエビ、ヌマエビに加え、大卵少産タイプである陸封種のヌカエビを対象として、幼生飼育における適正餌料(冷蔵テトラセルミス、培養テトラセルミス、ワムシ)を把握するために、6穴プレートで個別飼育実験を行った。その結果、両側回遊種は培養テトラセルミスとワムシを組み合わせた餌料系列で稚エビまで高い生存率で飼育可能なこと、陸封種ではいずれの餌でも稚エビまで飼育可能なことが判明した。ただし、ミゾレヌマエビとヒメヌマエビでは飼育容器内の水面にトラップされて死亡し、稚エビまで飼育できなかった。

さらに、水温(20、24、28、32°C)と塩分(0、8.5、17、25.5、34)を組み合わせた条件下で、各種幼生を無給餌で飼育し、飢餓耐性を比較した。その結果、各種で適正塩分と温度上昇に対する応答が異なることが示唆された。3.親エビの繁殖に及ぼす水温の影響に関する実験的検討:ヤマトヌマエビの親エビを20、23、26°Cに設定した水槽で半年間飼育し、生存、抱卵及び幼生のふ化を調べた。その結果、26°Cでは死亡率が高く、抱卵するものの、ふ化率は低かった。4.比較系統地理学的手法と飼育実験による幼生の分散能力の評価:ヒメヌマエビを対象に、沖縄県石垣島、和歌山県、千葉県の河川で標本を採集し、ミトコンドリアのCOI領域を増幅可能なことが分かった。課題1の野外調査では、現段階で周年にわたる調査を実施でき、モデル小河川での個体群・群集生態学的知見の集積が可能であることが分かった。課題2では、各種幼生の無給餌条件下での塩分と温度適応に関する知見が得られ、今後実施する給餌条件下での実験と合わせて評価することが可能となった。課題3では、ヤマトヌマエビの繁殖に及ぼす温度の影響評価が可能であったものの、雌雄を正確に判別することが困難であった。課題4では、サンプル収集が順調に進んでいる。地球温暖化が変温動物個体群の存続に及ぼす影響について、両側回遊型の淡水コエビ類をモデル生物として以下の4つの課題に取り組んだ。1.房総半島のモデル河川における個体群動態:坂田川において月別採集調査を継続した結果、ヒメヌマエビ、ミゾレヌマエビ、トゲナシヌマエビは河口域に、ヌマエビは河川全域に、ヤマトヌマエビは上流に分布することが明らかとなった。また、各調査点における水温に差はなかったが、最高水温は26°Cを超えなかった。2.幼生の生存と発育に及ぼす水温と塩分の複合影響に関する実験的検討:昨年度飼育が困難であったミゾレヌマエビ、ヒメヌマエビとも、ふ化や飼育方法の改善によって稚エビまでの飼育が可能となった。水温(20、23、26、29、32°C)と塩分(0、8.5、17、25.5、34)を組み合わせた条件下で、ヌマエビとヤマトヌマエビの幼生を飼育した。ヌマエビ幼生の生残率は水温の上昇に伴い低下し、適正塩分は1725.5であった。一方、ヤマトヌマエビ幼生の適正水温は2329°Cで、高水温ほど高塩分での生残がよかった。3.親エビの繁殖に及ぼす水温の影響に関する実験的検討:ヤマトヌマエビの親エビを個別に飼育し、脱皮殻の腹肢雄性突起を観察することによって雌雄を判別することが可能であった。それら雌雄を昨年度と同様に20、23、26°Cに設定した水槽で飼育し、生存、抱卵及び幼生のふ化を調べた。その結果、昨年度と同様に26°Cの抱卵率とふ化率が低いことが分かった。4.比較系統地理学的手法と飼育実験による幼生の分散能力の評価:ヒメヌマエビを対象に、静岡県の河川で標本を採集した。昨年度まで収集した標本の一部について分析を進め、ミトコンドリアのCOI領域の塩基配列情報を得ることができた。また、飼育実験によりヌマエビとヤマトヌマエビの水温と浮遊機関の関係が明らかとなった。課題1では、継続的に野外調査を実施することによって、南方系のトゲナシヌマエビの出現数の年変動が大きいことが示唆されつつある。トゲナシヌマエビの加入は黒潮が接岸する年には多く、加入後は生残・成長できるが、抱卵率は低いことから、このトゲナシヌマエビの再生産状況をモニタリングすることで、本種を温暖化の指標種として利用できる可能性が出てきた。課題2では、昨年度飼育できなかったミゾレヌマエビとヒメヌマエビ幼生の飼育が可能になった。