hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クマ科動物の適応放散と四肢の機能形態学的多様性に関する研究

平成18年度は、レッサーパンダの後肢足根部位のCT撮影をおこなった。CT撮影には、左後肢を用いた。脛骨長軸と足底面が垂直な状態、および、その位置から足を可能な限り回外させた状態の2通りの条件で足根関節部位のCTスキャン撮影を行った。さらに、得られたCT画像データを三次元立体構築して、足根関節の可動状況を観察した。また、肉眼解剖によって、後肢構成筋の形態を検索した。肉眼解剖の結果では、前脛骨筋の筋質はクマ科動物に比べると発達していなかった。さらに、膝窩筋の付着部位は、脛骨の近位に終止し、脛骨遠位端から膝窩筋終止部までの距離を脛骨の全長で割った比率は0.58とマレーグマの0.25-0.34、ジャイアントパンダの0.34-0.35、ホッキョクグマの0.45-0,56、ヒグマの0.49-0.56に比べるとホッキョクグマやヒグマに近い値を示した。この膝窩筋の付着範囲の結果から、レッサーパンダでは効率的な下腿の回内は見られないと考えられる。しかし、レッサーパンダの足根関節のCT画像解析の結果では、距踵中心関節において距骨頭の舟状骨関節面を中心足根骨が大きく回転し、さらに、踵第四関節において第四足根骨が、踵骨の立方骨関節面を大きく内腹側方向にスライドしていた。その結果として足の内側縁がほとんど垂直に挙上し足底が完全に内側を向いていた。これは、マレーグマで観察された足根関節の可動域よりも大きかった。レッサーパンダは生態学的には十分樹上性に適応しているが、筋による樹上適応は認められなかった。しかし、足根関節の樹上適応は明らかに認められた。大型のクマ科動物とは異なり、体重の軽いレッサーパンダにとって、関節の可動域が十分に確保されさえすれば筋を発達適応させなくても木登りは十分可能であると推測される。本年度、ジャイアントパンダ、マレーグマ、ホッキョクグマ、そしてヒグマの後肢足根部位のCT撮影をおこなった。CT撮影には、右後肢を用いた。また、肉眼解剖によって、後肢構成筋の形態学的違いを検索した。肉眼解剖の結果では、ジャイアントパンダとマレーグマの前脛骨筋は全体的に豊富な筋質を持ち、短い腱で第一中足骨底外側端に終止していた。さらに、膝窩筋の付着部位は、脛骨の近位2/3にも及んでいた。一方、ホッキョクグマやヒグマでは、前脛骨筋の筋質は脛骨近位端から遠位端へと収束し、長い腱によって第一中足骨底外側端に終止していた。また、膝窩筋の付着部位は、ジャイアントパンダやマレーグマと比べて脛骨のより近位に終止していた。CT画像の観察の結果は、ジャイアントパンダでは、距踵中心関節において距骨頭の舟状骨関節面を中心足根骨が大きく回転し、さらには、踵第四関節において第四足根骨が、踵骨の立方骨関節面を内腹側方向にスライドしていた。その結果として足の内側縁が著しく挙上し足底が内側方向を向いていた。この足根関節の動きはジャイアントパンダに比べてマレーグマでより顕著であったが、ホッキョクグマやヒグマではこの関節の動きは小さかった。これらの結果から、ジャイアントパンダとマレーグマにおける前脛骨筋の発達と短い腱による第一中足骨への終止、そして足根関節の広い可動領域は、木登りに必要な力強いそして安定した足の背側への屈曲と回外を可能にすると推察される。さらに、膝窩筋のより脛骨遠位端への付着は、樹上生活に適応した効率良い下腿の内側への回旋と膝関節の屈曲を可能にしていると考えられる。

その結果として足の内側縁がほとんど垂直に挙上し足底が完全に内側を向いていた。これは、マレーグマで観察された足根関節の可動域よりも大きかった。レッサーパンダは生態学的には十分樹上性に適応しているが、筋による樹上適応は認められなかった。しかし、足根関節の樹上適応は明らかに認められた。大型のクマ科動物とは異なり、体重の軽いレッサーパンダにとって、関節の可動域が十分に確保されさえすれば筋を発達適応させなくても木登りは十分可能であると推測される。
ランダム深層ニューラルネットの数理的基盤の構築とその学習への応用

深層モデルは高次元の非線形変換を繰り返すため,そのままでは数学的な取り扱いが困難で,動作原理はブラックボックスである.この問題に対し,ランダム結合パラメータを持つモデルでは複雑な動作を粗視化し,少数次元の理論式に縮約できるため,この困難を克服できると期待される.また,粗視化によって,モデルや学習の設定の詳細に依存しない普遍的な数理的基礎付けが実現できると考えられる.本研究では,まず,モデルの学習のしやすさや汎化性能に関係した幾何構造を解析し,深層モデルの情報処理原理の解明を目指す.次に,構築された理論に基づき,学習手法への応用を行う.深層モデルは高次元の非線形変換を繰り返すため,そのままでは数学的な取り扱いが困難で,動作原理はブラックボックスである.この問題に対し,ランダム結合パラメータを持つモデルでは複雑な動作を粗視化し,少数次元の理論式に縮約できるため,この困難を克服できると期待される.また,粗視化によって,モデルや学習の設定の詳細に依存しない普遍的な数理的基礎付けが実現できると考えられる.本研究では,まず,モデルの学習のしやすさや汎化性能に関係した幾何構造を解析し,深層モデルの情報処理原理の解明を目指す.次に,構築された理論に基づき,学習手法への応用を行う.
尿主要タンパク質コーキシンの遺伝子欠損ネコ作製と機能解明

ネコは尿に分子量7万でエステラーゼ活性を持つコーキシンを大量に分泌している。我々はこれまでにネコの尿に含まれる特異なアミノ酸フェリニンの生産にコーキシンが関与していることを見いだした。しかしネコがなぜコーキシンを尿に大量分泌してフェリニンを生産しているか、他に生理機能があるか未解明である。そこで本研究では、コーキシンの遺伝子欠損ネコを作成し、コーキシンの機能解明を目指すための基礎的研究を行った。具体的にはネコ尿主要タンパク質コーキシンの機能解明を行うために人工DNA制限酵素「TALEN」をネコの受精卵に作用させコーキシン配列の破壊を行い、コーキシン遺伝子欠損ネコ作成を試みた。本研究では、ネコの尿に種特異的に分泌されるカルボキシルエステラーゼファミリーの一種である「コーキシン」の遺伝子欠損ネコを作成し、コーキシンの機能解明を目指すことを目的としている。特定の遺伝子を欠損したノックアウトマウスは、これまで様々なタンパク質の機能解析に活用されてきた。しかし着目したタンパク質がマウスで発現していない場合、あるいはマウスと発現部位や発現時期が異なっていた場合、ノックアウトマウスで機能解析はできない。そこで本研究では、人工DNA制限酵素「TALEN」などをネコの受精卵に作用させコーキシン配列の破壊を行い、コーキシン遺伝子欠損ネコを作成してネコ尿主要タンパク質コーキシンの機能解明を目指している。本年度は、まずネコのゲノム配列を参照してエクソン1およびエクソン2からTALENのターゲット部位をそれぞれ作成して、和光純薬およびLifeScience社にTALEN発現ベクターの構築を外注した。その後、我々は、完成した発現ベクターをネコ腎臓上皮培養細胞(FKD細胞)に遺伝子導入して、Transgenomic社のサーベイヤー遺伝子変異検出キットを使用し、コーキシン遺伝子の切断活性を調べた。その結果、エクソン1に対するDNA切断活性は認められなかったが、エクソン2に対するDNA切断活性は認められた。よってエクソン2をターゲットとするTALENの発現ベクターを以降の実験に用いることができることになった。現在は、ネコの受精卵を準備してin vitro transcriptionで準備したTALENのmRNAをマイクロインジェクションするための条件検討を行っている。本研究は、ゲノム編集技術を活用してネコ特有なアミノ酸「フェリニン」の生合成に関わっているネコ尿主要タンパク質「コーキシン」の遺伝子欠損ネコを作成し、尿臭低減ネコの作製とコーキシンの更なる生理機能解明を目指している。今年度はまず培養細胞を使いTALENのコーキシン遺伝子切断活性の向上について検証した。2013年にTALENのゲノム切断活性を向上させる因子としてエクソヌクレアーゼI(ExoI)を共発現させることが有効と報告されている。そこで我々もネコExoI遺伝子をクローニングして発現ベクターを構築し、コーキシンのエクソン2をターゲットにしたTALENとExoIをネコCRFK細胞で共発現させた。その結果、過去の報告と異なりExoI切断活性の効果は認められなかった。次にCRSIPR-CAS9システムを使ったコーキシン欠損効率を検証した。エクソン2領域4か所をターゲットにしてCRISPRを設計し、CRFK細胞の切断活性を調べた。その結果、1つで切断活性の高いCRSIPR-CAS9を得ることができたが、TALENの切断活性よりも低かった為、TALENをネコ受精卵に導入することにした。メスネコにホルモン処置を施し、過排卵させた後、オスネコと交尾させ、避妊手術で卵管を採取し、卵管洗浄でネコ受精卵を採取した。顕微鏡下で1細胞期の受精卵にTALENのmRNAをマイクロインジェクションしてコーキシン遺伝子欠損卵の作製を試みたが処置3日後に細胞の卵割が停止してしまい、コーキシン遺伝子欠損卵を作成することができなかった。これまでの研究でネコのコーキシンのエクソン2で作成したTALENに特異的なコーキシンの遺伝子切断活性が認められたが、さらなる切断効率の改良をめざし、CRISPER-CAS9システムでの検証を行った。昨年度の結果を含め、エクソン1および2領域をターゲットとしたCRISPERをそれぞれ1か所設計し、CAS9のmRNAとネコ腎臓CRFK細胞に導入して切断活性を調べた。その結果、エクソン2をターゲットとしたもので比較的高い切断活性が認められた。次にネコの交配法を改善してネコを交尾して、受精卵を採取し、TALENおよびCRISPER-CAS9をネコ受精卵にマイクロインジェクションした。受精卵を培養してDNAを抽出しPCRで切断活性を調べたが、切断活性は認められなかった。そこで、これまでコーキシンが排泄されていないことが確認されているマウスやイヌの尿中にフェリニン代謝産物が排泄されているか高感度LC-MS/MS法で調べ、研究を継続することにした。その結果、これまでフェリニンの尿中排泄がないと言われていたこれらの動物の尿中からフェリニン代謝産物のN-アセチルフェリニンがネコの100分の1以下で検出することができた。一般にフェリニン前駆体のジペプチドは、ジペプチダーゼで分解され生じたシステイン抱合物は直ちに細胞で吸収されアセチル化された後に尿に再分泌されて排泄されると言われている。よってイヌやマウスの尿にN-アセチルフェリニンが検出されたと考えられる。一方、ネコの場合、一部のフェリニン前駆体はイヌやマウスと同様の代謝系で処理されるが、大部分が比活性の低いコーキシンによってゆっくり分解される為、再吸収を免れたフェリニンが尿にそのまま分泌され、更に分解され揮発性の化合物ができ、それが尿に特有なネコ尿臭を与えていると考えられた。

ネコは尿に分子量7万でエステラーゼ活性を持つコーキシンを大量に分泌している。我々はこれまでにネコの尿に含まれる特異なアミノ酸フェリニンの生産にコーキシンが関与していることを見いだした。しかしネコがなぜコーキシンを尿に大量分泌してフェリニンを生産しているか、他に生理機能があるか未解明である。そこで本研究では、コーキシンの遺伝子欠損ネコを作成し、コーキシンの機能解明を目指すための基礎的研究を行った。具体的にはネコ尿主要タンパク質コーキシンの機能解明を行うために人工DNA制限酵素「TALEN」をネコの受精卵に作用させコーキシン配列の破壊を行い、コーキシン遺伝子欠損ネコ作成を試みた。ネコの交配実験がなかなかうまくいかず、複数回、受精卵を採取する実験ができなかったため、研究の遂行に遅滞が生じた。27年度が最終年度であるため、記入しない。生化学最終年度は、実験動物会社で種付けオスとして販売されているネコを購入し、また繁殖ケージのサイズを大きくしてより交配しやすい環境を準備して、ネコの交配成功率を上げ、定期的にネコの受精卵を採取できるようにしたいと考えている。培養細胞でのTALENの活性は既に確認できているので、遺伝子欠損ネコの作製が作成できたら、直ちにCauxinの分泌量やフェリニン分泌量の増減を調べる予定である。当初、エクソン1をターゲットとするTALEN発現ベクターの構築を行ったがDNA切断活性は認められなかったが、エクソン2をターゲットとするベクターを構築した結果、コーキシン遺伝子の切断活性が認められ、本年度の大きな課題を克服することが出来た。物品費の当初の見積りと実際の納入価に差が生じたため。26年度は、コーキシン遺伝子欠損ネコの作成を最大の目標とする。まず自然交配でネコの受精卵を準備して効率的にコーキシン遺伝子改変処置をできるマイクロインジェクションの条件を確立する。この結果を踏まえ、遺伝子改変処置した受精卵を仮親のメスネコに移植して、コーキシン遺伝子欠損ネコを作成する試みを行う。次年度の物品費(遺伝子解析用試薬代)の購入に充てる。次年度以降の研究で用いる受精卵作成に必要な雄ネコを新たに購入する必要が生じ、それとともに、ネコ飼育に要する費用を増額することとなった。また、マイクロインジェクションの条件検討に当初予定以上の受精卵が必要になり、それに関連する実験補助アルバイト費用と消耗品経費の増額が必要となったため。次年度使用額は以下の用途に使用する。1)実験用ネコ(雄ネコ約40万円)を購入する。2)動物飼育・動物実験補助のアルバイト経費および飼育費を26年度予定していた180万円に60万円増額し、240万円にする。3)マイクロインジェクション実験に関する消耗品類を26年度予定していた90万円に90万円加算して180万円とする。
糖尿病および心血管疾患を改善する食品中成分のニュートリノジェノミクス解析研究

我々はこれまでに、米糠のエタノール抽出残渣の糖質分解酵素処理物(DF)がラットにおいて抗酸化、血圧上昇抑制、血漿脂質改善などの生活習慣病を予防、改善する作用を有することを報告してきた。本研究では、昨年度に引き続きDFに含まれている有効成分の化学的性状を明らかにすること、また、同定した成分の作用機構の解明を目的として解析を行った。DFを数段階のカラムクロマトグラフィーによって分離し、トリプトファンを同定した。市販トリプトファンを脳卒中易発性高血圧自然発症ラットSHRSPに単回経口投与し、経時的に収縮期血圧を測定した。その結果、コントロールである蒸留水を投与したラットに比べ、投与1時間から2時間まで有意に血圧が低下した。また、血糖値、血漿インスリン濃度の有意な低下が観察された。これらの結果は、米糠酵素処理物より単離したトリプトファン画分をラットに投与した場合に見られた結果と一致したことから、単離された有効成分がトリプトファンであることが確認された。次に、トリプトファンを長期間(3週間)SHRSPに経口投与した場合の血圧や代謝パラメーターに及ぼす影響について解析を行った。その結果、体重増加、摂食量は両群で影響が見られなかったが、この動物の加齢に伴う血圧上昇がトリプトファン群で有意に低下した。また、血糖値、血漿インスリン濃度の低下、血漿HDLコレステロール濃度の有意な上昇がトリプトファン群で見られた。以上のことから、トリプトファンの長期投与は、SHRSPの糖代謝、脂質代謝異常を改善することが示唆された。本研究では、DFに含まれている有効成分の化学的性状を明らかにすることを目的とした。DFを数段階のカラムクロマトグラフィーによって分離することにより、有効成分の一部を単離した。1H-NMR、13C-NMRスペクトル解析によって、単離した有効成分はアデノシンであることが判明した。市販アデノシンを脳卒中易発性高血圧自然発症ラットSHRSPに単回経口投与し、経時的に収縮期血圧を測定した。その結果、コントロールである蒸留水を投与したラットに比べ、投与1時間から4時間まで有意に血圧が低下した。また、血漿中性脂肪、血糖値の有意な低下が観察された。これらの結果は、米糠酵素処理物より単離したアデノシン画分をラットに投与した場合に見られた結果と一致したことから、単離された有効成分がアデノシンであることが確認された。次に、アデノシンを長期間(3週間)SHRSPに投与した場合の血圧や代謝パラメーターに及ぼす影響について解析を行った。その結果、体重増加、摂食量、摂水量には両群で影響が見られなかったが、この動物の加齢に伴う血圧上昇がアデノシン群で有意に低下した。また、血漿総コレステロール、LDLコレステロール、中性脂肪、肝臓コレステロール、中性脂肪の有意な減少や血漿HDLコレステロールの上昇がアデノシン群で見られたことから、SHRSPの脂質代謝異常の改善が示唆された。同時に、血糖値、血漿インスリン値の低下も観察されたことから、インスリン抵抗性の改善が示唆された。
人里の地衣類Lecanora muralisの消長と繁殖能力についての研究

遺伝子資源として,現在生物多様性は重要視され,かつて役に立たないと考えられていた生物にも注目されるようになった.しかし,皮肉にも急速に地球上から,不自然な形つまり,人間の活動により急速に絶滅が進んでいる.かつて,汚染源近くでの環境変化についての研究は多くなされたが,近年では人里の地衣類にも急速に異変が現れてきた.しかし,定量的な調査はなく,個々の研究者の体験的な発言が中心であった.今回の奨励金により1983年頃まではLecanora muralisの生存が確認された11箇所のうち,鳥取県若狭町と広島市旧広島大学キャンパス理学部一号館の屋上だけであった.そのうち,活力の指標とされる生殖器官である子器が確認されたのは後者だけであった.広島市以外は,近くに汚染源がなかった.一方,1945年の原爆投下にも耐えた広島大大学旧理学部1号館に大量のサンプルが採集されたのは,予想外であった.赤レンガ上ではなく,赤レンガを埋める戦前のセメントに限って生育している点は興味が持たれた.一方,共生菌の胞子発芽様式も研究した.基礎的なデータを蓄積し,分類群ごとに発芽様式に共通性があることが判明した.推察の段階であるが,この約20年間の間に大陸からの酸性雨等の影響により全国的に人里の地衣類であるLecanora muralisの生育が減少した.一方,旧式のセメントの上は,pHなど何らかの原因で共生菌の発芽を助長している仮説を得るまでにとどまった.遺伝子資源として,現在生物多様性は重要視され,かつて役に立たないと考えられていた生物にも注目されるようになった.しかし,皮肉にも急速に地球上から,不自然な形つまり,人間の活動により急速に絶滅が進んでいる.かつて,汚染源近くでの環境変化についての研究は多くなされたが,近年では人里の地衣類にも急速に異変が現れてきた.しかし,定量的な調査はなく,個々の研究者の体験的な発言が中心であった.今回の奨励金により1983年頃まではLecanora muralisの生存が確認された11箇所のうち,鳥取県若狭町と広島市旧広島大学キャンパス理学部一号館の屋上だけであった.そのうち,活力の指標とされる生殖器官である子器が確認されたのは後者だけであった.広島市以外は,近くに汚染源がなかった.一方,1945年の原爆投下にも耐えた広島大大学旧理学部1号館に大量のサンプルが採集されたのは,予想外であった.赤レンガ上ではなく,赤レンガを埋める戦前のセメントに限って生育している点は興味が持たれた.一方,共生菌の胞子発芽様式も研究した.基礎的なデータを蓄積し,分類群ごとに発芽様式に共通性があることが判明した.推察の段階であるが,この約20年間の間に大陸からの酸性雨等の影響により全国的に人里の地衣類であるLecanora muralisの生育が減少した.一方,旧式のセメントの上は,pHなど何らかの原因で共生菌の発芽を助長している仮説を得るまでにとどまった.有名な自然保護地域の高等植物についての撹乱情報はしばしば伝えられている.さらに,大気汚染などの被害は,適応能力の低い種から順次被害を受けると考えられてきた.ところが,地球規模の環境の変化のためか従来,適応能力が高く人間との共存を得意とする人里の生物にも何らかの被害が出ているのではないかと考えた.申請者は日本産のLecanora subfusca groupを1988年にまとめる際,鳥取県の千代川の河原でLecanora muralisというチャシブゴケ属の地衣類を大量に確認した.地衣類は菌と藻の共生体であり,大気汚染指標植物として利用されてきている.しかし,Lecanora muralisはいわば人里の地衣類と考えられ,ヒトや鳥など動物の活動場所に生育していると考えていた.申請者が20年前に作成した本種の日本における分布図に従い,各地点での消長,含有化学成分,胞子発芽能力を調べ,このような人里の植物にいったい何が起こっているのかを解明する試みを行っている.平成12年度は北海道の1地点,鳥取県の1地点,島根県の1地点(日の岬)で確認調査を行ったが,驚いたことに,北海道えさし神威岬,島根県日の岬では美事に絶滅していた.鳥取県の1地点も立派な群落と言えるものではなかった.Lecanora muralisは橋の欄干の上など野鳥が好んでとまりそうな場所を選んで生育するいわば好糞性の地衣類である。しかもかつては人里によく見られる地衣であったが急速に消滅しつつある。H12年に北海道、島根を調査し、H13年度に岡山、鳥取を調査した。申請者が20年前に採集した場所を再び訪れている。当時はGPSのような機器はなく地図をたよりの調査であるが13年度で確認できたのは、鳥取県用瀬千代川川岸だけであった。しかもかっての大群落ではなく、ほんのわずかの生育確認であった。H14年度は、12年13年のデータに欠けている部分を補い論文として発表する予定であるが、繁殖器官である子器の採集が少なく、分布のみの発表になる恐れが出てきた。著名な自然保護地域の植生についての撹乱情報は,しばしばマスコミを通じて報告されるし,研究も進んでいる.さらに,大気汚染による被害は耐性の弱い種から順次被害が出ると普遍的に考えられてきた.ところが,何らかの広域におよぶ大気汚染か地球環境の変化か,従来人里に見られ,適当な撹乱を好むとされる地衣類Lecanora

muralisは,生育地域を減らしているように思われた.実際申請者が調査した結果,1983年までに確認が認められた地点で再度されたのは,鳥取県若狭町と広島市の旧広島大学理学部1号館屋上だけであった.オホーツク海を望む北海道斜内神威岬,風光明媚な岩手県遠野,岡山県津山市北部の日本原,広島県滝山峡などでは,確認できなかった.滝山峡の場合,この20年間の間にダム工事が行われたことが大きな原因である.神威岬などの地域では,わずかな見落としがあるかもしれない.しかし,少なくとも,かつて一面覆っていた同種がほぼ全滅状態であることを明らかにした.残念ながら,旧広島大学理学部屋上以外は,繁殖器官を持つような満足な標本はなく,繁殖能力の実験は達成されずにいる.広島市中央部,国道2号線に隣接する旧広島大学は,昭和20年に原爆を受けている.その際に,同種は全滅したはずである.戦後生育を開始し,現在に至っている点に大いに興味を持たれた.本種が赤レンガではなく,赤レンガをとめている戦前のセメントの上のみに生育する点に大いに興味が持たれた.「大陸由来の酸性雨により日本産の同種が衰退したが,たまたま塩基性の強いセメントの上に付着した本種が繁殖を許された」という仮説に到達したが,現在成果を論文を発表するに至っていない.
水田地区内に存在する有機態窒素の化学形態分画とその分解過程および動態の解明

これまで農業排水路底泥に存在する窒素の分解や移動に関する知見は十分でない.本研究の目的は,水田地区における窒素の動態を明らかにすることである.特に,水田土壌や排水路底泥の主要成分である有機態窒素に注目し,分解や溶出特性を明らかにする.現地調査と室内実験により底泥中の窒素動態を明らかにした.調査地は琵琶湖に隣接する3つの水田地区を選定した.水田地区の排水路底泥には高濃度の窒素が含まれており,底泥中の有機態窒素の分解・溶出が晴天日における排水の窒素濃度を決定すると結論付けられた.研究初年度と同様,水田の灌漑期と非灌漑期に,琵琶湖周辺に分布する低平地水田地区4地区において,水田土壌,排水路底泥,排水等を採取し,化学分析によって土壌や底泥と水に含まれる窒素,リン,炭素の成分構成と濃度を計測した。また,排水路の底泥を非破壊状態でアクリル円筒を用いて採取し,水深10cmの湛水条件で,実験室にて25°Cの恒温条件で1か月間培養を行った。水田土壌や排水路底泥には,全窒素分の9割以上が有機態として存在していたが,培養によって直上水に溶出した窒素はおよそ7080%が無機態(アンモニア態)であった。培養試験においては,懸濁態有機態窒素はほとんど計測されず,有機態は主に溶存態として溶出した。また,培養試料直上水を三次元蛍光分析し,有機態窒素がチロシン様の物質からなることが示唆された。さらに,土壌中に存在する全窒素や有機態の濃度に比べると,培養によって溶出した窒素量や変化した土壌中の濃度は数%と低く,土壌中の窒素は主に難分解性の有機態窒素であることが確認された。塩化カリウム水溶液やリン酸緩衝液など様々な化学抽出法を土壌窒素の抽出に適用し,分解性との比較を行った。土壌肥料学の分野で利用される熱水(80度)または熱塩化カリウムによる抽出によって推定される土壌窒素濃度が易分解性の有機態窒素画分の大きさを表す可能性が示唆された。以上の成果は,2回の国際会議発表,1回の国内学会発表,1本の国際誌論文掲載によって公表した。そのうち,国際誌に掲載された論文は,内容が評価されてExcellent Research Awardを受賞した。今後さらに,2回の国際会議での発表と論文投稿を予定している。これまで農業排水路底泥に存在する窒素の分解や移動に関する知見は十分でない.本研究の目的は,水田地区における窒素の動態を明らかにすることである.特に,水田土壌や排水路底泥の主要成分である有機態窒素に注目し,分解や溶出特性を明らかにする.現地調査と室内実験により底泥中の窒素動態を明らかにした.調査地は琵琶湖に隣接する3つの水田地区を選定した.水田地区の排水路底泥には高濃度の窒素が含まれており,底泥中の有機態窒素の分解・溶出が晴天日における排水の窒素濃度を決定すると結論付けられた.琵琶湖周辺に分布する低平地水田地区4地区を選定し,土壌(水田および転作田),排水,排水路底泥と排水,用水,田面水を月に1回の頻度で採取した。採取した試料については化学分析を行い,土と水に含まれる窒素,リン,炭素の成分構成と濃度を明らかにした。有機態窒素は,水田地区や時期によらず主要な窒素成分であり,土と水ともに全窒素濃度の7090%を占めた。水試料については,営農時期に応じて,各物質の成分構成や濃度に大きな変動が見られたが,土試料については,表層部において濃度の変動が確認され,下層ではほとんど変動が見られなかった。特に,排水路底泥表層のリン濃度は,灌漑期に比べて非灌漑期に高くなる傾向が示された。調査対象の水田地区は,琵琶湖を用水源とする地区と河川を用水源とする地区に分けられるが,用水源の水質が水田土壌や排水路底泥の物質濃度に与える影響は小さいことが示された。一方で,水田地区の地理的条件(地形勾配,地区の位置,土性)と水利構造の違い(用水路と排水路の分離の有無,用水の取水方法)は排水路底泥の物質濃度を決める重要な要素であることがわかった。上記の研究成果の一部は,国際誌の論文で公表した。非灌漑期に2回にわたり,水田地区3地区の排水路底泥を表層から約10cmの厚さでアクリル円筒に採取し,蒸留水を用いて10cm湛水させ,実験室にて25°Cの恒温条件で1か月間培養を行った。培養期間後の窒素,リン,炭素濃度は,現地調査時の排水の濃度と同程度であり,排水路底泥が直上の排水の物質濃度を決定しうることが明らかとなった。特に,培養期間中,底泥中の有機態窒素濃度はあまり変化が見られなかったが,直上水中の有機態窒素は増加しており,底泥は有機態窒素のソースであることがわかった。また,現地採取試料や培養試料の蛍光分析の結果から,排水路底泥は水田土壌に比べてフミン物質を多く含むことが示された。本研究目的は,水田地区における有機態窒素の動態を明らかにすることである.特に,既往研究がほとんどない排水路における有機態窒素の動態の解明に取り組んだ.調査対象地は琵琶湖沿岸域の低平地水田地区である.調査水田地区において土試料(農地土壌と排水路底泥)および水試料(用水,排水等)を採取し成分を分析するとともに,実験室において土試料の長期培養を行い,土壌内での成分変化を調べた.

現地調査においては,水田土壌と排水路底泥に存在する全窒素分の9割以上は有機態であることを確認した.用水や排水中についても有機態窒素の割合は高く全窒素の5割以上を占めていた.培養によって土壌中の全窒素・全炭素に顕著な変化は見られなかったが,培養直上水は現地での計測値を1オーダー大きい窒素濃度となった.土壌から溶出した窒素は7080%がアンモニア態窒素であった.したがって,水田地区内の土壌および底泥は窒素動態において大きな物質緩衝能力をもつことが明らかになった.また,土壌から溶出する有機態窒素はチロシン様物質であることが示された.水田地区の土壌や底泥に存在する有機態窒素は,ほとんどが難分解性であるが,わずかな易分解性有機態窒素が水中の窒素を決定すると結論付けられた.さらに,さまざまな抽出方法と培養試験結果の比較から,土壌の易分解性の有機態窒素画分の大きさは,高温の塩化カリウムで抽出されるアンモニア態窒素濃度から推定されることが示された.以上の研究成果を6本の国際誌論文で公表した.農業水文学本研究は,有機態窒素の化学形態分画(現状の把握),分解特性の解明,水田地区における移動性の解明の主に3つの段階からなり,最初の2年間は化学形態分画と分解特性の解明を予定していた。所属機関の異動(京都大学から熊本大学に異動)により,平成25年度当初は研究備品(恒温振とう器等)の輸送などによる実験環境の整備に時間を費やした。しかし,熊本大学と京都大学の2機関で実験を実施できるようになったため,定期調査によって採取した土壌試料の化学分析や培養試験は,予定よりも早く分析することができ,一昨年度の試料と合わせて予定分の分析を全て終了することができた。また,年度後半には,分析によって得られたデータの解析を終え,一部を国際誌に発表することができた。水田で採取した土壌試料の窒素計測や培養試験の結果から,研究当初に想定していたよりも難分解性の有機態窒素の割合が大きく,有機態窒素は段階的な分解特性をもって土壌中に存在しているわけでないことがわかった(これらの知見については,現在,国際誌や国際会議での発表を準備している)。当初の予定では,分子量分画の実施によって,難分解性から易分解性まで有機態窒素を連続的に分画する予定であったが,そのような分析の必要性は低くなったと判断した。したがって,研究は順調に進んでいると考えられる。所属機関の異動のため,滋賀県や熊本県内では,昨年度内に水田地区に対して集中的な水文観測機器を設置することはできなかった。しかし,研究協力者(農村工学研究所,九州沖縄農業研究センター,農業環境技術研究所)や地元の土地改良区と意思疎通を図っており,すでに水田への計測機器の設置計画について了解も得られている。最終年度は,順調に水田地区での観測を開始することができると考えている。申請書に記載したように,本研究の調査地区はすでに調査実績のある地区から選定したため,調査対象の水田地区4地区は早い段階で決定することができ,十分な現地調査と試料の採取を行うことができた。排水や田面水などの水試料については,現地での採取後速やかに化学分析(主に窒素成分,リン成分,炭素成分の分析)を行い,これまで月に1回の頻度で採取した全ての試料の分析を完了した。水田土壌および排水路底泥の土試料については,低温での乾燥に時間がかかるため,一部の試料は化学分析が実施できていない。ただし,現地の現況把握のための高頻度での調査は初年度で終了しており,次年度以降は初年度ほど多くのの試料の採取は行わない。したがって,初年度に採取した土試料の化学分析は,順次実施していき,次年度内で完了することができると考えている。
省電力型高精度・高速レーザスキャナの試作

本研究では、高速回転レーザスキャナにおいてポリゴンミラーの風損を低減し、モータ駆動電力の減少を図るために、溝付き空気軸受のポンピング効果を利用してハウジング内を真空にする手法を提案した。そしてこれまでの研究をもとに、最適なポンピング特性と支持剛性を持つ真空ポンプ機能付きヘリングボーン溝付き軸受を設計製作し、これらを実際のレーザスキャナモータに組み込んだ。本研究では製作したレーザスキャナモータを用いて高速回転試験とレーザ光の走査試験を行った。高速回転試験では、回転軸の振れおよび安定性、容器内圧力の減少過程と最小到達圧力および容器の温度上昇と消費電力の測定を行った。またレーザ光の走査試験では、騒音、面倒れ変動、ジッタの測定を行った。その結果、以下のような結論を得た。(1).ミラーを35000rpmで回転させる場合の消費動力は、空気中でミラーを回転させた場合に比べ1/3にできることが実験的に明らかになった。また温度上昇についても、空気中回転に比較し、3/5程度まで低下させられることが明らかになった。容器内圧力については、35000rpmで0.1気圧程度まで低下させることができた。(2).試作したレーザスキャナの騒音、面倒れ変動値、ジッタはいずれも従来の大気中で回転するレーザスキャナに比べ小さい値を示した。このことから試作したレーザスキャナは、ハウジング内を真空とすることにより、ミラーの攪拌による空気の乱れを小さくし、騒音、面倒れ変動およびジッタを低減できることが明らかとなった。以上、試作したレーザスキャナの高速回転試験およびレーザ光の走査試験を行った結果、提案するレーザスキャナは省電力型の高速高精度レーザスキャナとしてきわめて有用なことを確認した。本年度は製作したレーザスキャナモータを用いて高速回転試験を行い、回転軸の振れおよび安定性、容器内圧力の減少過程と最小到達圧力および容器の温度上昇と消費電力の測定を行った。また容器内圧力を大気圧とした従来のレーザスキャナについても高速回転試験を行ない、提案するレーザスキャナとの実験結果の比較を行い、提案したスキャナの有用性を検討した。以上の試験結果より、下記のような結論が得られた。(1).製作したスキャナは、40000rpmまで安定に回転し、かつ回転振れも十分小さかった。(2).容器内圧力は、35000rpmで0.1気圧程度まで低下させることができた。(3).ミラーを35000rpmで回転させる場合の消費動力は、空気中でミラーを回転させた場合に比べ1/3にできることが実験的に明らかになった。以上のことより、提案した省電力型のレーザスキャナは、従来のスキャナに比較し電力消費量を著しく低減できるという点できわめて有用であることを示すことができた。そしてこれまでの研究をもとに、最適なポンピング特性と支持剛性を持つ真空ポンプ機能付きヘイングボーン溝付き軸受を設計製作し、これらを実際のレーザスキャナモータに組み込んだ。

高速回転試験では、回転軸の振れおよび安定性、容器内圧力の減少過程と最小到達圧力および容器の温度上昇と消費電力の測定を行った。またレーザ光の走査試験では、騒音、面倒れ変動、ジッタの測定を行った。その結果、以下のような結論を得た。(1).ミラーを35000rpmで回転させる場合の消費動力は、空気中でミラーを回転させた場合に比べ1/3にできることが実験的に明らかになった。また温度上昇についても、空気中回転に比較し、3/5程度まで低下させられることが明らかになった。容器内圧力については、35000rpmで0.1気圧程度まで低下させることができた。(2).試作したレーザスキャナの騒音、面倒れ変動値、ジッタはいずれも従来の大気中で回転するレーザスキャナに比べ小さい値を示した。このことから試作したレーザスキャナは、ハウジング内を真空とすることにより、ミラーの攪拌による空気の乱れを小さくし、騒音、面倒れ変動およびジッタを低減することが明らかとなった。以上、試作したレーザスキャナの高速回転試験およびレーザ光の走査試験を行った結果、提案するレーザスキャナは省電力型の高速高精度レーザスキャナとしてきわめて有用なことを確認した。
新しい実験技術による光受容と視覚情報処理に関する研究

近年,新しい記録技術や免疫組織化学法などの導入によって,視覚神経系を構成する神経細胞の機能と細胞構築の理解が一層深まってきた.そこで本研究では,生理学,生化学,薬理学,解剖学,組織化学,情報工学など異なる専門分野の班員間で学際的な協力を行い,各分野で得られた知見を討論し,また細胞単離法,分子生物学的アプーローチなど新技術を応用した共同研究をスタートさせることによって,視覚神経系の新たな発展の方向を追求することを目的とした.本研究で行った事業は次の通り.1.研究連絡協議会の開催.第1回(昭和61年8月79日,生理学研究所),第2回(昭和62年7月13日,生理学研究所),第3回(昭和63年1月29, 30日,大阪大学医学部).これらの協議回には,班員とその共同研究者を含む4,50名の参加があり,現在の研究の動向,問題点の発掘を行い,研究発表と活発な討論が行なわれた.また,協議会主催者の所属する実験室を班員に公開しパッチ・クランプ,組織化学法等の新しい実験技術の解説,供覧を行った.2.昭和61年9月23, 24の両日,生理学研究所(岡崎)において国際シンポジウム"Progress in Retinal Research"を開催した.これには同年9月名古屋市で開催された国際眼研究会議参加の外国人研究者9名と班員および共同研究者など計61名が参加し, 24題の講演と10題のポスター展示が行われ活発な討論を通じて国際的な情報交換を行った.3.班員間の研究交流を促進するため班員の行う4件の共同研究の旅費を援助した.このような活動により,本研究の目的とする班員相互の情報交換,連携と有機的な研究の推進するための基礎作りは期待どおり進んだ.近年,新しい記録技術や免疫組織化学法などの導入によって,視覚神経系を構成する神経細胞の機能と細胞構築の理解が一層深まってきた.そこで本研究では,生理学,生化学,薬理学,解剖学,組織化学,情報工学など異なる専門分野の班員間で学際的な協力を行い,各分野で得られた知見を討論し,また細胞単離法,分子生物学的アプーローチなど新技術を応用した共同研究をスタートさせることによって,視覚神経系の新たな発展の方向を追求することを目的とした.本研究で行った事業は次の通り.1.研究連絡協議会の開催.第1回(昭和61年8月79日,生理学研究所),第2回(昭和62年7月13日,生理学研究所),第3回(昭和63年1月29, 30日,大阪大学医学部).これらの協議回には,班員とその共同研究者を含む4,50名の参加があり,現在の研究の動向,問題点の発掘を行い,研究発表と活発な討論が行なわれた.また,協議会主催者の所属する実験室を班員に公開しパッチ・クランプ,組織化学法等の新しい実験技術の解説,供覧を行った.2.昭和61年9月23, 24の両日,生理学研究所(岡崎)において国際シンポジウム"Progress in Retinal Research"を開催した.これには同年9月名古屋市で開催された国際眼研究会議参加の外国人研究者9名と班員および共同研究者など計61名が参加し, 24題の講演と10題のポスター展示が行われ活発な討論を通じて国際的な情報交換を行った.3.班員間の研究交流を促進するため班員の行う4件の共同研究の旅費を援助した.このような活動により,本研究の目的とする班員相互の情報交換,連携と有機的な研究の推進するための基礎作りは期待どおり進んだ.近年、新しい記録技術や免疫組織化学法などの導入によって、視覚神経系を構成する神経細胞の機能と細胞構築の理解が一層深まってきた。そこで本研究では、生理学、生化学、薬理学、解剖学、組織化学、情報工学など異なる専門分野の班員間で学際的な協力を行い、各分野で得られた知見を討論し、また細胞単離法、分子生物学的アプローチなど新技術を応用した共同研究をスタートさせることによって、視覚神経系の研究の新たな発展の方向を追求することを目的とした。61年度に行った事業は次の通り。1.昭和61年8月7日から9日までの3日間、生理学研究所(岡崎)において研究連絡協議会を開催し、現在の研究の動向、問題点の発掘を行った。この研究連絡協議会は生理学研究所共同研究研究会「視覚情報の伝達・認識機構の研究」(提案者:東京女子医大・教授、橋本葉子)と合同で行い、班員およびその共同研究者を含め43名の参加の下に、14件の研究発表と活発な討論が行なわれた。同時に研究代表者の所属する実験室を班員に公開しパッチ・クランプ等の新しい記録技術法の解説を行った。2.昭和61年9月23、24の両日、生理学研究所(岡崎)において国際シンポジウム"Progress in Retinal Research"を開催した。これには9月末名古屋市で開催された国際眼研究会議参加の外国人研究者9名と班員および共同研究者など計61名が参加し、24題の講演と10題のポスター展示が行われ活発な討論を通じて国際的な情報交換が行なわれた。3.班員間の研究交流を促進するため共同研究を行うための旅費を援助した。これによって、これまでに4件の共同研究(根岸-外崎、森田-三木、橋本-遠山、福田-金子)が班員を中心にスタートした。本研究の目的とする班員相互の情報交換、連携と有機的な研究の推進するための基礎作りは期待どおり進んだ。
ウシヘルペスウイルス1型糖蛋白遺伝子の塩基配列決定並びに真核細胞での発現

本研究では、当初、BHVー1感染細胞からmRNAを抽出し、cDNAを合成、クロ-ン化し、大腸菌で発現させ、モノクロ-ナル抗体を用いて蛋白を同定し、それをプロ-ブとして目的とする糖蛋白遺伝子を単離して、その構造を決定する予定であった。しかしながら、1987年から1990年にかけ次々と国外研究者の手によりBHVー1主要糖蛋白をコ-ドする遺伝子の塩基配列が発表されるにいたり、研究の重点をそれらの生物活性の解析並びに真核細胞での発現に移した。また、塩基配列の決定に関連しては、4塩基認識制限酵素を用いての株間の比較を試みた。BHVー1主要糖蛋白質(gI、gIII、gIV)のうち、gIIIに関しては宿主細胞膜上のヘパリン様物質を認識し、それによってウイルスの吸着を媒介し、感染を開始させることを明らかにした。また、本糖蛋白をコ-ドする遺伝子を単離し、発現ベクタ-pcDLーSRaに組みこみ、COS細胞での一過性発現系を確立した。得られた組み替え体gIIIは感染細胞由来gIIIとほぼ同様の性状を示し、BHVー1の赤血球凝集活性にはgIIIが必要十分条件であることが明らかになった。gIVに関しては、一過性発現系により、その細胞内局在性が感染細胞内のそれとは異なり、核内に集積することを明らかにした。現在、生物活性確認のため持続発現細胞株の樹立を試みている。gIについては、遺伝子は単離されているが発現系は確立されていない。BHVー1はゲノムの制限酵素切断パタ-ンから少なくとも3つの亜型に分類される。そこで、6塩基認識酵素でI亜型(IBR型)に分類された国内外の分離株を4塩基酵素を用いて類別したところ、BHVー1ゲノムは従来考えられていた以上に多様性に富むことがわかった。さらに、複数の酵素による成績を組み合わせることにより、株の同定も可能になることが示唆された。ウシヘルペスウイルス1型(BHVー1)主要糖蛋白のうちgIIIが宿主細胞への吸着に関与すること、並びにglVが吸着以降、おそらく侵入過程に関与することを既に報告している。今年度は、これらの糖蛋白遺伝子を単離し、塩基配列決定用ベクタ-並びに発現用ベクタ-にサブクロ-ニングすることをめざした。gIII遺伝子に関しては塩基配列決定用並びにバキュロウイルス発現用ベクタ-へのサブクロ-ニングが完了しているが、バキュロウイルスとの組換え体は作成されていない。これと並行して本遺伝子をSV40系発現ベクタ-であるpcDLーSRaに組み込み、cos細胞での一過性発現を試みている。現在のところ蛍光抗体での確認はなされているが、その生物活性は検出されていない。この原因は、発現量が不十分なためとも考えられ、大量発現が可能なバキュロウイルス系を確立する必要性がある。gIV遺伝子に関しては、現在単離したものの末端に修飾を加えて上述のベクタ-にサブクロ-ニングしている段階である。主要糖蛋白の塩基配列はカナダの研究グル-プにより決定されてしまったことから、本研究では株間の比較を行うこととした。その前段階として、4塩基認識制限酵素を用いて国内外の分離株を全ゲノムレベルで比較することを試みた。その結果、BHVー1ゲノムは従来考えられていた以上に多様生に富むことがわかった。また、複数の酵素を組み合わせることにより株の同定も可能になることが示唆された(第110回日本獣医学会発表)。

gIIIの生物活性を調べる過程で、本糖蛋白が宿主細胞表面のヘパリン様物質を認識し、それによって感染を開始することを明らかにした。また、この活性が特定のアミノ酸に担われていることを推定した昨年度本研究課題において、ウシヘルペスウイルス1型(BHVー1)主要糖蛋白質のうち、gIIIが宿主細胞表面のヘパリン様物質を認識し、それによって感染を開始することを明らかにした。今年度は、本糖蛋白質の赤血球凝集活性(HA)を試験管内で発現し、その活性部位について遺伝子レベルでの解析を行うことをめざした。また、他の主要糖蛋白質gIV並びにgI遺伝子を単離し、試験管内発現することを試みた。gIII遺伝子に関しては、SV40由来発現ベクタ-pcDLーSRαに組み込みcos細胞での一過性発現系を確立した。本系により発〓された組み替え体gIIIは、BHVー1感染細胞由来gIIIとほぼ同様の修飾、並びに細胞内輸送を受けることが明らかになった。同時に、gIII発現cos細胞表面上のマウス赤血球吸着性を証明し、BHVー1HAにはgIIIが必要十分条件であることを明らかにした。リセプタ-類似物であるヘパリンにより赤血球吸着性が阻害されたことから、本反応がウイルス吸着の試験管内検出系として用いられることが示唆された。現在、本検出系を用いてgIIIの吸着活性部位を決定すべく、ポリメラ-ゼ連鎖反応(PCR)によって各種分子テ欠損変異体を作成中である。gIV遺伝子に関しては、gIIIと同様pcDLーSRαベクタ-により一過性発現を行い、蛍光抗体法により確認がなされた。gIV発現細胞はヘルペスウイルスの増殖を抑制することが報告されており、現在、その機構を解析するため、ネオマイシン耐性遺伝子を含む発現ベクタ-pcDNAI/Ncoに組み込み、それをウシ腎由来細胞に取り込ませることにより、持続発現細胞株の樹立を行っている。また、その増殖抑制活性部位を明らかにするため、変異体を作成中である。gI遺伝子については、BHVー1ゲノムライブラリ-からの単離は終了したが、5 ́末非構造遺伝子を除く必要があり、発現ベクタ-への組み込みは行っていない。
界面ダイナミクスに現れるサポートの分離・併合に対する数値解析

本研究では、「サポート・ダイナミクス」の一つである「蒸発と拡散を伴う流れに現れる浸透領域(サポート)の変化」を数値的に再現する事とその数学的解析を目的とする。具体的には、境界上に周期的流入・流出を伴う条件を課した時に現れる解のサポートの分離・併合及びその反復性について扱い、このような現象の発生メカニズムを解明する数値計算法を構築することである。当該年度(平30年度)は前年度にOperator splitting methodの考えでこれまでに構成した空間2次元の計算法を用いて数値実験と数学解析によって以下の事が得られた。1モデル化した初期境界値問題においては空間メッシュ幅を十分小にした時数値データの安定性とその収束性が確認できた。その境界条件を時間変化させずに固定した時時間無限大に相当するまでの数値計算から定常解のサポートの形状が得られた。特に定常解の零点集合の測度が正になる場合と零点集合が現れない場合(正の解)が得られることが前年度続いて数値計算で確かめられた。2零点集合が現れる定常解とそうでない定常解(正の解)の境目に相当する定常解を構成することが出来た。それは原点で零点を取る軸対称な解析解である。これと比較定理を用いて零点集合が現れる定常解とそうでない定常解(正の解)の存在を示した。これを国際会議にて発表し現在論文投稿中である。3境界条件に2で得られた零点集合が現れる定常解の境界値とそれが現れない定常解の境界値を時間周期的に課した場合計算結果から、前年度得られていた次の現象が再度確認できた。周期が十分長い時は解の零点集合の出現・消滅の反復現象が現れ、その周期が短い時には零点集合が現れない。更に与える境界値によっては周期を十分短くしても零点集合が消滅しない。本科研申請にあたっては空間1次元で用いた数理モデルとそれに対する数値計算法について研究調査を行なっていたので、空間2次元に援用することが可能となり、更にそれを当該年度(30年度)にも活用し研究を進める事ができた。1本研究で用いるモデル化した初期境界値問題で境界条件を固定した時その定常解のサポートの形状が数値実験で得られた。多くの計算例からの示唆により原点で零点を取る軸対称な定常解が解析的に得られた。数値計算からもその定常解の正当性が確認できた。3境界条件を周期的変化させた時数値計算で得られた"解の零点集合の出現・消滅の反復現象"が2で得られた結果により正当化された。更に周期が短い時には零点集合が現れない計算例、更に与える境界値によっては周期を十分短くしても零点集合が消滅しない計算例も得られた。この前者については空間1次元の場合には数学的に実現可能な条件を導いた。しかしこれは極めて極端な具体例になり実際の計算例に対して未だギャップがある。当年度は前年度と同様に数値実験、数値解の収束性、数値サポートの特徴に主眼を置きながら研究最終年度であることを踏まえて以下のように進める。1)前年度までに構成したOperator splitting methodによる計算法を用いて更に以下の事に留意しながら数値実験を続ける。i)どのような形状の初期サポートが時間発展とともに分離するか否かを数値的に調べる。一方、2つに分離しているサポートが併合するような初期サポートの形状も調べる。特に分離した初期サポート間の位相的な位置関係と併合性について数値的に調べる。ii)どのような初期単連結なサポートが多重連結なサポートに変化するか否かを調べる。iii)初期境界値問題においては時間無限大に相当するまでの数値計算データから定常解のサポートの形状を調べる。iv)i),ii),iii)について数学的検証を行うには更に正確な数値計算結果が必要とされる場合があるのでそのために多倍長精度計算法を用いる予定である。2) 1)で得られた計算結果から以下の事について数学的条件を探し証明を試みる。i)各時刻を固定し、空間メッシュ幅を十分小にした時数値解が安定であり且つ真の解に収束する事(このためにFrechet-Kolmogorovのコンパクト性の定理の援用を図る)。ii)サポートが分離するための十分条件、分離したサポートが併合するための十分条件、及び多重連結なサポートに変化するための初期形状に課すべき条件。iii)周期が短い時には零点集合が現れない計算例、更に与える境界値によっては周期を十分短くしても零点集合が消滅しない計算例を正当化する数学的条件を求める。3) 1),2)を踏まえて研究成果を纏める。当該年度(平成28年度)は以下の事を実施した。1蒸発過程での浸透領域の変化の数理モデルを吸収項を伴う多孔性媒体中の流れを記述する空間2次元の非線形拡散方程式で表した。これに対して空間方向にOperator splitting methodに基づいた計算法を構成した。その際解のサポート(浸透領域)の挙動はこの方程式に含まれている非線形双曲型が引き起こす衝撃波に沿って伝搬する。この衝撃波を数値的に解くために空間

1次元のRiemann問題の数値解法を構成しそれを援用した。更に計算の検証のために多倍長精度計算法が導入し易いプログラムであるように考慮した。2 1で構成した数値計算法を用いて以下の数値実験を行った。・Riemann問題を解く数値ソルバーが空間1次元において理論的に正しく動作する事を確認し、空間2次元にも数値的に安定に適用できた。・初期値問題では吸収項のパラメータによって解が有限時間内に消滅する場合とそうでない場合が知られている。この性質を数値的に再現する事ができるような安定な計算法、空間メッシュ幅、時間ステップを探した。・初期境界値問題においては時間無限大に匹敵するまで数値計算を遂行するので、数値的安定性が保たれるように計算のアルゴリズムの効率化を図った。3 2で得られた数値例について研究集会で発表した。本科研申請にあたっては空間1次元で用いた数理モデルとそれに対する数値計算法について研究調査を行なっていたので、それらの内容を空間2次元に援用することが可能となり、特に以下の点において当該年度(28年度)の研究を進める事ができた。1境界からのさまざま流入流出に対して数値計算を行うためのアルゴリズムの準備ができた。3本研究で用いる空間2次元の数理モデルに対して固定境界条件を持つ軸対称な定常解をいくつか構成する事ができた。現在その定常解の安定性即ち時刻を無限大にした時その定常解に収束するか否かを数学的及び数値的に検証する準備ができた。本研究では、「サポート・ダイナミクス」の一つである「蒸発と拡散を伴う流れに現れる浸透領域(サポート)の変化」を数値的に再現する事とその数学的解析を目的とする。具体的には、境界上に周期的流入・流出を伴う条件を課した時に現れる解のサポートの分離・併合及びその反復性について扱い、このような現象の発生メカニズムを解明する数値計算法を構築することである。当該年度(平成29年度)は前年度にOperator splitting methodの考えで構成した空間2次元の計算法を用いて数値実験を行い以下の事が得られた。1モデル化した初期境界値問題においては空間メッシュ幅を十分小にした時数値データの安定性とその収束性が確認できた。その境界条件を時間変化させずに固定した時時間無限大に相当するまでの数値計算から定常解のサポートの形状が得られた。特に定常解の零点集合の測度が正になる場合と零点集合が現れない解(正の解)が得られた。更に時間発展の解が定常解に収束する事が数学的に示されたのでこれを国際会議にて発表した。2境界条件に1で得られた零点集合が現れる定常解の境界値とそれが現れない定常解の境界値を時間周期的に課した場合計算結果から次の事が得られた。周期が十分長い時は解の零点集合の出現・消滅の反復現象が現れ、その周期が短い時には零点集合が現れない。反対に与える境界値によっては周期を十分短くしても零点集合が消滅しないという計算結果も得られた。国際会議でのこの成果発表と討議において"零点集合の反復出現"は境界条件に与える外力の反復性によって生じているのでこのような外力無しで自発的に反復するメカニズムを考察する必要性が感じられた。