hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ストレス応答シグナルによる染色体安定性保持機構と癌におけるその破綻

実際に癌細胞では、DNA損傷などの様々なストレス刺激に応答して、中心体の過剰複製が起こることが報告されており、中心体数の異常が染色体不安定性を惹起して癌の臨床的予後と相関することも明らかにされている。一方、正常細胞においては、中心体数は厳密に制御されており、ストレス環境下でも中心体の複製異常は起こらないが、その分子機構に関してはこれまでほとんど知見が無い。本研究において我々は、ストレス刺激に応答して活性化される2つの細胞内シグナル伝達システム、即ちストレス応答MAPキナーゼ経路とp53経路が協調して中心体複製の鍵分子であるPLK4の活性を調節しており、ストレス環境下での中心体複製制御と染色体安定性の保持に重要な役割を果たしていることを見出した。さらに癌細胞で高率に観察されるp53およびMKK4の遺伝子変異によって、中心体複製調節機構が破綻し、ストレス刺激に応じて中心体の過剰複製と染色体の倍数体異常が惹起されることを明らかにした。MKK4の遺伝子変異は、発癌プロセスに重要なdriver mutationであることが報告されているが、その発癌抑制機構に関しては明らかにされていない。我々は、MKK4がストレス環境下でp53と協調して機能し、中心体の過剰複製と染色体不安定性を防御する新たなタイプの癌抑制遺伝子であることを明らかにした。また、ストレス応答MAPK経路が中心体の複製を阻害するメカニズムに関しても研究を展開し、p38/JNKによってリン酸化される新規中心体局在分子を複数同定する事に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子細胞生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究開始当初の目標であった3つの項目、即ち、1)ストレス応答融PK経路によるPLK;活性制御機構の解明、2)p38/JNK経路とPLK経路による細胞機能制御機構の解明、および3)p38/JNK経路とPLK経路のクロストーク異常による染色体不安定性と発癌機構の解明、に関してそれぞれ研究を進め、既に目標をほぼ達成して、論文発表するに至った(Nature Commun. in press)。さらに、研究開始当初には予期していなかった複数の新たな知見が得られており、今後さらに研究が進むものと期待される。研究開始当初の目標であった3つの項目、即ち、1)ストレス応答MAPKによるPLK4活性制御機構の解明、2)p38/JNK経路による細胞機能制御機構の解明、および3)p38/JNK経路とPLK経路のクロストーク異常による染色体不安定性と発癌機構の解明、に関してそれぞれ研究を進め、既に目標をほぼ達成して、論文を発表した。さらに、研究開始当初には予期していなかった複数の新知見が得られており、今後更なる研究の進展が期待される。これまでに得られた知見を基に研究をさらに発展させ、ストレス応答MAPK経路による染色体安定性保持機構を詳細に解明する。また、中心体複製制御の基本原理とストレス環境下におけるその制御を分子レベルで明らかにする。現在、ストレス応答MAPKによる中心体複製制御と染色体安定性保持機構の解析を進めており、幾つかの新たな中心体複製制御分子を同定することに成功している。今後更にこれらの分子の機能調節メカニズムと生理機能を解明する。また中心体複製制御の基本原理を解明すると共に、ストレス環境下におけるその制御を明らかにする。
卓上シンクロトロンによる分子科学の研究

ビーム貯蔵リングを用いた原子分子の研究はより高度化し、研究対象も重いイオンへと移行しつつある。これらの研究において、貯蔵リングは電磁石で構成されていた。しかし、分子イオンは質量の増大に伴って磁気剛性が増大し貯蔵が難しくなる。一方、これらの重イオンは磁場より電場で曲げる方が容易である。電場を使ったリングは軽量小型で、正に卓上に乗るリングとなる。しかし、静電リングの場合、イオン強度が増すに従って急速にリング内でのイオンの寿命が短くなるという問題点があった。この問題を克服するために、従来のリングとは異なる静電型卓上シンクロトロンを作り、軽い原子、分子イオンを高強度で長時間にわたって貯蔵する技術を確立した。さらに、Electrosprayイオン源によって、たんぱく質などの生体分子イオンを発生させた。卓上シンクロトロンへビームを入射するためには、強度の強いパルス状イオンビームが必要である。この目的のためにイオントラップを製作し、直流ビームにくらべて5万倍の強度をもつパルスビームを得ることができた。さらに、質量分析器を製作し分子イオンの質量を分離した。このようにして得られた質量66,000までの生体分子イオンを卓上シンクロトロンに入射、貯蔵し、その寿命を測定した。その結果、寿命は1020秒で、予想に反して極めて長いことがわかった。また、正イオンだけでなく負イオンも貯蔵可能で、実際、一価の生体分子負イオンを貯蔵した。これらの生体分子イオンと電子の衝突を研究するために電子標的の設計を行った。これは断熱膨張型電子冷却装置と同じ構造で、極低エネルギーで強度と電子温度の点で実用になる電子標的を設計できた。今後、生命現象を物理的観点から理解するために、生体分子イオンと電子・光子の衝突実験へと研究を展開させたい。最近のビーム貯蔵リングを用いた原子物理の研究は、より高度化し、研究対象も重いイオンへと移行しつつある。しかし、分子イオンは電荷が小さく質量が大きいため、質量の増大に伴って磁気剛性が増大し貯蔵が難くなる。一方、これらの重イオンは、磁場より電場で曲げる方が容易である。研究の第一段階はこのような卓上シンクロトロンを作り、重分子イオンを長時間にわたって貯蔵する技術を確立することである。今年度は次の順序で静電型卓上シンクロトロンの設計、製作を行った。1)エネルギー30keVのレーストラック型リングを想定しビーム軌道の計算を行い、リングパラメーターの最適化を行った。2)この結果に基づいて、リングの構成要素である160°及び10°デフレクター、四重極の設計、製作を行った。3)予め真空パイプを950°Cに加熱し脱ガスを行い、その中に電極を設置し更に300°Cで加熱脱ガスを行い、常温時に真空パイプや電極に変形が起こらないことを確認した。4)完成した電極を高精度で卓上に据え付け、同時に直線部には加速装置、ビーム位置モニター、スクレーパー、ビュウワーを設置した。5)10^<-11>Torrの超高真空鵜を達成するために6台のチタンゲッターポンプ、4台のイオンポンプを設置した。6)完成したリングについて真空試験を行い、漏れがないことを確認した。7)リングを周回するイオンが残留ガスと衝突して中性となる過程を研究するために中性粒子検出器を設置した。8)リングにビームを入射するために、ECRイオン源、高分解能ビーム分析装置、差動排気装置を設置し真空試験を行った。

このように装置が完成したので、引き続いてビーム貯蔵の研究を行う予定である。ビーム貯蔵リングを用いた原子物理の研究はより高度化し、研究対象も重いイオンへと移行しつつある。これらの研究において、貯蔵リングは電磁石で構成されていた。しかし、分子イオンは電荷が小さく質量が大きいため、質量の増大に伴って磁気剛性が増大し貯蔵が難くなる。一方、これらの重イオンは磁場より電場で曲げる方が容易である。電場を使ったリングは軽量小型で、正に卓上に乗るリングとなる。今年度は、平静11年度に製作、設置を終えた静電型卓上シンクロトロンについて詳しいビーム試験を行なった。1)ECRイオン源によって各種原子、分子イオンを発生させ、質量分析後リングに入射した。2)ビームが安定して貯蔵できるパラメーターの理論値と実験値を比較した。その結果、性質の異なる2つの安定領域が確認された。3)イオンのベータトロン振動の振動数を測定した。4)貯蔵中に残留ガス(真空度4×10^<-11>Torr)と衝突して中性になるビームのプロファイルと生成率を測定した。前者は周回ビームのサイズを示し、後者はビーム強度に比例する。5)ビーム強度が1/eに減少する寿命を測定した。その結果、40秒に及ぶ極めて長い寿命が確認された。6)ビーム強度を上げた場合の寿命の変化を測定した。その結果、100nAまでは寿命に変化がないが、これを越えると入射直後の寿命が短くなることが確認された。この強度は、実用上全く問題のない値である。7)各種原子、分子イオン(N^+,O^+,Ne^+,Ar^+,Xe^+,N_2^+,O_2^+,NO^+,H_2O^+,Ar_2^+)の貯蔵試験を行なった。以上の測定によって、極めて高性能の静電型貯蔵リングであることが確認された。さらに、研究の第二段階として、このリングを使った応用研究を目指して超重イオン貯蔵の可能性を探るために、大気圧イオン源を設計、製作した。引き続いて高分子イオンの発生、加速、貯蔵試験を行う予定である。ビーム貯蔵リングを用いた原子分子の研究はより高度化し、研究対象も重いイオンへと移行しつつある。しかし、分子イオンは電荷が小さく質量が大きいため、質量の増大に伴って磁気剛性が増大し貯蔵が難しくなる。平成11、12年度では卓上シンクロトロンを作り、軽い原子、分子イオンを長時間にわたって貯蔵する技術を確立した。今年度はさらに生体分子イオンの生成、質量分析およびリングによる貯蔵を行った。即ち、1)大気圧イオン源(Electrospray Ion Source)によって蛋白質などの生体分子イオンを発生させた。2)卓上シンクロトロンヘビームを入射するためには、強度の強いパルス状イオンビームが必要である。この目的のためにイオントラップを製作し、直流ビームにくらべて5万倍の強度をもつパルスビームを得ることができた。3)分子イオンの質量を分けるために質量分析器を製作し、約4千の分解能を得ることができた。
間伐による下層植生の導入が植栽ヒノキの窒素利用を増進する効果の検証

ヒノキ人工林において間伐を実施すると下層植生が発達する。下層植生は窒素濃度の高い落葉を供給して土壌の窒素資源を改善する効果が期待されるが、土壌の窒素資源に対してはヒノキと競争関係にある。高知県ヒノキ林において間伐10年後の樹冠窒素量は、間伐した林分で低く維持されていた。ヒノキの葉量回復速度が遅いため窒素吸収の増加は限定的であった。ヒノキと下層植生の土壌の窒素源を窒素安定同位体比で評価した結果、対照区ではヒノキと下層植生が異なる窒素源、間伐区では共通の窒素源を利用していた。間伐によってヒノキと下層植生の窒素をめぐる競争は緩和された。気象条件の異なるヒノキ林およびスギ林において、窒素安定同位体比の存在様式を明らかにし、窒素循環および植物が吸収する窒素源の指標としての窒素安定同位体比の有効性を検討した。四国地域において年降水量は太平洋側で2500mm以上であるのに対して、瀬戸内側では2000mm以下である。太平洋側と瀬戸内側にそれぞれ4地域ずつからヒノキとスギ林分を選定した。葉、根、有機物層、鉱質土壌を採取し、得られた試料について窒素安定同位体比を測定した。その結果、葉と根の窒素同位体比は降水量や樹種による違いは認められなかった。鉱質土壌の窒素同位体比はスギとヒノキのどちらでも多雨地域で高い傾向を示した。葉の窒素同位体比は鉱質土壌よりも堆積有機物層に近い値を示した。また、鉱質土壌の窒素安定同位体比は、葉の分解試験におけるC/N比が高いほど高い傾向を示した。多雨地域では分解群集が窒素の乏しい環境に適応しているために、分解にともなうC/N比の低下が抑制され、有機物分解に伴う窒素の放出は大きいと考えられた。これらの結果より、多雨地域においては、堆積有機物層から放出される窒素源が植栽木にとって重要であると考えられた。一方、少雨地域では葉の窒素同位体比は鉱質土壌の値と近い値を示し、鉱質土壌において無機化される窒素源が植栽木にとって重要であると考えられた。したがって、ヒノキ、スギが吸収する窒素の給源について、窒素安定同位体比の分布様式から有効な情報を得ることができた。ヒノキ林において間伐を実施すると、残存木が利用することのできる光、水、養分などの資源が増加する。また、間伐後には林床における下層植生が増加する。これらの変化は、残存木や下層植生の窒素利用様式に影響を及ぼすことが予想される。植物の窒素安定同位体比は植物が利用する窒素源によって異なることが知らせており、間伐がヒノキと下層植生の窒素利用に及ぼす影響を明らかにすることができる。本研究では、高知県の異なる標高域(天狗1150m,旧宮710m)にヒノキ林を選定した。それぞれのヒノキ林に斜面に隣り合う2つの20m ×20mの調査区を設定した。一方を50%の割合で間伐し、もう一方を無間伐の対照区とした。間伐後6年間にわたりヒノキと下層植生(天狗ではシロモジ、旧宮ではケクロモジ)の葉を採取した。窒素資源の多い天狗ではヒノキの窒素安定同位体比は4-6年後には間伐区で有意に増加した。一方、下層植生の窒素安定同位体比は、間伐区では有意に低下し、ヒノキに近い値を示した。これらの結果より、無間伐区ではヒノキと下層植生が異なる窒素源を利用するが、間伐区では共通の窒素源を多く利用することが示唆された。窒素資源の乏しい旧宮ではヒノキの窒素安定同位体比に間伐区と対照区の差は認められなかった。下層植生の窒素安定同位体比は対照区でヒノキに近い値を示し、間伐区で1、4,6年後に対照区よりも有意に高かった。この結果より、貧栄養な条件では対照区ではヒノキと下層植生が共通の窒素源を多く利用していること、間伐区では窒素資源の増加に対応して、下層植生の窒素源は変化するがヒノキの窒素源は変化しないことが示唆された。下層植生はヒノキに比べて窒素資源の増加に対して窒素源を速やかに変化させる能力が高いと考えられた。ヒノキ人工林において間伐を実施すると、残存木にとっての土壌の水分、窒素資源が増加し、水分や窒素の利用効率に影響を及ぼすと考えられる。葉の窒素濃度、窒素安定同位体比(δ15N)、は、それぞれ、窒素吸収量、窒素吸収源の指標として利用されており、これらの指標から間伐前後の残存木の資源利用の変化を明らかにすることが期待される。本研究では、高知県のヒノキ林において、間伐前後のヒノキ葉の性質の変化を明らかにした。6つの処理区(高標高地域では無間伐区、35%間伐区、50%間伐区、50%列状間伐区、低標高地域では、無間伐区、50%間伐区)について20m×20mの調査区を3繰り返しで設定し、生育期前に間伐を実施した。間伐前年と間伐翌年に夏にスリングショットを用いてヒノキの葉を採取し、窒素濃度およびδ15Nを分析した。その結果、18林分のヒノキ葉の窒素濃度は間伐前年に7.913.4 mg/g、間伐翌年に7.712.7 mg/gを示した。

2時期の窒素濃度の変化量は、-1.2+2.1 mg/gであり、間伐前の窒素濃度が低いほど、間伐率が大きいほど間伐翌年に増加する傾向が認められた。葉のδ15Nは、間伐前年には-5.9-1.6‰、間伐翌年には-6.0-2.0‰を示した。δ15Nの2時期の変化は-0.60.8‰であり、間伐率や伐採前の葉の窒素特性との関係は有意ではなかった。これらの結果より、間伐前に窒素制限を受けている林分ほど間伐後に窒素吸収量が増加するが、ヒノキの窒素源はあまり変化しないと考えられた。高知県のヒノキ林で間伐前後で窒素安定同位体比は変化せず、窒素源の変化が小さいことが示唆された。おおむね計画通りに研究を進めることができた。ヒノキ人工林において間伐を実施すると、残存木にとっての土壌の水分、窒素資源が増加し、水分や窒素の利用効率に影響を及ぼす。葉の窒素濃度、窒素安定同位体比は、それぞれ、窒素吸収量、窒素吸収源の指標として利用されており、これらの指標から間伐前後の残存木の窒素利用の変化を明らかにすることができる。高知県いの町および土佐清水市のヒノキ林において、間伐処理区を設定し、間伐によるヒノキ葉の性質の変化を明らかにした。間伐後の葉の窒素濃度は、間伐前の窒素濃度が低く間伐率が大きい林分で増加する傾向が認められた。間伐前後で窒素安定同位体比は変化しなかった。また、高知県津野町のヒノキ林において間伐後の樹冠葉量と窒素濃度の変化を評価した。間伐前のヒノキ葉量は15.116.8Mg/haであった。間伐によって葉量は3.710.4 Mg/ha減少し、その割合(2369%)は材積の間伐率に近かった。間伐10年後には葉量は6.918.1 Mg/haであった。間伐による葉量減少に対する10年間の葉量増加の割合は2157%であり、回復期間は1849年と推定された。また、葉の窒素濃度は間伐直後には強度に間伐した林分で増加する傾向が認められるが、間伐10年後には無間伐区との有意な差は認められなかった。間伐直後には、下層植生が少ないため、ヒノキは土壌中の窒素を多く利用することができるが、時間が経過すると下層植生の窒素吸収が旺盛であるために、ヒノキ葉の窒素濃度の増加は抑制された。以上の結果より、間伐後のヒノキの窒素吸収の増加は一時的であること、ヒノキ葉量の回復には長期間を要し、窒素吸収量の増加は限定的であることが示唆された。ヒノキ人工林において間伐を実施すると下層植生が発達する。下層植生は窒素濃度の高い落葉を供給して土壌の窒素資源を改善する効果が期待されるが、土壌の窒素資源に対してはヒノキと競争関係にある。高知県ヒノキ林において間伐10年後の樹冠窒素量は、間伐した林分で低く維持されていた。ヒノキの葉量回復速度が遅いため窒素吸収の増加は限定的であった。ヒノキと下層植生の土壌の窒素源を窒素安定同位体比で評価した結果、対照区ではヒノキと下層植生が異なる窒素源、間伐区では共通の窒素源を利用していた。間伐によってヒノキと下層植生の窒素をめぐる競争は緩和された。高知県のヒノキ人工林において、間伐が植栽木と下層植生の葉の窒素安定同位体比に及ぼす影響を明らかにすることができた。高知県の立木密度が異なる森林において、ヒノキと下層植生の葉を採取し窒素安定同位体比を測定する。窒素安定同位体比を窒素吸収源の指標として、ヒノキと下層植生の競争関係を明らかにする。これまでの成果をとりまとめ、論文を投稿する。森林生態学全国のリターフォールの結果を取りまとめヒノキ林における植栽木と下層植生の窒素吸収量の割合を明らかにし、下層植生による植栽木の窒素吸収促進効果を評価する。
上手に説得されることで人を楽しませるゲームAIの構築

人狼ゲームは会話のみから相手の意図を理解し,背景を推理し,協調し,時には説得を試みるといった,我々の持つ極めて高度な知的能力を駆使して行うゲームであり,今後,人工知能が社会に浸透するうえで大きな障壁であるコミュニケーションの課題を多分に含んでいる.本研究では,人狼ゲームの醍醐味の一つである「説得」に着目し,上手に説得されることにより,人を楽しませる人狼ゲームエージェントの実現を目指し,研究を実施している.本研究で生まれる技術は,人工知能のより人間に近い社会性の獲得につながる.また,人が相手の立場に立って考え,コミュニケーションを行うための有効な方策や要素に関する新たな知見を生む.さらに,その知見は会話・異文化教育への応用も期待される現在までに,被説得人狼ゲームエージェント実現のために必要なデータとして,人狼ゲームにおける説得対話の収集を実施し,100対話の収集を完了した.本説得対話は,人狼ゲームにおける特定の状況下で,説得するプレイヤと説得されるプレイヤの対話をクラウドソーシングにより作成した.なお,対話収集は今後も行っていく予定である.また,自然言語で発話されたプレイヤーの発言を意味表現に変換する発話意図理解モジュールの実装も完了した.本モジュールでは,述語項構造解析を行うことで得られた発話文の構造と事前に定義した意味表現セットとの間でマッチングを行うことにより,発話文の意図を獲得する.今後も本モジュールの改良は続けていく.計画通りにデータ収集,および発話意図理解モジュールの実装が完了しており,順調である.先に述べたように,説得対話のさらなる収集と発話意図理解モジュールの改良を続けるとともに,それらを組み合わせ,被説得対話モデルを構築する.本モデルでは,発話は収集したデータから抽出したものを用い,同じく対話データをもとに説得状況の管理を行う.人狼ゲームは会話のみから相手の意図を理解し,背景を推理し,協調し,時には説得を試みるといった,我々の持つ極めて高度な知的能力を駆使して行うゲームであり,今後,人工知能が社会に浸透するうえで大きな障壁であるコミュニケーションの課題を多分に含んでいる.本研究では,人狼ゲームの醍醐味の一つである「説得」に着目し,上手に説得されることにより,人を楽しませる人狼ゲームエージェントの実現を目指し,研究を実施している.本研究で生まれる技術は,人工知能のより人間に近い社会性の獲得につながる.また,人が相手の立場に立って考え,コミュニケーションを行うための有効な方策や要素に関する新たな知見を生む.さらに,その知見は会話・異文化教育への応用も期待される現在までに,被説得人狼ゲームエージェント実現のために必要なデータとして,人狼ゲームにおける説得対話の収集を実施し,100対話の収集を完了した.本説得対話は,人狼ゲームにおける特定の状況下で,説得するプレイヤと説得されるプレイヤの対話をクラウドソーシングにより作成した.なお,対話収集は今後も行っていく予定である.また,自然言語で発話されたプレイヤーの発言を意味表現に変換する発話意図理解モジュールの実装も完了した.本モジュールでは,述語項構造解析を行うことで得られた発話文の構造と事前に定義した意味表現セットとの間でマッチングを行うことにより,発話文の意図を獲得する.今後も本モジュールの改良は続けていく.計画通りにデータ収集,および発話意図理解モジュールの実装が完了しており,順調である.先に述べたように,説得対話のさらなる収集と発話意図理解モジュールの改良を続けるとともに,それらを組み合わせ,被説得対話モデルを構築する.本モデルでは,発話は収集したデータから抽出したものを用い,同じく対話データをもとに説得状況の管理を行う.時期的に発表できる適切な国際会議等がなく,出張回数が予定よりも少なくなったほか,物品に関しても納期の関係で次年度に持ち越したものがあった.次年度は国際会議への投稿も予定しているほか,データ収集費用,計算機の購入などに使用する予定である.
植物ゲノムに存在する非レトロウイルス様配列の挿入メカニズムと病理学的意義

近年,哺乳動物などの核ゲノムに非レトロRNAウイルス様配列(NRVS)が発見され,それらは古のウイルス感染記録と考えられている.本研究では,植物,菌類,昆虫の核ゲノムで新規NRVSを探索し,配列解析を行った.その結果,プラス鎖RNAウイルスであるベニウイルスの感染記録を植物(ヒヨコマメ)と昆虫(サシガメ)の核ゲノムに見出した.加えて,菌類ではじめてとなるマイナス鎖RNAウイルスの感染記録をうどんこ病菌核ゲノムに発見した.これらの成果はRNAウイルスの起源や進化を考える上で興味深い情報を提供する.さらに,本研究ではこれらのNRSVの挿入メカニズムと生物学的な存在意義について議論を加えた.申請者らは、2011年に植物ゲノム上に「古のウイルス感染記録」(いわゆるウイルス化石配列)と考えられる「非レトロRNAウイルス様配列(NRVS)」をはじめて発見した。本研究では新規NRVSのさらなる探索を進め,それらと現代ウイルスとの関係を理解するとともに共に、これらの配列の「ゲノム挿入メカニズム」や配列の「存在意義」を理解するための基盤整備を行うことを目指している。本年度の主な実績は以下の通り。1.植物ゲノム上のNRVS検索:ゴボウ斑紋ウイルス(BdMoV、ベニウイルス属の新規ウイルス種)の解析の過程で、ベニウイルス複製酵素の類似配列が植物(ヒヨコマメ)と昆虫(サシガメ)の核ゲノム配列データ中に見出され,その一部はゲノミックPCRで配列断片の存在を確認した.このような核ゲノム上のウイルス様配列の存在はベニウイルス祖先種の植物や昆虫への感染イベントを唆示する。また、これらの配列にはレトロ因子様配列が隣接しており、その挿入メカニズムを考える上で興味深い。2.菌類モノネガウイルスの探索:昨年度のNRVS検索の過程で、うどんこ病菌(Erysiphe pisi)ゲノムにマイナス鎖RNAウイルス(モノネガウイルス)様配列を発見し、さらにダラースポット病菌(Sclerotinia homoeocarpa)転写物データベース中にほぼ全長のウイルスゲノムが見出されている。本年度は、まずこれまで見出されたモノネガウイルス様配列(MLLS)とモノネガウイルス代表種の複製酵素を用いた分子系統学的な解析を進めた。さらに、マイナス鎖RNAウイルスの存在を証明するため、日本産ダラースポット病菌5株を入手しRT-PCRでモノネガウイルス感染の有無を検討した。その結果、2株よりモノネガウイルス様断片の増幅が確認され、菌類ではじめてモノネガウイルスの存在を実証した。近年,哺乳動物などの核ゲノムに非レトロRNAウイルス様配列(NRVS)が発見され,それらは古のウイルス感染記録と考えられている.本研究では,植物,菌類,昆虫の核ゲノムで新規NRVSを探索し,配列解析を行った.その結果,プラス鎖RNAウイルスであるベニウイルスの感染記録を植物(ヒヨコマメ)と昆虫(サシガメ)の核ゲノムに見出した.加えて,菌類ではじめてとなるマイナス鎖RNAウイルスの感染記録をうどんこ病菌核ゲノムに発見した.これらの成果はRNAウイルスの起源や進化を考える上で興味深い情報を提供する.さらに,本研究ではこれらのNRSVの挿入メカニズムと生物学的な存在意義について議論を加えた.申請者らは、2011年に植物ゲノム上に古のウイルス感染記録(いわゆるウイルス化石配列)と考えられる非レトロRNAウイルス様配列(NRVS)をはじめて発見した。そこで本研究では、植物ゲノム上で新規NRVSを探索すると共に、ウイルス媒介者が多数含まれる昆虫類や植物を取り巻く病原菌類のゲノムでもNRVSの探索を行った。1.新規に登録された植物ゲノムデータベースを検索したところ、既知のパルティテウイルスタイプ(PCLS)やバリコサウイルスタイプ(RNLS)の新たなNRVSを複数検出した。このうちバラ科(リンゴ、チュウゴクナシ、イチゴ)のPCLS7配列はゲノムの同一領域に座上していたことから、その挿入イベントは非常に古くこれら植物の分岐前に起こった可能性が示唆された。2.昆虫類ゲノムのデータベース検索では、プラス鎖RNAウイルス類似配列が複数発見された。興味深いことに、これらの配列は植物RNAウイルス(アルファウイルス様スーパーファミリー)の複製酵素と相同性が認められた。さらに、数種昆虫ではゲノムPCRでこれらのウイルス様配列の存在を確認することができた。3.菌類ゲノムのデータベース探索では,植物病原糸状菌であるうどんこ病菌(Erysiphe pisi)で非分節型のマイナス鎖RNAウイルス(モノネガウイルス)の複製酵素(L)に類似した配列が複数発見された。それら配列はゲノムPCRでうどんこ病菌のゲノムに存在する事が確認された。さらに、ダラースポット病菌(Sclerotinia homoeocarpa)では、転写物データベース中にL遺伝子全長域をカバーする8-10kbのコンティグ配列が見出された。これら菌類ゲノムと転写物の情報は、菌類で未発見であったマイナス鎖RNAウイルスの存在を強く示唆している。本研究では宿主ゲノム上に存在する非レトロRNAウイルス様配列(NRVS,古のウイルス感染記)のさらなる探索を、植物ならびに関連の深い昆虫や菌類で展開し,それらと現代ウイルスとの関係を理解することを目指している。さらに、これらのNRVS配列のゲノム挿入メカニズムや配列の存在意義を理解するための基盤整備を目的とした。1.植物・昆虫類ゲノム上のNRVS検索では、植物RNAウイルス(アルファウイルス様スーパーファミリー)の複製酵素類似配列が数種昆虫種で見出されている。このうちマルハナバチ属の解析では、ゲノムPCRにより異なる種間で近似のNRVS配列が増幅され、挿入イベントがマルハナバチの種分化のタイミングまで遡ると想像された。

また、他の昆虫類の転写物データベースに現代版の近縁ウイルスの存在も示唆された。分子系統解析の結果、これらのNRVSは既知植物ウイルス(ビルガ、ブロモ、クロステロウイルス科など)とは独立したクレードを形成した。2. NRVS検索で発見した菌類モノネガウイルス(マイナス鎖RNAウイルス)の一種は,昨年度ダラースポット病菌に存在することを見出した。本年度は、新たに食用キノコに別種のモノネガウイルスの感染が示唆され、その部分配列を取得した。さらに、データベースの転写物やゲノム配列の再検索を行った結果、昆虫類に多様なモノネガウイルスの存在が示唆された。これらの配列を用いた分子系統解析により、既知のラブド、フィロ、パラミクソ、ボルナ、ニャミウイルス科とは独立した複数のクレードが確認され、未知のウイルス科を形成するグループの存在が示唆された。植物病理1.植物の非レトロRNAウイルス様配列(NRVS)はこれまで、dsRNAウイルス(パルティテウイルス)とマイナス(-)鎖RNAウイルス(バリコサウイルス)の外被蛋白質CPやヌクレオキャプシド蛋白質Nの類似配列が中心で、植物で最もポピュラーなプラス(+)鎖RNAウイルスの配列はキュウリのフレキシウイルス複製酵素様配列1件のみであった。本年度、植物の(+)鎖RNAウイルスでは2例目となるウイルス様配列断片(ベニウイルス感染記録と考えられる)を植物核ゲノム上に発見し、その成果を論文として発表した。ベニウイルスは土壌生息菌類により伝搬されるが、昆虫ゲノムにもその感染記録が見出されたことは、ベニウイルスの進化を考える上で大変興味深く、NRVS探索の有用性を示す成果である。2.モノネガウイルス(マイナス(-)鎖RNAウイルスの代表格)の感染記録(化石配列)は動・植物に広く存在するが、我々は植物に密接に関わる病原糸状菌でその存在を発見し、現代版菌類ウイルスの存在を示唆した(本成果はVirology誌にすでに公表されているが、エディターセレクション2013のEssential Collectionに選出された)。本年度は、さらに菌類のモノネガウイルスの感染菌株の探索を行い、二株の感染菌株の取得に成功し、今後の病原学的解析を可能とした。この成果は、エマージェングウイルスを多数包含するモノネガウイルス研究に,動物・植物だけでなく新たに菌類という新しい宿主系を追加できることを意味している。3. NRVS探索や関連ウイルス配列のゲノム解析の成果を受け、新規ウイルス科、BenyviridaeならびにNyamiviridaeの創設を関連研究者と共同で国際ウイルス分類委員会に提案した。NRVS自体はあくまでウイルスではないので分類学の対象ではないが、本研究の成果がウイルス分類学を進める上でその一助になることを示すことができた。植物・昆虫類・菌類のゲノム上に新規の
コンクリートの破面解析の体系構築と実構造物界面の力学特性値向上への応用

本年度の研究目的は,コンクリートの破壊機構を考慮して実構造物界面の付着性能を向上させ,コンクリート構造物の補修・補強工事の効果を高めることである。本年度は(1)凍害を受けたコンクリートの補修実験と(2)UHPFRC薄肉埋設型枠の開発を実施した。(1)凍害を受けたコンクリートの補修実験岐阜大学・六郷恵哲教授のもと,凍害を受けたコンクリートを対象に補修方法を検討し,再劣化しにくい補修方法を提案した。実験では,一面のみ凍害劣化したコンクリート供試体を作製し,劣化面に対して深さの異なるウォータージェット処理と種類の異なる補修材を用いて補修を行った。補修後の再劣化挙動を考察した結果,ウォータージェットによって劣化部をより深く除去した場合に,補修後の再劣化進行が小さいことが明らかになった。補修材として性能が優れていた材料は,ポリマーセメントモルタルと複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材(HPFRCC)であった。これまで,実際に凍害を受けた試験体の補修を行った例は見られず,本研究成果は貴重な実験データとなった。さらに,破面解析の知見を応用したことに特徴があり,補修前の母材の凹凸度が補修効果に大きな影響を及ぼすことが明らかになった。(2)UHPFRC薄肉埋設型枠の開発スイス連邦工科大学・Eugen Bruhwiler教授のもと,構造物の補修に用いるUHPFRC(超高性能繊維補強モルタル)製の薄肉埋設型枠の作製に着手し,埋設型枠とコンクリート躯体との付着強度向上策を検討した。実験と有限要素解析の結果,UHPFRCの裏あしとして凹凸部を作製した場合に付着強度が向上した。その理由として,凹凸部の効果は界面の付着面積を増やすだけで無く,凸部のコンクリート部に対する引抜きだぼ効果が影響することを確認した。本実験でも破面解析の知見を応用して,埋設型枠の裏あしの凹凸形状を定量的に評価し,裏あし形状と強度との関係を明らかにした。
並列論理型言語によるプログラミング法に関する研究

並列論理型言語によるプログラミング方法論の基礎的な研究として、本年度はいくつかの探索問題について問題の再帰的な記述および制約条件の付加を行い、そこから並列プログラムを導出する研究を行った。研究内容は2つに分けることができる。一つは部分問題の解を並列なプロセスと考え、問題の再帰的な記述をボトムアップに見ることにより小さな部分問題の解からより大きな部分問題の解の構成を行うプログラムを通信を行う並列プロセスとして定義することである。これにはいくつかの多様性が存在するものの、機械的な操作でプログラミングが行えることがわかった。もう一つは、問題に付加された制約条件を部分問題に対応するプロセスとは独立の並列プロセスとして定義し、プロセス間で通信されるデ-タから条件を満たさない要素を取り除くフィルタ-として実現することである。これによって、見通しよくかつ並列度の高いプログラミングを行うことができることがわかった。また、具体的な応用として自然言語解析のための並列構文解析システムを開発しており、本年度は、自然言語に現れる熟語などの特徴的な構文構造の解析に対して並列プログラムの考え方が有効に働くことを示した。一方、自然言語の解析については瞹眛性の解消が重要な研究課題であり、そのためには文の局所的な情報だけでなく全体の構造や文を越えた文脈に関する情報を参照する必要が生じる。このための材細として、本研究で考えている並列プログラムにおける大局的な情報の参照を行う機能が重要であると考え、その基礎的な研究も合わせて行った。
超伝導・超流動体における、時間反転対称性をもつ量子渦の理論

時間反転対称性をもつ超伝導渦における不純物効果を調べるために、不純物効果とギャップ方程式の両方を自己無撞着に数値的に解き、超伝導渦まわりのエネルギーギャップの空間依存性の温度変化を調べた。その結果、カイラルP波超伝導体における渦糸まわりでは不純物効果が効かず、渦半径の収縮効果(Kramer-Pesch効果)が極低温まで観測され得ることを理論的に示すことが出来た.これは参照のために行ったS波超伝導渦におけるKramer-Pesch効果が、不純物散乱のために低温ではぼやけてしまうのと対照的である。カイラルP波超伝導体はSr2RuO4で実現していると考えられる。またKramer-Pesch効果は、渦糸周りの電流分布をミューオンスピン緩和法で測定することによって観測され得る。本研究によって時間反転対称性をもつ超伝導渦の特異な性質のひとつが見出され、かつその実験的検証も提案されたことになる。時間反転対称性をもつ渦糸に対する不純物散乱効果を調べる際の関連テーマとして超流動ボース系における散乱問題に取り組み、異常トンネル効果と呼ばれる低エネルギー粒子に対するトンネル効果を調べた。その結果トンネルバリアーの詳細によらず超流動凝縮体の上の励起粒子は、低エネルギー極限で完全透過することを示した。類似の現象は、バルクのS波超伝導体における非磁性不純物効果や本研究課題のテーマである時間反転対称性をもつ超伝導渦における不純物効果でも見られており、不純物に対する特異な現象は、時間反転対称性をもつ量子凝縮系に普遍的な現象であることが強く示唆される。銅酸化物超伝導体は、2次元系が積み重なって層状構造をなしている。その層に垂直な方向(C軸方向)に、多数の柱状欠陥を重イオン照射によって打ち込むと隣り合う層の間の相関が磁場の関数として非単調な振る舞いをする。層間の相関が強ければ系は3次元的に振る舞い、相関が切れれば各層は独立になり、系は2次元的に振舞う。この現象の最も興味深い点は、柱状欠陥の本数と渦糸の本数の比が3:1になるときにリエントラントが起こる点にある。次元性のリエントラント現象が不連続転移かクロスオーバーかは実験的には決着していない。一方、モンテカルロシミュレーション(R.Sugano et al PRL{bf 80}(1998)2925-2928)によれば、柱状欠陥と渦糸の本数比が3:1付近でたしかにC軸方向の相関が不連続に変化し、次元性のリエントランスが起こることが示されている。さらに不連続転移が各層内における渦糸のピンニング・デピニングの不連続転移によるものだと解釈している。われわれは菅野理論を批判的に検証し、ピニング・デピニング転移は2次元系、3次元系ともに存在しないこと、次元性のリエントラントはクロスオーバーであることをモンテカルロ法による数値計算で示した.また異方的超伝導体の渦糸状態における局所状態密度の解析理論を構築し、渦糸のまわりの電子状態の空間パターンと、k空間におけるペア波動関数の異方性との関連を明らかにした。NbSe2,YNiBC,CePt3Siに応用し、走査型トンネル顕微鏡による実空間の観察が、ペア相互作用の対称性を決定する上で重要なツールになり得ることを示した点に意義がある.また局所状態密度に関する従来の理論は数値計算によるものだったのに対して、われわれの方法は準古典運動方程式の可積分性を用いる解析的な手法であり、フェルミ面の異方性を取り入れることも可能な拡張性に、手法としての意義がある。前年度に開発した、量子渦まわりの電子状態の解析的理論に、LDA(密度汎関数法)によって得られたバンド構造を取り込んで、ボロカーバイド超伝導体(YNi2B2C)の超伝導渦糸状態における局所状態密度を計算し、実験結果との比較検討を行った。

さらにLDAによるバンド構造を取り入れたドップラーシフト法により磁場中超伝導状態の熱伝導度、比熱の磁場方向依存性も計算し、熱伝導度と局所状態密度の実験結果を統一的に説明する超伝導ギャップの異方性(ノードの位置や極大、極小の位置)を決定した。熱伝導度の磁場方向依存性は、ノードの位置に敏感であり、渦糸まわりの局所状態密度は超伝導ギャップの最大値、極大値がフェルミ面上のどの位置にあるかに敏感に依存する。両実験結果は相補的な情報を与えるために、それらの実験結果からフェルミ面全体における超伝導体ギャップの関数形を推測できるというのがわれわれの得た知見である。これらの知見は、理論が解析的に与えられているためにフェルミ面の各点に対応する準粒子の寄与を分析できたことによって得られている。さらに磁場方向を回転させながらc軸に垂直な面におけるSTM像を撮ることにより、3次元超伝導体において、フェルミ面全体における超伝導ギャップの振る舞いを知ることができることを指摘し、回転磁場中でのボロカーバイド超伝導体(YNi2B2C)における渦糸まわりの電子状態の計算を行った。より基礎的なテーマとして分数量子磁束を持つ渦糸まわりのアンドレーエフ状態についてその、束縛状態の数と分数磁束の関係が普遍的であることを示し、実空間における電子状態の異方的パターンの数値計算と解析的解釈を行った。前年度までに得られた電子状態に対する運動方程式の解析解を用いて現実の系に即したバンド構造の異方性を入れた電子状態の理論を構築した。具体的にはボロカーバイド超伝導体YNi2B2Cのバンド構造計算の結果(Yamauchi, et. al. 2004)を取り込んで渦糸まわりの状態密度を計算し、走査型トンネル分光、顕微鏡で得られた実験結果(Nishimori 2004)との比較を行った。その際に実験結果から超伝導ギャップに異方性を決定知る方法を次のように提案した。すなわち、渦糸周りの電子状態から、フェルミ面のうち、ノードから離れたい場所での超伝導ギャップの構造が決定され、磁場回転熱伝導度の実験からフェルミ面上のノードの位置を推定することができる。すなわち第一原理計算によって得られたバンド構造と渦糸周りの局所的な電子状態を測定できる走査型トンネル顕微鏡、分光装置と、磁場回転熱伝導度のデータを相補的に活用することで、超伝導ギャップの異方性を決定することができる。その際にわれわれが得た渦糸まわりの電子状態の解析解は有効である。またわれわれの解析的理論を援用して、分数渦度をもつ超伝導渦糸まわりのアンドレーエフ束縛状態の性質を用いて調べ、物質の個性によらず、秩序変数の多価性だけから束縛状態の数が決まる普遍的な性質があることを見出した。また分数渦の周りの電子状態は著しく異方的であり、局所状態密度の観測から分数渦が同定できる可能性があることを指摘した。われわれの結果は秩序変数の異方性を取り入れた分数量子渦の電子状態の理論の基礎となり、異方的超伝導体で実現しうる分数量子渦を今後実験的に検証する上で役立つと期待される。
高齢者の不眠に対する認知行動療法の最適化

不眠症は成人期以降に多く見られる睡眠障害の1つであり,特に高齢期になるとその有病率は突出して高くなる。不眠症はうつ病の発症・再発予防,自殺行動に寄与することから,高齢者の不眠症対策がメンタルヘルスの向上,ひいては健康寿命の増加につながると考えられる。現在,成人期と高齢期の不眠症では,1発症・維持メカニズムが異なること,2高齢期の不眠に対して認知行動療法(CBT-I)と身体活動の有効性が示されているが,身体活動はCBT-Iの治療要素の1つであること,3高齢期の不眠に対するCBT-Iは成人期のそれよりも効果が劣ることから,どの治療構成要素が高齢期の不眠改善に有効であるかを明らかにする必要がある。
全球エアロゾル輸送・放射モデルを用いたエアロゾルの気象場に対する影響に関する研究

エアロゾルは直接・間接効果により地球大気の放射収支の平衡状態に変化をもたらし、地表気温・雲・風・大気安定度等の変動に寄与すると考えられている。しかし、エアロゾルと気象場とのフィードバックを定量的に解析した研究は過去にほとんど例がない。そこで本研究では、研究代表者がこれまで開発してきた大気大循環モデルをベースとしているエアロゾル輸送・放射モデルSPRINTARSを用いて、エアロゾルの気象場に対する影響の評価を行った。昨年度は、簡易海洋モデルと結合した大気大循環モデルで予報される気象場を用いてエアロゾルの全球分布の再現性が妥当であるかのチェックを行い、その後、エアロゾルの気象場に対する影響を具体的に評価するための数値実験を開始した。本年度は実験を継続し、シミュレーションから得られた結果の解析を行った。特に人為起源エアロゾルの直接・間接効果による地表気温・雲水量・降水量・雲粒径等の変化に着目し季節・地域毎に詳細に検証した。その際に、雲・降水量に関する観測データを使用してシミュレーション結果との比較を行い、エアロゾル・雲相互作用を考慮した雲粒・降水スキームの妥当性を確認した。シミュレーション結果の解析により、人為起源エアロゾルは、雲の反射率増大に寄与する雲粒径の減少(エアロゾル第1種間接効果)を全球規模で起こす一方、降水量の変化に関しては、エアロゾル直接効果及び第1種間接効果による気温変化に伴う水循環の変化のシグナルの方が、雲粒径の減少による降水量の減少(エアロゾル第2種間接効果)のシグナルよりも大きいことが示唆された。ただし、人為起源エアロゾルの多い東アジア域や北大西洋域では、第2種間接効果の傾向が見られた。また、人為起源エアロゾルは、人為起源温室効果気体による地表気温の上昇を40%抑制することが示された。本課題の研究成果は学術雑誌に投稿し受理された。そこで本研究では、研究代表者がこれまで開発してきた大気大循環モデルをベースとしているエアロゾル輸送・放射モデルSPRINTARSを用いて、エアロゾルの気象場に対する影響を評価する。今年度はまず、これまで客観解析データの風・気温・比湿を用いて気象場にナッジングをかけながら使用することが多かったSPRINTARSについて、大気大循環モデルで予報される気象場を用いてエアロゾル分布の再現性が妥当であるかのチェックを行った。様々な観測値と比較をしたところ概ね良い一致が見られた。次に、気象場の変動を評価するためには海洋モデルが必要であるため、SPRINTARSと海洋混合層モデルを結合した実験を開始した。エアロゾル間接効果を評価する際の重要なパラメータである雲粒径・雲水量・降水量に関して実験結果と観測値とを比較したところ、概ね良好な一致が見られた。本研究による人為起源エアロゾルの直接・間接効果放射強制力は、それぞれ-0.1Wm^<-2>,-0.8Wm^<-2>と計算された。以上の実験結果は、IPCC第4次報告書(2007年発行予定)に貢献できると思われる。また、SPRINTARSによるエアロゾル分布の再現性の検証となる東アジア域に着目したシミュレーション結果を論文として発表した。
オルタナティブ呼吸経路の強化によるスーパーライスの作出

植物は塩ストレスをはじめ、様々なストレス状態下では、過剰になったエネルギーによって活性酸素を生成し、これが細胞に障害を与えてしまう。過剰なエネルギー生成による活性酸素発生を抑えるシステムとして、植物はalternative oxidase(AOX)が関わったオルタナティブ呼吸系を有している。本研究では遺伝子導入によってイネAOX遺伝子を過剰発現させたイネ植物体を用い、この植物体がストレス条件下で耐性を持つのかを、オルタナティブ呼吸、チトクローム系呼吸の各速度を測定し、オルタナティブ呼吸増強が耐ストレス機構として有用であるかについて検討する。今年度はイネAOX1a,AOX1b遺伝子を導入したイネ(ササニシキ)植物体に塩ストレスを与え、活性酸素量と各経路の呼吸量を測定し以下の結果を得た。・AOX1a遺伝子、またはAOX1b遺伝子を過剰発現させた系統では高発現のイネ・低発現のイネともに葉内活性酸素含量は塩処理前後であまり変化していなかった。・塩処理によってAOX1a,AOX1b遺伝子の発現量は増加したが、組換え体とWT(ササニシキ)の間には差が見られず、形質転換による遺伝子発現の増加効果は見られなかった。・各経路の呼吸速度を算出したところ、塩処理後にはシトクローム呼吸速度の著しい低下が見られた。一方オルタナティブ呼吸速度は塩処理後、わずかではあるが上昇していた。しかし組換え体とWTとの間に違いは見られなかった。以上のことから組換えによるオルタナティブ呼吸の増強よりも塩ストレスによる応答によりオルタナティブ呼吸の割合が増え、それにより活性酸素の生成を抑えたと考えられた。今年度はイネAOX1a,AOX1b遺伝子を導入したイネ(ササニシキ)20系統について、AOX蛋白量をウェスタンハイブリダイゼーション法で、遺伝子発現量をPCRで確認し、クラス分けを行った。またクラス分けを行ったイネ植物体を数段階の塩濃度下の水耕液によって育成し、次の結果を得た。・塩処理によってAOX1a, AOX1b遺伝子の発現量は増加したが、組換え体とWT(ササニシキ)の問には差が見られず、形質転換による遺伝子発現の増加効果は見られなかった。・総呼吸速度は塩処理によって著しく減少したが、総呼吸速度に占めるオルタナティブ呼吸の割合(A)は増加した。AはWTでは11.6%から18.5%増加した程度であったが、AOX1aを導入した系統は40%、AOX1bを導入した系統は50%近くまで上昇したことより、遺伝子導入によりオルタナティブ呼吸が増強されたものと考えられた。
空間構造の下での利他行動と資源競争の進化に関する理論的研究

同種の個体間の利他行動がどのように進化してきたのかという問題は、進化生態学の大きな問題の一つである。その進化には、空間上での個体の分布の仕方が大きく関わっていると考えられている。本研究では、2次元空間上で利他行動のレベルとともに資源をめぐる収奪能力のレベルが同時に進化する場合を想定し、それらの進化動態をコンピュータシミュレーションにより解析した。その結果、資源収奪のレベルが高まる方向へと進化が起きることで、個体がまとまって分布するクラスター構造を作って規則的に分布する特徴的な空間パターンが現れ、それを通じて利他行動の進化ががより強化されうることが明らかになった。本年度は、二次元空間上での利他行動の進化をシミュレートするための基盤となるプログラムの作成を進めた。本年度の研究予算からの支出により、そのシミュレーションプログラムを作成・実行するためのコンピュータを購入し計算環境を整えた。また海外の研究者を訪問し、当研究課題を遂行するための情報収集を行った。それらの準備を踏まえ、各個体を明示的に記述する個体ベースモデルを用いたプログラムを作成し、シミュレーションによってモデルの理論的解析を進めている。プログラムの作成にはC言語と数式処理アプリケーションであるMathematicaを用い、複数のシミュレーションを様々なパラメータの下で並列的に実行するプログラムを作成することで効率的な解析を実現している。現時点までの解析によって、資源収奪能力と利他行動がともに進化する状況で、利他行動の進化が大きく促進されうることが明らかになりつつある。特に、環境中の資源が潤沢であり、また資源を巡る競争傾向が強い環境で、利他行動の進化がより促進される傾向が示されつつある。本システムにおいては、個体の分布パターンの空間構造が、利他行動の進化に大きく関わっているようである。資源収奪と利他行動の進化ダイナミクスと、個体の空間分布の間の生態-進化フィードバックが、利他行動の進化を駆動していると考えられる。これまで成果は、国際学会や国際ワークショップにおいて発表されている。今後、システムの挙動のパラメータ依存性を中心に、進化ダイナミクスの特性に関する詳細な解析を進める計画である。本研究課題は計画通り順調に進展している。現時点までの研究内容を国際学会および国際ワークショップで発表しており、また本研究課題と関連する研究内容を、当該年度中に3報の論文として発表している。2016年度は、前年度までに作成したプログラムを用いたシミュレーションによって、空間上での利他行動の進化過程を解析した。これまでの解析により、利他行動と同時に資源収奪能力が進化する状況で、利他行動の進化が大きく促進されうることが明らかになっている。特に環境中の資源が潤沢で、また資源を巡る競争傾向が強い状況で、利他行動の進化がより促進される傾向が示されている。本年度は、そうした状況で利他行動のレベルが進化的に高まってゆくメカニズムについて、空間構造のダイナミクスに注目することで詳細に調べた。解析の結果、利他行動のレベルが高まる状況では、空間中に規則正しいクラスター構造が生じていることが分かった。その際、それぞれのクラスターは利他行動レベルが比較的近い個体により構成されているが、クラスターの間では利他行動レベルにバラつきが存在した。このことは、クラスター内では個体間に高い血縁度が実現している一方で、クラスター間には集団レベルの競争が存在していると予想された。このような状況では、クラスター内では利他行動はそのコストによって頻度を減らす一方、クラスター間の競争では利他行動レベルの高いクラスターの方が存続しやすくなる。これはまさしく、血縁淘汰が実現している状況である。すなわち、資源収奪能力の進化が血縁集団のクラスター化をもたらすことで、血縁淘汰を通じて利他行動の進化を促進していると理解することができる。本解析結果については、現在、国際学術誌への投稿に向けて論文を準備中である。当該年度中に3報の国際共同研究に基づく論文を国際学術誌に発表している。また、本研究課題の中心的な成果について、国際学術誌への投稿に向けて論文を執筆である。本年度は、当該研究のこれまでの成果を取りまとめて理論生物学の国際学術誌に発表した(Journal of Thoretial Biology, 441:58-67)。本研究の取り組みにより、二次元空間上における利他行動の進化について、今までに明らかにされてこなかった新しい特性が解明された。まず、個体間のネガティブな相互作用である資源をめぐる競争が、ポジティブな相互作用である利他行動の進化を促進する可能性があることが示された。その際には、資源競争の影響がおよぶ距離が、利他行動の影響がおよぶ距離よりも広範囲であることが必要であった。また、利他行動のレベルが高まる場合には、空間上の個体の分布がクラスターを形成し、それらが規則正しく配置されたパターン作ることが示された。この個体分布のクラスター構造が、コストを伴う利他行動の進化を可能にする条件の一つである、階層性のある自然淘汰の作用をもたらす要因となることが明らかになった。本年度には、当該研究費によりイギリス・ブリストル大学のJohn McNamara名誉教授を招へいし、韓国の済州島で開催された国際生態モデリング学会において、ゲーム理論に関するシンポジウムをオーガナイズした。そこには国際的に活躍する理論研究者らが講演者および聴衆として参加して、協力の進化に関して活発な議論が行われた。

また本年度には、異なる種の間での形質の類似が利益をもたらすような種間の相利共生において、形質のバラツキの進化が相利共生の成立過程にどのような影響をおよぼすのかについても理論的な研究を進め、その成果を国際学術誌に発表した(Theoretical Ecology, 10:477-491)。本研究では、2種の間の相利共生関係の成立は、共生に関わる形質のバラツキの減少をともないつつ進行する傾向があるという、2種の共進化動態の特性を明らかにした。同種の個体間の利他行動がどのように進化してきたのかという問題は、進化生態学の大きな問題の一つである。その進化には、空間上での個体の分布の仕方が大きく関わっていると考えられている。本研究では、2次元空間上で利他行動のレベルとともに資源をめぐる収奪能力のレベルが同時に進化する場合を想定し、それらの進化動態をコンピュータシミュレーションにより解析した。その結果、資源収奪のレベルが高まる方向へと進化が起きることで、個体がまとまって分布するクラスター構造を作って規則的に分布する特徴的な空間パターンが現れ、それを通じて利他行動の進化ががより強化されうることが明らかになった。二次元空間上での利他行動の進化ダイナミクスについてさらに解析を進め、そのパラメータ依存性などについてより詳細に調べる計画である。本研究課題では、基礎出産力、利他行動カーネル、資源収奪カーネル、資源収奪における競争の強度など、様々なパラメータに注目しているが、進化ダイナミクスにおいてはそれらが複雑に相互作用しながら生態-進化フィードバックを駆動していると考えられる。前年度に作成したコンピュータプログラムを用いて、多様なパラメータを変化させながら進化シミュレーションを網羅的に行うことで、利他行動が進化する条件を明らかにする計画である。また、それらの成果を国際学会などで発信する一方で、学術論文としての取りまとめを開始する予定である。2017年度には、本研究課題の成果を公開・発信してゆくことを計画している。具体的には、当該研究の中心的な成果を取りまとめ、国際学術誌上で公表することを目指す。また9月には、韓国済州島にて開催される国際学会(国際生態モデリング学会)において、関連テーマについてのシンポジウムを企画している。数理生態学当初、2016年分の学会参加費とそのための海外渡航費の事前支払い、および予期しない論文掲載料のため、計画より支出が増大すると予測して30万円の前倒し請求を行った。しかしながら支払いの関係上、それらの経費の一部を2016年度に支出することとなり、20万円あまりの残額が出た。当初、物品費から支出する計画であったコンピュータの購入を控えることで、支出額が抑えられた。2015年度中の支払いを想定していた2016年分の学会参加費と海外渡航費を、2016年度に支払うために使用する。最終年度を迎えて成果を取りまとめるために、当初には考えていなかった研究補助の雇用を計画している。コンピュータの購入を控えたことによる解析効率の低下を、研究補助による人的なサポートでカバーする方向に計画を変更した。