hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シイタケの地理的系統に関する形態学的・遺伝学的研究

アジアからオーストラリアにかけて広範に分布し、Pegler(1983)によって独立した3種に分類されているシイタケの地理的系統(日本産、パプアニューギニア産およびニュージーランド産、各2菌株)およびこれら6菌株の構成一核菌糸間の交配によって得られた交雑F_1を用いて、本菌の形態分類の基準とされる諸特性(菌傘の大きさ、色、肉の厚さ、菌柄の太さおよび色など)の遺伝的解析および子孫形成能力の分析を行った。パプア産は鱗皮の少ない明赤褐色の菌傘を特徴としたが、傘の大きさ、柄の太さおよび肉の厚さは2菌株間で大きく異なった。ニュージーランド産は暗褐色の菌傘と赤褐色の繊毛で覆われた柄を特徴とした。供試した日本産は褐色の菌傘を特徴とし、1菌株は明らかに厚肉であった。地理的系統間の交雑F_1におけるこれらの形質の発現を分析したところ、菌傘の大きさ、肉の厚さは、ポリジーン系によって支配されているものと推測された。菌傘の色に関しては、交雑F_1間でも比較的明瞭な差異が検出され、ニュージーランド産を片親にもつ交雑F_1はすべて暗褐色の菌傘を示した。日本産とパプア産との交雑F_1においては、パプア産の特定の構成-核菌糸を片親とする交雑F_1が褐色の菌傘を示し、他の交雑F_1の菌傘はすべて赤褐色であった。これらのことから、菌傘の色には複数の不完全優性遺伝子が関与し、遺伝子数によって色の濃さが決定されるものと類推できた。交雑F_1の子孫形成能力を分析したところ、担子胞子の発芽、コロニー形成、交配による二核菌糸の確立などの交雑F_2世代形成過程の各々の段階においてなんら異常を認めなかった。交雑F_2集団の菌糸伸長を分析したところ、1例を除く交雑F_2集団において自殖弱勢が発現した。交雑F_2集団の示した弱勢は、地理的系統の次世代における弱勢の発現程度と比較して、大きく逸脱したものではなかった。これらのことから、形態的特徴および地理的分布に基づいて3種に分類(Pegler)されたアジアからオーストラリアにかけて分布するシイタケ集団は同一種、Lentinula edodesとして扱うべきであると判断された。シイタケの地理的分布を異にする3集団(日本、パプアニューギニアおよびニュージーランド)は、子実体の形態的特製、アイソザイムパターンおよびミトコンドリアDNAのRFLPなどにおいて互いに異なることが認められており、現在、これらをそれぞれ異なる種として扱うべきか否か論議されている。本研究は上記3集団間の交雑F_1を形態学的・遺伝学的に分析することによって、本菌の分類に関する問題解決の一助とすることを目的としており、本年度は以下の研究を実施した。まず、地理的分布を異にし、形態分類の基準となる特徴をよく表しているシイタケ野生株(パプアニューギニア産2菌株、ニュージーランド産2菌株)および交雑株(日本産)を選定した。

次に、上記の野生株(二核菌糸)を用いてプロトプラストを作製し、再生したコロニーの中からそれぞれの二核菌糸を構成する一核菌糸(8種類)を得た。これらの一核菌糸および日本産交雑株を構成する2種類の一核菌糸を用いて、産地を異にする菌株間の総当たり交雑を行い、32株の地理的系統間の交雑F_1(二核菌糸)を作製した。これらの交雑F_1のうちニュージーランド産×日本産の3株およびニュージーランド産×パプアニューギニア産の2株は菌糸伸長が遅く、種菌の作製に至らなかったため本年度の原木試験から除外した。これら5株を除く27株の交雑F_1および先に選抜した5菌株(親株)を1株につき10本ずつのコナラ原木に接種、現在、ほだ木を養成している。また、交雑F_1の次代形成能力を分析するために、ブナ木粉培地を用いて交雑F_1を培養し、発生した子実体から分離した担子胞子の発芽率、発芽後のコロニー形成率および交雑F_1、F_2世代の菌糸伸長度などを検定している。シイタケには地理的分布を異にする3集団(日本、パプアニューギニアおよびニュージーランド)が知られ、これらは子実体の形態的特性、アイソザイムパターンおよびミトコンドリアDNAのRFLPなどにおいて互いに異なることが認められている。現在、これらをそれぞれ異なる種として扱うべきか否か論議されており、本研究は上記3集団間の交雑F_1を形態学的・遺伝学的に分析することによって、本菌の分類に関する問題解決の一助とすることを目的としている。本年度は以下の研究を実施した。地理的系統間の交雑F_1(27菌株)および親株(5菌株)を1997年3月にコナラ原木に接種した。同年8月から子実体(きのこ)の発生がはじまり、現在までに22菌株の子実体の形態の予備調査をおこなった。その結果、菌傘の色に関して明瞭な差異が検出され、ニュージーランド産の傘色は濃く、パプアニューギニア産は淡く、日本産は両者の中間の色を示した。また、ニュージーランド産を片親とする交雑F_1の傘色は濃く、日本産とパプアニューギニア産との交雑F_1の傘色は概ね淡い傾向が認められた。これらのことから、傘色に関しては、ニュージーランド産の傘色>パプアニューギニア産の傘色>日本産の傘色、なる優劣関係が示唆された。次に、交雑F_1の子孫形成能力を検定するために、上記32菌株の菌糸伸長度、担子胞子の発芽率およびコロニー形成率、担子胞子由来一核菌糸の菌株内交配反応を調査した。菌糸伸長試験の結果、パプアニューギニア産の1菌株、ニュージーランド産の2菌株および両者の交雑F_1の内の1菌株は25°C区よりも20°C区において旺盛な生育を示した。発芽率に関しては24菌株、コロニー形成率に関しては15菌株、菌株内交配反応に関しては24菌株の調査を完了しており、現在、未調査菌株の検定を継続している。シイタケの地理的分布を異にする3集団(日本、パプアニューギニアおよびニュージーランド)の間では、子実体の形態的特性、アイソザイムパターンおよびミトコンドリアDNAのRFLPなどにおいて明らかな差異が認められ、これらをそれぞれ異種として扱うか否かは研究者によって異なる。本研究は上記3集団間の交雑F_1を形態学的・遺伝学的に分析することによって、シイタケの分類に関する問題解決の一助とすることを目的としている。地理的系統間の交雑F_1,(27菌株)および親株(5菌株)を接種したほだ木から発生した子実体の形態を調査した。菌傘の色に関しては、地理的系統間および交雑F_1間で明瞭な差異が検出され、ニュージーランド産の傘色(濃茶褐色)>パプアニューギニア産の傘色(黄褐色)>日本産の傘色(茶褐色)なる遺伝的優劣関係が示唆された。
防音性能を有する新しいフローリング用接着剤の開発

本研究の目的はフローリングの衝撃音、振動音を接着剤ポリマーの立場から検討し解決の道を探ろうというものである。具体的には、幅広い緩和機構を有するポリマーを様々なす方法で合成し、それらをノイズおよびバイブレイションのダンピング接着剤として応用することを目的とする。初年度の研究では、幅広い緩和機構を有するポリマーの合成と、そのキャラクタリゼーションを行い、パワーフィード法、IPN法、ブレンド法等により、室温付近で幅広い緩和機構を有するポリマーの合成が可能であることがわかった。次年度は、これらのポリマーを自由に分子設計し、IPN(相互侵入高分子網目)、橋かけポリマー、エマルジョンポリマー、溶剤型ポリマー等、様々な形態で合成を行い、室温付近だけでなく様々な温度域を、幅広い緩和機構を示す接着剤の調製を行った。それらのポリマーを木材/ポリマー/木材のサンドウイッチ複合系にして、それら複合系の減衰を検討した。この減衰の測定はレオバイブロンのチャック部分を改造したものを用いることにより、一種の3点曲げによるtanδ(損失正接)を求めたものである。一例として、エポキシ樹脂(Epikote871)とアクリル酸エステル(メタクリル酸グチル)のIPNをサンドウイッチ複合系に用いた場合、その複合系は室温を中心に約70°Cの温度域で比較的安定した曲げ強度を保ちながら比較的高いダンピング係数を示すことがわかった。これらの結果から、このような減衰の大きいポリマー材料を利用することにより、衝撃音等の騒音問題はある程度解決できると考えられる。具体的には、幅広い緩和機構を有するポリマーを様々な方法で合成し、それらをノイズおよびバイブレイションのダンピング接着剤として応用することを目的とする。今年度の研究は主に幅広い緩和機構を有するポリマーの合成と、そのキャラクタリゼーションを行ってきた。それによると、パワーフィード法、IPN法、ブレンド法等により、室温付近で幅広い緩和機構を有するポリマーの合成が可能であることがわかった。これらのポリマーは自由に分子設計することにより、IPN(相互侵入高分子網目)、橋かけポリマー、エマルジョンポリマー、溶剤型ポリマー等様々な形態で合成することができるばかりでなく、室温付近のみならず様々な温度域で、幅広い緩和機構を示す接着剤を調製することができる。それらのポリマーを木材/ポリマー/木材のサンドウィッチ複合系にして、それら複合系の減衰を検討した。それによると、ある組成のIPNをサンドウィッチ複合系に用いた場合、その複合系は幅広いダンピングを示すことがわかった。今後は、これらの様々な系をサンドウィッチ複合系に応用して研究を進めていくつもりである。具体的には、幅広い緩和機構を有するポリマーを様々な方法で合成し、それらをノイズおよびバブレイションのダンピング接着剤として応用することを目的とする。昨年までの研究では、幅広い緩和機構を有するポリマーの合成と、そのキャラクタゼーションを行い、パワーフィード法、IPN法、ブレンド法等により、室温付近で幅広い緩和機構を有するポリマーの合成が可能であることがわかった。本年度は、これらのポリマーを自由に分子設計し、IPN(相互侵入高分子網目)、橋かけポリマー、エマルジョンポリマー、溶液型ポリマー等様々な形態で合成を行い、室温付近のみならず様々な温度域で、幅広い緩和機構を示す接着剤の調製を行った。

エポキシ樹脂(Epikote871)とアクリル酸エステル(メタクリル酸ブチル)のIPNをサンドウイッチ複合系に用いた場合、その複合系は室温を中心に約70°Cの温度域で比較的安定した曲げ強度を保ちながら比較的高いダンピング係数を示すことがわかった。これらの結果から、このような減衰の大きいポリマー材料を利用することにより、衝撃音等の騒音問題はある程度解決できると考えられる。
中枢のバソプレシン受容体の特殊性と神経-内分泌系による調節

1.脳におけるAVP受容体サブタイプとその性質脳におけるバソプレシン(AVP)の受容体の存在が明らかになり,また最近,AVPのV_1およびV_2受容体に選択性の高い非ペプチド性拮抗薬(V_1拮抗薬のOPC-21268,V_2拮抗薬のOPC-31260)が開発された.そこで,放射ラベルの^3H-AVPをリガンドに用いて結合実験を行なった.その結果,^3H-AVP結合は海馬および孤束核ともに,非ペプチド性のV_1受容体拮抗薬で強く阻害され,V_2拮抗薬での阻害は弱かった.しかしながら,中枢作用の強いAVPフラグメントのAVP_<4-9>は^3H-AVP結合に対してなんら阻害効果を示さなかった.次に末梢組織のAVP受容体のcDNAの塩基配列をもとに作成されたAVPのV_<1a>およびV_2受容体のプローブを用いて,中枢AVP受容体の発現をReverse transcription-polymerase chain reaction(RT-PCR法)によって検討した.その結果,興味深いことに,海馬や孤束核において,V_2受容体mRNAの発現が確認された.しかし,V_<1a>受容体mRNAの発現は認められず,結合実験の成績との間に矛盾が生じた.この点は今後の研究課題である.現時点での考察として,脳におけるAVP受容体は末梢のV_<1a>受容体とそのシークエンスの一部が異なる新規V_1サブタイプである可能性が考えられる.2.海馬AVP受容体と副腎皮質ホルモンの影響両側副腎摘出ラットと,その条件下で副腎皮質ホルモンを慢性投与したラットについて,AVP受容体の変動を調べた結果,海馬の受容体は副腎皮質ホルモン,特に鉱質コルチコイド(アルドステロン)の影響を受けていることが分かった.3.タキキニン・ペプチド-AVP系の体液調節機構ラット脳室内にタキキニンNK-3受容体作動薬のセンクタイドを微量注入すると,容量に依存して抗利尿作用を発現した.この作用は,V_2受容体拮抗薬(OPC-31260,10mg/kg)の静注前処理により抑制された.作用部位を同定した結果,視床下部の室傍核のNK-3受容体を介して下垂体からバソプレシンを遊離し,抗利尿作用が発現していることが明らかとなった.1.脳におけるAVP受容体サブタイプとその性質脳におけるバソプレシン(AVP)の受容体の存在が明らかになり,また最近,AVPのV_1およびV_2受容体に選択性の高い非ペプチド性拮抗薬(V_1拮抗薬のOPC-21268,V_2拮抗薬のOPC-31260)が開発された.そこで,放射ラベルの^3H-AVPをリガンドに用いて結合実験を行なった.その結果,^3H-AVP結合は海馬および孤束核ともに,非ペプチド性のV_1受容体拮抗薬で強く阻害され,V_2拮抗薬での阻害は弱かった.しかしながら,中枢作用の強いAVPフラグメントのAVP_<4-9>は^3H-AVP結合に対してなんら阻害効果を示さなかった.次に末梢組織のAVP受容体のcDNAの塩基配列をもとに作成されたAVPのV_<1a>およびV_2受容体のプローブを用いて,中枢AVP受容体の発現をReverse transcription-polymerase chain reaction(RT-PCR法)によって検討した.その結果,興味深いことに,海馬や孤束核において,V_2受容体mRNAの発現が確認された.しかし,V_<1a>受容体mRNAの発現は認められず,結合実験の成績との間に矛盾が生じた.この点は今後の研究課題である.現時点での考察として,脳におけるAVP受容体は末梢のV_<1a>受容体とそのシークエンスの一部が異なる新規V_1サブタイプである可能性が考えられる.2.海馬AVP受容体と副腎皮質ホルモンの影響両側副腎摘出ラットと,その条件下で副腎皮質ホルモンを慢性投与したラットについて,AVP受容体の変動を調べた結果,海馬の受容体は副腎皮質ホルモン,特に鉱質コルチコイド(アルドステロン)の影響を受けていることが分かった.3.タキキニン・ペプチド-AVP系の体液調節機構ラット脳室内にタキキニンNK-3受容体作動薬のセンクタイドを微量注入すると,容量に依存して抗利尿作用を発現した.この作用は,V_2受容体拮抗薬(OPC-31260,10mg/kg)の静注前処理により抑制された.作用部位を同定した結果,視床下部の室傍核のNK-3受容体を介して下垂体からバソプレシンを遊離し,抗利尿作用が発現していることが明らかとなった.脳におけるバソプレシン(AVP)の受容体の存在が明らかになり,また最近,AVPのV1およびV2受容体に選択性の高い非ペプチド性拮抗薬(V1拮抗薬のOPC-2268,V2拮抗薬のOPC-31260)が開発された.平成5年度はAVP受容体の性質とその生理的役割を検討し,つぎの成績を得た.1.海馬AVP受容体の性質と副腎皮質ホルモンの影響ラット海馬の膜標品を用いた^3H-AVP結合実験と上記の非ペプチド性拮抗薬による結合阻害実験,およびAVP刺激によるイノシトール・三リン酸蓄積作用の結果から,海馬のAVP受容体はV1受容体に属することが明かとなった.

さらに,両側副腎摘出ラットと,その条件下で副腎皮質ホルモンを慢性投与したラットについて、AVP受容体の変動を調べた結果,海馬の受容体は副腎皮質ホルモン,特に鉱質コルチコイド(アルドステロン)の影響を受けていることが分かった(Brain Res.,1994).2.タキキニン・ペプチド-AVP系の体液調節機構ラット脳室内にタキキニンNK-3受容体作動薬のセンクタイド(0.0110nmol)を微量注入すると,容量に依存して抗利尿作用を発現した.この抗利尿作用は,V2受容体拮抗薬(OPC-31260,10mg/kgの静注前処置により抑制された.以上の結果から,中枢における体液調節機構に,タキキニン・ペプチド-AVP系が存在関与し,昇圧作用と共に(Regul.Pept.1993),抗利尿作用を発現することを示唆した(Neurosci.Lett.1993).下垂体後葉ホルモンとしてのバソプレシン(AVP)の作用はよく知られているが,脳におけるAVPの神経伝達物質としての生理的意義に関しては不明な点が多い.そこで,平成6年度は前年度の成績をもとに,次の点に関して明らかにすることができた.1.脳におけるAVP受容体サブタイプとその性質放射ラベルの^3H-AVPをリガンドに用いて結合実験を行なった.その結果,^3H-AVP結合は海馬および孤束核ともに,非ペプチド性のV_1受容体拮抗薬で強く阻害され,V_2拮抗薬での阻害は弱かった.しかしながら,中枢作用の強いAVPフラグメントのAVP_<4-9>は^3H-AVP結合に対してなんら阻害効果を示さなかった.次に抹消組織のAVP受容体のcDNAの塩基配列をもとに作成されたAVPのV_<1a>およびV_2受容体のプローブを用いて,中枢AVP受容体の発現をRT-PCR法によって検討した.その結果,興味深いことに,海馬や孤束核において,V_2受容体mRNAの発現が確認された.しかし,V_<1a>受容体mRNAの発現は認められず,結合実験の成績との間に矛盾が生じた.この点は今後の研究課題である.現時点での考察として,脳におけるAVP受容体は末梢のV_<1a>受容体とそのシークエンスの一部が異なる新規AVPV_1サブタイプである可能性が考えられる.2.タキキニン.ペプチド-AVP系の体液調節機構前年度の研究から,中枢における体液調節機構に,タキキニン・ペプチド-AVP系が存在していることを報告した.今年度はタキキニンNK-3アゴニストの作用部位を同定した.その結果,視床下部の室傍核のNK-3受容体を介し,下垂体からバソプレシンを遊離し,抗利尿作用が発現していることが明らかとなった.
大規模数値シミュレーションによる、初代星からはじまる宇宙初期の天体形成史の研究

本研究の目的は、高分解能宇宙論的シミュレーションと準解析的な手法を用いて、宇宙論的な文脈における初代星形成や銀河中心ブラックホールの進化を、近傍宇宙で観測可能な物理量と関連付ける。そして現在進行中の観測と比較し、初代星の初期質量関数や超大質量ブラックホールの起源といった宇宙初期の天体形成史を理解する。2018年度末までに以下の研究を進めた。1.初代星が誕生するミニハローを分解しつつ、赤方偏移z=0での銀河ハロー形成まで追える高分解能宇宙論的N体シミュレーションを実行した。そして数十個程度の銀河ハローの合体形成史を作成した。シミュレーションは一辺16Mpc/h共動距離の立方体内に、ダークマター質量解像度5e3Msun/hを実現している。2.その上で新しい準解析的初代星形成モデルを構築を進めた。3. 2017年度に実装した現象論的モデルと"particle tagging"という手法を用いて、高赤方偏移における銀河形成と、近傍宇宙で観測されている恒星ストリーム構造を比較した。現在観測される恒星ストリームは赤方偏移zが0.5<z<2.5の特徴的な期間に、銀河系ハローに取り込まれた矮小銀河を祖先とすることを明らかにした。結果をまとめた論文が投稿中である。4.シミュレーションや準解析的モデルに必要な、ツリーコードの最適化を進めた。成果がPublications of the Astronomical Society of Japanに査読付欧文論文として出版された。ベースとなるシミュレーションデータの整備が完了したのに加え、準解析的モデルの構築が進んだ。2019年度は準解析的初代星形成モデルのキャリブレーションを行う。新しいモデルには初代星形成に続く金属を含む星の形成や、それらの超新星爆発による重元素汚染、近傍の天体からの輻射による水素分子解離といった重要な物理過程が含まれる。高赤方偏移銀河の観測から見積もられた星形成率や、トムソン散乱の光学的厚みが観測と合うようにモデルのチューニングを行う。必要に応じて新しい物理過程を組み込む。これらの研究は、平成29年度10月から雇用したのポスドク研究員と協力して進めていく。本研究の目的は、高分解能宇宙論的シミュレーションと準解析的な手法を用いて、宇宙論的な文脈における初代星形成や銀河中心ブラックホールの進化を、近傍宇宙で観測可能な物理量と接続させることである。2017年度は当初行う予定であった高分解能シミュレーションコードの開発を変更し、準解析的モデルの開発を先に進めた。これまではシミュレーションから得られたハローの合体形成史の上で、背景一様な輻射場において初代星を形成しそうなミニハローを同定していた。モデルを拡張し、初代星形成に続く金属を含む星の形成や、それらの超新星爆発による重元素汚染、近傍の天体からの輻射による水素分子解離といった重要な物理過程を組み込んだ。さらに簡易な現象論的モデルと"particle tagging"という手法を用いて、ハロー内で形成する恒星の質量や分布の推定を可能にした。これにより高赤方偏移における銀河形成と、近傍宇宙で観測されている恒星ストリーム構造を比較できるようになった。また低赤方偏移における銀河間物質の観測を通じて、初代星起源の金属汚染が検出できるかどうかの理論的検証を進めている。2017年10月から、研究代表者と協力してコード開発、シミュレーション、データ解析を実行するための専従のポスドク研究員を雇用し、研究の効率化を促進している。準解析的モデルの構築を先に進めたものの、当初予定していた高分解能シミュレーションコードの開発が遅れている。雇用した専従のポスドク研究員と協力し、遅れている高分解能シミュレーションコードの開発を進める。多数の銀河サイズのハローの形成を追うことが可能な高分解能宇宙論的シミュレーションを行い、統計的精度を高める。また入手可能な観測量を通じ、準解析的モデルのキャリブレーションを行う。

2019年度は準解析的初代星形成モデルのキャリブレーションを行う。新しいモデルには初代星形成に続く金属を含む星の形成や、それらの超新星爆発による重元素汚染、近傍の天体からの輻射による水素分子解離といった重要な物理過程が含まれる。高赤方偏移銀河の観測から見積もられた星形成率や、トムソン散乱の光学的厚みが観測と合うようにモデルのチューニングを行う。必要に応じて新しい物理過程を組み込む。これらの研究は、平成29年度10月から雇用したのポスドク研究員と協力して進めていく。
レチナールタンパク質の生物物理化学的解析

これまでの研究により超好熱菌から新しいレチナールタンパク質を発見し、サーモフィリックロドプシン・TRと命名している。この分子は、これまで見つかっているレチナールタンパク質の中で最も熱に対して安定な分子であった。この分子について、構造および構造変化を過渡吸収スペクトル(可視、赤外、ラマン、蛍光)によって追跡し、さらにNMR分光法を用いた発色団構造の決定に成功した。さらに今年度は、過渡光電流の発生が期待される[電極1(M)|電荷分離層(S)|絶縁分極層(I)|電極2(M')]なる構造をもつ光学セルにおいて、その安定作動の最適化を行った後に、電荷分離層を光活性生体物質とすることによってより、環境応答型の光応答を求めた。[金属(M)|電荷分離層(S)|絶縁分極層(I)|金属(M')]光電セルにおいて、絶縁分極層としてイオン液体(IL)を用いた系において、実用化に向けた検討を行った。この光電セルでは、界面電気二重層の形成による巨大電場によって電荷分離が促進されることが期待されている。近赤外外部に吸収をもつVOナフタロシアニンとC60の固溶体膜を電荷分離層とし、二つの電極を平行に同一基板上に配置したIL-MSIM光電セルの特性を調べところ、電気二重層の生成が電極間距離に依存しないことを利用し、電極間距離を7 mmに広げても過渡光電流を取り出せることが分かった。このように、透明電極を必要とせず、また電極の位置を厭わない柔軟性は、IL-MISM光電セル光検出器としての実用性を保証する。さらに、[M|S|I|M']光電セルのM'電極を光ファイバーのジャケットとすることによって、On-tip型の光センサー構造を実現し、S層に生体物質を用い過渡光電流の検出に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、生物内で様々な光反応を制御するレチナールタンパク質の機能発現機構を理解し、さらにそれらを基盤とした新しい光化学・光工学的ツールの開発を目指すものである。特別研究員は、これまで物理を基礎とした化学的研究により、数多くの業績を上げてきた、最近は生体分子に対象を広げ、光受容レチナールタンパク質の反応解析を行ってきた。これら、物理から生物までの知識・経験を生かし、レチナールタンパク質の包括的理解と、光化学・光工学的応用を試みている。本研究では以下の3つの課題に取り組んでいる。1,新しい分子の単離・精製2,構造・構造変化の解析3,人工光受容分子・光操作ツールの開発1,については、応用化に耐えうる安定な分子の探索を行った。その結果、超好熱菌から新しいレチナールタンパク質を発見し、サーモフィリックロドプシン・TRと命名した(J. Biol. Chem., 2013a)。この分子はこれまで見つかっているレチナールタンパク質の中で最も熱に対して安定な分子であった。2,については、これまで我々が発見してきた分子の構造および構造変化を、過渡吸収変化(可視、赤外、ラマン、蛍光)で調べるとともに(J. Phys. Chem. B,2013,2014, Chem. Phys., 2013)、NMR分光法を用いた発色団構造の決定を行った(Angew. Chem. Int. Ed., 2014)。3,については、1および2を礎に、青色光感受性タンパク質の創成と、その特性を利用した光誘起神経活動抑制能の実証を行った(J. Biol. Chem, 2013b)。このように、基礎(分子の探索)から応用(ツール開発)にいたる包括的研究において順調に成果が出ているこれまでの研究により超好熱菌から新しいレチナールタンパク質を発見し、サーモフィリックロドプシン・TRと命名している。

さらに、[M|S|I|M']光電セルのM'電極を光ファイバーのジャケットとすることによって、On-tip型の光センサー構造を実現し、S層に生体物質を用い過渡光電流の検出に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。超好熱菌由来の安定分子の発見は(TRと命名: J. BioL Chem., 2013a)、基礎的な面ならず、材料的見地から、光化学・光工学的ツールの開発においても重要な進展となった。解析法の開拓でも原著論文4報を発表し(J. Phys. Chem. B, 2013, 2014, Chem. Phys., 2013, Angew. Chern. Int. Ed., 2014)、応用面においても、動物内での色変換体による行動制御に成功するなど成果を挙げている(J. Biol. Chem., 2013b)。既にTRを利用した光操作ツールの開発や光ディテクターの開発(投稿準備中)にも成功しており、当初の計画以上に研究が進展しているものと判断している。本研究課題は、上述の通り、基礎となる分子の探索、分子解析法の開拓に一定の目処がついている。今後は、新しい光化学・光工学的ツールの開発を試みる。今年度は、最終段階であるツール開発により専念することを計画している。この部分については、当初から名古屋大学大学院理学研究科の阿波賀邦夫教授のグループとの共同研究を計画していたが、代表者(須藤)の移動もあり、次年度から研究代表者を阿波賀教授へ変更することを届け出て、承認を得ている(JSPS : 2013年2月19日付)。
電子非弾性散乱実験のための超短パルス電子銃の開発

本研究では、化学反応を実時間で追跡可能な超短パルス電子線技術を、電子非弾性散乱実験一般へと適用するため、時間幅のみならずエネルギー幅も小さな新しいパルス電子銃の開発を行った。その結果、エネルギー幅が単純分子の電子励起エネルギー(-5eV)よりも小さい超短パルス電子線の発生に成功した。また、電子非弾性散乱実験に適用可能な電子線強度も得られ、所期の性能を満足した電子銃の開発に成功した。本研究の目的は、エネルギー広がりの少ない、フェムト秒レーザーを励起源とするフォトカソード型超短パルス電子銃の開発である。この型の電子銃に関しては先駆的開発例があり、それを本研究での開発ベースとするが、パルス幅のみでなくエネルギー広がりも同時に抑制した超短パルス電子銃を開発し、電子線回折という電子線弾性散乱実験への適用にとどまっている超短パルス電子銃を、様々な電子線非弾性散乱実験へとその適用範囲を飛躍的に拡張することを目指す。これを励起源として用いることにより、電子エネルギー損失分光など種々の電子線非弾性散乱実験一般の時間分解分光測定が可能となり、光吸収には無い物理的諸性質を併せ持つ電子衝突を活用した、動的素過程の新たな研究に挑む。本年度は、パルス電子銃の試作機の設計および性能評価チャンバーのための排気ポンプの整備を行った。本研究で開発する電子銃では、電子パルスの幅の広がりを抑えるために高い引き込み電場(10kV/mm)が必要となるが、電圧を印加した際に電極間での放電を防ぐため、フォトカソードおよびアノードの電極形状を丸く設計した。また、電子パルス幅(時間的およびエネルギー的な幅)の広がりを最小限にするため、フォトカソードからイオン化領域までの距離が短くなるように、フォトカソード、アノード、ディフレクター、およびピンホールからなる簡便な電子銃を設計した。一方で、本研究で開発するパルス電子銃を用いて電子線非弾性散乱実験を行うために、時間分解電子線非弾性散乱実験に適した信号処理回路の製作や、高感度二次元検出器の立ち上げなどを平行して進めた。具体的には10eV以下のエネルギー幅で、かつサブナノ秒オーダーの時間幅を有するパルス電子線源を実現する方法を提案することを目指す。フォトカソード型超短パルス電子銃に関しては先駆的開発例があり、それを本研究での開発ベースとするが、パルス幅のみでなくエネルギー広がりも同時に抑制した電子銃を開発し、超短パルス電子銃を様々な電子線非弾性散乱実験へとその適用範囲を飛躍的に拡張することを目指す。本年度は、前年度に引き続き電子銃の設計・製作を行った。フォトカソードはサファイア基板に銀薄膜を蒸着したものを製作し、高電圧(10kV/mm)に伴う放電を防止するため、カソードホルダーは丸い形状に設計した。また、カソードホルダーとアノード表面に電解研磨を施して表面粗さを極力低減した。さらに、カソードホルダーとアノードは長さの揃ったマシナブルセラミックスの棒で互いに接続することで、3mmの加速領域において平行な電場を生成するようにした。一方電子銃の製作と並行して、パルス幅を簡便に評価するための光学系および評価チャンバーの整備を行った。2010年10月に導入されたフェムト秒レーザー(波長800nm、パルス幅約120fs)からの光を266nmに波長変換した後、フォトカソードに照射してパルス電子線の発生に成功した。発生したパルス電子をチャンネル型電子増倍管で検出したところ、カソード電圧が約-300V程度でパルス幅10ns以下のパルス電子線を生成することを確認し、本電子銃を電子線非弾性散乱実験へ適用する見通しを立てるに至った。また、これに平行して、空間電荷効果を考慮したシミュレーションソフトを作成し、目標とする性能もつ電子パルスの生成条件の検討を開始した。具体的には10V以下のエネルギー幅で、かつサブナノ秒オーダーの時間幅を有するパルス電子線源を実現する方法を提案する。フォトカソード型超短パルス電子銃に関しては先駆的開発例があり、それを本研究での開発ベースとするが、パルス幅のみでなくエネルギー広がりも同時に抑制した電子銃の開発に焦点を置き、超短パルス電子銃の適用範囲を電子線非弾性散乱実験へと飛躍的に拡張することを目指す。本年度は、昨年度にパルス電子線の発生を確認したフォトカソード型パルス電子銃(一号機)を、研究代表者が所属する研究室で開発中の時間分解電子運動量分光(TREMS)装置へ実装し、パルス電子銃の性能評価およびEMSへの適用を試みた。東日本大震災からの復旧作業後、TREMS装置の整備を経て、製作したパルス電子銃を取り付け、Arによる弾性散乱実験によりパルス電子線のエネルギー幅を間接的に評価した。

その結果、電子線強度を抑えれば約1.2keVの入射エネルギーに対して10eV以下のエネルギー幅を達成できるものの、そのような強度では断面積の小さな電子線非弾性散乱実験であるEMSへ本電子銃を適用するのは難しいことが分かった。そこで、シミュレーションを併用しながら電子線強度の最適化を行い、パルス電子の飛行距離を極限的に短くした改良型(二号機)を設計・製作するに至った。そうして出来た二号機は、エネルギー幅を10eV以下に抑えつつも、一号機と比べ30倍以上の強度向上を達成し、結果、EMSの信号・検出に成功した。一方、パルス電子の時間幅に関しては、その計測は今後の研究課題ではあるものの、シミュレーションからは5 ps未満であると推定しており、所期の性能をほぼ達成した電子銃の製作および最適化に成功した.
位相共役デバイスを用いた超長距離・大容量光ファイバ通信システムに関する基礎的研究

光増幅中継系では、中継器間におけるファイバの損失が増幅器の利得により補償されるので、再生中継を行うことなく1,000kmを越える伝送距離が実現できる。しかし一方で、信号光パワーが光ファイバ全長にわたって高いレベルに維持されるため、光ファイバの3次非線形光学効果(カー効果)が無視できなくなる。このため、光ファイバの非線形性と群速度分散の相互作用によって光パラメトリック利得が生じ、伝送波形歪や光増幅器雑音がパラメトリック増幅されることによるS/N比の低下がもたらされる。本研究ではこれらの問題を解決するために、光増幅中継伝送路の中点で信号光の位相共役(複素共役)をとる位相共役光通信システムを提案し、その実現の可能性を検討した。主要な成果を以下に示す。(1)位相共役による歪補償効率を高めるためのシステム設計理論を確立した。まず本システムの性能を制限する要因について検討を行い、光増幅中継系における光パワーの周期的変動が原因となるサイドバンド変調不安定によって生じた伝送波形歪みは、位相共役によっても補償することができないことを示した。サイドバンド変調不安定の影響を回避するためには、光増幅中継器間隔および伝送用ファイバの分散設計が重要であることを指摘し、設計のガイドラインを示した。(2)光位相共役を実現する方法として、分散シフト光ファイバを用いる方法を検討し、効率を最大にするデバイス設計理論を確立した。実際にデバイスを試作し数%の変換効率を得た。(3)光位相共役を実現する方法として、半導体光増幅器を用いる方法を検討した。離調周波数200GHz程度で100%を越える変換効率を達成し、この素子をシステムに導入することにより光ファイバの非線形効果を抑圧することに成功した。本年度は、超長距離光伝送路の中点に、“光位相共役デバイス"を設置することにより、分散歪のみならず非線形歪をほぼ完全に補償する新しい方式に関し、以下の研究を行った。(1)システム性能の解析とシステムの最適設計分散とKerr効果の存在下における光ファイバ中の光波の伝搬は、非線形シュレ-ディンガー方程式によって記述される。この方程式を数値解析することにより伝送信号波形歪を求めるシミュレータを開発した。これを用いて、伝送路の中点で位相共役を行った場合、波形歪の補償度が、信号光パワー、光増幅器間隔、光ファイバの分散に対して、どのように依存するかを数値解析により明らかにした。歪補償効率を制限するのは、光増幅中継系における周期的な光パワー変動に起因する、サイドバンド変調不安定であることを見いだし、この結果に基づき、システムの最適設計を行った。(2)位相共役デバイスの設計・試作パワー10mWの1.55μm帯半導体レーザをポンプ光とし、長さ10kmの零分散ファイバにおける四光波混合を用いて、変換効率5%程度の位相共役光の発生に成功した。また、変換効率を最大にするための設計理論を確立した。(3)周回ループを用いた超長距離光伝送シミュレータの開発周回ループを用いた長距離光伝送シミュレータを試作した。最大10,000kmの伝送後の光スペクトルを観測することに成功した。この結果、長距離伝送路における変調不安定現象の分散依存性が明らかになった。また、サイドバンド変調不安定の存在を、を世界ではじめて実験的に示した。

このため、光ファイバの非線形性と群速度分散の相互作用によって光パラメトリット利得が生じ、伝送波形歪や光増幅器雑音がパラメトリック増幅されることによるS/N比の低下がもたらされる。筆者らはこれらの問題を解決するために、光増幅中継伝送路の中点で信号光の位相共役(複素共役)をとる位相共役光通信システムを提案し、その研究を進めてきたが、本年度は歪補償効率を高めるためのシステム設計理論について以下の成果を得た。まず、本システムの性能を制限する要因について検討を行った。この結果、光増幅中継系における光パワーの周期的変動が原因となるサイドバンド変調不安定によって生じた伝送波形歪みは、位相共役によっても補償することができないことが示された。次に、サイドバンド変調不安定の存在を検証するための実験を行った。長距離伝送時の信号および増幅器雑音スペクトルの変化を、周囲ループを用いた実験系で測定した。スペクトルの測定により、伝送距離が5,000kmを越えるあたりからサイドバンド変調不安定現象に基づく光パラメトリック利得によって光増幅器雑音が選択的に増幅される現象が見いだされた。本システムの歪み補償効率を高めるためには、システム設計によりサイドバンド変調不安定の影響を回避する必要がある。このためには、光増幅中継器間隔および伝送用ファイバの分散設計が重要であることを指摘し、設計のガイドラインを示した。
薬効の日周リズム:老年者の薬物治療への応用

本研究では、体内で代謝されることなく、主として腎臓から尿中に排泄される薬物に焦点を紋り、臨床でもよく使用されるアミノグリコシド系抗菌薬(gentamicinとamikacin)とlithiumの薬物動態・薬効・毒性に及ぼす影響を、マウスとラットを対象にして、生体リズム学的視点から明らかにすることを目的にした。さらに、生体の老化に伴って、これらの薬物のリズム学的特性がどのように変容するかを、ラットを対象にして検討した。その結果、これら3つの薬物はいづれも同様に、薬物動態に明らかな日周リズムを認め、クリアランスが活動期(暗期)に高まり、休息期(明期)に低下すること、このクリアランスの日周リズムは、毒性のみならず薬効(amikacinの緑膿菌感染症マウスにおける抗菌効果)にも反映し、生体リズムの中でどの時点で投与するかによって著明な差異を生ずることが明かとなった。また、生体の老齢化は、このような腎排泄型薬物のクリアランスを低下させるだけでなく、その日周リズムの振幅を小さく変え、リズムの特性を不明確にすることが判明した。これらの実験動物における結果が、臨床の場における患者の薬物治療に際してどのような関連性を有するかは今後の検討が必要であるが、これらの薬物の合理的な(より有効でかつ安全な)使用に際して、さらには老年者における薬物治療の効率を高めるために、さらにはその領域における研究を進めていく際の参考になる有益な資料になるものと思われる。「薬物活性の日周リズムと加齢による変容」に関する実験的検討を、「用量ー濃度関係」と「濃度ー反応関係」の2つの側面から実施計画し、以下の結果を得ている。実験動物(マウスとラット)を対象にした研究により、腎排泄型薬物(ゲンタマイシン)の薬物動態(クリアランス)には日周リズムが認められ、暗期の活動期にクリアランスは高値を、明期の休息期には低値を示すことが明らかになった。この日周リズムは若年ラットにおいては明確に認められるが、加齢に伴い不明確となり、リズムの振幅が減少することが示された。特に3年以上の老齢ラットにおいてこの所見は著明に認められた。また、この薬物クリアランスに認められる日周リズムに及ぼす加齢の影響は、行動量と摂食・摂水量の日周リズムと密接に関連しており、これらは運動した現象であることが判明した。同様のゲンタマイシンの薬物クリアランスの日周リズムは、若年健常者においても認められることをすでに明らかにしている。ただし人間は昼行性であるので、夜行性のラット等実験動物と異なって、昼間の活動期に薬物クリアランスが高まる。人間の場合にも、ラットと同様に、加齢に伴い腎排泄型薬物のクリアランスの日周リズムが不明確になるかどうかを、老年者について検討しつつある。「薬物活性の日周リズム」に関する実験的検討を、「用量ー濃度関係」と「濃度ー反応関係」の2つの側面から実施し、以下の結果を得ている。1.実験動物(ICRマウス)を対象にした研究により、(1)腎排泄型薬物であるリチウムとアミカシンの薬物動態(特に腎クリアランス)には日周リズムが認められ、いずれも暗期の活動期にクリアランスは高まり、明期の休息期にクリアランスは低下することが明らからなった。(2)この時、これら薬物の毒性にも、日周リズムが認められ、クリアランスの低下する明期に毒性が高まり、クリアランスの高まる暗期に毒性が低下することが判明し、薬物動態の日周リズムと密接に関連していることが示唆された。さらに、(3)リチウムのクリアランスは、低ナトリウム食飼育条件下では低下し、それに伴って毒性が高まるが、日周リズムそのものは影響を受けないことが明らかになった。(4)このような単回投与試験のみならず3週間以上にわたる反復投与試験によっても、リチウムの薬物動態の日周リズムは、明暗交代飼育条件下ではそのまま維持されることが分かった。(5)抗菌薬(アミカシン)の抗菌作用は、明期に高まり、暗期に低下する日周リズムを示し、安全性の面だけでなく、有効性の面でも生体リズムの影響を認められることが明らかになった。

2.人間においても、マウスと同様に、薬物動態に日周リズムが認められるかどうかを、ゲンタマイシンで検討し、すでに得ている健常人においては明らかに日周リズムが認められるという所見が、老年者においてどのように変容するかを検討し、まだ例数は少ないが、老年者においては腎クリアランスの日周リズムの振幅が減少して不明確になる傾向を認めている。この点は、前年度の研究実績の概要に記したラットにおける所見と同様の所見が、人間にも認められることを示している。
細動周期変動の解析による心房細動停止機序に関する研究

現在、心房細動維持の機序は動物実験でrandom reentryと推察されているが、その停止機序については動物実験でも相反する報告があり、いまだに不明である。本研究ではIc群抗不整脈薬であるピルジカイニド(PIL)内服による発作性心房細動(af)の停止時機序を、バスケットカテーテルを用いた右房内多点同時電位記録から検討した。心房粗動の既住のない発作性af症例6例の誘発afまたは自然発作af中に64極バスケットカテーテルを右房内に挿入し、PIL(150mg)を単回経口投与した。64極中、自由壁および中隔側の48極で、投薬前および投薬後10分毎に最長80分またはaf停止時まで各々4秒間電位を同時収集し、各極興奮周期(FF)を計測し、その平均値(meanFF)と標準偏差(SD)を算出した。全計測点のmeanFFとSDの平均値(T-FF、T-SD)を求め、PIL後の変化を観察した(時間的効果)。またPIL投与によりmeanFFが有意に延長した計測点とSDが有意に縮小した計測点の比率を各例毎に算出し、それぞれS-FF、S-SDとした(空間的効果)。PIL投与により6例中3例でaf停止を認めた。PILはafの平均周期を延長し、そのばらつきを小さくした(時間的効果)。この効果がaf停止例において非停止例に比しより多くの計測点で認められたことより(空間的効果)、心房興奮の均整化(粗動化効果)がPILのaf停止機序に関与すると考えられた。しかし、停止時の詳細な検討ではaf停止の3例中2例において、心房細動の起源は左心房内にあるとの知見が得られ、今後は左心房内のマッピングと動物実験も含めた、さらなる検討が必要と思われる。また、薬物治療に関しては、伝導抑制あるいは不応期延長作用を擁する抗不整脈薬が使用されるが、その効果は決して十分とはいえず、また非薬物治療では外科的にはMaze手術は、その効果において一定の評価が得られているが、カテーテルアブレーションによる心房内の線状焼却は、心房細動の一般治療としてはいまだ認知されていない。本研究ではIc群抗不整脈薬であるピルジカイニド(PIL)を服用時の発作性心房細動(af)停止時機序を、バスケットカテーテルを用いた右房内多点同時電位記録から検討した。心房粗動の既往のない発作性af症例6例の誘発afまたは自然発作af中に64極バスケットカテーテルを右房内に挿入し、PIL(150mg)を単回経口投与した。しかし、停止時の詳細な検討ではaf停止の3例中2例において、心房細動の起源は左心房内にあるとの知見が得られ、今後は左心房内のマッピングも含めた、さらなる検討が必要と思われる。

この効果がaf停止例において非停止例に比しより多くの計測点で認められたことより(空間的効果)、心房興奮の均整化(粗動化効果)がPILのaf停止機序に関与すると考えられた。しかし、停止時の詳細な検討ではaf停止の3例中2例において、心房細動の起源は左心房内にあるとの知見が得られ、今後は左心房内のマッピングと動物実験も含めた、さらなる検討が必要と思われる。
環境シグナル応答性の細胞壁構造タンパク質の機能と細胞壁内移行

シロイヌナズナ花茎の二次細胞壁形成に関わる数種の細胞壁遺伝子群の発現は、花茎を横倒しにすると減少し、逆に荷重を掛けることにより増加することを明らかにした。この結果は、シロイヌナズナ花茎の二次壁形成が花茎に掛かる負荷を何らかの形で感受して制御されているとする仮説を支持している。シロイヌナズナ花茎の基部にAtPME61はペクチンを脱メチル化する酵素をコードし,シロイヌナズナ花茎基部の皮層の特定の細胞列で特異的に発現していることを実証した,このタンパク質機能の欠損により花茎の力学的強度が低下し,支持組織機能に支障が生じた。ヒメツリガネゴケゲノム内に32のXTH遺伝子(PpXTHs)のORFを同定し,個々の遺伝子についての組織特異的発現様式を明らかにした。更に, GUS融合タンパク質を発現させた形質転換体を用いてPpXTH32が原子体の原形質内に局在することを見いだした。これらの結果は,維管束植物とは異なる進化戦略をとって,陸上で生きるコケの形態形成においてもXTH遺伝子群が組織特異的役割を担っていることを示している点で興味深い。細胞壁タンパク質のファミリーのメンバーの中にも細胞内に局在するものがある点も興味深い。OsXTH19がイネのキシログルカンに作用し,細胞伸長の制御に関わることを組換えタンパク質による酵素反応機構およびRNAi形質転換体の解析より明らかにした。grp1変異体を用いて解析を進めてきたグリシンリッチ糖タンパク質GRP1の機能と分泌後の細胞壁中移行に関する研究は,変異体の機能解析が困難であることが判明したため実施を取りやめた。グリシンリッチ糖タンパク質のmRNAは花茎基部の維管束柔細胞で特異的に発現するが、そのエピトープは木部道管で特異的に検出された。この結果はGRP1が分泌後に細胞壁内を移送され,発現細胞とは別の細胞の細胞壁に局在することを示している。GRP1を欠損したgrp1のホモ変異体ではタンパク質の発現部位とは異なる部位で顕著な表現型を示し、花茎上部の茎頂の直下が枯死した。grp1ホモ変異体に野生型GRP1遺伝子を導入し、相補実験を行ったところ表現型は回復しなかった。GRP1 mRNAレベルを低下させたGRP1-RNAi形質転換体についてのこれまでの解析では、茎頂直下が枯死する顕著な表現型はRNAiラインでも認められていない。したがって、現時点では「茎頂の直下が枯死」する顕著な表現型がGRP1遺伝子欠損によるものと結論できない。細胞壁中でのタンパク質の動態を包括的に解析するため、シロイヌナズナ根をカルス誘導培地に移し、その前後の細胞壁タンパク質解析を進めた。根がカルス化する過程では細胞壁タンパク質の分泌/回収が激変すると期待されるので、この時に変化するタンパク質の中で、同一遺伝子にコードされながら多様な修飾を受けている分子種を見いだした。
火山観測用3次元可視画像撮影装置の開発

2006年度は試作機で得られた成果をもとにして,無線装置の作成を進めた.複数受信点への同報性に優れた無線装置を用いることで,トリガー発生装置とカメラの配置を自由に取ることができ,ステレオ撮影で重要となる視点間距離を大きくすることができる.また,撮影するカメラの台数も理論上は無制限に増やすことが可能となる.しかしその一方で,有線系システムでは現れなかった同期信号の遅延が生じることが予想された.装置作成においては(有)ユニテクノ研究開発部の石川和也氏にご協力をいただいた.ユニテクノ製の特定小電力無線伝送装置は,送受信機間の距離を約2kmまで広げられることの他に,信号伝達の時間遅れがミリ秒の精度で一定となっているという特徴がある.この時間遅れ精度の保証は,カメラ同士の撮影時刻同期精度を保つ上で非常に有用である.無線同期装置のベースとしてユニテクノ製UM3型無線装置を利用した.本研究ではUM3型無線装置を1対Nの組み合わせで利用し,送信機側にGPS同期のパルス発生装置やトリガー信号のコントローラーを組み入れた.受信機側には2005年度の有線系試作時に作成済みのシャッター信号/カウンター信号分離装置を接続し,その先にカメラと収録用PCがつながれることとなる.撮影時刻の精度を高める目的で,送信機側にGPSモジュールを搭載した.送信機は起動後のスタンバイ状態でGPS時計との同期動作を開始し,スタートボタン押下後の毎分0秒から設定されたシャッタースピードで同期信号を送出する.無線伝送による遅延時間のゆらぎを低減するために,固定データ長の固定周期で同期シャッター信号を送信する.データ送信は30fpsに相当する33.3ms毎(誤差±400μs以内)に行われる.機器の細部調整は若干残っているが,予定年度内に計画通りの撮影装置の作成を完了することができた.火山爆発は地中から地表への物質の放出現象であるため,地表で生じる現象は火山ガスや火山灰などの物質が火口からどのように放出されるかに大きく左右される.火口からの物質放出現象を表現するパラメータは,噴出速度・噴出圧力・噴出物質の密度・温度・粘性等といった物理量や,火山灰や岩塊の粒径分布,組成など様々である.火口近傍で直接測定をすることが困難なこれらのパラメータを精度良く観測するための方法の1つとして,本研究では火口での物理パラメータのうち物質の噴出速度を精度良く捉えるために,3次元的な可視画像の撮影装置を製作し,火山現象を対象とした安価で高精度な画像観測方法の確立を目指す.3次元画像計測は,産業機器開発や人体等の運動計測で幅広く利用され,目的に応じた測定法や解析技術が生み出されてきた.火山の機動観測を想定した場合には,可搬性と省電力性が機材に求められる要件の大きな部分を占める.本研究では,安価で可搬性に富んだ観測装置を作成するという目的から,受動型のステレオ法に基づいた撮影をするための装置を制作する.ステレオ法は複数台カメラの映像(2次元情報)から,それぞれの映像中から同一の対象物を選択し,3次元座標値に変換するという手順をとる.それゆえ,撮影速度や被写体の運動速度に対して,異なるカメラの映像撮影時刻が十分な精度で同期している必要がある.本装置ではカメラの設置場所に制限を与えないという観点から,特定小電力無線装置を用いてトリガー信号やフレームカウンター信号を伝送することを予定しているが,本年度はPCやカメラの電気的特性やファームウェアロジックとの相性を確認するためにまず有線で同期試験回路を試作した.今後屋内外での試験を重ねながら,ハードウェアとソフトウェアの調整をさらに進めなければならない.既に無線系の開発も始めているが,有線系での動作が安定してから無線系の実機制作に取りかかる予定である.また試験撮影データが増えてきたら,カメラ定数の推定と誤差の関係について検討を進めていきたい.2006年度は試作機で得られた成果をもとにして,無線装置の作成を進めた.複数受信点への同報性に優れた無線装置を用いることで,トリガー発生装置とカメラの配置を自由に取ることができ,ステレオ撮影で重要となる視点間距離を大きくすることができる.また,撮影するカメラの台数も理論上は無制限に増やすことが可能となる.しかしその一方で,有線系システムでは現れなかった同期信号の遅延が生じることが予想された.装置作成においては(有)ユニテクノ研究開発部の石川和也氏にご協力をいただいた.ユニテクノ製の特定小電力無線伝送装置は,送受信機間の距離を約2kmまで広げられることの他に,信号伝達の時間遅れがミリ秒の精度で一定となっているという特徴がある.この時間遅れ精度の保証は,カメラ同士の撮影時刻同期精度を保つ上で非常に有用である.無線同期装置のベースとしてユニテクノ製UM3型無線装置を利用した.本研究ではUM3型無線装置を1対Nの組み合わせで利用し,送信機側にGPS同期のパルス発生装置やトリガー信号のコントローラーを組み入れた.受信機側には2005年度の有線系試作時に作成済みのシャッター信号/カウンター信号分離装置を接続し,その先にカメラと収録用PCがつながれることとなる.撮影時刻の精度を高める目的で,送信機側にGPSモジュールを搭載した.送信機は起動後のスタンバイ状態でGPS時計との同期動作を開始し,スタートボタン押下後の毎分0秒から設定されたシャッタースピードで同期信号を送出する.無線伝送による遅延時間のゆらぎを低減するために,固定データ長の固定周期で同期シャッター信号を送信する.データ送信は30fpsに相当する33.3ms毎(誤差±400μs以内)に行われる.機器の細部調整は若干残っているが,予定年度内に計画通りの撮影装置の作成を完了することができた.