hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ギャップ・ジャンクション細胞間連絡による唾液分泌制御機構の解明

組織レベルではギャップジャンクション細胞間相互作用や自律神経支配様式により細胞レベルとは異なる分泌制御機構が存在する。この制御機構を明らかにするために、研究を進め以下のような結果を得た。(1)細胞集団塊での各種自律神経作動薬刺激によるアミラーゼ蛋白分泌は、細胞間連絡阻害剤存在下で抑制された。(2)顎下腺組織片へのフィールド電気刺激によるペルオキシターゼ分泌は、細胞間連絡阻害剤で抑制された。(3)腺房集団塊では細胞内形態変化を,導管細胞塊では分泌に伴う内径拡大を指標に調べると,細胞間連絡阻害下では,蛋白分泌反応の腺房内での偏りが観察された。水分泌にはむしろ形態変化の増強が見られた。導管機能は顕著に変化しなかった。蛋白分泌と水分泌に対して細胞間連絡阻害剤は異なる作用をもたらすことが示唆された。(4)分泌刺激でCaシグナルは腺房全体に広がるが,細胞間連絡阻害剤下では,一部の腺房細胞に留まることからCaシグナルは細胞間連絡を介して伝達されることが示唆された。(5)組織片からのアミラーゼ分泌は,細胞骨格脱重合薬で抑制されたが,各種kinase阻害剤の抑制効果は弱かった。水分泌の細胞内形態変化も抑制されたが,組織片でのみ特異的に作用する薬物は検出できなかった。(6)顕微鏡観察では,腺房集団周囲を毛細血管網が取り囲み,神経終末の観察確率は低く,細胞間連絡が少ない神経終末部の機能を補っていることが示唆された。(7)グラミシジン穿孔パッチ測定での腺房細胞集団塊での振動性分泌電流には大小があるが,細胞間連絡阻害剤存在下では均一の大きさになる傾向があり,細胞間連絡を介する無機イオン分泌の存在が示唆された。生体や組織レベルでの細胞間連絡は,自律神経支配を補う形で,シグナル伝達などに貢献し,唾液分泌制御に寄与することが示唆された。細胞レベルでの分泌制御機構は明らかになりつつあるが、組織ないし臓器レベルではギャップジャンクション(結合)細胞間相互作用や自律神経支配様式により細胞レベルとは異なる分泌制御機構が存在する。生体でのこのような制御機構を明らかにするために、研究を進め以下のような結果を得た。(1)腺房レベルと導管レベルでの物質分泌制御と細胞間ギャップ結合の影響に関する解析単離細胞と細胞集団塊での各種自律神経作動薬刺激によるアミラーゼ蛋白分泌は、細胞間連絡のある細胞集団塊のほうが顕著で、細胞間連絡阻害剤存在下では、アミラーゼ分泌は抑制傾向にある。(2)組織スライス切片でのフィールド刺激による分泌動態と細胞間連絡による調節機構の解析生体内に近い状態での組織片へのフィールド電気刺激により,ペルオキシターゼ分泌を測定する方法を確立し、細胞間連絡阻害剤の影響について研究を進め、抑制傾向を示すことを明らかにしつつある。他の細胞間連絡に影響する可能性の高い薬物の影響についても検討を進めているが、これらについては、明確な変化は認められていない。(3)映像蛍光色素動態解析による組織レベルの分泌解明腺房集団塊では,細胞内小胞形成から水分泌動態を,導管細胞塊では,導管内腔からの色素排除による水分泌動態と同時に重炭酸イオン分泌を解析するために,単一の腺房導管組織の作成方法について検討を進め腺房導管の一体化した分離組織を収集する方法を確立できた。しかし共焦点顕微鏡観察下での観察精度を上げるために、刺激前後の組織片の更なる不動化が必要で、現在検討を進めている。(4)イオンチャネルとトランスポーター解析による組織レベルの分泌解明

単離細胞でのカルシウムイオン活性化イオンチャネルの性状やトランスポーター活性について研究を進め、導管でも腺房細胞類似のイオンチャネルやトランスポーターの存在を明らかにしつつある。細胞レベルでの分泌制御機構は明らかになりつつあるが、組織ないし臓器レベルではギャップジャンクション(結合)細胞間相互作用や自律神経支配様式により細胞レベルとは異なる分泌制御機構が存在する。生体でのこのような制御機構を明らかにするために、研究を進め以下のような結果を得た。(1)刺激分泌連関の組織レベルでの解明分泌刺激で腺房でのCaシグナルは腺房全体に広がるが,細胞間連絡阻害剤下では,一部の腺房細胞に留まることからカルシウムシグナルは細胞間連絡を介して伝達され分泌増強に寄与することが示唆された。(2)組織スライス切片での刺激分泌連関に対する細胞間連絡の役割の解明フィールド刺激や分泌刺激薬による組織片からの分泌は細胞間連絡阻害剤で抑制された。細胞骨格脱重合薬は分泌抑制するが,各種kinase阻害剤の抑制効果は弱かった。共焦点顕微鏡観察で導管や腺房細胞機能の解析から開口分泌が両者で生じ水分泌と蛋白分泌で異なる形態的特徴が観察された。(3)自律神経支配様式との相関解明共焦点顕微鏡下や走査電子顕微鏡下で神経終末や毛細血管観察により,ひとまとまりの腺房周囲を毛細血管網が取り囲み,機能単位としての腺房集団塊の存在が示唆された。神経終末の観察確率は低く,腺房細胞間での細胞間連絡が少ない神経終末部の機能を補っていることが示唆された。(4)イオンチャネルとトランスポータ解析による組織レベルの分泌解明腺房細胞の分泌電流のグラミシジン穿孔パッチ測定で,細胞レベルの無機イオン分泌能力判定を行うと,腺房細胞集団塊での振動性の分泌電流には,大きな電流と小さい電流があり,細胞間連絡を介する無機イオン分泌の存在が示唆された。(5)生体内での唾液分泌機構への細胞間連絡の役割についての報告集をまとめる生体や組織レベルでの細胞間連絡は,自律神経支配を補う形で,シグナル伝達などに貢献し,唾液分泌制御に寄与することが示唆された。
高分子結晶化誘導期における秩序化過程の熱分析と振動分光の同時測定による解析

示差走査熱量計とフーリエ変換赤外分光高度計の同時測定(DSC-FTIR)により、高分子およびモデル化合物の結晶化過程、特に結晶化誘導基における秩序化過程を解析した。同時測定用DSCの感度を向上させ、1mgでの測定を可能とし、FTIRの高速スキャンモードで測定することで、DCSと同じ時間分解能で現象を観察することに成功した。この方法を用いて、ポリフッ化ビニリデン(PVDF),シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、n-アルカンの結晶化を含む相転移の解析を行った。PVDFの融解状態からの結晶化過程では、ランダムコンホメーションからトランス-ゴーシュコンホメーションの連鎖が形成された後に、α型の結晶化による発熱が観察された。さらに結晶化の進行に伴って、トランス-ゴーシュからトランス-トランスコンホメーションへの変化が生じ、同時にα型からγ型への転移が起こった。転移のダイナミックスの解析から、α-γ転移は固相で起こる結晶転移であり、二段階のプロセルを経て起こることが明らかとなった。SPSのガラス状態からの結晶化過程を熱分析と振動分光測定の同時測定を行ない、その結果を熱分析とX線散乱同時測定の結果と比較した。SPSは融解状態からの急冷によって、結晶化度が0に近いガラスを得ることができる。このSPSのガラスを昇温すると、ガラス転移温度から融解温度の間の領域で二つの発熱が観測された。同時測定の結果、ガラス転移温度直後の発熱ではコンホメーションの秩序化が進み、15mmの距離周期を持つ密度ゆらぎが出現する。融解直前の発熱では、コンホメーションの秩序化は完全に終了しており、近距離秩序が形成される。また、秩序化エンタルピーの約半分はコンホメーション秩序化によるものであると推定された。高分子のガラスからの秩序化はコンホメーション先行型で進行することが明らかになった。既に作成していた熱分析とX線散乱の同時測定装置の感度を向上させて、熱分析と振動分光の同時測定装置を試作した。感度向上とノイズレベル低減のために、示差走査熱量計の増幅器を新たに購入した。試作した同時装置を赤外分光光度計に設置して、ポリフッ化ビニリデンの融解状態からの結晶化過程を測定した。その結果、融解状態のランダムコンフォメーションからトランス-ゴ-シュコンフォメーションの連鎖が形成された後に、α型の結晶化による発熱が観察された。このことから、高分子の様に長い分子が規則構造を形成するためには、コンフォメーションの秩序化が結晶化に先行して起こると考えられる。さらに結晶化の進行に伴って、トランス-ゴ-シユからトランス-トランスコンフォメーションヘの変化が生じ、同時にα型からγ型への転移が起こった。転移のダイナミックスの解析から、α-γ転移は固相で起こる結晶転移であり、二段階のプロセスを経て起こることが明かとなった。結晶化に先立つコンフォメーションの秩序化過程が、高分子の結晶化過程で一般的に観察される現象であるか、またポリフッ化ビニリデンのα-γ転移の二段階のプロセスがどの様な現象であるかは、今後の研究の課題である。本研究で試作した熱分析と振動分光の同時測定装置は、高分子の秩序化過程を系の内部エネルギーというマクロな観点と、分子コンフォメーションというミクロな観点から同時に観察する点で、高分子結晶化誘導期の現象を明かにする新しい研究手法である。

今年度は個別に取り込んでいた熱分析と振動分光のデータを、パソコン上で一括して解析が行なえるように改善した。また、新たに振動分光計の光学系を改良して、熱分析装置を水平に振動分光計の内部に設置できるようにした。この改良の結果、熱分析データの安定性が向上した。シンジオタクチックポリスチレン(SPS)のガラス状態からの結晶化過程を熱分析と振動分光測定の同時測定を行ない、その結果を熱分析とX線散乱同時測定の結果と比較した。SPSは融解状態からの急冷によって、結晶化度が0に近いガラスを得ることができる。このSPSのガラスを昇温すると、ガラス転移温度から融解温度の間の領域で二つの発熱が観測された。同時測定の結果、ガラス転移温度直後の発熱ではコンホメーションの秩序化が進み、15nmの距離周期を持つ密度ゆらぎが出現する。融解直前の発熱では、コンホメーションの秩序化は完全に終了しており、近距離秩序が形成される。また、秩序化エンタルピーの約半分はコンホメーション秩序化によるものであると推定された。高分子のガラスからの秩序化はコンホメーション先行型で進行することが明らかになった。示差走査熱量計とフーリエ変換赤外分光光度計の同時測定(DSC-FTIR)により、n-アルカンの相転移における緩和過程の測定ならびにポリエチレンテレフタレートの相転移過程の解析を行った。n-アルカンとしてヘキサトリアコンタンならびにオクタコサンを用いて、溶液から再結晶化した単結晶と溶融状態から冷却して得た多結晶の相転移(固相転移ならびに融解)を解析した。多結晶体は準安定状態である回転相のコンホメーション秩序が凍結した状態にあり、固相転移では凍結秩序の緩和によるコンホメーションの秩序象が観察された。ポリエチレンテレフタレートの溶融状態ならびにガラス状態からの結晶化過程を解析した。DSC-FTIR、DSC-SRXRD、DSC-XRD同時測定の結果から、PETの結晶化メカニズムは次のように考えられる。溶融状態ならびにガラス状態からの結晶化は基本的には次の様な秩序化の順番によってもたらされる。(1)π電子相互作用によるベンゼン環同士のスタックと分子鎖のサイドバイサイドの配向、(2)長距離の密度ゆらぎの生成、(3)エチレン鎖のコンホメーションの秩序化、(4)乱れた短距離秩序の形成、(5)b軸方向の秩序化、(6)a軸方向の秩序化とベンゼン環とエチレン鎖のコンホメーションの整合化、(7)長周期構造の形成。これらの秩序化は、(1)と(2)の過程は結晶核形成過程、(3)(5)が結晶化発熱の主な原因、(6)と(7)の過程は二次結晶化と呼ばれている過程と対応する。
静磁場による骨形成促進効果のデンタルインプラントへの応用

本研究は,チタンインプラントと骨とのオッセオインテグレーション(骨接合)を促進させる方法の一つとして,静磁場による骨形成促進効果をデンタルインプラントに応用することを目的としている.今年度は,平成15年度で得られた結果をもとに,大型動物を用いて実際に歯科で使用されているデンタルインプラントへの応用の可能性を検討した.実験動物として家兎を用い,磁性を有するデンタルインプラントを大腿骨に埋入し,対照群は磁性を有さないデンタルインプラントを同様の方法で埋入した.磁性を有するインプラント体は,Branemark Implant (Nobel Biocare)径3.75mm,長さ10mmのフィクスチャーを用い,アバットメントスクリューが入る内径の中に磁性を有するサマリウム-コバルト磁石を挿入した.対照として用いられる磁性を有さないインプラント体には,同形状の磁性を有しないサマリウム-コバルト合金を挿入した.両群ともに術後2週間で屠殺し,病理組織学的検索および組織計量学的検索を行い静磁場による骨形成促進効果を評価した.実験群,対照群ともにインプラント体の周囲には新生骨が形成され,インプラント体と新生骨は直接接触しており,オッセオインテグレーションが観察された.実験群においてインプラント体周囲に形成された新生骨の量は対照群に比べやや多い傾向を示し,新生骨とインプラント体との接触率も対照群に比べ高い傾向を示した.また骨髄組織に接する新生骨表層では類円形を呈する骨芽細胞が観察され,その数は実験群において多い傾向を示した.これらの結果から,静磁場による骨形成促進効果はチタンインプラントと骨とのオッセオインテグレーションを促進させる方法の一つとしてデンタルインプラントに応用できる可能性が示唆された.本研究は、静磁場による骨形成促進効果をデンタルインプラントに応用することを目的としている。今年度は、静磁場の骨形成に及ぼす影響を検討する為に以下の実験を行った。直径1.58mm、長さ6mmの円筒状チタンの内径に残留磁束密度0.9Tのサマリウム-コバルト磁石を挿入し、両端を接着性レジンで封鎖することにより、磁性を付与したチタン性インプラント体を作製した。実験群は磁性を付与したインプラント体を、生後20週齢の雄性Wistar系ラットの大腿骨に垂直に貫通するように埋入した。対照群は、実験群と同寸法で磁石を挿入していない円筒状チタンを埋入した。両群とも2週間後に屠殺し、大腿骨を採取した後、通法に従い脱灰標本および非脱灰標本を作製した。それぞれの標本について病理組織学的検索および組織計量学的検索を行った。実験群、対照群ともにインプラント体の周囲には新生骨が形成され、インプラント体と新生骨は直接接触しており、オッセオインテグレーションが観察された。実験群においてインプラント体周囲に形成された新生骨の量は対照群に比べやや多い傾向を示し、新生骨とインプラント体との接触率も対照群に比べ高い傾向を示した。また骨髄組織に接する新生骨表層では類円形を呈する骨芽細胞が観察され、その数は実験群において多い傾向を示した。これらの結果から、静磁場による骨形成促進効果が認められた。来年度は、家兎、犬など大型の動物を用い、磁性を付与したインプラント体を顎骨に埋入して、より臨床に近い状態での静磁場の効果を検討する予定である。本研究は,チタンインプラントと骨とのオッセオインテグレーション(骨接合)を促進させる方法の一つとして,静磁場による骨形成促進効果をデンタルインプラントに応用することを目的としている.今年度は,平成15年度で得られた結果をもとに,大型動物を用いて実際に歯科で使用されているデンタルインプラントへの応用の可能性を検討した.実験動物として家兎を用い,磁性を有するデンタルインプラントを大腿骨に埋入し,対照群は磁性を有さないデンタルインプラントを同様の方法で埋入した.磁性を有するインプラント体は,Branemark Implant (Nobel Biocare)径3.75mm,長さ10mmのフィクスチャーを用い,アバットメントスクリューが入る内径の中に磁性を有するサマリウム-コバルト磁石を挿入した.対照として用いられる磁性を有さないインプラント体には,同形状の磁性を有しないサマリウム-コバルト合金を挿入した.両群ともに術後2週間で屠殺し,病理組織学的検索および組織計量学的検索を行い静磁場による骨形成促進効果を評価した.実験群,対照群ともにインプラント体の周囲には新生骨が形成され,インプラント体と新生骨は直接接触しており,オッセオインテグレーションが観察された.実験群においてインプラント体周囲に形成された新生骨の量は対照群に比べやや多い傾向を示し,新生骨とインプラント体との接触率も対照群に比べ高い傾向を示した.また骨髄組織に接する新生骨表層では類円形を呈する骨芽細胞が観察され,その数は実験群において多い傾向を示した.これらの結果から,静磁場による骨形成促進効果はチタンインプラントと骨とのオッセオインテグレーションを促進させる方法の一つとしてデンタルインプラントに応用できる可能性が示唆された.
TiAl基合金損傷部へのAl拡散による高温特性の改善

TiAl基合金の耐酸化性および機械加工後の機械的強度を改善することを目的として、切削加工したTiAl基合金に対して,Alコーティングと拡散処理を組み合わせたAl拡散処理を行った。拡散処理中の金属間化合物層の生成過程を調べ,加工欠陥解消のための最適条件を検討した.さらに,Al拡散コーティングの高温酸化雰囲気中での耐酸化性を明らかにし,本処理がTiAl基合金の高温特性を改善に有効であることを示した.TiAl基合金の耐酸化性および機械加工後の機械的強度を改善することを目的として、切削加工したTiAl基合金に対して,Alコーティングと拡散処理を組み合わせたAl拡散処理を行った。拡散処理中の金属間化合物層の生成過程を調べ,加工欠陥解消のための最適条件を検討した.さらに,Al拡散コーティングの高温酸化雰囲気中での耐酸化性を明らかにし,本処理がTiAl基合金の高温特性を改善に有効であることを示した.本研究では,機械加工したTiAl基合金の耐酸化性および加工後の機械的強度を改善することを目的として、Alコーティングと拡散処理を組み合わせたAl拡散処理を試みた。Al拡散処理の素地としてTi-49%at%Al合金インゴットを作製し、超硬工具を用いたフライス切削により試験片形状に加工した。機械加工面には切削の切り込み量、および回転送り速度に対応した切削痕が形成され、数μmから50μmまでの深さの加工クラックが認められた。アルミニウムコーティングは充分な厚みのコーティング層を得るため、純アルミニウムによるワイヤーアーク溶射により行った。次に、1100°Cの真空中で高周波加熱しアルミニウムコーティング層を金属間化合物化させた。平成21年度は,上記の方法で作製した試験片に対して、拡散条件が生成する金属間化合物層および機械加工欠陥に与える効果を中心に調べた。Al拡散処理によってコーティングの最表層には、拡散処理初期段階において溶融したAlコーティング層と母材との反応拡散によりTi_2Al_5から成るAl-rich層が生成した。一方、母材とAlコーティング層界面付近にはTiAl_2およびTiAlから成る中間層の生成が認められた。拡散処理時間の増加に伴いAl-rich層は減少し、中間層の厚さが増加し、切削加工によって生じた表面の凹凸は直線的な界面へと変化した。また、拡散処理後の断面観察においては、拡散処理前に認められた機械加工クラックは認められなかった。これらのことから、Al拡散処理による機械加工欠陥の解消効果が期待できることが分かった。本研究では,機械加工したTiAl基合金の耐酸化性および加工後の機械的強度を改善することを目的として、切削加工したTiAl基合金(Ti-49%at%Al合金)の表面に対して,Alコーティングと拡散処理を組み合わせたAl拡散処理を行った。前年度では,拡散処理による金属間化合物層の生成過程を中心に調べ,コーティングの最表層に耐酸化性の高いTiAl_3から成るAl-rich層が生成できることを明らかにした。また、母材とAlコーティング層界面付近にはTiAl_2およびTiAlから成る中間層の生成が認められた。特に中間層の厚さは拡散処理時間に伴い増加し、機械加工部の凹凸およびクラック解消の効果が得られる可能性を示した。平成22年度は,先ず,以上のAl拡散処理の最適条件を明らかにするために,700°Cから1100°Cの拡散条件における金属化合物層の生成過程を調べた.次に,コーティング層の高温雰囲気中における耐酸化性と組織安定性を評価した.TiAl_3相の生成は拡散条件に依存し,700°C付近での拡散条件においてポアの無い緻密なコーティング層が得られることがわかった.一方,活性化エネルギー的観点から,中間層を形成するTiAl_2およびTiAl相は1000°C以上において主に生成されることがわかった.このことから,耐酸化性およびクラック解消に効果的なコーティング層の生成には2段階の熱処理が必要であると思われる.さらに,コーティングの耐酸化性は中間層の生成に大きく依存し,加熱時間が長く中間層が成長した拡散条件ほど耐酸化性が高いことがわかった.酸化後のコーティングは主にTiAl_2から成る金属間化合物相へ変化したが,クラック,剥離による劣化は認められなかった.以上より,本処理がTiAl基合金の耐酸化性向上に有効であることを示した.
社会寄生種ヤドリウメマツアリの寄生行動と進化機構の解明

ヤドリウメマツアリの社会寄生行動の至近的機構と進化機構について、以下の2つの見解が得られた。(1)ホスト種の同巣メンバー認識機構に対する化学的擬態ヤドリウメマツアリの女王個体は、ホストであるウメマツアリのコロニーのワーカーと類似した体表炭化水素組成を示し、女王はこの認識物質をワーカーから高頻度でグルーミングを受けることによって獲得しており、またこのグルーミングを誘導する成分を持っていることが示唆された。しかし、卵や幼虫では、寄生種とホストの間でこうした成分自体があまり検出されなかった。(2)ホスト種の寄生対抗性質操作実験の結果、ウメマツアリ長翅型女王コロニーでは、ヤドリウメマツアリの女王の導入成功率が低く、寄生種の侵入に対して抵抗性があると考えられる。一方、短翅型女王個体群のコロニーでは、導入成功率は高いものの、新成虫の羽化個体数は低かったため、養育による操作があると考えられる。化学分析の結果から、幼虫や卵では識別が困難であることが予測されるため、恐らくヤドリウメマツアリの女王の産卵自体を卵食などによって操作していると思われる。本年は2項目について以下の結果が得られた。(1)ヤドリウメマツアリ女王の化学擬態について、これまでの実験結果をまとめると共に解析を行った。ヤドリの女王は寄生初期のホスト巣への侵入時に体表炭化水素成分の組成が変化し、特定成分3-MeC_<23>とn-C_<24>の顕著な増加が見られ、それに伴いホストワーカー側の体表成分組成にも変化が見られた。さらにホストワーカーは侵入女王に対し、最初は敵対行動をとっていたが、除々にグルーミングを施す頻度が高くなっていた。この事からヤドリ女王は特定の化学成分によって、ワーカーの敵対行動を軽減し、かつグルーミングによって相手の体表成分を獲得し、巣への侵入を果たしていると思われる。またホスト巣の中でヤドリ女王はグルーミングを受ける頻度がホストの女王やワーカー同士よりも高く、巣中でもワーカーのグルーミングを誘導し、体表成分を獲得し続けて生活していると考えられる。(2)野外でヤドリウメマツアリが寄生していないウメマツアリ長翅型女王コロニーにヤドリ女王を人為的に導入させると、60-80%の頻度で侵入と定着に成功した。また一度導入に失敗したコロニーにも再度別個体を導入させると高頻度で成功した。これら女王は3ヶ月間以上生存し続け、また飼育後に解剖したところ、全ての個体が発達した卵巣を持っており、産卵していたことも示された。しかし、その導入コロニーからはヤドリウメマツアリの新成虫はほとんど羽化しなかった。これらの事から、長翅型女王コロニーではワーカーが養育中にヤドリのブルードを操作、除去していることが示唆され、これらコロニーには寄生に対する抵抗的性質が発達していることが示された。(1)ヤドリウメマツアリのブルードの化学擬態について実験と観察を行った。寄生コロニーを飼育し、そのヤドリウメマツアリ女王の産んだ卵とそれから発生した幼虫や蛹の体表成分を有機溶媒で抽出した。また、そのコロニーのホスト女王が生産したブルードの体表成分も抽出し、それらをGC分析によって炭化水素成分を分析した。その結果、寄生種とホストの幼虫や蛹は類似した炭化水素組成を示したが、それはホストワーカーの成分と類似していた。また卵には特定の炭化水素組成が共通してみられたが、それらは卵特有の成分であると考えられ、卵ステージでは認識に関する成分はないと考えられる。以上のことからヤドリウメマツアリのブルードは幼虫ステージ以降にホストコロニーの認識成分を獲得していると考えられる。(2)本年はヤドリウメマツアリが寄生していないウメマツアリ短翅型女王コロニーにヤドリ女王を人為的に導入し、その定着と抵抗性の有無を観察した。導入成功率は非常に高く、全ての実験コロニーで導入が成功した。また、その後飼育を継続すると、約50-60%でヤドリウメマツアリの新成虫の羽化を確認した。このことから長翅型女王と比較すると、短翅型女王コロニーはヤドリウメマツアリの寄生への抵抗性は低いことが示された。最終年度であるため前年に引き続き以下の2項目についての追試実験を行い、以下の結果が得られた。(1)ヤドリウメマツアリ女王のホストコロニーへの人為的導入実験を継続して行った。

昨年までの研究では、1)N数が少ない、2)飼育期間が短いと寄生種の羽化が十分確認できない、の2点の問題があったため、これらの点を留意して追試実験を行い、主に以下の3つの結果を得た。1)ウメマツアリ短翅型女王コロニーは導入成功率は高いものの、羽化率は個体群で差があり、抵抗性を備えている集団の存在が示唆された。2)長翅型女王コロニーでは導入成功率が非常に低い個体群があった。3)長翅型女王コロニーでも導入に成功した場合、寄生種の羽化が低頻度であるが観察された。(2)ヤドリウメマツアリのブルードの化学擬態について実験と観察を行った。寄生コロニーを飼育し、ヤドリウメマツアリとそのホストであるウメマツアリのブルード(卵、幼虫、蛹)の体表の炭化水素成分組成をGC分析によって比較した。昨年まではサンプル数がまだ少なかったので、本年は追加のサンプルを分析した。その結果、寄生種とホストの幼虫や蛹では組成に大きな差はみられなかった。しかし、それら組成はホストのワーカーの組成と類似していたため、養育中にワーカーからその成分が付着した可能性が高い。また卵にはそれ特有の炭化水素組成が共通してみられたのみであった。これらの結果から、長翅型、短翅型いずれについても寄生に対する抵抗的性質を備えた個体群がいることが示唆された。長翅型では寄生女王の侵入自体を拒む特徴を持っており、侵入された場合にもその繁殖を妨害し、寄生個体の羽化を抑えていると思われる。しかし、ホストによる卵、幼虫、蛹の化学的識別は困難であると予測されるため、繁殖の妨害は恐らく、卵食行動のような寄生女王の産卵の段階で行われていると考えられる。研究目的の1つであるヤドリウメマツアリの社会寄生進化の至近的メカニズムについては、女王の化学擬態とブルード養育における化学擬態の過程が体表成分の化学分析によって明らかとなっている。またもう1つの目的である社会寄生進化とホストの抵抗性質進化の関係については、本来ホストの祖先種であったウメマツアリ長翅型集団には養育時のヤドリブルードの排除などの、寄生種への抵抗的性質があることが示唆されている。これら結果とヤドリウメマツアリとウメマツアリの系統関係から、寄生者-縮主間の進化過程がわかりつつある。24年度が最終年度であるため、記入しない。ヤドリウメマツアリの社会寄生進化の至近的メカニズムについて、ブルードの化学擬態の実験での検体数がやや少なかっため、追加実験を行う予定である。またホストの抵抗性質進化については、長翅型女王コロニーで抵抗的性質があることが示唆されたものの、それら実験では飼育期間等に問題がある可能性があったため、再実験を行う。
福祉サービスの基準保障法制に関する研究

1、基準保障法制が発展した諸外国では、提供される福祉サービスの水準は、法令による基準によって確保される。その基準を構成する内容項目としては、イギリスの「在宅支援サービス基準」の例が示すように、(1)サービスの基本理念、(2)サービスの種類と範囲、(3)各サービスにおいて遵守されるべき利用者の権利、(4)給付手続の基準、(5)サービス提供機関の管理運営基準などを含むことが適切である。2、またサービスの目標水準は、施設においては一定の要介護度等の要件を満たす人は個室とすること、在宅においては、部分ケアでなく24時間対応のトータルケアであること、そしていずれの場合にも救済的・後始末的ケアでなく、予防と自立支援の理念に沿う水準が望ましいとされる。3、さらに、その水準を具体的に定めるにあたって、サービス基準の設定の仕方は、(1)構造的基準(デイサービスセンター,日常生活用具,介護従事者の資格などの基準)、(2)具体的なサービスの範囲、方法、手順等の処置基準、(3)ニーズ判定からケアプラン、ケア実施および再評価に至る一連の手続基準、および(4)利用者の満足度などの成果についての基準などに分けて定めることが適切である。4、介護保険法案および同法施行規則案等において新しく基準を設定する際は、特に、(1)在宅ケアの格差が生じないように、誰でも請求できるサービスの量と質を、誰でも解るような形に基準化して定め、周知すること、(2)基準化とその周知にあたっては、単に週○回,1回当り○時間のホームヘルパー派遣などとサービス提供側の体系を示すのでなく、介護サービスを利用することで保障される「一日の生活の様子・程度」を思い浮べることができるようなケアミュマムとすること、などが求められる。1.平成7年3月30日から同年4月28日まで連合王国(主として,全国社会福祉研究所NISW,カムデン,ウェストミンスター等のロンドン・バラーおよびエイジ・コンサーン等の民間団体)およびベルギー(ル-ヴァン大学社会保障研究所)を訪問して、聞き取りと図書資料の収集により、福祉サービスの基準保障の調査を行った。これによって、とりわけイギリスの在宅支援サービス基準,痴呆性老人の施設サービス基準および苦情処理手続基準の現状と問題点が明確に把握された。2.一方、わが国では現行の措置方式から、介護保険方式へ改革するにあたって、要介護度の等級と判定基準の新規設定、サービスの範囲・水準の見直し、施設体系(老人病院、療養型病床群、老人保健施設および特別養護老人ホームまで含める)の見直し、費用負担基準、さらに苦情処理制度の新設などが問われている。それについて老人保健福祉審議会および厚生省介護対策本部における法案準備作業、さらに地方自治体、全国社会福祉協議会、民間事業者の側における新介護システムの導入にそなえた基準作業などを調査した。これによってアセスメントシートやホームヘルプ派遣基準、ケアプランニングの実施状況および基盤整備状況について実態と問題点が把握された。3.以上の調査研究の成果の一部は、別掲の研究発表のとおり「イギリスの在宅支援サービス基準」「イギリスの苦情処理手続基準」および「イギリスの介護保障とわが国介護保険の権利義務関係-在宅サービスを中心に」などとして発表された。また日本社会保障法学会の「介護保障と介護保険」シンポジウム(平成7年10月於立正大学)および日本学術会議社会法学研究連絡委員会主催の「介護保険」シンポジウム(平成7年11月)(於東京都庁)の企画を行い、シンポジストの1人として研究成果の一部を発表した。1.基準保障法制が発展した諸外国では、提供される福祉サービスの水準は法令による基準によって確保される。その基準を構成する内容項目としては、イギリスの「在宅支援サービス基準」の例が示すように、(1)サービスの基本理念、(2)サービスの種類と範囲、(3)各サービスにおいて尊守されるべき利用者の権利、(4)給付手続の基準、

(5)サービス提供機関の管理運営基準などを含むことが適切である。2.またサービスの目標水準は、施設においては一定の要介護度等の要件を満たす人は個室とすること、在宅においては、部分ケアでなく24時間対応のトータルケアであること、そしていずれの場合にも救済的・後始末的ケアでなく、予防・自立支援の理念に沿う水準が望ましいとされる。3.さらに、その水準を具体的に定めるにあたって、サービス基準の設定の仕方は、(1)構造的基準(デイサービスセンター,日常生活用具,介護従事者の資格基準など)、(2)具体的なサービスの範囲、方法、手順等の処遇基準、(3)ニーズ判定からケアプラン、ケア実施および再評価に至る一連の手続基準、および(4)利用者の満足度などの成果についての基準などに分けて定めることが適切である。4.介護保険法案および同法施行規則案等において新しく基準を設定する際は、特に、(1)在宅ケアの格差が生じないように、誰でも請求できるサービスの量と質を、誰でも解るように基準化して定め、周知すること、(2)基準化とその周知にあたっては、単に週〇回、1回当り〇時間のホームヘルパー派遣などとサービス提供側の体系を示すのでなく、介護サービスを利用することで保障される「一日の生活の様子・程度」を思い浮べることができるようなケアミニマムとすること、などが求められる。
台湾原住民族の「遊び仕事」が内包する自然共生行動の解明とサブシステンスの検討

本研究では、台湾原住民Taromak族の狩猟・植物利用・禁忌・石板家屋などに関わる生活文化的側面に着目して民俗学的視角から現地調査を実施し、「遊び仕事」が内包する自然共生的行動・共同体的規範、エスニック・アイデンティティの象徴性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などについての実相を探り、生活行動に組み込まれたサブシステンス性など、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意味・役割について明らかにする。29年度は、Taromak族における狩猟の実態を調査・整理し、狩猟プロセスの中で実行されてきた山霊・祖霊・猟物霊に対するAsalisi(禁忌・呪術・儀礼)行為や、猟肉を切り分け部族内で分配する共同体的規範、さらには、エスニック・アイデンティティや民族自立意識の高揚など、狩猟という「遊び仕事」が内包する精神性や精神的共同性について考察した。また、タロマク族にとって民族自立の象徴である石板家屋に着目し、旧部落Capaliwaにおける石板家屋の実測調査や室内空間の構造、かつて行われた「室内葬」などにみる精神的要素、Taromak族石板家屋再建運動に関わる日本統治時代から戦後の原住民政策までの歴史的背景などについて考察した。さらに、狩猟に関する歴史的変遷について、日本統治時代・戦後・現在の約100年にわたる時代比較を、佐々木高明によるルカイ族狩猟儀礼調査(1972)、番族慣習調査報告書(1922)、高砂族調査報告書(1937)、高砂族調査書(1938)などの民族史資料を繙き検討した。加えて「後狩詞記(柳田国男、1909)」より、明治期の九州山村で行われた狩猟に関する記述を通して、台湾と日本における狩猟の様態を比較し、時代や空間を越えて狩猟文化が内包してきた普遍的な特質について考究した。本研究の現地調査は2014年から2018年まで5年間にわたって重ねられ、本研究担当者と原住民Taromak族との信頼関係は築かれており、調査対象者も、頭目、村長、村長経験者、狩猟経験豊富な高齢者に加えて、将来のTaromak族文化を担っていくべき30代、40代の若者からも、狩猟に関わる身体的・精神的内実について聞き取ることができた。本研究の調査者が台湾留学生のため、地元原住民とのコミュニケーションや関連文献の中国語の検索・入手、調査データの確認作業などもできている。31年度の研究では、「遊び仕事」が内包するエスニック・アイデンティティの象徴的意味、ゲマインシャフト的な社会維持機能、日常生活行動に取り込まれたサブシステンス性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などの追加調査並びに研究成果を整理し、また、国立台東大学の台湾原住民研究・劉炯錫教授、国立雲林科技大学の地域研究・黄世輝教授らとの協議を通して、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意義・役割についてまとめていく。本研究は、台湾原住民Taromak族の狩猟・植物利用・禁忌・石板家屋などに関わる生活文化的側面に着目して、民俗学的視角から現地調査を実施し、「遊び仕事」が内包する自然共生的行動・共同体的規範、エスニック・アイデンティティの象徴性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などについての実相を探り、生活行動に組み込まれたサブシステンス性など、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意味・役割を明らかにする。29年度は、Taromak族における狩猟の実態を調査し、狩猟プロセスの中で実行されてきた山霊・祖霊・猟物霊に対するAsalisi(禁忌・呪術・儀礼)行為や、猟肉を切り分け部族内で分配する共同体的規範、さらには、エスニック・アイデンティティや民族自立意識の高揚など、狩猟という「遊び仕事」が内包する精神性や精神的共同性について検討した。また、タロマク族にとって民族自立の象徴である石板家屋に着目し、旧部落Capaliwaにおける石板家屋の実測調査や室内空間の構造、かつて行われた「室内葬」などにみる精神的要素、Taromak族石板家屋再建運動に関わる日本統治時代から戦後の原住民政策までの歴史的背景などについて考察を進めた。さらに、狩猟に関する歴史的変遷について、現在・戦後・日本統治時代の約100年にわたる時代比較を、佐々木高明によるルカイ族狩猟儀礼調査(1972)、番族慣習調査報告書(1922)、高砂族調査報告書(1937)、高砂族調査書(1938)などの民族史資料をひもとき検討した。本研究の現地調査は2014年から2017年まで4年間にわたって重ねられ、本研究担当者と原住民Taromak族との信頼関係は築かれている。また、調査対象者も、頭目、村長、村長経験者、狩猟経験豊富な高齢者に加えて、将来のTaromak族文化を担っていくべき30代、40代の若者とのインタビューも実施できた。さらに、インターネットを介して当該部族とのコミュニケーションも継続して、調査内容の確認や詳細情報の取得など本研究に必要な調査データが入手できている。また、本研究の調査者は台湾留学生であり、中国語の関連文献の検索・入手や、部族内の族語研究専門家とも接触して調査データの族語についても確認作業ができている。

本研究では、台湾原住民Taromak族の狩猟・植物利用・禁忌・石板家屋などに関わる生活文化的側面に着目して民俗学的視角から現地調査を実施し、「遊び仕事」が内包する自然共生的行動・共同体的規範、エスニック・アイデンティティの象徴性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などについての実相を探り、生活行動に組み込まれたサブシステンス性など、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意味・役割について明らかにする。29年度は、Taromak族における狩猟の実態を調査・整理し、狩猟プロセスの中で実行されてきた山霊・祖霊・猟物霊に対するAsalisi(禁忌・呪術・儀礼)行為や、猟肉を切り分け部族内で分配する共同体的規範、さらには、エスニック・アイデンティティや民族自立意識の高揚など、狩猟という「遊び仕事」が内包する精神性や精神的共同性について考察した。また、タロマク族にとって民族自立の象徴である石板家屋に着目し、旧部落Capaliwaにおける石板家屋の実測調査や室内空間の構造、かつて行われた「室内葬」などにみる精神的要素、Taromak族石板家屋再建運動に関わる日本統治時代から戦後の原住民政策までの歴史的背景などについて考察した。さらに、狩猟に関する歴史的変遷について、日本統治時代・戦後・現在の約100年にわたる時代比較を、佐々木高明によるルカイ族狩猟儀礼調査(1972)、番族慣習調査報告書(1922)、高砂族調査報告書(1937)、高砂族調査書(1938)などの民族史資料を繙き検討した。加えて「後狩詞記(柳田国男、1909)」より、明治期の九州山村で行われた狩猟に関する記述を通して、台湾と日本における狩猟の様態を比較し、時代や空間を越えて狩猟文化が内包してきた普遍的な特質について考究した。本研究の現地調査は2014年から2018年まで5年間にわたって重ねられ、本研究担当者と原住民Taromak族との信頼関係は築かれており、調査対象者も、頭目、村長、村長経験者、狩猟経験豊富な高齢者に加えて、将来のTaromak族文化を担っていくべき30代、40代の若者からも、狩猟に関わる身体的・精神的内実について聞き取ることができた。本研究の調査者が台湾留学生のため、地元原住民とのコミュニケーションや関連文献の中国語の検索・入手、調査データの確認作業などもできている。30年度及び31年度の研究では、「遊び仕事」が内包するエスニック・アイデンティティの象徴的意味、ゲマインシャフト的な社会維持機能、日常生活行動に取り込まれたサブシステンス性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などの追加調査並びに研究成果を整理し、また、国立台東大学の台湾原住民研究・劉炯錫教授、国立雲林科技大学の地域研究・黄世輝教授らとの協議を通して、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意義・役割について考察していく予定である。31年度の研究では、「遊び仕事」が内包するエスニック・アイデンティティの象徴的意味、ゲマインシャフト的な社会維持機能、日常生活行動に取り込まれたサブシステンス性、自然信仰・祖霊信仰と融合した自然中心主義的世界観などの追加調査並びに研究成果を整理し、また、国立台東大学の台湾原住民研究・劉炯錫教授、国立雲林科技大学の地域研究・黄世輝教授らとの協議を通して、文化の基層としての「遊び仕事」の今日的意義・役割についてまとめていく。(理由)調査回数を減らしたため。(使用計画)31年度の調査旅費に充てる。調査回数を減らし、インターネットでの情報収集をした。歴史研究を文献調査により行った。31年度の調査旅費に充てる。
次世代超伝導マグネットの冷却構造最適化による高性能化研究

超伝導マグネットの冷却構造の最適化、設計指針の確立を目的として研究を行った。冷却の新技術として自励振動式のヒートパイプ(OHP)を巻線内に組み込むことにより、高熱拡散率の巻線構造を実現することを目指し、OHPの極低温域での動作を世界で初めて系統的に実証した。更に、実験で得られた特性を無次元数で整理することにより、経験式を導出し、冷却構造を最適化した高性能の超伝導マグネットについての設計指針を得た。本研究の目的は、超伝導体の種類に依らない基盤技術として、導体および冷却構造の最適化、新技術の導入による高磁場、高熱負荷への対応、次世代で主流になると考えられる伝導冷却型超伝導マグネットの設計指針を確立し、次世代の核融合装置用超伝導マグネットの高性能化に資することにある。伝導冷却方式の超伝導マグネットを設計する場合、使用温度の相違による材料の熱物性の変化に注意を払う必要がある。高温超伝導マグネットは低温超伝導マグネットに比べて冷却し易い印象を受けるが、実際には高温超伝導マグネットの方が、巻線内部で発生した熱を外部に取りだし難く、局所的な温度上昇による熱歪みの発生やそれによる超伝導特性の劣化が起きる可能性が高い。このことは、温度上昇に伴う比熱の上昇に熱伝導度の上昇が追いつかないためであり、20K以上の運転温度でも熱拡散率の高い冷却部材を開発する必要がある。本研究では、冷却の新技術としてシート形状に加工した自励振動式のヒートパイプを巻線内にスペーサとして挟み込むことにより、高熱伝導率と低比熱を両立した高熱拡散率のコイル構造を実現する。更に、使用する温度に応じて、ヒートパイプの作動ガス及び動作特性の最適化を図ることにより、低温超伝導から高温超伝導まで共通した冷却構造最適化の設計指針を確立することを目標としている。平成21年度は、自励振動式ヒートパイプの作動流体に水素、ネオン、窒素を用いた低温での動作実験を行い、17-25K(水素),26-32K(ネオン),67-80K(窒素)の幅広い温度範囲で安定な動作を確認した。測定した等価熱伝導率は500-3,000W/m-K(水素),1,000-8,000W/m-K(ネオン),10,000-18,000W/m-K(窒素)に達し、高純度金属の低温での高熱伝導率に匹敵している。低比熱で高熱拡散率の自励振動式ヒートパイプを超伝導マグネット内に組み込むことにより、高性能で高レスポンスな冷却構造の実現が可能となることを実証した。平成22年度には、冷却特性を最適化した高性能超伝導マグネット例として、伝導冷却型超伝導マグネットの設計検討を行った。実際の大型超伝導マグネットでは総長数10kmに及ぶ長尺導体の製造方法を確立する必要がある。このための技術開発として、伝導冷却型超伝導導体の長尺導体製造方法の検討および技術開発を行った。溝加工したアルミニウム合金材の長尺化方法、接合方法、導体組立、および長尺の摩擦撹拌接合方法等について、技術的な課題を明らかにし、製造方法を確立すると共に、導体組立時及び組立後の曲げ加工で、超伝導特性が劣化しないことを短尺導体試験を行って確認した。冷却技術の開発では、自励振動式ヒートパイプの構造の最適化研究を行い、設置角度による動作不安定性を解消した。作動流体に水素、ネオン、窒素を用いた自励振動式ヒートパイプの動作実験を行い、17-30K(水素),26-39K(ネオン),67-91K(窒素)の幅広い温度範囲で安定な動作を確認した。測定した等価熱伝導率は最大で11,480W/m・K(水素),19,440W/m・K(ネオン),18,000W/m・K(窒素)に達し、高純度金属の低温での熱伝導率を凌駕している。また、中央加熱両端冷却のヒートパイプ構造とすることにより、設置角度による動作の不安定性を解消することができることを実験で示した。これらの成果により、高熱伝導率で低比熱、高熱拡散率の自励振動式ヒートパイプを超電導マグネット内に組み込むことにより、高性能で高レスポンスなマグネット冷却構造の実現が可能であることを示した。本研究の最終年度として、平成23年の成果に加えこれまでの研究成果を総括した。高温及び低温の超伝導体の種類に依らない基盤技術として、超伝導マグネットの導体および冷却構造の最適化、新技術の導入による高磁場、高熱負荷への対応、伝導冷却型超伝導マグネットの設計指針の確立を目的として研究を行った。

Nb_3Sn等の金属間化合物の超伝導撚線を熱伝導率に優れ機械的な強度も確保できるアルミニウム合金で被覆した導体を開発した。アルミニウム合金は超伝導体の熱処理温度に耐えられないため、熱処理した超伝導撚線にアルミニウム合金を被覆する必要がある。あらかじめ溝加工したアルミニウム合金に熱処理した超伝導撚線を挿入し、蓋をかぶせて溶接した。ここでの新技術として摩擦攪拌接合による超伝導部分の温度上昇を伴わない接合方法を採用し、超伝導特性の劣化がないことを実験で確認した。更に、高温超伝導の核融合用大型マグネットへの適用を目指し、マグネットの冷却構造を最適化する研究を実施した。20K以上の運転温度では、構成材料の熱拡散率が著しく低下するため、局所的な発熱により過度の温度勾配が発生する可能性が高い。冷却の新技術として自励振動式のヒートパイプ(OHP)を巻線内に組み込むことにより、高熱拡散率の巻線構造を実現することを目指した。極低温と室温では作動流体の密度などの物性値が大きく異なるため、独自の工夫を施すことにより、OHPの極低温域での動作を世界で初めて系統的に実証した。作業流体に水素、ネオン、窒素を用いた場合の動作温度範囲はそれぞれ17-30K、27-39K、67-91Kと広いこと、および、実効的な熱伝導率が10,000W/m/Kを超えることを明らかにした。更に、実験で得られた特性をレイノルズ数、プラントル数、ヤコブ数などの無次元数で整理することにより、OHP構造から熱輸送量を求める経験式を導出した。これらの成果に基づき冷却構造を最適化した高性能の超伝導マグネットについての設計指針を得た。
慢性炎症疾患における活性化型カテプシンKの役割に関する研究

骨粗鬆症、関節リウマチ、メタボリックシンドロームは、慢性炎症の疾患である。これら慢性疾患を解析するために、カテプシンKとACOTという酵素をクローニングし、バキュロウイルス-昆虫細胞発現系を用いて発現タンパク質を取得した。これら材料を用いて、今後慢性炎症性疾患の解析の手がかりを得ることができた。Cathepsin K(以下CTSK)は、破骨細胞に発現している酸性システインプロテアーゼとして本邦において発見された。CTSKの特徴として骨コラーゲンを分解する能力が高く、CTSK阻害剤の骨粗鬆症治療薬としての開発研究が盛んに行われている。さらに、CTSK欠損マウスを用いた検討からCTSKはリウマチにおける免疫応答に関与することや脂肪細胞において脂肪代謝に関与することが報告され、慢性疾患への関与が明らかにされつつある。しかし、これらの病態形成におけるCTSKの役割を明確にするためには、活性化したCTSKを特異的に測定する方法を開発する必要がある。CTSKはprepro体で生合成され、活性化されたCTSKの量は、proCTSKから切断されたプロペプチドの部分を測定することによって間接的に把握できると考えられる。そこで、活性型CTSK量を測定する方法の構築と炎症性慢性疾患におけるCTSKの役割を解明することを目的とする。開学したばかりで、赴任間もないが、ヒト培養細胞cDNAより、nested PCRを用いてヒトCTSKをクローニングし、その配列を確認した。さらに、天然型に反応する抗体を得るために、活性タンパク質の構築のため、バキュロウイルス-昆虫細胞培養系を立ち上げることができた。また、臓器でのCTSKの発現を正確に調べるために、肝組織からのRNA抽出条件を検討し、日本薬学会で発表した。さらに、糖尿病関連の酵素(ACOT),骨粗鬆症関連の酵素(Aromatase)についても構築できた。これら発現タンパク質には、tagを付加しているので、精製して詳細な性質解析を行う予定である。また、臓器でのCTSKの発現を正確に調べるために、肝組織からのRNA抽出条件を検討した。これらについて日本薬学会で発表した。
北極海の海洋乱流エネルギー時空間変動の復元 ー海氷減少と大循環流強化の影響評価ー

最終年度は、本申請課題で取り組んできた課題(「西部北極海の混合過程の復元」)をオリジナルの論文にまとめ、国際誌(Polar Science)に投稿し、査読プロセスを経て年内に出版することができた。この論文では、当該研究計画の中で提案した内容をおおよそ計画通りに実現することができた。論文の要点を述べると、西部北極海のノースウィンド海台と呼ばれる場所に設置した係留系のデータを解析し、海氷と海洋の物理的性質について調べた。特に、海氷の運動特性と海洋上層の内部重力波の関係に注目し解析を行った。ここでは、海洋の流速場から乱流混合のエネルギー量を推定し、当該海域における1年間の変動サイクルを明らかにすることに成功した。これらの変動は、海氷の厚さや空間密度が比較的小さい季節(初夏や結氷初期)に、海氷の慣性振動の高まりに起因することがわかった。H28年度の本課題の研究実績について以下に記述する。北極海南西部の季節海氷域(ノースウィンド深海平原・チャクチ海台)において、今後の北極海の海洋混合・水塊形成のカギとなりえる新たな力学機構を発見する事ができた(Kawaguchi et al. 2016)。本研究では、海氷が消失した開放水面域において船舶(海洋地球研究船「みらい」MR14-05)による海洋物理観測を実施し、その結果を詳細に解析した。明らかにした機構の要点を簡潔に述べる。まず、負の相対渦度をもつメソスケールシステム(高気圧性の傾圧渦)に近慣性周期の内部重力波がトラップされる。その際に、渦の内部、特にその下底部において強い乱流混合を引き起こすという現象を直接観測で捉えた。我々の解釈によると、この現象は、海上風を運動エネルギーの起源とした「渦→内部波→乱流」とマルチスケールの物理現象の間でエネルギーが受け渡される"エネルギーカスケード"の実態に相当する。過去にも海洋の渦周辺におけるエネルギーフローの理論研究は存在し、コンセプトは提示されていたが、実際に直接観測からその実態を示した例は極めて珍しい。「みらい」北極航海で得たこれらの知見は、ウッズホール海洋研究所、韓国・極地研究所(およびインハ大学)との国際連携の枠組みの中で、あらたにIce Tethered Profiler w/ Velocity(以下ITP-V)という自動漂流装置によるデータを用いて再検証されている。ここまでの結果、海氷の消失時期に、この「渦→波→乱流」相互作用がもっとも強くなる傾向が見えてきた。今後は海氷被覆期に、この近慣性内部波から乱流へのエネルギーカスケードの影響について、力学機構に関する理論的な説明とともに、定量的な解析を含めて、さらなる理解を深めていく方針である。上述の通り、本年度は過去の「みらい」観測で得たデータの解析を行い、その結果を論文(Kawaguchi et al. 2016)として発表する事ができた。同内容は国際学会などでも発表され、極域海洋コミュニテイだけでなく、他の海域を含めた海洋乱流コミュニテイにも影響を与えたと自負している。これらの点から、H28年度の本課題の進捗は順調であると自己評価する次第である。本年度は、北極海ノースウィンド深海平原における海洋乱流と内部重力波について、主に係留観測のデータを解析した。解析に用いた係留系(NAP13t)は、系の上端にIPS (Ice Profiling Sonar)という音響装置を装備し、水深110 mに多層型流速計(ADCP)を搭載したモニタリングシステムである。このシステムによって、海氷の厚さ、海氷の漂流速度、および各深度の流速が取得可能となり、多種変数のモニタリングと相互比較が初めて可能となった。データ解析から、1年を通した氷厚変動が明らかとなった。また、本研究では、計測された海氷の漂流速度を強制力として海洋混合層の力学的な診断モデル(Pollard & Millard, 1970)を用いる実験を行なった。実験の結果、海氷の移動速度の解析からは主に地形に沿った北西向の動きが卓越的であったが、海洋内部重力波の形成という見地からは、半日周期で回転する氷の慣性振動こそ重要であることが示された。さらに、海氷慣性振動の季節性を明らかにすべく、ウェーブレット解析を実施した。その結果、海氷が熱的に成長する初期段階(10月から11月)において、氷の慣性振動の振幅はピークを迎えることがわかった。結果的に、海洋混合層が1年間に獲得する慣性エネルギー総量の約60%を、海氷成長期の2ヶ月間で獲得していたという計算になる。ここでの成果は、現在、査読付きの国際誌に投稿準備中である(Kawaguchi et al. in prep.)。本年度は、過去の係留観測のデータ解析と船舶による新規データの取得を実施した。データ解析の結果については「研究実績の概要」に詳述した通りで、IPS-ADCPシステムによるモニタリングデータを解析し、その中で新しい知見を得ることができた。また、船舶観測(「みらい」北極航海MR1705C)では、当該海域において、深層の内部波に焦点を当てた現場調査を遂行できた点が一定の評価に値すると考えている。MR17-05Cのデータは未だ解析途中であるが、北極海の深層まで内部波エネルギーが到達しえるという知見は新しく、今後の研究を進める上で試金石となりえる重要な資料である。