hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
基礎論・現象論・高エネルギー原子核衝突実験理解から探る超高温ＱＣＤ物質の研究

この模型を用いてまずLHCにおける鉛ー鉛衝突実験の粒子分布や粒子の集団運動の解析を行いクォーク・グルーオンプラズマ(QGP)の輸送係数の温度依存性について議論を行った。ここではずり粘性だけでなく、体積粘性の温度依存性も同時に取り入れ、粒子分布、粒子の集団運動の実験結果との詳細な比較・検討からQGP物性の解明に取り組んだ。その結果、QGPの輸送係数の温度依存性の解明には一つの実験結果だけでなく、様々の実験データを同時に解析することが重要であること、特に粒子の集団運動のラピディティ依存性がQGPの輸送係数に敏感であり、温度依存性を明らかにできることがわかった。この結果を論文にまとめ雑誌に投稿中である。さらにLHCにおける2粒子相関、光子と行った電磁プローブなどの様々の実験結果解析を開始した。またRHICにおける実験結果の解析も行い、LHC実験と合わせた包括的な解析の遂行を予定している。RHICのBeam Energy Scan実験を念頭におき、低エネルギー領域への解析への模型の拡張も行った。低エネルギー原子核衝突実験では高エネルギー原子核衝突実験では無視できた化学ポテンシャルやバリオン数拡散係数といった様々な要素を取り入れる必要がある。その第一歩というべき模型を完成させ、現在論文を執筆中である。流体と粒子法のハイブリッド模型構築を目指し、まず粒子法(C-PIC)のみでの模型開発に取り組んだ。流体と相補的とも言える模型を用いて流体の初期条件や流体化のメカニズム解明への基礎を作ることに成功した。平成29年度では実験解析のための現実的な現象論的模型の整備、その模型を使った実験解析、そして粒子法(C-PIC)のコード開発を目標にしていたが、いずれも完了させることができた。特に現象論的模型は初期条件、流体コード、流体から粒子へのプロセス、粒子間の相互作用と数ステップからなる模型となっている。その複雑さのため、高エネルギー原子核衝突実験の定量的解析の研究に新たに参入するのが難しい状況になっている。その中、我々は世界をリードしている現象論的模型を1年という短期間で完成することに成功した。さらに完成した模型を用いて実際の実験結果を定量的に説明し、QGPの物性を明らかにすることができた。RHICとLHCでは理論からの理解が待たれている実験結果が数多く残されているので、この現象論的模型が開発できたことによって我々はQGP物性解明研究において世界的に見ても大きなアドバンテージを得ることができたと言える。さらに粒子の集団運動のより詳細な解析、2粒子相関、光子といった電磁プローブ、RHICの実験解析といった研究がすでに進行中である。同時に低エネルギー原子核衝突実験領域についての模型の拡張を行ったため、広い衝突エネルギーにおけるRHIC・LHCの包括的な解析によるQGP物性解明が今まさに現実化しつつある。
歯肉上皮細胞機能制御による歯周病原細菌全身移行への抑制効果の検討

糖尿病患者における歯周病の制御は,両疾患のコントロールにおいて重要である。グリチルリチンはHMGB1阻害効果を持ち,抗炎症作用を示す。本研究では,糖尿病マウスに,絹糸結紮及びPorphyromonas gulae塗布によって誘発した歯周炎に対するグリチルリチンの効果を検討した。グリチルリチンの口腔内塗布は,絹糸結紮及びP. gulae感染による歯周組織の炎症を抑制することによって,血中の炎症性サイトカインの制御を行い,その結果,血糖値が改善することが明らかとなった。さらに,この経路には,HMGB1-RAGEが関与することが示唆された。糖尿病モデルマウスを用いて,絹糸結紮および歯周病原細菌であるPorhyromonas gulae(Pg)の口腔内投与を行い,歯周炎を誘発させ,糖尿病病態化における歯周病原細菌感染と炎症の評価を行った。また,KK/TaJc1にを用いて糖尿病モデルを作成し,コントロール,Lig, Pg, LigPg群に分けて,前述の項目について非糖尿モデルとの比較を行った。血清抗体価の上昇は,LigPgにおいて,糖尿病モデルのほうが顕著に高かった。また,CRP,SAA,IL-6に関しても,LigPg群では非糖尿病群と比較して糖尿病群のほうが高い値を示した。以上の結果から,糖尿病モデルマウスは,非糖尿病群と比較して,Pgの感染および炎症応答を促進することが示唆された。最も感染,炎症が誘導された糖尿病マウスのLigPg群においては,空腹時血糖やHbA1cの値が他の群と比較してさらに増悪していたことから,糖尿病→歯周病→糖尿病のモデルマウスを作製することに成功したと考えられる。糖尿病モデルマウスを用いることによって,歯周病原細菌感染に対する応答の促進,それに伴う糖尿病の悪化を引き起こすというスパイラルの再現に成功した。一年目の研究実施計画に沿った進行であるため,順調であると思われる。糖尿病(DM)は宿主の易感染性を引き起こし,歯周炎の進行・重症化に関与する。一方で,歯周炎は血中の炎症性サイトカイン上昇とインスリン抵抗性の惹起により糖尿病を増悪させる。したがって,DMにおける歯周炎の制御は,両疾患のコントロールに重要である。グリチルリチンは漢方薬である甘草に含まれ,HMGB1阻害による抗炎症作用をもつ。本研究ではDMマウスにおける歯周炎の病態について解析し,グリチルリチンの炎症抑制効果を評価した。まず,KK/TaJclマウスにHFD32を7週給餌しDMマウスを作製した。このDMマウスに対し上顎左側第二臼歯への絹糸結紮及びPorphyromonas gulae(Pg)の口腔内投与を行い,歯周炎誘発マウスを作製した。歯周炎誘発DMマウスにおいて,Pg血清抗体価の上昇が確認された。また,歯周炎誘発DMマウスは,非誘発DMマウスと比較して,歯肉の炎症性サイトカイン,血中IL-6,血清アミロイドA(SAA)の発現が優位に高かった。さらに,空腹時血糖値を比較したところ,歯周炎誘発DMマウスのほうが非誘発群よりも優位に高かった。以上のことから,歯周炎が糖尿病を悪化させるモデルマウスを確立した。歯周炎誘発DMマウスにおいて,血中HMGB1及びRAGEの値が上昇したため,HMGB1インヒビターであるグリチルリチンを用いて,炎症のコントロールを試みた。歯周炎誘発DMマウスにグリチルリチンを腹腔内投与及び口腔内塗布し,14日目での血清中のSAAの値を評価したところ,腹腔内投与群及び口腔内塗布群はともにSAAの上昇を抑制した。以上から,DMマウスではPg感染への応答が亢進し炎症が憎悪するが,グリチルリチン投与がその炎症を抑制することが示唆された。研究計画通り2年目終了時点で,Pg感染が,糖尿病-歯周炎の負のスパイラルを示すモデルを確立した。さらにこのモデルにおいて,グリチルリチンが炎症を制御することを明らかにした。糖尿病は宿主の易感染性を引き起こし,歯周炎の進行・重症化に関与する。一方で,歯周炎は,血中の炎症性サイトカイン上昇とインスリン抵抗性の惹起によって糖尿病を増悪させることが知られている。したがって,糖尿病患者における歯周炎の制御は,両疾患のコントロールにおいて重要である。また,歯周炎はHMGB1の発現を歯周局所で上昇させること,糖尿病患者においてはreceptor of advanced glycation end-products (RAGE)が増加することがこれまでに報告されていることから,両疾患の相乗的な進行にはHMGB1-RAGE axisの関与が考えられる。グリチルリチンは,HMGB1阻害作用による抗炎症作用を持つ。以上のことから,グリチルリチンのHMGB1阻害作用が歯周組織及び全身の炎症を制御し,血糖値を改善する可能性について検討した。糖尿病マウスへの絹糸結紮及びPorphyromonas gulae塗布は,歯周組織及び血中のサイトカインを上昇させ,血糖値も上昇させた。このマウスに,グリチルリチンを口腔内に塗布すると,歯周組織の炎症性サイトカイン,血中サイトカインの上昇が抑制された。また,血糖値の上昇も抑制された。さらに,歯周組織および血中のRAGE,HMGB1の発現も低下した。同時に,グリチルリチン口腔内塗布はP. gulaeに対する血清抗体価も低下させた。

HMGB1の中和抗体は,歯周炎によって誘発された血糖値の増加を抑制した。以上のことから,グリチルリチンの口腔内塗布は,絹糸結紮及びP. gulae感染による歯周組織の炎症を抑制することによって,血中の炎症性サイトカインの制御を行い,インスリン抵抗性の上昇を阻害することで,血糖値が改善することが明らかとなった。さらに,この経路には,HMGB1-RAGEが関与することが示唆された。糖尿病患者における歯周病の制御は,両疾患のコントロールにおいて重要である。グリチルリチンはHMGB1阻害効果を持ち,抗炎症作用を示す。本研究では,糖尿病マウスに,絹糸結紮及びPorphyromonas gulae塗布によって誘発した歯周炎に対するグリチルリチンの効果を検討した。グリチルリチンの口腔内塗布は,絹糸結紮及びP. gulae感染による歯周組織の炎症を抑制することによって,血中の炎症性サイトカインの制御を行い,その結果,血糖値が改善することが明らかとなった。今後はこのモデルを用いて,当初計画していた歯周病予防を行うことで,糖尿病と歯周病の負のスパイラルに対する影響を検討していく予定でいる。今後は,作成したモデルを用いて,グリチルリチンによる抗炎症効果のメカニズムを解明する予定である。歯周病学旅費が予定していたよりも少額であった。少額であるため,次年度で調整可能である。次年度に繰り越し,次年度の成果発表のための旅費として使用する予定である。
マイクロポート植え込み血友病Aマウスを用いた抗原特異的免疫寛容誘導機序の解明

血友病臨床においてインヒビター陽性患者に対するインヒビターの制御方法は克服すべき重要課題である。血友病Aマウスに対して、植え込み型マイクロポートを用いた持続的抗原暴露システムを導入し、安定的な頻回投与を実現するモデルを作製した。0.05単位/g体重、5回/週での第VIII因子投与群(連続投与前抗第VIII因子抗体価,1.8±0.4 BU/mL)において、連続投与後の抗第VIII因子抗体ピーク値5,621.3±1,115.6 BU/mL(暴露回数61.0±13.4回)で、抗第VIII因子抗体力価がピーク値の20%未満となる暴露回数は163.3±26.7回であった。血友病Aマウスに対し持続的抗原暴露システムを導入し、第VIII因子の安全な頻回および連続投与を実現させることにより、免疫寛容誘導マウスモデルの作製が可能であると考えられた。本研究の成果は、臨床的なインヒビター陽性血友病症例における第VIII因子の頻回投与により誘導される免疫寛容誘導機序の解明に繋がるものと考えられる。インヒビター陽性血友病症例に対する第VIII因子の頻回投与により誘導される免疫寛容誘導機序を明らかにすることを目的とし、血友病Aマウスに植え込み型マイクロポートシステムを導入し、安定的な頻回投与を実現することにより、抗原特異的免疫寛容が誘導されるマウスモデルの確立と免疫寛容誘導機序ついて以下の研究を進めた。1)易出血性である血友病Aマウスに対して、経皮経頸静脈的にカテーテル先端を上大静脈に留置し背部皮下にマイクロポート本体を植え込む安全で再現性のある手術技法を確立した。2)マイクロポート植え込みマウスに対して、0.05単位/g体重の第VIII因子の反復間欠的投与による第VIII因子感作マウスを、その抗体価によりhigh responder(主として10BU/mL以上)マウス群とlow responder(主として10BU/mL未満)マウス群とに分けて作製した。3)マウスポートシステムを導入した本免疫寛容誘導マウスモデルにおいて、抗原量(0.05-0.5単位/g体重)や投与間隔(3回/週連日)を変えることにより、免疫寛容誘導の成立条件を検討した。その結果、0.05単位/g体重で3回/週の第VIII因子投与マウス群では、10回暴露後より急峻な抗体価の増加を認め、20回暴露以降でインヒビター力価がほぼ一定となることが明らかとなった。さらに0.05単位連日投与マウス群では、10回暴露までの抗体価の増加は同様であったが、60回暴露以降で抗体価の低下およびAPTT値が短縮する傾向が認められた。連続投与開始前の抗体価(high responder群とlowresponder群)による免疫応答に差異はみられなかった。これらのことから、血友病Aマウスに対し植え込み型マイクロポートシステムを導入し、第VIII因子の安全な頻回投与を実現させることにより、免疫寛容誘導マウスモデルが作製可能であると考えられた。インヒビター陽性血友病症例に対する第VIII因子の頻回投与により誘導される免疫寛容誘導機序を明らかにすることを目的とし、ヒト第VIII因子感作血友病Aマウスに対する持続的抗原注入システムを構築し、免疫寛容誘導動物モデルの作製とその成立機序について解析を行った。1)経皮経頸静脈的にFr2カテーテルを上大静脈に留置し、背部皮下に埋め込んだマイクロポートを介する間欠的な抗原投与システムとともに、微量注入ポンプを用いた完全自動化持続注入システム(注入速度100microL/24hrでの持続投与)を確立した。2)0.05単位/g体重、5回/週での第VIII因子投与群(連続投与前抗第VIII因子抗体価,1.8±0.4BU/mL)において、連続投与後の抗第VIII因子抗体ピーク値5,621.3±1,115.6BU/mL(暴露回数61.0±13.4回)で、抗第VIII因子抗体力価がピーク値の20%未満となる暴露回数は163.3±26.7回であった。3)IgGサブクラス解析では、IgG1の変動はみられないが、抗体価低下時期においてIgG2aおよびIgG2bの有意な低下がみられた。

4)単離リンパ球を用いたin vitroCD4+T細胞増殖試験では、免疫寛容誘導期マウスにおいて有意な増殖活性の低下を認めた。これらのことから、血友病Aマウスに対し持続的抗原暴露システムを導入し、第VIII因子の安全な頻回および連続投与を実現させることにより、免疫寛容誘導マウスモデルの作製が可能であると考えられた。本研究の成果は、臨床的なインヒビター陽性血友病症例における第VIII因子の頻回投与により誘導される免疫寛容誘導機序の解明に繋がるものと考えられる。
血管構成細胞増殖能および増殖メカニズムの動物種による相違-ラット、イヌ、ミニブタ、ヒト血管構成細胞増殖特性の解析

本研究の目的は、血管構成細胞の初代細胞培養系を用い、血管内皮細胞および中膜平滑筋細胞の細胞増殖能および細胞増殖メカニズムの動物種における相違を明かにし、小口径人工血管、さらには種々の人工臓器開発研究に寄与することにある。血管内皮細胞増殖速度はラット、イヌ、ヒトの順に速かった。若年細胞で比べると、5週令ラットの50% confluence到達時間は4日で、胎児細胞であるHUVEの50% confluence到達時間4日とほぼ同じであり、幼犬の50% confluencc到達時間8日より短かった。equivalentと考えられる、50週令ラット、成犬、50歳ヒトを比較すると、50週令ラットの50% confluence到達時間は7日、成犬の50% confluenge到達時間は14日であり、50歳ヒトでは2週間でもcohfluentに達しなかった.`ラット、イヌ、ヒトでそれぞれ若い細胞と老化した細胞で血管内皮細胞増殖速度をみると、どの動物種においても若い細胞のほうが増殖速摩は速かった。中膜平滑筋細胞増殖速度もラット、イヌ、ヒトの順に速かった。ラットにおいては5週令ラット中膜平滑筋細胞は50週令ラット中膜平滑筋細胞より増殖速庚は速かった。この動物種による細胞増殖能の相違が、人工血管治癒過程の相違に関与していると考えられた。また、同一動物種においても、加齢により血管内皮細胞増殖能および中膜平滑筋細胞増殖能は減弱しており、細胞増殖能には年齢が影響していた。これらの結果から、ヒトへの応用を前提に動物実験を行う場合、動物種の相違および加齢の影響を考慮に入れた、実験モデルの作成が必要であると考えられた。人工血管は、生体内に埋め込まれた後、その内面が血管内皮細胞で覆われることを理想として研究が進められ、イヌではおよそ3カ月、ブタで1カ月、ゲッシ類では2週間で内皮化されるが、ヒトの内皮化は極めて稀であることが明らかとなった。内径1.5mmの人工血管は、ラットの腹部大動脈では良好に開存するが、イヌでは開存が極めて稀となり、ヒトではまったく開存例を得ることができない。このような動物種間での相違は内皮細胞、中膜平滑筋細胞など血管構成細胞機能の総合的な相違と考えられる。本研究の目的は、血管構成細胞の初代細胞培養系を用い、血管内皮細胞および中膜平滑筋細胞の細胞増殖能および細胞増殖メカニズムの動物種における相違を明らかにし、小口径人工血管、さらには種々の人工臓器開発研究に寄与することにある。平成12年度の研究成果は以下のとおりである。1)ラット、イヌ、ヒトの血管内皮細胞、中膜平滑筋細胞の初代培養法を確立した。2)ラット、ヒトでは加齢とともに血管内皮細胞増殖能は低下した(イヌのデータはなし)。3)年齢を合わせた場合、内皮細胞増殖能はラット、イヌ、ヒトの順であった。4)年齢を合わせた場合、中膜平滑筋細胞増殖能はラット、イヌ、ヒトの順であった。

本研究の目的は、血管構成細胞の初代細胞培養系を用い、血管内皮細胞および中膜平滑筋細胞の細胞増穂能および細胞増殖メカニズムの動物種における相違を明らかにし、小口径人工血管、さらには種々の人工臓器開発研究に寄与することにある。平成13年度の研究成果は以下のとおりである。1)ラット、イヌ、ヒトでは加齢とともに血管内皮細胞増殖能は低下した。2)年齢を合わせた場合、内皮細胞増殖能はラット、イヌ、ヒトの順であった。3)年齢を合わせた場合、中膜平滑筋細胞増殖能はラット、イヌ、ヒトの順であった。
全シス置換シクロプロパンの一般的構築法の開発と天然物合成への発展

【背景】ストリゴラクトン(SL)は植物が産生する植物ホルモンで、生物活性として、根寄生植物ストライガの発芽刺激作用を有する点で近年注目されている。一般構造として、D環部のブテノライドγ位(2'位)の不斉中心はR体であり、対応するエピマーに比べてR体は生物活性が高いことが知られている。また、天然から供給されるSLは植物ホルモンという特性上、著しく少なく、化学合成による試料供給が求められている。その一方、SLのD環部を直接的・立体選択的に導入する手法は1例のみで、収率・立体選択性について改善の余地があり、新規方法論の開発が望まれる。申請者は、キラル相関移動触媒を用いることで、代表的なSLであるGR24をその前駆体エノールから48%収率、83:17 drでジアステレオ選択的に合成することに成功していた。【当該年度の研究成果】より詳細な検討を行うため、アキラルなエノールを用いて触媒および溶媒検討を行った。その結果、高収率・高立体選択的にキラルアセタールを合成することに成功し、その基質一般性についても確認することができた。また、アキラルなエノールを用いて検討した結果、本触媒はα-配向型のエノール(strigol型エノール)にマッチ、β-配向型のエノール(orobanchol型エノール)にミスマッチであることが分かった。開発した不斉アセタール化を応用し、当初の目的であった立体選択的SL合成法へと展開した。GR24前駆体エノールを基質とした際には86%収率、91:9 drでGR24を与え、過去に報告された収率・立体選択性を上回った。また、本法を利用して非典型SLであるavenaolの不斉合成を行い、その絶対立体配置を決定した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。「全シス置換シクロプロパン構築法」の開発に取り組んだ。申請者は昨年度、avenaolの全合成を志向して合成したアルキリデンシクロプロパンに対し水素雰囲気下でCrabtree型Ir触媒を作用させた際にジアステレオ選択性は低いものの、全シス置換シクロプロパンが得られることを見出した。そこで当該年度はまず、Ir触媒のカウンターアニオンを検討した。その結果、非配位性カウンターアニオンへと変更することで、大幅な選択性の向上が見られた。見出した最適条件で基質適応範囲を確認したところ、avenaolの全合成に応用可能である核間メチル基を有する基質でも良好なジアステレオ選択性を維持することができた。Avenaolの全合成において鍵となる全シス置換シクロプロパンの構築に成功した申請者は、次の課題となるC8位の立体選択的構築に取り組んだ。まずはじめにアルデヒドα位の直接的増炭を試みたが収率・立体選択性ともに良好な結果は得られなかった。酸化して得られるエステルα位のアリル化において良好な収率で目的物を与えたものの、立体選択性はほとんど発現しなかった。そこで申請者は増炭してから1,3-ジオールへと変換した後に、一方のヒドロキシメチル基を区別する反応を考案することとした。種々検討した結果、1,3-ジオールをトシル酸で処理することで、PMBエーテルの開裂とともに一方のヒドロキシメチル基のみが閉環する分子内SN1反応を高収率で進行させることに成功した。これによりC8位の不斉点を構築することができた。C-H酸化によりメチン炭素を選択的に酸化した後に種々の官能基変換によりC環部を構築した。全シス置換シクロプロパンの立体的性質を活かして立体選択的に酸素官能基を導入、D環部を導入することにより、avenaolの全合成を達成した。今年度の計画は1)全シス置換シクロプロパン構築法の開発と2)avenaolの不斉全合成であった。以下に進捗を述べる。1)最適条件の決定、全合成に適応可能な基質の決定まで達成され、計画通りに進行した。特に配向基を利用した基質においては完全な立体選択性で全シス体を得ることに成功した。2)工程数などに課題は残るものの、ラセミ全合成と中間体までの不斉合成を達成した。ストリゴラクトン(SL)は植物の根から分泌され、アフリカで農業被害をもたらしているストライガなど根寄生植物の種子発芽を誘導するジテルペンである。根寄生植物のストリゴラクトン受容体の選択的アゴニストやアンタゴニストを合成することで、新規作用機序の除草剤への応用が期待できるが、分子メカニズムについては未解明の部分が多い現状である。また、一般に植物のSL分泌量は非常に微量である一方で、容易に加水分解されるエノールエーテル構造を共通骨格を有しているため、SLを人工合成することは生合成経路の解明や工業的応用に必要不可欠な課題である。これまで多数のSLの全合成及び類縁体合成が報告されているが、いずれもC2'位についてはD環部を導入する際に非立体選択的に構築している。また、C2'位を含むCD環部は生物活性に必須であることが報告されている。そこで我々はC2'位立体選択的なγ-キラルブテノリドの一般的構築法の開発を目指した。本構造の構築例は極めて少ないため、申請者はまずエノールとブテノリドのカップリングについて、様々な反応スクリーニングを行った。

種々検討の結果、キラルチオウレア4級アンモニウム塩を用いることで、既知の手法に匹敵する立体選択性でD環部導入体を得ることに成功した。また、一般にSLはABC環部に中心不斉を有するが、アキラルなストリゴラクトン類縁体に対して最適化した条件に付したところ、エナンチオ選択的に反応が進行することも見出した。今後は更なる立体選択性の向上を様々なストリゴラクトンへの適用を検討する予定である。手探りの状態から研究が始まったため、研究当初は反応そのものが進行しないといったことも多く、解決の糸口を探るために様々な反応スクリーニングを行った。種々検討の結果、ABC環部を有するエノールとγ-クロロブテノリドに対し塩基と触媒量のキラルチオウレア4級アンモニウム塩を用いることで、既知の手法に匹敵する中程度の立体選択性でD環部導入体を得ることに成功した。また、アキラルな基質を検討した結果、エナンチオ選択的に反応が進行することも見出した。このことから、本反応は強い触媒制御により立体選択性を発現させていることが示唆される。【背景】ストリゴラクトン(SL)は植物が産生する植物ホルモンで、生物活性として、根寄生植物ストライガの発芽刺激作用を有する点で近年注目されている。一般構造として、D環部のブテノライドγ位(2'位)の不斉中心はR体であり、対応するエピマーに比べてR体は生物活性が高いことが知られている。また、天然から供給されるSLは植物ホルモンという特性上、著しく少なく、化学合成による試料供給が求められている。その一方、SLのD環部を直接的・立体選択的に導入する手法は1例のみで、収率・立体選択性について改善の余地があり、新規方法論の開発が望まれる。申請者は、キラル相関移動触媒を用いることで、代表的なSLであるGR24をその前駆体エノールから48%収率、83:17 drでジアステレオ選択的に合成することに成功していた。【当該年度の研究成果】より詳細な検討を行うため、アキラルなエノールを用いて触媒および溶媒検討を行った。その結果、高収率・高立体選択的にキラルアセタールを合成することに成功し、その基質一般性についても確認することができた。また、アキラルなエノールを用いて検討した結果、本触媒はα-配向型のエノール(strigol型エノール)にマッチ、β-配向型のエノール(orobanchol型エノール)にミスマッチであることが分かった。開発した不斉アセタール化を応用し、当初の目的であった立体選択的SL合成法へと展開した。GR24前駆体エノールを基質とした際には86%収率、91:9 drでGR24を与え、過去に報告された収率・立体選択性を上回った。また、本法を利用して非典型SLであるavenaolの不斉合成を行い、その絶対立体配置を決定した。現在のavenaolの全合成経路は35工程である。また、昨年度開発したIr触媒を用いた「全シス置換シクロプロパンの構築法」はビシクロ[4.1.0]ヘプタン骨格にのみ適応したものであり、avenaolを含む本骨格を有する化合物の合成には適しているものの、一般性を有しているとは言い難い。そこで本年度はC-H活性化/C-Hメタル化によるシクロプロパンの連続的シス官能基化を鍵とした、avenaolの短工程不斉全合成を行うこととした。avenaolを含むすべてのストリゴラクトンはCD環部のエノールブテノライド構造が同一である。
心筋細胞シグナルパスウェイ制御機構と神経性調節の統合的解明

心臓における自律神経調節の主体は、交感神経受容体と連動してcAMP産生を担うアデニル酸シクラーゼである。cAMPは下流酵素を活性化し、細胞内分子のリン酸化を起こし、その主要な標的がカルシウムチャネルであり、細胞内カルシウム+の流入を増加させて心筋の収縮性を制御する。カルシウム流入は心筋の拍動ごとに変化するから、アデニル酸シクラーゼとカルシウムチャネル活性は、拍動に応じた時間的位相差をもって変化すると予測される。我々はこれらの前提に基づいて両者の分子の制御メカニズムを検討し、双方向性の活性調節が時間的かつ空間的因子によって制御されることを見出し、不整脈の予測変化に役立つことを見出した。心臓における自律神経調節の主体は、交感神経受容体と共役してcAMP産生を担うアデニル酸シクラーゼである。アデニル酸シクラーゼによって産生されたcAMPはPKAを活性化し、細胞内諸分子のリン酸化を引き起こし、心筋細胞の変力・変時作用を引き起こすことが知られている。その主要な標的のひとつが電位依存性L型Ca^<2+>+チャネルであり、リン酸化によってチャネル活性の上昇を起こし、細胞内Ca^<2+>+の流入を増加させて心筋の興奮性を制御する。アデニル酸シクラーゼには多数のサブタイプが存在し、心筋細胞にはいわゆる心臓型と称される5型、6型サブタイプが発現することが知られている。心臓型サブタイプは、Ca^<2+>+イオンにより直接抑制されることが特徴的に知られており、このことは電位依存性L型Ca^<2+>+チャネルから流入したCa^<2+>+が、アデニル酸シクラーゼを直接に抑制することを意味する。Ca^<2+>+流入は心筋の拍動ごとに変化するから、アデニル酸シクラーゼ活性とL型Ca^<2+>+チャネル活性は、拍動に応じた時間的位相差をもって変化することが予測される。本年度の研究では、アデニル酸シクラーゼサブタイプの分子の制御メカニズムを遺伝子操作動物を用いて検討すると共に、カルシウムによる活性調節が時間的さらには空間的因子によってどのように制御されるのかを検討し、数理モデル化を行って多階層生体機能の統合因子として解明した。さらに我々が手がけてきた様々な治療薬と、不整脈や心不全などの破綻モデルを用いて、アデニル酸シクラーゼと電位依存性L型Ca^<2+>+チャネルの機能的共役が持つ意義を検討した。その主要な標的のひとつが電位依存性L型Ca2+チャネルであり、リン酸化によってチャネル活性の上昇を起こし、細胞内Ca2+の流入を増加させて心筋の興奮性を制御する。心臓型サブタイプは、Ca2+イオンにより直接抑制されることが特徴的に知られており、このことは電位依存性L型Ca2+チャネルから流入したCa2+が、アデニル酸シクラーゼを直接に抑制することを意味する。Ca2+流入は心筋の拍動ごとに変化するから、アデニル酸シクラーゼ活性とL型Ca2+チャネル活性は、拍動に応じた時間的位相差をもって変化することが予測される。さらに我々が手がけてきた様々な治療薬と、不整脈や心不全などの破綻モデルを用いて、アデニル酸シクラーゼと電位依存性L型Ca2+チャネルの機能的共役が持つ意義を検討した。自律神経は心機能を調節するだけでなく、カルシウムチャネルの活動を制御して、不整脈発生にも大きな役割を果たす。また、カルシウムシグナルが自律神経シグナル調節にも重要な役割を果たすこともわかってきた。cAMP産生機構やカルシウムチャネルは、生体内において個別に独立して機能するものではなく、時に協調的にあるいは拮抗的に、双方向的な制御の存在下で機能している。本研究では、多階層的システムバイオロジー研究のモデルとして、電位依存性L型カルシウムチャネルとアデニル酸シクラーゼを設定し、両者が細胞内微細構造や局在性を通じて、時間・空間的にどのような複合的な制御を受けるのかを、分子・細胞・臓器レベルで検討し、カルジオームにおける生体機能モデルデータベースの構築を行った。

とくに心筋細胞における両者の破綻メカニズムを、不整脈の発生制御の観点から統合的に理解し、抗不整脈剤などの効果予測を含めた予測医学への研究開発を遂行した。とりわけCell Designerを持ちいたパラメータの調節により、細胞内カルシウム濃度がオシレーションする諸条件を検討した結果を踏まえて、本年度は、心臓におけるアデニル酸シクラーゼの特定のサブタイプ(5型)を欠損させた動物モデルにおいて得られた生体レベルでの制御メカニズムとCell Designerを用いたフィジオーム系での連動性を検討するとともに、他のシグナル系との連関を同一班内の研究者と検討した。さらに他班より提供を受けた化合物によって心臓型サブタイプの活性調節が可能であるかを検討し、将来の心疾患における薬物開発へとつなげていく事を検討した。心臓における自律神経調節の主体は、交感神経受容体と共役してcAMP産生を担うアデニル酸シクラーゼである。アデニル酸シクラーゼによって産生されたcAMPはPKAやEpacを活性化し、細胞内諸分子のリン酸化を引き起こし、心筋細胞の変力・変時作用を引き起こす。その主要な標的のひとつが電位依存性L型Ca2+チャネルであり、リン酸化によってチャネル活性の上昇を起こし、細胞内Ca2+の流入を増加させて心筋の興奮性を制御する。アデニル酸シクラーゼには多数のサブタイプが存在し、心筋細胞にはいわゆる心臓型と称される5型、6型サブタイプが発現する。心臓型サブタイプは、Ca2+イオンにより直接抑制されることが特徴的に知られており、このことは電位依存性L型Ca2+チャネルから流入したCa2+が、アデニル酸シクラーゼを直接に抑制することを意味する。Ca2+流入は心筋の拍動ごとに変化するから、アデニル酸シクラーゼ活性とL型Ca2+チャネル活性は、拍動に応じた時間的位相差をもって変化することが予測される。我々はこれらの前提に基づいて両者の分子の制御メカニズムを検討すると共に、双方向性の活性調節が時間的さらには空間的因子によってどのように制御されるのかを検討し、数理モデル化を行って多階層生体機能の統合因子として解明を試みた。数理モデル計算からCa2+流入によるアデニル酸シクラーゼの直接抑制だけでは、長期的な時間的位相差を示すオシレーションが困難であることが分かった。さらにリン酸化や自律神経の活性化による刺激を組み入れることによって、位相差が維持できることがも分かってきた。とりわけこれまで行ってきたCell Designerを持ちいたパラメータの調節により、細胞内Ca2+濃度がオシレーションする諸条件を、Ca2+流入以外の因子を中心に検討した。cAMPを介した自律神経シグナルは心機能を調節するだけでなく、Ca2+チャネルの活動を制御して、不整脈発生にも大きな役割を果たす。本研究では、心筋細胞における両者の破綻メカニズムを、不整脈の発生制御の観点から統合的に理解し、抗不整脈剤等の効果を含めた予測医学への発展を目指した。これまでに多階層的システムバイオロジー研究のモデルとして、Ca2+チャネルとアデニル酸シクラーゼを設定し、時間・空間的にどのような複合的な制御を受けるのかを検討した。さらに得られた遺伝子操作
ナノ鋳型法を用いた新規規則性ナノ材料の合成とその応用

ミクロ多孔体(孔径<2nm)であるゼオライトを触媒・吸着剤として用いる場合、結晶内部への分子の拡散性を向上させるために、より大きなメソ孔(2-50nm)を共存させるアプローチが有効である。H21年度は、カチオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤のシリル化誘導体をメソ孔形成の鋳型として用いて粒子間メソ孔を有するMFI型ゼオライト(Sihcahte-1,ZSM-5)を合成し、触媒反応について検討した。液相でのベンジルアルコールとヘキサン酸のエステル化反応を行った結果、従来のメソ孔を持たないZSM-5と比較して、これらのメソ孔を有するZSM-5は高い転化率を示すことが確認された。溶液プロセスにより様々な粒径のチタニアナノ粒子(アナターゼ型)の合成を行い、それらの粒径やパッキングが焼成過程での結晶化に与える影響について検討を行った。チタンアルコキシドを原料として用い、水中で加水分解させた後、硝酸を添加して80度で加熱することによって、透明なゾルを得た。一方、硝酸を添加しない場合、白色のゾルが得られた。これら二種類のゾルを40度で乾燥してゲルを得た。窒素級脱着測定、SEM観察の結果、硝酸を添加しないで得られたサンプルはナノ粒子の疎な凝集体であることがわかった。これらのゲルをさらに600度で焼成した結果、密に凝集したサンプルはほぼアナターゼからルチルへと相転移したのに対し、疎に凝集したサンプルについては、アナターゼ相が残存し、その割合はナノ粒子の粒径の影響を強く受けることが確認された。ゼオライトは触媒として実用化されているが、主要な触媒反応はゼオライトのマイクロ孔のみを利用しているため、拡散の制限があるという問題に直面している。そこで、ゼオライトにさらなる細孔特性を付与するという要求が高まってきている。メソ孔、マイクロ孔の双方を併せ持つ規則性多孔質材料は、ゼオライトの構造規定剤(SDA)と超分子鋳型(界面活性剤)を同時に用いることで「合成可能である。メソ孔の構造や孔径は、界面活性剤の種類を変化させることで制御できると考えられる。我々は、分子内に一つおよび三つの四級アンモニウムカチオンを持つSDAを混合し、両親媒性有機シラン[(CH3O)3SiC3H6N(CH3)2C18H37]Clと共に用いることにより、メソポーラスsilicalite-1(MFI型シリカゼオライト)の合成を行ったので今回報告する。130・Cで5日間合成を行った場合に、結晶性のMFI骨格を有する高規則性のヘキサゴナルメソ構造が形成された。幅の狭い細孔径分布が得られた。粒子サイズは100nm程度であり、この材料のナノマテリアルとしての分類が支持される。今回合成したメソポーラスsilicalite-1は疎水性、有機親和性の材料として期待できる。これより、有機分子の選択的吸着に適当であると考えられる。混合SDAを含むゼオライト骨格と両親媒性有機シランとの共有結合性相互作用が関与したメソポーラスsilicalite-1の形成メカニズムの解明は今後の課題である。ゼオライトを触媒、吸着剤として応用する場合、結晶内部への分子の拡散性の低さが問題となる場合がある。そこで、本来のミクロ孔のほかに、より大きなメソ孔を有する階層的な多孔体材料の開発が重要な課題となっている。本年度は、非イオン性界面活性剤の一種であるポリオキシエチレンアルキルエーテル(C_nH_<2n+1>O(C_2H_4O)_mH;CnEOm)のシリル化誘導体をメソ孔形成の鋳型として用い、工業的に重要なゼオライトの一つであるMFI型ゼオライト(ZSM-5,silicalite-1)のメソ多孔体化について検討した。C16EO10のOH末端にアリル基を結合させた後、ヒドロシリル化反応によりHSi(OEt)_3を付加し、シリル化誘導体を得た。水、TPAOH(NPr_4OH)、TEOS(Si(OEt)_4)、アルミニウムイソプロポキサイド(Al(OPr)_3)(ZSM-5の合成時のみ)、を所定のモル比で混合した後、上記シリル化誘導体を添加し、撹拌した後、オートクレーブ中で水熱処理を行った。得られた沈殿を遠心分離により回収、洗浄、乾燥後、550°Cで8時間焼成した。生成物のXRDパターンには、MFI結晶に帰属される回折ピークと、低角度側にメソスケールの規則性に由来するブロードなピークが観測された。SEM観察の結果、これらの生成物は微細な粒子の集合体で、かつ粒子間に空隙を有することが確認された。さらに、窒素吸脱着測定により、ゼオライト由来のミクロ孔に加えて平均5nm程度のメソ孔が形成されていることがわかった。-Si(OEt)_3基を持たないC16EO10を添加してもメソ孔形成が起こらないことから、反応過程におけるシリル基部と(アルミノ)シリケー下種との結合が重要な役割を果たしていると推定される。

H21年度は、カチオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤のシリル化誘導体をメソ孔形成の鋳型として用いて粒子間メソ孔を有するMFI型ゼオライト(Sihcahte-1,ZSM-5)を合成し、触媒反応について検討した。液相でのベンジルアルコールとヘキサン酸のエステル化反応を行った結果、従来のメソ孔を持たないZSM-5と比較して、これらのメソ孔を有するZSM-5は高い転化率を示すことが確認された。溶液プロセスにより様々な粒径のチタニアナノ粒子(アナターゼ型)の合成を行い、それらの粒径やパッキングが焼成過程での結晶化に与える影響について検討を行った。チタンアルコキシドを原料として用い、水中で加水分解させた後、硝酸を添加して80度で加熱することによって、透明なゾルを得た。一方、硝酸を添加しない場合、白色のゾルが得られた。これら二種類のゾルを40度で乾燥してゲルを得た。窒素級脱着測定、SEM観察の結果、硝酸を添加しないで得られたサンプルはナノ粒子の疎な凝集体であることがわかった。これらのゲルをさらに600度で焼成した結果、密に凝集したサンプルはほぼアナターゼからルチルへと相転移したのに対し、疎に凝集したサンプルについては、アナターゼ相が残存し、その割合はナノ粒子の粒径の影響を強く受けることが確認された。
自然災害・人為起源インパクトに伴う水質変遷プロセスの可視化

目に見えない「地下水」は、汚染が発生した際にその原因やメカニズムの解明が難しい。本研究では、実際に水質汚染が発生しているフィールドを対象にして、地下水の出口である「湧水」を多角的に調査・分析する。甚大な自然災害インパクト(1991年・雲仙普賢岳の噴火)を受けた島原半島では上流域の土地利用形態が著しく変化し、下流域に広がる名水百選の『島原湧水群』では、噴火後の水質変化が報告されている。また、有明海を挟んだ対岸に位置する金峰山では、経年的な果樹園開発という人為起源インパクトに伴い、名水百選の『金峰山湧水群』の水質汚染が極めて進行している。両地域では、こうした自然災害と人為起源の大きなインパクトを受ける前の水質調査報告が存在していることから、当時と現在の湧水水質との比較に加え、高度な水文科学手法(同位体手法、水年齢手法、微量溶存元素分析)を用いた水試料分析を適用し、GISや3次元地下水流動シミュレーションを用いた土地利用解析と水収支計算で定量化を図るべく研究に着手した。具体的には、両地域における湧水の採水調査を実施した。両地域で計約40地点での採水が完了し、翌年度中には水質分析結果が得られる見込みである。また、水年齢の解明のためには分析装置の確立が不可欠であったことから、既存のシステムの改修を行う必要があった。クロロフルオロカーボン類(CFCs)および六フッ化硫黄(SF6)分析を実施すべくシステム改修に取り組んでいるところである。研究の「見える化」のための基礎情報構築のために土地利用解析のためのGIS手法の習得にも成功し、任意の湧水における土地利用面積の解析を行い年代別の土地利用変化を見ることができた。来年度には水年齢のデータも出揃う予定であるため、これに地下水流動シミュレーション等を加えることで、両地域での比較解析に必要な基礎データ構築を完了させ、研究を発展させる予定である。既に研究対象とした島原湧水群および金峰山湧水群における過去の水質データ整理を終え、現地での採水調査も完了した。島原湧水群では、噴火から25年が経過し復興した現在の広域的な採水調査を実施し、金峰山湧水群では、果樹園が全斜面に分布した現在の広域的な採水調査を実施した。本研究の核となる水年齢分析のための一連の分析装置の改修にも着手し、来年度中には分析値を出すことができる予定である。また、既に申請者がH26-28年度の若手研究Bにおいて確立した85Krを用いた水年齢測定手法を用いて、金峰山の北側に位置する地域で地下水の年代推定を実施し、上流域から下流域にかけて年代が延びるような地下水流動に整合的な結果を得ることに成功した。さらに土地利用解析のためのGIS手法の習得にも成功し、任意の湧水における土地利用面積の解析を行い年代別の土地利用変化を見ることができた。研究の「見える化」のためには3次元地下水流動シミュレーションが必要になるため、その手法習得のために講習会に参加するとともにアカデミック版のソフトを購入し、簡易なシミュレーションにも成功した。来年度には、水質分析結果や水年齢値が出揃う予定であるため、これに3次元地下水流動シミュレーション等を加えることで、両地域での比較解析に必要な基礎データ構築を完了させ、踏み込んだ解析に着手できる予定である。初年度に島原湧水群および金峰山湧水群の両地域において採水調査を完了し、水質分析にも着手したことから、来年度以降には水年齢の解明および土地利用解析を主眼に置いて研究を進める計画である。日本は降水量が豊富で地形が急峻であるため、50年未満の若い地下水が卓越している。この若い地下水の年齢(滞留時間)の解明は、持続可能な地下水利用・管理・開発に繋がるため、地方自治体・行政側からのニーズが強い。既に85Krを用いた分析は終えたことから、他の若い年代トレーサーであるCFCsやSF6の測定を実施し、水年齢の高時間分解能での解明を目指す。また、地下水シミュレーションに着手することは、モデル構築で不確定要素の強い透水係数や有効間隙率を設定する際に、水の時間情報がモデル精度を高める点や地表面下を流動する地下水の「見える化」ができることから強いニーズがある。こうした社会ニーズを具現化することを目指すためにも、来年度は「水年齢の高精度化」と「見える化」を実施する計画である。

具体的には、両地域における湧水の採水調査を実施した。両地域で計約40地点での採水が完了し、翌年度中には水質分析結果が得られる見込みである。また、水年齢の解明のためには分析装置の確立が不可欠であったことから、既存のシステムの改修を行う必要があった。クロロフルオロカーボン類(CFCs)および六フッ化硫黄(SF6)分析を実施すべくシステム改修に取り組んでいるところである。研究の「見える化」のための基礎情報構築のために土地利用解析のためのGIS手法の習得にも成功し、任意の湧水における土地利用面積の解析を行い年代別の土地利用変化を見ることができた。来年度には水年齢のデータも出揃う予定であるため、これに地下水流動シミュレーション等を加えることで、両地域での比較解析に必要な基礎データ構築を完了させ、研究を発展させる予定である。既に研究対象とした島原湧水群および金峰山湧水群における過去の水質データ整理を終え、現地での採水調査も完了した。島原湧水群では、噴火から25年が経過し復興した現在の広域的な採水調査を実施し、金峰山湧水群では、果樹園が全斜面に分布した現在の広域的な採水調査を実施した。本研究の核となる水年齢分析のための一連の分析装置の改修にも着手し、来年度中には分析値を出すことができる予定である。また、既に申請者がH26-28年度の若手研究Bにおいて確立した85Krを用いた水年齢測定手法を用いて、金峰山の北側に位置する地域で地下水の年代推定を実施し、上流域から下流域にかけて年代が延びるような地下水流動に整合的な結果を得ることに成功した。さらに土地利用解析のためのGIS手法の習得にも成功し、任意の湧水における土地利用面積の解析を行い年代別の土地利用変化を見ることができた。研究の「見える化」のためには3次元地下水流動シミュレーションが必要になるため、その手法習得のために講習会に参加するとともにアカデミック版のソフトを購入し、簡易なシミュレーションにも成功した。来年度には、水質分析結果や水年齢値が出揃う予定であるため、これに3次元地下水流動シミュレーション等を加えることで、両地域での比較解析に必要な基礎データ構築を完了させ、踏み込んだ解析に着手できる予定である。初年度に島原湧水群および金峰山湧水群の両地域において採水調査を完了し、水質分析にも着手したことから、来年度以降には水年齢の解明および土地利用解析を主眼に置いて研究を進める計画である。日本は降水量が豊富で地形が急峻であるため、50年未満の若い地下水が卓越している。この若い地下水の年齢(滞留時間)の解明は、持続可能な地下水利用・管理・開発に繋がるため、地方自治体・行政側からのニーズが強い。既に85Krを用いた分析は終えたことから、他の若い年代トレーサーであるCFCsやSF6の測定を実施し、水年齢の高時間分解能での解明を目指す。また、地下水シミュレーションに着手することは、モデル構築で不確定要素の強い透水係数や有効間隙率を設定する際に、水の時間情報がモデル精度を高める点や地表面下を流動する地下水の「見える化」ができることから強いニーズがある。こうした社会ニーズを具現化することを目指すためにも、来年度は「水年齢の高精度化」と「見える化」を実施する計画である。年度末に購入予定だった物品が、在庫なしだったことから、当該年度内に購入することができなかった。この予算を繰り越し、次年度速やかに購入する計画である。
亜熱帯海域における二酸化炭素吸収と栄養塩のダイナミクス

本研究では、亜熱帯海域における極低濃度の栄養塩類とpCO_2と同時に連続計測することにより、pCO_2変動が微小な栄養塩類濃度変動を伴うものか否かを明らかにすることを目的とした。この目的のために、平成17年度から時間分解能が十分高い溶存二酸化炭素分圧(pCO_2)連続計測システムの試作と試験を行い、平成18年度にはガス交換係数の大きい透過膜モジュールを用いたフロースルー型の気液平衡器を製作し、最終的に十分な応答速度を持つ連続計測システムを完成させた。このシステムを用いて東京海洋大学・海鷹丸により東京-シドニー間(平成18年11月29日12月14日)で、西部太平洋亜熱帯海域(34°N30°S、141°155°E)における表面水連続観測を実施した。pCO_2データの他、分光法によるpHの連続計測データ、栄養塩類の高感度連続計測データを得て、平成19年度にかけてデータ解析を進めた。pCO_2は320392μatmの範囲内で、高緯度域で低く低緯度域で高くなる傾向を示したが、数十kmないし数百kmの比較的小さな空間スケールでも変動していた。硝酸塩+亜硝酸塩、アンモニウム塩の濃度は海域全体できわめて低く、大部分は20nM以下であった。リン酸塩濃度は海域による変化が顕著で、最大190nMまでの範囲で変動した。pCO_2の小さな空間スケールの変動は3つのパターンに分類できた。まず水温低下、塩分上昇に伴ってpCO_2は上昇、pHは低下し、栄養塩類濃度が上昇したパターンがあった。これは湧昇または鉛直混合の影響と考えられた。次ぎに塩分の急激な低下を伴った変動で、海水の希釈によって全炭酸が低下し、それに伴ってpCO_2が低下したものと考えられた。最後に最も多かったのがリン酸塩とpCO_2が対応して変動するパターンで、生物活動による消費を反映したと考えられた。本研究は亜熱帯海域において船舶航走中に、1)栄養塩類の高感度連続計測、2)溶存二酸化炭素分圧(pCO_2)連続計測、3)基礎パラメータとしての水温、塩分、クロロフィルa濃度の連続計測、の3つを同時に実施することを計画している。観測の実施を平成18年1112月に予定される本学研究練習船・海鷹丸第21次航海の東京シドニー間と決め、今年度は観測システムの試作とテストを行った。溶存二酸化炭素分圧(pCO_2)の連続計測システムについて、非分散型赤外線吸収分析(NDIR)装置を検出器としたバブリング型の気液平衡器を試作し、動作試験を行った。本研究ではpCO_2の空間変動と極低濃度栄養塩類の変動を対比させることを目的としており、気液平衡器はフロースルー型の運転でも十分な応答速度が得られることが望ましいと考えられた。試作平衡器でフロースルー型の運転を行って十分な応答速度を得るためには平衡器のスケールアップが不可欠との結論に達した。バブリング型の気液平衡器の応答を高速化するために、Frankignoulle et al.(2001)型の固形物充填式平衡器を用いる方法、ガス交換係数の大きい透過膜モジュールを用いた気液平衡器による方法、液-液のガス交換と分光光度法によるpHの連続計測を組み合わせる方法、の3つを候補として試験を継続している。

pHによる方法はNDIRを検出器として用いないが、試水自体のpHの計測にも準用可能であるため、炭酸系の変動についてpCO_2を補完するパラメーターを得る目的で観測項目に加えることとした。本研究では、亜熱帯海域における極めて低濃度の硝酸塩、アンモニウム塩、リン酸塩の時空間変動をpCO_2と同時に連続計測することにより、pCO_2変動が微小な栄養塩類濃度変動を伴うものか否かを明らかにすることを目的としている。この目的のためには、応答速度の十分速い(分解能が十分高い)溶存二酸化炭素分圧(pCO_2)連続計測システムが必要となる。本研究では一昨年度来、そのための計測システムの検討・試験を行ってきた。平成18年度はガス交換係数の大きい透過膜モジュールを用いたフロースルー型の気液平衡器を製作し、最終的に十分な応答速度を持つ連続計測システムを完成することが出来た。この連続計測システムの試験を東京海洋大学・青鷹丸船上で実施し、これを踏まえて東京海洋大学・海鷹丸第21次遠洋航海の東京-シドニー間(平成18年11月29日12月14日)で、西部太平洋亜熱帯海域(34°N30°S、141°155°E)における観測を実施した。航走時に船底から連続的に供給される表面海水について、本研究で製作した計測システムを用いたpCO_2の連続計測データ、分光法によるpHの連続計測データ、長光路キャピラリーセルを用いた高感度栄養塩類連続自動吸光光度分析装置による硝酸塩(+亜硝酸塩)、リン酸塩、アンモニウム塩の連続計測データ、海鷹丸の表面モニター装置による水温・塩分・クロロフィルの連続観測データ、を得ることが出来た。これらのデータについて、pCO_2の変動と、メソスケールの海象変動に伴う栄養塩濃度変動やクロロフィル濃度・日射量等の変動との関連についての解析に着手している。本研究では、亜熱帯海域における極めて低濃度の栄養塩類の時空間変動をpCO_2と同時に連続計測することにより、pCO_2変動が微小な栄養塩類濃度変動を伴うものか否かを明らかにすることを目的とした。このために時間分解能の高いpCO_2連続計測システムを開発し、計画通り平成18年度に西部太平洋亜熱帯海域(34°N30°S、141°155°E)における乗船観測を実施した。平成19年度はこの観測データの解析を進めた。pCO_2は320392μatmの範囲内で変動し、高緯度で低く低緯度で高い傾向を示したが、数+kmないし数百kmの比較的小さな空間スケールの変動が確認された。硝酸塩+亜硝酸塩濃度は観測海域全体できわめて低く、大部分の海域で20nM以下であった。リン酸塩濃度は海域による濃度の変化が顕著で、検出限界付近から190nMの範囲で変動していた。pCO_2の小さな空間スケールの変動は3つのパターンに分類できた。1つは水温の低下、塩分の上昇を伴った変動で、pCO_2は上昇、pHは低下し、栄養塩類濃度の上昇を伴っていた。これは湧昇または鉛直混合の影響と考えられた。2つ目は塩分の急激な低下を伴った変動で、海水の希釈によって全炭酸が低下し、それに伴ってpCO_2が低下したものと考えられた。最後に最も多かったのがリン酸塩とpCO_2の変動が対応しているパターンであり、生物活動による消費を反映したものと考えられた。ただしその変動の時間スケールは必ずしも明らかでなく、さらに解析が必要であると考えている。