hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
施設配置と資源配分の数理モデルの応用可能性に関する研究

数理モデル分析手法の公共政策部門全般への適用例のサーベイを行った。これらの成果は翻訳「公共政策ORハンドブック」として平成10年4月に刊行した。なお本書には、数理計画法に基づく配分モデルに限らず、より広範に施設の最適配置個所決定の際の評価関数として効用関数を用いるもの、相反する評価目的基準を有する主体間の妥協点を探るためのモデルの定式化等についても記述されており、それらについてのサーベイも行った。一般的な数理計画モデルの定式化等についても、「数理計画モデル分析と基礎的定式化技法」としてオペレーションズリサーチ誌(1998年4月号)にまとめた。本稿は数理計画モデルを使用する際の定式化技法あるいは分析手法について基本的な要件をまとめたものである。さらに数理計画モデル分析全般の課題と将来展望についても記述がなされている。また最も一般的かつ基本的な最適化問題である最短経路問題について、「最短経路問題とその周辺」としてオペレーションズリサーチ誌(1997年12月号)にまとめた。首都圏における交通路線選択問題についても実データをもとに例題が示されている。本問題の実用的価値と理論的興味という両観点からの分析が示されている。配置配分問題に対する数理計画モデルの定式化を提起し、理論と方法論の開発を試みた。これまでの伝統的解法の一般化によって資源のより公平かつ公正な配分方法が得られ、実証が試みられている。数理モデルの応用としての公共政策部門全般への適用例のサーベイを行った。これらの成果は翻訳「公共政策ORハンドブック」として平成10年4月に刊行予定である。なお本書には、数理計画法に基づく配分モデルに限らず、より広範に施設の最適配置個所決定の際の評価関数として効用関数を用いるもの、相反する評価目的基準を有する主体間の妥協点を探るためのモデルの定式化等についても記述されているため、それらについてのサーベイも行った。一般的な数理計画モデルの定式化等についても、「数理計画モデル分析と基礎的定式化技法と基礎的定式化技法」としてオペレーションズリサーチ誌(1998年4月号)にまとめた。また、最も一般的かつ基本的な最適化問題である最短経路問題について、「最短経路問題とその周辺」としてオペレーションズリサーチ誌(1997年12月号)にまとめた。一般的な数理計画モデルの定式化手法について、「数理計画モデル分析と基礎的定式化技法」としてオペレーションズリサーチ誌(1998年4月号)にまとめた。本稿は数理計画モデルを使用する際の定式化技法あるいは分析手法について基本的な要件を整理したものである。これらの成果を監訳「公共政策ORハンドブック」として平成10年4月に刊行した。本書には、数理計画法に基づく配分モデルに限らず、より広範に施設の最適配置個所決定の際の評価関数として効用関数を用いるもの、相反する評価目的基準を有する主体間の妥協点を探るためのモデルの定式化等についても記述されているため、それらについてのサーベイも行った。
胸腺機能に必要な生体膜リン脂質代謝の解明

胸腺特異的なLPCAT3遺伝子欠損マウスをlck-Creマウス、CD4-Creマウスの2系統を用いて作製した。LPCAT3-Flox/ CD4-Creマウスでは野生型と遺伝子欠損型での胸腺の細胞数やTリンパ球のポピュレーションの違いが観察されなかった。一方、LPCAT3-Flox/ lck-Creマウスでは遺伝子欠損型で細胞数の若干の減少がみられた。Tリンパ球のポピュレーションをFCMで確認するとDP、CD4SP、CD8SPが減少し、ダブルネガティブ(DN)の増加していた。現在、この原因を解明するために詳細な解析を行なっている。全身性LPCAT3遺伝子欠損マウスは小腸での栄養吸収障害により生後一週間以内に死亡するため、薬剤投与による誘導性遺伝子欠損マウスの作製を行った。5ー6週齢のマウスに薬剤(タモキシフェン)を投与し遺伝子欠損マウスを作製したところ、胸腺萎縮が観察された。この萎縮の原因を探るため、胸腺組織のHE染色及びTUNEL染色を行った。HE染色の結果からは胸腺の皮質部分の縮小がみられ、TUNEL染色の結果からは髄質において胸腺細胞がアポトーシスを起こしている事が分かった。さらに回収した胸腺細胞の表面抗原をフローサイトメーター(FCM)で解析したところ、全てのリンパ球の減少がみられ、特にCD4CD8ダブルポジティブ(DP)細胞の減少が著しかった。これは皮質の縮小と一致した結果であった。しかしながら以前の報告では上記のような場合アポトーシス細胞が皮質で観察されているが、今回は髄質で検出されており若干の違いがみられる。この違いの重要性を探るため、アポトーシスが起こりはじめる時期の特定を行い、その際の上記解析を行う予定である。血液検査を行った所、遺伝子欠損マウスではT-CHO, TGの低下が検出され、全身性遺伝子欠損マウスと同様に小腸での栄養吸収阻害が疑われた。この時期の小腸の組織解析を行った所、新生児期程ではないが小腸における脂質蓄積が一部観察された。さらに若干の低血糖も観察されており、低栄養・低血糖による胸腺萎縮の可能性も示唆された。こちらについては血液中のホルモン値を測定し、薬剤投与実験を行って解明していく予定である。胸腺萎縮の原因として、皮質の萎縮とDP-T細胞の減少が確認された。しかしながらこれまでの報告とは異なり、髄質において胸腺細胞がアポトーシスを起こしている像が見られた事から今後はこの点を明らかにする予定である。また血液検査の結果から低血糖という原因も示唆されており、この結果とあわせて解析を行うことで、より詳細な原因が突止められると考えられる。一方、胸腺単独でのLPCAT3機能解析のため、胸腺特異的な遺伝子欠損マウスの作製を進めており、CD4-CreマウスとLPCAT3-Floxマウスを掛け合わせた系統については実験に使用できる数が確保されてきている。またlck-Creマウスと掛け合わせた系統については妊娠率が低い、食殺されるといったトラブルが起こっているが、少しずつマウスを確保してきているので今後はそれを増やしていく予定である。以上の進行状況は申請時の計画書通りに進んでおり、概ね順調に進展していると考えている。生体膜構成成分であるリン脂質はエネルギー源やシグナル分子の貯蔵体としての機能もあわせもつ。リゾホスファチジルコリンアシルトランスフェラーゼ3(LPCAT3)は、生体内のあらゆる組織においてアラキドン酸およびオレイン酸含有リン脂質を生合成する事が遺伝子欠損マウス解析より明らかになっている。LPCAT3遺伝子欠損マウスは新生児致死であったため、薬剤投与による誘導性遺伝子欠損マウスを作成した。5-6週齢のマウスに薬剤(タモキシフェン)を投与し遺伝子欠損マウスを作製したところ、胸腺萎縮が観察された。さらに詳細な解析を行うため、胸腺特異的なLPCAT3遺伝子欠損マウスをlck-Creマウス、CD4-Creマウスの2系統を用いて作製した。

Tリンパ球のポピュレーションをFCMで確認するとDP、CD4SP、CD8SPが減少し、ダブルネガティブ(DN)の増加していた。現在、この原因を解明するために詳細な解析を行なっている。誘導性LPCAT3遺伝子欠損マウスについては、低栄養・低血糖による胸腺萎縮の可能性を探る。低血糖になると副腎皮質からコルチコステロン(副腎皮質ホルモンの1つ)が放出され、これが胸腺細胞のアポトーシスを誘導し胸腺萎縮が起こると報告されている。このため、コルチコステロンの血中濃度をELISAで測定し、コルチコステロンの生合成阻害薬(DL-aminoglutethimide:AGE)投与による胸腺萎縮への効果を調べる。胸腺特異的なLPCAT3遺伝子欠損マウスがほぼ完成しているので、そのマウスを使った機能解析を行う。これにより他組織の影響を除いた胸腺でのLPCAT3機能を確認する。まず胸腺を中心とした組織染色(HE, TUNEL)を行う。さらに胸腺や他組織(二次リンパ組織である脾臓やリンパ節)の細胞数や細胞表面抗原の免疫染色による分化成熟度の割合などを調べる。さらにこれらの細胞をセルソーターなどで回収し、刺激に夜脂質メディエーター・サイトカインなどの測定を行い、LPCAT3の細胞機能における役割を詳細に解析する。また組織からリンパ球の回収し細胞死への感受性テストを行い、LPCAT3が直接アポトーシス自体に与える影響を明らかにする。同時にリンパ球系培養細胞(Jurkat, U-937など)のノックアウト細胞の作製も行い、さらに詳細な機能解析を行う。ノックアウト細胞については効率的なCRISPR-Cas9システムが研究室内で確立されており、こちらの方法により短期間で樹立する予定である。脂質生物化学
GPGPUを活用した超高速CGレンダリングサーバーによるASPサービスの構築

建築設計分野においてCGは幅広く活用されている一方で、CGの表現技術はますます高度化し、それに伴って画像生成のための計算時間も増加の一途をたどっている。CPUの性能が今後は大きな速度向上が期待できない状況の中で、GPUは汎用性の面でCPUに劣るが、数千におよぶコアを備えており、その並列処理の特性を活かせば、CPUをはるかに凌ぐ高速計算処理を実現できる可能性がある。著者らはGPUの活用による実用的な超高速CGレンダリングシステムを開発すると共に、開発システムをネットワーク経由で利用できる仕組みを構築した。特に本年度は、超高速レンダリングシステム実現のために、GPUの高速性能を効率的に引き出す並列化手法を提案すると共に、その提案手法をレンダリングソフトウエアに実装してその高速性能を検証し、実用性を実証した。レンダリング処理にはGPUが不得意とする膨大な分岐処理が含まれており、CPU版のアルゴリズムを単純にGPU版にコンバージョンしても計算高速化は全く期待できない。幸いにもレンダリング処理には、計算負荷の重い箇所と軽い箇所があるので、計算負荷の軽い箇所はコードを現状のままにし(CPUで計算)、計算負荷の重い箇所のみをGPU化することで、GPU化コンバージョン作業を減らすと共に、計算負荷の重い箇所を集中的に高速化するハイブリッドレンダリングのアルゴリズムを考案した。このアルゴリズムをシステムに実装し、実ジョブ相当の様々なタイプのデータに適用し画像作成することで、レンダリング処理が従来のCPU処理に対して数十倍から数百倍高速化することを実証した。これによって、これまで数十分から1時間を超えるような計算時間を要していた高品質画像を数秒程度で生成することを実現させた。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。近年注目されているGPGPU技術を活用し、CPUで動く従来のCGソフトウエアに比べて数百倍の速度で処理する実用的な超高速CGレンダリングシステムを開発する。さらに、開発したシステムをユーザーがネットワーク経由で手軽に利用できるようにするために、ASPサービスの仕組みを構築することを目指す。この研究目標に沿って、今年究開発した主な項目は以下である。・CUDAによる並列処理プログラム開発環境の構築・並列化検討用プログラムによるコーディング方法の検討・並列化検討用CGレンダリングプログラム(FrendBS)の開発・FrendBSの並列化のための前処理(各種データの構造化、ホスト処理部分とデバイス処理部分の分離など)・FrendBSのCUDAによる並列化・各種並列化手法(ピクセル単位の並列化、スキャンライン単位での並列化、マルチスキャンラインでの並列化、マルチピクセルでの並列化)による計算速度の測定と比較・Server Rendering機能の開発など近年注目されているGPGPU技術を活用し、CPUで動く従来のCGソフトウエアに比べて数百倍の速度で処理する実用的な超高速CGレンダリングシステムを開発する。この研究目標に沿って、今年度開発した主な項目は以下である。・CGレンダリングシステム(Frend)の機能ごとの計算時間測定によるGPGPU化部分の特定と抽出・FrendのGPGPU化のための準備作業(各種データの構造体化、ホスト処理部分とデバイス処理部分の分離など)・マルチGPUによる並列化コーディング手法の検討・半影計算の高速処理アルゴリズムの開発・Server Renderingシステムの開発と実証実験など本研究で開発するシステムは、超高速レンダリングシステムとASPサービスシステムに大別される。ASPサービスシステムの開発についてはほぼ完成し、東京(大学内)にあるサーバーに遠隔地(神戸)からジョブを投入してレンダリングする実証実験の段階に入っている。現在のところ、順調に稼動している。超高速レンダリングシステムについては、完成まで60%程度の進捗であるが、28年度中には完成させる予定で、当初計画どおりに進んでいる。最近注目されているGPGPU技術を活用し、CPUで動く従来のCGソフトウエアに比べて数百倍の速度で処理する実用的な超高速CGレンダリングシステムを開発する。さらに、開発したシステムをユーザーがネットワーク経由で手軽にりようできるようにするために、ASPサービスの仕組みを構築することを目指す。・ServerRenderingシステムでのデータ転送速度の実測・ServerRenderingシステムでのファイアウォールの設定・ServerRenderingシステムで複数ジョブの同時処理・GPGPU簡易版レンダリングソフトウエアのServerRenderingシステムへの組み込み・GPGPU版レンダリングソフトウエアに全域照明シミュレーション機能の組み込み(メンバー変数の整理、occulusion計算の関数化、host側とdevice側の関数の切り分け、hostとdeviceの値のやり取り、など)本研究で開発するシステムは、超高速レンダリングシステムとASPサービスシステムに大別される。ASPサービスシステムの開発についてはほぼ完成しており、本年度は超高速レンダリングシステムの開発に注力してきた。本来であれば、本システムの開発を本年度中に終了し、次年度には開発システムの実証実験に進む計画であったが、研究代表者が本年度で大学を退官するという予定外の事態が発生したために、予定通りには作業を進めることができなかった。

特に本年度は、超高速レンダリングシステム実現のために、GPUの高速性能を効率的に引き出す並列化手法を提案すると共に、その提案手法をレンダリングソフトウエアに実装してその高速性能を検証し、実用性を実証した。レンダリング処理にはGPUが不得意とする膨大な分岐処理が含まれており、CPU版のアルゴリズムを単純にGPU版にコンバージョンしても計算高速化は全く期待できない。幸いにもレンダリング処理には、計算負荷の重い箇所と軽い箇所があるので、計算負荷の軽い箇所はコードを現状のままにし(CPUで計算)、計算負荷の重い箇所のみをGPU化することで、GPU化コンバージョン作業を減らすと共に、計算負荷の重い箇所を集中的に高速化するハイブリッドレンダリングのアルゴリズムを考案した。このアルゴリズムをシステムに実装し、実ジョブ相当の様々なタイプのデータに適用し画像作成することで、レンダリング処理が従来のCPU処理に対して数十倍から数百倍高速化することを実証した。これによって、これまで数十分から1時間を超えるような計算時間を要していた高品質画像を数秒程度で生成することを実現させた。並列化検討用のレンダリングテストプログラムを作成し、このプログラムを使用して様々な並列化手法でコーディングし、計算速度を測定し比較した。この結果、CGレンダリングのアルゴリズムにおいてどのような方法が最も計算高速化に効果的かについて知見を得て、このテストプログラムのレベルでは目標とする速度がでることを実証した。この知見によって今後の正式プログラムの並列化コンバージョン作業の方向性が定まった。また、Server Rendering機能の開発によって、ユーザーがネットワークを介してこのシステムを活用できる仕組みにめどが立った。残り2年の研究期間がある。28年度中に超高速レンダリングシステムとASPサービスシステムの2つのシステムの完成を目指す。ASPサービスシステムはほぼ完成したので、28年度は超高速レンダリングシステムの開発に注力する。現在は60%程度の完成度であるが、これまでに、高速化のための検討をおこない、ノウハウを蓄積してきたので、今後は開発のスピードアップが見込まれる。最終年度の29年度は、本開発システムを使って本格的な実証実験を実施する。研究代表者が大学を退官後も客員として大学に籍を置き、引き続き本研究を進める体制にした。
環境調和適応型炭素-炭素結合形成反応の開発とコンビナトリアル合成への展開

1.ラジカル反応による炭素炭素結合形成反応イオン反応は一般に厳密な反応条件が要求されるのに対して,ラジカル反応は安価で環境にやさしい水やアルコール類のプロトン性溶媒中でも効率的に進行する.本研究では主に水溶媒中でのラジカル的炭素-炭素結合形成反応の開発を行い,さらにその応用として各種生物活性化合物の合成を行って本反応の有用性を確認した.ラジカル開始剤として,環境にやさしいトリエチルボラン,金属亜鉛さらには第一イオン化ポテンシャルが低いにも拘わらず水中でも安定な金属インジウムを選択し,主に水溶媒中でのアルキルラジカル付加反応を検討した.その結果,いずれの場合も高収率で反応は進行し目的物が得られた.また,不斉補助基を有する基質を用いてジアステレオ選択的ラジカル付加反応へ展開し,α-アミノ酸類の不斉合成にも成功した.それぞれの反応は分子内反応としても有用であり,タンデム型ラジカル付加閉環(捕捉)反応として官能基化と同時に環状化合物を一挙に合成できる極めて効率的な方法である.また,ポリマーに担持したオキシムエーテルへのラジカル付加反応によるジアステレオ選択的固相反応も行なった.2.転位反応を基盤とする環境調和型反応の開発一般に転位反応は使用した基質の全ての原子が有効利用されるためアトムエコノミー適応型反応である.ヒドロキシメートの1,2-Wittig転位反応によるヒドロキシオキシムエーテルの合成を検討した.また,その結果に基づいて生物活性化合物Cytoxazoneの合成にも成功した.さらに,我々が開発したヒドラゾン類の緩和なアシル化条件下での転位反応により天然のインドール類の合成やオキシムエーテル類の緩和なアシル化条件下での新規ベンゾフラン類の効率的合成法の開発とその応用研究を行なった.1.ラジカル反応による炭素炭素結合形成反応イオン反応は一般に厳密な反応条件が要求されるのに対して,ラジカル反応は安価で環境にやさしい水やアルコール類のプロトン性溶媒中でも効率的に進行する.本研究では主に水溶媒中でのラジカル的炭素-炭素結合形成反応の開発を行い,さらにその応用として各種生物活性化合物の合成を行って本反応の有用性を確認した.ラジカル開始剤として,環境にやさしいトリエチルボラン,金属亜鉛さらには第一イオン化ポテンシャルが低いにも拘わらず水中でも安定な金属インジウムを選択し,主に水溶媒中でのアルキルラジカル付加反応を検討した.その結果,いずれの場合も高収率で反応は進行し目的物が得られた.また,不斉補助基を有する基質を用いてジアステレオ選択的ラジカル付加反応へ展開し,α-アミノ酸類の不斉合成にも成功した.それぞれの反応は分子内反応としても有用であり,タンデム型ラジカル付加閉環(捕捉)反応として官能基化と同時に環状化合物を一挙に合成できる極めて効率的な方法である.また,ポリマーに担持したオキシムエーテルへのラジカル付加反応によるジアステレオ選択的固相反応も行なった.2.転位反応を基盤とする環境調和型反応の開発一般に転位反応は使用した基質の全ての原子が有効利用されるためアトムエコノミー適応型反応である.ヒドロキシメートの1,2-Wittig転位反応によるヒドロキシオキシムエーテルの合成を検討した.また,その結果に基づいて生物活性化合物Cytoxazoneの合成にも成功した.さらに,我々が開発したヒドラゾン類の緩和なアシル化条件下での転位反応により天然のインドール類の合成やオキシムエーテル類の緩和なアシル化条件下での新規ベンゾフラン類の効率的合成法の開発とその応用研究を行なった.ラジカル種を用いた炭素-炭素結合形成反応に基づく水中での環状化合物の合成法の開発およびTFAAを用いた新規転位反応の開発に関する実験を開始した。ラジカル反応においては,炭素およびヘテロ原子の各ラジカルの多重結合への付加に始まる炭素-炭素結合形成と,その結果生成した新規ラジカルの求電子的性質を利用して,電子過剰な多重結合への付加による第2の炭素-炭素結合形成を行い,最終的には官能基化されたしかも多様な機能的化合物の効率的合成の基礎的研究を行った。すなわちオキシムエーテルおよびヒドラゾンのようなイミン類への炭素ラジカル付加反応を検討したところ、これまでのイオン反応に比して{極めて緩和な反応条件下において炭素-炭素結合形成反応が進行することを見出した。本反応は、使用する溶媒や試薬などが市販品そのものを使用しても効率的に進行することから環境調和適応型反応といえる。さらに、本反応を樹脂に結合した基質についても検討した結果、固相合成反応としても十分使用可能な効率的反応であることが判明した。この結果は、反応終了後の生成物の分離精製が、従来の有機合成反応の場合に比して飛躍的に簡素化できることになり、コンビナトリアル合成への展開の可能性を見出した。また、ラジカル反応において水を溶媒として用いる合成反応の基礎的検討も行った。転位反応においては,これまで比較的過酷条件下で行われていたFischer indolizationをトリフルオロアセチル基の特異な電子吸引性を活用することにより緩和な反応条件下での合成反応として確立するための基礎的検討を行った。その結果、従来まで、高温を要していたFischer indolization反応が100°C以下でも極めて容易に進行することを見出した。昨年度に引き続き、ラジカル種を用いた炭素-炭素結合形成反応を基盤とする水中での環状化合物の合成法の開発およびTFAAを用いた新規転位反応の開発に関する実験を継続した.

ラジカル反応においては,反応性の異なる二種の多重結合を有する基質を用いて、より求電子的な不飽和アミドまたは不飽和エステル部分への炭素ラジカルの付加に始まる炭素-炭素結合形成と,その結果生成した求電子的炭素ラジカルの電子過剰な多重結合への分子内付加による第2の炭素-炭素結合形成を行い,最終的には官能基化された環状化合物の効率的合成を行った.すなわちオキシムエーテルおよびヒドラゾンのようなイミン類への炭素ラジカル付加反応を検討したところ、これまでのイオン反応に比して、極めて緩和な反応条件下において炭素-炭素結合形成反応が進行することを見出した。さらに数種の金属の電子的性質を活用することにより、水中ラジカル付加反応をはじめて開発した。これらのラジカル反応は、使用する溶媒や試薬などが市販品そのものを使用しても効率的に進行することから環境調和適応型反応といえる。さらに、本反応を樹脂に結合した基質についても検討した結果、固相合成反応としても十分使用可能な効率的反応であることが判明した。本手法を用いて環状ラクラムおよびラクトン類のライブラリー構築の可能性を見出した。転位反応においては,これまで比較的過酷条件下で行われていたFischer indolizationをトリフルオロアセチル基の特異な電子吸引性を活用することにより緩和な反応条件下で効率的に進行させることに成功した。さらに本手法をワンポット反応へ展開し、インドール類の効率的合成法を確立した。さらにインドール骨格を有する天然物の合成も行った。昨年度に引き続き,新規ラジカル開始剤としてインジウムを用いた水中ラジカル炭素-炭素結合形成反応を基盤とする非環状および環状化合物の合成および各種酸無水物を用いた新規転位反応の開発に関する実験を継続中である.ラジカル反応に関しては,第一イオン化ポテンシャルが低いにも拘わらず水中でも非常に安定な金属であるインジウムの特徴を生かしたラジカル反応を初めて開発した.これまでインジウムは活性化されたハロゲン化アルキルを用いるBarbierタイプの反応に用いられていたが,我々はインジウムが単純なハロゲン化アルキルへの一電子移動が進行し,発生した炭素ラジカルが多重結合に付加することにより炭素-炭素結合形成反応が効率的に進行することを見出した.本アルキルラジカル付加反応は分子間および分子内反応でも極めてスムースに進行し,各種アミノ酸や官能基化された環状化合物が高収率で合成できることが判明した.すなわち,オキシムエーテルおよびヒドラゾンのようなイミン類への炭素ラジカル付加反応は極めて緩和な反応条件下において炭素-炭素結合形成反応が進行した.本研究により開発中のラジカル反応は,使用する溶媒や試薬などが市販品そのものを使用しても効率的に進行することから環境調和適応型反応といえる.転位反応に関しては,昨年度までに開発した緩和な反応条件下でのFischer indolizationを参考にして,基質として0-アリールオキシムエーテルを用いることにより環境調和型ベンゾフラン類の効率的な新規合成法の開発を行った.本法は極めて緩和な反応条件下での合成反応であるため,保護基の必要のないベンゾフラン類の合成法として期待され,現在天然物などの合成を検討中である.
半相対論的非線形場の数学的基礎

29年度の研究では、ゲージ不変性を伴わない冪乗型の非線型項を有する半相対論的方程式の初期値問題に対して、時間大域的な解が存在しない為の条件を研究した。ゲージ不変性を伴わない冪乗型の非線型項を有する方程式の初期値問題を考察した場合、適当な条件の下で時間大域的に解が存在しない事が期待される。一方で、半相対論的方程式は分数階の微分作用素を主要部に有する為、従来の手法で解の延長不能性に就いて議論する事が出来ない。報告者と受け入れ研究員は、分数階微分を主要部から取り除く為の半相対論的方程式の変形を考案する事で、解が適当な条件の下、時間大域的に存在しない事を示した。その後この変形による半相対論的方程式の考察は、戍亥隆恭氏によって尺度不変性の観点から自然なものに拡張されている。29年度の研究では、適当な試験関数に対する分数階微分を具体的に計算する事で、方程式を変形することなく、より直接的な手法で時間大域的な解の非存在を示した。分数階微分は非局所的な作用素であり、分数階の導関数を、元の関数を用いて各点で制御する事は一般に困難である。特に、試験関数としてよく用いられる台がコンパクトな関数に対しては、分数階の導関数の各点に於ける評価は不可能であるが、本研究では減衰する多項式に対する分数階の導関数の各点に対する評価を具体的に計算し、尺度劣臨界に対する解の時間大域可解性をより直接的な方法によって否定した。特に、分数階の導関数の空間遠方に対する減衰の速度が、多項式の冪によって、対応する古典的な導関数の速度と同様になる場合と、遅くなる場合がある事を示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の、初期値問題の適切性と初期値の微分可能性との関係の研究を研究した。特に今年度の研究に於いては、空間3次元での尺度臨界に於ける初期値問題の適切性を証明し、ゲージ不変な半相対論的方程式に於いて、適当な初期値に対して解が有限時刻で爆発する事を示した。空間3次元での尺度臨界に於ける初期値問題の適切性の研究は小澤徹教授とVladimir Georgiev教授との共同研究である。本研究では、空間3次元に於ける、初期値と解が1階微分可能である場合に対する臨界尺度、即ち3次の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題が、球対称性の仮定の下で適切となる事を示した。具体的には、球対称性と3次の非線型性に注目し、対応する波動方程式を空間1次元の方程式に変形する事で、解の一様評価を得た。この変形に基づく一様評価は、他の半相対論的方程式の研究では見られない独創的なものである.ゲージ不変な半相対論的方程式に対する爆発の研究はVladimir Georgiev教授と小澤徹教授との共同研究である。本研究では、解の重み付き自乗平均が半相対論的方程式に由来する常微分方程式に従って有限時刻で爆発する事を示した。具体的には、非線型項の係数が純虚数の場合、解の重み付き自乗平均が半相対論的方程式に由来する常微分不等式の優解となる事を示し、有限時刻で爆発する事を示した。特に空間1次元に於いては、本研究で得られた爆発時刻の評価は精密である。この手法の特徴は、解の重み付き自乗平均に着目し、問題となる分数階微分を伴う積分量を、交換関係を介して解の導関数に独立して評価する事である。特に分数階微分が非斉次の場合は、対応する交換関係の評価はCoifman-Meyerの評価として広く知られていたが、本研究によって斉次な分数階微分に対しても同様に議論が出来る事が分かった。現在までの研究で、半相対論的方程式の初期値問題が適切となる為の条件や、爆発解を有する様な初期値の条件、爆発解に対する爆発の様相に対する理解を進展させる事が出来た。一方で、当初の計画であったゲージ不変性を伴わない半相対論的方程式の初期値問題が、爆発解を有する様な初期値の条件に関しては、当初の予定と比較して進展が乏しかった為。

分数階微分は非局所的な作用素であり、分数階の導関数を、元の関数を用いて各点で制御する事は一般に困難である。特に、試験関数としてよく用いられる台がコンパクトな関数に対しては、分数階の導関数の各点に於ける評価は不可能であるが、本研究では減衰する多項式に対する分数階の導関数の各点に対する評価を具体的に計算し、尺度劣臨界に対する解の時間大域可解性をより直接的な方法によって否定した。特に、分数階の導関数の空間遠方に対する減衰の速度が、多項式の冪によって、対応する古典的な導関数の速度と同様になる場合と、遅くなる場合がある事を示した。今後の研究に於いては、半相対論的方程式の初期値問題の解が存在する為の枠組みを与えるSobolev空間の条件と、解が有限時刻で爆発する為の初期値の条件、並びに爆発解の様相に関する研究を継続する。半相対論的方程式の初期値問題の解が存在する為の枠組みを与えるSobolev空間の研究では、ゲージ不変性を伴わない非線形項に就いて研究を継続する。2016年度の研究によって、空間3次元に於ける半相対論的方程式の初期値問題が解を有する為の枠組みを与えるSobolev空間の条件がより精密に理解された。この研究では、3次元の半相対論的方程式の初期値を1次元の波動方程式への変形が重要であった。今年度の研究に於いては、3次元の問題を1次元の問題に帰着される手法と、申請者が考案した試験関数法を組み合わせることで、3次元における半相対論的方程式の初期値問題について精密な考察を行う。爆発解に対する研究では、フーリエ変換が効果的に作用しない様な条件の下で、半相対論的方程式の初期値問題を考察する。今までの研究では、半相対論的方程式が有する分数階の微分作用素や、2016年度の爆発解の研究で肝要であった分数階微分と重み関数との交換関係をフーリエ変換を介して理解して来た。しかし最近のGeorgiev教授、小澤教授、Forcella氏との議論で、分数階の微分作用素と重み関数の交換関係をLaplacianのリゾルベントに基づいて示す事が出来る可能性がある事が分かった。リゾルベントに基づいて交換関係の有界性が理解された場合、交換関係の有界性はLaplacianのリゾルベント評価に由来する為、これまでEuclid空間上のみで行ってきた議論を、例えば外部領域といったより一般的な条件の下で考察する事が出来る。この為、今年度は交感関係の有界性について研究し、これまでの研究の拡張を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
マルチ光源スキャナ型検査システムを用いた蛍光画像による紙葉類の非破壊識別の試み

【研究内容】犯行に使われる脅迫やいやがらせの文書の紙(紙葉類)の異同識別は、徹底捜査のためには重要な課題となっていた。そこで、スキャンするだけで画像取得できるスキャナに着目して、反射画像、透過画像、蛍光画像、赤外画像を取得できる紙葉類専用のマルチ光源スキャナ型検査装置の開発を行った。同装置は非破壊検査であるので有用である。なお、マルチ光源スキャナ型検査装置及び偽札のスクリーニングのための画像の輝度ヒストグラム解析法の開発は論文にまとめている。今回は脅迫やいやがらせの文書などの紙葉類の蛍光画像のみに着目して、日頃の仕事で出くわす実際の事件で応用してみた。【研究成果】便箋のような紙は、蛍光増白剤が用いられていないため、蛍光画像の見た目だけでも異同識別可能である場合が多かった。さらに、輝度ヒストグラムを用いると、蛍光画像の微妙な違いでも、パターンの違いが視覚化されて識別可能になり、客観性も担保できるようになった。よって、そのような紙には有効であることが明らかになった。一方、コピー用紙のような紙は、蛍光増白剤が用いられているため、蛍光画像のみだけでは、輝度ヒストグラムを用いても、同様のパターンになりがちで異同識別困難な場合もあった。ただし、赤外画像や透過画像を組み合わせると識別可能であった。今後は、蛍光増白剤が用いられている紙については、赤外画像や透過画像の組み合わせ方などを検討する余地がある。【意義・重要性】今までは、紙の分析といえば、蛍光X線やX線回折のような破壊検査しかなかったので、科学捜査では事実上検査不能であった。今回の手法を用いれば、捜査にも大いに貢献できるようになる。
新生児慢性肺障害の病態解析と、治療における基礎研究

Perfluorocarbonの肺胞内での抗炎症作用。多孔性のポリエステルのフィルム上に、II型肺胞上皮細胞を単層培養し、グラム陰性菌の菌体成分であるリポポリサッカライド(LPS)またはグラム陽性菌のαトキシンでII型肺胞上皮細胞を刺激し、細菌性肺炎および肺胞上皮細胞障害モデルを作製した。この細菌性肺炎モデルに、液体人工換気で使用するPerfluorocarbonを肺胞側から加え、肺胞側、問質側の培養液中に分泌されてくるIL-8を測定した。液体人工換気に用いるPerfluorocarbonとして臨床応用が検討されているLiquiVentを用いても、その他のPerfluorocarbonであるFC-84を用いても、肺胞上皮細胞のIL-8分泌を抑制することが明らかになった。外因性のSODを作用させることで、好中球のアポトーシスを誘発した。このとき、annexin-Vと7-AADを用いたfluorescenceのパターンは、Fasを介し好中球のアポトーシスを起こした時にみられるパターンに類似していた。カタラーゼは好中球のアポトーシスとcaspase-3の活性を抑制した。また、Hydrogen peroxideは、好中球のアポトーシスにcaspase-依存性に関与していると考えられた。好中球のアポトーシスは、炎症を調節するメカニズムの1つとして重要であると考えられた。SODによる好中球のアポトーシスの促進は、炎症性の肺障害の治療に利用できる可能性が考えられた。多孔性のポリカーボネートのフィルム上に、II型肺胞上皮細胞を単層培養し、このフィルムで、チャンバーを肺胞側、間質側に分ける肺胞モデルを作製した。チャンバーの肺胞側からII型肺胞上皮細胞を、グラム陰性菌の菌体成分であるリポポリサッカライド(LPS)で刺激し、グラム陰性菌による細菌性肺炎および肺胞上皮細胞障害モデルを作製した。同様にグラム陽性菌のαトキシンでII型肺胞上皮細胞を刺激し、グラム陽性菌による細菌性肺炎および肺胞上皮細胞障害モデルも作成した。この細菌性肺炎モデルに液体人工換気で使用するPerfluorocarbonを肺胞側に加え、肺胞上皮細胞の表面を覆った後、肺胞側、間質側の培養液中の炎症性サイトカインであるIL-8を測定した。Perfluorocarbonはグラム陰性菌による細菌性肺炎モデルにおいても、グラム陽性菌による細菌性肺炎モデルにおいても、肺胞上皮細胞のIL-8分泌を抑制することが明らかになった。II型肺胞上皮細胞を炎症性サイトカインのTNF-αで刺激すると、サーファクタントプロテインA(以下SP-A)の分泌が抑制された。多孔性のポリカーボネートのフィルム上に、II型肺胞上皮細胞を単層培養し、このフィルムで、チャンバーを肺胞側、間質側に分ける肺胞モデルで、肺胞側にTNF-αを加え、肺胞内で生じた炎症により、サーファクタントプロテイン産生が抑制された肺胞モデルとした。このモデルの肺胞側に液体人工換気で使用するPerfluorocarbonを加えると、SP-A産生はTNF-α刺激前の値に回復した。液体人工換気下では炎症により抑制された肺胞上皮細胞のSP-A産生能が回復することが明らかとなった。この細菌性肺炎モデルに、液体人工換気で使用するPerfluorocarbonを肺胞側から加え、肺胞側、間質側の培養液中に分泌されてくるIL-8を測定した。

外因性のSODを作用させることで、好中球のアポトーシスを誘発した。このとき、annexin-Vと7-AADを用いたfluorescenceのパターンは、Fasを介し好中球のアポトーシスを起こした時にみられるパターンに類似していた。カタラーゼは好中球のアポトーシスとcaspase-3の活性を抑制した。また、Hydrogen peroxideは、好中球のアポトーシスにcaspase-依存性に関与していると考えられた。好中球のアポトーシスは、炎症を調節するメカニズムの1つとして重要であると考えられた。SODによる好中球のアポトーシスの促進は、炎症性の肺障害の治療に利用できる可能性が考えられた。
細胞増殖およびがんの形成過程におけるチロシンキナーゼSykの機能解析

チロシンキナーゼSykはBリンパ球などの発生・分化の制御に深く関与している。一方、我々はSykが非血球系組織において幅広く発現していることを見いだし、Sykがこれらの細胞の増殖・分化に密接に関与をしていることを示唆した。さらにごく最近、Sykが乳癌細胞の悪性化を抑制することがNature誌に発表され、Sykによる癌遺伝子治療への応用性について注目を浴びている。実際、我々もSykが肝癌細胞の悪性化を抑制すること予備的に見出した。これらの結果はSykが単に免疫受容体からのシグナル伝達に関与していることのみならず、様々なシグナルにかかわる多機能性分子であることを示唆しており、とりわけ細胞増殖およびがんの形成過程におけるチロシンキナーゼSykの機能および臨床応用への検討が急務である。今回、我々はSykが肝細胞、血管内皮細胞、繊維芽細胞、神経細胞など非血球系組織においても幅広く発現していることを見いだしたので、これらの細胞における増殖およびがんの形成過程におけるSykの役割を検討した。その結果、Sykが血管内皮細胞の増殖や移動に関与していることおよび生体内で血管内皮細胞の形態形成において必須であることが明らかとなった。さらに、ある種の良性腫瘍の患者から樹立した線維芽細胞において炎症性ケモカインの分泌制御機構にSykが重要に関与していることが明らかとなった。これらの結果より今後、Sykを標的とした癌治療への臨床応用が十分に可能であると判断された。
毛包をターゲットとしたナノ粒子化経皮ワクチンシステムの開発

皮膚に塗擦するワクチンの基礎的検討として,モデル抗原として卵白アルブミン(OVA),ナノ粒子として酸化チタン(TiO2)を用いた製剤を調製した。ヘアレスマウス(HR)皮膚を脱毛し,その直後に適用するとナノ粒子が毛包深部に到達すること,また,脱毛によりランゲルハンス細胞が直後から少なくとも2日間は活性化することが明らかとなった。2週毎に3回,HR皮膚を脱毛し,その直後に皮膚適用したが,OVA溶液,OVA-TiO2共にOVA特異的IgG濃度の上昇はわずかであった。皮下注射ではOVA-TiO2でIgG濃度が上昇したことから,皮膚送達を高める方法などさらなる検討が必要である。25年度は,24年度に調製できたモデル抗原として卵白アルブミン(OVA)を用い,酸化チタンナノ粒子を芯物質としたナノ粒子の処方の最適化を図った。併用する高分子により,分散性の変化,皮膚移行性の変化が予測されたため,アニオン性,カチオン性,および非イオン性の高分子を併用することにより,OVAの抗原性がどのように変化するかをPLNA法で比較検討した。その結果,カチオン性高分子では単独でもリンパ節の腫脹がみられ,適切ではないと判断した。セルロース系の非イオン性高分子のみでは,感作性がなく,OVA,酸化チタンの共存において,感作性の上昇がみられた。また,水溶性蛍光物質FITC標識デキストラン40000(FD-40)を用いた皮膚移行性評価において,毛包移行性を高める作用がみられたため,この高分子を分散補助並びに皮膚適用基剤として用いることとした。酸化チタンは,表面処理したものでは,タンパク保持能が低く,表面無処理のさらに粒子径の小さい15nmのものを用いたほうが送達率が高くなることが示唆された。ナノ粒子の分散性及び皮膚移行性に関しては製剤の改良を行うことができたので,感作性についてOVAをモデルとした皮下投与検討をおこなった。OVAのみ投与したときよりもIgG上昇がみられたため,製剤としての有用性は確保できたと考えられる。しかし,皮膚に投与した場合に抗体価が上昇する例が少なく,皮膚への移行性あるいは毛包送達による感作性に関して問題があると考えられる。W/O型乳剤に関しては,乳化剤をある種の高分子とし,凍結乾燥することにより,水溶性蛍光物質カルボキシフルオロセインの皮膚移行性が高められることが確認でき,さらに油相や調製条件を改良すれば,タンパク送達への応用が可能であることが示唆された。24年度の実験計画として,モデル抗原として卵白アルブミン(OVA)を用い,ナノ粒子の設計と適用方法の確立を並行して検討を行った。ナノ粒子の設計として,固体のナノ粒子を芯物質とし,それに抗原などを吸着させる方法と,高分子やリン脂質を用いたナノ粒子に抗原を封入する方法を検討した。前者については,凝集している酸化チタン(35nm)を安定に分散させ,OVAを吸着させる方法として,塩濃度やpHの調整,高分子による保護コロイド作用について検討を行った。その結果,高圧ホモジナイザーを用いた湿式粉砕と,OVAを保護コロイドとして用いる方法で良好なナノ粒子が得られた。また,他の高分子を用いることによっても良好な分散が得られ,これに水溶性蛍光物質FITC標識デキストラン40000(FD-40)を保持することにも成功した。次に適用時の皮膚移行について,FD-40を保持させた酸化チタンをヒトに近い表面構造を持つYMP皮膚に適用し,共焦点レーザー顕微鏡にて観察した。その結果,FD-40水溶液を適用するよりも,毛包付近や角層内への移行が見られ,特に油性基剤に配合することにより移行が高まることが定性的に示された。一方,OVAを酸化チタンに吸着させると,タンパク変性に伴い抗原性がなくなる可能性がある。そこで,OVA溶液とナノ粒子化したOVAをヘアレスマウスに皮下注射し,IgE誘導能を確認したところ,溶液ではIgE抗体価上昇に23回の適用が必要であったが,ナノ粒子では1回適用後でも抗体価の上昇が認められ,抗原性が保持されていること,また,感作性が高まることが示唆された。一方,W/O型乳剤に基づくナノ粒子化については,高分子を用いたナノ粒子作成の検討を行ったが,粒子径が大きかったり,安定性が悪かったりで,製剤の調製ができなかった。これについては今後さらなる処方及び調製方法の検討が必要である。ワクチン投与は感染症を防ぐために重要であるが,現在はほとんどが筋肉内または皮下注射により投与される。そこで,最適なナノ粒子を設計し,毛包をターゲットとした経皮ワクチン製剤の開発を試みた。ナノ粒子の処方の最適化を図った。酸化チタンは,表面無処理の粒子径15nmのものを水に分散させ,凝集した粗大2次粒子を除去したのち,OVAを添加した。

これを皮下投与したところ,OVAのみ投与したときよりもIgG上昇がみられたため,製剤としての有用性は確保できた。一方,適用時に行う脱毛処理の影響をランゲルハンス細胞(LC)の活性化とナノ粒子の毛包移行性の2点から検討した。LC活性化はMHC classIIの発現を指標とした。脱毛後1時間で上昇し,1日後でも上昇が維持されたが,1週間後には元のレベルに戻った。ナノ粒子の毛包への移行はOVAの代わりに蛍光物質FD40を用いて行った。脱毛直後に酸化チタンとともに適用すると毛包深部に分布が見られたが,脱毛1日後には深部への移行は見られず,毛包開口部付近にとどまった。脱毛により生じた空隙がin vivoにおいては治癒により開口部が閉じ,移行が正常皮膚と同等となることが示された。そこで,ヘアレスマウスの頭部付近をシアノアクリレートにより脱毛し,その直後にOVAまたはOVA酸化チタンを塗擦した。2週おきに3回適用したが,ほとんど抗体価の上昇は見られなかった。この原因としては大きく分けて2点考えられる。1つは,皮膚内への送達量が少なくいこと,もう1つは,酸化チタンのアジュバント能が強くないため感作が成立しにくいことがあげられる。今回の適用は水性の基剤としたため,皮膚との界面張力が大きく,毛包内への浸透に不利だった可能性があり,今後さらに基剤との組み合わせを考慮する必要がある。また,コレラ毒素のようなアジュバントを併用し感作性を高めることも必要であると考える。薬剤学成度ナノ粒子の分散性及び皮膚移行性に関しては製剤の改良を行うことができた。また,それによる感作性についても卵白アルブミン(OVA)をモデルとした皮下投与検討により,OVAのみ投与したときよりもIgG上昇がみられたため,製剤としての有用性は確保できたと考えられる。これについては,日本薬学会関東支部会にて発表した。しかし,皮膚に投与した場合に抗体価が上昇する例が少なく,皮膚への移行性,毛包送達による感作性に関して問題があると考えられ,今後の検討課題となった。W/O型乳剤に関しては,ある種の高分子を用いることで,水溶性低分子物質の皮膚移行を高めることができ,製剤的に一歩前進をした。今後,内包物質を高分子とすることで更なる検討を加えれば,応用性の高い製剤が調製できる可能性がある。25年度は,製剤的な面ではかなりの改良を加えることができ,計画を達成できた。しかし,実際の感作を行うためのベースとなるランゲルハンス細胞遊走の確認などの実験が遅れており,この点については引き続き26年度以降の検討課題となる。ナノ粒子の調製に関しては,固体ナノ粒子を新物質として用いる方法に関しては,ナノ酸化チタンを用いることにより,抗原性を保ったままOVAを吸着させることに成功し,皮下注射で交代の上昇を確認できた。また,視覚的に皮膚への移行を観察する方法についても,FD-40を用いることで可能となった。この点においては計画通りの進展があり,さらに,皮膚適用においても3回適用で抗体価の上昇がみられるという予備的検討結果が得られている。一方,W/O型ナノ粒子の調製については,高分子を用いた検討を行ったが,有益な製剤が得られておらず,これに関してはリン脂質を用いた製剤など,引き続き検討が必要である。
脳波・誘発電位による奥行きの知覚の成立過程の研究

62年度研究計画は次の2つであった.第1は両眼視差によって成立する奥行き知覚と視覚誘発電位(VEP)との間の関係を明らかにすることであり,第2は主観的奥行き感を生じさせるきめの勾配(density of texture)とVEPとの間の関係を明らかにすることである.第1の実験的研究において次のことが明らかになった.ひとつは両眼視差が増大するに従い,奥行きの深さは増大し,その奥行き視の成立するまでの反応時間は,両眼視差の増大と線型の関係にある.ふたつは,奥行き知覚にともなうVEPは,パタンVEPと著しくその形態を異にし,パタン刺激入力に対応するVEPと奥行き知覚成立とかかわるVEPとの合成である.また,奥行き視の成立するまでの反応時間と両眼視差によって生じたVEPの出現時間(潜時)とはよく対応する.本知見の一部は,生理心理学会及び脳波筋電図学会に発表した.第2の実験的研究において,次のことが明らかになった.刺激は上下,左,右の半側視野に提示したが,奥行き感は下半側視野において著しく,奥行き感は,パタン視覚誘発電位のC_3成分にもっともよく反映する.本知見は, 63年度の生理心理学会で発表予定.62年度研究計画は次の2つであった.第1は両眼視差によって成立する奥行き知覚と視覚誘発電位(VEP)との間の関係を明らかにすることであり,第2は主観的奥行き感を生じさせるきめの勾配(density of texture)とVEPとの間の関係を明らかにすることである.第1の実験的研究において次のことが明らかになった.ひとつは両眼視差が増大するに従い,奥行きの深さは増大し,その奥行き視の成立するまでの反応時間は,両眼視差の増大と線型の関係にある.ふたつは,奥行き知覚にともなうVEPは,パタンVEPと著しくその形態を異にし,パタン刺激入力に対応するVEPと奥行き知覚成立とかかわるVEPとの合成である.また,奥行き視の成立するまでの反応時間と両眼視差によって生じたVEPの出現時間(潜時)とはよく対応する.本知見の一部は,生理心理学会及び脳波筋電図学会に発表した.第2の実験的研究において,次のことが明らかになった.刺激は上下,左,右の半側視野に提示したが,奥行き感は下半側視野において著しく,奥行き感は,パタン視覚誘発電位のC_3成分にもっともよく反映する.本知見は, 63年度の生理心理学会で発表予定.
アリヅカコオロギ類における化学擬態システムの進化と寄主特異性

日本国内では、九州・南西諸島にてアリヅカコオロギ属のサンプリングを行い、トータル200個体以上のサンプルを分子系統解析及び飼育観察用に採集した。海外では、マレー半島にてサンプリングを行い、トータル100個体のサンプルを分子系統解析用に採集した。分子系統解析は、得られたサンプル中20形態種500サンプルによりDNA抽出および分子系統解析を行い、得られた系統樹上に野外での生態情報を反映させた。その結果、内群は大きく19系統に分岐し、全北区グループと東洋区グループに2分された。そして、寄主特異性に関する形質復元を行ったところ、どちらのグループも共に単一アリ種に寄生するスペシャリスト系統が最も祖先的となり、特に全北区グループにて頻繁に形質状態の逆転が認められた。これにより、従来のモデル系である植食性昆虫などで認められてきた、ジェネラリストの系統からスペシャリストの系統が派生するというパターンとは異なる傾向が示され、本属が従来のモデル系とは異なる進化的性質を持ちながら多様化してきた可能性が示唆された。以上の結果はMolecular Phylogenetic and Evolution誌に投稿予定である。飼育観察では、日本本土に生息する寄主特異性が比較的緩い2種のアリヅカコオロギを用いて、アリコロニー内での行動を記録し、種間での比較を行った。その結果、アリから攻撃を受ける頻度や自力でアリ巣内の餌を摂食する頻度にて種間での統計的有意性が検出された一方、アリ体表をグルーミングする頻度や口移し給餌を受ける頻度に有意性は検出されなかった。これより、中程度の寄主特異性をもつ種は、行動生態的にも中程度の特殊化を示す可能性が示された。以上の結果はJournal of Entomological Science誌にて掲載予定である。日本国内では、九州・四国・南西諸島にてアリヅカコオロギ属のサンプリングを行い、トータル500個体以上のサンプルを分子系統解析及び飼育観期に採集した。海外では、マレー半島とタイにてアリヅカオロギ属のサンプリングを行い、トータル300個体のサンプルを分子系統解析用に採集した。分子系統解析は得られたサンプルの中から10形態209サンプルを用いてDNA抽出し、ミトコンドリアDNA(16srRNA)により分子系統樹を作成し、得られた系統樹上に野外での生態情報を反映させた。その結果内群は大きく16系統に分岐し、旧北区(九州以北の日本の種)グループと東洋区(南西諸島と東南アジアの種)グループに分かれた。単一アリ種のみに寄生するスペシャリスト系統は温帯・熱帯それぞれにおいて複数回出現していた。一方複数種のアリを利用するジェネラリスト系統は、熱帯産ほど温帯産より寄主範囲がより広くなる傾向が見られた。熱帯に生息するアリヅカコオロギの中で唯一スペシャリストとして認められたシロオビアリヅカは、熱帯の撹乱地に優占して生息するアシナガキアリと親密な関係を持っていた。このコオロギのアシナガキアリに対する依存度を検証するために、飼育実験ならびに体表科学物質の分析を行った。比較として、ジェネラリストのミナミアリヅカを用いた。結果スペシャリストはジェネラリストと異なりアリ不在環境では短期間で死亡することや行動生態的な特化、対アシナガキリア用の巣仲間認識物質を自分の体表で生合成している可能性が示唆された。従来、種数が少ない上にただアリから餌を奪うだけと考えられていたこの分類群内で、様々な種(系統)が認められただけでなく、行動生態的にも多岐に及んでいるという事実は、アリヅカコオロギ属が寄主・寄生者相互作用進化を研究する上で優れたモデル生物である事を裏付けるものである。国内においては対馬、奄美諸島において、また海外では南米(エクアドル)においてアリヅカコオロギ属の採集を行った。これに加え、共同研究者の丸山宗利氏(九大博)から日本の小笠原諸島産、そしてヨーロッパ(ドイツ)産のアリヅカコオロギ属のサンプル提供を受けた事により、日本産アリヅカコオロギ属に関してはその分布上重要な地域ほぼ全てからのDNA解析用サンプルを入手することができた。さらに、ヨーロッパ産サンプルを得ての分子系統解析を行うことにより、よりグローバルな本属内における系統進化の歴史を生物地理的な視点から論じることが可能となった。また、日本産アリヅカコオロギ属において寄主傾向に著しい差が見られる南西諸島の2種に関してアリ巣内における行動、複数種のアリ巣内における生存率の違いを検証し、属内におけるこれら性質の違いが寄主アリに対する効率よい搾取と、多数種の代理寄主利用の間のトレードオフに起因している可能性を示唆した。さらに、寄主傾向の異なる2種のアリヅカコオロギに関して、寄主アリ巣内に生息する個体と寄主アリから一定期間隔離した個体とで体表炭化水素組成をガスクロマトグラフィーで分析し、特定寄主アリのみに寄生するスペシャリスト種は多数種アリに寄生するジェネラリスト種よりもアリと同一の炭化水素を体表に保持する能力が著しく高いことが判明した。この結果を基に、分子系統解析と関連させて属内の化学擬態システムの獲得法の変遷を検証することが可能になった。

その結果、内群は大きく19系統に分岐し、全北区グループと東洋区グループに2分された。そして、寄主特異性に関する形質復元を行ったところ、どちらのグループも共に単一アリ種に寄生するスペシャリスト系統が最も祖先的となり、特に全北区グループにて頻繁に形質状態の逆転が認められた。これにより、従来のモデル系である植食性昆虫などで認められてきた、ジェネラリストの系統からスペシャリストの系統が派生するというパターンとは異なる傾向が示され、本属が従来のモデル系とは異なる進化的性質を持ちながら多様化してきた可能性が示唆された。以上の結果はMolecular Phylogenetic and Evolution誌に投稿予定である。飼育観察では、日本本土に生息する寄主特異性が比較的緩い2種のアリヅカコオロギを用いて、アリコロニー内での行動を記録し、種間での比較を行った。その結果、アリから攻撃を受ける頻度や自力でアリ巣内の餌を摂食する頻度にて種間での統計的有意性が検出された一方、アリ体表をグルーミングする頻度や口移し給餌を受ける頻度に有意性は検出されなかった。これより、中程度の寄主特異性をもつ種は、行動生態的にも中程度の特殊化を示す可能性が示された。以上の結果はJournal of Entomological Science誌にて掲載予定である。