hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ce系および4d電子系超伝導体の外部パラメタ変化にともなう強相関の微視的描像

ただし、CePt3Siでの容易磁化方向(C軸、NMR)と秩序化した磁気構造(C軸に直交した面、中性子回折)との相違点は、印加磁場の大きさと方向に依存するという報告が中性子回折で最近あったので、これをNMRで早急に検証する。グループ2の試料でも、やはり良質試料の作製が困難で、特にNbReでは、αマンガン構造をもつ超伝導体のため非常に興味があるにもかかわらず、NbとReのある濃度領域では2つの安定相が出来てしまい、そのうち片方の相で今回あらたに新しい超伝導相の存在が検出できた。そのため超伝導転移温度が異なるそれぞれめ相で、NMR測定を開始している。一方、Mo3Al2Cはβマンガン構造をもつ新超伝導体であり、試料作製法の改善で良質試料でのNMRをすすめる一方、高配位数にともなう原子のサイト占拠については、現在得られたMoおよびAlのNMRデータを解析中である。グループ3の単結晶URu2Si2のならびに73Ge(濃縮同位体)を用いた多結晶URu2(SiGe)2についての精密NMR/NQR測定では、主要目的の転移温度の上下での非対称パラメタの異常が、残念ながらより高精度のもとでも検出できなかった。(736字)
気分障害の脳情報伝達不均衡仮説に基づく内在性神経幹細胞活性療法の可能性

気分障害におけるG蛋白質機能を介した脳内情報伝達系(セカンドメッセンジャー系)不均衡仮説を臨床的に実証するため、内在性神経幹細胞を活性化する薬剤の影響と神経幹細胞の代謝に関連するω3脂肪酸の生物学的指標としての可能性を検討した。結果は精神疾患、特に気分障害の難治化のプロセスに内在性神経幹細胞の分化・増殖能といった神経細胞代謝が深く関り、ここを作用点とした薬剤が新規気分障害治療薬としての可能性を有していると推察された。本研究の目的である脳情報伝達系不均衡是正に基づく気分障害の原因と治療法の解明のために以下の研究を行った。近年発達障害の概念の流布により、これまで過小診断をされていた発達障害が急増し、子供においてのみではなく、大人においても認められており、薬物・精神療法の対象になっている。これらの発達障害において注意欠如多動性障害(ADHD)はもっとも頻度が高く、また2次障害として気分障害が並存することが知られている。とくに治療抵抗性のうつ病や双極性障害の背景要因として重要視されてきている。そこで、気分障害の脳情報伝達に関連している代表的なオメガ3脂肪酸であるDHA、EPAの血中レベルをADHDにおいて測定し、脳情報不均衡との関連性を検討した。長崎大学病院精神科神経科においてADHD診断を受けた小児患者20名を対象とした。なお、個人情報の取り扱いに関しては慎重に取り扱い、患者個人が特定できないよう十分な倫理的配慮を行った。EPA、DHA、EPA/AA比の測定値より、血中脂肪酸濃度とADHDの関連性に関して検討を行った。結果として、EPAおよびEPA/AA比においては、基準値の下限周辺に位置する患者が多く見られた。DHAについては、血中濃度値が基準値平均より低い患者が多く見られた。これまでの報告からADHDにおいてオメガ3脂肪酸が低下していることが、魚の消費が多い本邦においても証明された。オメガ3脂肪酸はこれまでの知見から脳内2次情報伝達系の干渉作用を有している可能性があり、脳情報伝達系の不均衡を是正することが考えられうる。このことはオメガ3脂肪酸が新たな気分障害の治療薬である可能性が示唆された。気分障害におけるG蛋白質機能を介した脳内情報伝達系(セカンドメッセンジャー系)不均衡仮説を臨床的に実証するため、内在性神経幹細胞を活性化する3系統の薬剤を気分障害(うつ病)患者に投与し、その臨床効果を明らかにする。同時に気分障害の診断・治療予測に関連する生物学的マーカーの検索及び基礎的実験として神経幹細胞における各薬剤の反応の違いを比較検討することを目的に研究を実施した。本年度は神経幹細胞に向精神薬の効果を確認するためADHDに広く用い入れられ治療抵抗性うつに有効なメチルフェニデート(MPH)について、胎生マウスの海馬培養細胞より神経幹細胞を単離し、Lab-tek chamberslideに細胞を播種させ4日間メチルフェニデート存在化で増殖・分化能を存在下、非存在下で比較検討した。臨床血中濃度であるMPH 1ー10nMにおいては幼若神経細胞が増加し、100nMの高濃度では減弱した。一方、どの濃度においてもグリア細胞の分化には影響せず、増殖に関してはBrdu陽性細胞はすべての濃度において減少していた。上記の結果はMPH治療濃度においては神経細胞の分化は促進し、高濃度では抑制し、グリアへの分化には影響が少なかった。増殖能に関しては抑制的であることを示唆している。現在うつ病患者の症例を組み入れ臨床薬理学的に検討しているが一連の症例からは、気分障害に有効な修正型通電療法が変性疾患であるハンチントン舞踏病の臨床症状を劇的に改善させたことを報告した。このことは精神疾患の病因の背景に緩やかな神経細胞の変性、すなわち内在性の神経幹細胞の代謝が深く関連していることを示唆していると考えられ、これらの結果は精神疾患、特に気分障害の難治化のプロセスに内在性神経幹細胞の分化・増殖能といった神経細胞代謝が深く関り、ここを作用点とした薬剤が新規気分障害治療薬としての可能性を有していると推察された。気分障害におけるG蛋白質機能を介した脳内情報伝達系不均衡仮説を臨床的に実証するため、内在性神経幹細胞を活性化する薬剤を気分障害患者に投与し、その臨床効果を明らかにする。神経幹細胞に向精神薬の効果を確認するためADHDに広く用い入れられ治療抵抗性うつに有効なメチルフェニデート(MHP)について、胎生マウスの海馬培養細胞より神経幹細胞を単離し、臨床血中濃度であるMHP 1-10nMにおいては幼若神経細胞が増加し、100nMの高濃度では減弱した。一方、どの濃度においてもグリア細胞の分化には影響せず、増殖に関してはBrdu陽性細胞すべての濃度において減少していた。

上記の結果はMHP治療濃度においては神経細胞の分化は促進し、高濃度では抑制し、グリアへの分化には影響が少なかった。増殖能に関しては抑制的であることを示唆している。この結果をJournal of Molecular Psychiatryに掲載した。さらに、MPHの投与している抑うつ症状を有するADH患者におい血中脂肪酸のうち、EPAおよびEPA/AA比の検査値に低い傾向が見ら、EPAが生物学的マーカの可能性および神経新生との関連性が報告されているω3脂肪酸と内在性神経幹細胞の関連性が示唆される。また。気分障害に有効な修正型通電療法が変性疾患であるハンチントン舞踏病の臨床症状を劇的に改善させたことを報告した。このことは精神疾患の病因の背景に緩やかな神経細胞の変性、すなわち内在性の神経幹細胞の代謝が深く関連していることを示唆していると考えられ、これらの結果は精神疾患、特に気分障害の難治化のプロセスに内在性神経幹細胞の分化・増殖能といった神経細胞代謝が深く関り、ここを作用点とした薬剤が新規気分障害治療薬としての可能性を有していると推察された。精神神経科学、精神薬理学昨年度は培養細胞に基づく基礎研究、本年度は臨床研究を中心的に行いおおむねバランスよく順調に進んでいる。基礎的研究は計画的に進行しているが、臨床研究は患者のリクルートがやや遅延している。最終年度は過去2年間の研究の総括として新規治療法としてのオメガ3脂肪酸及び抗うつ薬の急速増量法の可能性を検討中である。研究計画当初の方針で進行する予定である最終年度は過去2年間の研究の総括として新規治療法としてのオメガ3脂肪酸及び抗うつ薬の急速増量法の可能性の検討中であるため最終年度は過去2年間の研究の総括として新規治療法としてのオメガ3脂肪酸及び抗うつ薬の急速増量法の可能性探るため研究膂力者等の人件費および旅費での使用。研究計画当初の方針で進行する使用する予定である
微分方程式及びその応用

鈴木はシュレーディンガー作用素の固有値問題に数値解析的側面から取り組んできた。その問題から派生的に出てきた対称行列の固有対の計算方法については「複素逆反復法」を得ることが出来た。今年度になってからの更に詳しい研究の結果判明した性質を用いることにより固有対の高速計算法について一応の結論を得た。但し、最適条件についてはまだテストが出来ていない。この方法はあまり精度が良くない近似固有値をもとにコントロールしながら真の固有値を求めることが出来るもので、従来の逆反復法にはない機能を持つものである。シュレーディンガー作用素の固有値問題については、ポテンシャル項に加えて、磁場項のある場合についても適用できる方法について考察を進めている。シュレーディンガー方程式の解核を作用素のテーラー展開で近似した形を数値計算に適用する方法であるが、単純なモデルでのテスト計算では予想通りの結果が得られた。理論的な詰めと計算手法の工夫について継続中である。検証には次元の高い場合での数値実験を要するため、大規模な計算をどうするかの問題もある。中井は、フーリエ変換不変な関数についての成果を発表した。また塩川宇賢(慶応大・理工)との共同研究により、正規数の新しい構成法について古来知られている方法の大部分を含む最終的な形の結果を得、発表した。更に引き続いてリーマンの5関数の近似関数等式のこと及び3次式についてのデータ・ワイル和についての結果をまとめるべく努力中である。
新しい受容体転写因子AhR/Arntの分子生物学的及び細胞生物学的研究

ダイオキシンやメチルコラントレン(3MC)などの環境汚染物質が生体に取り込まれると奇型の誘導,発癌のプロモーション、などの多彩な生物作用を示す。マウスを用いた遺伝子の研究からこれらの生物作用はAhリセプター(AhR)に仲介されると考えられている。我々は薬物代謝酵素P4501A1の誘導の研究より、P4501A1遺伝子の上流に存在する薬物による誘導に働く制御因子XREに薬物に依存して結合する因子がAhRであることを明らたにして、更にそのcDNAクローンを単離することができた。その構造解析よりAhRはbHLH/PASドメインを持つ新しいタイプの受容体型転写因子であることを明らかにした。抗体を作製して、XREへの結合を検討した結果、AhRはもう一つのbHLH/PASドメインを持つArnt(Ah receptor nuclear translocator)とヘテロ2量体を形成してXREに結合することが示された。また、マウスで3MCによる発癌に感受性と非感受性の系統のあることが知られている。これは、AhRの一つのアミノ酸の置換、357AlaのValへの変異と停止コドンの変異によってアミノ酸が約40残基伸長したためにリガンドに対する結合力が約1桁低下したためであることが解った。また薬物による誘導的発現にはXREとBTEの2種の制御配列が必要であることが示されているが、これは各々これらの配列に結合するAhR/ArntとSp1が相互作用として相乗的に結合しやすくなるためであるこが示された。AhR/ArntのHLH/PASドメインとSp1のZnフィンガードメインが相互作用の場である。bHLH/PASドメインはAhR/Arntのみでなく、可成り多くのメンバーよりなるファミリーを形成していることが解ってきており、その発現パターンの解析より発生の過程で重要な役割を担っていることが示唆されている。Ah receptor(AhR)とArnt(Ah receptor nuclear translocator)はヘテロダイマーを形成してXRE配列(TNGCGTG)を認識して結合することが明らかにされたが、Arntそれ自身がダイマーを形成することがわかった。ArntのDNA結合ドメインと考えられる塩基性アミノ酸に富む部分のアミノ酸配列がMyoDなどのDNA結合ドメインのそれとよく似ていることからEbox配列(CANNGT)に結合することが推定された。実際にCACGTGのオリゴマーはArntダイマーに結合することが示された。またこのE-box配列をCAT遺伝子の上流に結合したレポーター遺伝子をArntの発現プラスミドと一緒にCOS細胞にトランスフェクトするとCATの発現がみられることからin vivoでも働くことが明らかとなった。またArntの欠損したHepa-1の変異細胞にC4細胞があるが、このために3メチルコラントレンによるP4501A1の誘導がみられない。この細胞よりmRNAを分離してRT-PCR法によってその変異の解析を行った結果PASドメイン内のGlyのAspへの変異による事がわかった。この変異がArntのどのような機能に影響を与えるのか今後の検討が必要である。またマウスの系統にダイオキシンなどの薬物に対してP450の誘導性の感受性の低い系統が知られている。遺伝的解析によってこれはAhRのリガンドに対する親和性が低下しているためであることがわかっていた。

我々は低い系統のマウスDBA/2のcDNAクローンを行い、その変異は375番目のAlaがValに変化し、更に終点コドンの変異によりアミノ酸が805から848に伸びていることによることがわかった。両者の変異によりDBA/2AhRの親和性はC57BLのAhRに比較して1桁低下する。特に375番目のAlaは重要でこれをAspに変化させるとリガンドに対する結合性は全く失われた。ヒトはダイオキシンに対する感受性が低いことが知られているがこのAhRはcDNAクローニングによる解析の結果DBA/2AhRタイプであることが明らかとなった。ダイオキシンやメチルコラントレン(3MC)などの環境汚染物質が生体に取り込まれると奇型の誘導、発癌のプロモーション、などの多彩な生物作用を示す。マウスを用いた遺伝子の研究からこれらの生物作用はAhリセプター(AhR)に仲介されると考えられている。我々は薬物代謝酵素P4501A1の誘導の研究より、P4501A1遺伝子の上流に存在する薬物による誘導に働く制御因子XREに薬物に依存して結合する因子がAhRであることを明らかにして、更にそのcDNAクローンを単離することができた。その構造解析よりAhRはbHLH/PASドメインを持つ新しいタイプの受容体型転写因子であることを明らかにした。抗体を作製して、XREへの結合を検討した結果、AhRはもう一つのbHLH/PASドメインを持つArnt(Ah receptor nuclear translocator)とヘテロ2量体を形成してXREに結合することが示された。また、マウスで3MCによる発癌に感受性と非感受性の系統のあることが知られている。これはAhRの一つのアミノ酸の置換、375AlaのValへの変異と停止コドンの変異によってアミノ酸が約40残基伸長したためにリガンドに対する結合力が約1桁低下したためであることが解った。また薬物による誘導的発現にはXREとBTEの2種の制御配列が必要であることが示されているが、これは各々これらの配列に結合するAhR/ArntとSplが相互作用をして相乗的に結合しやすくなるためであることが示された。AhR/ArntのHLH/PASドメインとSplのZnフインガードメインが相互作用の場である。bHLH/PASドメインはAhR/Arntのみでなく、可成り多くのメンバーよりなるファミリーを形成していることが解ってきており、その発現パターンの解析より発生の過程で重要な役割を担っていることが示唆されている。
知的超並列プリプロセス

現在の逐次処理型コンピュータでは不可能な動画像の実時間処理の基礎技術として、生体の網膜・脳機能に学んで、微小電力の超並列プリプロセス・ネットワークを構築することを目指した。具体的には、簡単な形状認識機能を有する動き検出アナログ・ネットワークの集積回路化技術の構築を図った。対象物体の画像情報として、生体ではまずエッジ情報が生成される。この入力画像のエッジ検出について、生体が持つ局所適応機能と視細胞のフィードバック機能に学んで、約5桁の明るさの差異が同一画面内にあっても、エッジ検出ができるネットワークを考案・実現した。動作電力は、現行のTV方式を用いたビジョンチップの研究開発レベルに比べて二桁以下と小さい。このエッジ検出ネットワークの出力を入力として、バッタとハエのモデルに基づいて動き検出(接近方向と速度)ネットワークを考案した。その結果、現在の速度検出システムより、約1桁速い速度検出が可能であることがわかった。さらに、簡単な形状認識機能をカエルの視覚機能モデルに学んでネットワーク化し、丸、三角、四角等の簡単な形状を見分けることができた。なお、これらのアナログ回路が、トランジスタ特性のばらつきによって誤動作するという問題を克服するために、エッジ出力の二値化とフィードバック回路の採用を行った。これらの結果、簡単な形状認識機能を有する直進運動を検出するネットワークをLSIで実現できることが明らかになった。さらに、物体の曲線運動も直線運動の合成と考え、物体の特徴点の動きの軌跡を得ることができた。また、背景の動きと異なる物体の動きを検出することに応用できることも明らかになり、自動車等の移動体の衝突防止に役立つ基礎技術も得られた。この超並列のネットワークの出力を超並列に出すことができれば、検出に要する時間が1/(画素数)(1/1000)だけ減少し、超高速の動き検出ができることがわかった。三次元空間におけるターゲットの実時間動き検出は、現在のマイクロプロセッサー技術の延長上では不可能視されている。本研究では、これを可能にするネットワークの超高集積回路(LSI)化を、生体の網膜・脳の視覚情報処理機構に学んで実現することを目指している。そこでは、簡単な形状認識のネットワークと統合した知的プリプロセッサを実現するためのアナログLSIの基盤技術を構築する。入力部として、明暗領域が混在する画面においてもターゲットのエッジ検出が可能な局所適応機能を、外網膜の機能に学んで、シンプルな基本回路から成るネットワークによって実現できることを示した。ダイナミックレンジは当初の4桁から7桁に向上した。次いで、内網膜における動き情報の生成機能をモデル化して基本回路を考案し、外網膜のエッジ検出ネットワークと統合した。エッジ検出回路を応用して、ターゲットの形状の特徴点を抽出することができた。この特徴点が時間的にどのように動いていくかを表わすオプティカルフローを生成できることを明らかにした。さらに、エッジの拡大速度から直進運動をするターゲットの速度と方向を検出する基本回路とネットワークを、昆虫の視覚機能に学んで実現した。加えて、簡単なターゲットの形状を認識するネットワークを考案し、動き検出ネットワークと統合した。いずれにおいても、入力のエッジ信号は二値化してアナログ誤差の伝搬を防いだ。これらのネットワークの機能は回路シミュレーションによって確認された。基本回路の機能は東京大学大規模集積システム設計教育センター(VDEC)を介して試作したチップによって確認された。生体の網膜・脳機能に学んで、動き検出と形状認識の基本ネットワークを統合した知的プリプロセッサを実現するための基盤技術の構築を図った。具体的には、入力部として、広ダイナミックレンジを有する物体のエッジ検出機能を実現した。次いで、物体のエッジ情報を入力として、三次元空間を直進運動する物体の動き検出と簡単な形状を認識する機能を統合した。さらに、デバイス特性のばらつきに弱いという、アナログ集積回路の問題点を克服するための回路的工夫を図った。

網膜が二種類の視細胞によって明暗の広い領域に順応する仕組みを参考にして、暗領域では増幅度が自動的に大きくなり、明領域では増幅度が小さくなる回路を取り入れた。これにより、同一画面内に明暗領域が混在する場合にも、約5桁のダイナミックレンジを持つ局所適応機能を有するエッジ検出回路が実現できることを回路シミュレーションによって明らかにした。三次元空間を直進運動する物体の動き(方向と速度)を検出する回路と類似性の高い回路によって簡単な形状を認識する機能が得られることを明らかにした。試作した二次元ネットワークを有するアナログ集積回路を用いて、回路シミュレーション結果にほぼ一致した、方向と速度の情報が出力されることを実験的に確かめた。これにより、オプティカルフローと速度適応機能の集積回路化の見通しが得られた。デバイス特性のばらつきについては、回路シミュレーションにばらつき特性を組み入れて、回路の評価をした。エッジ検出機能においては、フィードバック機能を有する固有回路が、特性ばらつきに強いことが明らかになった。一般の回路では、トランジスタを並列接続した回路が、特性ばらつきに対して強いことが示された。特性ばらつきに強いアナログネットワークを実現する方法として、固有回路と並列回路による構成が有効であることが示された。
放線菌の二次代謝、形態分化の開始を司る制御系の統括的解明

1.A-ファクター制御カスケードのほぼ全貌を解明した。たとえばストレプトマイシン生合成を例にとると、グリセロール誘導体とβ-ケト酸からAfsAによって一段階で合成されたA-ファクターの細胞内濃度を閾値を超えるとその情報は、レセプターArpA→転写因子AdpA→ストレプトマイシン生合成のための経路特異的転写因子StrR→ストレプトマイシン生合成酵素というステップを経る。A-ファクターレセプターのX線結晶構造解析、転写因子AdpAのユニークな性質、二次代謝・形態分化に必要な多くの構成遺伝子からなるAdpAレギュロンの発見は特筆すべき成果である。また、真核と原核の「境界生物」とも言える放線菌一般において、このような低分子ホルモンを介した制御機構が働いていることを詳細に解明したことは、基礎生物学的に意義深いことである。なお、本研究で同定・単離した多くの転写因子やその他の遺伝子は、今後のDNA microarrayを用いた網羅的な解析によるカスケードの精密化、統括化のための良い材料になる。2.転写因子AfsRは、セリン/スレオニンキナーゼAfsKによりリン酸化され、そのDNA結合能が上昇し、標的遺伝子であるafsSのプロモーター直上に結合して転写を活性化する。AfsSは、63アミノ酸からなる小さいタンパク質であり、放線菌の二次代謝を昂進させる。AfsKは、Thr-168に自己リン酸化することで自身のキナーゼ活性が増大する。また、AfsRによるafsSのユニークな転写活性化機構を解明した。AfsK/AfsR/AfsSによる真核生物型タンパク質リン酸化を介する情報伝達経路は、原核生物の世界で最も解明の進んだ系である。3.A-ファクター制御系と並行して二次代謝、形態分化を制御するカタボライト抑制について、グルコースに応答して気中菌糸から直接成熟胞子を着生できる変異体を取得し、その原因遺伝子を特定した。放線菌の形態分化において、この変異は驚くべき形質を示し、今後のよい研究材料となる。グラム陽性菌での初めての発見であるcAMPによる形態分化、二次代謝への関与は、その形質がall or noneでないために解析が難航しているが、今後のDNA arrayの利用によってこの点は乗り越えることができると考えられ、今後のよい研究対象になる。放線菌Streptomycesgriseusの二次代謝、形態分化は本菌自身が生産する化学調節物質A-ファクターによりスイッチ・オンされる。このA-ファクター制御カスケードについて以下の点を明らかにした。(1)本カスケード内の主要なステップに位置する転写アクチベーターAdpAの標的遺伝子として金属プロテアーゼ、3種のセリンプロテアーゼ、ポリケタイド合成遺伝子をはじめとして約60種の遺伝子を単離し、これらがA-ファクター依存的に発現されることを確認した。(2)培地中のグルコースに依存して基底菌糸内に隔壁を形成し、その1個1個が成熟胞子になるまで分化する変異株を取得した。この変異の原因遺伝子としてATP結合性の物質透過系(DasRABC)を同定した。なお本変異株の分化の開始はA-ファクター非依存性であった。(3)A-ファクター

依存的に発現されるポリケタイド合成酵素RppA酵素特性、基質特異性を明らかにした。本酵素がタイプIIIのポリケタイド合成酵素の最初の役者であることが世界中に認知された。(4)セリン・スレオニンキナーゼAfsKの自己リン酸化を制御するAfsK結合蛋白であるKbpAを同定した。またAfsKによってリン酸化されるAfsRが転写因子であることを証明し、その標的遺伝子としてafsSを同定した。AfsRのリン酸化はそのDNA結合能を飛躍的に上昇させ、またATPasel活性にも影響を与えた。このように、セリン/スレオニンキナーゼを介したシグナル伝達の概略が分子レベルで明らかになった。放線菌Streptomycesgriseusの抗生物質生産、形態分化は、本菌自身が生産する自己調節因子A-ファクター、真核生物型タンパク質リン酸化、グルコース抑制など多くの制御系が複雑に絡み会って調節されている。これら制御系について以下のことを明らかにした。(1)A-ファクター制御カスケード内の主要なステップに位置する転写活性化因子AdpAの標的遺伝子として取得されていたDNA断片のうち、亜鉛結合型金属プロテアーゼ(SgmA)および気中菌糸の隔壁形成に必須なSgmAを同定した。SgmAはN側にプレプロ構造、C側にもプロ構造を有しており、この遺伝子の破壊株は気中菌糸形成に遅延が見られるため、基底菌糸のアポトーシスに関与することが示唆された。SgmAについては、A-ファクター依存性転写、遺伝破壊などによりAdpAの真の標的の1つであることが確認された。(2)A-ファクターレセプター(ArpA)は、同時に転写抑制因子でもあり、A-ファクターはDNAに結合して転写を抑制しているArpAをDNAから解離させ、下流の遺伝子群の発現をオンにする。ArpAの結晶化が難航したため、相同タンパク質CprBの結晶化および3次元構造を解明した。ヘリックス/ターン/ヘリックスのDNA結合ドメインとA-ファクター結合部位と考えられる疎水性ポケットが観察され、γ--ブチロラクトン型自己調節因子のレセプターの一般的性状が明らかになった(3)セリン/スレオニンキナーゼであるAfsKによってリン酸化されたAfsRは、自身のDNA結合が昴進されて標的遺伝子afsSの転写を活性化する。AfsSは63アミノ酸からなり、12アミノ酸の3回の繰返し配列を有する特殊なタンパク質である。精製したAfsSおよび繰返し配列1回分に相当する合成ペプチドを外からS. coelicolor A3(2)に添加するとアクチノロージンやウンデシルプロディギオシンの生産が誘導された。したがって、細胞内で合成されたAfsSは一旦菌体外に放出され、プロセスされた後にシグナル分子として機能することが示唆された。本研究は、放線菌の二大特徴である二次代謝と形態分化に関わる複数の制御機構を統括的に解明しようとするものである。本年度の成果は、以下のようにまとめられる。1.A-ファクターによって転写がスィツチ・オンされる遺伝子として2種のトリプシン型プロテアーゼと3種のキモトリプシン型プロテアーゼを同定し、AdpAによる転写制御様式および遺伝子破壊による機能解明を試みた。
阿寒湖マリモの保全に向けた遺伝的多様性解析のための技術基盤の確立に関する研究

阿寒湖におけるマリモの保全生態遺伝学的研究を可能にするため,マリモを対象にマイクロサテライトマーカーの開発を行った。さらに,集合体から解した1本の糸状体を対象に,フローサイトメトリーによる核相分析の条件検討を行った。最終的に,マイクロサテライト9遺伝子座を増幅するプライマーセットを設計したが,研究期間内では多型的な遺伝子座を捕捉することはできなかった。また,1本の糸状体由来の試料では細胞数が少なく,フローサイトメトリーによる核相分析は困難であった。1.湖内個体群間の識別を目的とする分子マーカーの開発マイクロサテライト領域の単離を行い,マーカー化の検討を行った。しかしながら,安定的なPCR増幅が得られる遺伝子座では変異が認められず,今年度内には多型的な遺伝子座の捕捉には至らなかった。一方,White etal. (1990)やHanyuda et al. (2002)で設計されたITS領域を増幅するプライマーを用いて,阿寒湖内の各水域から採取したマリモを対象にITS領域の塩基配列を決定した。その結果,5パターンのハプロタイプが認識された。次年度以降も,引き続き多型的なマイクロサテライト遺伝子座の探索は実行する一方で,阿寒湖内のマリモ個体群は極端に遺伝的多様性が低いことが予想されることから,ITSをはじめ,他のDNA領域を対象に一塩基多型(SNPs)マーカーの開発も次年度以降は視野に入れるものとする。2.細胞遺伝学的手法による藻体の核相判別阿寒湖マリモの糸状体を材料に,フローサイトメトリー(FSM)による核DNA量の定量を行った。球状体マリモは複数の糸状体が纏まりあった,別個体由来の糸状体集合と考えられることから,実体顕微鏡下で集合体マリモを分解し,長さ約5cmの糸状体1本を選別して1検体とした。10検体の定量を行ったが,長さ約5cmの糸状体1本では細胞数が少なく,核相の判別を可能とする精度でDNA量の定量を行うことができなかった。FSMによる定量を行うためには,微量の糸状体1本を純粋培養によって成長させ,十分な量の細胞数を確保するステップが必要である。1.マリモ試料の収集とDNA検体の準備昨年度以前に採集しておいたマリモ藻体や,釧路市教育委員会が阿寒湖エコミュージアムセンターにおいて管理しているコレクションからマリモ試料の分譲を受け,複数の個体群からマリモ試料を収集した。また,球状体にとどまらず,様々な生活史型の藻体も収集した。集合体マリモは複数個体由来の糸状体が絡み合って1つの藻塊を形成しているため,遺伝解析の際には単一個体由来の精製DNAでPCRを行う必要がある。今年度は,僅かな糸状体1本から精製されたDNAを鋳型とするPCRにおいて,最適反応条件を検討し,糸状体1本からでも安定したPCR増幅が行える条件を整備した。2.湖内個体群間の識別を目的とする分子マーカーの開発精製された糸状体1本由来のDNAを対象に,昨年度までの研究で変異が認められた核のITS領域を対象に多型解析を行った。その結果,4パターンのハプロタイプが認識された。このうち3ハプロタイプは,従来までの研究では報告がなかった新たな変異であった。しかしこれまでのところ,これらの4つのハプロタイプは,阿寒湖内の個体群間(マリモの生育地点)やマリモの生活型との間で明瞭な対応関係は確認できず,湖内個体群間の遺伝的差異を記述するためには十分な解像度が得られなかった。また,昨年度から開発を進めているマイクロサテライマーカーも,まだ十分な多型が捕捉できていない。最終年度も引き続いてマーカー開発を進める。この際には平行して,一塩基多型(SNPs)の変異についても,湖内個体群間の差を記述できるか検討する。1.マリモ試料からのDNA分析用検体の準備昨年度までに,阿寒湖内の複数箇所からさまざまな生活史型を含む形でマリモ試料の採集を終えた。加えて今年度は,阿寒湖エコミュージアムセンターから分譲を受けた国内の複数箇所由来のマリモも対象にし,これらの藻塊を分解して,糸状体1本毎の検体を準備した。これらの約1.5cm長の糸状体1本を試料とし,DNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN)か,Plant Genomic DNA Extraction System(Viogene)を用いてDNAの精製を行った。プロトコル通りにDNA精製を行った結果,DNAの収量は非常に僅かであったが,予備的なPCRでは増幅可能であることが確認できたことから,糸状体1本の検体からでも,PCRに供与可能なDNAが得られることを確認した。2.湖内個体群間の識別を目的とする分子マーカーの開発マリモのゲノムDNAからマイクロサテライトを含む領域を濃縮してゲノミックライブラリーを構築し,マイクロサテライト領域を増幅するPCRプライマーの設計を行った。

87遺伝子座でプライマーセットを設計し,これらを対象に安定的に増幅が認められるPCR条件の検討を行った。その結果,9対のプライマーセットで良好で比較的安定的な増幅が確認できたことから,これらの9対のプライマーセットの一方を蛍光色素で標識して改めてPCRを行い,増幅されたPCR産物をABI3730ジェネティックアナライザーで泳動し,遺伝子型判別に適した遺伝子座であるかを解析した。その結果,6遺伝子座では波形も安定しており,集団解析に適用できる遺伝子座と考えられた。本研究期間内では,阿寒湖内の複数箇所から採集した,さまざまな生活史型を含むマリモ藻体のDNA検体の準備までを完了した。阿寒湖内の各個体群および釧路市教育委員会が阿寒湖エコミュージアムセンターにおいて管理しているコレクションからマリモ試料の分譲を受け,阿寒湖および国内各地のマリモDNA検体の収集が進んでいる。またそれらを対象とした微量試料からのDNA精製方法や最適PCR条件の整備が整った。また,核のITS領域に阿寒湖内個体群間で遺伝的多型を確認し,マーカー化に取り組んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。核のITS領域において,湖内個体群間でマリモの遺伝的多型を捕捉し,遺伝的変異に基づく個体群の類別化を試みているが,ITSの変異だけでは個体群間の遺伝的差異を記述する上で十分な解像度が得られていない。昨年度に引き続いて今年度もマイクロサテライトマーカーの開発を重点的に行い,湖内個体群間の差異を検出できる十分な解像度を備えた分子遺伝マーカーの開発に取り組む。
サルコミン/高分子系の協同的酸素結合とオンオフ素子

古典的な酸素結合系であるサルコミン微結晶を分散、相溶性よく高分子中に担持させると、極めて鋭いS字型の酸素収着平衡曲線を示すことを見出した。いわば協同的な結合反応が極めて単純な複合ポリマー材料で、気体酸素分子を対象にはじめて観測されたので、この協同過程をサルコミン微結晶の構造とそれを取り込む高分子物性の作用として解析し、高分子に独特な協同効果としてシュミレーションするとともに、雰囲気の酸素濃度に応答して物性が顕著に変化するオンオフ素子として応用する可能性を明らかにすることを研究の目的として次の成果を得た。まず一定の手順で微結晶化したサルコミンを、ポリオクチルメタクリレートなどに均一に分散して、均一で柔軟なフィルムを作成した。酸素濃度(分圧)とサルコミン高分子への酸素の収着量の関係は、酸素分圧15cmHgに到るまではほぼゼロを保った後、急激に飽和に達した。このS字型収着曲線の位置と立ち上がり度を協同効果の係数として数値化できた。酸素収着にともない試料片の色調および赤外吸収は変化するので、これを標識として高分子固相内での酸素結合過程をin situ解析できた。次いで、酸素を結合したサルコミン結晶のX線構造解析など、酸素結合にともなう微細構造の変化を定量化した。これが複合ポリマーでのバルクな形態変化を引き起こす過程を証明した。さらに、カーボンなどのサルコミン複合系も調製し、酸素結合を一般現象として検討した。サルコミン系からオンオフ素子を組み立て、電気信号による酸素結合・放出も実証した。以上を総合して、酸素結合の協同効果発現に必要な因子を議論、オンオフ素子としての設計手順をまとめた。古典的な酸素結合系であるサルコミン微結晶を分散、相溶性よく高分子中に担持させると、極めて鋭いS字型の酸素収着平行曲線を示すことを見出した。いわば協同的な結合反応が極めて単純な複合ポリマー材料で、気体酸素分子を対象にはじめて観測されたので、この協同過程をサルコミン微結晶の構造とそれを取り囲む高分子物性の作用として解析し、高分子に独特な協同効果としてシミュレーションするとともに、雰囲気の酸素濃度に応答して物性が顕著に変化するオンオフ素子として応用する可能性を明らかにすることが、本研究の目的である。本年度は、酸素分子の収着を平衡および動的に測定解析、次の成果を得た。(1)エーテルから一定の手順で微結晶化したサルコミンを、ポリオクチルメタクリレートなどの簡単なポリマー中に均一に分散して、フィルムを作成した。ポリマーと微結晶の相溶性は高く、均質で柔軟なフィルムとなった。(2)サルコミン高分子への酸素の識別収着良を既設の気体収着測定装置で定量した。酸素濃度(分圧)と収着量の関係曲線を一連の条件で得た。酸素収着曲線は、雰囲気がある特定(具体的には例えば酸素分圧15cmHg)の酸素濃度に至るまではほぼゼロを保った後、急激に酸素収着が生起し、飽和に達する。この現象が再現性よく、一定特性のサルコミン高分子で認められることを確認した。(3)S字型収着曲線の位置と立ち上がり度を、協同的結合反応のHill式を修正してシミュレーションし、協同効果の係数(いわゆるアロステリック因子)として数値化できた。例えば、係数6はヘモグロビンの2.8に比較して著しく大きく、この系での協同的現象の強さを裏付けた。(4)酸素収着にともない試料片の可視部色調および赤外吸収は変化するので、これを標識として高速分光法により、高分子固相内での酸素結合過程をin situ追跡した。収着実験の結果と矛盾なく協同現象を解析できた。古典的な酸素結合系であるサルコミン微結晶を分散、相溶生よく高分子中に担持させると、極めて鋭いS字型の酸素収着平衡曲線を示すことを見出した。

いわば協同的な結合反応が極めて単純な複合ポリマー材料で、気体酸素分子を対象にはじめて観測されたので、この協同過程をサルコミン微結晶の構造とそれを取り囲む高分子物性の作用として解析し、高分子に独特な協同効果としてシュミレーションするとともに、雰囲気の酸素濃度に応答して物性が顕著に変化するオンオフ素子として応用する可能性を明らかにすることが、本研究の目的である。平成7年度の成果をもとに、オンオフ素子としての実証を進めた。まず、酸素を結合したサルコミン結晶のX線構造解析など、酸素結合にともなう微細構造の変化を定量化した。これが複合ポリマーでのバルクな形態変化を引き起こす過程を証明した。次いで、カーボンなどのサルコミン複合系も調製し、協同的酸素結合を一般現象として検討した。選ばれたサルコミン系からオンオフ素子を組立て、電気信号による酸素結合・放出も実証した。以上を総合して、酸素結合の協同効果発現に必要な因子を定量的に論議しとりまとめるとともに、オンオフ素子としての設計手順をまとめた。
船舶火災時における煙拡散の状態解析に関する研究

広大なアトリエムをもつ客船の出現や長大な単一空間をもつ大型フェリ-の増加など船舶の形態が変化し、さらに安全に対する関心の高まりのため、今まで以上に、船舶において火災が起きた場合の火災現象と煙拡散状態を把握する必要性が増している。火災時の煙の流動を解析するたには、温度差による浮力の影響を考慮した運動方程式と熱および煙の拡散方程式を同時に解く必要がある。本研究では、今後船舶において問題となる、アトリウム構造や居住区画を対象に、これらの状態方程式を確立し、これらより煙拡散の状態解析を行った。この解析においては、気相界面の移動現象、気体の圧縮性と非圧縮性の混在、温度および濃度変化に対する拡散係数の変化等の問題が含まれ、完全な形の状態方程式を導くことは極めて困難である。このため、界面での不連続性についは熱およびガス拡散係数に温度勾配による浮力の影響を考慮することにより表現し、圧縮性の燃焼プル-ムについてはプル-ム軸に2次的な発煙源および発熱源を配置するなどのモデル化のより対処し、煙と空気の2層モデルとしてでなく煙拡散の単層モデルとして扱い、しかも層界面を煙濃度勾配の急変化部より捉える方法をとった。また、解析法の妥当性を確めるために、アクリル板で造ったアトリウムのある3層甲板を模した擬似2次モデルにおける、着色塩水と淡水の流動状態より煙の拡散状態を定性的に調べた。さらに、煙流動の解析のためには、火災拡大の状態と発煙量の時間的変化を把握する必要があるが、客室の居住区を対象に火災伝播の計算を行った別の研究結果をもとに、発煙量の推定を行った。これにより、火災室では火災初期に多量の煙が発生し、火災最盛期では殆ど煙の発生は無く、壁からの伝熱によるくん焼状態が続く隣室ではさらに多くの発煙があることが明らかになった。
染色体の時空間情報と連係して細胞周期を制御する新たな分子複合体の解析

染色体の機能構造を細胞周期の進行と連動して巧みに調節することは、細菌の増殖に極めて重要な役割を担う。しかし、細胞周期のイベントと染色体とを連携する分子やそのメカニズムは不明である。我々はカウロバクター菌をモデルとし、細胞分裂面を染色体の複製終結点と連携して制御する新規DNA結合蛋白を発見した。そのメカニズムと制御機構の解明は染色体の位置を介した新たな細胞周期制御機構の解明につながると考え、そのタンパク質の解析を行った。2018年度、我々はこのDNA結合タンパク質の細胞内機能を解析した。このDNA結合蛋白をコードする遺伝子の不活性化は細胞分裂面と染色体複製終点との共局在性を大きく損ねた。また、この遺伝子の過剰供給は、細胞分裂装置の局在性異常を起こし、細胞分裂を阻害した。これらより、この蛋白が細胞内に至適量存在することが、細胞分裂面の位置制御に重要であることが示唆された。次に、我々はこのDNA結合蛋白のメカニズムを解析した。まずDNA結合蛋白、および、細胞分裂装置の構成要素をいくつか精製し、それらの蛋白間相互作用を解析した。その結果、DNA結合蛋白が分裂装置の一部と直接結合することを明らかとした。変異体解析の結果、この結合にはDNA結合蛋白のC末端ドメインが必須であることまで突き止めた。さらに、DNA結合蛋白のDNA結合特性を調べるため、精製蛋白を用いたDNA結合実験を行った。ChIP-seq解析より、この蛋白は細胞内で染色体の複製終結点近傍に結合することがわかった。そこで推定された結合領域をPCRで増幅し、DNA結合蛋白との相互作用を検討した。その結果、予想とは異なり、精製蛋白は配列非特異的に結合する性質を示した。よって、細胞内には我々の着目したDNA結合蛋白の活性を制御する未知の因子の存在が考えられる。今回、細胞内で分裂装置と染色体複製起点を同時に観察することのできる菌株の構築に成功した。この菌株を用いることで、分裂装置と染色体の位置制御の動態をリアルタイムで観察することができるようになった。また、蛋白質の精製法を確立し、蛋白間相互作用を解析する実験系を構築した。この方法を用いて、機能に重要なモチーフの解析を進めることが可能となった。これらは当初の予定通りである。また現在論文執筆を進めており、2019年度中に国際ジャーナルで発表する計画である。これまでに構築した実験手法を用いて変異体解析を進め、分裂装置と染色体複製起点とを連携する機能構造の解明をめざす。すでに複数の変異体を構築に着手しており、そのうちの一部については蛋白精製や解析を進めているところである。分裂装置と染色体複製起点との連携には複数の遺伝子が関与している可能性が示唆されている。我々は遺伝学的相互作用を解析し、分裂装置と染色体複製起点との連携に関与しうる遺伝子の同定をめざす。その遺伝子の解析にも着手する。現在解析中のDNA結合蛋白は異なる細菌間でよく保存されている。実際、系統的に離れた緑膿菌にも同様の遺伝子を見出しており、緑膿菌でもカウロバクター菌と同様の原理で分裂装置と染色体複製起点との連携が保たれている可能性が高い。よって本研究の遂行は、緑膿菌のような病原性細菌の細胞周期制御機構の解明にも貢献するといえる。

また現在論文執筆を進めており、2019年度中に国際ジャーナルで発表する計画である。これまでに構築した実験手法を用いて変異体解析を進め、分裂装置と染色体複製起点とを連携する機能構造の解明をめざす。すでに複数の変異体を構築に着手しており、そのうちの一部については蛋白精製や解析を進めているところである。分裂装置と染色体複製起点との連携には複数の遺伝子が関与している可能性が示唆されている。我々は遺伝学的相互作用を解析し、分裂装置と染色体複製起点との連携に関与しうる遺伝子の同定をめざす。その遺伝子の解析にも着手する。現在解析中のDNA結合蛋白は異なる細菌間でよく保存されている。実際、系統的に離れた緑膿菌にも同様の遺伝子を見出しており、緑膿菌でもカウロバクター菌と同様の原理で分裂装置と染色体複製起点との連携が保たれている可能性が高い。よって本研究の遂行は、緑膿菌のような病原性細菌の細胞周期制御機構の解明にも貢献するといえる。
農家レベル〜地域レベルの農業LCA手法の開発

物質循環・移動に関連する定量的分析・評価へのLCA手法の適用・修正・拡張を基本骨格とし,再生産可能資源の生産・利用が生産環境の劣化・富化に影響を与えるという点を視野に入れた農業・農村における地域資源利用・循環や諸環境対策の評価のための農家地域レベルの農業LCA手法の開発とその農業・農村地域における意義・重要性を考察した。そのために,第一に既往の各種物質収支・フロー分析の考え方・手法を参考に、経済部門を地域内と地域外に分割し、さらに非経済部門と環境部門(地域環境と地球環境に分割)を組み入れた投入産出表型の物的勘定の表現形式を提示し,農業へのLCA手法適用の課題・限界を抽出した。第二に,投入資材(肥料)の違いが,生産性,土壌窒素・炭素に与える影響を,各種農法を対象に明らかにし,農業活動を評価するためには農地生態系への影響を考慮した総合的な環境負荷分析が必要であることを示した。第三に,営農,農法,技術およびシステムの特徴と課題などを検討するために、個別農業経営を対象にLCA手法による事例分析を行い,手法としての枠組みを整理するとともに,集落市町村レベルの農業活動へのLCA手法の適用手順を検討した。さらに,国内の飼料消費に対して一般利用可能なライフサイクル・エネルギー消費/GHG排出データの作成を目的として、輸入飼料(トウモロコシ、マイロ、ダイズ、ムギ類)の生産貯蔵・加工輸送段階にわたるエネルギー消費/GHG排出を、都道府県界を基本とする55供給地域について推計し,輸送段階のGHG排出がライフサイクル・GHG排出の50%以上を占めることなどを明らかにした。この他,サトウキビからの燃料エタノール生産のWell-to-wheel (WtW)評価を行うことで,農業分野におけるLCA手法の拡張性を検討した。事例調査の対象地として選定した宮崎県都城地域における農家地域農業レベルの物質フローに関する現地調査(農家ヒアリングを含む)を実施するとともに,LCA手法の適用において必要となる基本情報・データ収集を行い,対象地域に関する基礎データ・ベースの作成に着手した.さらに,輸入分を含めた資材生産・流通実態の把握のために,マクロ・フロー調査を実施するとともに,LCA手法の適用において必要と考えられる基本情報・データの収集と部分的な整備を行なった.続いて,物質フロー上の特性を考慮して選定した代表的3農家を対象に,収集・整理したLCA関連の情報・データを用いて,LCA手法の試行的適用を行い,物質フローが類似する営農タイプをグループ化してモデル農業経営を設定し,これを基本機能単位(農家レベル)として,営農タイプ別に経営量(頭数,栽培面積など)を基本機能単位に配分・集積することで地域全体を基本機能単位の集積(群機能単位)として取り扱うという地域農業(地域レベル)へのLCA手法適用の枠組を検討した.また,農法などの違いが農業活動の物質フローにどのように影響するかの把握および生産上のエネルギー消費、土壌炭素プール、窒素リン酸の残留ポテンシャルについての経年的な動態を明らかにするための基礎データ収集・農家レベル詳細インベントリー作成を目的として,茨城県南における栽培体系の異なる果樹農家((1)慣行栽培、(2)減化学肥料栽培、および(3)無化学肥料栽培)および水稲農家((1)成苗不耕起移植栽培、(2)稚苗有機栽培、(3)稚苗減農薬減化学肥料栽培、(4)稚苗慣行栽培、(5)稚苗有機肥料重点栽培)を選定して,栽培手法、それぞれの栽培体系における投入資材、投入時期、生産工程、生産量を精査した.農家単位集落単位の営農・地域農業経営,コンポスト化とメタン発酵によるバイオマス利活用シナリオへのLCA手法の適用および燃料エタノールのWell-to-Wheel評価に関する研究により,機能単位・システム境界の考え方,LCA適用の限界について考察した。これらの研究成果は,事例分析の論文(印刷中),well-to-Wheel評価(報文投稿中)としてまとめた。

さらに,土地利用情報と連携する炭素・窒素フローの空間的把握手法について検討し,GIS連携型LCA評価ツールの枠組みを予備的に整備した(論文発表)。次に,バイオマス利活用の分析において既存のLCAデータベースや研究成果では,充分な精度が確保できないと考えられるLCA用データとして輸入飼料利用があることを明らかにし,独自に推計を行ない,今後更新は必要であるが1次的なデータベースを作成した(データは書籍資料として公開,報文投稿中)。この他,農法の異なる水稲栽培の栽培手法、それぞれの栽培体系における投入資材、投入時期、生産工程、生産量を精査するとともに,土壌中肥料成分を調査し,投入/算出に関係する物質フローおよび土壌ストック推計のための基礎データを得た。その結果,土壌のT-N含量は0.16%0.57%,T-C含量は1.6%8.1%であったが,C/N比は一定で11.8前後であることを明らかにし,堆肥施用など営農における循環型の物質フローは土壌Cストックを増加させるが,一方で作物生産におけるNの効率的な利用を抑制する,あるいは環境へのN負荷排出を増加させる可能性のあることを,1次分析の結果として示した(口頭発表)。物質循環・移動に関連する定量的分析・評価へのLCA手法の適用・修正・拡張を基本骨格とし,再生産可能資源の生産、利用が生産環境の劣化・富化に影響を与えるという点を視野に入れた農業・農村における地域資源利用・循環や諸環境対策の評価のための農家レベル地域レベルの農業LCA手法の開発とその農業・農村地域における意義・重要性を考察した。本年度は,第一に投入資材(肥料)の違いが,生産性・土壌窒素・炭素に与える影響を,各種農法を対象に明らかにし,農業活動を評価するためには土壌への影響を考慮した総合的な環境負荷分析の必要性を検討した。第二に,バイオマス資源循環における技術およびシステムの特徴と課題、導入可能性を検討するために、農業経営のリサイクル・プロセスを対象にLCA手法による事例分析を試み,手法としての枠組みを整理した。さらに、ブラジルのサトウキビ産業における燃料エタノールの生産・使用段階のGHG排出量の試算例をレビューし,Well-to-Wheel(WtW)評価としてのGHG削減効果の推計値を示すとともに、最も効率のよいバイオヤス資源循環によるエネルギー生産のエネルギー産出投入比が8.0程度となることを示すことで,農業分野におけるLCA手法の拡張性を検討した。また,国内の飼料消費に対して一般利用可能なライフサイクル・エネルギー消費/GHG排出データの作成を目的として、輸入飼料(トウモロコシ、マイロ、ダイズ、ムギ類)の生産貯蔵・加工輸送段階にわたるエネルギー消費/GHG排出を、都道府県界を基本とする55供給地域について推計するとともに,輸送段階のGHG排出がライフサイクル・GHG排出の50%以上を占めることなどを明らかにした。
多細胞動物の多段階進化

本研究は後生動物出現とカンブリア爆発時の環境変動を解読し、それらの原因を探求する。従来の研究では両者の差が着目されなかったが、本研究は両者が大きく異なり、出現期の海水は比較的還元的でPやFeを多く含み、多様化期の海水は酸化的で硝酸やCaを多く含む。結果、出現期にPに富む還元的海洋で一次生産が増加し、酸素とゲノム量の増加が起こり、多様化期では酸素増加に伴い低N/Pから高N/P海洋へと遷移し、現在型のRedfield比をもつ一次生産を誘引させた。その結果、タンパク質や筋肉など高窒素量を必要とする可動能動物が出現し、後生動物の大型化、活発化(食物連鎖)、複雑化(捕食からの防御)を引き起こした。地球は唯一生命が生息し、高等生物が存在する天体である。そこで、高等生命につながる後生動物出現は地球・生命進化史を研究する上で最も重要な問題であるが、その原因は未だ解明されていない。本研究の目的は、掘削試料の多元素・多同位体分析から古環境を解読し、多細胞動物出現とその後に続く急激な多様化(カンブリア大爆発)の原因を解明することである。特に、本研究では申請者が提唱している多細胞動物出現とカンブリア大爆発は対照的な環境下で起きたとする多段階進化モデルを実証し、多細胞動物出現とそれに続くカンブリア大爆発の原因を究明する。今年度は南中国三峡地域南部の長陽地域と十二花村地域で掘削を行い、それぞれ、クリオジェニアン紀末期とカンブリア紀初期-中期境界の試料を採取した。また、これまでに採取した大陸棚内のバンクや大陸斜面堆積物の掘削試料のC,O,N同位体分析、三峡地域のCa同位体や硫化物局所Fe同位体分析と雲南のカンブリア紀TommotianAtdabanianBotomian stagesの砂岩・泥岩層に挟在する炭酸塩岩の炭素と酸素同位体分析を行なった。バンク堆積物では、初めてooidsなどの浅海で堆積した証拠を発見するとともに、その炭素同位体比変動は同様に浅海で堆積したと考えられる三峡のそれと大きく異なることが分かった。また、先行研究では当時の海洋は酸素濃度や溶存有機炭素量に関して成層しており、深海は浅海とは異なり常に低い炭素同位体比を持つことが提唱された。しかし、大陸斜面堆積物の掘削試料の炭素同位体比変動は三峡地域の浅海堆積物の炭素同位体比変動とは異なるが、先行研究で示唆された一貫して低い同位体比であると言う予測とも異なり、比較的高い値になることが分かった。以上の結果は、大陸からのリンや硫酸塩などの栄養塩の供給量と生物消費のバランスが大陸からの距離と関連して変化していることを示す。今後、調査地域を拡げ、かつ分析する元素を増やし、後生動物出現と多様化時の大陸棚全域の表層環境を生物活動と関連させ解読することにより、生命進化の原動力の解明に繋げる。今年度は初期カンブリア紀寛川溝累層のリン酸塩岩中の微化石やエディアカラ紀中期のリン酸塩岩中の微小化石の三次元像解析を行った。特に、寛川溝累層のリン酸塩岩中の微化石の研究では内部の微細構造が観察され、五放射性構造を得ることができた。その結果は、初期の刺胞動物は五放射性構造をもつ種が多く存在していたとする我々の結果を裏付け、刺胞動物の初期進化をより詳しく解読することに貢献する。また、エディアカラ紀からカンブリア紀の堆積岩の炭素、窒素、Ca同位体変動や炭酸塩のリン濃度変動や火山灰層中のジルコンの年代、卵を保有する節足動物化石や初期刺胞動物の胚化石や幼生化石の3次元像解析、胚化石のFT-IR分析結果やエディアカラ紀カンブリア紀におけるバイオマーカーの変動と環境環境変動の対比などに関する一連の研究を論文化した。これまでの一連の研究を基に、後生動物の出現と多様化は、酸化還元と栄養塩濃度に関して、対照的な環境条件で起き、前者は比較的還元的な条件で海洋中のリン酸濃度や鉄含有量が高い環境下で、後者は酸化的な条件で、硝酸濃度やCa濃度が高い環境でおきた多段階モデルを提唱した。現在、このモデルの論文化に務めている。また、後生動物の進化は一連の環境変動と極めて良く合うことを示すことから、後生動物の進化・多様化の要素(例えば遺伝子)は、実際に発現するよりも前に保持されており、環境変動に合わせて、それが逐次発現したことを示唆する。今年度は、南中国大塘坡地域のクリオジェニア紀の堆積物や南中国三峡地域の前期カンブリア紀と前期ー中期カンブリア紀境界の掘削試料の岩相層序について詳細な記載を行った。そして、南中国三峡地域の前期