hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
EmergingしたSalmonella Agonaの生物系統地理学的評価

その食鳥処理場では2011年にはSalmonella Infantisが優勢に分離されていたが、2014年にはS. Agonaが優勢に分離されるようになり、S. InfantisからS. Agonaへ血清型シフトを示し、S. Agonaのemergingであることが推察された。この要因を明らかとするために検討を行った。平成30年度は前年度行った次世代シークエンサー(NGS)解析のデータをS. Agonaのcore geneを用いて解析した。その結果、1995年に千葉県で分離された食中毒事例株がemerging株のクローンであることが明らかとなった。この結果はこの菌株がemerging株の祖先である可能性が示され、この菌株が何らかの経路で肉用鶏の農場に侵入した可能性が考えられた。in vitroにおける病原性の差の検討について、S. Agonaの細胞侵入性の検討はGentamycin Protection assayによって行ったが、使用する細胞をマクロファージ由来細胞であるJ774.1株に変更して株間の比較をした。その結果、emerging株は他で分離された菌株よりも細胞侵入性の能力が高いことが示された。さらに、emerging株がマクロファージ由来細胞に細胞死を引き起こすか細胞死検出ELISAキットを用いて検討を行ったところ、一部の菌株はマクロファージ由来細胞に細胞死を引き起こすことが示され、病原性が高いことが明らかとなった。平成28年度の結果を受けて、NGSにより全ゲノム解析を行う菌株を選定した。この解析結果を受けて、集団遺伝学的解析によるS.Agonaの進化系統群ごとの多様性の解明を行う予定にしている。また、NGS解析の結果からさらに菌株を選定して、S.Agonaの進化系統群による病原性差の解明を行う予定である。また、集団遺伝学的解析、病原性差の解明の結果を受けてS.Agonaの生物系統地理学的検討を行う予定にしている。NGS解析で比較に用いるgene(全DNAあるいはcore gene)を決めて各株間の比較を行い、集団遺伝学的解析によるS.Agonaの進化系統群ごとの多様性の解明を行う予定にしている。また、集団遺伝学的解析、病原性の差の検討の結果を受けて、S.Agonaの生物系統地理学的検討を行う予定にしている。NGSによる全ゲノム解析による進化系統群の解明およびS.Agonaの進化系統群による病原性差の解明に関して、検討の回数が少なく必要な試薬、キットなどの購入を控えたためである。(理由)S.Agonaの進化系統群による病原性の解明に関して、検討の回数が少なかったためである。(使用計画)今後予定していたS.Agonaの進化系統群による病原性の解明の検討に使用していく予定である。今後、NGSによる全ゲノム解析による進化系統群の解明およびS.Agonaの進化系統群による病原性差の解明において、キットの購入などで使用する予定である。
難分解性物質含有廃水処理のためのプラスミド・オーグメンテーション手法の開発

2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-Dを部分分解できるプラスミドpJP4を用い、連続回分式活性汚泥プロセス(SBR)にプラスミドオーグメンテーションを実施した。pJP4を導入しなかった対照系SBRは、2,4-Dを分解できなかった。2,4-Dを完全分解できるJMP134 (pJP4)を導入したSBRは、3日目まで高い分解率を示した後、JMP134の淘汰に伴って分解率が低下し、transconjugantが増加した20日目から分解率が回復した。2,4-Dを分解できないHB101 (pJP4)を導入したSBRは、7日間は2,4-Dを分解できなかったが、transconjugantが増加した20日目から分解率が向上した。本研究では、プラスミド・オーグメンテーションという手法を提案している。染色体外の環状のDNAであるプラスミドには、通常の生育には不要であるが、特殊環境下の生存において不可欠な遺伝情報が含まれており、自然界の多くのバクテリアがプラスミドを有している。外来細菌のプラスミド上には難分解性物質の分解遺伝子のような有用遺伝子がコードされている場合があり、さらに接合伝達性プラスミドは、性繊毛を通じて細菌の属種を超えて細胞から細胞へと伝達されるものもある。有用遺伝子を持つプラスミドが、土着細菌群の優占種に接合伝達されれば、植種した細菌自身は淘汰されてしまっても、有用遺伝子は残り、目的は達成できる可能性環境浄化の促進のため、有用微生物を汚染現場に植種する方法が提案されている。本研究では、まず、水・土壌マイクロコズムにプラスミド保持微生物を導入し、その接合伝達過程をモデル解析によって評価した。グラム陰性広宿主域プラスミドRP4をモデルとし,供与菌としてE.coli C600を用いた。プラスミド保持菌に選択圧が加わらない条件では、プラスミドが伝達されたTransconjugantはほとんど増殖せず、プラスミドが二次伝達される可能性が低いことがわかった。また、2,4ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)汚染土壌スラリーマイクロコズム(廃水処理リアクター)に2,4-Dの分解遺伝子を有し、さらに水銀耐性遺伝子と接合伝達遺伝子群を持つプラスミドpJP4を導入する浄化実験を行った。その結果、pJP4をプラスミドが伝達されたTransconjugantは浄化に大きく貢献し、長期的に残存することが判明した。有用遺伝子を持っプラスミドが、土着細菌群の優占種に接合伝達されれば、植種した細菌自身は淘汰されてしまっても、有用遺伝子は残り、目的は達成できる可能性環境浄化の促進のため、有用微生物を汚染現場に植種する方法が提案されている。本研究では、まず、グラム陰性広宿主域プラスミドpJP4をモデルとし,供与菌としてE.coliを用いた。実処理場から採取した活性汚泥細菌を受容菌とし、フィルターメーティングによってpJP4を接合伝達させた。接合伝達率は、汚泥の種類によって大きく異なった。様々なtransconjugantを獲得することができ、同定の結果、transconjugantは活性汚泥中の優占菌の一種であることが判明した。Transconjugantは、pJP4と同様の大きさのプラスミドを保持し、そのtfd遺伝子も検出された。プラスミド上の水銀耐性遺伝子の発現を評価したところ、元の宿主以上の高濃度の水銀に耐性を示すTransconjugantも確認できた。プラスミド・オーグメンテーションという手法を提案した。有用遺伝子を持つプラスミドが、土着細菌群の優占種に接合伝達されれば、植種した細菌自身は淘汰されてしまっても、有用遺伝子は残り、目的は達成できる可能性がある。

本研究では、2,4-ジオキシフェノキシ酢酸(2,4-D)を部分分解できるグラム陰性広宿主域プラスミドpJP4をモデルとし,供与菌としてC. necator JMP134とE. colio HB101を用い、2,4-Dを含む排水を処理する連続回分式活性汚泥プロセス(SBR)にプラスミドオーグメンテーションを実施した。30目の処理実験において、プラスミドを導入しなかった対照系SBRは、2,4-Dを分解できなかった。2,4-Dを完全分解できるJMPI34(pJP4)を導入したSBRは、3日目まで高い2,4-D分解率を示した後、JMPI34の活性汚泥中での淘汰に伴って分解率が低下し、pJP4を受け取ったtransconjugantが増加した20日目から分解率が100%に回復した。自分自身は2,4-Dを分解できないHB101(pJP4)を導入したSBRは、7日間ほどはやはり2,4-Dを分解できなかったが、pJP4を受け取ったtransconjugantが増加した20日目から分解率が100%に回復した。すなわち、供与菌自身が2,4-Dを分解できなくとも、プラスミドオーグメンテーションは成功することが実証された。
実験的体液増加に伴う心房性Na利尿ペプチド及び内因性ジギタリス様物質の変動

体重28003300g(平均3051±69g)のニュージーランドホワイトラビットを用いて以下の実験を行った。(1)実験【I】正常ラビット7兎の大腿動脈・静脈にカテーテルを挿入し、血圧測定,採血,生理的食塩水注入用にもちいた。血圧測定,採血の後に生理的食塩水を100ml/hrの速度で24時間持続点滴し、再度血圧測定して採血した。平均血圧は生理的食塩水負荷前93±5mmHg,負荷後93±3mmHgと全く変化しなかった。ヘマトクリット値は負荷前39±2%から負荷後34±1%へ有意に(P<0.05)減少した。内因性Na-KATPase阻害因子の一つと考えられる内因性ジキタリス様物質をTravenol-Genentech Diagnotics社(USA)の抗体を用いてradio-immanoassay法で測定すると、生理的食塩水負荷前206±26pg/ml(ジゴキシン相当量)から負荷後158±31pg/mlへと有意に(P<0.05)減少した。(2)実験【II】次により短時間の生理食塩水負荷の影響を検討する目的で、正常ラビット8兎に実験【I】と同じ手順で生理食塩水を6時間負荷し、前後の内因性ジキタリス様物質を測定した。同物質は負荷前255±13pg/mlから負荷後194±14pg/mlへ有意に(P<0.001)減少した。以上の結果から生理的食塩水負荷による体液量増加の際には、内因性ジギタリス様物質はむしろ減少し、これまでの他の研究者の報告とは異なる結果を得たが、今後この点に関してさらに詳細な検討を要する。心房性Na利尿ペプチド測定のための血液サンプルも採取したが、市販の測定キットは抗ヒト抗体であり、ヒトとラビットの心房性Na利尿ペプチドは一部アミノ酸構成が異る為現在測定の信頼度を検討中である。
クリーンエネルギー車の普及可能性

道路交通センサスオーナーインタビュー調査結果を用いたの運行状況の詳細な分析により、(1)12日程度の短期間の使用のみを考慮すれば、軽自動車・乗用車の大部分は現在の電気自動車の性能範囲で運行されており、したがって潜在的需要は高いと判断されること、しかし(2)長期間利用を考慮すれば適合率は急激に低下し、これを電気自動車の性能向上により解決することは不可能であることが、主として5年度の研究成果であった。これをうけ、6年度は(3)自動車の複数保有の進展による利用調整の可能性とその効果の計測、および(4)充電スタンドの配置が適合率向上に与える効果について、配置数と配置パターンの両面からの計測を目的とした。成果は以下のようにまとめられる。(5)茨城県南部地域における自動車の使われ方に関する独自調査から複数保有世帯においては、現在も運転手交代が多く実施されており、電気自動車の価格面や維持管理面の魅力の増加がなされれば、利用調整により長期的な走行性能の限界は緩和されうる可能性が高い。(6)充電スタンドを利用した外出先での充電が可能になれば、さらに10%程度の自動車が潜在的に電気自動車に転換可能となる。特に走行距離が制約となる車両は非常に少なくなり、積載重量が非適合の支配要因となることが確認された。配置数、配置パターンの効果は独立でなく、配置数が少ないときは自動車代数に比例させて、また配値数がある程度以上多くなった場合には分散的に均等配置にした方が効果的であることも示された。これらについては充電スタンドの配置方針に有用であると考えている。自動車による大気汚染・騒音問題解決のための一方策として、電気自動車、水素自動車、ソーラーカー等のクリーンエネルギー車(以下、クリーンカー)が研究開発されている。本研究は、このようなクリーンカーの普及促進方策を探るために、代表的クリーンカーである電気自動車の走行性能制約による普及疎外の状況を、実際の使用状況データをもとに明らかにした。具体的には以下に述べる走行性能制約と使用実態との比較検討による潜在需要層の検討を行った。1)使用したデータは道路交通センサスと独自の1週間連続利用調査である。2)従来の研究ではセンサスデータの限界から1日間の運行状況により適合性の判断が行われていたが、本研究では独自調査の結果を併用することによって任意の期間の運行状況を推定するモデルを提案し、このモデルを用いることによって自動車の保有意志決定に重要な影響を持つ長期間の運行状況による判断を行った。3)モデルの有用性と限界について検討を行った上で、期間が長期化することによって適合率が急激に低下することが明らかとなった。4)このため、近年複数保有が進展していることから複数保有世帯での利用調整を提案し、これによる効果を計測した。
逆問題を応用した磁気浮上制振制御系の実用的設計法に関する研究

磁気浮上系の制振制御を目的としたロバスト制御系設計法を、実用性と逆問題の観点から構築すべく、過去3年度に渡りいくつかの問題に取り組んできた.まずその基礎として,振動現象(スピルオーバ)の発生原因であるモデルの不確かさを閉ループ同定により同定し,つぎにH_∞制御理論を応用して制振制御系を設計する,という同定と制御を一貫して行う設計方法を確立した.前者については,逆問題の観点に基づく従来のILQ設計法と間接的な閉ループ同定法を組み合わせて,モデル化できない浮上体固有の振動モード特性を正確かつ簡単に同定する方法を提案した.後者については,制振制御系の設計にH_∞制御の混合感度問題を適用し,その周波数重みを,閉ループ同定により得られた振動モード特性をもとに適切に選んで設計することで,スピルオーバ現象の抑制に成功した.その結果,スピルオーバ現象の抑制には,観測雑音から出力までの閉ループ伝達関数(相補感度関数)のゲイン特性に,振動モードが存在する特定の周波数帯域でノッチフィルタ特性を持たせることが重要であることが判明した.つぎにその知見をもとに,こうして得られた基礎的結果を実用的な(特に制御器の簡単化の)観点から見直し,実用性に優れた従来のILQ設計法を,上記のような周波数整形問題へ適用可能な形に拡張することを試みた.その鍵は,ILQ設計法で用いる状態観測器に新たな設計の自由度を付加し,これを線形関数観測器に広げたことにある.はじめに同次元観測器を用いる場合について,この自由度を活用して整形可能な相補感度関数のクラスと具体的な整形方法を解析的に明らかにし,実験によりその有効性を確認した.その結果,はじめに設計したH_∞制御器と性能が同じで,次元がほぼ1/3に減った低次元制御器の設計に成功した.つづいて最小次元観測器の場合についても同様の結果を得るとともに,これをロバスト制御系の段階的な設計(つまり,規準性能からロバスト性能を段階的に達成させる設計)に用いた場合は,全次元観測器に基づく先の設計法よりも制御器全体の次元を減らせることも判明した.このように本設計法は,他の多くの設計法とは異なり,得られる制御器の次元が低くなるのみならず,設計パラメータが解析的に得られる,という点に高い実用性がある.その他に逆問題を応用した同様なサーボ系設計法として,周波数重み付き最適サーボ系の設計問題および2次安定論に基づくサーボ系設計問題の逆問題を解くことにより,それぞれ状態フィードバックによる周波数整形法や,パラメータ変動に対してロバストな追従系の設計法も開発した.磁気浮上系の制振制御を目的としたロバスト制御系設計法を、実用性と逆問題の観点から構築すべく、過去3年度に渡りいくつかの問題に取り組んできた.まずその基礎として,振動現象(スピルオーバ)の発生原因であるモデルの不確かさを閉ループ同定により同定し,つぎにH_∞制御理論を応用して制振制御系を設計する,という同定と制御を一貫して行う設計方法を確立した.前者については,逆問題の観点に基づく従来のILQ設計法と間接的な閉ループ同定法を組み合わせて,モデル化できない浮上体固有の振動モード特性を正確かつ簡単に同定する方法を提案した.後者については,制振制御系の設計にH_∞制御の混合感度問題を適用し,その周波数重みを,閉ループ同定により得られた振動モード特性をもとに適切に選んで設計することで,スピルオーバ現象の抑制に成功した.その結果,スピルオーバ現象の抑制には,観測雑音から出力までの閉ループ伝達関数(相補感度関数)のゲイン特性に,振動モードが存在する特定の周波数帯域でノッチフィルタ特性を持たせることが重要であることが判明した.つぎにその知見をもとに,こうして得られた基礎的結果を実用的な(特に制御器の簡単化の)観点から見直し,実用性に優れた従来のILQ設計法を,上記のような周波数整形問題へ適用可能な形に拡張することを試みた.その鍵は,ILQ設計法で用いる状態観測器に新たな設計の自由度を付加し,これを線形関数観測器に広げたことにある.はじめに同次元観測器を用いる場合について,この自由度を活用して整形可能な相補感度関数のクラスと具体的な整形方法を解析的に明らかにし,実験によりその有効性を確認した.その結果,はじめに設計したH_∞制御器と性能が同じで,次元がほぼ1/3に減った低次元制御器の設計に成功した.つづいて最小次元観測器の場合についても同様の結果を得るとともに,これをロバスト制御系の段階的な設計(つまり,規準性能からロバスト性能を段階的に達成させる設計)に用いた場合は,全次元観測器に基づく先の設計法よりも制御器全体の次元を減らせることも判明した.このように本設計法は,他の多くの設計法とは異なり,得られる制御器の次元が低くなるのみならず,設計パラメータが解析的に得られる,という点に高い実用性がある.その他に逆問題を応用した同様なサーボ系設計法として,周波数重み付き最適サーボ系の設計問題および2次安定論に基づくサーボ系設計問題の逆問題を解くことにより,それぞれ状態フィードバックによる周波数整形法や,パラメータ変動に対してロバストな追従系の設計法も開発した.本年度は,研究実施計画に盛り込まれていた以下の3点に取り組んできた.まず第一に,「閉ループ同定とH_∞制御の磁気浮上系への応用」を主題に,不確かさの非保守的な同定と、それに基づくH_∞制御系設計の難点緩和対策について,応用実験を中心に研究を行ってきた.

従来結果と比較すると,新たにμ-解析法を用いて磁気浮上系のロバスト制御性能に関する考察を補足し,その結果を昨年9月に開かれたAllerton Conf.で発表した.つぎに,「オブザ-バの設計自由度を周波数整形に活用したILQ設計理論」の一般化を行い,最小位相系に関しては,適用対象を従来の1入出力系から多入出力系にまで広げ,整形可能な相補感度関数のクラスを解析的に表現するとともに,具体的な整形方法を明らかにした.また,その応用実験も行い,上記と同等な制御性能をもつ低次元制御器を設計することにも成功した.本研究成果の一部はシステム制御情報学会論文誌5月号に掲載される予定であり,さらに9月にはIEEEのControl Application Conf.で一般化された設計理論も含めて発表の予定である.そのほか,今後この設計理論を非最小位相系へ拡張する上で重要になる「ILQ最適サーボ系設計法の参照入力と制御対象に関する一般化」にも成功し,その成果は計測自動制御学会論文集3月号に掲載される予定である.最後に,平成9年度の科学研究費の補助を受け,「DSPを用いた磁気浮上系の実験支援環境の再構築」について研究を開始した.すでにDSP側の制御環境は実現しており,現在ユーザ側におけるGUIベースの支援環境を構築中である.本年度は,以下の4点に取り組んだ.1a)全次元オブザーバの設計自由度を周波数整形に活用したILQ設計法の一般化1b)最小次元オブザーバの設計自由度とその制御入力の選定2)周波数重み付きH_∞制御器の低次元化3)ループ整形手法の適用本研究室では,研究1a)を軸にして,逆問題的アプローチに基づくロバスト制御理論の開発をめざしている.本年度は,適用対象のクラスを多変数安定系にまで広げ,整形可能な相補感度関数のクラスを解析的に表現することに成功した,昨年9月には,その結果をIEEEのContro1 Application Conf.で発表している.また,研究1b)ではこのロバスト制御系を最小次元オブザーバによって構築する方法を提案した.これは,現場における制御系構築を簡単化する.他方,H_∞制御系設計の難点を緩和するために,応用実験を中心に先進的な研究を行ってきた.研究2)では,実用性を考慮したH_∞制御器の低次元化に着手した.従来の低次元化では重みの選定指針が明らかで十分でなかったので,希望する制御器の整形結果を重み関数に反映させた.その結果,ハンケル特異値の微調整をより効果的に行えるようになった.また研究3)では,ロバスト制御の基本であるループ整形にも取り組んだ.ここでは,低次元な制御器を意図して設計できる重み関数の選定指針を提案している.本年度の研究成果は,国内外での学会発表が一件づつであったが,現在多くの発表準備が整いつつある.昨年度の研究では「オブザーバの設計自由度を周波数整形に活用したILQ設計法」が磁気浮上系の制振制御に有効であることを明らかにした.本年度は,この設計法を中心に,逆問題的アプローチに基づくロバスト制御系設計法を,特に実用性に留意して開発した.まず、全次元オブザーバを利用した本設計法については,昨年度の研究で多変数最小位相系にまで拡張した周波数整形ILQコントローラの設計法を多変数非最小位相系にまで拡張した.これにより、本設計法がかなり広範囲の制御対象に適用でき,しかも設計パラメータの調整や計算量の点で特に実用性が高いことが明らかになった.
規範的正義論の基礎としてのメタ倫理学の再検討

本年度に於いても、昨年度に引き続き、(1)内在的価値論分野における文献の渉猟、精査および(2)価値論を遂行する上で必要な限りでの現代形而上学に関するサーヴェイを遂行した。特に、昨年度に着想を得たG.E.Moore的価値論の現代的擁護というプロジェクトについて、昨年の東京法哲学研究会における発表と質疑を元にしつつ、『創文』に短い論考を発表することができた。しかし、それ以外の点においては、目立った研究の進展を得る事は、残念ながらできなかったと言わざるを得ない。価値論それ自体の成否は、それが規範理論のなかで果たす役割の説明可能性によって判定される以上、規範理論自体への参照が不可欠であるものの、その点については、Krister Bykvistをはじめ、現代の功利主義理論のいくつかの概説を渉猟しはしたが、自身の最善と考える立場を確定するには至らなかった。また形而上学に関しては、Moore自身が自分自身の議論と極めて近似しているとみなしていたFranz Brentanoに関してサーヴェイを行った。The Foundation and Construction of Ethicsなどの彼自身の著作及び、Brentanoに関する研究書を渉猟したものの、Moore主義自体の当否に関して、まとまった知見、示唆を得るには至らなかった。代わりに、研究の途上においてMoore的価値論の人権論への応用という着想を得、権利論に関するサーヴェイを年度の後半は遂行した。今後は、Moore主義の擁護というプロジェクトを継続しつつ、こちらの方にも注力していきたいと考えている。本年度に於いては、(1)内在的価値論分野における文献の渉猟、精査および(2)価値論を遂行する上で必要な限りでの現代形而上学に関するサーヴェイを遂行した。(1)については特にThomas Reganの一連の論考を導きの中心として、G.E.Mooreの主張した非自然主義的善の理論的利点を確認することができた。即ち、Moore的価値論は個人的価値が道徳的規範性を持つことを説明できる点で優れていることが確認された。同時に、非自然主義という形而上学的コミットメントをいかにして正当化するかという問題が、困難ではあるものの、遂行不可能ではないという見通しを得ることができた。また、以上のサーヴェイからは方法論的な示唆も得ることができた。即ち、価値論における理論的構想をそれ単独で擁護することはできないことが確認された。結局のところ、善や悪などの価値がいかなるものと理解されるべきかという価値論上の立場は、それらの価値が規範理論において果たすべき役割を適切に説明できるかという点と、より包括的な形而上学的立場との整合性の二つの観点からの理論的得失を比較検討することによってのみ果たされうる。したがって、規範理論的探究と形而上学的探究の二つのフィールドに関する検討が今後の課題となることが判明した。(2)については、とりわけ存在論を中心として現代形而上学の基本文献を渉猟した上で、Moore的価値論の前提となる彼の形而上学的な立場を確認する作業に入った。当該作業は目下継続中であり、ここで要を得た内容を提示することはできないが、この作業が(1)の課題遂行に裨益するとの見通しを得ることはできた。また、以上の成果の一部を基に、東京法哲学研究会にて発表を行った。
金属を捕集するヨシ茎基部グルカン顆粒の構造・機能の解析およびその利用

1.ヨシのNa動態PETIS法によるNa動態の非破壊解析と、従来の放射性トレーサー実験による導管液中のNa動態解析を組み合わせ、ヨシが茎基部の導管からNaを回収する能力はイネに比べて格段に優れていることを定量的に証明した。2.ヨシ茎でCdを結合するグルカンCd処理したヨシ茎の細胞汁液中の可溶性グルカンの鎖長分布は、デンプンの分解産物とよく似ていることが分かった。また示差走査熱量分析により、Cd処理したヨシ茎に蓄積するデンプン粒は単一の性質のものではなく、糊化温度が異なる複数種類のデンプン粒であることが分かった。3.ヨシ茎基部のデンプン粒とNa移行抑制の関係短期のNaストレスにおいて、デンプン粒の存在はNa移行抑制にあまり関与していないと考えられるが、長期のNaストレスではデンプン粒の蓄積量とNa移行抑制率に相関があることが示唆された。1塩ストレスによりヨシ茎基部に形成されるデンプン顆粒の特性NaCl処理開始後ヨシ茎基部において1日以内にデンプン顆粒の形成が始まり、その後約2週間に渡ってその量は増え続けた。このデンプン顆粒は茎基部全体のNa含有率の約10倍のNaを蓄積していた。デンプン顆粒の鎖長分布、および粘度の分析から種子貯蔵デンプンよりも硬いデンプンであることが分かった。2 PETIS法によるヨシとイネのNa動態ヨシ、イネとも一旦地上部の細胞に取り込んだNaはほとんど放出しなかった。根から吸収するNaの量はヨシとイネであまりかわらないにもかかわらずヨシの地上部Na蓄積量はイネに比べて極端に低いことを考慮すると、ヨシは根で吸収したNaを根から排出する能力がイネに比べて高いといえる。3 Cdストレスによりヨシ茎全体に形成されるグルカンの特性ヨシは強いCd耐性を持ち茎にCdを集積するが、Cdと共にデンプン顆粒および可溶性グルカンを茎に蓄積した。茎中の可溶性Cdの約半分が可溶性グルカンと結合していた。
ブラシレス自励形同期電動機のベクトル制御に関する研究

本研究課題は、平成3年平成4年度の継続であり、次の研究目的に従って実施した。1.ベクトル制御用ブラシレス自励形半速同期電動機の設計メンテナンスフリーの可変速駆動システムは、電動機とインバータ結合により実施される。適用電動機の回転子は、回転子上に単相短絡巻線のみを設けた構造で、固定子巻線の静止磁界を重畳して同期速度の半分でトルクを発生する半速同期電動について種々の検証を行った。静止磁界重畳方式として、自励形以外に他励形および誘導起電力利用自励形についても検討し、特に自励形はベクトル制御用電動機として有用であることを電気学会に公表している。種々の回転子の最適設計については、久留米高専紀要に公表した。さらに、研究中に開発したブラシレス単相同期電動機は、現在特許申請中であるが、本電動機もベクトル制御用電動機として適用できることが判明した。2.自励形同期電動機のベクトル制御への適用(1)電圧形PWMインバータ回路設計インバータ主回路にはIGBTを使用し、正弦波PWMパターン作成には16ビットマイクロコンピュタにより、クイックモーションソフトウェアを採用して簡素化を達成した。始動に際しては、同期式と非同期(誘導機)を検討し、同期式が実用的であることが判明した。フィードバック回路は、半速論理回路とロータリエンコーダの採用により高精度の制御性能を実現した。(2)ベクトル速度制御の実験結果プラシレス自励形半速同期電動機は、原理的に強力な誘導機トルクを発生し、同期始動特性は良好である。また、可変速特性は従来のすべり周波数制御あるいは無整流子電動と同等の特性を示すが、より詳細な検討は今後も実施する予定である。以上の研究成果は、久留米高専紀要に公表した。本研究課題は,平成3年平成4年の継続であり,平成3年度は次の研究目的に従って実施した。1.ベクトル制御用ブラシレス自励形半速同期電動機の設計メンテナンスフリ-の可変速駆動システムは,電動機と駆動インバ-タ結合により実施されるが,電動機の回転子は単相短絡巻線のみを設けた構造で,固定子巻線に静止磁界を重畳して同期トルクを発生する半速同期電動機について検証した。固定子側に静止磁界を重畳する方式として,自励形以外に他励形および誘導起電力自励形についても検討し,ベクトル制御用電動機として有用であることを電気学会に公表している。種々の回転子構造と回転子の最適設計については,久留米高専紀要に公表した。更に,単相電源で駆動できるブラシレス単相同期電動機を開発し,現在特許申請中であるが平成4年度の継続研究において,本電動機がベクトル制御用電動機として適用できるか研究予定である。2.電圧形PWMインバ-タの回路設計インバ-タ主回路素子にはIGBTを使用し,正弦波PWMパタ-ン作成には8ビットマイコンによりクイックモ-ションソフトウェアを採用して,ディジタル回路の簡素化を計っている。この研究成果は,電気学会および久留米高専紀要に発表予定である。3.始動およびフィ-ドバック制御回路現在,オ-プンル-プによる電動機のインバ-タ駆動が可能で,安定したインバ-タ動作と良好な電圧・電流波形が得られている。本駆動システムは、同期機を採用するために始動法として同期式と非同期式の両者を検討中である。フィ-ドバック回路は,動作の安定性およびトルク振動低減から高精度のロ-タリ-・エンコ-ダを採用している。平成4年度は,可変速運転,過渡特性,始動特性および理論解等の研究を実施するが,この研究成果は電気学会論文誌に公表予定である。本研究課題は,平成3年平成4年度の継続であり,次の研究目的に従って実施した。

1.ベクトル制御用ブラシレス自励形半速同期電動機の設計メンテナンスフリーの可変速駆動システムは,電動機とインバータ結合により実施される。適用電動機の回転子は,回転子上に単相短絡巻線のみを設けた構造で,固定子巻線に静止磁界を重畳して同期速度の半分でトルクを発生する半速同期電動について種々の検証を行った。静止磁界重畳方式として,自励形以外に他励形および誘導起電力利用自励形についても検討し,特に自励形はベクトル制御用電動機として有用であることを電気学会に公表している。種々の回転子の最適設計については,久留米高専紀要に公表した。さらに,研究中に開発したブラシレス単相同期電動機は,現在特許申請中であるが,本電動機もベクトル制御用電動機として適用できることが判明した。2.自励形同期電動機のベクトル制御への適用(1)電圧形PWMインバータ回路設計インバータ主回路にはIGBTを使用し,正弦波PWMパターン作成には16ビットマイクロコンピュタにより,クイックモーションソフトウェアを採用して簡素化を達成した。始動に際しては,同期式と非同期(誘導機)を検討し,同期式が実用的であることが判明した。フィードバッグ回路は,半速論理回路とロータリエンコーダの採用により高精度の制御性能を実現した。(2)ベクトル速度制御の実験結果ブラシレス自励形半速同期電動機は,原理的に強力な誘導機トルクを発生し,同期始動特性は良好である。また,可変速特性は従来のすべり周波数制御あるいは無整流子電動と同等の特性を示すが,より詳細な検討は今後も実施する予定である。以上の研究成果は,久留米高専紀要に公表した。
ヒト唾液腺悪性腫瘍の癌幹細胞の同定と腫瘍組織構築への関与

癌幹細胞は、腫瘍組織の発生、組織構築、予後に緊密に関与している細胞である。本研究では、唾液腺腫瘍の癌幹細胞の分布を明らかにすることで、唾液腺腫瘍の組織構築に癌幹細胞がどのように関係しているのかを検討した。唾液腺腫瘍、特に悪性腫瘍では癌幹細胞は細胞外基質に接する部位に多く、細胞外基質が癌幹細胞の活性を制御していることが示された。唾液腺腫瘍の特徴的な組織構築は、細胞外基質が癌幹細胞の微小環境(ニッチ)として働くことによって作られることが考えられた。癌幹細胞は腫瘍の発育・転移や、治療の標的として注目されている。本研究ではヒト各種唾液腺悪性腫瘍から癌幹細胞を同定することと、唾液腺悪性腫瘍において、組織学的に癌幹細胞の分布を検索し、その組織構築にどのように関係しているかを検討することを目的としている。本年度は、唾液腺悪性腫瘍の新鮮材料が手に入らなかったため、癌幹細胞の免疫組織学的検索を中心として研究を行った。特に腺様嚢胞癌を対象とし、癌幹細胞の組織学的分布が腺様嚢胞癌の特徴的な増殖様式とどのように関係しているか検討した。【方法】現在、唾液腺癌の癌幹細胞のマーカーは報告されていないが、他の腺癌(膵臓癌、乳癌、大腸癌)での癌幹細胞のマーカーとして、CD133,CD44が報告されている。組織学的構築の類似性から、唾液腺腫瘍においてもこれらが適応できるものと考え、ホルマリン固定パラフィン包埋された腺様嚢胞癌の多数例にこれらの抗体を用いて免疫染色を施し、増殖パターン別にその分布を観察した。【結果】CD133では、充実型・篩状型において陽性細胞は胞巣内部や偽嚢胞周囲にわずかに点在していた。充実型での細胞外基質の出現や、箭状型で多数の偽嚢胞の連絡により実質が網状の形態を示すようになると、陽性細胞の密度は増加していた。また、腫瘍周囲へ増殖している管状型・索状型組織では、陽性細胞が散見され、神経周囲に浸潤している腫瘍組織でも高頻度にみられた。CD44では陽性細胞はCD133より出現頻度は低いものの、CD133と近似し、特にリンパ節転移部位に高頻度にみられた。【考察・結論】腺様嚢胞癌において、癌幹細胞は浸潤先端部に多く含まれ、充実型・飾状型への組織構築に関与していることが示唆された。細胞外基質や間質に接する部位に癌幹細胞が高頻度にみられることは、癌幹細胞を保持する微小環境(ニッチ)の形成に間質や細胞外基質が関係していることが考えられる。悪性腫瘍の組織学的構築を研究するには良性腫瘍と対比させる必要があるため、平成22年度は唾液腺腫瘍の中では発生頻度の最も高い良性腫瘍である多形腺腫(PA)について腫瘍幹細胞の検索を行った。PAは平成21年度に検討した腺様嚢胞癌(AdCC)と同様に、組織学的に腫瘍性筋上皮細胞と腺上皮細胞の判別が容易である。方法として、主にCD44を腫瘍幹細胞のマーカーとし、ホルマリン固定パラフィン包埋されたPA30例に免疫染色を施した。PAの充実性の部分でCD44陽性細胞の集団が巣状に点在性に、または孤立した幹細胞が散在してみられた。充実部中の小型腺管を形成する腺上皮細胞でも幹細胞がみられ、管状部では基底側の筋上皮細胞の層に幹細胞が存在していた。PAの特徴である、細胞外基質との関係では、粘液様・軟骨様・硝子様の基質に混在するmixed appearanceを示す腫瘍細胞ではほとんどがCD44に陰性であった。以上の結果をAdCCでの癌幹細胞と比較すると、PAでは含まれる腫瘍幹細胞の密度はAdCCより低く、良性腫瘍としての生物学的態度を反映している。充実部中に含まれる小型の腺管をなす腺上皮にも陽性細胞がみられ、PAではAdCCより充実部中の腺管形成が多いことに関連している。細胞外基質と腫瘍幹細胞との関係では、AdCCでは細胞外基質に接する部位に癌幹細胞の密度が高いこととは対照的に、PAではほとんどなかった。唾液腺腫瘍での細胞外基質は腫瘍幹細胞の微小環境(ニッチ)の形成に関係していると考えられるが、AdCCの細胞外基質は腫瘍幹細胞の保持・活性化に多大に関与し、PAではその機能は低いことが考えられる。唾液腺腫瘍は組織構築が多彩で、病理診断に難渋することもある。本研究では、唾液腺腫瘍の癌幹細胞の同定と共に、その分布を明らかにすることで、特徴のある唾液腺腫瘍構築に癌幹細胞がどのように関係しているのかを検討した。

唾液腺腫瘍の新鮮材料の入手が困難であったため、唾液腺腫瘍の癌幹細胞マーカー決定には至らなかったが、唾液腺腫瘍のうち、頻度が高い多形腺腫(PA)と腺様嚢胞癌(AdCC)について,CD133,CD44を用いて、免疫組織化学的検索を行い、比較することでその特徴を解析した。なお、CD133,CD44は乳癌、膵臓癌等の腺癌の癌幹細胞のマーカーとして使用されている。材料はホルマリン固定パラフィン包埋されたヒト症例である。PAでは充実性の部分でCD44陽性細胞の集団が巣状に点在し、充実部に含まれる小型の腺管をなす腺上皮にも陽性細胞がみられた。二層性の腺管構造では基底部の細胞に陽性細胞が認められ、細胞外基質に浮遊するような細胞ではほとんどが陰性であった。AdCCではCD133やCD44が、充実型でびまん性に陽性細胞が存在し、篩状型での偽嚢胞を構成する細胞や細胞外基質に接する部位、及び管状型での基底側で陽性細胞が認められた。概して、PAでは細胞外基質の産生によるmixed appearanceの形成に伴って腫瘍幹細胞は減少するが、AdCCでは、細胞外基質に接する部位に保存されている。癌幹細胞は周辺環境(ニッチ)によって制御されているが、特に、悪性腫瘍であるAdCCでは腫瘍幹細胞は唾液腺腫瘍に特徴的な細胞外基質によって、その活性が制御されていることが考えられる。AdCCの組織学的な腺管構造、篩状構造、充実性構造の形態形成に癌幹細胞とニッチの相互作用が関係していることが示唆された。
ドイツ公教育の射程と教員の「教育上の自由」の現状に関する研究

本研究の眼目は、公教育をめぐる「国家」「教師」「親」「子ども」という諸主体間の関係性を制度レベルー実践レベルの往還において具体的に描きだすことにある。研究1年目は、先行研究・関連研究の整理と関連学会等における情報収集を軸に進め、研究2年目はそれらをふまえた研究の深化と成果の公開を行った。とくに、ドイツの就学義務(Schulpflicht)をめぐる諸問題に注目し、学校教育からの離脱(不登校やドロップアウト)が逆照射する公教育の正当性の問題に焦点化した。2年目の研究成果としては、ドイツ側の連携研究者らとともに共同執筆を行ったことが特筆される。なぜ学校に通わなければならないのか、との問いは古くて新しいものと言えるが、公教育をめぐる権限や権利が、(I)国家の学校監督、(II)学校の自律性、(III)親、子ども、教員(集団)の教育参加、(IV)教員の教育上の自由、と複数主体に分散されているドイツにおいて、上記の問いに応える主体は一様ではない。さらにまた、この問いについて一国内のパラダイム内でアプローチすることには限界があるため、日独の研究者間でこの問いを共有化できた点が現時点研究の到達点と言える。3年目の課題も明らかになり、とりわけ、学校教育のみならず家庭教育や社会教育をはじめとする学校外の教育が何をどこまで担うのかという、学校教育の射程(Reichweite)の現実について明らかにすることと、就学義務の正当性の問題を明確にすることが挙げられる。課題点としては、当初計画していた現地調査の一部を3年目に持ち越すこととなった点があるが、すでに行った関連調査で一定の成果が得られたため大局に支障はない。また、3年目に行う予定だった研究成果の国際共同化が、逆に2年目の成果として一部繰り上げ可能となり、最終年度には補足調査および研究成果の総括と公開に専心できる状況にある。2年目の研究においては、当初計画では現地調査に重点を置いており、3年目にドイツ側の連携研究者らとの研究成果の発信を目指していたが、この前者と後者を入れ替えることとなった。具体的には、就学義務の正当性の問題について、日独の不登校に焦点をあてた共同研究に進展があったため、これを英語の論文として電子ジャーナルに公開するに至った。一方の現地調査については、一部を次年度に持ち越すこととなったが、2年目においてもニーダーザクセン州およびノルトライン=ヴェストファーレン州で関連調査を行うことができたため、一定の成果を得るに至っている。研究の進捗状況は、以上を総合的に判断し、おおむね順調に進展していると言える。3年目は、学校教育、家庭教育、社会教育の境界について明らかにしつつ、学校教育の射程と教員の「教育上の自由」の実体を捉える。そのための方途として、現地調査により教育行政ー学校経営の関係性を事例的に把握するとともに、ドイツ側の連携研究者らとの協力により問題の検討を深化させ研究成果の国際的発信を目指す。また、発信だけにとどまらず、国際的な討議を通じて得られた新たな知見をふまえて、研究全体の総括を行いたい。研究初年度にあたる本年度は、主として、(1)これまでの代表者が行ってきた関連研究の整理、(2)先行研究の整理、(3)関連学会等における情報収集、の3点を軸に進めた。(1)については、諸研究の整理とあわせてドイツの学校の現状を、藤原文雄編著(2018)『世界の学校と教職員の働き方ー米・英・仏・独・中・韓との比較から考える日本の教職員の働き方改革』学事出版、においてまとめた。(2)については、代表的な関連学術誌を概観するとともに、とりわけ関連の深いドイツ教育行政学会(DGBV)発行の『教育行政誌(Zeitschrift fuer Bildungsverwaltung)』に所収されている論稿の分析を行った。また、(3)については、スイスで隔年開催となっている「教育・学校経営シンポジウム」に参加し、自由研究発表を行うとともに、関連研究について情報収集を行った。総じて、ドイツにおける公教育の射程をとらえるにあたり、学校業務の輪郭を描けたことが最大の成果と言える。先行研究分析のプロセスからは、関連研究を扱う学会や学術誌を選定できたことと、近年の特徴的な動向を概括できたことが挙げられる。これらの成果をふまえて、次年度は現地調査を行う予定となっている。研究初年度の主要な目標としていた先行研究の整理および学会参加による情報収集について、概ね順調に進めることができている。

さらにまた、この問いについて一国内のパラダイム内でアプローチすることには限界があるため、日独の研究者間でこの問いを共有化できた点が現時点研究の到達点と言える。3年目の課題も明らかになり、とりわけ、学校教育のみならず家庭教育や社会教育をはじめとする学校外の教育が何をどこまで担うのかという、学校教育の射程(Reichweite)の現実について明らかにすることと、就学義務の正当性の問題を明確にすることが挙げられる。課題点としては、当初計画していた現地調査の一部を3年目に持ち越すこととなった点があるが、すでに行った関連調査で一定の成果が得られたため大局に支障はない。また、3年目に行う予定だった研究成果の国際共同化が、逆に2年目の成果として一部繰り上げ可能となり、最終年度には補足調査および研究成果の総括と公開に専心できる状況にある。2年目の研究においては、当初計画では現地調査に重点を置いており、3年目にドイツ側の連携研究者らとの研究成果の発信を目指していたが、この前者と後者を入れ替えることとなった。具体的には、就学義務の正当性の問題について、日独の不登校に焦点をあてた共同研究に進展があったため、これを英語の論文として電子ジャーナルに公開するに至った。一方の現地調査については、一部を次年度に持ち越すこととなったが、2年目においてもニーダーザクセン州およびノルトライン=ヴェストファーレン州で関連調査を行うことができたため、一定の成果を得るに至っている。研究の進捗状況は、以上を総合的に判断し、おおむね順調に進展していると言える。今年度は現地調査を行う。州文部省、学校監督庁、学校などへの訪問調査とあわせて、ドイツ側の研究協力者らと研究協議を行う。事例研究として蓄積し、その一端を研究報告にまとめることを目標とする。3年目は、学校教育、家庭教育、社会教育の境界について明らかにしつつ、学校教育の射程と教員の「教育上の自由」の実体を捉える。そのための方途として、現地調査により教育行政ー学校経営の関係性を事例的に把握するとともに、ドイツ側の連携研究者らとの協力により問題の検討を深化させ研究成果の国際的発信を目指す。また、発信だけにとどまらず、国際的な討議を通じて得られた新たな知見をふまえて、研究全体の総括を行いたい。予定していた出張旅費が想定よりも安価となったために残金が生じた。本科研で必要な物品はその時点でとくに無かったために予算の振り分けを行わなかった。
周辺プラズマの物理

#電子-イオン再結合過程による非接触プラズマ発生と分光データ解析非接触プラズマ中の可視発光スペクトルデータを,衝突輻射コードSOPHIAを用いて解析を行った。接触・非接触再結合プラズマ中のHe原子からの発光に与える輸送と一重項-三重項遷移の効果について調べ,ヘリウム原子の輸送(拡散)を考えなければシングレットとトリプレット間の遷移を考えるのと考えないのとで10%程度の差しかないが,輸送を考えると4倍ほどの差が現れることが明らかになった。#非接触プラズマ中の揺動と非局所的輸送過程の解明Wavelet変換・逆変換を用いる方法により、スケール毎の相互相関関数からバースト信号の速度分布関数を算出した。接触状態では中心付近で揺動中に見られる負のバースト信号はプラズマ内向きに進む速度を持つことがわかった。外側では正バースト信号が支配的であり、外向きの速度を持つことがわかった。2次ガス流入により非接触状態になるに従って中心で認めれた負のバースト信号は正バースト信号に取って代わられ、平均速度は内向きから外向きに変わることが明らかになった。#動的エルゴディックダイバータ(DED)に伴う揺動・輸送への効果の解明多ピン・プローブを用いて時系列データの統計的解析からプラズマのDEDに対する微視的応答を求める実験を行った。特に,密度揺動に注目するため,各探針のイオン飽和電流の相関を見た.Wavelet解析は間欠性を持つプラズマ乱流のような種々の特徴的時間スケールを持った現象に適しているため,Wavelet解析を用いて解析を行った。DEDに特徴的なウェーブレット・スケール(DEDにおける外部駆動回転ヘリカル磁場の周波数が5kHzであるので、スケールは200μs)において、間欠的密度乱流が認められ、DEDの回転の向きと同じ方向に伝搬していることが明らかになった。一種のカオス制御に通ずる内容ではないかと考えられる。平成11年度の結果を以下にまとめる。1)絶対分光計測による非接触プラズマ中の電子温度及び電子密度の評価2)衝突輻射再結合と分子活性化再結合の競合過程の観測3)トカマクダイバータにおける非接触プラズマ形成への分子活性化再結合と同位体効果に関する検討4)シース形成に及ぼす微粒子の効果に関するシミュレーション1)では、分光計測によるプラズマパラメータ計測のために、積分球を用いた光学系の絶対校正を行った。非接触再結合プラズマからの輻射再結合に伴う発光を計測し、強度分布の波長依存性から電子温度を算出し、さらに絶対強度からプラズマ密度を求めた。非接触プラズマ中での電子温度は0.3eVと極めて低く、さらに電子密度は1×10^<19>m^<-3>であることが明らかになった。2)では、ヘリウムプラズマに水素ガスを導入し、分子活性化再結合が非接触プラズマ形成に与える影響について調べた。同じ水素分圧で、分子活性化再結合が主な非接触プラズマと衝突輻射再結合が支配的な非接触プラズマ状態のどちらかが発生する分岐現象が観測された。今後分岐の条件について調べていく予定である。3)においては、分子活性化再結合に対する水素同位体効果について検討を行った。水素に比較して重水素は負水素イオンの生成の反応断面積が小さいため、分子活性化再結合の速度係数が小さいことが明らかになった。今後重水素ガスを用いた実験により、検証する予定である。4)では、微粒子がシース領域に存在する場合のシース電位分布に関するシミュレーション結果の検討を行った。平成12年度の結果を以下にまとめる。

1)分子活性化再結合過程と電子-イオン再結合過程の遷移現象の解明。2)非接触プラズマの熱パルスに対する動的応答を解明。3)非接触プラズマ中の揺動計測。4))動的エルゴディックダイバータ(DED)における回転摂動磁場の浸透過程の解明1)では、ヘリウムプラズマに水素ガスを導入し、電子-イオン再結合から分子活性化再結合への遷移過程を調べた。水素ガス導入量を増やしていくと、電子-イオシ再結合に伴う高励起準位からの発光が消失することが観測された。一方、プラズマ粒子束は水素ガス導入量に対して単調に減少しており、水素ガス導入量が多い領域では分子活性化再結合が主な粒子損失過程であることが実験的に明らがになった。さらに、プラズマ密度と導入水素流量の二次元空間上で、電子-イオン再結合と分子活性化再結合の存在領域が実験的に初めて明らかになった。2)では、非接触再結合プラズマにELMを模擬した熱パルスを印加し、その動的応答過程を明らかにした。3)においては、非接触プラズマ中の、空間電位並びに密度の揺動について系統的に調べた。ガス圧の増加に伴い、揺動成分の増加が観測された。さらに、その揺動がプローブ計測に与える影響について議論した。4)では、動的エルゴディックダイバータの基礎として、回転摂動磁場の浸透過程について調べた。低温トカマクプラズマでは、磁気島生成によるプラズマ電流の再分配により、摂動磁場の増大が起こることが明らかになった。平成13年度の結果を以下にまとめる。1)電子-イオン再結合伴うプラズマ・デタッチメント現象の基礎物理の解明2)ELM様熱パルスに対する非接触プラズマの動的応答の解明3)動的エルゴディック・ダイバータ(DED)における回転摂動磁場の浸透過程の解明各項目について詳述すると以下のとおり:1)Heプラズマに水素ガスを導入し、電子-イオン再結合(EIR)から分子活性化再結合(MAR)への遷移を調べ、プラズマ密度と導入水素流量の2次元パラメータ空間上で、EIRとMARの存在領域を明らかにした。まず、電子の冷却にとって重要なイオン温度計測をイオンセンシティブ探針で行う基礎を作った。非接触プラズマが形成されると、バースト的電位揺動が現れ、探針計測を困難にするが、それを避けて計測する手法についても検討を行った。揺動振幅の確率密度分布関数(PDF)を用いた統計的手法の解析も進め、急峻な電子温度勾配との関連でバーストの発生原因を考えている。2)Edge Localized Mode(ELM)と呼ばれる炉心からSOLへの繰り返しの熱パルスがトカマク良閉じこめモードで観測されているが、それが非接触プラズマに及ぼす効果について高周波加熱パルスでELMを模擬し、動的応答と構造の変化を明らかにした。3)動的エルゴディックダイバータ(Dynamic Ergodic Divertor : DED)の基礎としてm/m=6/1の回転摂動磁場の浸透過程について調べた。
現実的な流動則を考慮した数値計算による沈み込み帯付近の異方性構造の制約

東北日本弧と千島弧の接合部周辺では火山分布の空白域、特異な低地殻熱流量領域、そしてスラブ内地震分布の深化が見られることが知られている。これらの観測を3次元スラブ形状、そしてスラブとマントルの運動がデカップリングする深さ下限の局所的な変化によって説明可能かどうかを有限要素法に基づいた数値モデルを使って検証した。その結果マントルウェッジ内に生じた3次元的な流れと熱伝導の効果により接合部付近に高温異常と低温異常の両方が生じることが明らかになった。しかしその大きさはそれ程大きくはないことから(スラブ表面温度で100度程度、表面熱流量では無視できる程に小さい)、今回考慮した要素は東北日本弧と千島弧の接合部周辺の温度構造に対して大きくは影響していないといえる。これらの結果をまとめたものを国際誌Geochemistry, Geophysics, Geosystemsに出版した。沈み込むスラブの表面に薄い低粘性層が存在する時に、その層の内部で3次元的な変形が起こり、その結果弧に沿った方向の温度変化が生じることを発見した。この低粘性層はスラブとマントルの運動をデカップリングさせ、多くの沈み込み帯の前弧領域で観測される低地殻熱流量を説明するために必要であることが知られている。またこの結果は、従来の考え方とは異なり、スラブとマントルの運動がカップリングする程度が弧に沿った方向に変化し得るということを初めて示したという点で重要である。さらにこのモデルによって得られた3次元温度構造によって、東北地方で観測される火山グループの弧に沿った方向の分布を説明できる可能性がある。これらの結果をまとめたものを現在投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。6月からミシガン大学(アメリカ合衆国)に滞在し、Peter E. van Keken氏のもとで有限要素法に基づく3次元沈み込み帯の数値モデルの使用方法を習得した。有限要素法は有限差分法、有限体積法と比較して細かいモデル形状を扱うことに優れている。そのモデルを用いて東北地方から北海道にかけての沈み込み帯の温度構造、特にスラブ表面の温度分布に焦点を当てた計算を行った。その結果、北海道南部、つまり日本海溝と千島海溝の接合部でスラブ表面に高温異常と低温異常が生じることが明らかになった。この高温異常は3次元熱伝導の影響、低温異常はマントルウェッジ内に生じる3次元的な流れに起因するもののようである。今後は得られた温度構造をこの地域での地殻熱流量やスラブ内地震活動と比較していく予定である。また学会・ワークショップにも積極的に参加した。5月には国内の学会(日本地球惑星科学連合連合大会)、12月にはアメリカ合衆国での学会(AGU fall meeting)、そして翌年3月には「ふつうの海洋マントル」国際ワークショップに参加し発表、議論を行った。東北地方から北海道にかけての沈み込み帯近傍のマントルの流れの構造に関する論文を国際誌Earth and PlanetaryScienceLettersに投稿、受理された。これは東北地方から北海道にかけての海溝の形状を考慮することで、この地域で観測されているマントルウェッジでの流れ、沈み込むスラブの形状を少なくとも定性的には説明可能であることを示したものである。アメリカ合衆国ミシガン大学において有限要素法を用いた3次元沈み込み帯の数値計算手法を習得し、それを東北地方から北海道にかけての沈み込み帯に適用した。この地域では沈み込む太平洋プレートの形状に大きな変化が見られるため、3次元のスラブ(沈み込んだプレート)形状が沈み込み帯の温度構造に及ぼす影響の大きさを推定するには最適な場所である。数値計算を行った結果、スラブの形状が大きく変化する北海道南部の下でスラブ表面温度に高温異常・低温異常が生じることが明らかになった。高温異常は熱伝導、低温異常は熱の移流によるものである。ただ得られたスラブ内の温度異常はそれ程大きくはなく(最大50度程度)、スラブ内の地震分布に及ぼす影響は限定的であると考えられる。一方3次元スラブ形状が表面熱流量に与える影響は小さいことが明らかになった。このことから、北海道南部で見られる異常なスラブ内地震活動分布、低熱流量を説明するためにはマントルウェッジ内の3次元的な流れによる効果のみでは不十分であると言える。今後は北海道南部における地殻の変形に焦点を当て、その表面熱流量やスラブ内地震活動分布へ及ぼす影響を見積もる予定である。これらの結果に基づいた発表を平成25年6月にアメリカ合衆国で開かれたゴードン会議、10月に日本で開かれた日本地震学会秋季大会、12月にアメリカ合衆国で開かれたAmerican Geophysical Union, fall meetingにて行った。また論文を投稿中である。