hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
車輪とクローラのハイブリッド走行機構とその操舵制御による管内自律走行の基礎研究

モータによる走行が詳細設計を満たすように調整をした.また,走行装置に搭載するカメラを目視検査のみならず,レーザビーム光のスポット状反射像の取り込みにも利用し,クローラの移動量検出センサ,および走行車の重力方向や管軸方向に対する角度検出センサ,等の各種センサからの情報を総合して管断面図を作成し,これらの図の相関を利用して管全体のレイアウトを作図する能力を有する知能機械システムの構築を目的として,レーザビーム光源をカメラの光軸に垂直な円板上に取り付け,この円板を前記光軸の周りに回転(θa)かせると共に,レーザービーム光が前記光軸を含む面内で前方の任意の方向(θb)に投射されるような円板上のミラー面制御メカニズムの設計と製作を行った.また,逆方向に張り出されるクローラの一方を主,他方を従として制御し,車体と車枠間の捩れ角と偏芯角の情報を使って走行装置を常時管の中央部に位置づける操舵制御を自律的に実現する技術について検討した.さらに,購入した画像情報入力ボードを使いカメラ光軸に対するレーザスポットの存在方向を計算し,レーザビームの照射条件(θa,θb)とを総合して管壁までの距離情報を抽出した.走行装置を前進させてこの様な情報を収集し,パターンマッチングの手法によって画像間に重なりを見つける手続きを軸方向に対して繰り返し行い1枚の管内地図として生成した.走行車の自立角(走行車の上下方向支柱が管断面とのなす角;前傾を正とし0°を理想とする),捩れ角(走行車の中心軸前後方向が管軸方向と捩れる角;操舵時の制御対象となる),偏芯角(走行車の上下方向支柱が管断面内で管壁面と交わる角;右偏芯を正とし,90°を理想とする),及び平衡角(走行車の上下方向が重力方向となす角)の検出分解能が操舵性能に与える影響について検討し,性能の改善に有効な4倍精度の角度検出センサを構成し,走行車に応用した.
Tauのlysosome代謝経路の検証

Tauはアルツハイマー病(AD)に特徴的なPHFの主成分である。PHFの形成は痴呆と相関することから、その形成機序の理解はADの解明につながる。1.クロロキンミオパチーの解析クロロキンミオパチー(chloroquine myopathy;CM)では筋細胞内にtauが蓄積する。AD脳におけるPHF形成の手がかりを得るため、CMにおけるtauの蓄積機構を詳細に調べた。tau mRNAは初期のCM組織で一過的に過剰発現し、その後定常レベルに戻った。他方、tauのタンパク量はCM初期には増加せず、後期の約56日をピークに徐々に増加した。Lysosomeでの分解が証明されているβ-amyloid protein presursor(APP)のmRNAレベル、APP分子全体およびC末端断片の動態はtauのそれらと類似していた。CMにはrimmed vacuoleが特徴的に認められる。このrimmed vacuoleにはtauの特異的抗体であるtau1とC5の免疫反応性が認められ、lysosomeのマーカー酵素のacid phosphataseの局在と一致した。さらにC5を用いた免疫電顕ではCMのrimmed vacuole内のamorphous materialにtauが存在することが分かった。これらのことはtauが筋肉内ではlysosomeで分解される可能性を強く示唆する。Tauがlysosome経路で分解されるかどうかを肝臓で検討した。肝臓でのtauの発現レベルは低いので、ニワトリβ-actin promoter制御下でtauを肝臓で発現するtransgenic ratを作成した。システインプロテアーゼインヒビターであるleupeptinをこのratの腹腔内に投与し、autophagolysosomeを分画し、tauが存在するかどうかを調べた。Leupeptin処理しないとtauは認められないが、leupeptin処理をするとtauのシグナルが認められた。この結果は、肝臓においてもtauはlysosome経路で分解される可能性を強く示唆する。3. tauのlysosome代謝経路に関与するreceptorの検索Rat脳よりtauと結合するlysosome膜蛋白質(receptor)の検索を行った。Lysosome蛋白質をSDS-電気泳動で分離し、ニトロセルロース膜上に固定し、tauを上層し、結合したtauを特異抗体を用いて検出した。その結果、130、100、76 kDaの蛋白質がtauと結合することが分かった。また、l% Triton X-100でlysosome膜を可溶化し、tauを固定したカラムに供し、結合する蛋白質を分離した。N末端アミノ酸配列より、MP-50(glutamate dehydrogenase)を同定した。PHFは痴呆の出現と一致することから、その形成機序の理解はAD解明につながる。我々はクロロキンミオパチー(chloroquine myopathy;CM)の生化学的解析からtauが筋肉においてlysosome経路で代謝される可能性を強く示唆する結果を得ている。

本年度の研究ではCMでの生化学的解析結果をさらに形態学的に確認するとともにtauのlysosome代謝経路の検証を脳と肝臓で行うことを試みた。CMにはrimmed vacuoleが特徴的に認められる。このrimmed vacuoleにはtauの特異的抗体であるtau1とC5の免疫反応性が認められ、lysosomeのマーカー酵素のacid phosphataseの局在と一致した。さらにC5を用いた免疫電顕ではCMのrimmed vacuole内のamorphous materialにtauが存在することが分かった(Murakami et al.,投稿中)。これらのことはtauが筋肉でlysosomeで分解される可能性を強く支持する。筋肉の結果を脳で検証する実験系の確立を試みた。脳よりlysosome画分を調製し、fetal tauを基質としてin vitro系の確立を検討している。現在、fetal tauのlysosomeへの結合を確認している。他方、tauと結合するlysosome構成蛋白質の検索も行った。その結果、130、100、76kDaの蛋白質がtauと結合することが分かった。現在これらの蛋白質の精製を試みている。Tauはアルツハイマー病(AD)に特徴的なPHFの主成分である。PHFは痴呆の出現と一致することから、その形成機序の理解はADの解明につながる。昨年度までのクロロキンミオパチー(chloroquine myopathy)の解析で、tauが筋組織においてlysosome経路で代謝される可能性が強く示唆された。PHF形成のきっかけはtauの合成の上昇ではなく、分解の低下と通常考えられている。したがって、tau分解系、特にlysosomeとの関与を明らかにすることは、PHF形成の理解の一助となると期待できる。本年度の研究ではtauのlysosome代謝経路の検証を肝臓と脳で行った。Tauがlysosome経路で分解されるかどうかを薬剤処理が容易で細胞分画法が確立している肝臓で検討した。肝臓でのtauの発現レベルは低いので、まずトリβ-actin promoter制御下でtauを発現するtransgenic ratを作成した。このtransgenic ratの肝臓ではtauが過剰発現されていた。システインプロテアーゼインヒビターのleupeptinをこのratの腹腔内に投与し、Kominamiらの方法で肝臓のautophagolysosomeを分画し、tauが存在するかどうかを調べた。
乳癌細胞を用いたバイオアッセイによるDNA相同組み換え能と遺伝子変異のカタログ化

若年者・遺伝性乳がんが疑われる症例に対し、インフォームドコンセントの元に手術時に乳癌組織、正常皮膚組織を採取し、初代培養を行った。これまでの研究成果により、癌組織をMiltenyi Biotech社のgentleMACS DissociatorとTumor Dissociation Kitを用いて処理し、ES/iPS細胞用培地・ヒト間葉系幹細胞用培地を混合した培地に、ROCK阻害剤(Y27632)、TGF-beta阻害剤(SB431542)を組み合わせ、さらに放射線照射マウス線維芽細胞をフィーダーとして用いた方法で一定期間培養し、そのまま同様の培地で培養を続けるものと、乳腺上皮細胞用培地にY27632、SB431542とフィーダーを用いるものとに分割する方法を用いた。本年度は10例の症例より初代培養細胞を行った。相同組換え修復能のアッセイに関しては、培養細胞をオラパリブ処理すると、S期を通過し、DNA二重鎖切断が形成されるが、それらの修復がどれくらい完了するかをG2期でEdU、CENPF染色、53BP1染色を用いて測定する系を立ち上げた。siRNAを用いてBRCA1をノックダウンすると、確かにこの系での修復能が低下することを確認した。この方法を用いて、これまでに収集し、培養増殖させた細胞を用い、修復能の測定を行った。本年度は8例の症例に対してこれを行った。これまでに収集した症例のうち、15 Mbp以上のLOHを認めた症例について、予備実験として正常部・癌部の1ペアでwhole genome sequencingを行った。得られたバリアントデータを解析したが、有望な責任遺伝子変異を同定することは出来なかった。細胞初代培養法の確立、DNA相同組換え能の測定など、基盤的な技術はおおむね順調に確立できたといえる。今後は、症例数を増やし、DNA相同組換え能の測定、さらにはオラパリブの感受性を測定し、DNA相同組換え能との相関を確認する。DNA修復能の低下が予想される症例については、次世代シークエンシングを施行し、責任遺伝子変異を同定する。次世代シークエンシングを行った症例が1例2サンプルのみであったことによる。次年度は組換え能測定を進め、シークエンシングを行う症例数を増やす。
殻体内部構造によるアンモナイトの系統解析

古生代末の大量絶滅事変を境にして、あるいは絶滅事変後の多様性回復時には、アンモナイトの各分類群間の系統関係に不明な点が多い。これは、従来の系統解析に用いられてきた縫合線の形態や殻形態に多様性が乏しく、詳細な系統解析が困難であることによるためである。アンモナイトの殻体の内部には、殻壁や連室細管など多くの形質が存在する。そのうち、特に成長初期の諸形質はアンモナイトの高次の系統解析に極めて有効な基準となることが経験的に知られている。そこで、ロシア・沿海州の三畳紀前期の地層から採集したアンモナイト30種の初期殻体内部構造を観察し、各グループ間の系統関係に関する推定を試みた。なお、観察は、走査型電子顕微鏡を用いて、初期殻の大きさ、盲管の形態、原連室細管の形態、連室細管の個体発生様式、原隔壁の形態、隔壁襟の形態、第一くびれの位置、第一くびれまでの殻の大きさなどを中心に行った。観察の結果、三畳紀前期アンモナイトの初期殻体内部構造は、原連室細管の形態、連室細管の個体発生様式の違いにより少なくとも4タイプに区別できることがわかった。このうち、サゲセラス超科とミーコセラス超科の一部が同じ初期殻体内部構造をもつことがわかった。サゲセラス超科はプロレカニテス目から派生したとする学説があるが、上記の観察結果は、サゲセラス超科がセラタイト目に含まれることを強く示唆している。また、ディナリテス超科の起源は不明とされていたが、セラタイト超科と同じ初期殻体内部構造を持つものがいるため、その起源をセラタイト超科に求めることができる。なお、ロシア・沿海州の三畳系の地質調査の際に、アンモナイトの産状に関する興味深い事例を発見したので、日本古生物学会第152回例会において報告した(講演予稿集73頁)。セラタイト目アンモナイトは、ペルム紀前期から三畳紀末までに栄えた一群で、中生代アンモナイトの根幹をなす。その起源については、縫合線の形態やその個体発生様式、殻形態に基づいて様々な推論がなされているが、未だ明確な学説は提唱されていない。アンモナイトの殻体の内部には、隔壁や連室細管など多くの形質が存在する。そのうち、特に成長初期の諸形質はアンモナイトの高次の系統分類に極めて有効な基準となることが経験的に知られている。そこで、石炭紀とペルム紀のプロレカニテス目、ゴニアタイト目、セラタイト目のアンモナイト40種の初期殻体内部構造を観察し、セラタイト目の起源に関する推定を試みた。観察の結果、プロレカニテス目とゴニアタイト目の初期殻体内部構造は、盲管の形態、原隔壁の形態、連室細管の位置の違いにより、7タイプに識別できることがわかった。また、最初のセラタイト目であるParaceltites elegansはこれら7タイプのうちプロレカニテス目のDaraelitesと同じ初期殻体内部構造をもつことがわかった。この事実は、セラタイト目がプロレカニテス目のDaraelitesから派生した可能性が高いことを強く示唆する。したがって、セラタイト目はペルム紀に大繁栄していたゴニアタイト目ではなく、より原始的な一群であるプロレカニテス目から派生したといえる。
ヘーゲル主義からみたデューイ教育思想の再評価の動向とその可能性に関する研究

デューイの思想形成は、従来、観念論期、実験主義期、自然主義期と捉えられ、その際特にヘーゲルからの影響は、観念論期には明確であるが、実験主義期には、ヘーゲル主義からの決別があったと解釈されてきた。この見方に対し、本研究では、第一に、デューイのシカゴ時代の講義ノート他の資料を重視すれば、彼のヘーゲルの関心は1890年代以降も持続し、その影響は自然主義期にまで及ぶこと、第二に、デューイ哲学の相対的で曖昧だとされてきた主要概念、探究、経験の連続性と再構成なども、ヘーゲル的な包括的、全体論的な概念と捉えるときにより善い理解が得られるということを明らかにした。本研究の「研究目的」は、シカゴ大学時代のデューイ自身の講義ノートの分析をもとに、デューイの教育思想の形成過程におけるヘーゲル哲学の影響について再評価をしようというものであった。19年度の「実施計画」としては、第一に、デューイの演習と講義ノートを入手し、実験主義の形成過程をヘーゲル的観点から分析することと、第二に、デューイの講義ノートを第一次資料とするデューイ研究をレビューし、それらを批判的に検討することにより、シカゴ時代以降のデューイ教育思想の中に「ヘーゲル哲学の継承と残滓」に関する再評価を行うことであった。「実施計画」の第一については、南イリノイ大学のデューイ研究センターへ訪問する機会をもたなかったため、昨今の欧米の研究者による第二次資料としての論及部分の分析に限られたが、デューイの講義や演習の大枠については把握することができた。第一次資料の入手と分析は引き続き、今後の課題である。第二については、19年度は主に、デューイの論理学や認識論的な観点から、デューイがヘーゲル哲学の絶対的観念論や弁証法的な形而上学からの離脱を意図しながらも、継承している側面、また超克を意図して新たに構成された諸概念について明らかにした。この探究において、ヘーゲルからの影響を論じる上で、ヘーゲルによるカント批判をデューイがどのように評価したかも重要なテーマであること、またヘーゲルの概念-概念形成のモーメントや有機的統一など-を、論理的で操作的な概念へと変換したことで、デューイの独自の論理学の自然化が実現されたことを明らかにした。本研究の「研究目的」は、ミシガン大学およびシカゴ大学時代のデューイの講義ノートの分析をもとに、デューイの教育思想の形成過程におけるヘーゲル哲学の影響と役割について再評価をしようというものであった。20年度の「実施計画」としては、第一に、デューイの演習と講義ノートを入手し、観念論主義からの離脱と実験主義の形成について、ヘーゲル的観点から分析すること、第二に、デューイ自身の講義ノートを第一次資料とするデューイ研究をレビューし、それらを批判的に分析するとともに、デューイに直接影響のあったはずの19世紀の米国のヘーゲル主義、特にセントルイス学派その他について再検討し、改めて当時のヘーゲル研究の水準の中にデューイ哲学を位置づけることを課題とした。「実施計画」の第一については、南イリノイ大学のデューイセンターへの訪問の機会をもたなかったため、米国のデューイ研究者による言及の第二次資料の分析に限定されたが、ミシガン大学ベントレー・コレクションにあるクーリーによる講義ノートの一部を入手、分析し、ミシガン大学時代のデューイの社会哲学観(既に相互作用と関係性による把握などが見られること)を確認することができた。第二については、デューイの再評価において、ヘーゲル哲学からの影響を従来の論理学や認識論に加え、社会哲学的な側面においても認める傾向が明らかとなった。従来のデューイ思想の展開、観念論期からの離脱、実験主義期、自然主義期といった図式に換えて、「ヘーゲル的残滓」はデューイの生涯にわたり認められることを確認した。他方、デューイ自身のヘーゲル理解の水準、また「ヘーゲル的残滓」のより具体的な内容については今後の継続的課題である。
エピゲノム動態解明を目指した1細胞・クロマチン解析マイクロデバイスの開発

本年度は、動物細胞由来染色体をマイクロ流体デバイス中で取り出した際の、染色体分散化及び識別技術の開発に取り組むと共に、分化刺激を与えた際のES細胞由来染色体の折り畳み安定性の変化を調べることに取り組んだ。1)染色体の分散化細胞周期をM期に同調させるために用いるデメコルシンは、細胞バースト時に染色体を分散化させる事にも寄与していることは、前年度に明らかになっている。これに加え、細胞破壊により取り出された染色体集団に対し、通常用いる濃度よりも濃度を抑えたDNase溶液を作用させたところ、更に分散化が進行することが確認された。染色体の凝集体を分散化させるには、DNA切断酵素を作用させることが有効であることが分かった。2)染色体の識別単離した染色体が何番染色体であるかを確認する技術の構築を目指し、蛍光ラベルdCas9を用いた、染色体上の特定塩基配列部の蛍光可視化に取り組んだ。標的塩基配列を、X染色体上の繰り返し配列部とし、マイクロ流体デバイス内で細胞から染色体を単離した後、マイクロ流体デバイス内「その場」で、蛍光ラベルdCas9による染色/洗い/蛍光可視化を行った。実験の結果、雄マウス由来染色体において、輝点が確認できる染色体が1本だけという例を得る事ができた。しかしながら、別の回の染色実験では、非特異吸着により、複数の蛍光輝点が確認される場合もあった。蛍光ラベルdCas9による染色については、実験パラメータの最適化が今後の課題である。細胞バーストにより細胞から取り出した染色体を個別に取り扱うため、染色体を分散化させる技については、解決の目処が立ってきている。また、染色体識別技術については、蛍光ラベルしたdCas9が入手出来るようになった事から、研究を大きく前進させることができた。本研究課題は、概ね順調に進展していると考えている。次年度は、分化刺激を与えたときの、ES細胞由来染色体の折り畳み安定性の変化について更に調べていくと共に、化学修飾を受けたヒストンタンパクに対する免疫蛍光染色を行い、エピゲノム解析動態技術の構築を図る計画である。これと並行して、蛍光ラベルdCas9による染色体識別技術の確立と、分化刺激を行いながら細胞培養を行うマイクロ流体デバイスの開発も進める計画である。現状では、研究計画の大幅な変更は考えていない。本研究課題においては、顕微鏡下・マイクロ流体デバイス内で、狙った1個の細胞から染色体を単離し、解析の空間分解能を上げるため、微細操作によって解きほぐし展開させクロマチンファイバーとした後、「顕微鏡下・その場」で特定の修飾を受けたヒストンタンパク質のクロマチンファイバー上における位置情報取得を行うという、個々の細胞に対するエピジェネティック解析手法の基盤技術を確立することを目的としている。そして、この解析手法をマウスES細胞の分化過程追跡に適用し、マイクロ流体デバイス内で分化刺激を与えた際にES細胞に引き起こされるエピジェネティック状態変化を、1細胞毎に個別解析する事に取り組み、最終的に、1細胞・エピゲノム動態解析が可能なマイクロ流体デバイスを開発することを最終目標としている。本年度は、動物細胞由来染色体/クロマチンハンドリング用マイクロ流体デバイス開発に取り組むと共に、マイクロ流体デバイス中における単離染色体の識別技術確立に取り組んだ。前者においては、細胞から単離した染色体を個別に取り扱えるよう分散化させる方法についての検討を行った。実験の結果、細胞周期をM期に同調させるために用いるデメコルシンは、細胞バースト時に染色体を分散化させる事にも寄与していることが分かった。後者においては、マイクロ流体デバイス内において、マウスES細胞からの染色体単離および抗5hmc抗体を用いた免疫染色を行うことにより、マウスES細胞のY染色体を他の染色体と識別できたことを示唆する結果を得る事ができた。また、マイクロ流体デバイス内で、抗MBD抗体修飾マイクロビーズを用いて、染色体を捕捉・搬送するという実験にも取り組み、染色体捕捉を示唆する結果が得られた。細胞バーストにより細胞から取り出した全ての染色体を、個別に取り扱うための、染色体分散化技術は未確立となっている。細胞バースト後に洗いを行う際に用いる溶液の組成について更に検討を進め、分散化に最適な溶液組成条件を同定したいと考えている。

蛍光ラベルdCas9による染色については、実験パラメータの最適化が今後の課題である。細胞バーストにより細胞から取り出した染色体を個別に取り扱うため、染色体を分散化させる技については、解決の目処が立ってきている。また、染色体識別技術については、蛍光ラベルしたdCas9が入手出来るようになった事から、研究を大きく前進させることができた。本研究課題は、概ね順調に進展していると考えている。次年度は、引き続き染色体を効率良く分散させる技術の確立に取り組むと共に、単離クロマチンファイバーに対するエピジェネティック解析技術の確立と検証にも取り組むことを考えている。ここでは、分化の度合いの異なる細胞を実験試料として用い、分化度合いとクロマチン化学修飾との相関についての解析が可能なことを実証することに取り組みたいと考えている。現状では、研究計画の大幅な変更は考えていない。次年度は、分化刺激を与えたときの、ES細胞由来染色体の折り畳み安定性の変化について更に調べていくと共に、化学修飾を受けたヒストンタンパクに対する免疫蛍光染色を行い、エピゲノム解析動態技術の構築を図る計画である。これと並行して、蛍光ラベルdCas9による染色体識別技術の確立と、分化刺激を行いながら細胞培養を行うマイクロ流体デバイスの開発も進める計画である。
レーザー誘起によるガラス中への光非線形光学単結晶ラインの書込みと光波制御

これまでサマリウムイオン(Sm^<3+>)を含有するガラスにCW Nd-YAGレーザーの基本波を照射することにより(サマリウム原子加熱法)、ガラス表面に位置選択的にマイクロサイズの屈折率変化や結晶化を誘起できることを明らかにしてきた。溶融急冷法により^<3+>含有ガラスを作製し、鏡面研磨を施しレーザー照射試料とした。レーザー照射にはcw Nd-YAGレーザー(λ=1064nm)を使用し、対物レンズを用いて集光・照射を行った。照射時にステージをX-Y軸方向に連続走査することで、結晶ラインの位置および形状を制御した。また、光デバイスへ応用を強く意識し、レーザーによって誘起される結晶は電気光学効果を持つ非線形光学結晶が析出するよう組成を設計した。本研究では、サマリウム含有ビスマスホウ酸系ガラス表面ヘレーザーの連続走査を行うことにより正弦波や10-90°の屈曲を持つ任意の形状の結晶ライン(線幅約10μm)の作製に成功した。さらに、Y字分岐を持つ結晶ラインの形成に成功し、光導波路型デバイスの基本となる、屈曲や分岐を持つ結晶ラインの形成が可能で有ることを確認した。また、He-Neレーザー(λ=632.8nm)の導入を行い光導波観察を行った結果、結晶ラインが光導波路として機能することを確認した。偏光顕微ラマン散乱測定を用いた配向性評価の結果、結晶ラインが高い配向性をもつことを明らかにした。同様に、屈曲を持つ結晶ラインのラマン散乱測定の結果、ライン状結晶の成長はレーザーの走査方向に従うような結晶成長を示すことを明らかにした。本研究ではレーザーの連続走査によりサマリウム含有ガラス表面に任意の形状の結晶ラインを作製し、He-Neレーザーの導入を行うことにより結晶ラインの光導波路としての機能評価を試みた。溶融急冷法によりSm^<3+>含有ガラスを作製し、鏡面研磨を施しレーザー照射試料とした。レーザー照射にはCW Nd-YAGレーザー(λ=1064nm)を使用した。ステージをX,Y軸方向に走査することで、結晶ラインの位置および形状を制御した。任意の角度を有するY字分岐結晶ラインを形成した後、端面研磨を施した。ファイバを用いてHe-Neレーザー(λ=632.8nm)の導入を行い、光導波の有無を調べた。40度の分岐角を持つY字分岐結晶ラインにHe-Neレーザーを導入した結果、2つの出射ビームスポットが確認された。また入射側においてHe-Neレーザー導入ファイバの入射角度を変化させた結果、出射点において消光比の明らかな変化が観察された。以上の結果より、本手法によって任意の角度を持つ結晶ラインの形成が可能であると同時に、光導波路として機能することが明らかになった。光導波路に電極を取り付けることで電気光学効果を利用した光デバイスへの応用が可能であると考えられる。
DNA修復欠損の分子病態

研究代表者と研究分担者は、生物の保有する様々なDNA修復系と、その欠損によってもたらされる病態について、分子および個体のレベルで解明するために、以下の3つに分類される研究を協力して進めた。1)DNA除去修復機構とその修復欠損の分子病態DNA修復系の中でも最も多様で主要なDNA除去修復の機構を、ひとDNA修復欠損遺伝病細胞やマウス紫外線感受性細胞などを用いた細胞あるいは無細胞レベルで解析した。また除去修復に関係した遺伝子をノックアウトしたマウスを作成し、個体レベルでの解析も行なった。2)DMA相互組換えと組換え修復の普遍的機構DNA修復系のうち、除去修復と並んで主要な組換え修復について、大腸菌からヒトまで、広い生物種について相互組換えの機構を中心に解析し、その普遍性と特殊性についての知見を得た。また減数分裂期における組換えの機構についても解析した。3)突然変異の分子病態自然突然変異を中心とする突然変異の発生機構を分子レベルで研究し、ヒトを含めた高等生物での突然変異の実態、特に遺伝病や発がんなどの遺伝子疾患における突然変異の特異性を解析した。以上の研究は、まず個々の研究者のレベルで行ない、次にその結果を持ち寄って、研究打合せ会議を開き、情報の交換、知識の整理を行なった。それらを個々の研究者が持ち帰り、平成8年度から発足する重点領域研究「DNA修復欠損の分子病態」の計画に向けて、各自の研究に活かす形で進められた。
原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリエンスの創造

本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レシジリエンスの創造」は、サステナヒビリティの4本柱である環境的・社会的・経済的・制度的持続性と、適応力としてのコミュニティ・レシジリエンスの3つの基本要素である資源性能、資源バックアップ、資源多様性とを組み合わせ、福島復興の実地調査からその理論化と指標化にアプローチした。早稲田大学ふくしま広野未来創造リサーチセンターの設置と福島県広野町での第1回ふくしま学(楽)会の開催の経験から、「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリエンスの創造」は、マルチ・アクターによる「場」の形成と社会的受容性の醸成が鍵となることが明らかになった。本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリエンスの創造」は、サステナビリティの4本柱である環境的持続性、社会的持続性、経済的持続性、制度的持続性と、適応力としてのコミュニティ・レジリエンスの3つの基本要素である資源性能、資源バックアップ、資源多様性とを組み合わせた「3 X 4マトリクス」によってコミュニティ・レジリエンスが把握可能となるという仮説を設定し、福島地域などの実地調査からその理論化と指標化にチャレンジするものである。平成27年度(2015年度)は、福島地域の市民社会組織などと協働した原子力災害地域における復興状況調査や関連する研究者との研究会における議論などを通じて、原子力災害被災地におけるサステナビリティとレジリエンスとの関連性について検討を行ってきた。また、福島原子力災害の教訓を生かした他地域における原子力災害からの実効的避難計画のあり方について検討するため、鹿児島県川内原発周辺地域、愛媛県伊方原発周辺地域、福井県高浜原発周辺地域、茨城県東海原発周辺地域を対象に住民アンケート(各350サンプル)を2016年2月に実施した。アンケート調査結果の解析は進行中であるが、広域避難計画の内容についてあまり知られていない状況が明らかになり、避難計画の合理性と具体性の要件が大きな課題として浮かび上がってきた。1年目の研究まとめとして2016年3月7日にはシンポジウムを開催した。研究代表者を中心とした研究グループは、2011年の東日本大震災・福島原発事故を契機に、2012年3月開催の第1回シンポから継続してシンポを開催しており、2016年は第5回原子力安全規制・福島復興シンポジウムとして開催した。これら研究成果は早稲田大学レジリエンス研究所サイト(http://www.waseda.jp/prj-matsuoka311/index.html)に掲載している。申請時の研究計画に基づき、第1年度(2015年度)においては、原子力災害被災地・福島におけるコミュニティ・レジリエンスのあり方を中心に調査研究した。具体的には、サステナビリティとレジリエンスとの関連性について文献調査を中心とした理論研究を実施し、サステナビリティとレジリエンスを対立概念として位置づける研究も一部にはるものの、多くの先行研究は2つの概念を相互補完関係として把握し、サステナビリティ概念の中にレジリエンスを包摂する試みが多いことを明らかにした。また、実証面においては、福島の原発災害被災地における復興過程の調査研究を、空間的広域性および時間的長期性の観点から復興計画・復興プロセスを評価することを中心として行った。さらに福島の教訓を踏まえた他の原発立地地域における避難計画の実効性(合理性と具体性)のあり方を検討するため、鹿児島県川内原発周辺地域、愛媛県伊方原発周辺地域、福井県高浜原発周辺地域、茨城県東海原発周辺地域の4つの地域で避難計画に関する住民アンケート調査を実施した(各350サンプル)。こうした1年目の研究のまとめとして2016年3月7日に早稲田大学において「第5回原子力安全規制・福島復興シンポ」を開催した。シンポジウムでは、福島原発事故から5年間の経験と学術研究を踏まえ、改めて原子力政策と福島復興(原子力災害復興)のあり方、すなわち「フクシマの教訓」とは何かを議論することを企画した。シンポ第1部は、「福島原発事故後の原子力政策をめぐる5年オフサイト対策とバックエンド問題を考える」と題して、2本の研究報告と3つのコメントから構成し、た。第2部は、「東日本大震災・原発事故から5年を経た福島復興の現状と課題長期的支援のための制度形成を考える」と題して、5本の研究報告と3つのコメントから構成した。本シンポでは福島からの参加者も含め活発な議論が行われた。レジリエンス概念は、閾値内におけるストレスに対して「元の状態」に戻る「復元力としてレジリエンス」と、巨大なストレスにより「元の状態」に戻ることが不可能となり、新たな環境条件において健全なコミュニティの再建をおこなう「適応力としてのレジリエンス」という2類型に分けて考えることが有効である。東日本大震災や今後予想される厳しい気候変動による環境災害といった21世紀型大規模災害では、適応力としてのレジリエンスの構築が重要と考えられる。本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリエンスの創造」は、原子力災害被災地である福島県浜通り地域を対象として、適応力としてのコミュニティ・レジリエンスの理論化と測定にチャレンジをしている。本研究が対象とする福島復興の事例は、「特殊例外的事例(外れ値)」とみられがちであるが、大地震や気候変動による環境災害、さらには原発事故のような巨大事故災害なども含めた21世紀型大規模災害を考える時、決して「特殊例外的事例(外れ値)」ではなく、むしろ「典型的事例」と考えられる。原子力災害被災地として放射能汚染リスクを抱える福島復興において、「元の状況」に戻ることは不可能である。いわば閾値(threshold)を超えた状況にあり、放射能汚染リスクという新たな環境条件におけるコミュニティの再建を考えなければならない。

平成28年度の研究では、第1年次の調査研究を発展させ、福島復興の過程におけるサステナビリティとレジリエンスとの理論的関係と指標設定について具体的に検討した。また、東日本大震災・福島原発事故の教訓を明確にすべく毎年に行ってきたシンポジウムを2017年3月7日に第6回原子力政策・福島復興シンポジウム「東日本大震災と福島原発事故から6年原子力政策と福島復興の今後のあり方を考える」として開催し、その成果をプロジェクト研究所のHPに公開した。本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリエンスの創造」は、原子力災害被災地である福島県浜通り地域を対象として、適応力としてのコミュニティ・レジリエンスの理論化とその測定方法の開発にチャレンジしている。本研究が対象とする福島復興の事例における原発災害と復興プロセスの分析から、今後のコミュニティ・レジリエンスの創造方策について調査研究することを目的に、福島復興に取り組む国(経済産業省、内閣府、復興庁など)、地方行政組織(広野町など)や民間非営利組織(いわきおてんとSUN企業組合、広野わいわいプロジェクト、広野サステイナブルコミュニティ推進協議会など)との連携関係を構築してきた。こうした連携関係の構築による一つのアウトプットして、福島県広野町に早稲田大学環境総合研究センターの地域リサーチセンターとして「ふくしま広野未来創造リサーチセンター」を設置することとなった(センター長は研究代表者・松岡)。ふくしま広野未来創造リサーチセンターは、国際社会が取り組む持続可能な開発目標(SDGs)なども踏まえ、福島に根ざした持続可能な開発課題に対する学術調査研究を通じて、世界のモデルとなる持続可能な地域再生のあり方を福島の皆さんとともに考えるものである。本地域リサーチセンターの名称は「ふくしま広野未来創造リサーチセンター」としたが、福島県浜通り地域を中心とした福島復興に関する学術研究拠点として機能すべく、その中核を福島県広野町に置き、周辺市町村や各種団体・組織などとともに地域社会の持続可能な未来を共に考え、共に創っていきたいと企図している。今後はこの「ふくしま広野未来創造リサーチセンター」を核として、本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レジリオエンスの創造」の最終年度の調査研究と研究のまとめの遂行に取り組むこととしたい。本研究「原子力災害被災地におけるコミュニティ・レシジリエンスの創造」は、サステナビリティの4本柱である環境的・社会的・経済的・制度的持続性と、適応力としてのコミュニティ・レシジリエンスの3つの基本要素である資源性能、資源バックアップ、資源多様性とを組み合わせた理論モデルを仮定し、福島復興の実地調査からその理論化と指標化にアプローチした。平成27年度(2015年度)は、福島地域の市民社会組織などと協働した原子力災害地域における復興状況調査や関連する研究者との研究会における議論を通じて、原子力災害被災地における持続性とレジリエンスとの関連性について検討を行った。
大規模農業経営体の成立条件とマネジメント機能に関する実証的研究

本研究は大規模農業経営体の存在状況を把握し、その成立のための諸条件、ならびに大規模農業経営体のマネジメント機能の特色を実証的に研究した。北海道の稲作においては大規模農業経営体の成立が広範に確認できた。その成立条件ならびにマネジメント機能特徴として、次の諸点を指摘できる。1.北海道の水田地帯においては北海道農業開発公社の農地保有合理化事業による規模拡大が主体である。2.農地保有合理化事業は農地流動化を円滑にしているが、地元町村での利子負担、農地価格下落下で引受農家の確保問題、事務量の増加などの問題点が存在している。3.農地の購入は急に発生しており、必ずしも計画的拡大となってはいない。4.農地の購入は、それが大地積購入となっているため農業機械・施設という関連投資を派生させている。5.関連投資に対する計画性に問題がみられる。6.長期的にみると水稲共済は水稲の収量変動(冷害)の危険分散に重要な役割を果たしている。7.収量の安定期には水稲共済の役割は低く、大冷害時での機能が大きくなっている。以上のように、大規模農業経営体が成立するためには、経営耕地に代表される規模拡大過程の計画性の保持が重要であること、しかしながら大規模農業経営体といえども投資の円滑性や資金回収、さらに危険分散などを吸収する機能は弱く、農地保有合理化事業や水稲共済といった支援施策が不可欠であることが明らかとなった。また、都府県との比較においては、北海道の大規模農業経営体は市場対応というマネジメント機能が弱いという特徴が見られた。大規模農業経営体の存在状況を把握するために、全道にわたるアンケート調査を実施して、本年度は、大規模農業経営体の成立条件とそこにおける経営マネジメント機能のあり方について定量的分析を行うと同時に、稲作、畑作、酪農、蔬菜果樹などの経営方式の違いを考慮していくつかの経営体を抽出した実態調査と、大規模稲作地帯における集落悉皆調査を実施した。稲作専業地帯における調査結果からは、蔬菜導入などのさまざまな取り組みも多くみられるようになったが、大規模稲作地帯としてどのような商品としての稲をつくり、どのような形で販売していこうとしているかなど、一般的に企業的機能としての戦略に乏しいことが指摘できた。企業的大規模経営体に対する調査は続行中であるが、その存続条件として、まずそのような企業戦略の有無が大きな要素であるといった感触をえている。以上のように本年度の研究実績は、北海道における大規模経営体とそれが位置する地域の悉皆調査、およびアンケート結果の分析が中心となったが、同時に、来年度以降における石川県、佐賀県を中心とする全国的大規模農業経営体の実態調査に向けて調査経営の選択などについて準備作業も行ってきた。またそれらの各々の作業のうち、とくに大規模稲作地帯における調査分析を内容とする研究成果報告書を作成した。本研究の第2年次は、1.大規模経営体の成立のための農地拡大をめぐる諸問題、2.農業の特性である自然変動に対するリスクマネジメント機能、に主眼をおき、20ha以上の農家が多数形成している空知郡北村を対象に実態調査を行うとともに、同村を対象に平成5年度の大冷害の被害率の違いを考慮した実態調査を行った。実態調査の結果から次の諸点が明らかになった。

7.収量の安定期には水稲共済の役割は低く、大冷害時での機能が大きくなっている。以上のように、大規模農業経営体が成立するためには、経営耕地に代表される規模拡大過程の計画性の保持が重要であること、しかしながら大規模農業経営体といえども投資の円滑性や資金回収、さらに危険分散などを吸収する機能は弱く、農地保有合理化事業や水稲共済といった支援施策が不可欠であることが明らかとなった。最終年度である平成8年度は北海道の大規模個別展開の農家群、農業法人化による規模拡大という北海道を対象にして明らかにされた大規模農業経営体の成立条件およびマネジメント機能のあり方が一般性を有するか否かについて、大規模な受託経営などが数多く成立している宮城県おける事例を対象に、実態調査を実施し比較研究を行った。また、大規模経営が創出されることによって引き起こされる集落問題について、前年度までの調査地区であった北海道空知群北村を事例にアンケート調査を行った。宮城県における農業生産法人の実態調査では、設立される農業生産法人は地域の農業構造に規定された事業展開を行っていること、とりわけ農家の就業条件によって事業部門が異なることが明らかになった。しかし、作業受託から農地の貸借へというように受託経営化の方向を強化し、その安定化のために農業委員会等、農業関連機関との連携を強化している。さらに、農畜産物の販売、消費者との交流といった販売管理面におけるマネジメント機能を重視・強化しているという共通点が見られた。また、集落アンケート調査では、生活環境に対する不満が見られたが、集落への愛着が強く、集落の活性化の必要性を期待していた。そのためには集落合併や非農家の居住による集落戸数の増加など、既存の枠にとらわれない柔軟で多様な対応を検討していることがわかった。
デジタル写真測量技術を応用した岩盤崩落予測・防災・管理システムの開発

本研究は岩盤崩落の危険箇所の検出とその崩落挙動をモニタリングするための計測システムを構築し,デジタルカメラ写真測量技術を応用した3次元変位計測システムから成る防災管理システムの確立を図るものである.研究の成果は次の通りである.・市販のデジタルカメラで斜面を撮影し,その画像から当該斜面の3次元変位をリアルタイムで算出する解析理論を構築した.・デジタル画像上の標点を自動認識するための画像処理プログラムを開発し,計測の自動化を完成させた.・精度と写真枚数の関係を把握するための現場実験を試行し,計測システムの実用化のための要素技術を確立した.以上の研究成果を統合し,次のような特徴を持つ計測システムを完成させた.・リアルタイムに高精度で斜面の3次元変位を計測する・市販のデジタルカメラを用いても高精度で計測できるので機器に要するコストを低く抑えることができる・計測作業は岩盤斜面をフリーハンドで写真撮影するだけなので,計測作業に熟練を要しないこれにより,現位置でデジタル画像をパソコンに取り込んでリアルタイムに斜面挙動をモニタリングすることが可能になり,さらにそれを応用した斜面防災用計測システムの完成を実現させることができた.本研究は岩盤崩落の危険箇所の検出とその崩落挙動をモニタリングするための計測システムを構築し,デジタルカメラ写真測量技術を応用した3次元変位計測システムから成る防災管理システムの確立を図るものである.研究の成果は次の通りである.・市販のデジタルカメラで斜面を撮影し,その画像から当該斜面の3次元変位をリアルタイムで算出する解析理論を構築した.・デジタル画像上の標点を自動認識するための画像処理プログラムを開発し,計測の自動化を完成させた.・精度と写真枚数の関係を把握するための現場実験を試行し,計測システムの実用化のための要素技術を確立した.以上の研究成果を統合し,次のような特徴を持つ計測システムを完成させた.・リアルタイムに高精度で斜面の3次元変位を計測する・市販のデジタルカメラを用いても高精度で計測できるので機器に要するコストを低く抑えることができる・計測作業は岩盤斜面をフリーハンドで写真撮影するだけなので,計測作業に熟練を要しないこれにより,現位置でデジタル画像をパソコンに取り込んでリアルタイムに斜面挙動をモニタリングすることが可能になり,さらにそれを応用した斜面防災用計測システムの完成を実現させることができた.デジタルカメラにて岩盤斜面をフリーハンドで写真撮影し,その画像をパソコンに取り込み,当該岩盤斜面の3次元変位をリアルタイムに計測する手法の開発において,次のような研究成果を得た.計測精度向上のために岩盤斜面に設置する標点の開発に取り組み,耐候性に優れた長期安定性を有するターゲットを完成させた.これにより,長期間継続して計測する動態観測の変位計測精度を向上させることができた.市販のデジタルカメラはレンズ歪などの精度を劣化させる要因が大きいが,一般にはカメラの内部構造が未知なので計測前に較正作業を行い,それらパラメーターを求める作業が必要になる.本研究では,それらカメラの内部構造を未知のままで計測を行っても高精度に変位を計測できる解析codeを開発した.その結果,一般に市販されている安価なデジタルカメラを用いた低コストな計測システムの構築が可能になった.従来の写真を用いた計測方法においては,数多くの基準点の設置が必要であった.岩盤斜面は一般に基準点を設置することが困難であり,基準点設置作業に多大な労力を要していた.本研究では,基準点が無くてもリアルタイムに3次元変位計測を可能にするcode開発に取り組み,疑似逆行列の理論を利用した最小二乗法のcode化を完成させた.その結果,基準点を設置する作業なしで岩盤斜面の変位を計測する計測システムの構築を可能にした.岩盤斜面を想定した仮想モデルを構築し,デジタルカメラの画素数,撮影距離,写真枚数および撮影方法と計測精度の関係を把握する実験を行い,計測手法の確立に有用な実験データを収集した.これらの研究結果によって,実際の岩盤斜面において100mの撮影距離から,約270万画素のデジタルカメラを用いて数mm以下の精度で変位を計測することが可能になった.〔1〕本研究に関するハード機器開発の研究実績本研究による岩盤崩落管理モニタリングシステムのハード機器の中で,開発が必要なのは反射ターゲットである.この反射ターゲットは,光を反射する材料で構成され,デジタル画像上で計測点の2次元座標を高精度に読み取るために設置するものである.岩盤崩壊が予測される斜面に設置するため,長期的に安定して光を反射する性能が求められる.本年度は,昼間の太陽光の下で100m遠からの距離から撮影しても,デジタル画像上にて1/20ピクセルの高精度にて2次元座標を読み取ることができるものの作成に成功した.前年度までのデジタル写真測量は夜間にフラッシュ光の下でしか計測できなかったが,本年度の成果により,昼間の計測作業が可能になり,岩盤斜面モニタリングシステムの実用化を大きく前進させた.〔2〕本研究に関するソフト開発の研究実績デジタル写真測量技術を利用した斜面モニタリングシステムにおける前年度までのソフトに関する開発の問題点は次の通りである.・撮影角度に制限がある場合の写真撮影方法のノウハウが確立されていない.・レンズ歪によるデジタル画像上での計測点の読み取り誤差を解消しなければ,高精度にて計測点の3次元座標が解析できない.本年度は上記2項目の研究開発を行い,次のような成果を得た.・撮影角度が制限される場合でも,写真枚数がある程度以上有れば精度は劣化しないことを現場実験により検証した.この緒果,例えば道路からの撮影画像のみで斜面モニタリングが可能であることを実証した.・レンズ歪を事前に求めるための計測法方を考案し,その有用性を検証した.

その結果,デジタルカメラの性能に依存しない低コストでの高精度の斜面モニタリングシステムの構築が可能になると同時に,解析の際にカメラ構造に関する未知数が減ることにより,解析速度が向上しリアルタイム計測システムが可能になった.本研究はデジタルカメラを用いた写真測量技術を応用した3次元変位計測システムの構築を図るものであり,岩盤崩落を予測し,防災のための管理システムとして有用な計測システムの確立を図るものである.研究の成果は次の通りである.・自然環境下で高耐久性を発揮する自動認識用ターゲットを岩盤斜面に標点として設置し,市販のデジタルカメラで当該標点を撮影し,その3次元変位のリアルタイムで算出する解析理論を構築した.・デジタル画像上の標点を自動認識するための画像処理プログラムのcode開発を行い,計測の自動化を完成させた.・岩盤斜面に長期間設置しても光の反射特性が劣化しない自動認識用ターグットを試作し,3年間自然環境下で放置し,光反射特性の劣化が無いことを実証した.・市販の安価なデジタルカメラを使用した場合,レンズ歪があらかじめ既知でないと高精度の計測が行えないという欠点があったが,本研究では,レンズ歪の較正式を開発し,市販のデジタルカメラを事前の較正作業無しに使用しても高精度の変位計測を可能にするプログラムを完成させた.・精度と写真枚数の関数把握などの現場実験の試行により,計測システムの実用化のための基礎実験を行い,写真撮影すなわち計測に関する要素技術を確立した.以上の研究成果を統合し,本年度においてデジタルカメラで岩盤斜面をフリーハンドで写真撮影し,その場でデジタル画像をパソコンに取り込んでリアルタイムに変位計測を行う斜面防災用計測システムを完成させた.
光合成水分解触媒マンガンクラスターの酸化還元特性の解明

本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、水分解触媒として機能するマンガンクラスターの酸化還元電位の計測に取り組んだ。フーリエ変換赤外差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測をを行った。その結果、S0S1遷移のEmはこれまでの予想に反して+200 mVよりも低いことを明らかにした。またこの測定に付随して、これまで実測例がなかった第二キノン電子受容体QBのEmを初めて計測するに至り、第一還元電位は+93 mV、第二電位は+213 mVと決定した。これによりQAとの電位相関が明らかになり、電子伝達機構を解明した。本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、フーリエ変換赤外(FTIR)差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測に挑むことにより、天然の水分解系の作動電位領域と駆動力という物理化学的実態を明るみに出すことを目指している。初年度は、FTIRー分光電気化学計測系の構築を第一に、厚さ10μm程度の金メッシュ電極を用いた薄層電解セルを作製し、電子メディエーターと呼ばれる低分子化合物の可逆性評価・Em計測を通じて、計測基盤の確立を行った。さらに、この計測系を光化学系II複合体標品に初めて適用することにより、コファクターの一つである非ヘム鉄の酸化還元電位計測を行った。非ヘム鉄の酸化還元に付随して変動する周辺リガンドの構造変化の電位依存性を詳細に解析したところ、インタクトな光化学系II標品では4回の独立した測定から+468 ±3 mVと、従来の手法である滴定法を用いた測定よりも高い精度で測定することに成功した。さらに、MnクラスターをNH2OHを用いて化学的に除去することにより、この非ヘム鉄の電位が+18 mVほどシフトすることを新たに見出した。これは従来の滴定法では見出すことが難しい差異であるといえ、本手法によって初めて明らかにできたといえる。以上のことから、確立したFTIR-分光電気化学計測系が光化学系IIに対して非常に有用であり、今後の研究の発展が十分期待できるといえる。本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、FTIR差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測に挑むことにより、天然の水分解系の作動電位領域と駆動力という物理化学的実態を明るみに出すことを目指している。平成26年度においては、初年度に確立したFTIR分光電気化学計測系を用いて、光化学系IIマンガンクラスターのEmの決定を最優先に実験を進めた。+400 mVから0 mV付近における反応の電位依存性を調べたところ、マンガンクラスターは徐々に還元されることを見出した。この電位領域でマンガンクラスターの還元されていく様子を観測したことは初めてのケースであるといえるが、メディエーターとの電子授受が遅いためか、ネルンスト応答が観測できるまでには至らなかった。この点については、今後メディエーターの選択や測定条件を検討することにより、詰めていく予定である。また、この測定を通じて、還元側で機能している第二電子受容分子プラストキノンQBの酸化還元応答が観測された。これをネルンストプロットにより解析すると、+159 mVを中点電位とする二電子酸化還元反応を示していることが分かった。さらに、この電位値は、Mnクラスターを損傷させてもほとんど変化しないことが明らかになった。したがって、酸素発生活性のある光化学系IIでは、QAとQBの電位差は240 mV程度であり、Mnクラスターを損傷させると90 mV程度に小さくなるといえる。このEm差の減少により、QB-からQAへの逆電子移動とそれに続く電荷再結合が促進されることで、Mnクラスターが損傷した際の光防御機構が働いているものと考えられる。以上のことから、FTIR-分光電気化学計測により、初めて2つのキノン分子による電子伝達制御機構を明らかにすることができた。本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、水分解触媒として機能するマンガンクラスターの酸化還元電位の計測に取り組む。これまでマンガンクラスターが作動する電位の実測例は全くなく、水分解機構におけるエネルギー論は推測の上で議論されてきたが、フーリエ変換赤外(FTIR)差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測に挑むことにより、天然の水分解系の作動電位領域と駆動力という物理化学的実態を明るみに出すことを目指している。平成27年度においては、初年度に確立したFTIR分光電気化学計測系を用いて、光化学系IIマンガンクラスターのEmの決定を目的にジk年を進めた。+400 mVから-100 mVという電位領域において、詳細に反応の電位依存性を調べたところ、予想に反してマンガンクラスターそのものはかなり低い電位でないと還元されないことを見出した。この結果が意味することとして2つ考えられるが、まず一つは表在性蛋白質がマンガンクラスターの化学的還元を保護しているということ、もう一つは非常に低い電位でも安定であるということである。現在、表在性蛋白質を取り除いた測定を行うことにより、反応性を追求しているところである。また、この測定を通じて、QBとQAという電子受容分子の酸化還元電位を高精度に測定することができるようになった。

特にQBのEm計測は、史上初めてのことであり、結果、QBの第一還元電位Emは+93 mVと決定された。さらに、このEm値は、Mnクラスターを損傷させても6 mVほどしか変化しないことが分かった。したがって、Mnクラスターが損傷した際、QBのEmは変動させないことでQAとのEm差を小さくするような電子伝達制御がなされていることを明らかにし、QAとQBによる電子伝達機構を刷新した。本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、水分解触媒として機能するマンガンクラスターの酸化還元電位の計測に取り組んだ。フーリエ変換赤外差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測をを行った。その結果、S0S1遷移のEmはこれまでの予想に反して+200 mVよりも低いことを明らかにした。またこの測定に付随して、これまで実測例がなかった第二キノン電子受容体QBのEmを初めて計測するに至り、第一還元電位は+93 mV、第二電位は+213 mVと決定した。これによりQAとの電位相関が明らかになり、電子伝達機構を解明した。次年度の目標であった、マンガンクラスターの酸化還元状態を追跡することがほぼ可能となり、さらなる条件見当は必要であるが、ほぼ当初の予定を達成できたと考えている。また、付随的に探索していた電位付近で、世界で初めて光化学系II第二キノンQBの酸化還元計測を実現するに至り、想定していた以上の結果が得られた。生物物理化学マンガンクラスターの酸化還元特性の解明に向け、さらなる条件検討・使用メディエータの検討などを行い、酸化還元電位の決定を目指す。また、高電位側での測定を行うことにより、電子伝達系の全容解明に向けた測定にも取り組む予定である。初年度の目標であったFTIRを用いた分光電気化学計測系を確立し、実際に光化学系IIに世界で初めて適用することに成功し、従来の計測法では議論の難しかった非ヘム鉄の酸化還元電位の変動について明確な解を示すにいたった。本研究結果は、いくつかの国内・外の学会で発表を行い、現在国際誌に投稿中であり、初年度の当初の目的はおおむね達成できたと考えている。概ね当該年度の所要額となったが、測定に用いる金メッシュ電極が輸入品でかつ特注品なため、年度内に納入されるのが難しく、次年度に支払うこととなったため。初年度に確立したFTIR-分光電気化学計測系を水分解ー酸素発生系に適用し、水分解機構におけるエネルギー論の解明に取り組む。翌年度に納品が持ち越しになった物品に加え、当初の予定通りの配分を基に、予定通り研究。実験に使用する予定である。おおむね当該年度の所要額となったが、一部の物品(電極類)が年度内に納入されるのが難しい状況となり、次年度に購入することとなった。前年度に発注し、翌年度に納品が持ち越しになった物品に加え、当初の予定通りの配分をもとに、予定通り研究・実験に使用する予定である。