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社会保障の受益と負担に関する実証的研究

本研究では、社会保障の受益と負担に関する実証的分析を行った。具体的には、所得税、間接税を含む消費課税、年金・医療・介護などの社会保険料といった社会保障の財源面に加え、支出面の社会保障サービスについて分析を行った。分析手法は多岐にわたるが、データを用いた実証的分析を駆使している。専門論文や学会報告だけでなく、新聞記事にも寄稿することで、研究成果を社会的に開示することができた。なお、本研究の成果のひとつである上村・足立(2015)『税と社会保障負担の経済分析』(日本経済評論社)は、第25回租税資料館賞を受賞した。研究の目的は、社会保障の持続可能性の確保、さらには社会保障の受益と負担について、世代間、地域間、所得階級間を表現するモデルから評価を行い、日本の社会保障の政策的な課題と対策を考察することにある。特に本研究では、国の社会保障のみならず、地方自治体による社会保障に注目している。平成25年度においては、介護保険制度と国民健康保険制度の事業費、および家計のマイクロデータを用いた税と社会保障の受益と負担による所得再分配への影響、さらには地方消費税の増税にともなう地方自治体への財政と社会保障との関係について研究を行った。合計8回の学会報告を行い、6本の論文が研究雑誌に掲載された。まず、特に地方財政の観点から、社会保障の持続可能性について検討し、どのような政策が持続可能性を高めるのかについて検討した。「社会保障と税の一体改革」により、消費税の税率が引き上げられたが、その一方で社会保障費の効率化は、社会保障財政にとっては重要な課題である。平成25年度は、介護保険制度と国民健康保険制度の事業費のあり方について、広域化による効率化について分析した。現在の社会保障改革においても、保険者の単位の広域化が検討されており、ホットイシューを扱う研究が展開でき、論文にまとめることができた。また、持続可能な社会保障制度を財源から支える家計についても、マイクロデータを活用することで、社会保障の受益と負担がどのように家計の所得再分配に影響をもたらしているかについて研究を行い、学会報告を行うことができた。特に本研究では、国の社会保障のみならず、地方自治体による社会保障に注目する。平成24年度においては、介護保険制度と国民健康保険制度の受益と負担、および財政の持続可能性について研究を行った。学会およびセミナーでは、合計7回の報告(うち学会報告は3回)を行った。また、4つの論文が研究雑誌に掲載された。いずれの報告および論文も、地方財政の観点から、介護保険事業および国民健康保険事業における社会保障の持続可能性について検討し、どのような政策が持続可能性を高めるのかについて検討している。「社会保障と税の一体改革」が進められるなか、消費税の税率の引き上げが予定されているが、一方で社会保障費の効率化は、社会保障財政にとっては重要な課題である。平成24年度は、介護保険制度については居宅、地域密着型、施設の3サービス間の関係を計量的に分析し、サービスの連携について分析した。また、介護保険制度とともに、国民健康保険制度においても、広域化の経済効果と保険料収納率について考察を行った。現在の社会保障改革においては、保険者の単位の広域化が検討されており、ホットイシューを扱う研究が展開できたといえる。また、保険料収納率については、先行研究が扱ってこなかった財政調整制度に着目した分析を行うことができた。研究の目的は、社会保障の持続可能性の確保、さらには税と社会保障の受益と負担について、世代間、地域間、所得階級間の評価を行うことができるモデルを構築し、そのモデルによって日本の社会保障と税に関する政策的な課題と対策を考察することである。平成26年度においては、家計のマイクロデータを用いた所得課税が労働供給に与える効果の分析、さらには地方消費税における地方自治体の財政と社会保障の関係、少子高齢化社会における子ども支援政策、地方自治体の経済行動について研究を行った。合計6回の学会報告を行い、10本の論文が掲載された。また、1冊の著書を公刊した。本研究の目的は、社会保障の持続可能性の確保、さらには税と社会保障の受益と負担について、世代間、地域間、所得階級間の評価を行うことができるモデルを構築し、そのモデルによる分析によって、日本の社会保障と税に関する政策的な課題と対策を考察することである。平成27年度においては、家計への所得課税が所得弾性値に与える影響についての分析、ライフサイクルモデルにもとづく税と社会保障制度の分析、家計への住民税が消費行動に与える影響についての分析、配偶者控除が女性の労働供給に与える影響についての分析、保育所の量的拡充に関する地方自治体の相互参照行動に関する分析、家計の間接税負担に関する分析について研究を行った。合計9回の学会報告を行い、11本の論文が掲載された。今年度は、本研究の成果の一部をまとめた研究書を公刊することができた。本書は、税と社会保障負担に関する研究書であり、社会保障の負担の側面から本研究を総括する業績である。また、マイクロデータを用いた分析についても、学会報告や論文の公刊を継続的に行っており、全体的にはおおむね順調に進展していると評価できる。

ただし、ダイナミック・マイクロシミュレーション・モデル(Dynamic Microsimulation Model)の構築は、基本データの整備に時間がかかっており、今後の課題である。本研究の目的は、社会保障の持続可能性の確保、さらには税と社会保障の受益と負担について、世代間、地域間、所得階級間の評価を行うことができるモデルを構築し、そのモデルによる分析によって、日本の社会保障と税に関する政策的な課題と対策を考察することである。特に本研究では、国の社会保障のみならず、地方自治体の社会保障に注目する。平成28年度においては、地方財政と地方消費税、地方自治体の税負担軽減措置、消費税および個別間接税の所得階層別負担、出生率の決定要因、個人住民税が家計の消費に与える影響、配偶者控除と女性の労働供給の関係、介護保険の持続可能性、介護が家計の雇用に与える影響に関する分析について研究を行った。合計9回の学会報告を行い、14本の論文が掲載され、2冊の著書を刊行した。また、平成27年11月に刊行した著書『税と社会保障負担の経済分析』日本経済評論社が、平成28年11月に第25回租税資料館賞を受賞した。本研究の最終年度となった平成28年度は、特に地方財政における地方消費税や個人住民税、さらには介護保険に関する研究を主に実施した。「社会保障と税の一体改革」が進められるなか、本研究の研究期間中に、消費税の税率引き上げが見送られたが、その一方で社会保障費は膨張している。いかなる財源確保が望ましいのか、介護などの社会保障制度の持続可能性は確保できるのか、税と社会保障の受益と負担のバランスがよい改革は可能なのか、これらの視点は今後も重要であろう。本研究は平成28年度で終了だが、本研究の集大成となった著書『税と社会保障負担の経済分析』が租税資料館賞を受賞できたことは、本研究の成果が高く評価された結果であると考えられる。本研究では、社会保障の受益と負担に関する実証的分析を行った。具体的には、所得税、間接税を含む消費課税、年金・医療・介護などの社会保険料といった社会保障の財源面に加え、支出面の社会保障サービスについて分析を行った。分析手法は多岐にわたるが、データを用いた実証的分析を駆使している。専門論文や学会報告だけでなく、新聞記事にも寄稿することで、研究成果を社会的に開示することができた。なお、本研究の成果のひとつである上村・足立(2015)『税と社会保障負担の経済分析』(日本経済評論社)は、第25回租税資料館賞を受賞した。地方自治体別の性質別・目的別クロス表の決算データや、家計のマイクロデータである『全国消費実態調査』および『国民生活基礎調査』の匿名データの整備作業がおおむね終了し、実際の分析に着手することができた。これにともない、社会保障と税に関して、10本の論文の公刊と6回の学会報告を実施し、1冊の研究書を公刊することができた。以上より、全体的にはおおむね順調に進展していると言える。新たな政策を分析対象とするためには、引き続きデータの整備が必要な部分があり、この点については今後の課題である。
唾液腺がんにおける免疫チェックポイント分子発現と遺伝子変異の探索

当初、当院で1995年から2012年までに収集した保存組織検体を128例中、主な組織型である腺様のう胞癌(24例)・粘表皮癌(30例)・腺癌(14例)・唾液腺導管癌(15例)について、腫瘍細胞と腫瘍周囲免疫細胞におけるPD-1やPD-L1を代表とする腫瘍免疫関連分子の発現状態を免疫組織学的に検討を予定していた。しかし、データベース再構築が平成29年度に必要となり、根治的手術後のStage III/IVA/IVBに絞って研究対象を再設定した。腺様のう胞癌(7例年齢中央値71歳、Stage III/IVA/IVB 2/3/2)、粘表皮癌(High grade 7例年齢中央値77歳、Stage III/IVA/IVB 2/5/0)、粘表皮癌(Low grade 7例年齢中央値71歳、Stage III/IVA/IVB 4/3/0)、腺癌(7例年齢中央値63歳、Stage III/IVA/IVB 0/7/0)、唾液腺導管癌(7例年齢中央値72歳、Stage III/IVA/IVB2/5/0)と各組織型で7例ずつで背景が揃いかつ十分な検体量を確保することができた。平成30年度は、これらの検体を用いて遺伝子変異量測定のために腫瘍組織の切り出しを行うと共に遺伝子抽出作業を行った。平成30年度末には本作業はほぼ終了した。また、同様にこれらの検体を用いて免疫多重染色を行うための準備作業を行い、どの抗体を用いて比較すれば各組織型の特徴を効率よく検討できるか打ち合わせを行った。その結果、2種類のパネルを作成し各々にCD4, CD3, CD8, PD-L1などを用いて免疫多重染色を行う比較検討する方針とした。平成31年度は以上の準備を経た検体を用いて遺伝子変異量測定と免疫多重染色を行い各組織型での特徴を見出すこととする。当初、当院で1995年から2012年までに収集した保存組織検体を128例において検討を進める予定であった。しかし、可能な範囲で患者背景を揃えて各組織型での腫瘍免疫関連分子の比較を行うには検体の不備や検討予定の組織型での症例数の不足が判明した。このため、平成29年度はデータベース再構築を行ったため研究が遅れることとなった。平成30年度は腺様のう胞癌、粘表皮癌(High grade, Low grade)、腺癌、唾液腺導管癌の各組織型で7例ずつの背景を揃えて検体を確保し、遺伝子変異量測定のためのDNA抽出作業や免疫多重染色を行うための予備検討を行った。この結果、平成31年度(令和元年度)には、各組織型の遺伝子変異量測定と免疫多重染色による比較検討が行える状況にある。順調に進めば本年度内に検討結果を報告できる予定である。上記に示したように、既に当初予定より遅れていたことに対する計画変更などを行うことで、本研究の目的である唾液腺癌の代表的組織型(腺様のう胞癌、粘表皮癌、腺癌、唾液腺導管癌)における免疫チェックポイント分子発現及び遺伝子変異量の比較検討ができる状況が整っている。本年度は、予定している免疫多重染色と遺伝子変異量測定を行い、その結果を年度内に報告できるように関係する研究機関と密に連携しながら研究を進める予定である。しかし、可能な範囲で患者背景を揃えて各組織型での腫瘍免疫関連分子の比較を行うには検体の不備や症例数の不足が判明した。このため、データベース再構築から平成29年度は開始した。予後との相関も検討するため2013年から2016年までの治療例を追加して新たに作成したデータベース192例中、根治的手術後のStage III/IVA/IVBに絞って研究対象を再設定した。今後は、再構築したデータベースと研究対象を基に腫瘍免疫関連分子の発現状況及びmutational loadなどを各組織型での比較検討すると共に、予後データとの照らし合わせを行うことで研究を進める。このため、データベース再構築から平成29年度は開始したため研究が遅れることとなった。この結果、2016年までの症例を加えたデータベース構築は終了し、上述のように腺様のう胞癌、粘表皮癌(High grade, Low grade)、腺癌、唾液腺導管癌と各組織型で7例ずつで背景が揃いかつ十分な検体量を確保することができた。また、平成29年度は上記のデータベース再構築の後に、設定しなおした対象の保存腫瘍組織検体を用いて腫瘍免疫関連分子の発現を免疫組織学的に検討する予定であった。しかし、当初予定した免疫組織

化学染色の委託先が対応困難になり、また免疫多重染色も予定していたため技術的にも難しく、委託先の再検討を余儀なくなされたため当初予定よりも研究が遅れることになった。当初、当院で1995年から2012年までに収集した保存組織検体を128例中、主な組織型である腺様のう胞癌(24例)・粘表皮癌(30例)・腺癌(14例)・唾液腺導管癌(15例)について、腫瘍細胞と腫瘍周囲免疫細胞におけるPD-1やPD-L1を代表とする腫瘍免疫関連分子の発現状態を免疫組織学的に検討を予定していた。しかし、データベース再構築が平成29年度に必要となり、根治的手術後のStage III/IVA/IVBに絞って研究対象を再設定した。腺様のう胞癌(7例年齢中央値71歳、Stage III/IVA/IVB 2/3/2)、粘表皮癌(High grade 7例年齢中央値77歳、Stage III/IVA/IVB 2/5/0)、粘表皮癌(Low grade 7例年齢中央値71歳、Stage III/IVA/IVB 4/3/0)、腺癌(7例年齢中央値63歳、Stage III/IVA/IVB 0/7/0)、唾液腺導管癌(7例年齢中央値72歳、Stage III/IVA/IVB2/5/0)と各組織型で7例ずつで背景が揃いかつ十分な検体量を確保することができた。平成30年度は、これらの検体を用いて遺伝子変異量測定のために腫瘍組織の切り出しを行うと共に遺伝子抽出作業を行った。平成30年度末には本作業はほぼ終了した。また、同様にこれらの検体を用いて免疫多重染色を行うための準備作業を行い、どの抗体を用いて比較すれば各組織型の特徴を効率よく検討できるか打ち合わせを行った。その結果、2種類のパネルを作成し各々にCD4, CD3, CD8, PD-L1などを用いて免疫多重染色を行う比較検討する方針とした。平成31年度は以上の準備を経た検体を用いて遺伝子変異量測定と免疫多重染色を行い各組織型での特徴を見出すこととする。当初、当院で1995年から2012年までに収集した保存組織検体を128例において検討を進める予定であった。しかし、可能な範囲で患者背景を揃えて各組織型での腫瘍免疫関連分子の比較を行うには検体の不備や検討予定の組織型での症例数の不足が判明した。このため、平成29年度はデータベース再構築を行ったため研究が遅れることとなった。平成30年度は腺様のう胞癌、粘表皮癌(High grade, Low grade)、腺癌、唾液腺導管癌の各組織型で7例ずつの背景を揃えて検体を確保し、遺伝子変異量測定のためのDNA抽出作業や免疫多重染色を行うための予備検討を行った。この結果、平成31年度(令和元年度)には、各組織型の遺伝子変異量測定と免疫多重染色による比較検討が行える状況にある。順調に進めば本年度内に検討結果を報告できる予定である。上記のようにデータベース再構築とそれに対応した研究対象の再設定は終了したため、平成30年度は具体的な研究の進捗が期待できる。ただし、免疫多重染色を行うにあたってので委託先については現在目途がたったが、技術的な問題もあるためそれでも研究の進捗に影響する可能性がある。このため、これ以上の遅れが予測される場合には、免疫多重染色には拘らず通常の免疫組織化学染色を用いた研究方法に切り替えるようにする。また、保存検体を用いたmutational loadの検討についても協力機関と密に連携をとり平成30年度中に着手できるように進めていく。上記に示したように、既に当初予定より遅れていたことに対する計画変更などを行うことで、本研究の目的である唾液腺癌の代表的組織型(腺様のう胞癌、粘表皮癌、腺癌、唾液腺導管癌)における免疫チェックポイント分子発現及び遺伝子変異量の比較検討ができる状況が整っている。
銀河団中の高温プラズマにおける熱制動輻射過程の研究

本研究では、銀河団中における高温プラズマの諸性質を理論的に考察することが目的であった。平成15年度は、はじめに銀河団中の電子プラズマが宇宙背景放射(CMB)と逆コンプトン散乱を起こすことによって銀河団方向のCMBの温度が変化する効果(Sunyaev-Zeldovich(SZ)効果と呼ばれる)に対する研究を行った。我々は、非常に高温の銀河団に適用可能なSZ効果の理論的表式を与えた。また、この結果をまとめ、欧州学会誌(Astronomy & Astrophysics)に掲載された。また、銀河団中の高温プラズマにおける熱制動輻射過程に対する研究も推進した。特に、電子-電子による熱制動輻射過程に対する相対論的熱制動輻射率の定式化を行った。平成15年度中にファイマンダイアグラムのトレース計算を終了し、散乱断面積に対する解析的表式を導出した。平成16年度は、銀河団中の高温プラズマにおける熱制動輻射過程に対する研究を引き続き行った。はじめに、電子-電子による熱制動輻射過程に対する相対論的熱制動輻射率の定式化を行った。この過程に対する散乱断面積の表式は量子電磁力学の2次の摂動計算によって解析的に求めることができる。我々は散乱断面積の数式処理計算を行い、輻射率に関する表式を求めた。さらに、この輻射率の表式に対する数値計算を行い、これまでに他のグループによって求められている数値結果との比較を行い、両者が完全に一致することを確かめた。平成17年度は、これまでおこなってきたSZ効果に対する研究をさらに発展させた。特に、観測者(地球)がCMB系に対して運動していることが分かっており、この観測者の運動の効果をとり入れたSZ効果に対する理論式を求めた。この結果を欧州学会誌(Astronomy & Astrophysics)に投稿し、論文は掲載された。また、銀河団が運動している場合の運動学的SZ効果に対するより高精度の計算も行った。この結果は現在、欧州学会誌に投稿中である。銀河団中には非常に多くの電子およびイオンがプラズマ状態として存在している。銀河団から放出されるX線の発生メカニズムとして、これらの高温プラズマ中における電子-イオンによる熱制動輻射過程および電子-電子による熱制動輻射過程が知られている。平成15年度は、はじめに銀河団中の電子プラズマが宇宙背景放射(CMB)と逆コンプトン散乱を起こすことによって銀河団方向のCMBの温度が変化する効果(Sunyaev-Zeldovich効果と呼ばれる)に対する研究を行った。最近の観測結果によると、非常に高温の銀河団が見つかっており、そこでは相対論的な効果が大きいことが予想される。我々は、前回の研究を発展させ、非常に高温の銀河団に適用可能なSunyaev-Zeldovich効果の理論的表式を与えた。また、この結果をまとめ、欧州学会誌(Astronomy & Astrophysics)に投稿した。論文は受理され、現在印刷中である。また、平成15年度は、銀河団中の高温プラズマにおける熱制動輻射過程に対する研究も推進した。

しかしながら、この散乱断面積を具体的に計算するには、寄与するダイアグラム数および項数が非常に多いため、高速なコンピュータによる数式処理が必要不可欠となる。主要設備として高速なパーソナルコンピュータを購入し、この散乱断面積に対する数式処理計算を行った。現在の所、ファイマンダイアグラムのトレース計算が終了し、散乱断面積に対する解析的表式を導出している。平成16年度は導かれた輻射率の表式をもとに、数値計算処理のためのプログラミングを行い、前述のパーソナルコンピュータを用いて数値計算を行う予定である。銀河団中には非常に多くの電子およびイオンがプラズマ状態として存在している。銀河団から放出されるX線の発生メカニズムとして、これらの高温プラズマ中における電子-イオンによる熱制動輻射過程および電子-電子による熱制動輻射過程が知られている。本研究では、銀河団中における高温プラズマの諸性質を理論的に考察することが目的である。平成16年度は、はじめに銀河団中の電子プラズマが宇宙背景放射(CMB)と逆コンプトン散乱を起こすことによって銀河団方向のCMBの温度が変化する効果(Sunyaev-Zeldovich効果)に対する研究を行った。我々は、平成15年度までの研究を発展させ、非常に高温の銀河団に適用可能なSunyaev-Zeldovich効果の理論的表式を与えた。この結果を欧州学会誌に投稿し、論文は掲載された。また、平成16年度は、銀河団中の高温プラズマにおける熱制動輻射過程に対する研究も引き続き行った。はじめに、電子-電子による熱制動輻射過程に対する相対論的熱制動輻射率の定式化を行った。この過程に対する散乱断面積の表式は量子電磁力学の2次の摂動計算によって解析的に求めることができる。我々は、本研究主要設備として購入した高速なコンピュータを用いてこの散乱断面積の数式処理計算を行い、輻射率に関する表式を求めた。さらに、この輻射率の表式に対する数値計算を行い、これまでに他のグループによって求められている数値結果との比較を行い、両者が完全に一致することを確かめた。今後は、上記の輻射率に関する表式を用いて、銀河団からのX線放射に関するGaunt因子の計算を行い、X線観測グループの観測データの解析に有用な表式を求めていく予定である。本研究では、銀河団中における高温プラズマの諸性質を理論的に考察することが目的であった。平成17年度は、はじめに銀河団中の電子プラズマが宇宙背景放射(CMB)と逆コンプトン散乱を起こすことによって銀河団方向のCMBの温度が変化する効果(Sunyaev-Zeldovich効果)に対する研究を行った。我々は、平成16年度までに行ってきた研究を発展させた。特に、観測者(地球)がCMB系に対して運動していることが分かっており、この観測者の運動の効果をとり入れたSunyaev-Zeldovich効果に対する理論式を求めた。この結果を欧州学会誌(Astronomy & Astrophysics)に投稿し、論文は掲載された。
表皮組織の部位特異的な再プログラム化を誘導する因子の同定と生体内での機能解析

表皮組織の転分化を誘導する因子を同定するため、掌蹠・体幹・口腔粘膜などそれぞれ由来の異なるヒトの初代培養線維芽細胞を、継代培養しmRNAを精製した。次にサブトラクション法や日立ソフト社のヒト3万種のcDNAマイクロアレーを用いて、それぞれ足蹠と体幹部・口唇に由来のmRNAに特異的に発現する興味深いcDNAクローンを数種類ずつ単離した。ノザン法を用いて再確認したところ、体幹の皮膚と比較して掌蹠や口唇の線維芽細胞は、フィブロネクチンの発現が著しく乏しい。逆にデコリンやテネシンなど膠原線維の線維束の太さを調節する蛋白の発現は足底の皮膚に亢進していた。さらにいくつかの糖蛋白やムコ多糖類の発現が、掌蹠と体幹部とでは全く異なっていることを発見した。さらにこれら細胞外基質の発現の違いに呼応して受容体であるインテグリン同位体の発現パターンも異なることを明らかにした。デコリンやルミカンなど膠原線維束の集合に関与するコラーゲン結合蛋白に身体の部位特異性が見られたことより、手掌・足底など躯幹よりも負荷の大きな部位においては結合組織自身が他の皮膚とは異なった組成をなすと考えられる。実際ラットの皮膚において足底と躯幹での膠原線維束の太さを電顕で検討したところ、違いがあることが判明した。またcDNAマイクロアレーの結果より、掌蹠や口腔粘膜の線維芽細胞に特異的の発現し、その配列上にシグナルペプチドを有する蛋白質をデーターベース上より選択した。このような特徴を持つ蛋白としてEGFモチーフを持つ共通の蛋白群がクローニングされた。その特異的発現はノザンブロット法を用いて再現された。現在これらの遺伝子群を強制発現する線維芽細胞株を樹立し、ヒト正常表皮角化細胞と共培養することで、その角化細胞の表現形がどのように変化するのかを確認している。表皮組織の転分化を誘導する因子を同定するため、掌蹠・体幹・陰嚢・口腔粘膜などそれぞれ由来の異なるヒトの初代培養線維芽細胞を、その形態や性状を保持したまま継代培養しmRNAを精製した。次にサブトラクション法を用いて、それぞれ足蹠と体幹部由来のmRNAに特異的に発現する興味深いcDNAクローンを数種類ずつ単離した。ノザン法を用いて再確認したところ、体幹の皮膚と比較して掌蹠の線維芽細胞は、フィブロネクチンの発現が著しく乏しく、またいくつかの糖蛋白やムコ多糖類の発現が、掌蹠と体幹部とでは全く異なっていることを発見した。フィブロネクチンは神経提(neural crest)由来の細胞のガイダンスとしても重要な細胞外基質であることが知られている。上記の結果は、発生の過程でフィブロネクチンに誘導・維持されるメラニン細胞が掌蹠には到達できずいろいろな人種を通して掌蹠の皮膚が白い理由の説明や、手足口病の原因ウイルスがインテグリンを受容体として感染をきたすことから、手足口病の特徴的な皮疹の分布が生じることの説明となると考えた。さらに、この各部位特異的なmRNAを、日立ソフト社のヒト3万種のcDNAマイクロアレーに用い掌蹠や口腔粘膜・体幹の線維芽細胞に特異的の発現し、その配列上にシグナルペプチドを有する蛋白質をデーターベース上より選択している。このような新規遺伝子を来年度以降、細胞にトランスフェクションし発現させることで角化細胞の表現形がどのように変化するのかをスクリーニングしたい。

表皮組織の転分化を誘導する因子を同定するため、掌蹠・体幹・口腔粘膜などそれぞれ由来の異なるヒトの初代培養線維芽細胞を、継代培養しmRNAを精製した。次にサブトラクション法や日立ソフト社のヒト3万種のcDNAマイクロアレーを用いて、それぞれ足蹠と体幹部・口唇に由来のmRNAに特異的に発現する興味深いcDNAクローンを数種類ずつ単離した。ノザン法を用いて再確認したところ、体幹の皮膚と比較して掌蹠や口唇の線維芽細胞は、フィブロネクチンの発現が著しく乏しい。逆にデコリンやテネシンなど膠原線維の線維束の太さを調節する蛋白の発現は足底の皮膚に亢進していた。さらにいくつかの糖蛋白やムコ多糖類の発現が、掌蹠と体幹部とでは全く異なっていることを発見した。さらにこれら細胞外基質の発現の違いに呼応して受容体であるインテグリン同位体の発現パターンも異なることを明らかにした。またcDNAマイクロアレーの結果より、掌蹠や口腔粘膜の線維芽細胞に特異的の発現し、その配列上にシグナルペプチドを有する蛋白質をデーターベース上より選択した。このような特徴を持つ蛋白としてEGFモチーフを持つ共通の蛋白群がクローニングされた。その特異的発現はノザンブロット法を用いて再現された。現在これらの遺伝子群を強制発現する線維芽細胞株を樹立し、ヒト正常表皮角化細胞と共培養することで、その角化細胞の表現形が田尾のように変化するのかを確認している。逆にデコリンやデネシンなど膠原線維の線維束の太さを調節する蛋白の発現は足底の皮膚に亢進していた。デコリンやルミカンなど膠原線維束の集合に関与するコラーゲン結合蛋白に身体の部位特異性が見られたことより、手掌・足底など躯幹よりも負荷の大きな部位においては結合組織自身が他の皮膚とは異なった組成をなすと考えられる。実際ラットの皮膚において足底と躯幹での膠原線維束の太さを電顕で検討したところ、違いがあることが判明した。現在これらの遺伝子群を強制発現する線維芽細胞株を樹立し、ヒト正常表皮角化細胞と共培養することで、その角化細胞の表現形がどのように変化するのかを確認している。
in vivo 培養システム：生体内に生息する未培養細菌の獲得と解明

生物の体内(体表面)には多数の微生物(細菌・古細菌)が共生していることが知られているが、そのほとんどが分離培養困難なため生体内における常在細菌の機能や宿主への影響は十分に明らかになっていない。そこで、本研究は新しい分離培養手法(in vivo培養)を開発することで課題を解決すること具体的には生物の体内に挿入して操作可能なデバイスを開発し、効果を実証することを目的とした。複数の培養デバイスの構築に成功し、そのうち一つのデバイスの性能を検証した結果、in vivo培養法を用いた場合に培養性能が著しく高くなることが判明した。本年度は、デバイスの開発および運用方法の確立:様々な環境や様々な種類の生物体内に投入可能な培養デバイス、および植菌した微生物の増殖の様子を培養中にモニタリング可能な培養デバイスなど多様なタイプの培養デバイスの開発に向けた諸検討を行った。大まかにタイプ分けすると、一つは、2枚の孔径0.1 μmのアイソポアメンブレン(平膜)を用いた薄型のタイプであり、片方のメンブレンをカバーガラスに変えることで観察も可能としたタイプである。もう一つのタイプは中空糸膜をチャンバーとしたものである(Dual Gel HFMC)。両者とも微生物細胞を植菌した多数の微小ゲル粒子(GMD)をチャンバー内に封入して培養を行う。具体的には、低融点アガロースゲルを用いw/oエマルションを作成する要領で作成した微小ゲル粒子(微生物細胞が0-1つずつ封入)をアルギン酸ナトリウムゲル溶液と混合させる。その後チャンバー内に注入しアルギン酸ゲルは塩化カルシウム溶液を用いて固化させる。上記方法により、口腔内細菌を用いてin vitro条件で培養後、EDTAを用いてアルギン酸ゲルを溶解させGMDを回収することに成功した。その際、顕微鏡直接観察によって内部にマイクロコロニーの形成を確認し、その経時変化を追跡した。また、培養を行った後のGMDの回収方法,セルソータ(FACS)を用いた2次培養操作の最適な使用条件の検討,セルソーターを用いない回収方法の確立,二次培養における培養条件(培地組成など)による影響評価などを行った結果、両者のデバイスともに分離培養を行うことが可能な条件を見出すことに成功した。またヒト細胞との共培養を行うためのデバイス開発も行い概ね運用に目途が立った。本年度は、デバイスの開発および運用方法の確立についてヒト細胞との共培養を可能にする全く新しいタイプのデバイスを開発することを新たな項目として加えた。生体内の環境、例えば口腔内は宿主の細胞や組織およびそこに生息する多様な微生物群が存在する非常に複雑な環境であるためにin vivo培養の効果や学術的意義を評価するためにはより単純化した系が必要不可欠であると判断した。ヒト細胞との共培養では培養デバイスの内側だけでなく外側も無菌状態で全ての操作を行わなければいけないため、現状のデバイスや方法とは異なり、デバイスの構造およびそれを用いた培養方法において抜本的な変更が必要となったが、これまで開発したデバイスおよび培養方法を基盤とすることで達成した。具体的には、孔径0.1マイクロメートルのアイソポアメンブレン(平膜)を用いた薄型のデバイスであり、片方の面をメンブレンで、もう一方の面をカバーガラスで蓋をした状態の円盤のような形状の培養チャンバーである。さらにメンブレン底の細胞培養用のデバイスと併用することで細胞との共培養を可能とした。微生物細胞は多数の微小ゲル粒子(GMD)をチャンバー内に封入して培養を行う。また、培養を行った後のGMDの回収方法,セルソータ(FACS)を用いた2次培養操作の最適な使用条件の検討,セルソーターを用いない回収方法の確立,二次培養における培養条件(培地組成など)による影響評価などを行った結果、分離培養を行うことが可能な条件を見出すことに成功した。本年度は、ヒト以外の生物を対象とした生体内培養(in vivo培養)を可能にする新しいタイプのデバイスを開発し、培養方法を確立、実際に培養試験を行うことを新たな項目として検討を行った。ヒト以外の対象生物の体内環境や培養試験方法はこれまでに対象としていたヒト口腔内とは大きく異なる。サンプルがヒトではないために、ヒトの口腔内にデバイスを挿入するin vivo培養を遂行する場合のように制限される因子自体は少ないが、対象生物を傷つけて生体内に挿入するため現状のデバイスや培養方法とは異なり、デバイスの構造およびそれを用いた培養方法(生体内への挿入方法)において抜本的な変更が必要となったため、デバイスの大きさ、形状、構造、素材などを試行錯誤で設計段階から検討した。基本的な構造としてはこれまで開発したデバイスおよび培養方法を基盤とすることで達成した。具体的には、孔径0.1 umのアイソポアメンブレン(平膜)を両側に用いた薄型のデバイスであり、植菌したサンプルをそのデバイス内部で増殖させるものである。デバイスの素材としてソフトなシリコン素材を用いた。対象生物の体内の一部をメスで切り取りその隙間にデバイスを挿入して1次培養を行い、2次培養は1次培養サンプルを取り出して寒天平板培養を用いて行った。得られた分離株を従来法(寒天平板法に直接植菌した場合)と比較したところ、in vivo培養手法では新規性の高い分離株の割合が極めて高いことが判明した。

また得られた菌株の多様性も従来法より大きく、さらに寒天平板法で得られた菌株と比較した場合同一の種類は極めて少ないことが判明した。生物の体内(体表面)には多数の微生物(細菌・古細菌)が共生していることが知られているが、そのほとんどが分離培養困難なため生体内における常在細菌の機能や宿主への影響は十分に明らかになっていない。そこで、本研究は新しい分離培養手法(in vivo培養)を開発することで課題を解決すること具体的には生物の体内に挿入して操作可能なデバイスを開発し、効果を実証することを目的とした。複数の培養デバイスの構築に成功し、そのうち一つのデバイスの性能を検証した結果、in vivo培養法を用いた場合に培養性能が著しく高くなることが判明した。本研究全体の目標は、生体内で未培養細菌の分離培養を行う「in vivo培養」という全く新しいコンセプトに基づく分離培養戦略を創生・提案することである。生体内の環境、例えば口腔内は宿主の細胞や組織およびそこに生息する多様な微生物群が存在する非常に複雑な環境である。従ってin vivo培養の効果や学術的意義を評価するためにはより単純化した系が必要不可欠であると判断したため、本年度は特に、ヒト細胞との共培養を可能にする全く新しいタイプのデバイスを開発することおよび実験方法を確立することをまず主な目的とした。上記目標に基づいて研究の全体計画は以下の内容(項目)から構成されている(本年度より一部修正)、1)in vivo培養操作、実験プロトコルの確立:既に試作済みのデバイス(Dual Gel HFMC)を用いた方法論の確立、2)口腔内細菌の分離培養と従来法や培養を伴わない手法を用いた比較解析、3)上記技術を応用したDual Gel HFMCとは異なるタイプの培養デバイスの開発:特に培養中において増殖の様子をモニタリングすることが可能なタイプの開発、4)獲得した微生物の生理学的性質の解明、5)幅広い生物種を対象としたin vivo培養システムの開発。そのうち項目2)および3)はH25、H26両年度、4)、5)はH26年度での実施を予定していた。本年度は上記項目以外に新たにヒト細胞との共培養デバイスの開発についても手掛け、特に項目4)と5)の一部については次年度に延長しておこなうこととしたため、現段階での達成度を上記の通りに評価した。微生物生態学研究の全体計画は以下の内容(項目)から構成されている、1)in vivo培養操作、実験プロトコルの確立:既に試作済みのデバイス(Dual Gel HFMC)を用いた方法論の確立、2)口腔内細菌の分離培養と従来法や培養を伴わない手法を用いた比較解析、3)上記技術を応用したDual Gel HFMCとは異なるタイプの培養デバイスの開発:特に培養中において増殖の様子をモニタリングすることが可能なタイプの開発4)獲得した微生物の生理学的性質の解明、5)幅広い生物種を対象としたin vivo培養システムの開発。そのうち項目1)、2)および3)はH25、H26両年度、5)はH26年度での実施し、今後は4)の一部および5)について行うことを計画している。
超純水による新しい電気化学的加工法

電解加工は、NaCl水溶液などの電解液中において、加工物である金属を陽極として通電することにより、陽極金属原子が電解液中に溶出する現象を利用したものである。しかし、この加工法では、アルカリ金属などの電解質イオンによる加工物の汚染が避けられず、電子デバイスなどを対象とした最先端の加工においては使いものにならない。従来、この加工原理は、電解液中に含まれる塩素イオンなどの化学的作用によるものとされていたが、本研究では電解液中のOH^-イオンの化学的作用により加工が行われているという発想のもとに研究を開始し、超純水のみによる電気化学加工が可能であることを実証した。この加工法を実用化すれば、アルカリ金属による加工物の汚染がなく、加工物の物性を損なわない超精密加工が可能となる。本研究で得られた成果をまとめると以下のようである。(1)超純水中のOH^-イオンの化学的作用のみによる陽極金属の加工現象を実証し、量子力学の第一原理に基づく計算機シミュレーションによっても検証した。(2)イオン交換材料の触媒作用を利用すれば、超純中の電解電流密度を増加させることができ、これを利用すれば、従来の電解加工法に匹敵する実用加工速度を得ることが可能であることを実証した。(3)従来の加工物を陽極とする方法では加工できなかったAlやSiにおいても、加工物を陰極とすることによって加工が可能であることを実証し、量子力学の第一原理に基づく計算機シミュレーションによっても検証した。(4)超純水電解加工システムを用いて、実用化を目指した基礎研究を行った。Cuの平坦化加工実験を行い、表面粗さ10nmの超平坦化面を作製することが可能であることがわかった。以上の成果から、超純水のみによる電気化学的加工法が、電解液を使用せず廃液の無い、いわゆる環境に優しい実用的加工法として利用可能であることが実証できた。(1)水分子を電離するための最も効率のよい方法を知るため、新たに提案・開発した実空間有限差分法によるシミュレーションプログラムを用い、中性、陽イオン、負イオンの各水分子の電離過程に対する第一原理分子動力学シミュレーションを行った。その結果、負イオン化した水分子の電離エネルギーが最も小さく、電子を付与することで水分子が電離しやすくなることが明らかになった。(2)常温常圧において高密度の水酸イオンを含む超純水を作製するため、本研究では触媒反応を利用する。そこで、イオン交換材料表面と水分子との反応素過程を、実空間有限差分法を用いた第一原理分子動力学シミュレーションにより解析した。その結果、スルホン酸基と反応することによって、水分子が電離しやすくなることが明らかになり、高効率に水分子を分解することのできる高機能触媒表面を設計するための基礎データを得ることができた。(3)触媒材料としてグラフト重合イオン交換繊維を用い、超純水の電気分解実験を行った。超純水内の水酸イオン密度を、常温・常圧水の100万倍まで増加させることが可能であることがわかった。これより、超純水が通過しやすい繊維状の触媒材料が有効であることがわかった。(4)グラフト重合イオン交換繊維と回転陰極を用い、加工実験を行った。超純水加温供給装置により一定温度とした超純水を、超純水電解加工基礎実験装置に供給して行った。2A/cm^2までの電流密度において、Cu、Fe、Moの超純水電解加工を安定して行うことが可能であることがわかった。また、Si単結晶については、表面酸化膜形成を安定して行うことが可能であることがわかった。

本研究は、超純水を利用したクリーンな(洗浄工程が不要、周囲環境を汚染しない、廃液処理が不要)新しい電気化学的加工プロセスを着想・提案し、以下の項目の達成を目的としている。(1)水分子が分解し、水酸イオンが生成される反応の素過程を明らかにし、水分子を効率的に電離し、高密度の水酸イオンを得るための技術を確立すること。(2)材料表面と水酸イオンとの化学反応による材料表面原子の加工機構、および各種材料に対する加工特性を明らかにし、最適加工条件を見出し、加工プロセスとしての技術的確立を図る。本年度においては、以下の研究成果が得られた。(1)常温常圧において高密度の水酸イオンを含む超純水を作製するために、本研究ではイオン交換材料による水分子の電気分解反応を利用する。新たに開発した、実空間有限差分法によるシミュレーションプログラムを用いて、陽イオン交換基を有するグラフト重合繊維材料表面と水分子との反応素過程の第一原理分子動力学シミュレーションを行った結果、約10万倍の水酸イオン密度が得られるものと予測できた。そして、新たな触媒材料を製作し、現有設備の電解加工基礎実験装置と、新たに導入した直流電源装置によって、超純水の電解実験を行った結果、数A/cm^2の電流密度において、超純水中での電解加工が可能であることが明らかになった。(2)本加工法は、超純水中の水酸イオンと材料表面との化学反応により加工を行う。従って、試料前加工面上の付着微粒子、有機物、金属元素などの不純物を除去しておく必要がある。さらには、水酸イオンと材料表面原子との反応による反応生成物を速やかに除去する必要がある。これを行うために、超純水中に設置されたスリット状のノズルから超純水を噴出させ、試料表面に照射することが可能な洗浄システムを導入し、試料表面の前洗浄効果、および反応生成物の除去効果についての評価を行った。水の機能を積極的に制御・利用した新しい超精密・超清浄加工プロセスである、超純水のみによる電気化学的加工法の確立を目指した基礎・応用研究を行い、以下の成果を得た。(1)これまで加工が不可能であったSiとAlに対し、第一原理分子動力学シミュレーションによる反応素過程の解析を行った。その結果、SiやAlが陽極の場合には、酸化反応が進行するが、陰極の場合には、H_2O分子とH原子との反応によってOHが生成され、OHによる除去加工反応が進行することがわかった。同時に、試料を陰極とした加工実験を行い、SiやAlの除去加工が可能であることを実証した。また、試料を陽極とした場合に加工された、Cu、Fe、Moについては、試料を陰極とした場合には、加工できなかった。(2)超純水中の水分子を電離させる触媒材料として、強酸性陽イオン交換繊維と強塩基性陰イオン交換繊維を用いて加工実験を行い、両者の比較を行った。その結果、どちらを用いても各種材料の加工が可能であることがわかったが、試料を陰極とした場合の加工速度については、Alに対しては陽イオン交換繊維の方が大きく、Siに対しては陰イオン交換繊維の方が大きいことがわかった。(3)回転電極と触媒材料を用いた超純水電解加工法による、Cuの超平坦化表面の作成実験を行い、電流密度、電極回転数、試料回転数などの加工条件を適切に設定することによって、通常の機械加工で得られる最も平坦な表面に匹敵する、粗さ10nmの超平坦面の作成が可能であることを実証した。
新しい微生物ポリエステルの分子構造と分離・認識機能との相関性

水素細菌Alcaligenesentrophusに吉草酸と酪酸を与えると、3-ヒドロキシブチレ-ト(3HB)と3-ヒドロキシバリレ-ト(3HV)とのランダム共重合ポリエステルが発酵合成できることを見い出した。炭素源組成を変えることによって、共重合体の3HV分率が0-95モル%までの広い範囲にわたり調節できることを明らかにした。また、A entrophusに4-ヒドロキシ酪酸を与えると、3HBと4-ヒドロキシブチレ-ト(4HB)との新しいランダム共重合体が発酵合成できることを見い出した。共重合ポリエステルの数平均分子量は、105から505の範囲にあった。バイオポリエステルの最も大きな特性は、土や海にすむ微生物が分泌するP(3HB)分解酵素によって分解される生分解性にある。筆者らは、A.faecalisから単離、精製した分解酵素を用いて、ポリエステルフィルムの分解実験を行った。酵素分解速度は、4HB共重合体>P(3HB)>3HV共重合体の序列で低下した。FT-IR,GPC,電子顕微鏡観察から、分解酵素が疎水的なフィルム表面に吸着し、表面に露出しているポリエステル分子鎖を順々に有機酸に分解するメカニズムで酵素分解することを見い出した。酵素分解性は、物性と同様に、ポリエステルの分子構造と共重合組成によってコントロ-ルできることを明かにした。バイオポリエステルは、酵素分解速度に比べて2-3ケタ程度もゆっくりした速度ではあるが、酵素の存在しない環境でも水によって分解された。ポリエステルフィルムの加水分解は、数十日程度の誘導期を経たのちに、フィルム内部で一様に徐々に進行した。水素細菌Alcaligenes entrophusに吉草酸と酪酸を与えると、3-ヒドロキシブチレ-ト(3HB)と3-ヒドロキシバリレ-ト(3HV)とのランダム共重合ポリエステルが発酵合成できることを見い出した。
氷床氷体中のレーダ波伝搬過程と内部物理構造の解明

氷床氷体中のレーダ波伝搬過程と内部物理構造の解明を目的とした一連の研究を実施した。研究では、まず、氷結晶の複素誘電率の知識のコンパイル作業を実施した。特に、氷体の物理条件である、温度・密度・圧力・結晶方位・不純物濃度によってこの値がどう変動しうるかを明らかにした。知識の現状とその限界を明らかにした(研究発表の項参照)。第二に、南極大陸氷床で、日本と同様のレーダ観測データを蓄積している英国ブリストル大学のグループとの共同研究を実施した。英国グループの得た2周波観測(60MHzおよび300MHz)のデータと日本の南極観測で得られた2周波観測(60MHzおよび179MHz)のデータとの比較検討を実施した。その結果、60MHzの周波数を用いた観測結果の特徴が、両国のデータセットで非常に良く一致することを見いだした。これにより、南極の遠隔地域が、共通の内部構造をもっていることと、日本の実施した2周波数観測の解釈を、英国の所持する膨大なデータにも適用可能なことを見いだした(研究発表の項参照)。第三に、南極の氷床コアのもつ高周波電気伝導度プロファイルをもとに、計算機実験によりレーダエコーを計算機上で再現する試みを実施した。氷床内の一部では、計算機実験の結果と実測が良く一致することを見いだした。第四に、レーダシグナルの分析に基づき、南極頂部の氷が異常に小さな高周波誘電率をもつことを見いだした。氷の高周波誘電率は通常3.15付近にあるが、南極頂部では、800m深付近を最大として、その深層側でも浅層側でも誘電率は通常値よりも0.1-0.2前後低下する。この現象は、近年指摘され始めた、氷床頂部の氷の格子振動或いは結晶構造の異常との関連がある可能性があるが、現象の素性の詳細はまだわからない。今後さらに詳細な調査が必要である。こうした異常な誘電率は、電磁波の反射・散乱メカニズムにも影響を及ぼしている可能性があり、今後のさらなる調査を要する。研究は、かねて研究計画調書で述べたとおり5つの段階にわけ、初年度であった今年は、そのうち(1)と(2)に重点をおいた。また(3)の研究も一部実施した。(1)申請者らが観測した60MHz/179MHzレーダのデジタル・アナログ両データの解析(2)氷床コアの結晶組織構造と複素誘電率プロファイルの対比(3)英国の取得した60MHz・300MHzレーダのアナログデータの解析(4)(1)(3)を結びつける氷床内電波伝搬モデルの構築と計算機シミュレーション実験(5)(1)(4)に基づき、次世代氷床探査レーダの企画立案アナログ信号データのデジタル化の作業に、ディジタイズ用ソフトウェアとパソコンを用いた。データ画像出力用に、新規にプリンタを購入しこれを用いた。その他、氷床から採取した氷体内の電気伝導度と高周波の伝搬を調査するための測定系を構成し、そのために、フリーザー、スペクトラムアナライザー等の備品を調達し、測定系を構成した。研究成果の一部は、国際学会(IGS Symposium on Cryospheric Models,(スイス、テューリヒ))をはじめとする内外の学会で報告したほか、本報告書に記載した論文として公表した。さらに、日英共同の投稿論文を'99年の7月に投稿しており、現在査読をうけている。なお、査読下にある論文は以下である。

題名:Ice sheet dynamics between Dome C and the Trans Antarctic Mountainsfrom semi-quantitative analysis of internal layers.、著者:Martin Siegert and Shuji Fujita、雑誌Journal of Glaciology。氷床氷体中のレーダ波伝搬過程と内部物理構造の解明を目的とした一連の研究を実施した。研究では、まず、氷結晶の複素誘電率の知識のコンパイル作業を実施した。特に、氷体の物理条件である、温度・密度・圧力・結晶方位・不純物濃度によってこの値がどう変動しうるかを明らかにした。知識の現状とその限界を明らかにした(研究発表の項参照)。第二に、南極大陸氷床で、日本と同様のレーダ観測データを蓄積している英国ブリストル大学のグループとの共同研究を実施した。英国グループの得た2周波観測(60MHzおよび300MHz)のデータと日本の南極観測で得られた2周波観測(60MHzおよび179MHz)のデータとの比較検討を実施した。その結果、60MHzの周波数を用いた観測結果の特徴が、両国のデータセットで非常に良く一致することを見いだした。これにより、南極の遠隔地域が、共通の内部構造をもっていることと、日本の実施した2周波数観測の解釈を、英国の所持する膨大なデータにも適用可能なことを見いだした(研究発表の項参照)。第三に、南極の氷床コアのもつ高周波電気伝導度プロファイルをもとに、計算機実験によりレーダエコーを計算機上で再現する試みを実施した。氷床内の一部では、計算機実験の結果と実測が良く一致することを見いだした。第四に、レーダシグナルの分析に基づき、南極頂部の氷が異常に小さな高周波誘電率をもつことを見いだした。氷の高周波誘電率は通常3.15付近にあるが、南極頂部では、800m深付近を最大として、その深層側でも浅層側でも誘電率は通常値よりも0.10.2前後低下する。この現象は、近年指摘され始めた、氷床頂部の氷の格子振動或いは結晶構造の異常との関連がある可能性があるが、現象の素性の詳細はまだわからない。今後さらに詳細な調査が必要である。こうした異常な誘電率は、電磁波の反射・散乱メカニズムにも影響を及ぼしている可能性があり、今後のさらなる調査を要する。
非平衡MHDプラズマに及ぼす外来ゆらぎの効果

本研究はMHD電機内の非平衡プラズマに及ぼす揺らぎの影響を調べることを目的としたものであるが、昭和63年度において以下に示す実験及びシミュレーションによる研究を行ないそれぞれ有益な結果が得られた。(1)「クローズサイクルMHD発電実験装置FUJI-1」による実験において、発電出力及びプラズマの発光強度の揺らぎ観測し、データレコーダに記録したアナログデータを購入品のトランジェントメモリーを使ってデジタル化して、スペクトル解析をした結果、磁気音響学的不安定性に期待される周波数成分が存在することが確かめられた。(2)MHD発電機に投入される熱入力の揺らぎ及びプラズマの電気伝導性を良くするために添加されるシード量の揺らぎを外来揺らぎとしてシミュレーションを行った結果、外来揺らぎに依り発電機内プラズマに生じる変動は、外来揺らぎの種類により以下のように異なる事が分かった。発電機への熱入力に揺らぎがあると、磁気音響学的不安定性がプラズマに発生し、プラズマは非一様になる。また作動ガスの電気伝導性を高めるために混入させるシード量に揺らぎが含まれていると、その揺らぎ量が小さいときは、プラズマには、その揺らぎに応じた揺らぎが導入されるが、シードのゆらぎがおおきくなると、発電機内プラズマにシード原子の弱電離不安定性が誘起され、電子温度等の諸性質は大きく変動し、エネルギー変換効率は著しく低下する。(3)これらの結果は発電工学的に有用であるばかりでなく、物理学的には、非平衡な系糸を維持するに必要な入力条件に揺らぎが存在すると種々の不安定性が誘起される興味ある結果を示しており、さらに実験的研究を重ね、統計物理学的な発展を試みたい。