hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
災害による緑被・根系の時系列変化に対応可能な地盤の広域ハザード評価法の構築

樹冠と根系との関係を求めるために,岐阜林野火災によって樹冠の損失があった岐阜県岐阜市権現山および福井豪雨で斜面崩壊があった河和田地区を調査対象地域とし,種々の樹冠-根系関係を調べた.樹種の同定には,専門家の協力を得た.結果,樹種に大きく依存することなく,NDVIとLAIとの問に強い指数関係を見出した.(4)「緑被および根系を推定するアルゴリズムの提案」衛星データや航空写真から得ることが可能な,樹種,樹冠,樹密度,樹高データに,土層(表層地盤)を入力情報として根系を推定するアルゴリズムを検討した.このアルゴリズムに従って実画像への適用を行った.ただし,地表の緑被覆が一定となってからはNDVIに有意な差が確認できないことが判明し,この点の改良が必要であることが確認された.
ミトコンドリアゲノム全塩基配列決定による紐形動物門の系統分類学

単針類の1属について分子系統解析とタイプ標本を含む証拠標本の形態観察に基づいた分類学的再検討を行った。これに加え紐形動物の種と属の分類目録の作成、深海遊泳性紐形動物の新種記載を行い、国内未記録であった日本産異紐虫類についてはタイプ標本と比較して再記載した。さらに古紐虫類の一群について頭部血管系の比較形態学的研究を行い、これまでに知られていなかった分類形質を発見した。本研究の目的は紐形動物門の主要分類群間の系統関係について信頼性の高い推定を行って伝統的分類体系を再評価することである。本研究では単針類と呼ばれる分類群に焦点を当て、科レベルの分類体系を再構築する上で有用な形態形質を検証することを目的としている。今年度は研究実施計画で述べたミトコンドリアゲノム解読というストラテジーではなく、以下に述べる2つの代替戦略を採った。1つは、密なタクソンサンプリングが可能な18S rRNA、28S rRNA、およびCOI遺伝子を用いて、細部にわたって形態形質が明らかになっているOTUを解析に加えるものであり、この結果Distromatonemerteaと呼ばれる単針類の一群が、血管系の形態に基づいて2つのタクサ(リンネ式分類体系では上科に相当する)に分類できることが明らかとなった。2つめは、発現シークエンスタグ(EST)解析である。これはスウェーデンのクリスティーネベルク臨海実験所で開催された国際ワークショップで提唱されたプロジェクトであり、現在7カ国10名の研究者が参加している。ワークショップでは解明すべき系統関係として特に紐形動物門の根に近い部分に焦点が当てられ、タクソンサンプリングのストラテジーが話し合われた結果、古紐虫類を中心に24種の「コア・ファイロジェニー」を解明することが採択された。解析はハーバード大学の454次世代シークエンサーで行われる。今年度はこのほか、1995年から2007年にかけて公表された紐形動物の新種と新属を網羅したカタログを作成したほか、国内初記録種のホロタイプならびに日本産標本観察に基づく再記載を公表した。原記載以降報告の無かったDiplomma serpentina(Stimpson, 1855)を三崎・白浜・沖縄(タイプ産地)・フィリピン・インドネシアから報告し、トポタイプをもとに再記載した。単針類の他属3種Paramphiporus albimarginatus Kirsteuer, 1965(マダガスカル産)、Poseidonemertes bothwellae Gibson, 1982(オーストラリア産)、Correanemertes polyophthalma Gibson & Sundberg, 2001(オーストラリア産)のタイプ標本を観察した結果、これら3種はそれまで単型属であったDiplomma属に所属させることがふさわしいと結論された。Correanemertes polyophthalmaについては分子データもこの分類学的判断を支持する結果を得ている。この結果、Paramphiporus Kirsteuer, 1965はDiplomma Stimpson, 1857の後行異名となった。吻鞘壁筋が縦走筋と環状筋の編み籠状を呈するクラテネメルテス類は従来その他の単針類と姉妹群を構成する単系統群と考えられてきたが、18S rRNAおよび28S rRNAを用いた単針類の系統解析の結果はこの見解と相違する。今後は多針類を含む多くの針紐虫類を解析に加えることにより、単針類の基部の樹形を明らかにして行く必要がある。
骨髄腫細胞標的sgRNA薬と微小環境標的薬剤の併用による新たな骨髄腫治療法の開発

多発性骨髄腫は2番目に多い難治性の血液がんである。低分子や抗体からなる新たな分子標的薬の開発により平均生存年数は延びてきているが、ほとんどの患者でこれらの薬に対しても抵抗性を持つ骨髄腫細胞が出現し再発してしまう。我々の開発したTRUE gene silencing法はsgRNAを用いた遺伝子発現抑制法であり、我々の最終目標は骨髄腫患者を治癒に導く核酸医薬であるsgRNAを発見することである。本研究では、骨髄腫細胞の増殖を助けているマクロファージの性質を攻撃型に変えるsgRNA薬候補を見出し、マウス実験においてこのsgRNA薬の腫瘍増殖抑制効果を確認した。我々は、sgRNAを用いる新たな遺伝子発現抑制法であるTRUE gene silencing法を多発性骨髄腫に応用し、患者を寛解・治癒に導くことができるsgRNA薬を発見することを長期目標としている。我々は、既に骨髄腫細胞株に効率よくapoptosisを誘導する7つのsgRNA薬を見出しており、本研究は次の3つを目的とする。(1)骨髄腫患者から得られた新鮮骨髄腫細胞に対する、このsgRNA薬のapoptosis誘導能を試験する。(2) sgRNA薬スクリーニングシステムを用いて、マクロファージ(MΦ)をM1状態に遷移させるsgRNAを見出す。(3)このMΦ標的sgRNA薬と骨髄腫細胞標的sgRNA薬の併用による、MΦ共存下における骨髄腫細胞へのapoptosis誘導をin vitroおよびin vivoで試験する。平成27年度は、約60種類のheptamer型sgRNAからなるライブラリーをスクリーニングし、ヒトの腫瘍関連M2 MΦをM1状態に遷移させるsgRNAを見出す研究を実施した。ヒトU937およびTHP-1細胞を分化誘導剤TPAで刺激し、MΦ様細胞に分化させ、これらの細胞を用いてsgRNAライブラリーのスクリーニングを行った。sgRNA存在下において培地中に分泌されたIL-10あるいはIL-12の量をELISA法にて測定した。その結果、sgRNA H15540がMΦ様U937細胞のIL-10分泌量を減少させ、H15860がIL-12分泌量を増加させることを見出した。また、sgRNA H1、H5462、H15860はMΦ様THP-1細胞のIL-12分泌量を増加させた。これらの結果から、sgRNA H1、H5462、H15540、H15860は、M2 MΦをM1状態に遷移させる可能性があることが示唆された。平成27年度に予定されていた、「骨髄腫患者から得られた新鮮骨髄腫細胞に対する有効sgRNA薬のapoptosis誘導能を試験する」ことが、適当な骨髄腫患者が見つからず実施できなかった。前年度に引き続き、heptamer型sgRNAライブラリーのスクリーニングを行い、ヒトの腫瘍関連M2 MΦをM1状態に遷移させる可能性のあるsgRNAを探索した。ヒトTHP-1細胞およびU937細胞を分化誘導剤TPAでMΦ様細胞に分化させ、これらの細胞を用いてスクリーニングを行った。前年度は、IL-10あるいはIL-12の量をELISA法にて測定する方法を用いたが、今年度はより精度と感度の高いqRT-PCR法によりIL-10 mRNAおよびIL-12b mRNAを定量した。その結果、H10923、H12960、H13024の3種類のsgRNAは、両MΦ様細胞においてIL-12b mRNAの発現量を上昇させた。このことから、これらのsgRNAはMΦの性質をM1状態の方向に遷移させることができることが示唆された。「骨髄腫患者から得られた新鮮骨髄腫細胞に対する有効sgRNA薬のapoptosis誘導能を試験する」ことが、適当な骨髄腫患者が見つからず実施できなかった。また、「MΦ標的および骨髄腫細胞標的sgRNA薬併用in vitro試験」を開始したが、まだ期待通りの成果は得られていない。

最終年度は、骨髄腫患者から得られた新鮮骨髄腫細胞に対するsgRNA薬の効果を試験して、sgRNA薬H15540およびH15603がapoptosisを誘導することが示された。また、ヒト新鮮末梢血由来の単球を分化させたMΦを用いて、sgRNA薬H12960(前年度までにヒトTHP-1細胞およびU937細胞を分化させたMΦ様細胞を用いた実験において有効性を確認済み)がIL-10 mRNAの発現量を減少させIL-12b mRNAの発現量を上昇させることを示した。このことは、H12960がヒト新鮮MΦの性質もM1状態の方向に遷移させることができることを示唆している。更に、局所投与されたsgRNA薬H12960は、ヒト骨髄腫細胞株KMM-1を移植した免疫不全マウス実験において、腫瘍の増殖を抑えることが示された。多発性骨髄腫は2番目に多い難治性の血液がんである。低分子や抗体からなる新たな分子標的薬の開発により平均生存年数は延びてきているが、ほとんどの患者でこれらの薬に対しても抵抗性を持つ骨髄腫細胞が出現し再発してしまう。我々の開発したTRUE gene silencing法はsgRNAを用いた遺伝子発現抑制法であり、我々の最終目標は骨髄腫患者を治癒に導く核酸医薬であるsgRNAを発見することである。本研究では、骨髄腫細胞の増殖を助けているマクロファージの性質を攻撃型に変えるsgRNA薬候補を見出し、マウス実験においてこのsgRNA薬の腫瘍増殖抑制効果を確認した。平成28年度は、計画に従って「MΦ標的および骨髄腫細胞標的sgRNA薬併用in vitro試験」を実施する。また、平成27年度に実施できなかった「新鮮骨髄腫細胞に対する有効sgRNA薬のapoptosis誘導能試験」も行う予定である。平成29年度は、「MΦ標的および骨髄腫細胞標的sgRNA薬併用in vitro試験およびin vivo試験」を実施する。また、これまでに実施できなかった「新鮮骨髄腫細胞に対する有効sgRNA薬のapoptosis誘導能試験」も行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
癌微小環境制御因子netrin-1シグナルを標的とする新規髄芽腫治療法の開発

小児脳腫瘍である髄芽腫(medulloblastoma)は、小脳に発症する悪性腫瘍である。これまでに、髄芽腫細胞が分泌する『軸索誘導因子netrin-1』が髄芽腫細胞の浸潤性や血管新生を誘導することを見出した。そこで、netrin-1が髄芽腫癌幹細胞とその周辺環境組織に影響を与える『癌微小環境制御因子』ではないかと考えた。本研究では、髄芽腫癌幹細胞におけるnetrin-1とそのレセプターの役割を解明し、髄芽腫幹細胞のnetrin-1シグナルを標的とする阻害剤の探索・開発を行い、新たな髄芽腫治療薬の開発を目指す。本年度においては、髄芽腫癌幹細胞集団における特異的マーカーの探索を行った。癌幹細胞は低吸着皿を用いる浮遊培養にて培養を行い、通常培養下の細胞集団との遺伝子発現変化をマイクロアレイにて比較検討を行った。その結果、細胞接着に関わる遺伝子2種、および上皮間葉転換EMTに関わる転写因子1種において遺伝子発現変化が認められた。現在は、netrin-1がこれらの遺伝子発現制御に関わっているかどうかを検証している。一方で髄芽腫幹細胞におけるnetrin-1の役割を解析するためnetrin-1のノックアウト細胞の作成に着手している。そのために、netrin-1を標的とするCRISPR-Cas9ベクターを作成を完了しており、遺伝子導入の準備を進めている。作成後は、癌幹細胞形成に対する影響を浮遊培養およびFACSにてCD133マーカーの発現変化を検討する予定である。2018年度は髄芽腫幹細胞に特異的に発現するマーカーの検索を行った。これまでに明らかにしてきたnetrin-1とUNC5Cレセプターに加え、新たに3種を同定することに成功した。これらがnetrin-1シグナルとの関わりがあるかどうかは未知であるが、がんとの関連が報告されていることから、netrin-1シグナルとの関連性があると考えている。2019年度においては、同定した新規遺伝子とnetrin-1との関係性を精査し、癌幹細胞におけるnetrin-1の役割を明らかにしたい。また、netrin-1を標的とするCRISPR-Cas9ベクターが完成しており、netrin-1ノックアウト細胞を用いた検討も開始する予定である。海外出張の予定を次年度(2019年度)に変更したため。
ハイブリッド放電による反応性プラズマと成膜の制御

我々は反応性プラズマの制御を目的として、マイクロ波プラズマと高周波プラズマを混成したハイブリッドプラズマ装置を開発し、一昨年度および昨年度の本研究関連課題で、ハイブリッドプラズマにおけるプラズマ諸量及び成膜速度の制御性能について明らかにした。今年度はシランおよびメタンガスを用いた反応性ハイブリッドプラズマの分光計測を行い、ハイブリッドプラズマの特徴を更に明確にした。ここでは、成膜速度や膜質に影響を与えると考えられる反応性ガスのラジカルについて高周波極間の発光強度の空間分布を測定した。その結果次のことが明らかとなった。発光強度がラジカル密度に比例しているものとすると、ハイブリッドプラズマにおけるラジカル生成量は、マイクロ波プラズマ、高周波プラズマをそれぞれ単独に生成して得られるラジカル生成量の和よりも大きくなることが特徴的である。この結果は本ハイブリッドプラズマ装置が反応性プラズマの生成に有用であることを裏付けている。またハイブリッドプラズマにおいて、発光強度の空間分布はプロ-ブ計測から求めた電子密度の空間分布と対応していることもわかった。更に、高周波プラズマにおけるCHラジカルとSiHラジカルの発光強度に対するハイブリッドプラズマ、マイクロ波プラズマのそれらの発光強度比を調べた。その結果、マイクロ波プラズマの場合、SiHラジカルの生成効率はCHラジカルの生成効率より高いが、ハイブリッドプラズマではSiHラジカルの生成効率とCHラジカルの生成効率は同程度であることが明らかになった。
暑中環境下で打設されるコンクリートの品質向上に関する研究

暑中環境下で打設されるコンクリートは表層部の劣化、特に打設後かなり早い時期に生じる初期ひび割れが問題となる。本研究は、この初期ひび割れ発生の原因として表層部と中心部に生じる温度差に着目し、気温や湿度、及び風速や日射が上記の温度差に及ぼす影響に関して実験を行って来た。本年度はこれらの温度データを基に初期ひび割れ発生の判定方法を確立することを目的として、以下に示す研究を計画した。・コンクリートの若材令時における線膨張係数、及び引張り限界ひずみを測定する。・測定された線膨張係数を基に試験体に生じている温度ひずみを数値解析により算定する。算定された引張りひずみと引張り限界ひずみを比較する事により初期ひび割れが生じるか生じないかの判定を行う。若材令時における線膨張係数に関しては、硬化体の値よりも若干大きい値が得られ、材令とともに徐々に低下することを明らかにした。引張り限界いずみは打設直後はきわめて大きいが、水和の進行とともに急激に減少して水和反応速度が極大値を示す時期前後に極小値を示すこと、極小値は外気温度が高いほど小さくなるため暑中環境下ではひび割れが生じやすいことを確認した。また昨年度までの実験によると厚さ10cm程度の床スラブでは、水和反応が極大値に達する時期に温度差も最大となるためこの時期に初期ひび割れが生じやすいことが明らかとなった。これらの結果を基にひび割れ判定を行い、外気温度が高いほど上記の時期にひび割れが生じやすいことを定量的に明らかにした。また温度差に及ぼす調合や混和材の影響に関しても実験を行い成果を得た。今後線膨張係数や引張り限界ひずみの精度向上及び種々の要因の影響を検討し本方法の適用性を高めていく予定である。
地熱地帯の熱水流動履歴の研究

研究成果報告の概要は次のとおりである。(1)熱水変質岩中に生成したゼオライトの種類,産状,分布,生成条件の総括:ゼオライトはアルカリ性熱水溶液から約45種類のすべてが生成する.このゼオライト化作用は、カルシウム珪酸塩型,カルシウム-ナトリウム珪酸塩型,ナトリウム珪酸塩型に大別され、しばしば複数のゼオライトが累帯分布をしている.グローバルにみると、熱水性ゼオライトは主として造山帯火山弧における現在または過去の地熱地帯に集中している.しかし,その他にもプレート内部の地熱地帯の温度履歴のみならず,熱水の化学的性質の変遷も明らかになる可能性があるが、液体包有物やアイソトープのデータが得られず,ボーリング孔中の溶液データなど断片的にしか生成条件はわかっていない.(2)古遠部黒鉱鉱床地域の玄武岩中の変質鉱物の地球化学的研究:緑泥石と緑簾石の液体包有物温度の測定の結果,前者は230^と250°C,250^280°C,と生成温度に違いがみられた.また,前者の溶液/岩石比は生成時には最高40と高く,後者は0.1^0,8と小さい.溶液/岩石比が異なることに基づくのであろう。(3)南部フォッサマグナ地域の熱水性鉱床の硫黄同位体組織について測定した結果,大きく3つに区分され,母石の違いに基づくと考えられる。(4)北海道紋別市から産出したferrieriteについて(5)兵庫県生野鉱山から産出したpavoniteについて(6)埼玉県秩父鉱山産semseyiteの再検討(7)山梨県乙女鉱山末広脈の鉱化作用について研究成果報告の概要は次のとおりである。(4)北海道紋別市から産出したferrieriteについて(5)兵庫県生野鉱山から産出したpavoniteについて(6)埼玉県秩父鉱山産semseyiteの再検討(7)山梨県乙女鉱山末広脈の鉱化作用について本年度の主な研究成果は以下のとおりである.(1)仙岩地熱地帯の地表サンプルおよびボーリングコアを用いて,変質鉱物の産状と分布を明らかにした.その結果,この地熱地帯および周辺にはカルデラ型ゼオライト化作用,熱水変質作用,続成作用の3種の成因の異なる変質作用あ区別された.さらに,熱水変質作用は,酸性,中性,アルカリ性の3種に区分される.カルデラ型ゼオライト化作用とアルカリ型熱水変質作用はともにゼオライトを特徴鉱物とするが,産状と分布が異なり,後者は前者に重複し後期に生成している.(2)ゼオライトと共生する炭酸塩鉱物中の液体包有物充填温度を測定したが,ゼオライトの合成実験による生成温度と有意の差はなかった.同様な結果は高草山アルカリ岩の場合にも得られており,ゼオライトの生成温度推定に使えるかも知れない.(3)種々の熱水変質岩について帯磁率の測定を行った.その結果,帯磁率の減少は熱水の化学的性質と流動量の両方によるらしいことが明らかになった.これを応用して,熱水流動の中心を推定することが可能であろう.(4)十和田・八甲田地熱地帯について地表調査を行ない熱水変質帯を確認した.ボーリングコアについては現在XRD分析中である.本年度は活地熱地帯の一つである三途川カルデラの変質作用の研究を行った.地表サンプルについてはXRD分析が終了し,変質図を作製した.ボーリングコアについても新しく入手したものを除いてXRD分析を終了し,薄片観察を行っているところである.以下に得られた成果の概略を述べる.(1)変質鉱物として,シリカ鉱物,長石,沸石,粘土鉱物,炭酸塩鉱物,硫酸塩鉱物,硫化物,その他の28種を同定した.(2)これらの変質鉱物は産状と分布から,カルデラ型沸石化作用,(熱変成作用,酸性熱水変質作用,中性熱水変質作用,アルカリ性熱水変質作用の5種に分けられる.ただし,熱変成作用については熱源を特定していない.

(3)最も広域的にみられるのはカルデラ型沸石化作用であり,中心から周辺へ,ワイラカイト帯→濁沸石帯→(方沸石帯)→モルデン沸石卓越帯→斜プチロル沸石卓越帯→弱変質帯→未変質帯と累帯分布する.(4)3つの熱水変質作用は上記の変質帯に重複する型で,断層や岩脈に沿って現われている.3つのうちでは中性熱水変質作用が最も広く現われている.西日本には九州を除き,活地熱地帯は知られていない.しかし,地質時代に地熱地帯であった可能性の高い場所があり,本年度は主としてその調査を行った.その結果は以下のとおりである.1.山陰地方の古第三紀カルデラ:東北日本の新第三紀カルデラには現在も活地熱地帯となっている所が多く,これとの比較は最も期待された.しかし,調査結果では確かな地熱地帯であった証拠は見い出せなかった.その理由の一つは,カルデラの上部が削剥されているため,熱水流動の証拠を示す変質帯を確認することができないことによる.しかし,緑泥石や絹雲母はカルデラ下部および周辺部に広く認められており,濁沸石もしばしば検出されている.したがって,これらのカルデラでも熱水系が形成されていた可能性は高い.2.愛知県設楽カルデラ:設楽の新第三系下部の堆積岩についてはUtada(1970)がゼオライトによる分帯を行い,続成作用によるものとしている.しかし,その後,高田(1987a,b)がカルデラ構造を明かにしたため,再調査を行った.その結果,上部の流紋岩類中に顕著な熱水変質が認められた.この熱水変質は北北東-南南西のトレンドをもつ脈状のものが多く,岩脈の方向とほぼ一致している.しかし,変質の時期は数回あるらしく,方向の異なるものもみられる.変質鉱物は絹雲母を主とし,一部は採掘も行われている.この変質域はカルデラ外の基盤中にも及んでおり,変質の時期とともに興味深い.中央構造線沿いには設楽カルデラの他にも石槌山カルデラがあり,その構造と熱水系の形成メカニズムは今後更に研究する必要がある.
回転球面上の乱流における形態発現機構

回転球面上における流体運動は,領域のコンパクト性および回転効果の緯度依存性(いわゆるベータ効果)のために,平面上の流体運動には見られない流れ形態の形成現象を示し,地球惑星科学における大気や海洋の運動の基礎的性格と強く結びついている。本研究では,このような回転球面上において,主として乱流初期条件のもとに見られる流れの形態形成と,それに関連する流体力学的問題および数値解析的問題を扱った.まず,海洋を念頭に置き,球面上で円形の境界をもつ領域内での2次元乱流運動を数値的に調べ,剛体境界が赤道と一致する場合(南半球)には,乱流初期条件から西風周極流が形成されることを見出した.これは,球面全領域の場合に東風周極流が形成されることと対照的であり興味深い.これらの周極流の形成は,Rossby波と帯状流の相互作用によってもたらされるが,この非線形相互作用の機構を,弱非線形相互作用の枠組みで扱い,形成されるジェットの東西非対称性に関する特性を,理論的および数値解析的に扱った.境界が子午線と一致する半球領域の場合には,強制風のもとで西岸強化流が見られるが,強制風の強さをパラメータとするときの西岸強化流の不安定性について,Hopf型不安定性に伴う超臨界分岐の存在を見出し,その不安定性の中心の位置と大規模渦の関連を調べた.さらに,地球大気運動の重要な要素の一つである水の相転移に関連する運動について,湿潤対流の形態形成について,積雲対流活動と循環場の関連に着目し,活発な降水域の影響を調べた.またこれらの研究の遂行に必要な関連する数値コードの整備を行い,いくつかの新しいスペクトル法を提案・実行するとともに,乱流に関わる流体方程式の解の性質についても調べた.回転球面上における流体運動は,領域のコンパクト性および回転効果の緯度依存性(いわゆるベータ効果)のために,平面上の流体運動には見られない流れ形態の形成現象を示し,地球惑星科学における大気や海洋の運動の基礎的性格と強く結びついている。本研究では,このような回転球面上において,主として乱流初期条件のもとに見られる流れの形態形成と,それに関連する流体力学的問題および数値解析的問題を扱った.まず,海洋を念頭に置き,球面上で円形の境界をもつ領域内での2次元乱流運動を数値的に調べ,剛体境界が赤道と一致する場合(南半球)には,乱流初期条件から西風周極流が形成されることを見出した.これは,球面全領域の場合に東風周極流が形成されることと対照的であり興味深い.これらの周極流の形成は,Rossby波と帯状流の相互作用によってもたらされるが,この非線形相互作用の機構を,弱非線形相互作用の枠組みで扱い,形成されるジェットの東西非対称性に関する特性を,理論的および数値解析的に扱った.境界が子午線と一致する半球領域の場合には,強制風のもとで西岸強化流が見られるが,強制風の強さをパラメータとするときの西岸強化流の不安定性について,Hopf型不安定性に伴う超臨界分岐の存在を見出し,その不安定性の中心の位置と大規模渦の関連を調べた.さらに,地球大気運動の重要な要素の一つである水の相転移に関連する運動について,湿潤対流の形態形成について,積雲対流活動と循環場の関連に着目し,活発な降水域の影響を調べた.またこれらの研究の遂行に必要な関連する数値コードの整備を行い,いくつかの新しいスペクトル法を提案・実行するとともに,乱流に関わる流体方程式の解の性質についても調べた.回転球面上の2次元乱流における形態形成過程を調べるため、球面上において乱流初期値から出発する数値実験を行い、出現する形態と系のパラメータの関係を調べた。まず、流れ領域に円形の剛体境界を設定し、境界周辺において強度が減衰する乱流場を初期値とする場合について、アンサンブル実験を含んだ数値実験を集中的に行った。領域の位置と大きさには多様性があるが、特に、回転ベクトルの方向が地球と同じで、領域が南半球に一致する場合、初期乱流場の時間発展において、南極周辺において西風周極流が出現することが見出され、これは80アンサンブルを用いた数値実験でも確認された。これは、流れ領域が全球面である場合に極域に東風周極流が出現することと対照的である。また、この西風周極流は、領域境界を赤道から北半球側や南半球側に動かしてもロバストに出現することが見出された。このような周極流の出現は、乱流場から出現する大規模流れパターンであることに大きな特徴がある。このような西風周極流の出現は、定性的には、ロスビー波が東風運動量を伴って領域境界まで伝播し粘性散逸によって消滅するため、という過程が示唆されるが、この説明の定量的裏付けは現在進行中である。また、これに関連して、乱流場解析手法のためのウェーブレット解析手法、乱流場のおける角運動量輸送場の解析、異なる波動を伴う流れ場として回転球面上の浅水方程式の数値実験なども行った。昨年度に引き続き、回転球面上の2次元乱流の数値実験を行い、また回転系における乱れた流れの性質などを調べた。回転球面系の流れ領域は、球面上において円形の剛体境界をもつ領域とし、自由減衰乱流の場合、および、東西方向の強制風が存在する場合について、流れ領域を平面上の円盤領域に写像した後、チェビシェフ多項式と三角関数による擬スペクトル法を用いて数値計算を実行した。

我々はこれまで、流れ領域が南半球の自由乱流の場合には、初期条件が典型的な乱流場の場合、時間発展とともに南極を中心とする西風周極流が出現することを見出した。このとき初期場は、剛体境界と両立するよう乱数と窓関数を用いて作成していたが、ここでは、この窓関数の形状をさまざまに変えた場合にもやはり西風周極流が出現することを見出し、西風周極流がロバストな現象であることを確認した。一方、流れ領域が子午線を剛体境界とする自由減衰流の場合(縦半球)については、これまでに、東から西に進行する波動解を数値的に見出していたが、さらに、東西強制風が存在する場合について数値実験を行い、時間発展とともに、流れ場が一定のパターンに落ち着くことを見出した。このパターンは、ベータ面上のStommelの西岸強化流に対応するもので、流れ領域の西端の狭い南北流と、それ以外の領域の反流から成っている。強制風の増加につれて、この流れには離岸領域に流れ関数の褶曲が現れ、また、定常解から振動解への遷移が発生することを見出した。この遷移をもたらす分岐について、現在、数値実験とデータ解析を続行している。昨年度に引き続き,回転球面上の2次元乱流の性質を調べ,特に,流れ領域が球面全体ではなく境界が円形の部分領域の場合について,東西強制風が存在する流れの大規模数値実験を行った.この流れは,回転方向を地球と同じ向きにとったとき,線形領域では「海洋」の西岸で強い北向きの流れとなることがベータ面上の線形理論から知られている.ここでは,回転球面上で子午線を境界とする半球領域(「縦半球」)において東西強制風の強さをパラメータとし,このパラメータを次第に増加させて非線形効果を増大させて流れの分岐を調べた.その結果,東西風が弱い場合は流れは定常的な西岸強化流となるが,十分に強い東西風の場合,解は時間的に振動することが見出された.さらにパラメータを細かく動かして振動振幅とパラメータの関係を調べたところ,振動が発生する分岐点の近傍で,振幅の2乗と分岐点から計った分岐パラメータの間に線形関係があることを見出した.これは振動の発生がHopf分岐であることを示唆している.またこの振動は,西岸強化流が離岸して東向きに流れた直後の北側で最大の振幅を持っており,振動の位相はこの最大振幅点に向けて位相が概ね南東から北西に進行している.これは東西方向に関して西向きである点ではロスビー波の性格と一致しているが,詳細な解析は続行中である.また最大振幅点がどのように特徴づけられるのかはまだ明らかではなく,これについても引き続き解析を行っている.
動脈老化と動脈中膜変性疾患（大動脈解離、脳動脈瘤、脳動脈解離）のプロテオーム解析

動脈老化は高齢者の心不全、腎不全の原因であり、大動脈中膜の加齢性変化により生じるが、その発生機構は不明である。大動脈解離症も大動脈中膜の何らかの異常による。本研究の目的は動脈老化および大動脈解離症における中膜構成タンパク質の変化をプロテオーム解析により網羅的に解析することである。大動脈解離症では筋収縮関連タンパク質の変動、ストレス応答タンパク質の増加と細胞外基質タンパク質の減少が認められた。一方、加齢により平滑筋細胞アクチンが減少し、様々なストレス関連タンパク、プロテオグリカン関連タンパク質が増加していた。本研究により動脈老化、大動脈解離症に特徴的な大動脈中膜構成タンパク質の変化が同定された。1.具体的内容(1)目的本研究の目的は動脈中膜組織のプロテオーム解析により動脈老化、非症候群性動脈中膜変性症(大動脈解離など)のタンパク質、タンパク質修飾の病態を明らかにすることである。加齢性中膜変性硬化症、大動脈解離では何れも、動脈壁の脆弱性、先天的異常が指摘されているが、その本態に関してはよく分かっていない。本研究ではタンパク質やタンパク質修飾の増減を網羅的に検討するプロテオーム解析を用いて病態の解析を行う。(2)試料採取状況平成23年度は試料の採取が中心であり、東京都監察医務院で平成24年3月までに25例の組織採取を終え、その後、文書による研究利用承諾書を16例で得ることが出来た。またセンターでは12症例の研究利用が可能となった。全例について大動脈中膜を用いてビーズ式破砕装置を用いて機械的に可溶化し尿素変性条件下でタンパク質抽出を終了している。(3)プロテオーム解析超高齢者2名(100, 96歳)、大動脈解離2例について、対照群8名を用いて2次元電気泳動によるスポットの定量解析後、発現の変動したスポットについてMALDI-TOF MS, MALDI-TOF MS/MSによる解析を行った。その結果、動脈老化においては低分子型、低等電点のビメンチンの増加が見られた。また大動脈解離症において、アクチン、ミオシン、トロポミオシン、S-100など、平滑筋収縮に関与するタンパク質スポットが変動していた。2.意義と重要性動脈老化は高齢者の高血圧、うっ血性心不全、大動脈瘤の原因として重要であり、動脈中膜変性症は、重要な致死性疾患である。まだ研究途上であるが、プロテオーム解析により様々な大動脈壁構成タンパク質が変動を検出することが出来た。本研究により、動脈老化の機序解明、動脈中膜変性症の病因の解明、予防の開発に繋がると期待される。1.具体的内容(1)目的動脈老化、大動脈解離症では、動脈壁の脆弱性、先天的異常が指摘されているが、その本態に関しては不明である。本研究の目的は動脈中膜組織のプロテオーム解析により動脈老化、大動脈解離症のタンパク質、タンパク質修飾を網羅的に検討する事である。(2)方法大動脈解離症の解析については対照群6例、解離症例6例、加齢変化の解析については若齢者3例、中齢者5例、高齢者4例の解剖例で胸部大動脈壁を採取し実験に用いた。大動脈中膜は、マッシャーやジルコニアビーズを用いて破砕し、タンパク質を抽出した。蛍光色素を用いてタンパク質のラベルを行った後、二次元電気泳動(2D DIGE)を行い、蛍光スキャナーにより画像を取り込んでスポットの定量解析を行った。発現の変動したスポットについて、トリプシンによるゲル内消化を行い、MALDI-TOF/MS及びMALDI-TOF/MS/MSを用いた質量分析により、タンパク質を同定した。(3)結果大動脈解離症において、アクチン、ミオシン、トロポミオシンなど、平滑筋の収縮に関与するタンパク質スポットが変動していた。また、低分子型のビメンチンが減少しており、大動脈解離症の動脈中膜においてビメンチンの翻訳後修飾が重要であることが示唆された。加齢によっても同様に、平滑筋収縮に関与するタンパク質スポットが変動するほか、extracellular SOD (EC-SOD)、glutathione S-transferase、peroxiredoxin 2などの酸化ストレス関連タンパク質も変動していた。2.意義と重要性プロテオーム解析により大動脈解離症および動脈老化に関連して大動脈壁構成タンパク質が変動を検出することが出来た。本研究により、動脈老化の機序解明、大動脈解離症の病因解明、予防法開発に繋がると期待される。本研究の目的は動脈中膜組織のプロテオーム解析により動脈老化、非症候群性動脈中膜変性症(大動脈解離など)のタンパク質、タンパク質修飾の病態を明らかにすることである。加齢と共に動脈は老化し、硬くなる。

広く動脈硬化と呼ばれるこの現象は病理学的には内膜を中心とした粥状硬化症と、中膜を中心とした「加齢性中膜変性硬化症」に分かれる。加齢性中膜変性硬化症では弾性動脈が拡張し、動脈壁が硬化する。その結果として、大動脈瘤、収縮期高血圧、うっ血性心不全、冠不全、大動脈弁逆流症などの高齢者に特有の病態を引き起こす。一方、大動脈解離は心タンポナーデ・縦隔出血を起こす致死性疾患である。加齢性中膜変性硬化症、大動脈解離では何れも、動脈壁の脆弱性、先天的異常が指摘されているが、その本態に関してはよく分かっていない。本研究ではタンパク質やタンパク質修飾の増減を網羅的に検討するプロテオーム解析を用いて病態の解析を行う。平成23年度は試料の採取が中心である。加齢性中膜変性硬化症の検討では若年、中年、高年の正常大動脈試料を採取する必要がある。中高年では病理解剖時に試料を採取することが可能であるが、若年齢では死亡することが少なく正常な組織試料を得ることは極めて困難である。本研究では東京都監察医務院の協力により組織試料を得ることが可能となった。まず、監察医務院の組織採取に関しては監察医務院、東京都健康長寿医療センター双方の倫理委員会の承諾を2011年5月に得た。試料採取は7月に開始が可能となったが、夏期では死体の腐敗が進むため、試料採取を一旦中断し11月から採取が可能となった。2012年3月までに25例の組織採取を終えた。センターでも高齢者症例8例の組織採取を終えた。またセンターで試験的に採取した大動脈壁を用いてビーズ式破砕装置を用いて機械的に可溶化し尿素変性条件下でタンパク質抽出を行い成功した。研究当初の計画では動脈老化研究のために若年齢、中高齢、高齢を各5-10例、大動脈解離症例を5-10例採取することになっている。平成23-24年度にかけて動脈老化に関しては若年者(平均26歳)、中年者(57歳)、高齢者(91歳)の各5症例の試料が、また動脈解離に関しては解離群6例、対照群6例の試料が全て揃った。プロテオーム解析についても、上記「9.研究実績の概要」に示すように、動脈老化、動脈解離共に有意な解析結果を得ることが出来た。組織採取は成功しており、今年度はプロテオーム解析を行う。来年度は最終年度にあたり、これまでに得られた大動脈試料を用いて、プロテオーム解析を行う。タンパク質の修飾についても検討する。更に発現に有意差が認められたタンパク質についてはウエスタンブロット、免疫組織化学的検討により、結果を確認する。また変動のあったタンパク質については様々なシステムバイオロジー解析手法を用いて解析を試みる。組織採取は成功しており、次年度以降にプロテオーム解析を行う。来年度の研究費はプロテオーム解析、学会発表、論文作成に用いる。本年度後半ではプロテオーム解析を計画していたが、プロテオーム解析担当の戸田年総先生が2011年12月に横浜市立大学に異動されたため行えなかった。次年度以降では三浦ゆり先生がプロテオーム解析担当されるため研究遂行に支障はない。
未分化造血器腫瘍におけるリコンビナーゼ活性化遺伝子(RAG-1)発現の探索

造血器腫瘍において、免疫グロブリン・T細胞受容体の遺伝子の単クローン性再構成の有無が検索が可能となっている。しかし、これらは、単クローン性の証明手段として有用であるとしても、所属分化経路や成熟度の評価には、未知の問題が含まれる。種々の形質検索で解釈できず、遺伝子再構成検索で結論が得られる状況は極めて希なことも判っている。ボルテイモアらは、再構成作用を惹起する分子の遺伝子を単離し、リコンビナーゼ活性化遺伝子(RAG-1)と名付けた。RAG-1遺伝子発現のヒト造血細胞及び造血器腫瘍での分布の既知なものは僅かに過ぎない。このRAG-1の発現分布のRT-PCRによる探索を企図した。まず、31種類のヒト株化造血器腫瘍細胞について検索し、未分化段階由来のリンパ球系細胞においてのみ発現が認められ、成熟段階由来のリンパ球系細胞やHodgkin株細胞では検出されないことを確認にて、設定したプライマーの条件などが十分に的確であることを確認した。次に、45例の新鮮腫瘍細胞について検索した。B系統(23例)では、CD19+10-20-及びCD19+10+20-段階で強い発現があり、CD19+10+20+の段階まで成熟すると弱い程度にしか発現が認められなかった。T系統(22例)では、CD7+5-2-,CD7+5+2-,CD7+5+2+3-4-8-,などの前胸線段階では、RAG-1発現は認められなかった。胸線段階(CD3±CD4+8+)では、強い発現が認められ、CD3+4+8-の段階では減弱していた。一般に、前胸腺段階では、T細胞受容体遺伝子の再構成について、δ錯やγ錯までしか再構成は進んでおらず、β錯遺伝子は胚細胞型のままであり、胸腺段階に至って初めて、β鎖遺伝子の再構成が起こる。従って、今回の結果からは、(1)造血器腫瘍細胞のRAG-1発現は、由来の分化段階に応じて維持されていて、造血細胞分化地図作製上、RAG-1のような形質についても腫瘍細胞が有用らしいこと、(2)RAG-1のT細胞受容体遺伝子再構成への関与は、β錯の場合と異なり、δ錯やγ錯については、少なくとも量的に限られているらしいこと、が分かった。特に、(2)は、今後確定すべき新知見である。RAG-1遺伝子発現の検出のために逆転写PCR(DNA重合酵素連鎖反応)のシステムを株細胞で確立した。(「PCR法によるRAG-1遺伝子の検索」医学のあゆみ:157巻709頁、1991年)。株細胞の個数を31種類まで増やして検討した結果、未分化白血球/リンパ腫由来の株細胞で発現を認め、末梢段階由来のものやHodgkin株細胞では活性を認めず、RT-PCRで検出しているRAG-1について予想された分布であり有意性を確認した。そして新鮮リンパ腫/白血病材料45症例について検討を加えた。

B-lineageでは、最も未分化な段階(Reinherzの分化段階分類の第2期)から十分量の発現を認め、第3期に最高に達し、第4期以降では減弱して、成熟B細胞の段階以降は、RAG-1の発現を認めなかった。T-lineageでは、前胸腺段階(CD7+ CD5- CD2-,CD7+ CD5+ CD2-、CD7+ CD5+ CD2+ CD3- CD4- CD8-)では、RAAG-1発現は陰性か極めて限られ、胸腺段階で非常に強い発現を示し、それ以降の分化段階では減弱し、末梢段階由来の腫瘍ではRAG-1発現を認めなかった(Blood 82:207-216,1993)。T細胞受容体のδ鎖やγ鎖の遺伝子再構成は、前胸腺段階でも起こっていて、そもそも遺伝子破壊マウスの実験結果からは、T細胞受容体のβ鎖遺伝子再構成だけでなく、δ鎖やγ鎖の遺伝子再構成についてもRAG-1発現は必須とされている。RAG-1発現が前胸腺段階では陰性か限られた程度にしか発現のないという我々の研究の結果は、これら遺伝子破壊マウスの研究結果と異なっていて、今後の展開が注目される。我々は、遺伝子破壊マウスでT細胞受容体δ鎖やγ鎖の遺伝子再構成が全く起こっていないという検索が十分でない可能性がかなり、我々の臨床材料の多数例の結果の方が正しい可能性がかなりあると予測している。前年度に株細胞や新鮮腫瘍細胞について、B系統では、CD19+10-20-及びCD19+10+20-段階で強い発現があり、CD19+10+20+の段階まで成熟すると弱い程度にしか発現が認められないことを見いだした。又、T系統では、CD7+5-2-,CD7+5+2-,CD7+5+2+3-4-8-,などの前胸腺段階では、RAG-1発現は認められず、胸腺段階(CD3±CD4+8+)では、強い発現が認められ、CD3+4+8-の段階では減弱することを見いだした。一般に、前胸腺段階では、T細胞受容体遺伝子の再構成について、δ鎖やγ鎖までしか再構成は進んでおらず、β鎖遺伝子は胚細胞型のままであり、胸腺段階に至って初めて、β鎖遺伝子の再構成が起こる。実際に検索した材料について、T細胞受容体のδ鎖、γ鎖更にβ鎖の単クローン性再構成を検索し、これを確認した。例外的に、CD7+5+2-の前胸腺段階でβ鎖遺伝子の単クローン性再構成が起こっていた例では、RAG-1が検出された。従って、今回の研究の結論の、(1)造血器腫瘍細胞のRAG-1発現は、由来の分化段階に応じて維持されていて、造血細胞分化地図作製上、RAG-1のような形質についても腫瘍細胞が有用らしいこと、(2)RAG-1のT細胞受容体遺伝子再構成への関与は、β鎖の場合と異なり、δ鎖やγ鎖については、少なくとも量的に限られているらしいこと、は確認された。次に、CD7+5+2-の前胸腺段階由来と思われる株細胞(Kasumi-3)をIL-7存在下で培養し、元来は検出されないRAG-1が検出されるようになるかどうか、検討した。IL-7存在下でも、RAG-1発現は誘導されず、この株細胞にRAG-1発現を誘導するのにはその他の液性因子について研究する必要のあることが分かった。
Physioxiaを対象にした酸素に対する真の生体応答機構の解析技術の創出

酸素は生命に必須の生体ガスであり、多彩な細胞応答機構を通じて生体の恒常性維持にかかわる。本研究では最新の生体イメージング技術を発展・改良し、従来にない新規のアプローチを創出することで、酸素に対する生体応答の実態をin vivoで明らかにすることを目的とする。本年度は、二光子りん光寿命イメージングを実施することができる時間相関単一光子計数法を搭載した二光子励起顕微鏡を用いた生体イメージングの実験系を確立し、破骨細胞を蛍光標識したマウスを生かした状態で骨組織内の蛍光・りん光寿命の同時計測を行なった。本法を活用し、麻酔下のマウス骨髄内の破骨細胞からのりん光寿命の測定を行なった。次に、破骨細胞の初代培養を活用することで酸素分圧とりん光寿命との関係を示す検量線を作成した。以上によって、生きたマウスの骨組織内で破骨細胞が晒されている酸素分圧を定量することに成功した。続いて、マウス個体を低酸素暴露することで、破骨細胞のりん光寿命がリアルタイムに変動することを観察し、酸素分圧が実際に低下することを定量的に明らかにした。生体内の種々の細胞は低酸素環境にあると従来研究で示されているが、実際にどの程度の酸素分圧に晒されており、それがどの程度変動するかの定量的な証明はほとんどなされていなかった。本研究によって、骨髄内の破骨細胞の生理的な酸素分圧の変動範囲が初めて明らかとなった。さらに、従来の低酸素応答研究において行われてきたin vitro解析の酸素濃度条件が極端に高酸素であることを本成果は示しており、酸素に対する生体応答を培養細胞によって解析するには注意を要することが考えられる。本年度では、二光子りん光寿命イメージングによる酸素イメージング法を用いて、破骨細胞が生理的な環境下で晒されている酸素分圧「Physioxia」の計測に成功を収めており、おおむね順調に進展している。今後は、実験系が立ちあがりつつあるエネルギー代謝の寿命イメージング法を活用することで、破骨細胞のPhysioxiaの破綻がどのようにエネルギー代謝系に影響を及ぼすかを明らかにする。さらに、破骨細胞以外の骨髄内細胞を蛍光可視化するレポーターマウスの系統をもいることで、様々な骨髄内細胞が生理的な環境下で晒されている酸素分圧「Physioxia」の計測も試みる。
円石藻における石灰化及び光合成関連遺伝子に関する研究

1.Pleurochrysisの円石欠損変異株と野性株とからcDNAを調製し、ディフェレンシャル・スクリーニングにより、野性株でのみ発現している石灰化に関連する遺伝子を探索した。現在までに、野性株でのみ発現している遺伝子の部分的cDNAクローン1個を得た。この遺伝子は野性株でのみ約2kbのmRNAとして発現していることが、ノザンハイブリダイゼーションにより明らかとなった。今後全長を含むクローンを単離することにより、石灰化関連遺伝子への手掛かりが得られる可能性が強いと考えられる。2.石灰化に関与する遺伝子を円石欠損変異株に導入することを目的として、遺伝子導入系の開発を試みた。先ず、微細藻類のモデル系としてクラミドモナスを用い、エレクトロポレーションによる遺伝子導入系の改良を行った。浸透圧調整(TAP培地+40mMショ糖)を行い、プレーティング時にコーンスターチを加えることにより、従来のグラスビーズ法の100倍程度の効率で(8×10^4transformants/μgDNA)形質転換体を得ることができた。次に、円石藻の形質転換体選択用培地の検討を行ったところ、Pleurochrysisでは20μg/mlのzeocinでコロニー形成が完全に阻害されることが明らかとなったので、今後はzeocin耐性遺伝子であるble遺伝子を用いてPleurochrysisでのエレクトロポレーションの条件を検討する予定である。3.既に決定しているPleurochrysis等のRuBisCO遺伝子の塩基配列をもとに、新たにCalcichrysisなど16種のハプト藻のrbcLをPCR法により増幅し、その塩基配列を決定した。既に決定している遺伝子と合わせて、23種のハプト藻について最節約法等により分子系統樹を作製した。その結果、円石藻は単系統であること、その単系統群はEmiliania、Gephyrocapsa、Helicosphaeraからなるクラスターと他の円石藻からなるクラスターに分かれること、円石をもたないIsochrysisは、Emiliania、Gephyrocapsaのクラスターに含まれることが示唆された。1.これまでに得られていたPleurochrysisの円石欠損変異株と野性株とからcDNAを調製し、ディフェレンシャル・スクリーニングにより、野性株でのみ発現している石灰化に関連する遺伝子を探索した。この遺伝子は、野性株でのみ約2kbのmRNAとして発現していることが、ノザンハイブリダイゼーションにより明らかとなった。今後全長を含むクローンを単離することにより、石灰化関連遺伝子への手掛かりが得られる可能性が強い。新たな円石欠損株の単離については、顕微鏡によってスクリーニングを行なうため時間がかかり遅れ気味であるが、石灰化関連遺伝子を探索し、また円石の必要性を推定するために重要であるので、引き続き行なう予定である。2.既に決定しているPleurochrysis等のRuBisCO遺伝子の塩基配列をもとに、新たにCalcichrysisなど16種のハプト藻のrbcLをPCR法により増幅し、その塩基配列を決定した。

その結果、円石藻は単系統であること、その単系統群はEmiliania、Gephyrocapsaからなるクラスターと他の円石藻からなるクラスターに分かれること、円石をもたないIsochrysisは、Emiliania、Gephyrocapsaのクラスターに含まれることが示唆された。3.ハプト藻の光合成特性の検討については、現在株の入手及びその培養にあたっている段階である。培養可能になりしだい、光合成特性を調べる予定である。1.申請者らは、これまでに円石藻Pleurochrysisを用いて円石形成細胞で特異的に発現している遺伝子の3′端を含むcDNA断片を得ていたが、さらに5′上流域の配列を明らかにするため、5′上流域をPCR法により増幅した。すなわち、cDNAライブラリーのベクターの配列とcDNA断片の配列とを基に合成した3種類のプライマーを用いて2段階のPCRを行い、増幅されたDNAの配列を決定した。この方法によりさらに200塩基対ほど5′上流域を含むDNA断片を得ることができたが、5′端を含むと考えられるDNA断片は単離することができなかった。2.石灰化に関与する遺伝子を円石欠損変異株に導入することを目的として、遺伝子導入系の開発を試みた。先ず、微細藻類のモデル系として、増殖が速くマーカー遺伝子を導入した形質転換体の選択条件も確立しているクラミドモナスを用いて、エレクトロポレーションによる遺伝子導入系の改良を行った。浸透圧調整(TAP培地+40mMショ糖)を行い、プレーティング時にコーンスターチを加えることにより、従来のグラスビーズ法の100倍程度の効率で(8x10^4transformants/μgDNA)形質転換体を得ることができた。次に、この方法を円石藻にも応用することを目指して、円石藻の形質転換体選択用培地の検討を行った。クラミドモナスや高等植物で用いられているble遺伝子やneo遺伝子が使えるかどうか調べるために、Pleurochrysisの増殖に対するzeocinやKmの影響を調べたところ、Kmでは700μg/mlでもコロニー形成はほとんど阻害されなかったが、zeocinでは20μg/mlで完全に阻害された。今後は、zeocin耐性遺伝子であるble遺伝子を用いてPleurochrysisでのエレクトロポレーションの条件を検討する予定である。
チーターの高速走行を可能にする力学条件の解明とその応用

(1)バウンド歩容において体幹柔軟性が床反力を低減するメカニズムの動力学的解明以前の研究(Kamimura et al., Artif. Life Robotics, 2015)において,体幹の中央部に回転バネとジョイントを持つシンプルなモデルを用いて,4脚ロボットのバウンド歩容において,体幹柔軟性をもたせた場合とそうでない場合を比較したとき,体幹柔軟性があるほうが脚にかかる床反力を低減できることを示した.ただし,体幹のバネを固くするにつれて,床反力が低減するという結果も同時に示された.これらの一見矛盾した現象を説明するため,モデルにいくつかの力学的な拘束を導入し,さらにシンプルなモデルを構築することで周期解を解析的に求めた.得られた解析解から,体幹柔軟性を持つモデルにおいて,体幹が一つの剛体でできているモデルよりも床反力が低減されたメカニズムが示された.さらに,バネ定数が大きくなるにつれて床反力が低減するメカニズムを示し,上記の現象に対して説明を与えた.(2)チーターのギャロップにおいて,2種類の飛翔期が交互に現れるメカニズムの動力学的解明実際のチーターの高速走行は脚が地面についている立脚期と脚が地面から離れている飛翔期を繰り返す.飛翔期において,体幹を曲げているものと体幹を伸ばしているものの2種類が交互に現れる.これに対し,上記の研究で得られた周期解では,体幹を伸ばしている飛翔期を持つものしか得られなかった.これはチーターの走行を力学的に再現するには不十分であり,どのような条件下で2種類の飛翔期が得られるかを探る必要があると考えた.モデルを改良し,その周期解を解析的に計算した結果,体幹の質量中心に対して床反力を受ける位置が,飛翔期の種類を決定するために重要な役割を果たしていることが明らかになった.さらに解析解から,2種類の飛翔機が交互に現れるための力学的条件が示された.本年度は,1これまでの研究成果をまとめた原著論文が採録され,2新たな研究課題に取り組み,得られた結果の検証のために外部の研究機関と共同研究を行い,当初の計画以上の研究の進展があった.1バウンド歩容における体幹柔軟性と床反力の関係について,シンプルなモデルを用いた解析解を用いることで,床反力が低減されるメカニズムを簡潔に説明した.この結果について国内学会SCI'18で口頭発表を行い,その成果を認められて学生発表賞を受賞した.さらに,結果をまとめた論文を筆頭著者として執筆し,IEEE Robotics and AutomationLettersに採録され,国際学会IROS2018における発表を行った.2これまでの研究で用いていたシンプルなモデルから得られる周期解が,チーターのギャロップの歩容特徴を再現するには不十分だと考え,モデルの改良・周期解を求める力学条件の再検討を行った.その結果,チーターのロータリーギャロップを再現する周期解を得るための条件を解析的に明らかにした.さらに,モデル解析の妥当性を検証するため,実際のチーターの走行データとの比較が重要と考え,実際の計測データとの比較を行った.現在はこれらの内容についてまとめた原著論文を執筆中である.現在のモデルは多くの仮定を含み,前進方向の運動やピッチ方向の回転運動を持たない.走行運動を再現し解析するには,これらの運動を含めて考えることが肝要である.そこで,今後の研究においては,現在のモデルに含まれている仮定を解放することを考えている.ただし,この場合モデルが複雑になり,解析し原理を理解できる領域を超えてしまう可能性がある.そこで,前進方向の運動や回転運動は微小であると仮定し,摂動法を用いて解析する方法を考えている.さらに,ロボット実機を用いて,これまでの解析によって得られた知見が,ロボットモデルを用いても得られるかを検証する.これは生物データとの比較よりも実験条件を整えやすく,より限定的な力学現象を検証するのに適していると考えられる.(1)バウンド歩容において体幹柔軟性が床反力を低減するメカニズムの動力学的解明以前の研究(Kamimura et al., Artif. Life Robotics, 2015)において,体幹の中央部に回転バネとジョイントを持つシンプルなモデルを用いて,4脚ロボットのバウンド歩容において,体幹柔軟性をもたせた場合とそうでない場合を比較したとき,体幹柔軟性があるほうが脚にかかる床反力を低減できることを示した.ただし,体幹のバネを固くするにつれて,床反力が低減するという結果も同時に示された.これらの一見矛盾した現象を説明するため,モデルにいくつかの力学的な拘束を導入し,さらにシンプルなモデルを構築することで周期解を解析的に求めた.得られた解析解から,体幹柔軟性を持つモデルにおいて,体幹が一つの剛体でできているモデルよりも床反力が低減されたメカニズムが示された.さらに,バネ定数が大きくなるにつれて床反力が低減するメカニズムを示し,上記の現象に対して説明を与えた.(2)チーターのギャロップにおいて,2種類の飛翔期が交互に現れるメカニズムの動力学的解明実際のチーターの高速走行は脚が地面についている立脚期と脚が地面から離れている飛翔期を繰り返す.飛翔期において,体幹を曲げているものと体幹を伸ばしているものの2種類が交互に現れる.これに対し,上記の研究で得られた周期解では,体幹を伸ばしている飛翔期を持つものしか得られなかった.