hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
II-VI族化合物量子ドットの成長過程と基礎物性の研究

近年、量子細線、量子ドット等の半導体量子構造は、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの光電子素子材料への応用のみならず物理的特性の研究に注目を集め、勢力的に研究が進められている。本研究はII-V1族化合物のCdSe量子ドットのZnSe上への形成過程を、反射高速電子線回折によるその場観察の手法で観察し、ドットの形成機構およびドットの光物性を研究した。(1)ZnSe上でのCdSeドット形成は基本的にはSK(Stranski-Krastanov)モードで行なわれる。3ML-CdSe層が形成された後、最後に積まれた1ML CdSe層のみがドットに変る。すなわち、2ML-CdSe屋上に3次元ドットは直接成長せず、3ML目のCdSe層がドットだけがドットに変る。(2)2ML CdSe以下の供給でも、SKモード以外の機構でドットが形成される。これは分子線の交互供給では、理想的な原子月成長にならず、過剰なSe分子の物理吸着が生じる。これが原因で局所的に3ML厚以上のCdSe層が形成される。この過程は鏡面反射点強度からは判定が困難である。(3)CdSeドットとZnSeバッファー層とキャップ層との混晶化を確認した。ZnSe中に埋込んだCdSeドットは、周囲から混晶化するが中心部のCdSeは残る。CapplessドットはZnSe-bufferと混晶化が進み、ドット全体が混晶化する。(4)基板の微傾斜角と傾斜方位によってCdSeドット形成が影響される。この結果は、ripeningに方位依存性があるのではなく、初期形成ドットがOFF方位依存性をもつためである。ZnSe-buffer層表面に形成されたテラスの形状がGaAs(001)表面の傾斜方位によるためと考えている。本研究では、ZnSe上へのCdSe量子ドットの自己組織化形成プロセスのRHEEDを用いたその場観察と、発光スペクトルからドットの熱的安定性およびZnSeとの混晶形成を重点的に実施した。CdとSe分子線を交互に供給しながら鏡面反射点強度を測定し、いずれの段階でドット形成が行われたかを判定した。その結果、2サイクル(2ML相当)までcoherent成長するが、3ML形成直後にドットの発生を示す強度変化を観測した。なお、さらに積層数を増しても同様な強度変化が繰返されることから、最初の2ML-CdSe層が安定に存在し、いわゆる濡れ層が2MLのStranski-Krastanow型でドット形成進行することがわかった。一方、発光スペクトルの検討から、2ML層以下CdSeの供給でも、ドットの発光が観測され、SKモード以外の様式によるドットの形成が示唆され、その原因として分子線交互供給では厳密な意味におけるlayer-by-layer成長が実現していないためと考えられる。ZnSeキャップ層の積層に先立ち、CdSeドットが形成された表面を真空中に放置した場合、放置時間が長いほど発光ピークは短波長側に現れ、ライプニングによるドットサイズの増大よりも、昇華によるドットサイズの減少が優勢であることが示された。また、キャップしたCdSeドットを成長温度(250°C)でアニールすると、発光ピークが短波長移動し、ZnSeキャップ層の励起子発光線の長波長側への移動が見られたので、ZnSe中に埋込まれたCdSeドットは、成長温度においてドット表面から混晶化が進み、同時にCd原子の拡散によってZnSe層が混晶化されているものと思われる。現在、継続して実験を行っている。

近年、量子細線、量子ドット等の半導体量子構造は、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの光電子素子材料への応用のみならず物理的特性の研究が注目を集め、勢力的に研究が進められている。本研究では、II-VI族化合物のCdSe量子ドットのZnSe上への形成過程を反射高速電子線回折を用いてその場観察し、ドットの発光からドットサイズを研究した.成果の発表状況は以下の通りである(1)ドットの形成はSK(Stranski-Krastanov)モードで行なわれるが、3ML-CdSe層が形成された後,最後に積まれた1ML-CdSe層のみがドットに移行する。すなわち、2ML-CdSe層上に3次元量子ドットは直接成長せず、一旦形成された1ML-CdSe層がドットに変る過程を経て成長する。(2)2ML-CdSe以下の供給でも、SKモード以外の機構で形成されるドットが存在する。これは、分子線の交互供給では、理想的な原子層成長が実現せず、過剰なSe分子の物理吸着がある。この過剰Se分子が原因で局所的に3ML厚以上のCdSe層が形成され、SKモードでドットが生じるためと考えられる。なお、この過程は鏡面反射点強度からは判定が困難であった。(3)CdSeドットとZnSeバッファー層とキャップ層との混晶化を確認した。(4)基板の微傾斜角と傾斜方位によってCdSeドット形成が影響されることを見い出した。この結果はCdSeドット形成機構のより詳細な究明に有効である(未発表)
活性化アストロサイトの多様性に対するデータ駆動型アプローチ

独自に開発した閉鎖性頭部外傷モデル「光傷害マウス」の損傷周辺部位に集積する活性化アストロサイトをGFP標識し、その運命決定を行った。その結果、ネスチンプロモーターを利用した誘導性相同組換えにより、新たにNG2陽性オリゴデンドロサイト前駆細胞がグリア瘢痕形成の主要な活性化アストロサイトとなることを見出した。また、GFAPプロモーターを用いた同様のGFAP標識により、これまでネスチンプロモーターではGFP標識が困難であった、損傷周辺のネスチン陽性活性化アストロサイトが選択的に標識できることが明らかとなった。また、GLASTプロモーターを用いた傷害作成前のGFP標識では、アストロサイトに由来するすべての活性化アストロサイトがGFP標識されることがわかった。[1]すべての活性化アストロサイト種を個別にGFP標識する実験系が確立した。[2]特定の活性化アストロサイト種の由来について、新しい知見が得られた。[1] GFP標識された活性化アストロサイトの単離[2]単離されたアストロサイトの遺伝子発現解析独自に開発した閉鎖性頭部外傷モデル「光傷害マウス」の損傷周辺部位に集積する活性化アストロサイトをGFP標識し、その運命決定を行った。[1] GFP標識された活性化アストロサイトの単離[2]単離されたアストロサイトの遺伝子発現解析活性化アストロサイトの運命について、新しい発見があったため、遺伝子の発現解析が開始できなかったため。
広視野多天体分光・面分光で探る銀河形態の起源

宇宙における星形成活動はビッグバンから20-30億年を経た頃に最盛期を迎え、その後徐々に活動性が低下しながら渦巻き銀河や楕円銀河など、秩序ある形態が発現した。この過程を進めたのは何か。この問いに答えるため、すばる望遠鏡の近赤外線観測装置MOIRCSの機能向上を図るとともに、遠方から現在に至る銀河を詳しく調べる観測的研究を進めた。その結果、宇宙年齢20億年頃のガスを豊富に持つ銀河が活発な星形成を行い、星質量を増大させながら、宇宙年齢30億年頃までに星形成活動を終了し、静的に進化して現在の楕円銀河に至る過程を鮮やかに描き出すなど、銀河進化過程の理解に重要な知見を得ることに成功した。1. MOIRCSの機能向上開発常温試験用ASICと開発用マルチプレキサによる基本的読出しソフトウェアの開発を行った。エンジニアリング用検出器と読出しエレクトロニクスを調達するとともに、焦点面配置の概念設計を実施した。焦点面機構の拡張による面分光導入については、焦点面部の追加冷却デュワーの設計、製作を実施した。この追加モジュールを含め、焦点面部が実験室で独立したデュワーとして試験を実施できる設計とし、実験室での試験用の設備の購入を進めた。面分光ユニットの開発については、ファイバーとマイクロレンズを用いた面分光ユニットの概念設計を進めた。この過程で、ノイズ低減を実現する新たなファイバーの導入可能性や、ファイバーへの入射・出射効率を向上させる新たな方式の検討を実施した。このファイバー式面分光ユニットについては光学系および機械系の基本設計を完了した。また、これと平行してより簡素なマイクロレンズ式面分光ユニットについても検討を行い、一部光学部品の試作試験を実施した。さらに、MOIRCSの運用安定性、基礎的性能向上を目指した検討を行った。2.観測的研究MOIRCSの機能向上後に実施する観測計画の策定を、研究代表者・研究分担者・連携研究者による研究チーム内での検討のほか、外部研究者を含めたワークショップ等を通じて進め、主要サイエンスケースの検討を行うとともに、具体的な観測ターゲットの選定作業を開始した。本研究は、すばる望遠鏡の主力装置の一つである近赤外線広視野カメラ・多天体分光器MOIRCSの機能更新を実施し、多数の遠方銀河の分光観測によって、星形成量・金属量・ガス運動といった性質を調査し、銀河の形態が発現する過程を明らかにすることを目的としている。・すばる望遠鏡の近赤外線観測装置MOIRCSの機能更新MOIRCS機能更新として、面分光ユニットの新設と検出器の交換を実施する計画を進めている。今年度は、面分光ユニットの詳細設計を推進した。ファイバーを用いた面分光システムについて、入射部を加工したファイバーを用いたデザインに基づいて、焦点面機構の設計を行い、製作を開始した。マイクロレンズアレイを用いたシステムについては、詳細仕様を決定し、光学部品を調達し冷却試験を進めた。また、検出器の更新については、H2RGアレイと読出し回路の調達を完了し、H2RGアレイとSIDECAR ASIC、アクイジションモジュールを組み合わせた構成での装置焦点ユニットの設計・製作を行った。・科学研究機能更新後の観測に向けた遠方銀河サンプル形成については、昨年度までの検討をさらに進め、具体的なターゲットの選定、観測計画の具体化を行った。先行して実施可能な、可視分光観測による中間赤方偏移の銀河団内の楕円銀河の星種族構成の観測的研究を提案した。また、補償光学装置と狭帯域フィルターを用いた空間的詳細構造の観測的研究等を推進した。・すばる望遠鏡の近赤外線観測装置MOIRCSの機能更新: MOIRCS機能更新として、面分光ユニットの新設と検出器の交換を実施する計画を進めている。・科学研究:機能更新後の観測に向けた遠方銀河サンプル形成については、昨年度までの検討をさらに進め、具体的なターゲットの選定、観測計画の具体化を行った。

また、補償光学装置と狭帯域フィルターを用いた空間的詳細構造の観測的研究等を推進した。1. MOIRCSの機能向上開発検出器交換については、サイエンスグレード検出器と低温仕様読出しエレクトロニクスを用いた性能評価を進め、またMOIRCSに組込むための機構の開発、試験を実施した。2015年5月から検出器組み込み作業を開始する。面分光機能の開発については、追加モジュールの内部詳細設計を完了した。マイクロレンズ式面分光ユニットについて、光学系の各コンポーネントの冷却環境での性能評価を行い、追加モジュール内部への配置のためのホルダー製作を完了した。今後光学系全体の組み上げ、常温および冷却環境での性能試験を経て、機械系の製作、追加モジュールへの組み込みを行って、MOIRCS本体への導入に進む計画である。さらに、多天体分光用マスク交換機構の更新をはじめとする機能向上についても開発を進めた。2.観測的研究すばる望遠鏡のMOIRCS, FOCAS, IRCS+AO188やその他の地上望遠鏡、またハッブル宇宙望遠鏡のデータを用いた遠方銀河の観測的研究を推進した。特に、狭帯域フィルターを用いた輝線銀河探査とそのフォローアップ分光観測、さらにハッブル宇宙望遠鏡の高解像度撮像データによる形態と星形成活動の関係の調査、また受動的に進化する段階に達した銀河の星形成史を高感度の分光観測によって探究する観測などを通じて、遠方銀河の星形成史と形態発現の過程の理解、中でも銀河の存在する環境と進化との関係に新たな知見をもたらす研究を積極的に進めることができた。今後MOIRCSの機能向上により、多天体分光および面分光でさらに高感度・多情報の観測データを得ることで、一層の進展が期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。光赤外線天文学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画していたMOIRCS機能向上計画にしたがって、(1)検出器更新(2)面分光機能の追加(3) MOIRCSの機能向上の三点に取り組んでいる。検出器更新については、検出器本体、読出し系の調達を進めると共に、MOIRCSへの組み込みのための焦点面機構の設計を進めている。面分光機能については、ファイバー式とマイクロレンズ式の面分光ユニットを平行して検討・開発している。これらの新規開発については、当初計画していた研究員として適切な人材を雇用することができず、主としてハワイ観測所エンジニアや外部エンジニアとの共同作業による検討、さらには日本国内の研究者の協力による検討を実施している。観測的研究については、当初計画通り、MOIRCSの機能向上を果たした上で実施する観測計画の検討を、幅広い研究者の協力を得ながら進めており、主要な科学的課題の設定を行った。以上により、開発研究、観測的研究の両面において、特に開発研究について一部に遅れがあるが、全体としておおむね順調に進展していると判断した。当初計画していたMOIRCS機能向上計画にしたがって、1.検出器更新2.面分光機能の追加3. MOIRCSの機能向上の三点に取り組んでいる。
湖表水層に出現するメタン極大層の形成パターンと好気的生成機構の解明

湖の好気環境に出現するメタン極大の生成機構を明らかにするため、野外調査と室内実験を行った。野外調査の結果、多くの湖で好気環境にメタン極大が出現し、とくに深くて貧栄養な湖でメタン極大が形成されやすいことを明らかにした。また、無機リンの枯渇に伴うシアノバクテリアの有機リン代謝が、その形成に関与していると考えられた。そこで培養実験を実施したところ、C-Pリアーゼによるメチルホスホン酸分解がメタン生成の原因であると判明した。さらにCARD-FISHにより、シアノバクテリアであるSynechococcusが、無機リンが枯渇した状況でMPn代謝を駆動させ好気的にメタンを生成していることが明らかとなった。平成23年度は、「湖沼表水層に出現する謎のメタン極大層の探索と形成パターンの解明」を目的として多地点調査を行った。調査は山梨県,長野県および神奈川県の計14湖沼で行った。各湖沼では、鉛直方向に溶存メタン濃度、栄養塩濃度、植物プランクトン現存量(クロロフィルa濃度とピコシアノバクテリアの細胞密度)および動物プランクトンの現存量を推定した。解析の結果、14湖沼中10湖沼で水柱の好気環境にメタン極大が形成されることを確認した。この極大層のメタン濃度は大気平衡濃度を遥かに上回っており、現場におけるメタン生成により形成されていると考えられた。そこで統計モデルにより解析したところ、面積が広く水深が深い湖でメタン極大が出現しやすいことを明らかにした。また透明度が高く、リン濃度が低い湖沼でもメタン極大が形成されやすかった。このことは、湖沼の栄養状態が好気的メタン生成に関与していることを示唆している。さらに、メタン極大層は亜表層に多く出現し、そこでは溶存酸素濃度が高く無機リン濃度が低かった。また、ピコシアノバクテリアの細胞密度もメタン極大層で高かった。このパターンは、外洋表層で発見された好気的メタン生成機構によく合致している。すなわち、光合成活性の上昇に伴い無機リンが枯渇すると微生物は代替として有機態リンを代謝し、分解産物としてメタンが生成する。湖沼においても同様のリン代謝が駆動し、メタン極大の形成に寄与していると考えられた。本研究により、多くの湖沼において好気環境にメタン極大が出現し、とくに深くて貧栄養な湖ほど出現しやすいことを明らかにした。好気的メタン生成機構としては、ピコシアノバクテリアの光合成による無機態リンの枯渇とそれに伴う有機リン代謝が関与している可能性が示唆された。湖沼から放出されるメタンは、湖底付近の嫌気環境で生成したものと考えられてきた。しかし、湖の好気環境にもメタン極大が出現することが明らかとなってきた。このメタン極大の形成プロセスには浮遊性微生物が関与していると考えられるものの、その生成機構と関与する微生物は未だ明らかとはなっていない。そこで本研究は、バッチ培養により好気的メタン生成に影響を及ぼす因子を明らかにするとともに、CARDーFISH法により好気的メタン生成に関与する微生物を特定することを目的とした。調査は、山梨県西湖にて行った。2013年3月12月に湖内の4地点において定期採水を行い、溶存メタン濃度の分布と季節変化を調査した。また、湖水試料に4つのプローブをハイブリダイズさせ、CARD-FISHにより浮遊性細菌群集の分布を定量化した。さらに、7月の湖水試料を用いて室内培養実験(栄養塩添加、阻害剤添加、基質添加)も行った。野外調査の結果から、西湖では夏期に水温躍層付近において巨大なメタン極大が出現することが明らかとなった。メタン極大周辺ではクロロフィルa濃度と溶存酸素濃度が上昇していたことから、現場の光合成生物かその近傍からメタンが生成していると考えられた。培養実験では、メチルホスホン酸を添加した実験区でメタン濃度が大きく上昇することが明らかとなり、CーPリアーゼによるホスホン酸代謝(CーP結合開裂)が駆動し、メタンが生成していると考えられた。また、CARD-FISHからCーPリアーゼを有するシアノバクテリアSynechococcusの細胞密度がメタンのプロファイルによく一致していた。以上の結果から、湖沼の好気環境におけるメタン生成にはSynechococcusによるホスホン酸代謝が関与している可能性がきわめて高いと考えられた。平成24年度は、好気環境に明瞭なメタン極大が出現することを確認している山梨県西湖を対象に、湖水の培養実験を行った。前年度の調査により、貧栄養湖沼において浮遊生物の有機リン代謝によりメタンが生成している可能性が考えられた。

そこで、メタン極大層の湖水に対し栄養塩濃度がメタン生成に及ぼす影響を評価する実験(N区、P区)、メタン生成に関与する代謝を特定するための実験(光合成阻害区、メタン生成阻害区、メタン酸化阻害区)、およびメタン生成の基質を特定するための実験(メチルホスホン酸区、エチルホスホン酸区)を実施し、メタン生成機構を検討した。培養の結果、栄養塩添加の有無や各種阻害剤添加の有無はメタン生成に大きく関与していないことが明らかとなった。一方、メチルホスホン酸区からはメタンが、エチルホスホン酸区からはエタンが生成することが明らかとなり、C-Pリアーゼによるホスホン酸開裂が、好気的メタン生成の生理的メカニズムであることを明らかにした。そこで、好気的メタン生成を担う微生物群を特定するために、CARD-FISHによる浮遊性細菌群集の解析を行った。西湖に加えメタン極大が形成されない長野県松原湖も対象とし、真正細菌、古細菌、メタン生成菌、シアノバクテリア、およびタイプIメタン酸化細菌を標的とした蛍光プローブを用いて群集構造の鉛直変化を比較した。その結果、メタン極大が形成される西湖の亜表層ではシアノバクテリアや古細菌と思われる微生物が局所的に多く分布しており、細菌数の鉛直変化の少ない松原湖とは大きく異なっていた。このことから、好気環境におけるメタン生成には、当初予想していたシアノバクテリアによるメチルホスホン酸代謝のほかに、古細菌による未知のメタン生成機構も関与している可能性が考えられた。本年度の調査では、水深の深い貧栄養な湖沼では亜表層にメタン極大が形成されやすく、メタン極大層では高い光合成活性と無機リンの枯渇が示唆された。この結果は、当初予測していた通りの研究成果であり、国内外を通して初めて得られた知見である。このため、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。ただし、メタンの炭素安定同位体比を用いた現場におけるメタン生成の検証については、メタン酸化細菌による大きな同位体分別が阻害要因となり、十分に解析することはできなかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の調査では、湖の亜表層に出現するメタン極大が、浮遊性生物による有機リン代謝(C-Pリアーゼによるメチルホスホン酸の開裂反応)によって形成されていることを明らかにした。この結果は、研究開始時に予測していたとおりの研究成果であり、また前年度の多地点調査で得られた知見とも整合している。また、この発見は2011年にドイツの湖沼で報告された好気的メタン生成機構を覆すものであり、重要な成果であると考えている。一方で、好機環境におけるメチルホスホン酸代謝とメタン生成にはシアノバクテリアが関与していると予想していたが、CARD-FISHによる浮遊性細菌の群集解析によると古細菌もメタン生成に関与している可能性が示唆された。古細菌の関与についてはこれまで予想しておらず、今後はその生理的機構も含めて詳細に検討していく必要がある。平成24年度は、当初の予定通り、培養実験を行うことで好気的メタン生成機構の解明を行う予定である。とくに、山梨県の西湖と本栖湖では非常に明瞭なメタン極大が形成されることが確認できたため、極大層の湖水を対象に現場培養を行い、さらに実験室では各種条件を制御(光、栄養塩、光合成阻害剤、メタン生成阻害剤)しながら、現場におけるメタン生成の有無とその機構をより詳細に明らかにする予定である。
アジャイル生産向き大容量FMSに関する研究

本研究では,多様化,個性化する製品に対する顧客の要求に迅速に応えるための次世代の生産体制であるアジャイル生産に適合した大容量,高速のFMS(HV-FMS)を構築するために必要なシステム設計と運用の方法論について研究することを目的とした.なお,基礎研究として,自動車産業における量産設備の代替,補完性に焦点を絞り,以下の成果を得た.まず,自動車産業における量産機能としてのアジャイル性に関する基礎的考察を行い,大容量FMSの位置づけとそれに要求される基本機能について検討した.TL,FTLは計画生産能力の生産時に最高性能を発揮するが,現実の生産においては計画能力に対する生産量に過不足を生じる.また,新機種の立ち上げ時,旧機種の少量生産への対応などにも問題がある.従って,大容量FMSを以上のような問題に対する解決法の一つとして位置づけることとした.大容量・高速FMSの基本構成として,工程集約型の高速マシニングセンターを要素機械とするフレキシブルな生産システムを構想し,基本的ハードウェア構成について実現可能性について検討した.さらに,HV-FMSの効率的運用法として,自律分散的な方法の適用性について検討し,その有効性を示した.工程集約をする場合,工具の機械設備への配分法は,システム運用においても,また基本機器設計においても重要である.ここでは,自律分散的な工具配分法を提案し,その有効性を検証した.さらに,HV-FMSの性能を評価するためのシミュレーションシステムや,HV-FMSとTL,FTLの適用範囲を明らかにするための経済性評価モデルについても検討を行い,今後の研究のための指針を得た.本研究では,多様化,個性化する製品に対する顧客の要求に迅速に応えるための次世代の生産体制であるアジャイル生産に適合した大容量,高速のFMS(HV-FMS)を構築するために必要なシステム設計と運用の方法論について研究することを目的とした.なお,基礎研究として,自動車産業における量産設備の代替,補完性に焦点を絞り,以下の成果を得た.まず,自動車産業における量産機能としてのアジャイル性に関する基礎的考察を行い,大容量FMSの位置づけとそれに要求される基本機能について検討した.TL,FTLは計画生産能力の生産時に最高性能を発揮するが,現実の生産においては計画能力に対する生産量に過不足を生じる.また,新機種の立ち上げ時,旧機種の少量生産への対応などにも問題がある.従って,大容量FMSを以上のような問題に対する解決法の一つとして位置づけることとした.大容量・高速FMSの基本構成として,工程集約型の高速マシニングセンターを要素機械とするフレキシブルな生産システムを構想し,基本的ハードウェア構成について実現可能性について検討した.さらに,HV-FMSの効率的運用法として,自律分散的な方法の適用性について検討し,その有効性を示した.工程集約をする場合,工具の機械設備への配分法は,システム運用においても,また基本機器設計においても重要である.ここでは,自律分散的な工具配分法を提案し,その有効性を検証した.さらに,HV-FMSの性能を評価するためのシミュレーションシステムや,HV-FMSとTL,FTLの適用範囲を明らかにするための経済性評価モデルについても検討を行い,今後の研究のための指針を得た.
小腸・大腸上皮境界維持機構と分化転換機構の解明

本研究では小腸-大腸境界における上皮接合境界維持機構を解析した。このために、培養した成体由来小腸上皮幹細胞を大腸組織に異所性に移植する実験システムを構築し、得られた異所性小腸移植片を組織学的および分子生物学的手法を用いて解析した。その結果、成体由来小腸幹細胞が大腸内で上皮組織を再生可能であること、小腸移植片は小腸型吸収上皮細胞、パネート細胞など固有の分化細胞を維持し続けること、さらには移植片組織が形態的にも小腸に特有な絨毛-陰窩構造を形成しうることを見いだした。これらの知見は、成体における上皮境界形成や小腸固有の上皮形質維持が上皮内因性にプログラムされる可能性を示す重要なものと考えられた。申請者は、これまで腸管上皮研究を展開する中で、正常な上皮幹細胞を単離し体外で培養する技術を確立した。さらに、ここに得られる培養細胞を移植することによって傷害を受けた大腸上皮組織の修復が可能であることを明らかにした(Nat Med 2012)。本研究をさらに発展させる過程において、正常小腸より単離し培養した上皮細胞を成体マウス大腸へ異所性に移植すると、ドナー由来小腸上皮がレシピエント大腸組織に生着しうることを見いだした。興味深いことに、移植細胞は小腸上皮としての性質を保持したまま大腸組織内で自律的増殖を繰り返すとの知見を得た。本申請研究ではこの成果に基づいて、消化管前後軸に沿う小腸/大腸上皮接合部における境界維持機構を明らかにし、さらには領域の異なる上皮細胞間の分化転換(トランスディフェレンシエーション)機構の解明を目指し開始した。その結果、平成25年度においても大きな成果が得られた。すなわち、デンマークの研究グループと共同し、培養した胎生期小腸上皮細胞を、われわれの技術を利用し成体マウスの大腸組織に移植することに成功した(Cell Stem Cell 2013)。この移植片の解析の結果、胎生期の小腸上皮細胞は、移植先である大腸組織環境に適応し、一部大腸型上皮に特異的分子発現が見られるなど、成体小腸とは異なる可塑性を持つことを見いだした。成体由来小腸細胞の大腸への移植実験成果と併せ、これら研究成果は現在学術論文として投稿中である。小腸・大腸の領域境界は、発生過程での複雑な過程を経て完成し、生後は変化することなく維持される。しかしながら、成体において各々の上皮細胞が区域依存性に形態・機能的固有性を維持する機構は十分理解されていない。本研究では、これまで腸管上皮研究を進めてきた申請者がその技術と知見を基礎とし、消化管上皮境界維持機構、中でも特に小腸-大腸境界における上皮境界維持機構を解析することを目的とした。このためにまず、さまざまな薬剤とデバイスを組合せた処理をおこなうことで、簡便で再現性を有する新規の大腸傷害マウスモデルを構築し、これに成体由来小腸上皮細胞を移植することに成功した。得られた異所性小腸移植片の粘膜修復過程や移植片内上皮細胞における分子発現の経時変化について、組織学的解析・分子生物学的解析を加えた結果、成体由来の培養小腸幹細胞が大腸組織内で上皮組織を再生可能であることがわかった。また移植後4週あるいは4ヶ月の時点においても、小腸移植片が小腸型吸収上皮細胞、パネート細胞など小腸に固有の分化細胞を維持し続けることも示された。このことは、マイクロアレイを用いた移植片上皮での発現遺伝子解析の結果でも支持された。さらに移植片上皮組織は、形態的にも小腸に特有な絨毛-陰窩構造を形成することも見いだした。これらの知見は、胎生期小腸上皮細胞を移植した際に見られる上皮可塑性を示すデータとは明らかに異なるものであり、したがって、成体における上皮境界形成に間充組織からの誘導シグナルは不要であり、小腸および大腸の固有の上皮形質や機能は上皮内因性にプログラムされる可能性を示す重要なものと考えた。消化器内科学デンマークのJensen labとの共同研究で、培養した胎生期小腸上皮細胞を成体大腸組織に移植することに成功した。しかも、この胎生期小腸由来細胞移植片の解析により、これら細胞が、生着下大腸組織環境に適応して大腸上皮形質を一部獲得することを見いだした(Cell Stem Cell 2013)。一方、成体由来小腸細胞の大腸への移植実験においても、興味深いデータを得た。

移植後レシピエント大腸組織の解析により、移植片の性状解析が大きく進み、組織学的解析・透過電子顕微鏡観察による形態学的解析、およびin situ hybridizationによる発現因子解析のほか、レーザーマイクロダイセクション法で回収した移植片上皮の発現遺伝子解析を進めた結果を、現在学術論文として投稿中である。本年度においては、これまでの研究成果にもとづいて、小腸/大腸境界維持に重要な機能を有する候補因子群を抽出し、これら因子をノックダウンした小腸上皮細胞を移植する実験システムをつくること、さらには遺伝子ノックダウンが小腸/大腸境界形成に及ぼす影響を形態学的解析や小腸・大腸分化マーカー分子の発現解析をおこない解析する予定である。試薬等が計画当初より廉価で購入可能であったため。検討する数・種類を拡大して解析を行うため、試薬を増量して購入する予定である。
発生工学を応用したα-フェトプロティンの糖鎖構造および機能の解析

1.AFP糖鎖の組織特異性およびがん性変化の解析C_<57>BL_6マウスよりヒトAFP cDNAおよびβ-actin promoter/enhancerを用いて作製したヒトAFPを恒常的に産生するトランスジェニックマウス(TG-3)の種々の組織細胞を培養し、培養上清中のAFPのアイソフォームを4種類の異なるレクチンを用いるレクチンアフィニティー電気泳動で解析した。ConA、LCA、E-PHA、およびallo Aの4種類レクチンを用いた電気泳動で、肝臓、脾臓、脳、腎臓、肺、心臓由来のAFPにそれぞれ数種類のアイソフォームが確認され、組織により微細に糖鎖構造が違うことが明らかになった。肺がんでは、AFPの糖鎖にフコース残基が付加されることによるがん特異的なphenotypeの変化が確認された。2.実験的甲状腺炎モデルを用いたAFPの免疫抑制作用の解析TG-3マウスおよび対照マウスの足踵および下腿皮下に、精製ブタ甲状腺ペルオキシダーゼ(TPO)とアジュバントとのエマルジョンを免疫し甲状腺炎を惹起した。甲状腺炎の発症の有無を組織学的に判定した。また、TG-3マウスおよび対照マウス脾細胞のin vitroにおける各種mitogenに対する幼弱化を、^3H-thymidineの細胞への取り込み量で調べた。TPOを3回免疫した対照マウス8匹中7匹で、弱中程度の単核球の湿潤を伴う甲状腺炎が認められたが、TG-3マウスでは8匹中1匹にのみ発症が認められた。AFPは、対照およびTG-3マウスの脾細胞のPHAによる幼若化を濃度依存的に抑制した。しかし、TG-3マウスの脾細胞のPHA応答は対照マウスに比し有意に低下していた。
中海におけるサルボウガイ再生のための分子遺伝学的アプローチ

本申請研究では,ミトコンドリアDNAマーカーを用いてサルボウガイScapharca suhcrenataの資源復活および質源管理に資する遺伝生態学的知見の蓄積することにより、中海圏域の地域振興に貢献することを目的としている。採用最終年度である当該年度は補足実験および蓄積データを整理して、取りまとめた。本種のより詳細な生産構造の解明を目的として、本種と分布域が広く重なり同様に水産利用されるアカガイS. broughtoniiを用いて比較解析した。宮城県、石川県および愛知県の国内3集団および韓国、中国の合計5集団180個体のアカガイを解析に供した。ミトコンドリアDNAのCOI遺伝子507塩基対を解析した結果、本種と同様に集団間に明瞭な遺伝的分化が認められ、集団ごとに生産構造が異なることが示唆された。これまでの蓄積データを整理し、国際誌に2報の論文を掲載した。本申請研究により本種の国内における網羅的かつ詳細な集団遺伝構造を解明し、近縁種とも比較解析したことにより、遺伝学的知見の乏しかった本種の進化および放散を解明する基礎的知見が蓄積された。本種は明瞭な地域集団を形成しており、各集団を単位とした資源管理が必要であることが示唆された。また、中海における本種の詳細な生産構造マップを作成した。本結果は増殖事業および生息適地選定とあわせて活用することにより本種資源の増産や資源管理への貢献が見込まれる。さらに、中海における本種資源の復活を目指した採苗や放流を実施する際は、地域集団の遺伝特性を詳細に把握し、遺伝的リスク管理に基づいた資源管理が必要であることが示唆された。(抄録なし)サルボウガイScapharca subcrenata資源の増産や管理に資する生態情報の蓄積を目的として、本年度はミトコンドリアDNAのCOI (mtDNA COI)遺伝子マーカーを用いたサルボウガイの集団遺伝構造解析に取り組んだ。1.サルボウガイ生産構造の解明日本8集団および比較解析のために韓国1集団を加えた合計9集団の合計225個体の成貝を用いてmtDNACOI遺伝子555塩基対を解析した結果、合計59種類の遺伝子型が出現し、日本と韓国は3種類の遺伝子型を共有していた。日本8集団の遺伝的多様度hは0.650.93であり、比較的高い多様度を保持していたが、韓国1集団のhは0.45であり、日本と比較すると多様度が低かった。集団間のペアワイズφ_<ST>およびAMOVA解析の結果、サルボウガイ集団は大きく3つのグループに分けられることが明らかとなった。2.中海におけるサルボウガイ稚貝の再生産構造の解明中海湖内9地点で天然採苗された2009年266個体および2010年220個体の合計486個体の稚貝を用いてmtDNACOI遺伝子555塩基対を解析した。その結果、2009年の各地点におけるhは0.860.95であり、中海で自然発生する稚貝の遺伝的多様性は高い水準にあった。また、地点間の遺伝子型共有率およびペアワイズφ_<ST>から中海湖内には湖北、湖南および湖心の3分散グループに分けられた。一方、2010年の各地点におけるhは0.670.99であり、2009年と比較すると特に湖南グループの遺伝的多様性が低下していた。以上の結果から、中海において、2009年には少なくとも3つの独立した生産構造が存在していたが、2010年には湖北グループ水域への湖心グループの分散範囲の拡大など生産構造の変化が示唆された。ミトコンドリアDNAのCOI遺伝子マーカーを用いて、サルボウガイの国内における生産構造や中海における稚貝分散および再生産構造の経年変化等の生態情報を蓄積し、これらの研究結果を国際学会および国内学会で発表した。

また、核DNAのマイクロサテライトマーカーは既報の12アリルセットを検討した結果、本研究に使用可能なアリルセットを3セット選定した。ミトコンドリアDNAのCOI遺伝子マーカーを用いた解析を継続して、中海におけるサルボウガイの詳細な生産構造の解明および生態情報の蓄積を目指す。また、核DNAのマイクロサテライトマーカーは、既報のアリルセットを検討し、使用可能なアリルセットを増やす。なお、既に選定した3セットに関して精度を検討する。さらに、サルボウガイおよび同属近縁種の生態を比較解析することによりサルボウガイの生産構造をより深く考察できるだけでなく、遺伝学的知見の乏しかったサルボウガイの進化放散の解明にもつながることから東東南アジアからサルボウガイおよび同属近縁種約250個体を採集して既に着手している。(抄録なし)
ゲノムワイドエンハンサー解析を用いたTWIST1の変形性関節症寄与メカニズム解明

不死化ヒト軟骨細胞株(TC28)においてTWIST1を強制発現させ、LC-MSでTWIST1と結合するタンパク質を網羅的に測定した。また、TC28にAd-TWIST1-IRES-GFPを用いてTWIST1を高発現させ、FACS ariaでGFP発現のある細胞だけをソートし、TWIST1高発現細胞株を集めてRNA抽出を行った。このサンプルを分担施設である理研-HMC臨床オミックス特別ユニットへ送付し、共同研究の形で、CAGE法によりゲノムワイドにエンハンサー領域の検出を行った。この結果は既にデータとして受け取っており、現在は近畿大学と共同でCAGEデータの解析と、インフォマティクス解析によりTWIST1関連エンハンサー領域候補の解析を行っている。また並行して、TC28にMycタグを付加したTWIST1を強制発現したサンプルを用いて、Myc抗体でクロマチンIPを行い、バリデーション作業を行っている。TC28細胞株へTWIST1だけでなく、複合体を作り得る別タンパクの共過剰発現を行い、抗タグタンパク質抗体を用いてクロマチンIPシークエンスを行う予定である。これにより複合体として結合し、直接制御される領域の確定を目指す。また、確認の為には、2つのguideRNAを用いてCRISPR-deletionにより特異的にエンハンサーの除去を行い、転写に変化が起きるか観察する事が必要であり、今後それらを行っていく。最も重要であった、CAGE法によるゲノムワイド解析は終了しておりデーターベースは構築できている。今後は確認作業が中心となるため、予定通りの経過である。ヒト軟骨細胞、TC28細胞株へTWIST1、TEX10をそれぞれあるいは共過剰発現を行い、抗タグタンパク質抗体を用いてChIPseqを行う。これにより複合体の結合で直接制御される領域を確定する。また、2つのguideRNAを用いたCRISPR-deletionによりエンハンサーの除去を行い転写への影響を観察する。ヒト正常, OA軟骨組織を用いてCAGE法によりエンハンサー変化を解析する。TWIST1過剰発現時のエンハンサー変化を比較する事で、OAへの関与も解析可能である。発展研究としてTWIST1低発現、高発現の骨肉腫細胞株を用いてCAGEを行い、異なる細胞種での機能の保存性を観察する。端数としてわずかな次年度使用額が発生している。次年度は研究計画上も研究費割り当てが少なく、消耗品として使用予定である。
金属クラスター/生体分子集積化薄膜の創製および高感度バイオセンサへの応用

電解重合法は膜厚の制御、微小部への修飾、生体分子などを包括的に固定化可能などの利点がある。18年度までに我々は、Os錯体導入ピロールによるリージェントレス(Reagentless sensor)センサーの開発を行った。その際に、ピロールのN原子上のメチレン鎖がセンサ感度と長期安定性に影響を及ぼす現象を確認した。さらに、酵素包括固定とReagentlessセンサーをより簡便かつ安価に行うための電解重合モデル分子としてアミノ酸導入ピロールに着目した。アミノ酸は、静電的・疎水的性質が異なる様々な種類が存在していること、取得が容易であることなどの特長を有している。本研究では、アミノ酸導入ピロールの酵素の固定へ及ぼす影響を評価するため、ピロールにアミノ酸としてアラニン、グルタミン酸をそれぞれ導入し、グルコースオキシダーゼ(Gox)の固定化を行った。アミノ酸導入ピロール/ピロール共重合ポリマー内への酵素の包括固定を確認できた。さらに、アラニン導入ポリピロール電解重合膜を電極上に合成し、アラニン構造内のカルボキシル基にオスミウム錯体を導入した。グルコース存在下で電流応答が増加したことから、電解重合膜内に固定化されたオスミウム錯体が電子移動を媒介しているものと判断された。さらに、電解重合時のアミノ酸導入ピロールとピロールモノマー混合比、濃度、測定pHなどを最適化した。また、他の酵素の固定(Horseraddish Peroxidase)の電解重合膜内への固定にも成功した。本研究では、まず第一に金属クラスターの合成および評価を実施した。この金属クラスターの構成物質には電気化学的・光化学的に高活性なるルテニウム錯体を用いた。このルテニウム錯体に銅選択結合性の高いトリペプチドである(Glycine-Glycine-Histidine ; Gly-Gly-His)を導入した分子を新規合成した。本分子をセンサ表面に修飾することで、銅を光・電気化学的な手法により高感度かつ高選択的にセンシング可能となると推測される。本年度までにルテニウムビピリジン(Ru-bpy)錯体およびGly-Gly-His導入Ru錯体の合成までが完了している。Ru-bpy錯体はペプチドを導入可能な部位を有する必要があるため、ビピリジンにカルボキシル基を導入したものを合成した。その後Gly-Gly-Hisをルテニウム錯体に導入した。現在までに合成スキームの確立と精製された目的物の評価を行っている。Ru-bpy錯体特有の酸化還元応答を得ており、現在は一定電位を印可した際の光電気化学的応答を確認している。また、このRu-bpy錯体にチオール基を有するシステインを導入することで、金電極などの表面に自己組織化による本分子の直接導入を可能とするべく実験検討中である。また、酵素センサの機能性向上に向けて、簡便に電極表面の機能性感応膜の作製が可能な電解重合法とゲル法を利用したセンサの開発を実施した。電解重合モノマー(ピロール)に酵素-電極間の電子移動を円滑に媒介可能なオスミウム錯体をメディエータとして導入した。この目的は、このモノマーを利用することで、電極表面にメディエータの導入が可能となるだけでなく、同時に酵素を導入することもできることにある。現在までに、オスミウム錯体導入ピロール修飾グルコースセンサの作製および評価を完了した。その結果として、グルコースの良好な検出および定量結果を得た。電極表面に金属イオンを集積すべく、高い金属イオン捕集能を有するイミノジ酢酸樹脂を炭素ペースト内に練りこんだ電極の作製を行った。測定対象イオンを環境規制対象元素である鉛に設定した。測定時に問題となる妨害を抑制するために、鉛の両性イオンの性質を利用したマスキング法を開発した。その結果、妨害イオンが共存する試料中の100μg kg^<-1>の鉛を選択的に定量することが出来た。本年度の成果として、トリスオスミウム錯体導入ピロール共重合膜を用いたグルコースセンサーの作製とその評価が挙げられる。酵素反応を利用したバイオセンサーの構築の場合、酵素反応で生じる電子授受を電極へ効率的に伝達する物質(メディエータ)が必要とされる。メディエータは適度な電位を有し、化学的に安定かつ高速な電子交換反応を有する物質が望ましく、フェロセン、ルテニウム、オスミウム錯体などの金属錯体がよく利用される。特にトリスビピリジン-オスミウム錯体は高速な電子交換反応を有しており、メディエータとして有用な物質である。そこで、電解重合モノマー(ピロール)にトリスビピリジンオスミウム錯体をメディエータとして導入したモノマーを合成し、このモノマーを電極に固定したセンサーの構築を行った。電解重合時には、ポリマー内部に酵素を固定できるため、電解重合薄膜内に酵素-トリスビピリジンオスミウム錯体の同時固定が可能となる。このセンサーは酵素とメディエータの双方を電極感応面に有しているため、分析対象物質の測定において、メディエータあるいは酵素を添加する必要がないことから、このようなセンサーをreagentlessセンサーと呼称することがある。本研究で作製した電極はグルコースの良好な検出および定量結果を得るとともに、100日を越える応答の安定性を示した。また、通常のトリス型オスミウム錯体ではアスコルビン酸などの易酸化性共存物質による妨害が問題であったが、今回メチル基置換トリス型オスミウム導入ピロールを用いたところ、電位を負電位側にコントロールすることにより、これらの妨害物質からの影響を低減することが可能であった。

また、高い金属イオン捕集能を有するイミノジ酢酸樹脂を炭素ペースト内に練りこんだ電極の作成を昨年度から継続して実施し、天然水中鉛の定量を実施した。その結果、天然水標準物質試料中鉛を精確かつ簡便に定量出来ることが確認された。電解重合法は膜厚の制御、微小部への修飾、生体分子などを包括的に固定化可能などの利点がある。18年度までに我々は、Os錯体導入ピロールによるリージェントレス(Reagentless sensor)センサーの開発を行った。その際に、ピロールのN原子上のメチレン鎖がセンサ感度と長期安定性に影響を及ぼす現象を確認した。さらに、酵素包括固定とReagentlessセンサーをより簡便かつ安価に行うための電解重合モデル分子としてアミノ酸導入ピロールに着目した。アミノ酸は、静電的・疎水的性質が異なる様々な種類が存在していること、取得が容易であることなどの特長を有している。本研究では、アミノ酸導入ピロールの酵素の固定へ及ぼす影響を評価するため、ピロールにアミノ酸としてアラニン、グルタミン酸をそれぞれ導入し、グルコースオキシダーゼ(Gox)の固定化を行った。アミノ酸導入ピロール/ピロール共重合ポリマー内への酵素の包括固定を確認できた。さらに、アラニン導入ポリピロール電解重合膜を電極上に合成し、アラニン構造内のカルボキシル基にオスミウム錯体を導入した。グルコース存在下で電流応答が増加したことから、電解重合膜内に固定化されたオスミウム錯体が電子移動を媒介しているものと判断された。さらに、電解重合時のアミノ酸導入ピロールとピロールモノマー混合比、濃度、測定pHなどを最適化した。また、他の酵素の固定(Horseraddish Peroxidase)の電解重合膜内への固定にも成功した。
骨疾患の診断並びに栄養診断に利用する血漿中ビタミンD代謝物の新規定量法の開発研究

血漿中にはビタミンD(D)代謝物の定量を妨害する物質が多量に含まれている。妨害物を除くとともに目的の代謝物を効率良くとらえることが必要である。これまでの定量法では数段階のHPLCによるクリーンアップが必要不可欠であるとされていたが,操作が煩雑で時間がかかるという欠点があった。HPLCをミニカラムに変えることによって,問題点を一挙に解決できることができた。順相あるいは逆相系のミニカラムの条件を検討して,25-OH-Dと1,25(OH)_2Dが分離でき,再現性が高く,効率の良い条件を確立した。次に,すでに報告しているHPLC法を応用して,25-OH-DのD_2系,D_3系の分離定量が可能な最適の条件を確立した。ラジオレセプターアッセイ(RRA)法のレセプターをこれまで使用してきたニワトリ小腸からウシ胸腺由来のものに変えて特異性を上げることによって定量感度を上げて試料量を減らし,1,25(OH)_2D_2,1,25(OH)_2D_3を再現性良く測定できる条件を確立した。栄養診断及び臨床診断への応用(1)健常成人のD栄養状態の診断:健常成人男女ボランティアの血漿中の25-OH-D及び1,25(OH)_2Dの定量を行うとともに血漿カルシウム,リン,PTHなどのカルシウム代謝調節ホルモン濃度を測定して,健常人のD栄養状態を明らかにした。このデータを男女別,年令別,D摂取量別,ライフスタイル別に分けて解析した。(2)ビタミン剤服用によるD栄養状態の改善効果:健常成人及び高齢者のボランティアに総合ビタミン剤(D_2含有)を長期間服用してもらい,25-OH-D及び1,25(OH)_2DのD_2系,D_3系の分離定量をするとともに,カルシウム代謝調節ホルモン濃度を測定して,ビタミン剤服用による効果を調べた。(3)骨疾患をはじめとする種々の病態患者の臨床診断:骨軟化疾患者,骨粗鬆症患者,種々の原因による高カルシウム血症患者,副甲状腺機能亢進症及び低下症の患者血漿中の25-OH-D及び1,25(OH)_2Dを測定して,診断や治療に役立てることができた。
多サイクル海水準変動のもとで成長するデルタ性大陸棚系のオート層序ノルム

多サイクル海水準変動のもとで成長するデルタ性大陸棚系のオート層序学を水槽実験と幾何モデリングの手法により開拓し,それが示唆するマクロ堆積層序の一つの類型を明らかにした。海水準の上昇と下降が繰り返し起こると,デルタ性大陸棚系の非平衡応答それ自体が変遷し特定のパターンに落ち着く。大陸棚の成長は上昇期における非デルタ性海進の開始を早め,無堆積面を拡大させる。下降期には,デルタ上の沖積河川がオートジェニックな平衡状態を実現しやすくなる。多サイクル海水準変動のもとで大陸棚が成長する過程で,非デルタ性海進(上昇期)と海側へ延伸する平衡河川ーデルタの前進(下降期)とが繰り返すだけの堆積層序へと収束する。海水準が上昇し続ける場合または下降し続ける場合に河川デルタ系がそれに対してどのように応答するかはよく理解されているが,海水準の上昇と下降が交互に繰り返される多サイクル海水準変動のもとでの河川デルタ系の成長過程はまだよくわかっていない。これを探究することにより,非平衡応答の理解を基調とする「デルタ性大陸棚のオート層序学」の開拓につながる。研究1年目にあたるH25年度は,一次元モデル実験の手法により,多サイクル海水準変動のもとで河川デルタ系の3つの移動境界(沖積基盤境界,海岸線,デルタトゥ)がどのように振る舞うかに注目して調べた。実験は長崎大学の堆積実験水槽マルジ6号を使用し,この水槽内に透明アクリル開水路を底面が水平になるように設置したうえで,後者の中に無波浪条件下でのデルタを生成した。実験中,堆積物供給速度と水流量をそれぞれ一定に保ち,海水準の定速上昇と定速下降を所定の時系列パターンで交互させた。海水準変動サイクルの進行とともに,海岸線は前進と後退を繰り返しつつも全体としては海側へ移動していき,デルタ性大陸棚が成長した。6ランのそれぞれで観察されたできごとは次のように要約できる。初期サイクルにおいては,系は海退→デルタ性海進→非デルタ化(オートブレイク)→非デルタ性海進のフルコースを経験した。海岸線は初め海側へ前進し,やがて陸側への後退に転じた(オートリトリート)。しかし,サイクル数を経るに従い海退期を経ずにデルタ性海進が起こるようになり,さらには海水準が上昇に転じると同時に非デルタ性海進が起こるようになった。すなわち,多サイクル海水準変動下の河川デルター大陸棚系ではサイクルの経過にともない非平衡応答それ自体が変遷する。本研究成果の一部をAGU2013秋季大会,ストラトダイナミクス共同会議(イリノイ大学)および日本堆積学会2014山口大会などで発表した。海水準が上昇し続けるまたは下降し続ける場合に河川デルタ系がそれに対してどのように応答するかはよく理解されているが,海水準の上昇・下降が交互に繰り返される多サイクル海水準変動のもとでの河川デルタ系の成長過程には不明な点が数多く残されている。また,河川デルタ系が大陸棚上を前進していく過程で前縁海底の水深が時間的・空間的に変わるにもかかわらず、この水深変化が河川デルタの挙動に与える影響は全くの未知である。本研究の目的は、これらの問題をモデル実験の手法で探究することにより「デルタ性大陸棚のオート層序学」の確立へ繋げることにある。2年目にあたるH26年度は、長崎大学環境科学部での水槽実験により、前縁海底水深の機能を解明することができた。一様水深と差別的水深のそれぞれのもとで前進する河川デルタ系の比較から、また一様大水深と一様小水深のそれぞれのもとで前進する河川デルタ系の比較から、前縁海底水深に対するデルタ分流チャネルの応答が明らかになった。水深の効果は、デルタ陸上部の半径とデルタジオメトリで定義される無次元水深の関数として与えられるグレイドインデックス(Gindex)を用いて記述できる(0 < Gindex < 1: Gindex = 0のとき河川平衡,Gindex = 1のとき完全埋積)。グレイドインデックスは,極小水深条件下のデルタと比較した場合の、河川デルタ系の相対的前進速度、分流チャネルの相対的埋積速度と相対的移動速度、河川平衡への近さ、堆積物の海陸分配および各種の相対的時間スケールを決定づける。分流チャネルのダイナミクスはデルタ陸上部分の条件に支配されるというのが従来の理解であったが、これを大きく刷新する新知見が得られた。多サイクル海水準変動のもとでの河川デルタ系は,大陸棚上を前進していく過程で前縁海底水深の時間的・空間的変遷を経験する。本研究は,特にこの水深変化が河川デルタの挙動に与える影響に着目し,これをモデル実験の手法で探究することにより大陸棚オート層序学の確立を目指す。H27年度の研究における最も重要な成果として,前縁水深がデルタ堆積系に及ぼす効果を定量的に規定するグレードインデックスモデルの構築が挙げられる。グレードインデックスは,水深が極めて小さい場合を基準にした場合の任意水深の効果を表す無次元数で,01の値を取る。ある水深のもとでのデルタの前進速度,沖積埋積速度,分流チャネルの移動速度・回帰周期・アバルジョン頻度などは,水深が極めて小さい場合のぞれぞれにグレードインデックスを掛け合わせることで得られる。このグレードインデックスモデルをもとに,現世および過去の地層・地形記録から平衡河川の検出を試みた。

富山海底チャネルに近接する北陸海岸へ流入する黒部川などの急流河川は少なくとも数万年前から河岸段丘を発達させているが,これらは当該河川が海水準変動を繰り返し経験しながらも,平衡河川へ漸近する過程で生成したものと考えられる。現在のそれらの河川は平衡状態に非常に近い。また,カスピ海に流入するボルガ河は1900年代半ばの海水準下降期においてオージェニックな平衡河川に漸近していたと考えられる。このほか,分流チャネルのダイナミクスの変遷を調べる水槽実験からは,海水準上昇にともなって、アバルジョンが頻発するフェイズから連続的側方移動が優勢となるフェイズへと遷移することが判明した。分流チャネルの移動形態もまたデルタ前縁水深(大陸棚水深)に強く影響されると言える。本研究成果の一部を国際第四紀学連合第19回大会及びAGU2015年秋季大会等で発表するとともに,2編の論文を国際誌に投稿した。多サイクル海水準変動のもとで成長するデルタ性大陸棚系のオート層序学を水槽実験と幾何モデリングの手法により開拓し,それが示唆するマクロ堆積層序の一つの類型を明らかにした。海水準の上昇と下降が繰り返し起こると,デルタ性大陸棚系の非平衡応答それ自体が変遷し特定のパターンに落ち着く。大陸棚の成長は上昇期における非デルタ性海進の開始を早め,無堆積面を拡大させる。下降期には,デルタ上の沖積河川がオートジェニックな平衡状態を実現しやすくなる。多サイクル海水準変動のもとで大陸棚が成長する過程で,非デルタ性海進(上昇期)と海側へ延伸する平衡河川ーデルタの前進(下降期)とが繰り返すだけの堆積層序へと収束する。大陸棚上を前進していく河川デルタ系の挙動の理解において、これまでほとんど着目されていなかったデルタ前縁海底水深の機能を初めて解明することができた。研究開始時点から強く意図していたわけではないが、新たな無次元数(グレイドインデックス)の導入により、堆積盆水深の大小が河川デルタの挙動に及ぼす相対的影響の強さを0以上1以下の実数で量的に示せるようになった。比較的長い時間スケールで観たとき、前縁海底水深は河川デルタ系の成長過程の多方面にシリアスな影響を及ぼすのであり、「影響」の強さは極小水深条件下の河川デルタ系の各種バラメータにグレイドインデックスを掛け合わせることで示すことができる。この発見は大陸棚オート層序学およびデルタ堆積学にとって重要な貢献と思われる。堆積地質学デルタ陸上部分を形成する分流チャネルの挙動には、アバルジョン(突発的な流路ジャンプ)と連続的側方移動という二つのパターンがある。デルタ前縁海底の水深は分流チャネルの移動速度を支配するため、これら二つの挙動パターンもグレイドインデックスと極めて密接な関係にあることが予想される。H27年度の本研究においては、この予想を海水準変動条件(上昇・下降・多サイクル)のもとでの2次元モデル実験によって検証することがメインの作業となる。この予想を実験的に確かめることはデルタ堆積学への貢献であると同時に、大陸棚オート層序学の確立へ向けての大きな一歩となるはずである。H27年度中に研究成果を2編以上のSCI論文として公表するとともに、国際第四紀学会2015大会(7月下旬、名古屋)、日本地質学会第122年学術大会(9月中旬、長野)、米国地球物理学連合2015秋季大会(12月中旬、サンフランシスコ)、日本堆積学会2016年大会(3月)にて発表することをノルマとしたい。