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琵琶湖の有機物生産と生産物の行方に関する研究

湖沼の沖帯では、植物プランクトン(一次生産者)の光合成によって生産された有機物は、1)植物プランクトン自身の呼吸、2)植物プランクトンの細胞外排出物とそれの微生物による利用、3)動物プランクトンによる摂食、4)深水層または底泥への沈降、等の諸過程によって系から失なわれる。これらの量的関係を明らかにするために、1989年の5、7、9月の3回にわたって琵琶湖北湖の定点(水深41m)で調査を行った。得られた主な結果は以下のとおりである。1.植物プランクトンの日総生産量は2,670(5月)、910(7月)、1,460(9月)mgC・m^<-2>・d^<-1>であったが、動植物プランクトンや微生物の呼吸量を差し引いた日純生産量は1,430(5月)、-210(7月)、490(9月)mgC・m^<-2>・d^<-1>であった。7月に純生産量がマイナスになったのは植物プランクトンにくらべて動物プランクトンの現存量が相対的に大きいためであった。2.植物プランクトンから排出される溶存有機物量は総生産量の411%で、生産物の損失過程に対する貢献度は小さかった。3.動物プランクトンの摂食量は182206(5月)、8751,803(7月)、295505(9月)mgC・m^<-2>・d^<-1>と計算され、植物プランクトンの総生産量に対する割合は、それぞれ、78、96199、2135%であった。4.有機炭素の沈降量は290440(5月)、350370(7月)、1,150(9月)mgC・m^<-2>・d^<-1>で、総生産量に対する割合は、それぞれ、13、40、80%であった。9月の沈降量が著しく大きかったのは洪水の影響であった。以上のように、植物プランクトンの有機生産物の損失に対する各過程の貢献度は季節によって著しく異なるものであった。今後、頻度の高い調査が期待される。「琵琶湖における有機物生産と生産物の行方」を解明するためには、1)植物プランクトンの現存量の経時変化と有機物(一次)生産速度、2)光合成産物の細胞外排出量と細菌によるそれの取り込み、3)動物プランクトンによる光合成産物の取り込み、4)水柱内での光合成産物の分解・無機化量、5)底泥への固形有機物の沈殿量、等を測定する必要がある。昭和63年度は上記5項目のうち、2)を除く4項目について、主として測定法の検討を中心に、調査研究を行ない、下記の結果を得た。

1.比較的貧栄養の湖沼に関しては、植物プランクトンの有機物生産速度を測定するのに^<14>C法が広く用いられてきたが、現場でのラジオアイソトープの使用が現在困難なため、大型(300ml)の酸素びんを用いる酸素法によって生産速度を求める方法を琵琶湖北湖に適用した結果、少なくとも水温の比較的高い停滞期には十分に適用できることが判明した。2.大型甲殻類プランクトンの主要種であるDaphnia longispinaとEodiaptomus japonicusの摂食速度はこれまでに確立された方法で測定できるので、63年度は琵琶湖に多いE.japonicusのナウプリウス幼生に^<32>Pでラベルした植物プランクトンを与えて摂食速度を求める方法を検討した。3.水柱内での全プランクトンによる有機物の無機化量を測定するため、プランクトン濃縮物を用いて呼吸速度を測定する方法を開発した。4.円筒型(直径5cm、長さ50cm)のセジメント・トラップを作製し、琵琶湖北湖で有機物沈殿量が測定できることを確認した。平成元年度は上記の手法と更に2)の手法を導入し、停滞期の春から秋にかけて数回の調査を行ない、標記の課題に対する解答を求める予定である。湖沼の沖帯では、植物プランクトン(一次生産者)の光合成によって生産された有機物は、1)植物プランクトン自身の呼吸、2)植物プランクトンの細胞外排出物とそれの微生物による利用、3)動物プランクトンによる摂食、4)深水層または低泥のへの沈降、等の諸過程によって失われる。これらの関係を明らかにするために、1989年の5、7、9月の3回にわたって琵琶湖北湖の定点(水深41m)で調査を行なった。得られた主な結果は以下のとおりである。1.植物プランクトンの日総生産量は2670、910、1,460mgC・m^<-2>・d^<-1>(それぞれ、5、7、9月)であったが動植物プランクトンや微生物の呼吸量を差し引いた日純生産量は1,430(5月)、-210(7月)、490(9月)mg・m^<-2>・d^<-1>であった。7月に純生産量がマイナスになったのは植物プランクトンにくらべて動物プランクトンの現存量が相対的に大きいためであった。2.植物プランクトンの細胞外排出有機物量は総生産量の411%であった。3.動物プランクトンの摂食量は206182(5月)、8751,803(7月)、295505(9月)mgC・m^<-2>・d^<-1>と計算され、植物プランクトンの総生産量に対する割合は、ぞれぞれ、78、96199、2135%であった。4.有機炭素の沈降量は290440、350370、1,150mg・m^<-2>・d^<-1>(それぞれ、5、7、9月)で、総生産量に対する割合は、それぞれ、1016、40、80%であった。9月の沈降量が著しく大きかったのは、調査直前の洪水による外来性懸濁粒子の搬入による影響のためと思われる。以上のように、植物プランクトンの生産物の損失に対する種々の過程の貢献度は季節によって著しく異なるものであった。今後、頻度の高い調査が期待される。
超分子元素ブロックポリマーの開発

本領域が目指す元素ブロックの1開発,2高分子化,3階層化制御による元素ブロック高分子材料の創出のためには,高度に配列制御された元素ブロック共重合ポリマーの新規重合法の開発が不可欠である。本申請では,複数の元素ブロックモノマーよりなる共重合体の精密構造制御を目的として,超分子化学を利用した元素ブロックの新たな共重合体の合成法を開発することを目指した。我々がこれまでに見出した元素ブロックであるフラーレンとカリックス[5]アレーンの包接錯体を利用して、超分子フラーレンポリマーや超分子フラーレンネットワークの合成に成功した。このポリマーはフラーレンを主鎖に連続的に配列した初めての超分子ポリマー及びネットワーク構造である。ビスポルフィリンクレフトの特異な包接構造を利用した超分子ポリマーを金属配位により架橋することで、超分子ネットワークポリマーの合成に成功した。このネットワークポリマーはハロゲン系溶媒をゲル化した。このポリマーは動的粘弾性測定において明らかにポリマー鎖の絡まりにゆらいする興味深い応答を示した。超分子ポリマーは重合構造を維持する非共有結合が共有結合に比べ弱いため,機械的強度が非常に低い。ところが,ネットワーク化することでこの超分子ポルフィリンポリマーは弾性のある自立膜を与えた。特に,ヤング率が1GPaであったことからポリスチレン程度の堅さをもっていることがわかった。キラルなゲスト分子を主鎖に配列したポリマーに対する分子カプセル分子の包接により、超分子グラフトポリマーの開発に成功した。また、この超分子グラフト構造に特異な不斉増幅現象が見られた。28年度が最終年度であるため、記入しない。本申請では,複数の元素ブロックモノマーよりなる共重合体の精密構造制御を目的として,超分子化学を利用した元素ブロックの新たな共重合体の合成法を開発する。また,元素ブロックが非共有結合により集積した超分子元素ブロックを創製する。我々はこれまでに,元素ブロックであるフラーレンとカリックス[5]アレーンが安定な包接錯体を形成することを見出している。この分子認識を駆動力に重合する超分子ポリマーや超分子ネットワークの合成に成功した。また、ビスポルフィリンクレフトの特異な包接構造を利用した超分子ポリマーを金属配位により架橋することで、超分子ネットワークポリマーの合成に成功した。以上のことから、今回合成した超分子ネットワークポリマーは非共有結合で維持されているにもかかわらず一般のポリマーに見られる物性を示した。元素ブロックを認識することで新たな超分子ポリマーネットワークを開発した。特にこのネットワークポリマーは非常に興味深い物性を示した。自立膜を形成するなどの性質は非共有結合を基盤としたポリマー材料では極めて珍しい。現在まで本領域に提案した研究課題を着実に実現している。今後の研究計画は申請書に記載したように、元素ブロック高分子材料を超分子化学と融合することで新たな超分子元素ブロックを生み出すことに邁進する。
ガラス中半導体マイクロクラスターの非線形コヒーレント過渡現象の研究

ガラスなどのマトリックス中に埋め込まれた微結晶における2次光学非線形性が、サイズに依存することが理論、実験の両者で報告されている。まズ、励起子が閉じ込められるCuCl微結晶の非線形性増大効果の起源を明らかにした。閉じ込め励起子を二準位系とみなすならば、共鳴における非線形感受率x^<(3)>は振動子強度、縦緩和時間に依存することになる。そこで、同一試料を用いて、縦緩和時間(発光寿命)と均一幅を測定して、振動子強度のサイズ依存性を求めた。半径が15から45Aの範囲では、振動子強度はR^<2.2>-R^<2.6>に依存して増大し、それ以上の半径では減少することがわかった。この依存性は輻射寿命から求められた依存性R^<2.1>とほぼ一致する。従って、励起子を閉じ込めている空間の大きさに振動子強度が依存することによって、巨視的分極が生じ、超放射が起こり、さらに、非線形分極の大きさもサイズに依存することが明らかになった。第2に、アモルファス構造をした半導体超微粒子の光学非線形性を調べた。アモルファス構造の半導体を超微粒子化して、そのサイズを減少させた場合、このような局在状態の拡がりとサイズが同程度になると、電子状態にサイズ効果が現れることが期待される。アモルファス化が容易なPを対象にして、イオン注入法とガラス溶触法によって、アモルファス超微粒子を作製して、その光吸収と3次非線形感受率の測定を行った。イオン注入法で作成したa-P超渉粒子の半径は15から25Aになり、その吸収スペクトルは、吸収端がバルクのアモルファス試料のそれに比べ、短波長側のシフトを示すことがわかった。このシフトは、吸収端近傍の電子状態に対してサイズ効果があることを示唆する。さらに、x^<(3)>は、1x10^<-6>esuとなり、吸収端近傍の370410nmの範囲では、波長に依らずほぼ一定であることがわかった。
ファジィ制御を用いた構造物のアクティブコントロールに関する研究

本研究では、まずファジィ制御における制御規制、メンバーシップ関数等の検討を行うため、パソコンを用いた数値解析シュミレーションを行った。なお、解析対象は、3層の骨組構造物である。一般に、多自由度系の運動方程式は、ここで、M:質量マトリックスC:減衰マトリックスK:剛性マトリックスF(t):外力ベクトルU(t):制御力ベクトル本研究では、U(t)の計算に、加速度と速度をパラメータとした前件部2変数、後件部1変数からなる直接法を用いたファジィ推論を用いている。式(1)の解析手法としては、ニューマークbeta法を用いた直接数値積分法を採用した。ここで、パラメータbeta=0.25、時間刻みDELTAt=0.01secである。図-1に規則数25個、自由振動の場合のシュミレーション結果を示す。図-1より、制振時には振幅が急速に減少し、制御力が有効に作用していることがわかる。地震波入力の場合についても同様の効果が認められた。以上の結果をふまえて、本研究ではパソコンを用いた振動制御システムを開発し実験を実施した。図-2に振動制御システムの概略図を、図-3に1次モード時の実験結果を示す。図-3より、実験においても加速度が急速に低下し、制御力が非常に有効に作用していることがわかる。減衰定数で比較すると、無制御時約0.36%から制御時約1.73%と、約5倍に増大することが判明した。本研究の制御システムは、その演算をすべてソフトウェアで行っており、特別な演算回路等は必要としないため比較的安価であり、また、ソフトウェアの変更のみで各種の制御理論を用いることが可能である。サンプリング周波数も最大200Hz程度とかなり高速で、実際の土木構造物の制振に関してはほぼ十分であると思われ、地震波等の入力に対しても制振が可能であると推定される。
化学的エネルギーの直接変換により運動するマイクロ/ナノマシンの構築

ポリスチレンビーズ表面に白金・亜鉛層を形成することにより、自律的に運動するマイクロロボットを作製した。白金、亜鉛上で同時進行する酸化・還元反応に伴って発生するpH勾配により、電気浸透流が発生し、その反動で運動する。臭素、p-ベンゾキノン、メタノールを燃料とすることにより、ブラウン運動とは明らかに異なる、方向性のある運動を確認した。また、大腸菌を捕獲して運動させることができた。本研究では、金属接合体表面で進行する不均一な酸化還元反応に着目し、その局所的イオン濃度勾配(電位勾配)形成によって生じる電気浸透流を運動エネルギーとして取り出すマイクロモータの作製を試みた。マイクロモータは、ポリスチレンビーズ上に、スパッタリングと真空蒸着により、亜鉛層と白金層を半面ずつ形成することにより作製した。これを燃料物質を含む水溶液中に分散させると、亜鉛の酸化溶出に伴い、白金表面上で燃料物質の還元反応が進行する。その結果、亜鉛ー白金極間にプロトンの濃度勾配が形成され、亜鉛側から白金側へ向かう電気浸透流が生じ、その反作用として、マイクロモータは亜鉛側に進行する。本研究では、臭素、p-ベンゾキノン、メタノールに注目した。これらの燃料物質を用いた場合、ブラウン運動とは明らかに異なる自律的運動が観察された。p-ベンゾキノンとメタノールを用いた場合には、臭素を用いた場合よりも運動速度は小さかった。運動速度の大小は、混成電位とそこで2つの金属間に流れる電流値に関係する。マイクロモータがどちらの面を先頭として運動しているかを確認するために、亜鉛層下にニッケル層を有するZn/Ni/Ptマイクロモータ(直径5 μm)を用い、磁力による姿勢制御を行った。その結果、磁石除去後も同じ方向に運動していることから、モータは亜鉛側を先頭として運動していることが確認された。本研究では、直径1 μmのモータを作製することにも成功し、同様に臭素、p-ベンゾキノン、メタノール中で運動することが確認された。さらに、白金表面を疎水性にし、マイクロロボットを大腸菌懸濁液中で分散させ、ここに燃料となるメタノールを加えると、疎水性相互作用によりマイクロロボットが大腸菌を捕捉・運搬するのが確認された。生体中には多様かつ高機能なナノマシンが当然のように存在している。しかし、これを人工的に実現するのは至難の業である。近年、このような生体中のナノマシンを模倣する試みが注目を集め始めている。DNA分子を順次歩かせるナノマシンの他、微生物のように、化学物質の化学的エネルギーを運動エネルギーに変換することで推進力を得る、マイクロ・ナノモーターが提案されている。本研究課題では、後者のような自発的に泳ぎ回る微小構造体の実現を目的に研究を進めてきた。これまでの研究では、過酸化水素以外の物質を燃料として運動する2種金属接合体モーターの報告例はほとんど見られなかった。そこで、本研究では、モーター表面上でのプロトン移動に着目し、金属の酸化溶出反応とプロトンを消費する基質の還元反応を組み合わせることによって、溶液中を泳ぐモーターを構築した。まず、亜鉛と白金からなる直径5μmの微小構造体を形成した。スパッタリングによりポリスチレンビーズの全面に白金層を形成し、次に真空蒸着によりビーズの片面のみに亜鉛層を形成した。ただし、白金上に亜鉛が乗りにくいという問題があったため、亜鉛蒸着の前に、密着層として金層を形成した。このような構造体は異種金属からなる一電極系として機能するが、白金上で何等かの酸化還元物質の還元が、亜鉛上で亜鉛の酸化(溶解)が、混成電位において同時に進行する。次に、このようにして作製した亜鉛-白金ビーズモーターを臭素、ベンゾキノン、メタノール、エタノールの各水溶液に浸し、その挙動を顕微鏡により観察した。その結果、いずれの場合も、ブラウン運動とは明らかに異なる自発的運動が確認された。上に述べたように、これまでは燃料として使用可能な化学物質が限定されていたが、今年度の研究により、有機化合物を含む、より多くの物質が燃料として使用可能であることが示された。初年度は主に亜鉛を用いたモーターの実現にまず取り組むことを計画していた。亜鉛が劣化しやすいため、白金と亜鉛からなる構造体を形成するのに苦労し、時間を要したが、実験方法を確立した上で、前記のように、これまでになかった有機化合物を燃料とし、ブラウン運動とは異なる自律的運動をすることを確認した。これについての学会、論文発表は秋をめどに考えているが、全体的には計画通りに進展している。23年度は酸化還元に伴い運動するモーターの研究を進めた。この種の研究は世界的にも始まったばかりで、何故このような運動が認められるのかという根本的なところが依然として十分に説明しきれていない。そこで、界面動電現象等に関わる理論的な考察も並行して進めながら、特色を出してゆく。24年度は異種金属接合体の作製方法を重点的に行い、ナノオーダーのモーターを容易に実現する方法を検討する。

ここでは、23年度と同様に順次金属層を形成する方法の他、2種類の金属ナノ粒子を用意し、これをリンカーで結合する方法についても検討する。さらに、pH変化に伴う親水性・疎水性変化等、化学的な刺激をセンシングして、集合、離散するマイクロ・ナノモーターの研究を新たに推進する。次年度使用額として計上しているもののうち、そのほとんどは既に物品費として納入済であり、支払いが4月となっているため生じたものである。その他に次年度使用額とした分は、少額ではあるが、24年度の研究費と合わせて、主に構造体を形成するための消耗品と成果発表の旅費として使用する。
運動意欲への家庭環境の影響

運動意欲は、同じ家庭に育ちながらも異なる環境(非共有環境)の影響が大きいことが示唆されてきた。そこで、本研究では、運動意欲のきょうだい類似性と、運動意欲の差異と家庭内環境の差異の関連について検討した。その結果、きょうだいの類似性が低くいという結果から、同じ家庭に育ちながらも異なる環境の影響が大きいことが間接的に支持された。次に、「愛情ある」または「信頼ある」きょうだい関係は運動意欲を高めることがわかった。本研究は、運動意欲への家庭環境の影響について検討することが目的である。そのために、同じ家庭に育つきょうだい(sibling)2名を対象として、彼らの家庭での経験の違いが、運動意欲の形成にどのような影響を及ぼすかを分析する。本研究代表者は、双生児データを扱う行動遺伝学的手法を用いて、運動意欲の個人差に対する遺伝及び環境要因の相対的影響度について推定したところ、遺伝要因の影響度が小さく、環境要因の中でも非共有環境要因の影響度が大きいという結果を報告している。非共有環境とは、「同じ家庭に育つメンバーが異なるように作用する要因」と定義づけられており、つまり、きょうだい間で異なる経験を意味する環境である。そこで、非共有環境要因の測定のために、今年度は、きょうだいの差異経験に関する質問紙を作成した。この質問紙は、家庭での生活を中心とした経験について、「きょうだいのどちらによりあてはまるか」を尋ねる形式である。次に、運動意欲に関する質問紙ときょうだいの差異経験に関する質問紙に関して、高校生から大学生の年齢範囲にあるきょうだい1組2名を対象として調査を実施した。大学の講義受講者を中心に、約300組のきょうだいに依頼したが、70組ほどのデータしか収集できなかった。本研究では、きょうだい1組2名のデータがセットでないと分析を進めることができないため、質問紙の回収率を高める工夫をして、さらに調査を継続していく必要がある。本研究は、運動意欲への家庭環境の影響を検討することが目的である。これまで、本研究者は、運動意欲に関する双生児研究に着手し、運動意欲の個人差に対する遺伝要因及び環境要因の相対的影響度について検討してきた。その結果、運動意欲への環境要因の影響は大きく、特に環境要因の中でも非共有環境と呼ばれる要因の影響が大きいことを報告した。非共有環境要因とは、同じ家庭に暮らしながらも、きょうだいペアを異ならせるように作用する要因と定義づけられる。環境要因のもうひとつの側面は、共有環境と呼ばれ、同じ家庭に暮らすきょうだいを類似させるように作用する要因と定義づけられている。運動意欲においては、共有環境よりも非共有環境の方が影響度は大きいと示唆される。そこで、本研究では、同じ家庭に暮らすきょうだいを対象として、きょうだいペア間における非共有環境の差異と運動意欲の差異を関連づけることで、運動意欲への家庭環境の影響について調査する。この非共有環境要因に関する調査用紙は昨年度に作成した。今年度は、昨年度に引き続き、きょうだいペアを対象として、運動意欲に関する調査と非共有環境に関する調査を実施した。約400組に調査を依頼し、約140組から回収した。昨年度分を含めると、総計約210組のきょうだいデータを収集したので、来年度はあと40組の調査を回収したい。なお、きょうだいペア2人分のデータが揃わない場合は分析対象としない。また、一卵性双生児きょうだい3組からも調査データを回収した他、家庭環境に関する面接調査を実施した。この被調査者の1組が優秀運動選手ペアであり、優秀運動選手の運動意欲等の心理的適性についても有益な結果を得た。この一部を、国際双生児学会にて発表した。本研究は、きょうだいを対象として、運動意欲に影響を及ぼす家庭環境要因について検討することが目的である。そこで、本研究では、同じ家庭に暮らすきょうだいを対象として、きょうだいペア間における非共有環境の差異と運動意欲の差異を関連づけることで、運動意欲への家庭環境の影響について調査した。今年度は、次の分析を行った。第1に、運動意欲のきょうだい類似性についての検討、第2に、きょうだいペア間における運動意欲の差と非共有環境の差との相関分析、である。分析の結果、運動意欲の3下位尺度(活動意欲、競争意欲、親和意欲)におけるきょうだい類似性は0,20-0.30の範囲であった。次に、きょうだいペア間の運動意欲の差と非共有環境要因としてのきょうだい関係の4下位尺度(愛情、敵意、信頼、比較)の差の相関分析をしたところ、運動意欲と正の関連が認められたのは、きょうだい関係の愛情と信頼であった。また、きょうだい関係の比較は運動意欲と低い負の関連が認められた。

また、運動意欲の定性的分析について検討した結果、運動意欲との関連性をみると、「父」や「きょうだい」が近い関係にあり、「母」や「周囲の人」とは遠い関係であった。また、運動意欲高群は、「好き」「スポーツ」「見る」「上手」「練習」「伸びる」「家族」「付き合う」等と近い関係にあった。
環境微生物生態メカニズム解明のための迅速・簡便な生体高分子定量技術の開発と適用

本研究では,迅速・簡便にRNAを直接定量する技術の開発している。本年度は,相対量を評価する方法から,絶対量を評価する方法への定量方法の改良を行った。本研究で開発しているRNA直接定量技術は,分子量分画膜を用いることによりrRNAと交雑したプローブと他のプローブを分画することを特徴とし,蛍光修飾オリゴヌクレオチドプローブ(68kDa)が16S rRNA(約500kDa)との交雑により,見かけ上高分子化した交雑物を分子量分画膜上に捕捉し,回収するものである。この回収液について,プローブ由来の蛍光量からプローブ量を, RNA由来の吸光度からRNA濃度を測定することで,絶対量ベースでの定量(copies/ng)を可能とした。これにより,本手法と他の方法との比較も容易になるものと考えられた。また,蛍光強度と吸光度の測定は,紫外線透過型底面をもつ黒色プレートを使用し、モノクロメーター式プレートリーダーによるハイスループットな解析が可能となった。プローブとRNAの交雑のストリンジェンシーの制御を温度制御による調整から,より容易な変成剤の濃度調整を用いる方法に変更した。様々な変成剤を検討したところ,本手法には尿素が適していることがわかった。尿素なしの場合と比べ,適切な尿素濃度では,標的のRNAと非標的のRNAから得られるシグナルの比が約5倍に向上した。このように,変成剤を用いることにより,特異性が向上した。本手法により複数種の同時検出を試みたところ,廃水処理UASBグラニュール汚泥から抽出したRNAのうちのBacteriaとMethanosaetaceaeはそれぞれ38.5±4.5%, 29.4±5.8%と,環境試料から抽出したRNAの定量に成功した。以上のように、本研究で開発した手法によって、既にFISH法等で用いられているプローブを利用し、環境試料から抽出したRNAの定量を行うための一連の流れを実証することができた。今年度は,本研究で開発している技術の測定方法のハイスループット化と交雑ストリンジェンシーの制御方法の変更による特異性の向上に成功し,やや遅れているものの,ある程度の成果を得ることができたと評価した。今後の本研究課題の推進方策として,本技術の全工程のハイスループット化を行っていくことが挙げられる。特に,プローブーRNA交雑物と余剰分のプローブを分画する工程をハイスループットに行う方法の検討が必要である。ハイスループット化を達成できれば,未だ発展途上なRNAに関する研究分野の発展に大きく寄与できる。本研究では,全く新しい核酸定量法を開発している。本年度は,まず,微生物由来のrRNAを定量の標的としており,PCRを介さずにrRNAを直接定量することを目的に研究を行ってきた。本研究では,分子量分画膜を用いることにより核酸と交雑したプローブと他のプローブを分画することを特徴とした核酸(rRNA等)定量法を開発している。すなわち本手法は,蛍光修飾オリゴヌクレオチドプローブ(8kDa程度)が,標的核酸(16S rRNAでは約500 kDa)との交雑により,見かけ上高分子化することで,分子量分画膜上にトラップされる。これにより交雑物のみを回収し,標的rRNAに特異的に交雑したプローブ由来の蛍光値を測定し定量を行う方法である。本手法をrRNA定量法として確立するため,プローブやrRNAの量,反応溶液の組成,反応時間,ろ過方法等の条件の最適化を行った。その結果,プローブ/RNA比は50(mol/mol),反応溶液中のNaCl濃度は200mM,反応時間は15分,ろ過方法は吸引により-15kPaで行うことが最適であることを見出した。また,反応温度をコントロールすることで,本手法が2塩基ミスマッチでも識別可能な特異性の高い手法であることが明らかとなった。このように最適化した実験プロトコルを用いて,標的の割合を0.0,1.6,3.2,6.3,12.5,...100%と変化させた人工合成RNAによるモデルコミュニティーの定量を行ったところ,調整した既知の値と本手法による定量値の間に高い相関(R2=0.99)が示された。また,環境試料から抽出したRNAの定量に適用できるか検討した。全生物のrRNAのうちの硫酸還元細菌のrRNAを定量したところ,嫌気性消化槽の汚泥では25.9±1.7%,UASBグラニュール汚泥では10.0±0.6%(いずれもn=3)と,再現性の高い定量結果が得られた。現在,本技術の高感度化およびハイスループット化を図っている。本技術は,理論的には1サンプルから1回の解析で複数種の微生物の定量が可能であり,さらに,一挙に数百以上のサンプルを高感度かつ同時に解析し得るハイスループット化を達成できれば,今までに前例のない,迅速・簡便な核酸定量技術として大いに期待できる。高感度化およびハイスループット化を達成するためには,検出機器の選定が必要不可欠となる。本技術の場合,濃縮回収後の測定対象となる液量は極少量(10μl程度)を想定しており,少量の測定が可能である方が良く,ハイスループットに測定できる蛍光検出機器が望ましい。本技術に見合う蛍光検出機器として,蛍光分光光度計,プレートリーダー,バイオイメージャーあるいはシーケンサーを応用して使用する等が想定され,これらの検出機器の評価を行った。

現在用いている検出機器は超微量蛍光分光高度計で,2μlの液量を測定可能であり比較的高感度であるが,ハイスループット化は不可能である。この超微量蛍光分光光度計(LED励起)に勝る感度を有すると想定されたのは,レーザー光で励起を行うバイオイメージャー,シーケンサーであった。しかしながら,バイオイメージャーを本技術に用いるには,いかに狭い面積でスポットを行うか等,克服しなければならない問題があった。また,シーケンサーは微量な液量が測定可能で,最小検出量は3オーダー程超微量蛍光分光光度計に勝る高感度であることが確認できたが,元々長い塩基長(数十数百塩基)を解析するためのシーケンサーにとって,本技術で扱うプローブ(20塩基程度)の形状によっては使用することができないことがわかった。他の検出機器についても評価を行ったところ,モノクロメーター式のプレートリーダーは,現在用いている超微量蛍光分光光度計とほぼ同等の検出感度をもち,本技術のハイスループット化に適用可能と判断できた。本研究では,迅速・簡便にRNAを直接定量する技術の開発している。本年度は,相対量を評価する方法から,絶対量を評価する方法への定量方法の改良を行った。本研究で開発しているRNA直接定量技術は,分子量分画膜を用いることによりrRNAと交雑したプローブと他のプローブを分画することを特徴とし,蛍光修飾オリゴヌクレオチドプローブ(68kDa)が16S rRNA(約500kDa)との交雑により,見かけ上高分子化した交雑物を分子量分画膜上に捕捉し,回収するものである。この回収液について,プローブ由来の蛍光量からプローブ量を, RNA由来の吸光度からRNA濃度を測定することで,絶対量ベースでの定量(copies/ng)を可能とした。これにより,本手法と他の方法との比較も容易になるものと考えられた。また,蛍光強度と吸光度の測定は,紫外線透過型底面をもつ黒色プレートを使用し、モノクロメーター式プレートリーダーによるハイスループットな解析が可能となった。プローブとRNAの交雑のストリンジェンシーの制御を温度制御による調整から,より容易な変成剤の濃度調整を用いる方法に変更した。様々な変成剤を検討したところ,本手法には尿素が適していることがわかった。尿素なしの場合と比べ,適切な尿素濃度では,標的のRNAと非標的のRNAから得られるシグナルの比が約5倍に向上した。このように,変成剤を用いることにより,特異性が向上した。本手法により複数種の同時検出を試みたところ,廃水処理UASBグラニュール汚泥から抽出したRNAのうちのBacteriaとMethanosaetaceaeはそれぞれ38.5±4.5%, 29.4±5.8%と,環境試料から抽出したRNAの定量に成功した。以上のように、本研究で開発した手法によって、既にFISH法等で用いられているプローブを利用し、環境試料から抽出したRNAの定量を行うための一連の流れを実証することができた。当初の計画では,本年度中に核酸定量法を確立し,環境サンプルへの適用を行うこととしており,これを達成することができたため,本年度は計画通りに進展できていると評価できる。今年度は,本研究で開発している技術のハイスループット化および高感度化を図る予定であり,これについて多くの知見を得ることができたため,おおむね順調に進展していると評価した。
臍帯由来幹細胞の腸管神経再生によるヒルシュスプルング病の新たな治療戦略

前年度より引き続き、SOX10-VENUSトランスジェニックマウスを用いて実験を行った。臍帯血由来幹細胞を効率的かつ安定的に採取し、培養過程を構築することを目標としていた。施設移動により一時期マウス作製が困難な時期があり、実際にマウスから細胞を採取する機会が少なかった。前年度に行った手法でマウスより採取された臍帯由来細胞内の幹細胞の数が予想をはるかに下回り、幹細胞のみの分離に難渋した。さらに分離した幹細胞の増殖にも一般的な培養液等の条件では進まないことも多々あった。分担者である研究課題により細胞移植の可能性が示されており、少数の臍帯由来幹細胞を増殖、分化させずとも幹細胞のままでの腸管への移植実験を先んじて実施することも検討している。臨床では引き続き、ヒルシュスプルング病への手術手法の向上を目指し検討を行い、国際学会および英文論文での成果発表を精力的に行っている。本年度は施設移動のために一定期間マウスの飼育が困難となり中断せざるを得なかった。その後マウス飼育を再開するも、依然として採取される臍帯血由来細胞中の幹細胞量が少なく、培養過程でも増殖しないことから難渋している為、やや遅れがある。引き続き、マウスからの効率的かつ安定的な幹細胞採取と培養工程の構築を図る。分担している研究で、病的マウス腸管に正常腸管神経細胞の移植が成功したことから、来年度は腸管神経への分化をせずに、幹細胞のままでの細胞移植を予定する。将来的にはヒト由来の臍帯血由来幹細胞の臨床応用につながるよう、マウスの臍帯血由来幹細胞の効率的な分離、増殖、分化の方法を確立する。近年、再生医療・細胞治療における臍帯由来幹細胞はその多分化能や免疫調節能から再生医療における有用な資源として知られている。採取が容易であることや倫理的問題がほとんどなく、移植時の安全性の点でも優れ、また後天的な遺伝子発現変異が少ないことからも、小児医療への臨床応用が期待される。しかし、臨床研究につながるような基礎研究の報告はまだ少数である。H病はHirschsprung病(以下H病)は、出生児5000人に1人の頻度で発生し、小児外科領域における最も代表的な機能性腸閉塞疾患であり、腸管運動障害を呈する神経堤症の一つとして知られている。腸管神経運動を司る脊髄神経の障害の際には同時に排尿機能も障害されることが多く、膀胱機能の不可逆的な傷害に対しての臍帯血由来細胞の移植・生着に着目した。今年度において我々は神経系が直接観察できるSox10-VENUSトランスジェニックマウスを使用し、このマウスから採取した臍帯血を、虚血型膀胱損傷モデルマウスでの神経再生過程を以下のように観察、検討した。マウス膀胱にドライアイスで冷却した金属棒を押し当て、主に膀胱平滑筋層に傷害を与えた凍結傷害膀胱モデルを用いた。このモデルにSox10-VENUSトランスジェニックマウスから採取した臍帯血を尾静脈に静注。15日後に蛍光実体顕微鏡を用いた観察において、損傷部付近へのSOX10-VENUSの発現を認めた。一方で正常マウスへも静注を行ったが、発現は認められなかった。このことより、傷害部位への臍帯血由来幹細胞の移植が示唆された。今年度は臍帯血の採取の手技の確立などに時間がかかり、本来目的としている腸管神経への分化誘導までは至らなかった。しかし、膀胱損傷モデルマウスへの移植の可能性があきらかになったことから、腸管神経損傷または無神経部位への移植・生着・分化への期待が高まる結果となった。昨年度行った膀胱損傷マウスへの移植実験の個体数を増やし再現性を観察するとともに、移植部位への生着の確認を病理学的手法を用いて解析する。これにより臍帯血由来幹細胞の採取手技の習得も期待される。同時に、本来の予定である腸管神経への分化誘導もすすめていき、H病モデルマウスへの移植実験を進める予定である。

分担している研究で、病的マウス腸管に正常腸管神経細胞の移植が成功したことから、来年度は腸管神経への分化をせずに、幹細胞のままでの細胞移植を予定する。将来的にはヒト由来の臍帯血由来幹細胞の臨床応用につながるよう、マウスの臍帯血由来幹細胞の効率的な分離、増殖、分化の方法を確立する。マウス飼育管理費、試薬類を含む消耗品の請求額が一円単位である為、結果として9円の端数が生じた。
指に装着する触覚情報計測センサの開発

自動化が進んだ産業分野においても,未だヒトの手により行われている作業現場は数多く,熟練したヒトの触覚が重要な役割を果たしている.本研究は,指装着型の触覚センサの開発を目的とする.指に装着することで,器用なヒトの手を利用し,現場に導入しやすく,直感的操作を可能とする.微小凹凸検査用センサを試作し,リアルタイムセンシングのための信号処理を実装した.実験結果は,センサが良好に微小凹凸を検出し,定性的に評価を行えることを示した.自動化が進んだ産業分野においても,未だヒトの手により行われている作業現場は数多く,熟練したヒトの触覚が重要な役割を果たしている.本研究は,指装着型の触覚センサの開発を目的とする.指に装着することで,器用なヒトの手を利用し,現場に導入しやすく,直感的操作を可能とする.微小凹凸検査用センサを試作し,リアルタイムセンシングのための信号処理を実装した.実験結果は,センサが良好に微小凹凸を検出し,定性的に評価を行えることを示した.自動化が進んだ産業分野においても,手触りの良し悪しや鋼板の面歪検査作業など,未だヒトの手(触覚)が頼りの作業は数多い.本研究では,ヒトの指に装着し触覚情報を計測できるセンサの開発を目的とする.指に装着することで,使用者は現行のままの動作でセンシング可能,センサ駆動用装置を必要とせず導入が容易,リアルタイムセンシングにより直感的に計測箇所や計測値を理解できる,現行と同じ動作であるため目的の触覚情報と深く関係する情報を検出できる可能性が高い,将来的にロボットアームと組み合わせれば自動化にも発展,といった利点がある.特に,ヒトの触覚機能に基づき,面歪情報および振動情報の検出に特化したセンサを開発する.また,信号処理や電気的処理でなく,機械的な要素をセンサに付与することを検討する.このようなセンサは複雑なシステムを必要とせず,シンプルでロバストな検出能力を発揮できる可能性を有する.本年度はセンサの基盤として,センサ構造や検出原理,センサ表面について検討を行った.まず,ヒトの指と接触するセンサ母材の形状に注目し,センサを指に装着して湾曲した表面をなぞる際,対象面との接触が安定するようなセンサ構造について検討した.その結果,走査方向のセンサ両端部分を強く押さえられるセンサ母材形状にすると,ヒトが無意識的に対象表面からセンサが離れないようなぞり動作を行う傾向にあることがわかった.また,感度向上のために,センサと対象面の間に弾性介在物を挿入することを検討した.適切な弾性介在物を挿入すると,対象面の微小凹凸などに起因する応力集中がセンサ内部に起こり,歪分布の範囲も広がる.したがって,弾性介在物を用いて,応力集中の起こる適切な位置にセンサ素子を配置することで,目的の微小凹凸に対して高感度のセンサを得ることができる.有限要素法および歪ゲージを用いたセンサによる実験を通じこの効果を確認した.自動化が進んだ産業分野においても,手触りの良し悪しや鋼板の面歪検査作業など,未だヒトの手(触覚)が頼りの作業は数多い.本研究では,ヒトの指に装着し触覚情報を計測できるセンサの開発を目的とする.指に装着することで,使用者は現行のままの動作でセンシング可能,センサ駆動用装置を必要とせず導入が容易,リアルタイムセンシングにより直感的に計測箇所や計測値を理解できる,現行と同じ動作であるため目的の触覚情報と深く関係する情報を検出できる可能性が高い,将来的にロボットアームと組み合わせれば自動化にも発展,といった利点がある.昨年度において,センサ構造や検出原理について検討し,特に,弾性シートを対象面と接触するセンサ底面に介在することで,なぞり動作を行いやすくしたり,凹凸刺激をセンサ底面に増強して伝える効果を得られることがわかった.本年度はこれらを基に,歪ゲージを2枚用いた指装着型のセンサを試作し,リアルタイム信号処理による評価システムを構築した.センサ母体は柔軟なゴムからなっており,シェル構造により曲面にも沿わせやすくなっている.また,底面には,粘性流体が封入された薄いシートが貼られ,ある程度の押しつけ力の変動にはよらず一定のセンサ出力を得ることができる.リアルタイム信号処理では,対象表面をセンサでなぞった際に,微小な凹凸を検出し,その大きさを評価するシステムを構築した.時間周波数解析の一種であるウェーブレット変換を用いて,微小凹凸に対する候補波形を検出し,切り出す.切り出した波形の形状から微小凹凸の有無を判別し,またその波形の振幅値から,凹凸の大きさを評価する.検証実験の結果,高い検出率が得られ,同一の実験者においては,大きさの評価も良好に行えることを確認した.
多国籍企業の行動が経済成長率や失業に与える影響についての理論的分析

本研究では、先進国から発展途上国へと行う海外直接投資による先進国の産業の空洞化が失業に与える影響と政府の取るべき政策に焦点を絞って理論的な分析を行った。その結果、海外直接投資や多国籍企業を呼び込むために、政府は過剰な補助金を企業に与えていることが分かった。しかし、失業者が職を見つけにくい場合、過剰な補助金を企業に出している場合の方が補助金を出していないときと比較して望ましいことが分かった。したがって、失業対策のために、政府が企業に補助金を出して、企業を日本に誘致することは日本にとった望ましい政策だと言える。本年度は先進国での産業の空洞化がおこるとき、先進国や発展途上国の経済成長や経済厚生に与える影響について理論的分析を行った。ここでの先進国での産業の空洞化とは、製造業部門が先進国から発展途上国へと生産場所を移転することをいう。この研究の結果、以下の三つの結論が得られた。一つ目は、貿易の自由化が産業の空洞化や先進国の経済成長に与える影響について分析を行った。その結果、先進国の規模が発展途上国と比べて小さいとき、貿易の自由化は産業の空洞化を引き起こし、経済成長を減退させることが分かった。また、より一層貿易の自由化が進展すると、製造業部門は生産場所を発展途上国から先進国に戻し、経済成長を増加させることが分かった。二つ目は、発展途上国での最低限度の株式持ち分比率が減少したとき、産業の空洞化や先進国の経済成長に与える影響について分析を行った。先進国の製造業部門が発展途上国に移転する際に、現地の企業と合弁会社を設立することを義務付けられている場合、最低限度の株式持ち分比率が法律で決められている。発展途上国での最低限度の株式持ち分比率が減少したとき、発展途上国で生産を行う誘因が強まり、企業は生産拠点を先進国から発展途上国へと移転することが分かった。また、発展途上国での最低限度の株式持ち分比率の減少と経済成長との関係はU字型を描くことが分析によって明らかになった。最後に、数値計算を行うことによって発展途上国での最低限度の株式持ち分比率と経済厚生の関係について分析を行った。その結果、発展途上国が十分に最低限度の株式持ち分比率を低下させると発展途上国の経済厚生が上昇するという結果が得られた。TPPなど貿易の自由化が進展している現状を踏まえ、貿易の自由化が日本国内に与える影響について研究する必要がある。そこで、平成25年度は多国籍企業の行動を考慮したとき、貿易の自由化が国内の経済厚生に与える影響についての理論的研究を行った。本研究での多国籍企業とは、自国のみに生産拠点を持つ企業ではなく、自国と外国に生産拠点を持っていたり外国のみに生産拠点を持っていたりする企業を想定している。一つ目の研究は、国が二国しかないと仮定したとき、貿易の自由化によって多国籍企業の行動はどう変化するのか、そして経済厚生は上昇するのか、ということについて分析を行った。二つ目の研究は、一つ目の研究を拡張して国が三国あるというより一般的な理論的枠組みを構築した。ここで、三つの国のうち二つの国の間で貿易の自由化が締結された状況に注目した。この状況は、日本がTPPに参加しなかった場合経済厚生はどうなるのか、という問題に焦点を当てている。そこで、一つ目の研究と同様に、貿易の自由化が多国籍企業の行動と経済厚生に与える影響について分析を行った。各々の研究から得られた結論は以下の通りである。一つ目の研究より、貿易の自由化によって多国籍企業は海外に生産拠点を持つことを止めて、海外に輸出する、という戦略を取ることが分かった。その結果、多国籍企業の対外直接投資が減少し、両国の輸入額が上昇することで経済厚生が減少することが示された。二つ目の研究より、二国間の貿易の自由化によって、多国籍企業は自由貿易圏内の国への対外直接投資額を減少させることが分かった。その結果、自由貿易圏内の国同士の輸出入額が増大することによって、それらの国の競争が弱められることが分かった。その結果、自由貿易圏外の国にある企業の利潤が増加し、自由貿易圏外の国の経済厚生が改善する可能性があることを示すことができた。そこで、平成26年度は多国籍企業の行動を考慮にいれた場合、貿易の自由化が失業率に与える影響についての理論的研究を行った。この研究において、多国籍企業は利潤を最大にするよう自由に生産場所を決定していると仮定している。そして、多国籍企業がある国に立地して生産を開始する際に、労働者と出会わなければ生産ができない状況を考えた。また、労働者にとっても多国籍企業に雇ってもらわなければ賃金所得を得ることができず、摩擦的失業が存在する状況を想定した。以上のような状況下において、二国間の輸送費用の減少すなわち貿易の自由化が失業や経済厚生にどのような影響を与えるのか、という問題に対する答えを出した。これ加え、貿易の自由化が自国の経済厚生を最大にしたいと考えている政府の最適政策に与える影響についても分析を行った。以上の研究によって、以下の三つの結果を得ることができた。一つ目は、貿易の自由化は失業率を下げ、そして経済厚生を高める可能性があることが示された。二つ目は、企業にとって労働者の探索費用が下がると失業率を下げ、そして経済厚生を高める可能性があることが示された。

三つ目は、政府の最適政策は企業に補助金を与えて、多国籍企業を引き寄せることであることが分かった。しかし、その場合の補助金額は、2国の政府が協調して補助金率を決定する場合に比べて高いことが分かった。したがって、WTOといった国際組織は多国間で補助金額の一斉引下げを行うべきである、という結果を得ることができた。2015年度は2014年度に行った多国籍企業の行動に関する研究に関して、研究計画通り論文を完成、投稿することができた。また、現在2016年度に行う予定である研究のモデル構築の目途が立っているので、順調に進展していると考えられる。近年、TPPや多国間FTAにより貿易の自由化が進展しており、1国の経済政策が外国に与える影響は大きくなっている。そこで、外国の経済政策が日本の経済状況に与える影響を研究する必要がある。そこで、平成26、27年度に構築したモデルに政府の行動を取り入れた。この研究では、多国籍企業は利潤を最大にするよう自由に生産場所を決定していると仮定している。そして、多国籍企業がある国に立地して生産を開始する際に、労働者と出会わなければ生産ができない状況を考えた。また、労働者にとっても多国籍企業に雇ってもらわなければ賃金所得を得ることができず、摩擦的失業が存在する状況を想定した。そして、政府は失業率を減少させるよう企業に補助金を出すとした。このような状況下において、政府の最適な補助金率や政府が補助金を出さなかった場合の経済厚生と補助金を出している場合の経済厚生とを比較して、どちらが望ましいのか、という問題に対する答えを出した。この研究によって、以下の二つの結果を得ることができた。一つ目は、政府は外国政府と企業の誘致合戦をやることによって、過剰な補助金を企業に支出することが分かった。二つ目は、労働市場で労働者が職を見つけにくい場合、過剰な補助金を企業に支出した方が全く補助金を出さない場合と比較して、経済厚生が高いことが分かった。また、労働市場で労働者が職を見つけやすい場合、補助金を出すよりも補助金を出さない方が望ましいことがわかった。したがって、現在のように人々が職を見つけにくいときには、失業対策のために過剰な補助金を与えることは、補助金を与えないときと比べて望ましいことが分かった本研究では、先進国から発展途上国へと行う海外直接投資による先進国の産業の空洞化が失業に与える影響と政府の取るべき政策に焦点を絞って理論的な分析を行った。その結果、海外直接投資や多国籍企業を呼び込むために、政府は過剰な補助金を企業に与えていることが分かった。しかし、失業者が職を見つけにくい場合、過剰な補助金を企業に出している場合の方が補助金を出していないときと比較して望ましいことが分かった。したがって、失業対策のために、政府が企業に補助金を出して、企業を日本に誘致することは日本にとった望ましい政策だと言える。2014年度は研究計画通り論文を完成、投稿することができた。また、現在2015年度に行う予定である研究のモデル構築の目途が立っているので、順調に進展していると考えられる。現在、貿易の自由化と失業との関係に関する論文をもう一つ進めている。今後は国内外で積極的に研究報告を行い、研究の質を高めていく方針である。国際経済学
魚の遊泳特性の解明とそれに基づいた遡上率の高い魚道の設計指針の確立

1尾で遊泳するアユの遊泳挙動を定式化し,遊泳速度,遊泳距離,屈折角度などのパラメータを定量的に解明した.その結果,既往の研究で突進速度は体長の10倍とされていたが,本研究によって2030倍にも達することを解明した.続いて,魚道内のアユの挙動を撮影し,プランジングフローおよびストリーミングフローにおけるアユの遊泳挙動を解明した.その結果,必ずしも正の向流性を示すわけではなく,負の向流性も示すことを解明した.1尾で遊泳するアユの遊泳挙動を定式化し,遊泳速度,遊泳距離,屈折角度などのパラメータを定量的に解明した.その結果,既往の研究で突進速度は体長の10倍とされていたが,本研究によって2030倍にも達することを解明した.続いて,魚道内のアユの挙動を撮影し,プランジングフローおよびストリーミングフローにおけるアユの遊泳挙動を解明した.その結果,必ずしも正の向流性を示すわけではなく,負の向流性も示すことを解明した.ダム,堰,落差工によって生じる水位落差は、水生生物の移動の障害となる.そのため水位落差を分割し,魚類の遡上および降下を助ける目的で魚道が設置されてきた.魚道の建設計画を行う際,高い遡上率を達成できる設計案を提案すべきである.階段式魚道において遡上に影響を与える要素として,隔壁形状,プール長,隔壁間落差,粗度の有無,切り欠きの有無とその位置,隔壁部の切り欠き率などがあげられる.Wadaおよび農林水産省は,隔壁の天端形状が傾斜型および丸型の方が直角型に比べて遡上率が高いことを示している.久保田はプール長を系統的に変化させてイワナの遡上率を計測した.その結果,プール長が魚の体長の2倍以上のときに,遡上率が最大になることを示した。和田は隔壁間落差の適正値が0.150.25mの範囲と述べている。粗度の有無については,底面に粗石を設置した場合が設置しない場合に比べて,遡上数が高いことを佐合らが確認している.鬼束らは階段式魚道において交互切り欠きよりも片側切り欠きの遡上率の方が高いことを実験に基づき示した.一方,隔壁部の切り欠き率に関して,国土交通省は流況を安定させるために,0.170.2の範囲に設定することを推奨しているが,これを実証したものはほとんどない.本研究は,階段式魚道の切り欠き率および流量を系統的に変化させて遡上率の変化を解明した.続いて,流速測定および定位位置を測定し,水理量が遡上特性に及ぼす影響を検討した.実験の結果,切り欠き率が0.10.2付近で遡上率が高く,0.30.7では微減した.したがって,国土交通省の推奨値(0.170.20)が妥当なことが初めて実験的に示された.ダム,堰,落差工によって生じる水位落差は,水生物の移動の障害となる.そのため水位落差を分割し,魚類の遡上および降下を助ける自的で魚道が設置されてきた.魚道の建設計画を行う際,高い遡上率を達成できる設計案を提案すべきである.階段式魚道において遡上に影響を与える要素として,隔壁形状,プール長,隔壁間落差,粗度の有無,切り欠きの有無とその位置,隔壁部の切り欠き率などがあげられる.Wadaおよび農林水産省は,隔壁の天端形状が傾斜型および丸型の方が直角型に比べて遡上率が高いことを示している.久保田はプール長が魚の体長の2倍以上のときに,遡上率が最大になることを示した.和田は隔壁間落差の適正値が0. 15025mの範囲と述べている.粗度の有無については,底面に粗石を設置した場合が設置しない場合に比べて,遡上数が高いことを佐合らが確認している.しかし,上記のような理由を知るためには魚の魚道内における詳細な挙動を解明しなければならない.本研究では,階段式魚道におけるアユの挙動を3次元的に把握し,流速と挙動との関係を解明した,その結果,従来は,魚に正の向流性があると指摘されていたが,魚道内のエリアによっては必ずしもこの理論が成立せず,逆に負の向流性が存在する場合もあることを発見した.ダム,堰,落差工によって生じる水位落差は,水生生物の移動の障害となる.そのため水位落差を分割し,魚類の遡上および降下を助ける目的で魚道が設置されてきた.魚道の建設計画を行う際,高い遡上率を達成できる設計案を提案すべきである.階段式魚道において遡上に影響を与える要素として,隔壁形状,プール長,隔壁間落差,粗度の有無,切り欠きの有無とその位置,隔壁部の切り欠き率など挙げられる.Wadaおよび農林水産省は,隔壁の天端形状が傾斜型および丸型の方が直角型に比べて遡上率が高いことを示している.久保田はプール長が魚の体長の2倍以上のときに,遡上率が最大になることを示した.和田は隔壁間落差の適正値が0.150.25mの範囲と述べている.粗度の有無については,底面に粗石を設置した場合が設置しない場合に比べて,遡上数が高いことを佐合らが確認している.

しかし,上記のような理由を知るためには魚の魚道内における詳細な挙動を解明しなければならない.本研究では,階段式魚道においてプランジングフローおよびストリーミングフローを発生させて,魚道内のアユの挙動を3次元的に把握し,流速と挙動との関係を解明した.その結果,両者の流れにおいて底面付近では正の向流性が認められるものの,水面付近では負の向流性も観察された.そのため,魚の向流性の正負は必ずしも魚種に依存するのではなく,流れ場にも依存することが解明された.