hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海岸・海洋構造物連結目地内における流体共振特性の体系化-実海象条件への拡張-

本研究では,ケーソン式海岸構造物連結目地など,構造の代表長さに比べて極めて微小な領域での発生が報告されている流体共振現象に関して,実際の海象条件下における流体共振の発生条件および発生規模の体系化を試みた.既往研究で蓄積された直交入射の場合における目地内での流体共振特性を基礎に研究を発展させ,実際の海象条件で重要な要素となる波向きおよび波の不規則性に関する知見を実験的に整理し,体系化に向けた理論モデルの構築をおこなった.本研究では,ケーソン式海岸構造物連結目地など,構造の代表長さに比べて極めて微小な領域での発生が報告されている流体共振現象に関して,実際の海象条件下における流体共振の発生条件および発生規模の体系化を試みた.既往研究で蓄積された直交入射の場合における目地内での流体共振特性を基礎に研究を発展させ,実際の海象条件で重要な要素となる波向きおよび波の不規則性に関する知見を実験的に整理し,体系化に向けた理論モデルの構築をおこなった.本年度は,以下の2点に関して研究を実施し,次のような研究成果および今後の検討課題を得ている.(1)ケーソン護岸およびケーソン防波堤連結目地内での流体共振特性に及ぼす入射角の影響評価ケーソン式海岸構造物連結目地への直交入射の場合に得られている流体共振特性を基礎に研究を発展させ,実際の海象条件で重要な要素となる波向きに着目し,入射角の変化が目地内の流体共振特性に及ぼす影響を実験的および理論的に考究した.実験には,平面水槽を用い,規則波を対象として,目地内の共振特性を整理した.理論解析では,入射角の影響を考慮できない既往の研究例に,座標変換を導入して入射角の影響を取り込むことに成功している.実験結果および理論解析結果から,目地内で流体共振が顕著となる場合の入射波周期および波高増幅率は,対象とした実験条件の範囲で,入射角によらずほぼ一定であり,直交入射の場合とほぼ等しくなることが明らかになった.(2)エネルギー損失効果を考慮した大型浮体要素間微小間隙内での流体共振発生条件の誘導大型浮体を構成する2つの矩形浮体要素間微小間隙内での流体共振発生条件に関する理論解の精度向上を目的に,摩擦損失効果および局所的な形状損失によるエネルギー損失効果の影響を理論解析に取り込み,間隙内での流体共振発生条件を新たに誘導した.さらに,新たに誘導された理論解を用いて実験結果を整理し,提示した理論解の有効性について検討した.結果として,局所的な形状損失効果を導入することにより,共振発生条件の精度が良好に改善できることが明らかになった.ただし,間隙幅が広い範囲では,必ずしも十分な精度の改善には至っていない.この点に関しては,共振発生時における透過波の存在などを含めた理論展開による検討を次年度実施する予定である.本年度は,以下の2点に関して研究を実施し,次のような研究成果を得ている.1.理論解析に基づくケーソン護岸およびケーソン防波堤連結目地内での流体共振特性に及ぼす入射角の影響評価当初は,昨年度実施した平面水槽実験結果「目地内で流体共振が顕著となる場合の入射波周期および波高増幅率は,対象とした実験条件の範囲で,入射角によらずほぼ一定であり,直交入射の場合とほぼ等しくなる」から,2次元造波水槽を用いた不規則波実験を計画していた.ただし,昨年度誘導した理論解析手法は,単一の目地のみが存在する場合を対象とした最も単純な場合のモデル化であり,隣接する目地の影響を考慮するには至っていなかった.このため,昨年度の理論解析手法をさらに発展させ,実験条件に対応した複数の目地の存在が考慮できる理論解析手法を新たに構築した.理論解析結果から,目地内で流体共振が顕著となる場合の入射波周期の理論値は,隣接目地の存在により変化するものの,対象とした実験条件の範囲内では,造波機による発生周期の解像度を下回る程度の変化であり,入射角の影響を無視した2次元造波水槽による実験をベースに目地内での流体共振特性の体系化が可能であることが明らかになった.2.透過特性を考慮した大型浮体要素間微小間隙内での流体共振発生条件の誘導大型浮体を構成する2つの矩形浮体要素間微小間隙内での流体共振発生条件に関する理論解の精度向上を目的に,共振発生時の透過波の存在を理論解析に取り込み,間隙内での流体共振発生条件を新たに誘導した.さらに,新たに誘導された理論解を用いて実験結果を整理し,提示した理論解の有効性について検討した.結果として,透過特性を導入することで,共振発生条件の高精度化が実現できた.本年度は,当初,2次元造波水槽を用いた不規則波実験を実施し,流体共振発生時における発生規模の定量評価を計画していたが,申請者らの既往の実験結果を再評価することで,有義値を用いた発生規模の定量的評価への可能性が見い出せたため,以下の2点に関して研究を実施し,次のような研究成果を得ている.1.ケーソン連結目地内での流体共振特性に及ぼす入射角の影響評価の再評価

平面水槽を用い,規則波を対象としたこれまでの実験結果から,目地内で流体共振が顕著となる場合の入射波周期および波高増幅率は,対象とした実験条件の範囲で入射角によらずほぼ一定となる結果を得ていたが,入射波データとして,ケーソン非設置時の沖側目地端部位置での波データを採用することで,これまでのばらつきが解消された.これは,より直接的に目地への入射波条件を精査した結果を示すものであり,直交入射の結果から良好な糖度で目地内の流体共振特性が予測評価可能であること裏付ける結果である.2.海岸・海洋構造物周辺における流体共振特性および連結目地内流体共振が周辺波浪および底質に及ぼす影響評価海岸護岸および離岸堤・人工リーフといった複数の波浪制御構造物から構成される沿岸域での水理特性に関して,護岸前面での極端な洗掘現象の発生原因の一つとして周辺での流体共振の発生の有無に着目し,領域分割法を発展させた解析手法を構築した.実験結果との比較から解析手法の妥当性を確認するとともに,漸近解として周辺域における流体共振発生条件の理論解を誘導することに成功している.また,海岸・海洋構造物連結目地内での流体共振の発生にともなう周辺での波浪および底質移動に資するデータの取得を目的に,移動床造波水槽を用いた予備実験を実施した.この実験は,今後,流体共振の発生に伴う底質の移動をそれに伴う堤体の安定性に関する重要な知見を与えるものであり,これまでの研究成果を踏まえて今後継続的に研究を発展させる予定である.
GFP発現口腔癌転移モデルによる微小転移機構の解析と新規抗腫瘍薬剤による転移阻止

癌細胞転移機構にケモカインが関与している。そこで、本年度は培養口腔扁平上皮癌細胞株8種類における各種ケモカインレセプターの発現と浸潤能の相関について検索した。各種ケモカインレセプター(CXCR1,2,3,4)の発現をmultiplex RT-PCR法、Western Blot法にて検索したところ、HSC2,HSC3,Ca9-22細胞にのみCXCR4 mRNA,蛋白の発現を認めた。CXCR4発現株HSC3細胞ではCXCR4のリガンドSDF-1で処理することによりERK1/2,Aktの活性化を認めた。CXCR4発現細胞をSDF-1で処理することにより細胞の運動能の亢進がみられた。さらにMatrigel chamberを用いた浸潤能の検討ではSDF-1はCXCR4発現細胞の浸潤能を亢進させたが、その浸潤能はPI3 kinase阻害剤にて抑制された。次に口腔癌90例におけるCXCR4の発現と臨床病理学的因子との関連を検討したところ、T分類、腫瘍分化度、腫瘍浸潤様式に関しては、いずれも有意な関連は認めなかったものの、リンパ節転移において有意な相関(p=0.003)が認められた。以上より口腔扁平上皮癌のリンパ節転移には、SDF-1/CXCR4シグナルが関与し、PI3 kinaseの特異的な阻害による口腔扁平上皮癌のリンパ節転移抑制の可能性が示唆された。次に、血管新生因子における本年度研究では、口腔癌におけるVEGFファミリー(VEGF-A,B,C,D)の発現とリンパ節転移における意味について、臨床材料における臨床病理学的な関連から明らかにした。口腔癌組織における免疫組織学的検討では、VEGF-A,B,C,Dは98例中、各59例(60.2%)、61例(62.2%)、66例(67.4%)、54例(55.1%)に発現を認め、VEGF-A,B陽性例で、有意に腫瘍内血管密度が高く、VEGF-A陽性例ならびにVEGF-D陰性例で、高・中分化型が多く認められた。また、VEGF-C,D陽性例で頸部リンパ節転移が多く認められ、この関連は、RT-PCR法による腫瘍組織のmRNAレベルならびに蛋白レベルでも確認された。本年度は、頸部リンパ節微小転移の絶対的定量法の確立を目的に、培養細胞を用いた細胞段階希釈法、green fluorescent protein (GFP)遺伝子導入口腔扁平上皮癌培養細胞株によるヌードマウス頸部リンパ節転移モデルを用いて検討した。In viroでの検出限界は、ヒトBリンパ球由来細胞B-lymphoblastoid cell line (B-LCL)と、口腔扁平上皮癌培養細胞OSC-5を用い、10^6個相当のB-LCLに、OSC-5を10^6個から1個程度に段階的に希釈、混和してサンプルとして検討した。その結果、conventional PCR法では、SCCA、CK13とも1×10^2個程度まで検出可能であり、リアルタイム定量PCR法では、1個相当の検出が可能であった。In vivoの検討には、ヌードマウスの舌に正所性にGFP発現高転移細胞株SAS-T5を移植する転移モデルを用いた。

GFP-SAS-T5(1x10^6個)をヌードマウスの舌に同所移植し、3週間後に屠殺して実体顕微鏡下で頸部リンパ節への転移状態を観察し、摘出したリンパ節内のSCCA mRNA発現量を検索した。GFP-SAS-T5を舌に同所移植したすべてのマウスに頸部リンパ節転移が認められた。転移巣の大きさは、さまざまであり、リアルタイム定量PCR法では、conventional PCR法で検出できなかった微小転移巣も検出可能であった。また、これらのリンパ節転移巣の大きさとSCCA mRNAの定量値に関連を認めた。以上の結果を関連学会(日本癌治療学会総会、日本口腔腫瘍学会総会)で報告した。転移機序の解析については、血管新生と関連明らかにし、また、ヌードマウスの舌に正所性にGFP発現高転移細胞株SAS-T5を移植する転移実験がリンパ節転移の解析に有用なモデルであることをOral Oncology (2002 in press)に報告した。本年度は口腔癌頸部リンパ節高転移株にGreen fluorescent Protein(GFP)遺伝子を安定発現させ、可視化した細胞で、その転移機構を解析することを試みた。保有しているGFP-SAS-T5、GFP-SAS-L1、GFP-BSCCの3株に加え、ACC-2と、ACC-2から樹立され高頻度に遠隔転移を起こすACC-MにGFPを安定発現させることで、GFP-ACC2ならびにGFP-ACC-Mの2株を新たに樹立した。また、舌への同所性移植、頸部リンパ節転移モデルを用い、扁平上皮癌細胞株HSC2、HSC3、HSC4の頸部リンパ節への転移率を検討したところ、HSC3が最も高い転移率(80%)を示した。そこで、本細胞の特性を調べたところ、CXCR4が高発現しており、SDF1を作用させることにより浸潤能の亢進が見られた。また、転移能の低い(30%)HSC2ではCXCR4の発現は軽度であり、SDF1による浸潤亢進は軽度であった。また、HSC-3はAkt-2陽性、HSC-2はAkt-2陰性であり、これらの分子が浸潤、転移に関与すると考えられた。癌細胞転移機構にケモカインが関与している。そこで、本年度は培養口腔扁平上皮癌細胞株8種類における各種ケモカインレセプターの発現と浸潤能の相関について検索した。各種ケモカインレセプター(CXCR1,2,3,4)の発現をmultiplex RT-PCR法、Western Blot法にて検索したところ、HSC2,HSC3,Ca9-22細胞にのみCXCR4 mRNA,蛋白の発現を認めた。CXCR4発現株HSC3細胞ではCXCR4のリガンドSDF-1で処理することによりERK1/2,Aktの活性化を認めた。CXCR4発現細胞をSDF-1で処理することにより細胞の運動能の亢進がみられた。さらにMatrigel chamberを用いた浸潤能の検討ではSDF-1はCXCR4発現細胞の浸潤能を亢進させたが、その浸潤能はPI3 kinase阻害剤にて抑制された。次に口腔癌90例におけるCXCR4の発現と臨床病理学的因子との関連を検討したところ、T分類、腫瘍分化度、腫瘍浸潤様式に関しては、いずれも有意な関連は認めなかったものの、リンパ節転移において有意な相関(p=0.003)が認められた。以上より口腔扁平上皮癌のリンパ節転移には、SDF-1/CXCR4シグナルが関与し、PI3 kinaseの特異的な阻害による口腔扁平上皮癌のリンパ節転移抑制の可能性が示唆された。
エンドセリン受容体作動性TRPCチャネルの機能制御機構及び病態生理的役割の解明

本研究では,エンドセリンA型受容体(ET_AR)作動性チャネルとして機能するTRPCチャネルの機能制御機構について検討した。その結果,(1) TRPC3及びTRPC6がET_AR作動性Ca^<2+>チャネルとして機能すること,(2) G_<q/11>タンパク質,ホスホリパーゼC, Src, PI3キナーゼ,カルモジュリン(CaM)及びCaM/IP_3受容体結合ドメインがTRPC3/6を介した受容体作動性Ca^<2+>流入に関与すること,(3)プロテインキナーゼAによるTRPC6の28番目のセリン残基のリン酸化によって, TRPC6の機能が抑制されること,を明らかにした。エンドセリンA型受容体(ET_AR)を介した受容体作動性Ca^<2+>流入に関与するTRPCチャネルを同定するため、ET_ARとTRPCチャネルを安定的に共発現するHEK293細胞(ET_AR+TRPC-HEK)をレトロウィルスを用いて作製し、蛍光性Ca^<2+>指示薬を用いた細胞内Ca^<2+>濃度測定実験を行った。その結果、TRPC3,5,6,7が、ET_AR作動性Ca^<2+>チャネルとして機能することを見出した。このうち、TRPC3及びTRPC6を介したET_AR作動性Ca^<2+>流入の分子機構について詳細な解析を行ったところ、ET_AR刺激により誘発されるTRPC3及びTRPC6を介した受容体作動性Ca^<2+>流入に、G_qタンパク質、ホスホリパーゼC、ホスファチジルイノシトール3リン酸キナーゼ、Src、カルモジュリン、ミオシン軽鎖キナーゼといったシグナル分子が関与していることが明らかになった。また、TRPC3及びTRPC6の細胞内C末端に存在するカルモジュリン/IP_3受容体結合部位を欠損する変異体を用いた解析から、TRPC3及びTRPC6を介したET_AR作動性Ca^<2+>流入とTRPC3及びTRPC6の細胞内局在を制御する上で、カルモジュリン/IP_3受容体結合部位が重要な役割を担っていることが示唆された。さらに、TRPC3及びTRPC6を介したET_AR作動性Ca^<2+>流入を制御する新たなメカニズムを解明するために、細胞内Ca^<2+>ハンドリングに関与することが知られているSTIM1、ORAI1、TRISKを単離し、これらの分子とET_AR、TRPCを安定的に共発現するHEK293細胞の作製に成功した。エンドセリンA型受容体(ET_AR)をはじめとするG_qタンパク質共役型受容体が活性化されると,ストア作動性Ca^<2+>チャネル(SOCC)や受容体作動性Ca^<2+>チャネル(ROCC)を介して,細胞外のCa^<2+>が細胞内へ流入する。そして,SOCCやROCCとして機能する分子として,7種類のアイソフォームから成るTRPCチャネルが同定されている。最近,私達は,ET_AR刺激によって引き起こされる受容体作動性Ca^<2+>流入にTRPC3・TRPC5・TRPC6・TRPC7が関与していることを報告した。このうち,心血管系に多く発現しているTRPC3及びTRPC6を介したCa^<2+>流入は,内在性エンドセリンに起因する肺高血圧症の発症・進展に寄与していると考えられている。現在,肺高血圧症の薬物療法として,エンドセリン受容体拮抗薬の他,細胞内cAMP量やcGMP量の増加をもたらすプロスタグランジンI_2誘導体やホスホジエステラーゼ5型(PDE5)阻害薬などが用いられている。しかし,cAMP/プロテインキナーゼA(PKA)系やcGMP/PKG系がET_AR作動性TRPCチャネルの機能に及ぼす影響については,ほとんど解明されていない。そこで,本研究では,cAMP/PKA系によるET_AR作動性TRPC6チャネルの機能制御に焦点を当てた解析を行った。ET_AR及びGFP融合TRPC6チャネルを安定的に共発現するHEK293細胞において,TRPC6チャネルを介したET_AR作動性Ca^<2+>流入は,アデニル酸シクラーゼ活性化薬処理によって顕著に抑制され,一方,PKA阻害剤処理によって増強された。また,非選択的PDE阻害薬処理によっても,ET_AR作動性Ca^<2+>流入は有意に抑制された。これらの知見から,ET_AR作動性TRPC6チャネルがcAMP/PKA系によって負の制御を受けていることが示唆された。エンドセリンA型受容体(ET_AR)刺激によって誘発されるTRPC6チャネルを介した受容体作動性Ca^<2+

>流入は,肺高血圧症や病的心肥大などの循環器疾患の発症・進展において,重要な役割を担っている。受容体作動性TRPC6のチャネル活性は,プロテインキナーゼC(PKC)やPKGといったタンパク質リン酸化酵素によるリン酸化によって制御されることが報告されている。しかし,PKAによるTRPC6の機能制御については不明な点が多い。本研究では,PKAによるTRPC6のリン酸化がTRPC6を介したET_AR作動性Ca^<2+>流入に及ぼす影響を解析すると共に,PKAによってリン酸化されるTRPC6のアミノ酸の同定を試みた。ET_ARと野生型TRPC6を安定発現するHEK293細胞において,ET_AR刺激によって誘発されるTRPC6を介した受容体作動性Ca^<2+>流入は,アデニル酸シクラーゼ活性化薬,PKA活性化薬及び非選択的ホスホジエステラーゼ阻害薬の前処理によって顕著に抑制され,一方,PKA阻害薬の前処理によって増強された。TRPC6の点変異体を用いた細胞内Ca^<2+>濃度測定実験において,アデニル酸シクラーゼ活性化薬及び非選択的ホスホジエステラーゼ阻害薬によるET_AR作動性Ca^<2+>流入の抑制は,TRPC6の細胞内N末端領域に存在する28番目のセリン(Ser^<28>)をアラニンに置換することによって抑制された。Phos-tag biotinを用いたin vitro kinase assayにおいて,PKAによるTRPC6のリン酸化は,TRPC6のSer^<28>をアラニンに置換することによって抑制された。以上の結果から,TRPC6を介したET_AR作動性Ca^<2+>流入は,PKAによって抑制性に制御されること,また,この抑制性機能制御において重要な役割を担っているPKAリン酸化部位はSer^<28>であること,が明らかになった。
細胞老化に関与する細胞内シグナル伝達系の生化学的研究

細胞がどのようなメカニズムを経て老化するのか、その現象の本体はいまだに未知なる領域である。しかしながら増殖の抑制をコントロールするような細胞内情報伝達機構を明らかにすることは、細胞の老化や不死化という生命現象の本質を解明するために重要と考えられる。そこで本研究は老化に伴い細胞内情報伝達系がどのように変化するのかを解析することにより、老化に伴う増殖シグナルの衰退を明らかにすることを目的とした。これまでの研究で、1)若年ヒト線維芽細胞では血小板由来増殖因子(PDGF)刺激により、初期反応としてホスホリパーゼC(PLC)の速やかな活性化が観察されるのに対し、老化細胞ではPDGF刺激にともなうPLC活性化がみられないこと、2)この場合PDGF受容体の発現量やPDGF結合活性、チロシンキナーゼ活性、PLCの発現量、定常レベルでの内在PLCの活性、には差異はみられないこと、3)若年と老化細胞ではイノシトールリン脂質代謝の基礎レベルに相違はみられないこと、4)PI-kinaseの下流に存在する複数の内在性プロテインキナーゼの活性化が老化細胞では減弱していること、等を明らかにしてきた。これらの結果は、老化細胞では受容体刺激後PLC活性化に至る経路のどこかを阻害する原因が存在することを示唆する。老化細胞では、細胞増殖を積極的に抑制するシグナル系により、増殖因子に対して不応性になっている可能性が考えられる。今後、受容体と各情報系との機能的連関を生化学的に解析することにより、老化細胞での増殖抑制を司るメカニズムを明らかにしたい。その結果老化細胞における増殖因子への不応性が既知の情報伝達系の変化に原因するものなのか、あるいは老化細胞に特徴的な新たなメカニズムが存在するのかどうかを明らかにしたい。
高速三次元レーザスキャンと体熱追跡技術による新しい体表監視システムの開発と評価

本研究は、三次元レーザスキャン技術とサーモグラフィ機能を統合させた可搬性の新しい体表面監視装置を開発し、放射線治療に応用することを目的とする。この装置を開発することで、X線を利用せずに非侵襲的に画像誘導放射線治療を可能とするだけでなく、温熱療法などの他療法との併用にも活用できる。また、可搬できる特性を利用してマルチモダリティに対応できる。しかし、この装置は医療機器医薬品等法の範疇となることが予想されるため、臨床応用に至る前にこの機能の物理的特性や定量的動作特性を評価して基礎評価を行う必要がある。当該研究期間では臨床試験に移行する前段階でのトランスレーショナルリサーチにあたる。
多様な利用形態を想定した土地利用計画策定のための農地利用シミュレーションの開発

市町村などが多様な担い手による農地需要を予測し農地利用の将来を展望する計画づくりを行うためのツールとして、マイクロシミュレーションを用いた農地利用シミュレーションを開発した。本研究の中では、従来モデルに加え世代交代のフローを加えることにより、予測期間を20年にのばすモデルを策定した。また、選択実験を用いて計測した個別農家の行動モデルをシミュレーションに導入することにより、政策変数を入れた予測が可能となった。さらに、多様な主体として集落を基盤とする生産組織(農業生産法人)の農地集積行動を事例から把握することにより、その行動様式を明らかにした。耕作放棄地の増加が懸念される中、農業経営基盤強化促進法が改正され構造改革特別区域法における農業生産法人以外の法人に係る農地法の特例が全国展開されることになった。本課題においては、まず、多様な利用形態の一つとして特区をはじめ農業経営に参入している法人の事例をホームページ等に公開されている情報などから収集し、整理を行った。その結果、参入している法人には様々なものが見られたが、とりわけ、農村地域と密接に関係する地方の建設業者の参入が多く注目された。こうした事例は公共事業の削減による余剰労働力の有効活用が目的とされており、現段階では後退する地域の農地利用をカバーしうる段階には至っていないことが明らかとなった。そこで、農地利用の需要者側の動向予測は別途検討することとし、本年度は農地の出し手となる農家側の動向を念頭にシミュレーションのフローを策定しプログラムを作成した。シミュレーションに用いる農(林)業センサス農家調査結果1995年、2000年、2005年のデータについては、平成19年度以降の利用に向けて利用申請の準備を進めた。一方、地図データを用いた分析については、事例として条件不利地域を対象にすることとし、秋田県、新潟県、群馬県のデータ収集を行った。このうち、2000年農業集落カードを利用し、農家数、農家人口、農地などのデータを集落地図へ表示させるためのセットアップを行った。また、1995年、および2000年版の国勢調査地域メッシュ統計データを用い、3次メッシュ単位に年齢階層別人口などを表示させるためのプログラムを作成した。本研究は、市町村マスタープランの策定を支援することを想定し様々な農地利用に対する需要を予測しながら将来の農地利用をシミュレーションする方法を開発することを目的としている。このうち本年度は、離農が進み耕作放棄地が増加する一方で、借地により規模拡大を志向する農家が少なからず存在することに注目し、それら農家の借地拡大行動分析を行った。素材として、新潟県頚城丘陵地域で行ったアンケート調査結果をもとに、農家がどのような条件で借地を発生させようとするのか、また、条件を変化させた場合に借地が起こる確率がどの程度変化するのかを選択実験手法を用いて分析した。農家行動を規定すると考えた条件には、米価、小作料の水準、圃場条件、中山間地域等直接支払制度の助成額を設定した。その結果、農家は第一に米価に強い正の影響を受けて行動していることが明らかになった。続いて小作料や圃場条件には負の影響を受けており、直接支払制度などの助成金に対しては米価下落時にその影響が現れることが明らかとなった。しかし,こうした助成制度に対する反応は3ha以上の拡大意向を有する農家に顕著であり,仮に借地拡大を誘導しようとする場合には,より拡大意向の高い農家に対象を絞った加算の仕組みが有効であると考えられた。これらの成果を論文として投稿し公表した。また、本年度はこれまで構築してきたマイクロシミュレーションモデルの再検討を行い、農家行動モデルを導入しない基本モデルの精緻化を図った。その結果、労働力推計部分を改良し世代交代を考慮した予測期間20年に及ぶモデルを策定した。本研究は,市町村マスタープランの策定を支援することを想定し様々な農地利用に対する需要を予測しながら将来の農地利用をシミュレーションする方法を開発することを目的としている。このうち本年度は,農地利用の多様な担い手の一つとして集落を基盤とする生産組織に注目した。新潟県の県境,耕境に位置する集落において畑作や加工を中心に活動を展開してきた農事組合法人の事例から,所有者の高齢化や他出に伴う耕作放棄地を,コミュニティを基盤とする生産組織がカバーするという形態を想定し検討した。ヒアリング調査の結果から借地が発生する要因を整理したところ(1)経営所得安定対策,農地・水・環境保全向上対策などの助成金を活かした仕組みづくり(2)時間単位で労働力を確保する仕組みづくり(3)圃場整備などの費用を法人が負担するなど所有者が農地を出し易い仕組みづくり,などが上げられた。また,地形図や空中写真などを用いて事例法人の借地拡大行動を整理したところ,農地条件(用水の確保や農道の有無)に加えて不在地主の農地を積極的に集積していったことが明らかとなった。

これらの結果をもとに,1995年,2000年,2005年の農林業調査票データ(統計法による利用申請に基づき承認を得ている)を用いて,シミュレーション・フローおよびパラメーター(推移確率)の検討を行い,コミュニティを基盤とする生産組織が耕作放棄地をカバー(借地拡大)するというシミュレーション・フローを基本のモデルに付加し精緻化を諮った。
蛋白質リン酸化酵素GSK-3を介する細胞運動制御の分子機構

Glycogen Synthase Kinase-3 (GSK-3)は糖代謝をはじめ細胞周期調節、細胞増殖など、多岐にわたる細胞機能を制御している。これらの機能制御に加え、細胞の運動や極性に関与することが示唆されているが、その詳細な分子機構は不明であった。これまでに私共は、GSK-3に結合する蛋白質として細胞運動に関連するPRUNEを同定しおり、本年度は、PRUNEの性状解析およびGSK-3とPRUNEの細胞運動における役割を解析することを目的とした。PRUNEに対する抗体を作成し複合体形成や局在を解析した。内在性のPRUNEとGSK-3は複合体を形成し、in vitroの実験からPRUNEとGSK-3が直接結合することを明らかにした。これらの結合にはPRUNEのC末端側120アミノ酸が重要であった。GSK-3の阻害剤や変異体を用いた解析から、PRUNEとGSK-3の結合にはGSK-3の酵素活性が必要であった。また、PRUNEは接着班でPaxillinやVinculinと共局在し、これらと複合体を形成した。GSK-3もしくはPRUNEの蛋白質のノックダウンにより細胞運動が抑制され、ともに細胞運動に必要であった。PRUNEは遊走細胞の先端部の接着斑に局在したが、GSK-3の活性の阻害によりPRUNEを含む接着斑が拡大した。この接着斑の拡大は細胞運動の抑制と関連することが示唆されおり、今後GSK-3とPRUNEの両者による細胞運動制御機構をさらに分子レベルで明らかにする予定である。
メロディ認知における注意情報処理と記憶の関連に関する実験的研究

本研究は、メロディ聴取時に方向付け課題で注意を向ける属性を操作することがメロディの再認に影響を及ぼすかどうかを調べた。すなわち、メロディ聴取時に注意を向ける特徴を様々に変化させることによって、その記憶成績が異なるかどうかについて調べた。実験1では、音高比較、調判断、テンポ評定、拍子判断、好嫌評定の5つの注意方向付け課題の条件でメロディの偶発学習を行ったところ、再認テストの成績に課題条件間の違いは見られなかった。実験2では、音数カウント、音高比較、旋律線描画、調判断、の4つの注意方向付け課題の条件でメロディの偶発学習を行ったところ、再認テストの成績に課題条件の主効果が見られ、音数、音高、旋律線、調、の注意課題の順で再認数は多くなった。音楽経験による違いが認められ、音楽経験下位群に関しては旋律線条件の成績が最も高くなったのに対し、音楽経験上位群に関しては調課題条件の再認成績が目立って高く、逆に旋律線条件は音高条件よりも低くなった。実験2の結果が課題条件間の処理の違いを妥当に反映させているとするならば、この結果は処理水準理論で説明することが可能である。すなわち、音数課題は非常に浅い処理、音高課題は浅い処理、旋律線課題は中程度の処理、調課題は深い処理、ということになる。この処理のレベルの違いは、部分的には梅本(1996)に一致するほか、阿部(1995)のメロディの知覚的体制化における"抽象化のレベル"にも一致する。特に、音の高さに基づく3つの側面については、音高は表層的特徴、調は構造的特徴、旋律線はその中間的な特徴、と位置づけることができよう。本年は、メロディの異同判断課題(弁別課題)を用いて、聞き手のメロディ注意の特徴を調べた。比較刺激において、例えば、音高、リズム、和音、フレーズ境界などを変えたときに、それぞれに対する聞き手の弁別精度を求めるわけである。今回行った実験では、メロディの諸要素のうち特に、主要素とも言うべき"音高"と"リズム"に注目し、聞き手がそのどちらをより弁別できるか、より注意を向けているかを明らかにしようとした。実験では、MIDIデータで作成された"メロディパート(ピアノ音)"、"ベースパート(エレキベース音)"、"リズムパート(ドラム、スネア音)"の3パートからなる音楽刺激を標準刺激として提示し、比較刺激として"標準刺激と全く同一の刺激"、"標準刺激のリズムパートのリズムを変化させた刺激"、"標準刺激のメロディパートの音高を変化させた刺激"のうちのいずれかを提示した。被験者の課題は、比較刺激が"標準刺激と同一"か"メロディの音高が異なる"か"リズムパートのリズムが異なる"かのいずれかを答えることであった。実験の結果、聞き手はリズムよりもメロディの音高の変化に気が付きやすい(リズム再認率:.36、メロディ再認率:.63)が、一方、メロディが変化していない刺激に対して間違って"メロディが変化した"と反応してしまう率(False Alarm : FA率)がリズムのFA率よりも非常に高く(リズムFA率:.13、メロディFA率:.39)、単純に、彼らがリズムよりもメロディの方をよりよく識別できるというわけではないことが明らかになった。しかし、聞き手の反応が"リズム変化"よりも"メロディ変化"に偏っているということは、彼らがリズムよりもメロディの音高の側面により多くの注意を配分していることを示唆すると言えよう。
ナノ結晶ゲルマニウム薄膜を用いた熱光発電素子に関する研究

赤外光に対する光電変換材料としてナノ結晶ゲルマニウムの開発を行っている。通常、本材料は強くp型を示す欠陥により充分な特性を得ることが出来ないが、微量の酸素をドーピングすることで光感度が現れることを見出した。本研究によりナノ結晶ゲルマニウムが赤外光に感度持つ光電変換素子として期待できることが判明した。熱源から放射される赤外光を電気エネルギーに変換する熱光発電(TPV:Thermophotovoltaic)に用いる光電変換素子の実現を目的に、ナノ結晶ゲルマニウム薄膜の研究開発を行っている。ナノ結晶ゲルマニウム薄膜は水素と不活性ガスの混合ガスを用いた反応性スパッター法により作製しており、混合する不活性ガスの質量により製膜条件が大きく影響されることがわかった。質量数131のXeでは、大きなスパッター効果により僅か1%の混入で一般的に用いられる質量数40のArを10%以上混入したときに比べ製膜速度が大きく増加する反面、試料表面へのイオン衝撃が増大し結晶性の低下を招く。一方、質量数20のNeでは製膜速度はArの場合の半分程度に低下するものの、イオン衝撃の低減から結晶性が向上し一部の試料で光導電性が観測された。これら今年度の研究結果は、イオン衝撃低減がナノ結晶ゲルマニウム薄膜の結晶性向上を促がし、光電変換特性の獲得につながっていることを示しており、イオン衝撃の制御が今後の大きな課題であることが確認できた。イオン衝撃の制御は不活性ガスの質量以外の条件でも可能であり、ガス圧力の増加による平均自由行程の短縮化、正電圧印加によるイオン衝突の排除等を検討することで、製膜速度の低下を招くことなく結晶性を向上させる方策が示唆される。また、水素は製膜中にスパッターされたゲルマニウムと反応し膜中に取り込まれ結晶欠陥にある未結合手を終端するという重要な役割を持っており、光導電性の獲得に欠かせない。次年度からはイオン衝撃の制御と欠陥の水素終端効果の双方の効果が得られるよう、プラズマ発生条件の詳細な検討を行う。本研究では熱源から放射される赤外光を電気エネルギーに変換する熱光発電(TPV : Thermophotovoltaic)に用いる光電変換素子の実現を目的に、ナノ結晶ゲルマニウム薄膜の研究開発を行っている。また、将来の実用化を踏まえ、低コスト且つ大面積化が可能な反応性RFスパッター法による作製を提案している。しかし、ナノ結晶Geでは粒界欠陥等により大きくp型化するという問題がある。そこで、本年度はナノ結晶SiやアモルファスSiでn型の不純物として働く酸素(O)の添加によってp型化を抑制することを試みた。酸素の添加はCO_2ガスをスパッタガスに導入することで行った。CO_2はプラズマによってCOとOに分解されOが膜中に主に添加される。スパッタガスに対するCO_2流量比がナノ結晶Ge薄膜の結晶性や導電率等の膜質に及ぼす影響について検討した結果、CO_2流量が5.0×10^<-3>[ccm]以上になるとラマン分光スペクトルにブロードなピークが現れ結晶性が低下すること、また、CO_2流量が5.0×10^<-4>2.0×10^<-3>[ccm]の範囲では従来見られなかった導電率の光感度が得られることが判明した。これらの実験結果は、CO_2を添加する場合、結晶性を損なわない程度に少量添加することでナノ結晶Geの特性改善に効果があることを示している。酸素を適量Geに添加することで過剰少数キャリアが長寿命化することを示唆しており、ナノ結晶Ge中の欠陥を酸素が不活性化し再結合を抑制していると推察される。今回の結果は物性的に興味深い現象であると同時に、ナノ結晶Geの光電変換素子への応用を期待させるものである。本研究では熱源から放射される赤外光を電気エネルギーに変換する熱光発電(Thermophotovoltaic)に用いる光電変換素子の実現を目的に、ナノ結晶ゲルマニウム薄膜の研究開発を行っている。また、将来の実用化を踏まえ、低コスト且つ大面種化が可能な反応性RFスパッター法による作製を提案している,しかし、ナノ結晶ゲルマニウムでは粒界欠陥等により大きくp型化するという問題がある。そこで、本年度はn型の不純物として働く酸素に加え、膜中の応力変化によるp型欠陥低減を期待し炭素の微量添加を試みた。不純物添加は安価で比較的安全な酸素、メタン及び二酸化炭素によって行った。反応性スパッター用ガスである10ccmアルゴンと100ccm水素に対し、酸素を10^<-3>から10^<-2>ccm混入させることで、結晶性が低下することなく導電率の光感度が現れた。また、メタンでは混入量3.5×10^<-3>から2×10^<-2>ccmにおいて結晶性の低下なしに導電率の光感度が現れた。一方、酸素と炭素を両方を持つ二酸化炭素の混入でも、光感度が現れるが、5×10^<-3>ccmで結晶性が低下しその効果はなくなった。

これらの実験結果は結晶性を損なわない程度に酸素または炭素を少量添加することでナノ結晶ゲルマニウムの特性改善に効果があることを示している。ホール効果の測定より、これら不純物ドープ試料は弱いn型であることが分かっており、ゲルマニウム特有のp型欠陥が抑制されたことを示唆している。これはドナー型不純物による補償効果または膜中応力変化による欠陥の電子状態変化により、ナノ結晶ゲルマニウム中の欠陥が不活性化したことで少数キャリアが長寿命化したと推察される。ナノ結晶ゲルマニウムにおいて、導電率の光感度を得たのは本実験が初めての事例であり、物性的に興味深い現象であると同時に、ナノ結晶ゲルマニウムの光電変換素子への応用を期待させるものである。
看護を学ぶ留学生のためのライティング教材の開発とその基礎研究

本研究では、日本の大学や専門学校において看護師を目指す留学生のための教材開発、また、その基礎研究を行う。第一段階としての基礎研究では、(1)「看護師を目指す学生にどのような課題が課されるのか」、(2)「看護師を目指す留学生はライティングという点でどのような困難に直面するか」、(3)「手本とされる看護記録・実習記録の言語的特徴は何か」をそれぞれ明らかにする。また、第2段階では、留学生の看護学部での学びをスムーズにするための教材を開発する。基礎研究を基に、日本語教育および看護教育の観点を踏まえながら、看護を学ぶ留学生に対して、能力の向上に資する教材開発を行う。
新型電子分析器による半導体表面からの光励起脱離イオンの放出角度分布の研究

本研究の目的は、我々が新しく発明した「あるエネルギ-の粒子の角度分布を2次元像として表示する分析器」(特許出願中)を用いて、色々なガスが吸着した結晶表面に、光を当てたときに出てくるイオンのエネルギ-分布、質量分布、放出角度分布を同時に測定することにより、表面での吸着の結合方向や、脱離のメカニズムを解明することであった。本年度はPtの清浄面にNOやCOなどを吸着させた表面に、真空紫外線を照射して出て来るイオンのエネルギ-分布や放出角度分布パタ-ンを観測することを目標にした。本研究は本年度からスタ-トしたが、研究代表者の大門の阪大への転任と重なり、また装置を大幅に改良したので、測定は緒に付いたばからである。装置は昨年まで電子衝撃脱離イオンの測定に使用していたものを改造した。主な改造点を以下に記す。1.励起光源としてHeI真空紫外線の放電管を取り付けた。2.質量分析計を取り付け、脱離イオンの種類を特定するのに用いた。3.イオン銃および電源を作製した(10μA、1000eV)4.試料ホルダ-を改造した。従来の2軸回転機構を維持しながら以下の機構を付け加えた。(1)加熱機構(電子衝撃加熱、200mA、1000eV、1300K)(2)冷却機構(液体窒素容器からの熱伝導、ー70°C)本年度の実験成果としては、1.Pt(001)面を、酸素吸着、加熱、アルゴンイオン衝撃、加熱の繰り返しによる清浄化し、5×20構造を得たこと、および2.その表面にNO分子を吸着させ、電子衝撃脱離イオンの運動エネルギ-分布を測定したこと、が上げられる。今後はさらに質量分布、放出角度分布、及びこれらの励起エネルギ-依存性などを測定し、脱離メカニズムを解明していきたい。
腹部急性疾患に対する時間分解分光システムを用いた新たな測定法の開発

研究の目的は、腹部急性疾患に対する時間分解分光システム(TRS)を用いた新たな測定法の開発である。ブタに人工呼吸器を装着し、体表からの肝臓、腸管測定に適した位置にTRSの送・受光用プローブを装着固定した後、FiO2の低下や心停止を行い、次に開腹し、腹壁と肝臓、腸管の間に遮光板を挿入し同様な実験を行った。以上の結果より、体表からTRSを用いて肝臓、腸管の酸素化状態を非侵襲的に測定できることが確認できた。本研究の目的は、近年開発された時間分解分光システム(TRS)を腹部臓器の酸素化状態測定法に応用し、体表より腸管虚血を正確に検出できるのかを検討することである。本年度(平成24年度)は、TRSの送・受光の距離を調節できるプローブを作成し、それを用いて実験をおこなった。まず、仔豚にケタラールを筋注後、気管挿管を行い呼吸管理を行った。麻酔の維持はセボフルランを用い、筋弛緩薬は適宜追加し、呼気炭酸ガスとパルスオキシメータによる連続モニタリングを行った。肝臓領域および腸管領域の正確な位置に関しては、腹部エコーを用いて確認した後に、肝臓領域(右上腹部)と腸管領域(下腹部正中)に送・受光プローブを装着した。まず、100%酸素吸入後、100%窒素(酸素濃度0%)に変更し、3分間の低酸素状態を作成し、その間の肝臓と腸管の酸素化状態の変化を測定した。次に、開腹し腹壁と肝臓の間に、近赤外光を完全に遮断する6cm×4cmの白紙を挿入し、上記と同様な実験を繰り返した。送・受光プローブ間の距離を3cmにした場合と比べて5cmに調節したほうが総Hb濃度は高く観測された。これは、送・受光間の距離が長くなることで測定範囲が増加するためと思われた。体表から肝臓領域の信号が確実に検出できているのかを検討する実験では、体表より肝臓領域のtHb濃度を測定し、次に、体表と肝臓の間に光を透過させない紙(白色)を挿入した状態で、同じ測定を行った。その結果、体表と肝臓の間を遮断しない場合と比べて、遮断した場合にはHb由来の信号量が明らかに低下していた。このことは、体表から腹部に入射した近赤外光は、肝臓まで到達し肝臓領域のHb由来の信号を検出できることを示唆するものであった。このことより、TRSを用いて体表より腹部臓器の酸素化状態を測定することは可能であり、腸管虚血においても体表より検出できる可能性が示唆された。本研究の目的は、近年開発された時間分解分光システム(TRS)を腹部臓器の酸素化状態測定法に応用し、腸管虚血を正確に検出できるのかを検討することである。本年度(平成23年度)は、ミニブタを用い、TRSの送・受光プローブを腹部の位置に直接装着した場合と、体表から測定した場合を比較し、TRSで腹部臓器の酸素化状態を無侵襲的かつ連続的に測定できるのかを検討した。まず、ミニブタにケタラールを筋注後、気管内挿管を行い、人工呼吸器を用いて呼吸管理を行った。麻酔の維持はセボフルランを用い、筋弛緩薬は適宜使用した。耳にパルスオキシメータ(SpO2)と、etCO2のモニタリングを行った。TRSの送・受光プローブを肝表面に直接装着し、(a)低酸素症(吸入酸素濃度を低下)、(b)肝うっ血(肝静脈カテーテルによる閉塞)、を行い、その際の、肝組織の酸素化状態等を検出した。次に、TRSの送・受光プローブを体表(肝臓の直上と思われる位置)に装着し、同様な実験を行った。また、oxy-Hb、deoxy-Hb、吸収係数、散乱係数の変化から、危機的な状況を検出し病態を判別することが可能なのかも検証した。今回のTRSの送・受光プローブを肝表面に直接装着した実験では、吸入酸素濃度の低下に伴い肝酸素化状態の悪化が認められた。また、肝静脈カテーテルのバルーンを膨らまし肝うっ血を起こす実験においては、総Hbの上昇とdeoxy-Hbの上昇が認められた。送・受光プローブを肝表面に直接装着した実験では、シグナルは小さくなったがほぼ同様な結果を得ることができた。以上のことより、体表からでも肝組織の情報を検出できることが確かめられたので、次年度(24年度)は、新たに作成したTRSと超音波検査法の一体化したプローブを用いて、上記のクリティカルな病態下での腹部臓器の酸素飽和度と解剖学的構造を測定できるのかを評価する予定である。今年度(平成23年度)は4つの実験モデルを作成し実験する予定であったが、ミニブタのモデル作成に時間がかかったため、(a)低酸素症(吸入酸素濃度を低下させる)、と、

(c)肝うっ血(肝静脈カテーテルによる閉塞(バルーン使用)、高PEEP。エコーで確認)の実験にとどまった。そのため、次年度(平成24年度)には、(b)肝血流量低下(肝動脈・門脈血流遮断。超音波血流計で流量を確認)と(d)出血性ショック(脱血を行い肝Hb濃度と酸素飽和度の関係を評価。採血で確認)の実験を追加して行っていきたいと考えている。体表に送・受光プローブを装着し、幾つかのクリティカルな病態を再現する。(a)低酸素症(吸入酸素濃度を低下させる)、(b)肝血流量低下(肝動脈、門脈血流遮断。超音波血流計で流量を確認)、(c)肝うっ血(肝静脈カテーテルによる閉塞(バルーン使用)、高PEEP。エコーで確認)、(d)出血性ショック(脱血を行い肝Hb濃度と酸素飽和度の関係を評価。採血で確認)。上記のクリティカルな病態に対して、TRSで腹部臓器の酸素化状態が正確に測定できるのか、また、oxy-Hb、deoxy-Hb、吸収係数、散乱係数の変化から、上記の個々の病態を判別することが可能なのかを検証する。さらに、作成したTRSと超音波検査法の一体化したプローブを用いて、上記のクリティカルな病態下での腹部臓器の酸素飽和度と解剖学的構造を測定できるのかを評価する。つまり、上記のクリティカルな病態を継続し、極端に悪化させた場合、散乱係数がどのように変化するのか検討する。ミニブタ(250×4)薬品、解剖器具肝静脈カテーテル(50×5)
ホヤと藍藻の共生システムの進化・多様化過程の再構築

藻類との絶対的な共生関係は様々な後生動物で知られ、脊索動物門では群体性ホヤのジデムニ科の一部で藍藻との絶対共生が知られている。ホヤにおける藍藻共生はジデムニ科の4属にまたがり、少なくとも属ごとに独立に藍藻との共生成立が生じたと考えられているが、ジデムニ科の科内の系統関係は十分にわかっていない。一方で、共生藍藻を次世代に継承する垂直伝播機構は主にホヤ群体内の藍藻分布様式に依存しており、異なる属でも同様の垂直伝播機構が見られる。本研究ではprimerの改良を進めながら、宿主ホヤのミトコンドリアのCOI遺伝子Folmer領域の配列決定を進めた。分子系統に基づく宿主ホヤの系統関係から、ホヤと藍藻の共生システムの進化・多様化プロセスを検討した。現時点で共生種を含む全4属を含む6属をカバーした系統樹が得られており、このうちLissoclinum属とTrididemnum属内では藍藻分布様式や共生藍藻の異なる種が含まれている。本系統樹ではDiplosoma属や藍藻共生性Lissoclinum属の単系統性が支持されたが、Trididemnum属は多系統で藍藻共生種だけでも4つのクレードに別れた。ジデムニ科内で藍藻共生が独立に複数回成立したことが支持された。異なる属やクレード間で共生藍藻の分布・垂直伝播様式が同じ種があるので、ジデムニ科内で同様な共生様式が複数回収斂的に進化したと考えられる。同一クレード内でも複数の様式が認められ、クレード内でも異なる様式の共生が独立に成立した可能性がある。同一クレード内で異なる藍藻種と共生する種もあることから、進化の過程で共生藍藻種の入れ替わりが生じた可能性が示唆された。また、共生系の維持機構の一つである紫外線防御について、紫外線顕微鏡の観察から宿主ホヤの細胞が紫外線吸収を担っていることがわかった。脊索動物の中で生涯にわたる藻類との絶対共生(共生が宿主または共生体の生存に不可欠な共生関係)が知られているのはサンゴ礁域に分布する一部の群体ホヤだけである。このユニークな共生はジデムニ(ウスボヤ)科の4属にまたがって知られることから、少なくとも属ごとに独立に藍藻との共生成立が生じたと考えられているが、ジデムニ科は300種以上からなる大きな分類群で科内の系統関係は十分にわかっていない。一方で、共生藍藻を次世代に継承する垂直伝播機構は、主にホヤ群体内の藍藻分布様式に依存しており、異なる属でも同様の垂直伝播機構が見られる。本研究ではミトコンドリア遺伝子に基づく分子系統解析をもとに、宿主ホヤの系統関係を明らかにし、ホヤと藍藻の共生システムの進化・多様化プロセスの解明を目指す。琉球台湾を中心とした地域の藍藻共生性ホヤについて、ミトコンドリアCOI遺伝子の部分配列(Yokobori領域およびFolmer領域)の決定を進めており、各種について2産地以上の試料について配列を得ることを目指している。平成28年度は、これまでに収集した保存試料に加え、新たに沖縄島備瀬崎および大度海岸で採集した藍藻共生ホヤの試料をもとにCOI遺伝子の部分配列決定を進めた。Geller et al. (2013)などの改変primerなどを参照して、primerの見直しを行い、これまで配列情報が得られていなかった5属17種47群体についてFolmer領域の塩基配列の決定に成功した。既存のデータを含め、我々はこれまでに5属25種についてYokobori領域の、5属18種についてFolmer領域の塩基配列が決定できている。このうち藍藻と共生する種は、Yokobori領域について4属19種、Folmer領域について4属16種となる。平成28年度はこれまでに収集した試料および新たに沖縄島で採集できる種を対象とする計画であり、試料収集はほぼ予定通りに進められた。また、primerの設計を見直し、新たに17種についてFolmer領域の塩基配列が得られるなど、塩基配列決定も順調に進んでいる。現時点ではLissoclimum miduiやTrididemnum mniatumなどの配列決定に成功しておらず、新たな試料収集とprimer設計の検討が必要である。藻類との絶対的な共生関係は様々な後生動物で知られており、脊索動物門においても、群体性ホヤであるジデムニ科のうち熱帯・亜熱帯に分布する種の一部で生涯にわたる藍藻との絶対共生が知られている。ホヤにおける藍藻共生はジデムニ科の4属にまたがって知られ、少なくとも属ごとに独立に藍藻との共生成立が生じたと考えられている。しかしジデムニ科の科内の系統関係は十分にわかっていない。本研究ではprimerの改良を進めながら、宿主ホヤのミトコンドリアのCOI遺伝子Folmer領域の配列決定を進めている。宿主ホヤの系統関係から、ホヤと藍藻の共生システムの進化・多様化プロセスの解明を目指している。配列が未決定の宿主種の試料採集を進めるとともに、これまでに決定した配列と、既存の配列情報と合わせた分子系統解析を行ったところ、Diplosoma属や藍藻共生性のLissoclinum属の単系統性が支持された一方で、Trididemnum属の多系統性が示された(日本動物学会大会で発表)

また、共生系を維持する上で共生藻を紫外線から保護することが重要であるが、紫外線顕微鏡を用いた紫外線防御組織の同定を試みたところ、宿主ホヤの細胞による紫外線吸収が示唆された(投稿中)。さらに、台湾東南岸での採集調査から、Lissoclinum属においてユニークな藍藻保持を行う種(L. midui)の分布域について新知見を得ている。本種の垂直伝播様式の解明は藍藻共生の多様化プロセスの議論にも重要である。平成29年度はこれまでに得られた配列情報と、データベース上のジデムニ科ホヤの配列(ほとんどが非共生種)を元に系統解析を行い、「系統」と「垂直伝播様式」、「藍藻の保持様式」、「保持する藍藻種」にある程度の関連が見出されてきた。しかし、この議論で重要となる種(Trididemnum miniatumなど)で配列決定ができていない、あるいはサンプル数が十分でない問題がある。該当種の新規サンプルを採集することには成功しているが、研究分担者の異動にともない実験環境の立ち上げに時間を要したため、配列決定作業が全体に遅れている。藻類との絶対的な共生関係は様々な後生動物で知られ、脊索動物門では群体性ホヤのジデムニ科の一部で藍藻との絶対共生が知られている。ホヤにおける藍藻共生はジデムニ科の4属にまたがり、少なくとも属ごとに独立に藍藻との共生成立が生じたと考えられているが、ジデムニ科の科内の系統関係は十分にわかっていない。一方で、共生藍藻を次世代に継承する垂直伝播機構は主にホヤ群体内の藍藻分布様式に依存しており、異なる属でも同様の垂直伝播機構が見られる。本研究ではprimerの改良を進めながら、宿主ホヤのミトコンドリアのCOI遺伝子Folmer領域の配列決定を進めた。分子系統に基づく宿主ホヤの系統関係から、ホヤと藍藻の共生システムの進化・多様化プロセスを検討した。現時点で共生種を含む全4属を含む6属をカバーした系統樹が得られており、このうちLissoclinum属とTrididemnum属内では藍藻分布様式や共生藍藻の異なる種が含まれている。本系統樹ではDiplosoma属や藍藻共生性Lissoclinum属の単系統性が支持されたが、Trididemnum属は多系統で藍藻共生種だけでも4つのクレードに別れた。ジデムニ科内で藍藻共生が独立に複数回成立したことが支持された。異なる属やクレード間で共生藍藻の分布・垂直伝播様式が同じ種があるので、ジデムニ科内で同様な共生様式が複数回収斂的に進化したと考えられる。同一クレード内でも複数の様式が認められ、クレード内でも異なる様式の共生が独立に成立した可能性がある。同一クレード内で異なる藍藻種と共生する種もあることから、進化の過程で共生藍藻種の入れ替わりが生じた可能性が示唆された。また、共生系の維持機構の一つである紫外線防御について、紫外線顕微鏡の観察から宿主ホヤの細胞が紫外線吸収を担っていることがわかった。平成29-30年度は沖縄島以外でも採集を行い、琉球台湾で得られるすべての藍藻共生性ホヤ各種で2産地以上の試料についてYokobori領域およびFolmer領域の配列を取得して、系統解析を行うことを目指す。これまでの研究から、長期保存された試料よりも、新鮮な試料の方が配列決定の成功率が高いため、特にこれまで塩基配列が得られていない種にフォーカスした採集を計画してゆく。台湾での採集については、中央研究院の野澤博士に協力していただき、平成29年の5月に緑島で実施する予定である。