hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視点にもとづく絵画の確率モデルとコンピュータグラフィックスへの応用

画像は,三次元世界を視点ベクトルから決まる二次元平面に射影することで生成される.これを透視投影という.それに対して非透視投影では,三次元世界を視覚物体毎に異なった視点から観測し,一枚の絵を生成する.我々は,視点の選択と統合に関して確率を用いてモデル化することで,非透視投影画像を自動生成する理論的枠組みを提案する.そこから導出された理論を用いて,非透視投影の画風を模擬するCGのアルゴリズムを提案した.画像は,三次元世界を視点ベクトルから決まる二次元平面に射影することで生成される.これを透視投影という.それに対して非透視投影では,三次元世界を視覚物体毎に異なった視点から観測し,一枚の絵を生成する.我々は,視点の選択と統合に関して確率を用いてモデル化することで,非透視投影画像を自動生成する理論的枠組みを提案する.そこから導出された理論を用いて,非透視投影の画風を模擬するCGのアルゴリズムを提案した.三次元視覚世界は,一般に花瓶,壺,コーヒーカップ,さらにそれら置かれている机など複数の視覚物体から構成されている.一般には個々の視覚物体ごとに視点を計算する前に,視覚物体の切り出しを行う必要がある.本年度の研究では,視点の選択と統合を主目的とするため,視覚物体の切り出しはすでに終わっていると仮定した.視点の選択を行うアルゴリズムとしてvazquezらによって提案された視点エントロピーをもちい,この視点エントロピーを最大化する視点を選択する手法を用いた.複数物体で個々に決定された視点にできるだけ保ちながら,近くの物体の視点の差がそれほど大きくならように視点を微調整して,三次元構想が破綻しないように視点をスムーズに接続することを考えた.各視点を連続的に補完するために全ての格子状の点に視点を定義し,オブジェクトが存在しない点での視点は,エネルギー関数Eの最小化のアルゴリズムを用いて空間的に滑らかにつなぐ.エネルギー関数E=E1+λE2は,視点選択で求めた視点と接続した視点の差を小さくする項E1と,となりあった視点の差が小さくなるE2項の和で定義されている.正則化パラメータλはこれら二つの量の重みを制御する.これは画像修復のマルコフランダムフィールド(MRF)モデルでよく使われているスムージングの手法の拡張である.ここで得られた研究成果をLecture Notes in Computer Scienceで発表した.次に視覚物体の力出しの自動化を行うために,画像のセグメンテーションと修復を同時に行う結合MRFモデルを提案し,変分法を用いた新たなアルゴリズムを提案した本研究の目的は,視点の選択と統合を確率を用いてモデル化し,絵画の生成および認識過程を確率的に記述する.そこから導出された理論を用いて,非透視投影をよく用いたPaul Cezanneの画風を模擬するCGのアルゴリズムを提案することである.昨年度H22年度は,視点を計算すべき視覚オブジェクトは作画する人が決定していた.H23年度は,この視覚オブジェクトを視覚シーンから自動抽出するアルゴリズムの設計原理をもとめるために以下の二つの研究を行った.1.視覚オブジェクトのセグメンテーションを行うマルコフランダムフィールド(MRF)モデル視覚シーンからオブジェクトを自動選択するには,画像工学のしばしば研究されているセグメンテーションを行う必要がある.そこで本研究課題が基本にしているMRFモデルの枠組みの中で,優れたセグメンテーション能力を持つ領域ベースMRFモデルを用いることにした.本研究は3次元のMRFモデルを用いるので,通常は2次元である領域ベースMRFモデルよりも計算量が著しく多くなる.その計算量低減のために変分ベイズ法にもとづくアルゴリズムを開発した.本手法は高く評価されて,日本物理学会が出版するJournal of Physical Society of JapanのPapers of Editor's choiceに選ばれた.2.視覚的顕在性の神経機構の解明ヒトは視覚シーンからオブジェクトを選択する際に眼球運動を積極的に援用していると考えられている.そこでヒトの眼球運動の神経機構を探ることで,より人間らしいアルゴリズムが提案できると考えた.ヒトの脳には,視覚的に目立つオブジェクトの視野中の地図である顕在性マップが存在する.その顕在性マップ形成にとって重要な神経回路モデルである局在興奮ネットワークを研究した.
RNA立体構造計算の新しい手法の開発

RNA立体構造計算の応用として,ハンマーヘッドリボザイムの切断活性のメカニズムの解析を分子動力学計算によって行った.ハンマーヘッドリボザイムについては,数種類の結晶構造が解明されており,またNMRにおいても様々な研究が行われているにもかかわらず,活性をもつコンホメーション,あるいは反応メカニズムはよくわかっていない.最近,ある結晶中において反応が進むことが示され,その結晶中の構造が解析された.本研究では,この結晶構造を出発構造として,AMBER Ver.4.1を用いて1nsの分子動力学計算を行った.計算は,Na^<2+>,Mg^<2+>,OH^-および水存在化で行った.その結果,2段階の局所的コンホメーション変化を経て,反応が起こるとされるインライン構造が得られた.まず,反応部位周辺で塩基対の組み替えがおこり,反応部位に空間ができた.次に,反応部位のリン酸基が移動し,その結果,切断される結合を形成する酸素原子,切断部位のリン原子,および新しい結合を形成する酸素原子のなす角が120度以上となった.このコンホメーションから,量子力学的過程を経てインラインメカニズムによる化学反応が進むと考えられる.古典的力場に基づく分子動力学計算によってはその過程を再現することは不可能であり,今回の計算ではその手法で到達できる最終点に至ったと推定できる.この結果は,分子動力学計算の有用性を改めて示すものとしても極めて重要である.RNA立体構造計算の応用として,ハンマーヘッドリボザイムの切断活性のメカニズムの解析を分子動力学計算によって行った.ハンマーヘッドリボザイムについては,数種類の結晶構造が解明されており,またNMRにおいても様々な研究が行われているにもかかわらず,活性をもつコンホメーション,あるいは反応メカニズムはよくわかっていない.最近,ある結晶中において反応が進むことが示され,その結晶中の構造が解析された.本研究では,この結晶構造を出発構造として,AMBER Ver.4.1を用いて1nsの分子動力学計算を行った.計算は,Na^<2+>,Mg^<2+>,OH^-および水存在化で行った.その結果,2段階の局所的コンホメーション変化を経て,反応が起こるとされるインライン構造が得られた.まず,反応部位周辺で塩基対の組み替えがおこり,反応部位に空間ができた.次に,反応部位のリン酸基が移動し,その結果,切断される結合を形成する酸素原子,切断部位のリン原子,および新しい結合を形成する酸素原子のなす角が120度以上となった.このコンホメーションから,量子力学的過程を経てインラインメカニズムによる化学反応が進むと考えられる.古典的力場に基づく分子動力学計算によってはその過程を再現することは不可能であり,今回の計算ではその手法で到達できる最終点に至ったと推定できる.この結果は,分子動力学計算の有用性を改めて示すものとしても極めて重要である.
自己組織化半導体ヘテロクラスターを利用した超高原子分解能・非接触原子間力顕微鏡の探針の創製と評価

本研究では、非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)の性能を向上させて超高原子分解能を達成するために、カンチレバー端のSi針先端にGeナノ半導体クラスターを自己組織的にヘテロ成長させ、歪みによって誘起される特異ファセット面の展開を利用して原子スケールで鋭利な探針(ナノプローブ)を創製することを目的とした.本年度は、走査型オージェ電子分光顕微鏡(SAM)に取り付けた試料準備真空室(10^<-10>Torr台)にGeの蒸着源を取つけ、加熱清浄化したSi探針先端にGeを蒸着できるようにした.試料準備室にターボ分子ポンプ、チタンゲッターポンプを増設することによって到達真空度の向上も図った.予備実験として、Siウェハーから切り出した一辺約0.5mmの角柱の先端を化学研磨によって先鋭化するとともに、そのSi角柱にタングステン線をコイル状に巻き付けて超高真空中で加熱し、清浄になっていく過程・ファセットしていく様子をSAMで観察した.また、超高分解能走査型電子顕微鏡での観察も行い、その先端部を評価した.また、Si先端を先鋭化させるために反応性イオン研磨(RIE、本学設備)を試み、先鋭化に良好な結果を得た.現在、その先端にGeを蒸着してクラスター成長させる実験を開始している.次年度は、この先端の構造・電子状態を、走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型オージェ電子顕微鏡(SAM)、超高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射顕微鏡(FEM)、電界イオン顕微鏡(FIM)等の手法で解析する予定である.本研究では、非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)の性能を向上させて超高原子分解能を達成するために、カンチレバー端のSi針先端にGeナノ半導体クラスターを自己組織的にヘテロ成長させ、歪みによって誘起される特異ファセット面の展開を利用して原子スケールで鋭利な探針(ナノプローブ)を創製することを目的とした.本年度は、走査型オージェ電子分光顕微鏡(SAM)に取り付けた試料準備真空室(10^<-10>Torr台)にGeの蒸着源を取つけ、加熱清浄化したSi探針先端にGeを蒸着できるようにした.試料準備室にターボ分子ポンプ、チタンゲッターポンプを増設することによって到達真空度の向上も図った.予備実験として、Siウェハーから切り出した一辺約0.5mmの角柱の先端を化学研磨によって先鋭化するとともに、そのSi角柱にタングステン線をコイル状に巻き付けて超高真空中で加熱し、清浄になっていく過程・ファセットしていく様子をSAMで観察した.また、超高分解能走査型電子顕微鏡での観察も行い、その先端部を評価した.また、Si先端を先鋭化させるために反応性イオン研磨(RIE、本学設備)を試み、先鋭化に良好な結果を得た.現在、その先端にGeを蒸着してクラスター成長させる実験を開始している.次年度は、この先端の構造・電子状態を、走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型オージェ電子顕微鏡(SAM)、超高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射顕微鏡(FEM)、電界イオン顕微鏡(FIM)等の手法で解析する予定である.
ナノポアシークエンサーを用いたRNA合成及び分解の新規解析手法の開発

一分子DNAやRNAをシークエンスすることができるナノポアシークエンサーは、核酸塩基に含まれる化学修飾を検出することが可能であるとされている。本研究では、人工RNA修飾塩基を標的とするナノポアシークエンスによる検出法を確立する。さらに、人工修飾塩基を用いたRNAのラベリング法とナノポアシークエンスによる検出法を組み合わせることにより、RNA合成と分解の速度の新規計測技術の開発を行う。
乳がん患者のうつ病へ包括的に介入する対人関係療法の開発と効果検証

我々は、乳がん患者のうつ病に影響を与える「満たされないニード(患者が求めている援助)」の多くが、情報・心理領域の2つであること、すなわち「乳がんに関する情報提供の不足」と「家族や医療者からの心理的サポートの不足」であることを研究にて示した。さらに、この2つはうつ病の思考力低下・自責感などと相互作用して、うつ病をさらに増悪させることを我々は臨床経験より見出した。本研究では、対人関係療法に情報提供を加え、「1.乳がんに関する情報提供2.家族や医療者からの心理的サポートの確立3.うつ病治療」を行う包括的な治療である、修正版対人関係療法マニュアルを開発し、その効果検証を行う。
フォトクロミック分子による界面磁性制御

ダイヤモンドにホウ素をドープすることにより導電性を付与することができ、ホウ素濃度によりその導電性の制御も可能である。近年、非常に高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンドが低温にて超伝導特性を示すことが報告され、注目を集めている。本研究では、この高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンドの界面に注目し、その終端化学種を制御することで超伝導特性の制御を試みた。最終的にはフォトクロミック分子を修飾することによる可逆的な光制御が目的であるが、初めに、水素終端と酸素終端における特性について調べた。作製した水素終端ダイヤモンド薄膜には、マイスナー効果が観測された。さらに、このダイヤモンド薄膜を0.1M硫酸中にて陽極酸化を行った。水の接触角を測定したところ、水素終端ダイヤモンド薄膜で約97度であったのに対し、酸化後は約21°まで減少し、表面が酸素終端化したことがわかる。この酸化処理後のダイヤモンド薄膜の磁化測定を行ったところ、反磁性磁化の増大が観測された。これは粒界のピンニング特性の変化によるものであると考えられる。終端変化により誘起された双極子によってダイヤモンド表面でのキャリアが増加し、粒界を透過できる電流密度が上昇した結果、水素終端ではピンニングされていた磁束が排除されるようになり、反磁性磁化が増大したものと考えられる。このことから、アゾベンゼン化合物などのフォトクロミック分子を表面修飾することにより、超伝導の反磁性磁化を可逆に光制御できる可能性が示唆された。我々はこれまでに、磁性体界面に、機能性有機分子としてフォトクロミック分子を導入することで、二次機能として光応答性の付与を実現するシステムを構築してきた。特に本年度はこの方法論を拡張し、これまでに報告例のない超伝導特性の制御とその可逆な光機能化を目的とし、フォトクロミック分子を利用したシステムの構築を目指してきた。最近、アゾ化合物を含む単分子膜を被覆した超伝導Nb薄膜を作製し、極低温において、その超伝導における臨界電流の可逆な光制御にも成功したが、本年度は、より高温での光制御を目指し、高温にて超伝導特性を示す層状超伝導物質に着目した。フォトクロミック分子を層間に挿入した複合物質を創製し、その物性評価とともに、超伝導特性の可逆な光制御を試みた。層状超伝導化合物Bi_2Sr_2CaCu_2Oy(Bi2212)を既報に従い合成し、Bi2212をHgI_2と混合し、ヨウ素雰囲気下にて加熱することで、HgI_2をインターカレーションしたHgI_2-B2212を得た。作製したこの化合物に、室温にて紫外光及び可視光照射を行ったところ、スピロピランの光異性化に伴った超伝導磁化の可逆的なスイッチングを観測した。光照射前後にてXRD測定を行ったところ層間距離の光変化は観測されておらず、光照射による磁化の変化は、フォトクロミック分子の光異性化に伴うキャリア濃度変化によるものと考えられる。
集合性有機色素による量子ドットの自己集合制御

数nmの粒径をもつコロイド状半導体ナノ結晶は量子ドットと呼ばれ、単独で卓越した発光・光電子特性を示し、その発光波長は粒径に依存するため発光色が容易に調節できるスマートマテリアルである。それらのデバイス性能は、量子ドットが最終的に形成する集合構造に強く依存するため、材料レベルで量子ドットの特異な物性を最大限に発揮するためには、集合構造の制御は極めて重要である。本研究では、有機色素であるペリレンビスイミドの優れた自己集合能を利用して、量子ドットを配列させることを目的とし研究を遂行してきた。本年度ではまず、粒径3 nmのCdSe/ZnS量子ドット及び、量子ドットへの吸着部位であるチオール基を両端に有するペリレンビスイミド誘導体を合成した。クロロホルム中でこれらを混合すると、時間変化に伴い、ペリレンビスイミドが量子ドットの表面に吸着することが吸収・発光スペクトルにより明らかになった。この時間変化を詳細に解析することで、吸着メカニズムを明らかにした。これらを低極性溶媒中で混合すると、ペリレンビスイミドがπ-πスタッキングによりシート状に自己集合し、その周りに量子ドットが配列していることが透過型電子顕微鏡(TEM)により明らかになった。さらに詳細なTEM観察により、混合直後は量子ドットが非配列であったが、1時間後には配列することが見出された。これにより、初めに速度論的に形成した集合体が時間経過に伴い熱力学的に安定した集合体へ変化することが分かった。今後は、混合条件を変えることで、量子ドット配列における条件最適化を試み、集合構造に依存した発光・光電子特性を調査する予定である。本年度では、ペリレンビスイミド及び量子ドットを合成し、それらの混合実験を計画していた。その結果、有機色素の自己集合を利用して量子ドットの配列構造の構築に成功した。この成果はすでに学術論文に掲載されており、その研究の重要性からいくつかのメディアで発表された。現在、配列した量子ドットの物性調査を進めつつあり、さらなる成果が期待できる。次年度は、量子ドット配列構造をさらに調査し、集合構造に依存した発光・光電子特性を明らかにし、量子ドット単独では示すことのない物性を模索する。特に、量子ドットと有機色素間の電子移動・エネルギー移動に着目し、実験を進める予定である。
都市居住環境における緑景観の変遷と住居の緑の継承に関する意識

都市において年月の経過による緑量回復の可能性を明らかにするため、開発年度の異なる住宅団地を対象に緑量を測定し比較した。また、庭の緑が地域へ貢献することに関し、住民の意識調査を行った。結果、年月の推移により緑の回復が見込まれた。また、庭の緑の効果が及ぶ地域範囲に対する住民の意識構造が明らかになった。以上の結果をもとに、今後、小規模な住居の緑の集積が地域や都市の緑環境へ貢献するための方策を検討した。都市における緑景観の変遷を把握し,年月の経過による緑量回復の限界と可能性を明らかにするため、視野内に占める緑の割合を示す緑視率により居住環境の緑量調査を行った。緑視率は人々の緑量感を表す指標であり、心理的評価と関連づけられ景観や緑デザインに利用されている。調査対象は1940年代から現在までに開発された住宅団地とし、45地域を選定した。開発年度の異なる地域の、現時点での緑視率の差異を検討することで、年月の経過による緑景観の変化を捉え、緑量の回復傾向や平衡状態となる制約条件を探った。緑視率の測定については、各地域の公共道路より視点高による写真撮影を行い、各写真内の植生面積を計測し各地域毎の平均値を導出した。植物のクロロフィルによる光の波長の反射ぐ吸収の違いを利用し、近赤外線写真と可視光写真の輝度値の差から植生部分の判別を行った。調査の結果、住宅団地の開発が古い地域は緑視率が高く、新しい地域は低い傾向がみられた。年月の経過によって緑視率が増加する傾向がある。推測値より開発後50年程度の年月を経た古い住宅団地においても平衡状態には達しておらず、今後も緑視率の増加が見込まれる。また、地域の環境要因の違いにより緑視率の差異がみられ、住宅の敷地面積や建ぺい率の影響が認められた。街路樹と公園の存在は、緑視率の増加へ貢献している。ただし、これらの環境条件の違い以上に年月の経過による影響が強く作用していることが示され、緑量の回復は年月の推移に委ねられている状況であると考えられた。本年度は、個人所有の庭の緑が地域へもたらす効果について、都市住民の緑に対する意識構造を調べた。また、緑による地域への貢献に対する意識を規定する要因として、環境や地域へのかかわり方、社会に対する考え方を取り上げ、それらの影響を検討した。戸建て住宅を対象とした社会調査の結果、庭の緑の効果について、住民は効果が及ぶ地域範囲の広狭の違いを認識していることが示された。緑の機能については目然環境と生活環境という環境の利用目的の違い、生活環境に関しては、「ゆとり」、「快適性」、「安全性」の階層の違いを認識していると考えられた。また、自然への関心や緑の入れ等の環境へのかかわりと地域への愛着や近所づきあい等の地域へのかかわりが高い人ほど,庭の緑が地域へ貢献するとの考えを持つ傾向があり、社会に対する考え方においては、協調性や献身性等の考え方が地域への貢献意識に寄与していることが明らかとなった。以上より、地域範囲や環境の利用目的を考慮した緑政策が必要であり、緑や環境向上への取り組みを地域ぐるみで行い、コミュニティの向上も合わせて取り組むことが必要と考えられた。近年、都市環境アメニティの向上に加え、緑による都市ヒートアイランド緩和が期待されてきているが、本研究の結果は、小規模の緑の集積が、地域や都市全体の緑へ貢献するための施策へ向け、地域範囲、利用目的、といった具体的方策への知見を得られたものと考えられる。
超原子価ペルオキシヨージナンを活性する酸化反応の開発

分子内に酸化作用を有するt-ブチルペルオキシ基と3価のヨウ素原子とを同時に合わせ持つ特異な構造のアルキルペルオキシヨーダンは、有機合成化学におけるラジカル性酸化剤として有用であることが明らかとなった。具体的結果を以下に示す。1)ペルオキシヨーダンはベンジルエーテル類のベンジル位メチレン基の酸化に有効であり、その反応機構も明らかにした。本反応を基盤とするベンジル基の酸化的脱保護反応を開発した。2)アリル基も有機合成におけるアルコール類の重要な保護基であり、アルキルペルオキシヨーダンを用いた、アリルエーテル類のα,β-不飽和エステルへのアリル位酸化反応を開発した。分子内に水酸基、アセトキシ基、シリル基、ピラニル基等の保護基が存在しても、アリルエーテルのアリル位酸化反応が選択的に進行するため、官能基選択性の高い反応であることが判明した。3)スルフィド、セレニド、ホスフィン等の酸化反応にも有効であり、それぞれ対応するスルホキシド、セレノキシド、ホスフィンオキシドが得られることを明らかにした。酸化的脱ジチオアセタール化反応の開発にも成功した。4)アルキルペルオキシヨーダンはアミンの酸化にも有効であり、2級アミンとの反応では脱水素化が進行して、イミンが生成することも見出した。2級アミンの場合とは異なり、3級アミンとの反応では、アミンのα位炭素原子上にペルオキシ基が導入されたペルオキシアミノアセタールが生成する。5)p-アルキル置換フェノール類との反応では、4-tert-ブチルペルオキシシクロヘキサジエノンが生成することを明らかにした。アルキルペルオキシ基を配位子とする超原子価有機ヨウ素化合物は、極めて不安定であり、これまで合成に成功したという報告はなかったが、ごく最近我々は、ヨードキソロンにBF_3-Et_2O存在下無水t-ブチルヒドロペルオキシドを作用させると、超原子価ヨウ素原子上での配位子変換が効率良く進行して、アルキルペルオキシヨーダンが生成することを見出し、その構造をX線結晶解析により確認している。アルキルペルオキシヨーダンは、分子内に酸化作用を有するペルオキシ基と3価のヨウ素原子とを同時に合わせ持つ特異な化合物である。従って、酸化剤としての活用が大いに期待されるため、まずその酸化能について検討した。ベンジルエーテル類にベンゼン中窒素気流下アルキルペルオキシヨーダンを作用させると、ベンジル位メチレン基のカルボニル基への酸化反応が室温で進行し、対応するエステルが生成することを見出した。ただ、この反応は非常に遅く、このままでは合成反応としてあまり有効とはいえないが、アルカリ金属の炭酸塩を添加すると著しく加速されることを明らかにした。また、アルキルペルオキシヨーダンのベンゼン環に、塩素やニトロ基等の電子吸引性置換基を導入して、その酸化能を比較検討したところ、顕著な差は見られなかった。ベンジル基は有機合成において多用されるアルコールの保護基であり、また、本反応の生成物であるエステルは容易にアルコールへと加水分解される。従って、ベンジルエーテルを安息香酸エステルへと酸化しうるアルキルペルオキシヨーダンは、ベンジル基の有用な酸化的脱保護試剤となる。そこで、1級、2級、3級アルコールのベンジルエーテルや環式ならびに非環式アルコールのベンジルエーテルのベンジル位酸化反応を検討し、その応用範囲が広いことを見出した。アルキルペルオキショーダンは、分子内に酸化作用を有するペルオキシ基と3価のヨウ素原子とを同時に合わせ持つ特異な化合物である。従って、酸化剤としての活用が大いに期待されるため、その酸化能を明かにすると共に、反応機構も解明することを目的に検討を行っている(1)ベンジルエーテルのアルキルペルオキシヨーダンによる酸化反応を見出し、ベンジル基の有用な酸化的脱保護反応を開発した。

また、ラジカル阻害剤ガルビノキシルやラジカル捕捉剤(TEMPO)の存在下に本酸化反応を実施し、ベンジルラジカルが発生する反応であることを明らかにした。置換基効果についての検討結果もラジカル機構を強く示唆している。(2)アリル基も有機合成におけるアルコール類の重要な保護基であるため、アルキルペルオキシヨーダンを用いた、アリルエーテルのα,β-不飽和エステルへのアリル位酸化反応を開発した。環式ならびに非環式アルコールのアリルエーテルの酸化反応が効率良く進行する。また、分子内に水酸基、アセトキシ基、シリル基、ピラニル基等の保護基が存在しても、アリルエーテルのアリル位酸化反応が選択的に進行するため、官能基選択性の高い反応であることが判明した。(3)スルフィド、セレニド、ホスフィン等の酸化反応にも有効であり、それぞれ対応するスルホキシド、セレノキシド、ホスフィンオキシドが得られる。(4)酸化的脱ジチオアセタール化やアミン類のイミンへの酸化反応の開発にも成功した。アルキルペルオキシヨーダンは、分子内に酸化作用を有するペルオキシ基と3価のヨウ素原子とを同時に合わせ持つ特異な化合物である。従って、酸化剤としての活用が大いに期待されるため、その酸化能を明かにすると共に、反応機構も解明することを目的に検討を行っている。(1)アルキルペルオキシヨーダンはアミンの酸化に有効であり、2級アミンとの反応では脱水素化が進行して、イミンが生成することを見出した。K_2CO_3の添加は反応を加速する。テトラヒドロイソキノリンの酸化では、ジヒドロイソキノリンが高収率で得られるが、過剰量のペルオキシヨーダンを用いるとイソキノリンが生成した。2級アミンの場合とは異なり、3級アミンとの反応では、アミンのα位炭素原子上にペルオキシ基が導入されたペルオキシアミノアセタールが生成した。(2)p-アルキル置換フェノール類との反応では、4-tert-ブチルペルオキシシクロヘキサジエノンが生成した。p-置換フェノールに過剰量のtert-ブチルヒドロペルオキシド存在下ペルオキシヨーダンを作用させると、tert-ブチルペルオキシシクロヘキサジエノンへの酸化反応が温和な条件下に効率良く進行する。ガルビノキシルを添加して反応を行うと酸化はほぼ完全に阻害されることから、ラジカル反応であることが分かる。共鳴によって安定化されたフェノキシラジカルが中間体であり、tert-ブチルペルオキシラジカルとのカップリングによりtert-ブチルペルオキシシクロヘキサジエノンが生成する。
化合物先行型脂質疾患バイオマーカーの探索研究

スフィンゴ脂質の基本構造であるスフィンゴシン骨格は、セリンとパルミトイルCoAから生合成される。ごく最近、生活習慣病等の患者から異常スフィンゴ脂質が発見された。これは、セリンの代わりにアラニンとパルミトイルCoAから生合成されたものであり、強い細胞毒性を有すると共に、生活習慣病の鋭敏なバイオマーカーになる可能性が期待されている。スフィンゴシン類の生合成系には、セリン、アラニン、グリシン以外のアミノ酸も取り込まれる可能性があると考え、標品としての対応する変異スフィンゴシンを化学合成した。昨年度は、L-フェニルアラニン、L-アラニン、L-トリプトファン、L-ロイシンからのスフィンゴシン様化合物に成功した。本年度は、L-システイン、L-スレオニンを実施した。システインについてはチオール基の独自の反応性のため、保護基の導入を念頭においた。そのため、2位のアミノ基を利用した5員環形成による分子内保護法を当初実施した。従来法の応用によりHorner-Wadsworth-Emmons反応により増炭反応には成功したが、還元反応が良好に進行せず、別ルートによる合成を試みた。チオール基の特殊な反応性による合成問題を解決するために、比較的後半にチオール基を導入することとした。スフィンゴシンの合成を基本として進め、1位の水酸基に脱離基を導入した後、チオ酢酸で置換反応を行った。その後、加水分解、脱保護により目的の化合物を得ることに成功した。また。L-スレオニンを原料として、従来法によりスレオニン部分を頭部に有する変異スフィンゴシンの合成に成功した。将来的なセラミド類ライブラリー化を念頭に、アミノ基のアシル化を実施した。通常のセリン、アラニン、システイン、ロイシン、フェニルアラニンタイプについて、それぞれ、有効と思われるアシル基を導入し、頭部の違うセラミドの合成に成功した。概ね順調に進展している。困難が予想されたLーシステインを出発原料とした頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの合成に成功した。また、これらの変異スフィンゴシンのアシル化を開始することができた。また、学会発表等の外部発信も実施、担当学生が優秀発表賞を受賞するなど、良好な応答をえている。頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの多様化セラミドはスフィンゴ脂質群の合成・代謝における中心的な脂質であり、細胞増殖、アポトーシスを制御する脂質メディエーター等の働きをする。デオキシスフィンゴ脂質類が非常に強い細胞毒性を有することから、これら頭部置換型スフィンゴシン類のセラミド誘導体は、さまざまな生理活性を有することが期待できる。これまでに合成が完了したL-フェニルアラニン、L-アラニン、L-トリプトファン、L-ロイシン、L-システイン、L-スレオニンの頭部アミノ酸置換型スフィンゴシン塩基をアシル化することにより、セラミドライブラリーの構築を試みる。アシル化は、特殊樹脂にアシル化剤を固定化させ、固相上での活性エステルを構築することで実施する。多検体処理のためのアシル化活性化樹脂の構築を行うとともに、反応条件等の検討を行う。アシル化されたセラミド群は、頭部が異なるため、その生物活性の違いに興味がもてる。既に、該当研究室で立ち上げているスフィンゴミエリン合成酵素の阻害能の測定を実施し、構造とその活性の議論を行う。SPTへの基質の取り込み実験セリンパルミトイル転移酵素(SPT)は、セリンとパルミトイルCoAからケトスフィンガニンを合成するスフィンゴシン合成の最初のステップを触媒する重要酵素である。ごく最近、細菌由来のSPTを用いた実験を行っている研究グループとの共同研究をスタートさせた。そのため、この細菌由来のSPTの基質特異性を物質レベルで調査することとした。まず、鏡像体であるD-セリンの取り込み実験を実施する。D-セリンが取り込まれた場合、生成するケトスフィンガニンの立体化学がどうなるかは、全く不明である。両鏡像体のケトスフィンガニンを合成後、蛍光基の導入とキラルHPLCによるキラル分析法の確立を行う。天然には20種のアミノ酸が存在するが、現在、生体内より確認されているスフィンゴシンはL-セリン、L-アラニン及びL-グリシンから生合成されたもののみが知られている。微量分析用の標準物質として、まず、中性アミノ酸を頭部に有するスフィンゴシン類の合成を実施した。また、その立体化学としては、天然体であるL-アミノ酸を基本とした。L-フェニルアラニンを出発原料として、保護基を導入した後、メチルリン酸部分を導入、1-テトラデカナールとのHoner-Wadsworth-Emmons反応を実施し、二重結合を生成させた。二重結合の幾何異性についてはNMRからトランスであると判断された。次に、カルボニル基の選択的1,2還元を実施した。還元試薬、反応条件の検討を行い、選択的還元条件を見出すことに成功した。尚、還元の際の立体化学については、NMRのカップリングコンスタントから判断した。最後に脱保護により目的のファニルアラニン置換型スフィンゴシンの合成に成功した。また、脱保護直前に二重結合の還元を実施することにより、スフィンガニンを合成可能であることを確認した。更に、L-アラニン、L-トリプトファン、L-ロイシンを出発原料として、ほぼ、同様なルートで対応する頭部置換型スフィンゴシンの合成を達成することができた。次にセラミドライブラリーの構築をめざし、スフィンゴ塩基類のコンビナトリアル的アシル化の反応条件の検討を行った。

樹脂にアシル化剤を反応させたものを調整し、スフィンゴシン類のアシル化の条件検討を実施した。既に、L-セリンをはじめとし、L-アラニン、L-フェニルアラニン、L-トリプトファン、L-ロイシンを出発原料とした5種の頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの合成に成功している。また、学会発表等の外部発表も実施、良好な応答を得ている。スフィンゴ脂質の基本構造であるスフィンゴシン骨格は、セリンとパルミトイルCoAから生合成される。ごく最近、生活習慣病等の患者から異常スフィンゴ脂質が発見された。これは、セリンの代わりにアラニンとパルミトイルCoAから生合成されたものであり、強い細胞毒性を有すると共に、生活習慣病の鋭敏なバイオマーカーになる可能性が期待されている。スフィンゴシン類の生合成系には、セリン、アラニン、グリシン以外のアミノ酸も取り込まれる可能性があると考え、標品としての対応する変異スフィンゴシンを化学合成した。昨年度は、L-フェニルアラニン、L-アラニン、L-トリプトファン、L-ロイシンからのスフィンゴシン様化合物に成功した。本年度は、L-システイン、L-スレオニンを実施した。システインについてはチオール基の独自の反応性のため、保護基の導入を念頭においた。そのため、2位のアミノ基を利用した5員環形成による分子内保護法を当初実施した。従来法の応用によりHorner-Wadsworth-Emmons反応により増炭反応には成功したが、還元反応が良好に進行せず、別ルートによる合成を試みた。チオール基の特殊な反応性による合成問題を解決するために、比較的後半にチオール基を導入することとした。スフィンゴシンの合成を基本として進め、1位の水酸基に脱離基を導入した後、チオ酢酸で置換反応を行った。その後、加水分解、脱保護により目的の化合物を得ることに成功した。また。L-スレオニンを原料として、従来法によりスレオニン部分を頭部に有する変異スフィンゴシンの合成に成功した。将来的なセラミド類ライブラリー化を念頭に、アミノ基のアシル化を実施した。通常のセリン、アラニン、システイン、ロイシン、フェニルアラニンタイプについて、それぞれ、有効と思われるアシル基を導入し、頭部の違うセラミドの合成に成功した。概ね順調に進展している。困難が予想されたLーシステインを出発原料とした頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの合成に成功した。また、これらの変異スフィンゴシンのアシル化を開始することができた。また、学会発表等の外部発信も実施、担当学生が優秀発表賞を受賞するなど、良好な応答をえている。当初の計画に沿って、下記のような実施項目を推進する予定である。1)中性アミノ酸を用いた頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの合成保護基が必要とされる、システイン、メチオニン、プロリン、チロシン、スレオニンを出発原料とする頭部アミノ酸置換型スフィンゴシンの合成ルートの確立を行う。特に、システイン、プロリン等の官能基を有するアミノ酸についての官能基に関する保護基の検討を実施するとともに、保護後の反応性に注意して合成ルートの確立を実施する。
大腸菌O157の正常ヒト腸管上皮細胞への感染メカニズムの解明と治療への応用

本研究は、腸管出血性大腸菌O157がヒトの腸管内で付着、感染するメカニズムを明らかにすることを目的としている。1、ヒト正常大腸上皮細胞を回収し、安定して初代培養する技術を確立した。2、大腸菌O157はSalmonella entericaと同等にその正常上皮細胞に取り込まれ、その取り込みはcytochalasin Dで阻害されることから、細胞骨格の機能に依存している。また一方で、methyl-cyclodextrinによって細胞膜のコレステロール含量を下げるとO157の取り込みを阻害した。しかしながら、caveolaeの阻害剤やendocytosisの阻害剤は影響を与えなかった。3、細胞内に取り込まれた大腸菌O157の数は、gentamicin処理によって細胞外の菌を殺すことによって検討しているが、細胞内に菌が存在することをより明確にするため、confocal fluorescence microscopeと電子顕微鏡による形態的な確認を行った。4、初代培養細胞には複数の細胞種の混在があるが、大腸菌O157を取り込んでいる細胞が、macrophageなどでなく、上皮細胞であることを免疫組織化学的なマーカー検索で確認した。一方で、大腸腫瘍細胞株C2BBe1やHCT-8でも取り込みが起こることも証明した。5、大腸以外の上皮細胞としてHela細胞を比較してみたところ、salmonellaは上皮細胞と同等に取り込まれるのに対し大腸菌O157は大腸腫瘍細胞株C2BBe1の十分の一程度しか取り込まれず、本研究で扱った初代培養細胞の結果と総合して、従来多く用いられるHela細胞が生理的な条件を反映していないことが示唆された。6、菌の定着因子として知られている種々の分子を欠損した変異株を用いて、それぞれの分子の関与を検討すると、intimin遺伝子は取り込みに関与しないが、sepLというtype III分泌システムの遺伝子を破壊した変異株の細胞への取り込みは劇的に低下していた。このような差は大腸腫瘍細胞株C2BBe1への取り込みでも観察されたが、sepL蛋白の機能がまだ十分解明されていないことから、興味深い知見と思われる。本研究は、腸管出血性大腸菌0157がヒトの腸管内で付着、感染するメカニズムを明らかにすることを目的としている。昨年度は以下の点を明らかにした。1,ヒト正常大腸上皮細胞を回収し、安定して初代培養する技術を確立した。2,大腸菌0157はSalmonella entericaと同等にその正常上皮細胞に取り込まれ、その取り込みはcytochalasin Dで阻害されることから、細胞骨格の機能に依存している。また一方で、methyl-β-cyclodextrinによって検討した細胞膜のコレステロール含量の低下は0157の取り込みを阻害した。3,0157の付着因子として知られているintimin遺伝子を破壊した変異株は上皮細胞への取り込みについてcontrolと差がなかったが、esc C領域を破壊してtypeIII分泌システムが機能しない変異株では細胞内の菌数の低下が見られた。このような差は大腸腫瘍細胞株C2BBe1への取り込みでは観察されなかった。4,大腸菌0157が細胞内に取り込まれるならば、上皮細胞の単層培養を菌が通過するかどうかを、peroxidaseの移行をコントロールとしてC2BBe1細胞株の系で検討した。その結果、0157は他の大腸菌株と比して効率よく細胞の底面から通過してくること、逆の方向への移行は効率が悪いことがわかった。

また、その際にtype III分泌システムが重要な役割を果たしているという予備的な結果も得ている。次年度は、細胞内への取り込みに関与する分子を詳細に検討するとともに、in vivoでの大腸菌0157の挙動を解析していく。本研究は、腸管出血性大腸菌O157がヒトの腸管内で付着、感染するメカニズムを明らかにすることを目的としている。昨年度は、一昨年度に確立したヒト正常大腸上皮細胞の初代培養系を用いて以下の点を明らかにした。1,当初より、細胞内に取り込まれた大腸菌O157の数はgentamicin処理によって検討していたが、細胞内に菌が存在することをconfocal fluorescence microscopeで細胞骨格との共存によって確認し、さらに電子顕微鏡によっても確認した。2,初代培養細胞は複数の細胞種の混在があるが、大腸菌O157を取り込んでいる細胞が、macrophageなどでなく、上皮細胞であることを免疫組織化学的なマーカー検索で確認した。3,大腸以外の上皮細胞としてHela細胞を比較してみたところ、salmonellaは上皮細胞と同等に取り込まれるのに対し大腸菌O157は大腸腫瘍細胞株C2BBe1の十分の一程度しか取り込まれず、本研究で扱った初代培養細胞の結果と総合して、Hela細胞が生理的な条件を反映していないことが示唆された。4,付着因子として知られているintimin遺伝子が取り込みに関与していないことはすでに見出していたが、昨年度はespA、tir、sepLというtype III分泌システムの遺伝子を破壊した変異株の細胞への取り込みを検討した。その結果、ΔsepLは劇的に菌数の低下が見られ、Δtirもある程度低下した。このような差は大腸腫瘍細胞株C2BBe1への取り込みでも観察されたが、sepL蛋白の機能がまだ十分解明されていないことから、興味深い知見と思われる。
反応中間体の構造解析によるβ-ラクタマーゼの触媒機構の研究

申請者は,RTEM-1β-ラクタマーゼE166N変異体が基質であるペニシリンと安定なアシル中間体を形成することを見いだし、その立体構造をx線結晶構造解析により決定した(Nature 359, 700-705 (1992) )。その構造からSer130側鎖の-OHが前半のアシル化の開環反応で基質のNへのproton donorと考えられ,実際にS130T変異体では、Kmの変化なしにkcatが約1/100に減少した(投稿準備中)。本研究は,このS130T変異体を利用し,低温条件下、^<13>C-NMRにより,蓄積しているはずの正四面体中間体の形成を検出して,予想した反応機構を検証することを目的とする。本年度は,基質のベンジルペニシリンのβ-ラクタム環のカルボニル炭素を^<13>Cで標識した化合物の合成の検討を行った。まず,化学合成によるコールドランを試みたところ,β-ラクタム化合物は非常に不安定で,合成収率が悪いため,原料物質である^<13>C標識化合物の単価を考えると,予算内では十分量合成できないことがわかった。そこで,次に発酵生産を検討した。これは,ペニシリンの生産菌に,安価な^<13>C標識クロレラを食べさせて,その培養から,ペニシリンを精製する方法である。この場合,目的部位以外にも標識が入るが,それらを同定するのは簡単なので,予算を考えてこの方法をとることにした。現在,^<13>CO_2でクロレラを培養して標識クロレラを調整中である。
イタリア官僚制の歴史比較論的分析

1.1990年代のイタリアにおける行政改革の動向、すなわち(1)国家機能の見直しと権限の再配分、(2)公務員の地位および人事管理制度の改革、(3)行政的意思決定の改善および法規偏重主義の見直し、(4)行政の応答性やサーヴィスの質的向上をめざした取り組みなどを概観し、行政史上での位置づけの必要性を確認した。2.イタリアの行政組織、公務員制度、行政をとりまく政治的環境などを歴史的文脈のなかで分析し、組織の非体系的な増設、行政官僚制の南部化、行政的非能率などイタリア行政の問題として指摘されてきた事柄について、その生成と展開の過程を示した。3.イタリア行政史を概観し、その連続性を確認するとともに、特に(1)サルデーニャ王国でのカヴール改革(1853年)とベルギーでのレオポルド改革(1846年)との類似性、(2)官僚制および行政制度の形成過程におけるイタリアの特徴とフランスおよびプロイセンとの相違、(3)リクルート、昇進、報酬制度の具体的変遷などについて考察した。4.基礎資料・文献の収集と整理につとめ、特に省庁組織の変遷を跡付けるための基本的作業として、アルベルト憲法制定(1848年)から今日のヘルルスコーニ内閣(2001年)にいたる「内閣構成」の一覧を作成した。5.今後の研究の課題として、(1)国民国家形成と行政官僚制との関係のイタリア的特徴の分析、(2)イタリア行政史の時期区分とその分析、(3)イタリア行政に関する社会学的統計的分析などに取り組む。本研究は「イタリアの政治変動と行政改革の展開」(課題番号11620083・平成11/12年度)を発展させたテーマ設定となっており、今年度は歴史分析そのものへの取り組みよりも前テーマとの継続性を重視した作業となった。具体的には、主に90年代の政治変動と行政改革の状況を、戦後の行政改革の流れも視野に入れながら、整理分析した。その結果、90年代から始まる行政改革の取り組みは、(1)マクロな政治行政システムの見直し、(2)人事管理システムを含む公務員制度改革、(3)法規制至上主義からの脱却、(4)行政と市民との関係の改善をめざすなど多くの点でイタリア行政史のうえでひとつの段階を画するものと位置づけることが可能となった。歴史比較分析への前提的作業として、今年度は政治史、経済史、社会史および各時代の政治文化的分析等の文献の収集をおこった。ただ、13年度の課題としていた行政史にかんする基礎統計資料については欠落部分が埋められなかった。14年度でのイタリアでの資料収集できるかぎり補う必要がある。14年度においては、13年度収集・分析できなかった日本を含めた他の諸国の行政官僚制および行政改革の歴史にかんする研究文献と基礎資料を整えるとともに、政治変動、経済変動、社会変動の微妙なタイムラグのなかでイタリア行政の展開を位置付けるという課題の本格的考察を行っていく予定である。13年度は、それまでの研究テーマ(「イタリアの政治変動と行政改革の展開」)からの継続的分析作業を行い、主に90年代の行政改革の状況を、戦後の行政改革の流れも視野に入れながら整理した。その結果、近年の行政改革は、マクロな政治行政システムの改革、人事管理・公務員制度改革、規制原理上の改革、対市民関係の改善などイタリア行政史のうえでひとつの画期となりうるものと位置づけた。14年度は、イタリアおよび日本を含めた他の諸国の官僚制の形成と史的展開に関する研究文献と基礎資料を昨年に引き続き収集するとともに、その分析をおこなった。イタリア官僚制の生成と展開については、リソルジメント以降の展開で政治変動、経済変動、社会変動の間のタイムラグが脆弱な官僚制の形成に大きな意味をもったこと。また、このことは、フランス、ドイツ、日本など後発資本主義国が上からの近代化の要請とその結果として強い官僚制を形成したこととの比較で、イタリアに特徴的であることが確認できた。しかし、その種差性の程度と質についての実証的、理論的分析作業には至っていない。
天然および人工放射性核種を用いた森林荒廃程度の定量法の確立

本研究は日本の森林に焦点を当て、森林生態系の物質循環に含まれる放射性核種をトレーサとして、森林の荒廃程度を定量化することを目的とした。内容は大きく2課題にわけられる。ひとつは、主としてCs-137をトレーサとした土砂移動に関する研究である。間伐の行われていないヒノキ人工林では林冠が閉鎖し、林床が裸地化することによる表面侵食が起こりやすくなっている。また、侵食された土砂は貯水池の懸濁を引き起こし、水域での問題も引き起こしている。このような森林内での侵食量を見積もり、また懸濁土砂の供給源を特定することは、適切な森林管理を行う指針を作成する上で重要である。二つ目は炭素の同位体を用いた植物の環境評価に関する研究である。植物が光合成で二酸化炭素を吸収する際に取り込む炭素の同位体比は、周囲の様々な環境因子を反映している。樹木が環境変化によるストレスを受けた場合、その記録が年輪中の炭素同位体比に刻まれている可能性がある。従って、炭素同位体分析による環境変化の解析は、森林荒廃の植物側からの情報として重要である。本研究の成果より、Cs-137を森林における土砂移動のトレーサとして侵食土砂量を見積もる方法が有効であることが明らかになった。一方で、さらに精度を高めるためには、土砂流出時のCs-137の形態変化、特に有機物との関係を解明する必要があることが示唆された。また、土砂の供給源を特定するには、K-40,Pb-214,Bi-214,Tl-208,Pb212などの核種の濃度比を用いることが有効であることが明らかとなった。また、C-14を用いた樹木年輪の解析からは、長期にわたる環境変動を読みとることができ、特に年輪幅データと合わせた解析が有効であることが示された。本年度は,ガンマ線測定用のORTEC社Ge半導体検出器(垂直型;相対効率30%)を設置調整し,測定を開始した。目的核種Cs-137の661keVでの検出効率および分解能は,本測定目的には充分なものであった。上部を約10cmの鉛で遮蔽した。浸食されていない通常の土壌表面の測定には充分であるが,Cs-137濃度の低い,あるいは,ほとんど無い試料の測定には,測定器下部からの遮蔽をさらに検討する必要がある。Cs-137を森林内における土壌侵食のトレーサとして用いるための基礎的検討をした。フォールアウトとして供給されたCs-137の表面土壌における二次元分布を明らかにした。さらに、森林土壌におけるCs-137分布の特徴として、有機物の存在との関係を明らかにした。さらに、Cs-137およびBe-7の流域スケールでの土壌侵食に対するトレーサとして使えるのかどうかを明らかにするため,洪水時における懸濁物質の土砂に含まれるCs-137,Be-7を測定した。観測は,台風7号が三重県上空を通過したときに実際に現地で懸濁物質を20L採取し,その中に含まれるCs-137およびBe-7を測定した。その結果,比較的広い流域面積を持つ河川においては,懸濁物質中のCs-137は非常に低い値を示した。このことは,流域スケールの細粒土砂移動は,土壌侵食による土壌表面の侵食よりも,むしろ増加した流量がもたらす,渓岸の侵食による土砂が多いことを示唆する。一方、炭素同位体を林木成長に関わる諸要因のトレーサとして用いるための基礎研究を行った。

刺針法を用いて一つの樹木年輪に傷害による偽年輪を2週間単位で形成させることで、従来より時間分解能、精度が格段に高い安定炭素同位対比(δ13C)の変動を得ることに成功した。その結果、調査対象の二次林で、年輪内のδ13Cは気温と負の相関が、成長速度と正の相関を示した。前者は、林地の土壌含水率が低く(10-20%)、試料木が渇水状態となったことが推察され、年輪のδ13Cから森林立地の状態の推定が可能であることが示唆された。本研究の目的は、森林荒廃程度を定量的にとらえる方法の新たな試みとして、放射性核種を物質移動および物質循環のトレーサーとして用いる手法を確立することである。今年度は、実際の人工林の侵食速度の見積もりを行うために、林地の下方にある池に堆積している土砂のCs-137の測定を行った。三重県大宮町のヒノキ人工林において、その下方の池の堆積物のコア試料を取り、1cm毎にCs-137の測定を行った。その結果、ある深さ以深では、Cs-137が検出させず、その層付近を1954年として、年平均土砂堆積速度を見積もることができた。また、一方森林土壌におけるCs-137の存在状態として、有機物含有量との関係から、腐植・粘土結合物質への吸着が主であることが示唆されたが、侵食過程によりその状態が変化することが考えられた。池の堆積物としては、粘土鉱物への吸着態が重要であることが考えられる。また、Cs-137以外の核種として、ウラン系列、トイウム系列およびK-40等の濃度関係を調べた。その結果、風化や侵食の過程を経て生産されたと仮定される。堆積土砂では粒径が小さいほどそれらの核種の濃度が高いことが示唆され、その関係は各地質の流域毎に特徴的であることが明らかとなった。その特徴を用いて、岐阜県揖斐郡坂内村周辺の流域から下流の横山ダムへの侵食土砂の寄与率を求めたところ、花崗岩流域の寄与率が7080%であると見積もられ、花崗岩流域の2倍の面積の中古生層流域よりも花崗岩流域のほうがはるかに土砂生産が活発であることが明らかとなった。これらの測定では、ウラン系列のPb-214とBi-214,トリウム系列のTl-208とPb-212、およびK-40が土砂トレーサとしての適応性が高い可能性が示された。本研究は日本の森林に焦点を当て、森林生態系の物質循環に含まれる放射性核種をトレーサとして、森林の荒廃程度を定量化することを目的とした。内容は大きく2課題にわけられる。ひとつは、主としてCs-137をトレーサとした土砂移動に関する研究である。間伐の行われていないヒノキ人工林では林冠が閉鎖し、林床が裸地化することによる表面侵食が起こりやすくなっている。また、侵食された土砂は貯水池の懸濁を引き起こし、水域での問題も引き起こしている。このような森林内での侵食量を見積もり、また懸濁土砂の供給源を特定することは、適切な森林管理を行う指針を作成する上で重要である。二つ目は炭素の同位体を用いた植物の環境評価に関する研究である。植物が光合成で二酸化炭素を吸収する際に取り込む炭素の同位体比は、周囲の様々な環境因子を反映している。樹木が環境変化によるストレスを受けた場合、その記録が年輪中の炭素同位体比に刻まれている可能性がある。従って、炭素同位体分析による環境変化の解析は、森林荒廃の植物側からの情報として重要である。本研究の成果より、Cs-137を森林における土砂移動のトレーサとして侵食土砂量を見積もる方法が有効であることが明らかになった。一方で、さらに精度を高めるためには、土砂流出時のCs-137の形態変化、特に有機物との関係を解明する必要があることが示唆された。