hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
現実的核力から出発した変分法による超新星爆発計算用の核物質状態方程式の改良

現実的な核力ポテンシャルから出発したクラスター変分法により有限温度一様核物質の状態方程式を作成し、Thomas-Fermi計算によりそれを非一様核物質相へと適用することで、超新星爆発の数値シミュレーションに適用可能な核物質状態方程式テーブルを完成し、公開した。さらに絶対零度核物質に対する陽なエネルギー汎関数を用いた変分法を、AV6' (そしてAV8')2体力とUIX3体力を取り扱うように改良した。また中心力を考慮した有限温度核物質の状態方程式を求め、3体斥力の強さの不定性の原始中性子星構造への影響を調べた。そしてGW170817から得られた中性子星半径に対する制限と矛盾しない結果を得た。現実的核力から出発した2種類の変分法に基づく、超新星爆発シミュレーションに適用可能な核物質状態方程式作成の研究を推進した。まずクラスター変分法を用いた一様核物質の状態方程式を、1次元超新星シミュレーションへと適用した。この際低密度領域に対する状態方程式は、Shenの状態方程式を代用した。ニュートリノ輸送を考慮しない場合と考慮する場合との両者でシミュレーションを行い、共に数値計算が正常に行われることを確認した。これは核力から出発した多体変分計算による核物質状態方程式を、超新星爆発計算へ適用した世界初の例である。断熱計算の場合は爆発現象が見られ、ニュートリノ輸送を考慮すると、他のシミュレーションの場合と同様に、爆発は起こらなかった。また、Shenの状態方程式との非圧縮率や対称エネルギーの違いによって、原始中性子星のサイズや内部の電子混在度に違いが見られることを明らかにした。また非一様核物質に対しても、超新星爆発用状態方程式テーブル作成に必要なほぼ全ての密度、温度、陽子混在度に対して、自由エネルギーの計算を行った。一方、エネルギー汎関数を用いた変分法の改良では、中性子物質に対して2体核力のスピン・軌道力を取り扱う理論の拡張に成功した。テンソル力を取り扱う拡張の際に鍵となったnodal diagramを取り入れることで、安定な変分計算解が得られるようになり、その値はMonte Carlo計算結果と非常に近い値となった。また2体の中心力に加え3体斥力を考慮した中性子物質に対し、エネルギー汎関数を用いた変分法を有限温度へと拡張した。2体力のみを考慮した場合と同様に、得られた自由エネルギーは妥当な振舞を示した。さらに2体力のみの場合より、安定な数値解が得られる密度領域が広くなった。これは3体斥力によって中性子が近接する傾向が抑制されたためと考えられる。クラスター変分法を用いた超新星爆発計算用核物質状態方程式作成の研究では、非一様相自由エネルギーを求めるThomas-Fermi計算がほぼ終了した。この状態方程式での非一様相における核種をShen状態方程式の場合と比較すると、平均陽子混在度が小さい場合にはShen状態方程式よりも大きな中性子過剰核が出現するが、平均陽子混在度が比較的大きい領域ではShen状態方程式と本研究による状態方程式とで予言する核種は大きく異ならないことが分かった。さらにこの状態方程式テーブルを一般相対論的球対称断熱重力崩壊シミュレーションへと適用した。この断熱計算では平均陽子混在度が比較的大きいため、ここで出現する核種はShen状態方程式の場合と類似する結果となった。エネルギー汎関数を用いた変分法の拡張の研究も進めた。まず絶対零度一様核物質に対しては、中性子物質の場合にv8'2体力ポテンシャルに加えUIX3体力ポテンシャルの斥力項を取り扱うようにエネルギー汎関数を拡張した。得られた計算結果はモンテカルロ計算(AFDMC)や他の変分計算(FHNC)の結果と近い値となった。ただしそれらの計算では2π交換項の斥力効果も含んでいるため、本研究結果より若干高いエネルギー値となっている。また有限温度核物質の自由エネルギー変分計算のためのエネルギー汎関数の拡張の研究に関しては、2体中心力及び3体斥力で相互作用する対称核物質の自由エネルギー計算への拡張に成功した。クラスター変分法を用いた超新星爆発計算用核物質状態方程式作成の研究では、状態方程式テーブル公開に向けて、公開を予定している非一様相の熱力学量に関する系統的計算を概ね終了した。またこの過程において、多数個のパラメターによる自由エネルギー最小化の不備等の問題により熱力学量に不自然な振る舞いが生じる箇所が複数確認されたため、それらの系統的な改善を遂行した。さらに得られた各種熱力学量をShenらの状態方程式と比較したところ、幾つかの特徴的な違いは主に絶対零度一様核物質状態方程式における対称エネルギー密度勾配項の大きさの違いに起因することが判明した。エネルギー汎関数を用いた変分法の拡張の研究では、昨年度構築したスピン・軌道力を含む中性子物質に対するエネルギー汎関数の整備を行った。核物質状態方程式に対する多体変分計算において、微分演算子を含むスピン・軌道力の取り扱いは困難であり、2体核力としてv8'ポテンシャルを用いた場合、昨年度までのエネルギー汎関数では、スピン・軌道力演算子の効果の一部、特に中性子物質中の中性子の一体運動により生じるエネルギー寄与のみを取り扱っていた。よってその妥当性を確認すべく、中性子間相関から生じるスピン・軌道力エネルギー寄与の主要項を新たに摂動論的に評価し、その絶対値が全エネルギーに対して十分小さいことを確認した。また中性子物質における3体核力の取り扱いについては、昨年度までに取り扱っていたUIX3体ポテンシャルの斥力項に加え、中心力相関およびテンソル力相関を考慮した2π交換項の寄与のエネルギー表式を作成した。そしてそのエネルギー寄与を摂動論的に評価したところ斥力的な効果が得られた。これはモンテカルロ計算(AFDMC法)や他の変分計算(FHNC法)による結果と矛盾しない。

昨年度までの若干の遅れの影響で現段階でも若干遅れているが、現段階は本研究の根幹部分の構築に相当するため、慎重に研究を進めている。クラスター変分法を用いた超新星爆発計算用核物質状態方程式作成の研究では、状態方程式テーブルを完成させた。Shenらの状態方程式と比較すると、陽子混在度が小さい領域で、非一様相から一様相へ相転移する臨界密度が、Shenらの状態方程式の場合より高くなった。また液相気相相転移の臨界温度が陽子混在度と共に減少する際、その割合がShenらの状態方程式の場合より小さくなった。さらに陽子混在度が小さい場合で非一様相に現れる原子核の質量数および陽子数が共にShenらの状態方程式の場合より大きくなった。これらの結果の主な原因は、一様核物質の状態方程式において、本研究の場合の対称エネルギーの密度勾配項Lの大きさが、Shenらの状態方程式の場合より小さいことにある。エネルギー汎関数を用いた変分法の拡張の研究では、まず昨年度に引き続き2体核力として中心力、テンソル力だけでなくスピン・軌道力までを含んだ場合のエネルギー汎関数の整備を行った。また2体核力は中心力とテンソル力までしか考慮しないが、3体核力としてUIXポテンシャルの斥力項だけでなく2π交換項を取り入れる研究を推進した。具体的には中性子物質に対して、2体核力をAV6'ポテンシャルとし、全エネルギーを最小化する変分計算を行うと、低密度では2π交換項のエネルギー寄与が正であるのに対して高密度では負に転ずること、それに対応してスピン依存の構造関数が密度の上昇と共に高いピークを持つようになることが分かった。この傾向はFermi Hypernetted Chain(FHNC)変分法で予想されており、π中間子凝縮相の前兆と考えられる。ただしFHNC計算ではπ中間子凝縮相への1次相転移が予想されているのに対し、我々の計算結果では1次相転移のような不連続性は見られなかった。昨年度までの遅れの影響で現段階でも若干遅れているが、エネルギー汎関数を用いた変分法の研究において、絶対零度のエネルギー汎関数の構築はその根幹となるので、慎重に研究を進めている。エネルギー汎関数を用いた変分法の拡張の研究では、2体核力としてAV6'ポテンシャルを、そして3体核力としてUIXポテンシャルを用いた場合の、絶対零度対称核物質に対するエネルギー汎関数を構築し、それを用いた変分計算により、一核子当たりのエネルギーを求めた。その結果、AkmalらのFermi Hypernetted Chain計算で予言されているような、π中間子凝縮相への1次相転移の傾向は見られなかった。実際、Isovector Spin-longitudinal Responseの平均エネルギーを求めたところ、有限の波数でエネルギーのソフト化が見られ、それはπ中間子凝縮相への相転移の前兆と見られるが、実際の相転移は生じていない。また有限温度核物質に対するエネルギー汎関数を用いた変分法を、原始中性子星構造計算へと適用した。
高精度イメージマッチング法を利用した関節動態評価手法の開発

今年度は,股関節および肩関節を中心とした新たな評価パラメータの検討と評価手法の開発に着手し,その研究成果を報告した.股関節における研究報告では主に,「Journal of Orthopaedic Surgery and Research 13(1)」に掲載された.この論文では,申請者が開発した人工股関節の低侵襲性高精度動態解析手法を基本動態の解析手法とし,スクワット動作の6自由度動態の算出を行った.さらに,得られた6自由度動態をもとに人工股関節のLinerとneck間の最接近距離の算出を行い,インピンジメントの危険性評価に用いた.これにより,解析を行った被験者にインピンジメントが見られないことを確認した.また,新たに最接近距離からLinerとneck間の接触角度の評価を行い,Shell置換位置との関係性について詳しく検討した.肩関節における研究報告では主に,「Clinical Biomechanics 60」に掲載された.この論文では,健常肩関節と腱板損傷肩関節を対象とし,本研究グループで開発した生体関節の低侵襲性高精度動態解析手法を基本動態の解析手法とし,肩甲骨面挙上動作ならびに下垂位回旋動作の6自由度動態の算出を行った.健常肩関節と腱板損傷肩関節との比較評価を行い,得られた6自由度動態をもとに,これまで研究報告の少なった肩峰下面と上腕骨頭間の最小距離の変位に着目し評価を行った.肩甲骨面挙上動作では,ほとんどの上腕外転角度において有意な最小距離の減少を確認し,下垂位回旋動作では外旋位において有意な最小距離の減少を確認した.腱板損傷による肩関節の不安定性評価ならびに最小距離の定量化による病態解明について検討した.これらの研究成果を報告するにあたり,補助金を用いてデータ解析のためのワークステーションとデータ蓄積用記憶媒体の購入,モデリング材料および加工器具を多数購入した.本年度は,臨床の共同研究者と共に解析対象関節の選定を行った.また,対象関節の解析に必要とされる医用画像の収集を行った.さらに,申請者が開発したイメージマッチング法(X線動画像にCT画像から構築した骨モデルの投影像を一致させる手法)を応用した高精度ウィンドウ解析法(画像に設けたウィンドウ内で画像相関を行う手法)より得られる動態解析結果をもとに,最適な評価パラメータによる新たな評価手法を開発することを目的とした.解析対象関節の選定と解析に必要とされる医用画像の収集では,病理動態の解明や術前後比較を予想し疾患の多く報告されている荷重負荷および可動域の大きい関節や,QOLの向上を背景に日常動作やスポーツ動作で多用される関節を対象とした.これらの関節を中心に臨床の共同研究者の協力のもと,収集可能な健常関節・疾患関節・術後関節のデータ収集を行っている.基本データの収集は次年度も継続的に行っていく.さらに,複数の関節を連動的に評価することを視野に入れた,撮影方法および解析手法を臨床の共同研究者と共に検討していく.最適な評価パラメータによる新たな評価手法の開発では,人工股関節のLinerとneck間の最接近距離および,接触角度の算出によるインピンジメントの危険性評価を提案し,スクワット動作時における最伸展時での最接近距離と接触角度の減少を確認している.さらに,インピンジメントの危険性の有無やShell置換位置との関連性について報告している.また,生体肩関節では肩峰下インピンジメント症候群の病態解明に有用と考えられる,肩峰下面と上腕骨頭間の最小距離の算出と動作に伴う変位の評価を提案し,健常肩に対して腱板損傷肩の最小距離の有意な減少を確認している.さらに,腱板損傷が肩関節動態に与える病理的不安定性の解明ならびに,最小距離の定量化による診断などの臨床分野への応用の可能性について報告している.本研究計画は,申請者の開発した低侵襲性高精度動態解析手法がベースとなっている.人工関節に対してはインプラント形状,生体関節に対しては骨情報を含んだ投影シミュレーション像と,1方向X線動画像間の画像相関を用いて6自由度関節動態結果の算出を行う.本年度に引き続き,解析に用いる対象関節の医用画像の収集を本計画に参加していただいている,臨床の共同研究者の九州大学医学部の中島康晴教授,京都大学医学部の松田秀一教授,愛媛大学医学部の三浦裕正教授の協力のもと行っていく.対象関節については,当初予定していた肩関節,脊椎,腰椎,股関節および足関節とする.対象動作については,可動域が広い動作や日常生活動作の中で回避困難な動作,さらに疾患時に運動異常がみられる動作,手術後に満足度の低い動作やリハビリテーションで行う動作などを中心にデータ収集を行っていく.また,下肢,上肢,体幹の総合的な関節の運動メカニズムの解明が可能になると考えられる,複数関節の連動動態に関する評価手法の開発についても引き続き取り組んでいく.複数関節の連動動態については,撮影方法や計測方法,評価パラメータ,新たな動態解析ソフトウェアの検討を行っていく.人工股関節や生体肩関節における新たな評価手法を提案しているが,これらの評価手法は他関節の機能評価や病理動態の解明においても応用可能であると考えられる.さらに,申請者が報告した人工膝関節では最下点や最接近点,生体膝関節ではヘリカル軸や軟骨下骨間距離,膝十字靱帯付着部位間距離などの評価手法についても,他関節への応用が可能であると考えられる.これらの評価パラメータをベースに各関節に最適な評価パラメータと,新たな評価手法の提案・検討を行っていく.研究成果は随時,国内外の学会等の発表・論文掲載での報告を予定している.今年度は,股関節および肩関節を中心とした新たな評価パラメータの検討と評価手法の開発に着手し,その研究成果を報告した.

股関節における研究報告では主に,「Journal of Orthopaedic Surgery and Research 13(1)」に掲載された.この論文では,申請者が開発した人工股関節の低侵襲性高精度動態解析手法を基本動態の解析手法とし,スクワット動作の6自由度動態の算出を行った.さらに,得られた6自由度動態をもとに人工股関節のLinerとneck間の最接近距離の算出を行い,インピンジメントの危険性評価に用いた.これにより,解析を行った被験者にインピンジメントが見られないことを確認した.また,新たに最接近距離からLinerとneck間の接触角度の評価を行い,Shell置換位置との関係性について詳しく検討した.肩関節における研究報告では主に,「Clinical Biomechanics 60」に掲載された.この論文では,健常肩関節と腱板損傷肩関節を対象とし,本研究グループで開発した生体関節の低侵襲性高精度動態解析手法を基本動態の解析手法とし,肩甲骨面挙上動作ならびに下垂位回旋動作の6自由度動態の算出を行った.健常肩関節と腱板損傷肩関節との比較評価を行い,得られた6自由度動態をもとに,これまで研究報告の少なった肩峰下面と上腕骨頭間の最小距離の変位に着目し評価を行った.肩甲骨面挙上動作では,ほとんどの上腕外転角度において有意な最小距離の減少を確認し,下垂位回旋動作では外旋位において有意な最小距離の減少を確認した.腱板損傷による肩関節の不安定性評価ならびに最小距離の定量化による病態解明について検討した.これらの研究成果を報告するにあたり,補助金を用いてデータ解析のためのワークステーションとデータ蓄積用記憶媒体の購入,モデリング材料および加工器具を多数購入した.本年度は,臨床の共同研究者と共に解析対象関節の選定を行った.また,対象関節の解析に必要とされる医用画像の収集を行った.さらに,申請者が開発したイメージマッチング法(X線動画像にCT画像から構築した骨モデルの投影像を一致させる手法)を応用した高精度ウィンドウ解析法(画像に設けたウィンドウ内で画像相関を行う手法)より得られる動態解析結果をもとに,最適な評価パラメータによる新たな評価手法を開発することを目的とした.解析対象関節の選定と解析に必要とされる医用画像の収集では,病理動態の解明や術前後比較を予想し疾患の多く報告されている荷重負荷および可動域の大きい関節や,QOLの向上を背景に日常動作やスポーツ動作で多用される関節を対象とした.これらの関節を中心に臨床の共同研究者の協力のもと,収集可能な健常関節・疾患関節・術後関節のデータ収集を行っている.基本データの収集は次年度も継続的に行っていく.さらに,複数の関節を連動的に評価することを視野に入れた,撮影方法および解析手法を臨床の共同研究者と共に検討していく.最適な評価パラメータによる新たな評価手法の開発では,人工股関節のLinerとneck間の最接近距離および,接触角度の算出によるインピンジメントの危険性評価を提案し,スクワット動作時における最伸展時での最接近距離と接触角度の減少を確認している.
不完全情報のもとでの期待形成メカニズムの研究：金融政策分析への応用

本研究は、企業や家計が将来の経済状況(所得やインフレ率等)を予想するメカニズムの特徴を理論・実証の両面から明らかにすることを学術的な目的とし、得られた分析結果を日本における経済政策のより効率的・効果的な運用に役立てることを展望する。まず、家計や企業が不完全情報のもとで意思決定を行っていることを前提に、どのように情報を更新しているのか現実的なモデル化を目指す。具体的には、インフレ期待や先行きの長期金利、潜在成長率といった要因が不完全にしか織り込まれないもとでの、家計や企業の経済行動の特徴を明らかにする。そのうえで、期待が不完全にしか調整しない経済において、望ましい政策運営に関する示唆を探る。
アゲハチョウの蛹表皮褐色化ホルモンの一次構造決定と作用機作の解析

【アゲハチョウ蛹表皮褐色化ホルモンの精製および遺伝子構造解析】1.6000個体のアゲハチョウ緑色蛹の脳を摘出し、アゲハチョウ蛹表皮褐色化ホルモン粗抽出液(2%NaCl抽出液)を調製した。このホルモンを部分精製するためにセファデックスG-50ゲル濾過クロマトグラフィーを行った。この結果より、蛹表皮褐色化ホルモンは、分子量約30004000であることが明かとなった。また、イオン交換樹脂への吸着性から塩基性のペプチドであることが分かった。更に、逆相クロマトグラフィーにより精製を進めたが、精製には至らなかった。出発材料を増やし、効率の良い精製方法の確立をする必要が示唆された。2.アゲハチョウ緑色蛹の脳のcDNAライブラリー作製を行った。【蛹化条件の違いによるアゲハチョウ前蛹期幼虫体内の代謝機構の解析】緑色蛹および褐色蛹を生じる条件下に置き、両条件下で得られた前蛹の脳内アミンの定量を行なったところ、両者間でのアミン量の違いが認められたので、現在、前蛹期から蛹期の各発育ステージにおけるアミン量の変動を再度、検討中である。【蛹表皮の色を決定するシグナル伝達物質の検索】前蛹期幼虫頭部の感覚器を切除する実験を行ったが、蛹表皮の色を決定する感覚器の同定には至らなかった。そこで、蛹褐色化ホルモンの産生細胞および分泌経路を調べるため、前胸神経節よりコバルトリジンを用い、神経を染色した。前胸神経節より脳へと至る経路が染色されたが、染色された脳細胞が蛹褐色化ホルモンの産生細胞であるとは断定できないので、再度検討が必要である。【アゲハチョウ蛹表皮褐色化ホルモンの部分精製とその性質】3200個体のアゲハチョウ緑色蛹の脳を摘出し、アゲハチョウ蛹表皮褐色化ホルモン粗抽出液(2%NaCl抽出液)を調製した。更に、アゲハチョウ蛹表皮の褐色化に関わる物質が他にあるかどうかを検討するため、5種の昆虫ホルモン(JHI、20-HE、JHA、PBAN、SMPH)を褐色蛹になるアゲハチョウ前蛹の結紮腹部に投与した。投与した昆虫ホルモンはいずれも褐色化促進の効果が認められなかった。また、将来褐色蛹になる無結紮の前蛹腹部にこれらホルモンを投与しても、褐色化を阻害する効果は認められなかった。従って、蛹表皮褐色化ホルモンは新規な昆虫ホルモンである可能性が高いと考えられる。別に、緑色と褐色型の蛹を生ずるチョウには、褐色化ホルモンが存在するのかどうかを検討するため、アゲハチョウ以外のPapilio属(キアゲハ、モンキアゲハ、クロアゲハ)の脳粗抽出液をアゲハチョウ前蛹の結紮腹部に投与した。その結果、腹部を褐色にする活性が認められた。従って、これらチョウの脳内にもアゲハチョウ蛹褐色化ホルモン活性化物質が存在することが示唆される。【蛹化条件の違いによるアゲハチョウ前蛹期幼虫体内の代謝機構】緑色蛹および褐色蛹を生じる条件下に置き、両条件下で得られた前蛹の脳内アミンの定量(予備実験)を行ない、明らかに両者間でのアミン量の違いが認められたので、現在、前蛹期から蛹期の各発育ステージにおけるアミン量の変動を検討中である。

そこで、蛹褐色化ホルモンの産生細胞および分泌経路を調べるため、前胸神経節よりコバルトリジンを用い、神経を染色した。前胸神経節より脳へと至る経路が染色されたが、染色された脳細胞が蛹褐色化ホルモンの産生細胞であるとは断定できないので、再度検討が必要である。
遅延エトリンガイト生成によるコンクリートのひび割れメカニズムと構造性能の関連評価

平成30年度は、実構造物に対する実験的検討と、材料レベルでの解析的検討を主に行った。実構造物に対する実験的検討では、インド鉄道の遅延エトリンガイト生成(以下、DEF)が生じたプレストレストコンクリート(以下、PC)マクラギを対象とした。PCマクラギからコアコンクリートを採取し、電子顕微鏡による微細構造分析を行うとともに、超音波試験による非破壊検査と載荷試験による力学性能の調査を行った。その結果、骨材周囲に形成されたギャップ内にエトリンガイトの結晶が観察され、DEFの典型的な症状が認められた。また、超音波試験と載荷試験の結果、DEFの症状が深刻であるほど、コンクリートの動弾性係数、静弾性係数、圧縮強度が低下することが明らかになった。さらに、構造レベルでの検討として、実PCマクラギの載荷試験を行った。その結果、DEFの症状が深刻であるほど、曲げ耐力、せん断耐力等の構造性能が低下することが明らかになった。材料レベルでの解析的検討では、DEFによるひび割れ発生メカニズムと材料特性への影響を明らかにすることを目的として、剛体ばねモデルによる数値解析を行った。比較対象として、アルカリシリカ反応(以下、ASR)を模擬したケースや、DEFとASRが同時に発生したケースを併せて実施し、パラメータとして膨張ひずみの空間的分布を設定した。その結果、ペースト部のみが膨張する場合でも、膨張ひずみが空間的に不均一に生じれば、巨視的なひび割れが発生することが明らかになった。また、膨張後に圧縮載荷を行ったところ、圧縮強度や静弾性係数の変化は劣化種類や膨張ひずみの分布によらず、ある幅以上のひび割れの総数で一意的に表すことができることが明らかになった。これは、構造レベルでの解析的検討を行うために必要な、コンクリートの構成モデルを構築するにあたって極めて重要な知見であり、今後の研究の発展が期待される。本研究の最終目的はDEFが生じたコンクリート構造物の構造性能を明らかにすることであるが、そのためにまず必要なことは、構造性能が具体的にどの程度低下するかという実証結果、今後の構造解析に必要となる材料レベルでのひび割れ発生メカニズムの理解、力学性能の把握、モデル化のための影響因子の整理、であった。平成30年度に行った検討により、これらの大部分が達成されたといってよい。PCマクラギから採取したコア試験体の調査や載荷試験により、材料特性、構造性能がDEFによりどの程度の影響を受けるかを、具体的に数字で示すことができた。また、劣化種類と膨張ひずみの空間的分布をパラメータとした材料レベルにおける解析的検討では、膨張ひずみの分布により内部と外部のひび割れパターンが異なることを、世界に先駆けて示した。これは、外面のひび割れパターンを主な情報源とする既設構造物に対する一般的な目視点検において、点検結果の評価方法を考えるにあたり、大きく貢献し得る成果であると考えている。また、膨張ひずみ導入後に行った載荷シミュレーションにより、劣化種類や膨張ひずみの空間的分布の差異にかかわらず、材料の力学特性は、ある幅以上のひび割れの総数により一意的に表されることを世界で初めて示した。これは、ひび割れの総数がマクロな材料挙動の指標になり得ることを意味しており、今後、本研究で実施する構造解析に必要な材料の構成モデルを構築するにあたって、極めて重要な知見となった。以上のことから、平成30年度の進捗状況を「おおむね順調に進展している。」と判断した。平成30年度に行った解析的検討で得られた成果については、2019年4月現在、国際ジャーナルへの投稿論文を準備中である。H31年度の前半には投稿する予定である。研究代表者は2019年4月から北海道大学に異動したが、研究を遂行するための環境については、さほど障害はないと考えている。構造実験のための載荷試験装置や環境制御室等、基本的な設備はすでに整っており、研究代表者が過去に在籍していたことから、使用方法等を熟知しているためである。今後の内容としては、「1リング型供試体を用いたDEF発生メカニズムの解明」、「2DEFがコンクリート桁のせん断破壊挙動に及ぼす影響の解明」、の2項目を主眼として検討を進める予定である。DEF発生のメカニズムについては、骨材周囲にエトリンガイトが生成され、界面で膨張圧が作用するとする「結晶成長圧説」と、骨材周囲のペースト部が膨張するとする「ペースト膨張説」の2つが提唱されているが、結論はいまだ出ていない。この議論に終止符を打つべく、本研究ではリング型供試体を用いた実験を行う。具体的には、円筒型の模擬骨材の周囲にセメントペーストをリング型に打設し、模擬骨材に生じるひずみを測定する。「結晶成長圧説」と「ペースト膨張説」で、骨材に生じるひずみの方向が異なることをすでに予備解析で確認しており、これを実験により実証することが出来れば、DEF発生メカニズムの解明に大きく貢献することができると考えている。平成30年度はインド鉄道のマクラギを対象として構造性能を検討したが、今後は実験室内で試験体を製作し、構造実験を試みる。これにより、DEF発生のプロセスで変形やひび割れがどのように生じるかを明らかにし、構造性能としてせん断挙動を検討する。せん断挙動をはじめの対象としたのは、DEFによるコンクリート自体の材料特性の変化が、最も顕著に表れると考えられるためである。

実構造物に対する実験的検討では、インド鉄道の遅延エトリンガイト生成(以下、DEF)が生じたプレストレストコンクリート(以下、PC)マクラギを対象とした。PCマクラギからコアコンクリートを採取し、電子顕微鏡による微細構造分析を行うとともに、超音波試験による非破壊検査と載荷試験による力学性能の調査を行った。その結果、骨材周囲に形成されたギャップ内にエトリンガイトの結晶が観察され、DEFの典型的な症状が認められた。また、超音波試験と載荷試験の結果、DEFの症状が深刻であるほど、コンクリートの動弾性係数、静弾性係数、圧縮強度が低下することが明らかになった。さらに、構造レベルでの検討として、実PCマクラギの載荷試験を行った。その結果、DEFの症状が深刻であるほど、曲げ耐力、せん断耐力等の構造性能が低下することが明らかになった。材料レベルでの解析的検討では、DEFによるひび割れ発生メカニズムと材料特性への影響を明らかにすることを目的として、剛体ばねモデルによる数値解析を行った。比較対象として、アルカリシリカ反応(以下、ASR)を模擬したケースや、DEFとASRが同時に発生したケースを併せて実施し、パラメータとして膨張ひずみの空間的分布を設定した。その結果、ペースト部のみが膨張する場合でも、膨張ひずみが空間的に不均一に生じれば、巨視的なひび割れが発生することが明らかになった。また、膨張後に圧縮載荷を行ったところ、圧縮強度や静弾性係数の変化は劣化種類や膨張ひずみの分布によらず、ある幅以上のひび割れの総数で一意的に表すことができることが明らかになった。これは、構造レベルでの解析的検討を行うために必要な、コンクリートの構成モデルを構築するにあたって極めて重要な知見であり、今後の研究の発展が期待される。本研究の最終目的はDEFが生じたコンクリート構造物の構造性能を明らかにすることであるが、そのためにまず必要なことは、構造性能が具体的にどの程度低下するかという実証結果、今後の構造解析に必要となる材料レベルでのひび割れ発生メカニズムの理解、力学性能の把握、モデル化のための影響因子の整理、であった。平成30年度に行った検討により、これらの大部分が達成されたといってよい。PCマクラギから採取したコア試験体の調査や載荷試験により、材料特性、構造性能がDEFによりどの程度の影響を受けるかを、具体的に数字で示すことができた。また、劣化種類と膨張ひずみの空間的分布をパラメータとした材料レベルにおける解析的検討では、膨張ひずみの分布により内部と外部のひび割れパターンが異なることを、世界に先駆けて示した。これは、外面のひび割れパターンを主な情報源とする既設構造物に対する一般的な目視点検において、点検結果の評価方法を考えるにあたり、大きく貢献し得る成果であると考えている。また、膨張ひずみ導入後に行った載荷シミュレーションにより、劣化種類や膨張ひずみの空間的分布の差異にかかわらず、材料の力学特性は、ある幅以上のひび割れの総数により一意的に表されることを世界で初めて示した。これは、ひび割れの総数がマクロな材料挙動の指標になり得ることを意味しており、今後、本研究で実施する構造解析に必要な材料の構成モデルを構築するにあたって、極めて重要な知見となった。以上のことから、平成30年度の進捗状況を「おおむね順調に進展している。」と判断した。
ブレオマイシン誘導アポトーシスにおけるヒストンH1.2とBak

本研究では,抗癌剤ブレオマイシン(BLM)誘導アポトーシスとヒストンH1.2とミトコンドリア蛋白質であるBakの動向について詳細に検討を行った。その結果,1. BLMはヒストンH2AXのリン酸化とlamin B1の分解を誘導した。2. BLM処理によりミトコンドリア膜障害が生じた。3. BLM処理細胞ではヒストンH1.2は核外に移行した。4.ヒストンH1.2はミトコンドリア上で,Bakと同様の局在を示した。BLMは,DNA傷害の後,ミトコンドリアからのチトクロムC放出,カスパーゼの活性によりアポトーシスを誘導する。この経路が進行するには核内でDNA傷害が生じたことを認識する分子,あるいは傷害を受けた分子そのものがミトコンドリアにその情報を伝えることが必要である。私は核クロマチン構成要素であるリンカーヒストンH1.2とミトコンドリアに局在するBc1-2ファミリー蛋白Bakに着目し解析を行った。H1.2は8種類のヒストンH1サブタイプの中で唯一チトクロムCの放出活性を持つ。Bakは抗癌剤を含む様々な刺激によりミトコンドリアからのチトクロムC放出を促進する。以上の所見は,ヒストンH1.2はDNA損傷後ミトコンドリアに移行し,Bakとの相互作用によりチトクロムCの放出を促進することを示している。今回はBLM処理細胞でヒストンH1.2とBakの時空間的な細胞内局在と他のアポトーシス関連現象について詳細に検討できた。これらの結果をまとめて,論文公表を行った(okamura, et. Al.,J Cell Biochem, 2008103(5):1488-96)抗癌剤であるブレオマイシン(BLM)によるアポトーシスでは,DNA傷害を受けた後,ミトコンドリアからチトクロムCが放出され,カスパーゼを活性することにより誘導される。私はこのことを明らかにするために,核クロマチン構成要素であるリンカーヒストンH1.2とミトコンドリアに局在するBcl-2ファミリー蛋白Bakに着目した。このことから,ヒストンH1.2はDNA損傷後ミトコンドリアに移行し,Bakとの相互作用によりチトクロムCを放出すると考えた。今研究ではBLM処理細胞でピストンH1.2とBakの時空間的な細胞内局在と他のアポトーシス関連現象について詳細に検討した。その結果,(1)BLMはヒストンH2AXのリン酸化とlamin B1の分解を誘導した。(2)BLM処理細胞ではヒストンH1.2は核からミトコンドリアへ移行し,Bakと同様の局在を示した。ヒストンH2AXのリン酸化はDNAの切断を意味している。また,核膜の構成蛋白であるlamin B1の分解は核膜の崩壊を示している。リンカーヒストンであるH12はDNAの切断によりヌクレオソーム構造から遊離し,さらに核膜の崩壊によって核外への漏出が容易になると推測される。BakはBLM処理にかかわらずミトコンドリアに局在した。以上の所見からヒストンH1.2は核内のDNA傷害の情報をミトコンドリアに伝達し,Bakなどのミトコンドリア膜に存在する因子との相互作用を介してアポトーシス促進因子の放出に関与するものと考えられる。これらの結果をまとめて,論文公表を行った(okamura, et. Al.,J Cell Biochem, 2008103(5):1488-96)
強電界下の原子スケール表面過程の理論的研究

平成7年度研究計画の中で、「表面原子拡散に対する電界効果」に対し研究成果が得られたので、その概要をまとめる。本研究では、第一原理分子動力学法(FPMD)により強電界下のSi(100)表面上で熱拡散する場合の吸着Si原子の拡散経路、拡散係数、表面各原子の振動動力学を調べ、表面動的過程に対する電界効果を定量的に明らかにした。はじめに、電界がない場合の表面ポテンシャル曲面(PES)を計算すると、異方的な拡散経路につながる特徴的なPESが得られた。Si(100)表面上の拡散の強い異方性はSTMによる実験でも観測されている。次に、強電界(1V/Å)を加えると、PES(活性化障壁V)の凹凸が減少し、さらに拡散の異方性が抑制された。その原因は、吸着原子の周りで電界により誘起された分極エネルギーの大きさが、原子の吸着位置にきわめて強く依存している事にある。また、この現象が電界の方向に依らないという計算結果も分極エネルギーから説明される。以上の内容を、論文として報告した。拡散係数の電界依存性が、活性化障壁(V)の他に振動数因子(D_0)にも強く現れる事が、吸着原子を含めた表面原子の振動動力学のシミュレーションによりはじめてわかった。その結果、電界による拡散の異方性の抑制効果がさらに加速された。表面原子の振動により誘起される原子脱離現象は実験的にも注目されている事から、電界による振動動力学抑制の可能性は、これから興味ある問題になると思われる。さらに、今回の計算結果はエピタキシ-の素過程を電界で制御できる事を示唆し、応用面に対する寄与も大きいといえる。
スピーチプライバシー保護の空間音響条件に基づくサウンドマスキングシステムの構築

近年,小規模診療所の待合室付近での問診,税務署窓口での納税相談,学校の教室での学習進路相談,仮設ブースでの法律相談など,会話の秘話性が必要とされるオープンスペースでのスピーチプライバシーの保護が重要視されている.このような観点から本研究では、空間音響条件に基づくサウンドマスキングシステムを提案し、その有効性について心理実験をもとに確認した。本研究は、大掛かりな防音工事を必要とせずに現状のままのオープンスペースにおいて、無意味ノイズで会話音声をマスクすることによって、音声やノイズの様々な到来方向といった複雑な空間音響条件を考慮した上で、情報漏えいの防止や個人情報の保護などのスピーチプライバシーを確保する、サウンドマスキングシステムを構築しようとするものである。国内外を問わず、病院の診察室での診療や受付窓口での問診、薬局窓口での説明、オープンプランオフィスでの打合せ、税務署窓口などの公的機関での相談、学校での学習進路相談、などオープンスペースでのスピーチプライバシー保護が重要視されてきている。これまで、スピーチプライバシー評価に対応する物理指標として、我々の提案したスペクトル距離、信号対雑音比(SN比)を拡張した概念に基づく明瞭度指数AI、SIIなどが用いられてきたが、これらの物理指標を用いて音声やノイズの様々な到来方向といった複雑な空間音響条件でのスピーチプライバシーをコントロールすることは困難であることが明らかとなった。複雑な空間音響条件でのスピーチプライバシーを保護するための新たな最適な物理指標を見出す必要がある。また、個人情報保護に注目が集まってから、複雑な空間音響条件のため従来困難であったオープンスペースでのスピーチプライバシー保護の設計要求が生じてきているのが現状である。以上のような観点から、本研究では、情報漏えい防止や個人情報保護に着目して、音源の様々な到来方向といった複雑な空間音響条件を考慮したスピーチプライバシーを確保するサウンドマスキングシステムを構築することを目的としている。平成25年度では、音声とノイズの到来方向とスピーチプライバシー評価との関係がどのようになるかについて、心理実験をもとに調査した。平成26年度では、心理実験をもとに音声やノイズの様々な到来方向を加味して複雑な空間音響条件における物理指標の再構成を行った。平成27年度では、複雑な空間音響条件において主観的等価値を用いてスピーチプライバシーをコントロールする方法を検討した。次に、サウンドマスキングシステムを構築し、心理実験をもとに装置の有効性を評価した。近年,小規模診療所の待合室付近での問診,税務署窓口での納税相談,学校の教室での学習進路相談,仮設ブースでの法律相談など,会話の秘話性が必要とされるオープンスペースでのスピーチプライバシーの保護が重要視されている.

このような観点から本研究では、空間音響条件に基づくサウンドマスキングシステムを提案し、その有効性について心理実験をもとに確認した。研究の目的としていた音声やノイズの様々な到来方向を加味した複雑な空間音響条件における物理指標の再構成について、心理実験をもとに調査できた。総合領域サウンドマスキングシステムの構築と有効性評価を行う。具体的には、前年度試作したものを改良して、スピーチプライバシー保護装置を構築する。心理実験をもとにシステムの有効性を評価する。まず、サウンドマスキングシステムの改良点を洗い出し、適用限界について検討する。特に、発話者の向き、発話者やノイズと受聴者の角度の影響について調査する。次に、明らかになった改良点や適用限界を踏まえて、スピーチプライバシーを保護するために最適な物理指標を用いたスピーチプライバシー保護装置を構築する。さらに、製品化を目指して、構築したスピーチプライバシー保護装置を被験者に適用する心理実験を行い、現場での有効性を確認する。研究の目的としていた音声とノイズの到来方向とスピーチプライバシー評価との関係がどのようになるかについて、心理実験をもとに調査できた。スピーチプライバシーの最適な物理指標の確立を行う。具体的には、複雑な空間音響条件においてスピーチプライバシーを保護するために最適な物理指標を見出す。スピーチプライバシーをよりコントロールしやすくなるよう、我々の提案するスペクトル距離や従来スピーチプライバシーの指標として用いられている信号対雑音比(SN比)、AI、SIIなどの様々な物理指標をもとに、音声やノイズの様々な到来方向を加味して複雑な空間音響条件における物理指標の再構成を行い、心理実験をもとに考察する。研究の進展に伴い、マスキング雑音として擬似音声雑音を用いることが想定外に効果が低かったといった、当初予想し得なかった新たな知見が得られたことから、その知見を使用し十分な研究成果を得るために、当初の研究計画を変更する必要が生じたことにより、その調整に予想外の日数を要したため年度内に完了することが困難となった。マスキング効果の高い擬似音声雑音を開発し、ノイズ発生装置を作成する。
日本語・英語・中国語の対照に基づく、日本語の音声言語の教育に役立つ基礎資料の作成

「音声言語」教育の基礎資料を作成するという本研究の目的を果たすために、基礎資料の全体的デザインを検討し、検討結果を反映させる形で調音映像資料と、会話音声資料の作成をおこなった。調音映像資料については45回を越える実験を通して「母音」「rとl」「有声音・無声音」「口蓋化」「促音」「無声化」「早口言葉」「りきみ」「空気すすり」等の映像資料を元にした。その中心は日本語であるが、比較対照のために英語・中国語の実験もおこない、調音映像の資料を作った。会話音声資料については、基礎資料作成のための材料として、大学生対話や低年齢層話者も含めた家庭内会話、社会人会話など100時間にせまる会話の映像と音声を記録・観察した。これらの作業の過程で、たとえばりきみや空気すすりのように、これまで軽視されていた行動が、大きな役割を果たすことを明らかにした。また、調音動態と会話分析の双方を収容する包括的な枠組みとして「文法」(音声文法)の必要性を明らかにした。以上の作業を通して得られた知見は、その都度「基礎資料の全体的デザイン」の再検討に反映した。得られた知見の学会発表や論文集出版、パネルディスカッション企画、24回の打ち合わせを通して、音声文法の若手研究人材の育成につとめた。これらの知見を日本語教育や国語教育に真に役立てるために、日本語教育や国語教育の関連学会大会でのデモや発表をおこない、「日本語音声コミュニケーション教育研究会」「日本語音声コミュニケーション研究会」を立ち上げ、成果を問うた。それとともに、インターネット上に基礎資料のサンプルを一部英語版も含めてアップし、国際的な規模で、教育現場の意見のフィードバックをおこなった。また、われわれの活動を広報するために、学会講演や一般書の出版、国際ワークショップ開催や新聞インタビュー、広報誌でPRするとともに、インターネット上にホームヘージを開設した。「音声言語」教育の基礎資料を作成するという本研究の目的を果たすために、16年度はまず、通算8回の研究打ち合わせを通して「基礎資料の全体的デザイン」を検討した。次に、この検討の結果を反映させる形で「調音映像資料の作成と、そのための調音研究」「会話音声資料の作成と、そのための会話音声研究」をおこなった。その結果、基礎資料作成のための材料として、調音映像資料については20回を越える実験を通して「母音」「rとl」「有声音・無声音」「口蓋化」「促音」「無声化」「早口言葉」「りきみ」「空気すすり」等の映像資料を電子的な形で得ることができた。その中心は日本語であるが、比較対照のために中国語の実験もおこない、中国語の調音映像の資料も得ることができた。会話音声資料については、基礎資料作成のための材料として、大学生をインフォーマントとする50時間の、きもちのこもった自然会話の映像と音声を電子的な形で記録できた。それらの一部(約10時間)は、ことばや仕草などの検索が可能である。これらの作業の過程で、たとえばりきみのように、これまで軽視され、「雑音」扱いされていた行動が、コミュニケーション上、大きな役割を果たすことが明らかになった。それと同時に、調音動態と会話分析の双方を収容する包括的な枠組みとして「文法」(音声文法)の必要性が改めて強く認識された。「調音映像資料の作成と、そのための調音研究」「会話音声資料の作成と、そのための会話音声研究」を通して得られた知見は、その都度「基礎資料の全体的デザイン」の再検討に反映された。

その結果、たとえば「知識」と「体験」という言語情報上の区分や、推論や文解釈といった話し手心内の認知プロセス等、一見したところでは音声とは無関係と思われるさまざまな言語-認知的な概念発想が、音声コミュニケーションの実態を説明し得る音声文法を構築する上で重要になってくるということが明らかになった。「音声言語」教育の基礎資料を作成するという本研究の目的を果たすために、17年度はまず、通算8回の研究打ち合わせを通して「基礎資料の全体的デザイン」を検討した。次に、この検討の結果を反映させる形で「調音映像資料の作成と、そのための調音研究」「会話音声資料の作成と、そのための会話音声研究」をおこなった。その結果、基礎資料作成のための材料として、調音映像資料については20回を越えるMRI実験を通して、日本語母語話者の日本語音声のみならず、中国語母語話者の日本語音声や、日本語母語話者の英語・中国語音声等の映像資料を電子的な形で得た。これらを対照して基礎資料の内容を検討した。会話音声資料については、基礎資料を作成するための材料として、低年齢層話者も含めて、家庭内での自然会話の映像と音声を電子的な形で記録できた。この過程で、空気すすりやつっかえのように、これまで軽視されていた行動が、コミュニケーション上、大きな意味を持つことが明らかになった。16年度に発展させた「知識」と「体験」という言語情報上の区分がコミュニケーションの流れに関わることや、会議のような合目的的なコミュニケーションにも言語文化差があること、さらに音声分析におけるスピーチアクト論的観点の重要性も明らかになった。調音映像資料と会話音声資料の作成を通して得られた知見は、その都度「基礎資料の全体的デザイン」の再検討に反映された。以上で得られた知見を日本語教育に真に役立てるために、日本語教育学会の公認のテーマ研究会として、「日本語音声コミュニケーション教育研究会」を立ち上げ(現在、認可待ち状態)、メーリングリストを通じて研究会メンバー30名余で議論を開始している。また、われわれの活動を広報するために、学会講演や発表、国際ワークショップ開催や新聞インタビュー、広報誌でPRするとともに、インターネット上にホームページを開設した。「音声言語」教育の基礎資料を作成するという本研究の目的を果たすために、18年度は、通算8回の研究打ち合わせを通して「基礎資料の全体的デザイン(記載方法の検討とその微調整)」を検討した。その結果、基礎資料作成のための材料として、調音映像資料については5回を越えるMRI実験を通して、日本語母語話者の音声のみならず、英語母語話者の音声等の調音映像資料を電子的な形で得た。会話音声資料については、基礎資料を作成するための材料として、大学とまったく関係しない一般社会人の話者も含めて、家庭内での自然会話の映像と音声を電子的な形で記録できた。この過程で、末尾上げや裏声のように、これまで軽視されていた行動が、コミュニケーション上、大きな意味を持つことが明らかになった。16年度に発展させた「知識」と「体験」という区分とエビデンシャリティの関連も明らかになった。得られた知見の学会発表や論支集出版,パネルディスカッション企画を通して,音声文法の若手研究人材の育成につとめた。
寄生細菌“ボルバキア”によって引き起こされるビロウドカミキリの生殖撹乱現象の解明

昆虫類の生殖機能を操作することで知られるボルバキアが、ビロウドカミキリにどのような生殖異常を引き起こしているのかを明らかにすることが本研究の目的である。最終年度に当たる今年度は、ビロウドカミキリ成虫の体内組織間におけるボルバキア感染量を比較するための実験、およびボルバキアが宿主であるビロウドカミキリに引き起こす生殖異常の表現型を明らかにするための実験を行った。ビロウドカミキリ成虫の筋肉、精巣および卵巣を対象としてボルバキアの感染量を比較したところ、同じ生殖腺でも、精巣と卵巣とでは非常に大きな差があり、卵巣における感染量は精巣における感染量の10倍以上であることが示された。また、ボルバキアに感染しているビロウドカミキリ個体群(感染系統)と、感染していないビロウドカミキリ個体群(非感染系統)を用いて、系統内および系統間で交配実験を行い、卵の孵化率を4タイプの交配の組み合わせ間(組合せ1:感染系統♂×感染系統♀、組合せ2:非感染系統♂×非感染系統♀、組合せ3:非感染系統♂×感染系統♀、組合せ4:感染系統♂×非感染系統♀)で比較した。その結果、組合せ1、2、3の3つのタイプでは卵の孵化率が60%前後だったのに対し、組合せ4では孵化率が0%であった。この結果から、ビロウドカミキリに感染しているボルバキアは、宿主であるビロウドカミキリに対し、不妊化現象である「細胞質不和合」を引き起こすことが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、1分子生物学的手法を用いてビロウドカミキリの体内にボルバキアが感染していることを証明すること、そして2ボルバキアがビロウドカミキリに引き起こす生殖異常のタイプを明らかにすることの2点である。今年度は、ボルバキアの16S rRNAに特異的にハイブリダイズするプローブを用いたFluorescent in situ hybridization (FISH)解析を行い、ビロウドカミキリ卵巣細胞内のボルバキアの検出を試みた。また、抗生物質を含ませた人工飼料をビロウドカミキリの幼虫に与えることで、ビロウドカミキリ体内に存在するボルバキアの除去を試みた。FISHによる観察の結果、ビロウドカミキリの卵巣細胞内にはボルバキアの存在を示すシグナルが多数確認された。このことから、ビロウドカミキリの卵巣内にはボルバキアが実在していることが証明された。また、バクテリアユニバーサルプローブを用いたFISHも行ったところ、さらなるシグナルの増加は確認されず、ビロウドカミキリの卵巣にはボルバキア以外の細胞内共生細菌は存在していないことが示唆された。次に、ビロウドカミキリの人工飼料に0.1%と0.5%の濃度のテトラサイクリンを含ませ、ビロウドカミキリの幼虫をその飼料上で成虫になるまで飼育した。その結果、0.1%区では成虫になった8頭のうちボルバキアを除去できたのは3頭のみであった。一方、0.5%区では得られた8頭の成虫のうち、ボルバキアの除去に成功したのは6頭であった。このように、ビロウドカミキリの幼虫に抗生物質入りの人工飼料を与えることで、体内のボルバキアを除去することは可能であったが、どちら区でも完全にボルバキアを取り除くことはできなかった。したがって、ボルバキアを体内から完全に除去したビロウドカミキリ系統を作るには、さらに高濃度の抗生物質を与える必要があると考えられた。FISH解析により、ビロウドカミキリの体内にボルバキアが生息していることを証明することができた。また、抗生物質を含ませた人工飼料をビロウドカミキリの幼虫に与えることによって、ビロウドカミキリ体内のボルバキアを除去できることも確認できた。すべてのビロウドカミキリ個体からボルバキアを完全に除去するには、さらに高濃度の抗生物質を与える必要があるが、その方法が有効であることについては確認できたことから、おおむね順調に進展していると考えている。ボルバキアは昆虫類を含む節足動物の細胞内に寄生している細菌で、宿主の生殖機能を操作することで広く知られている。本研究の目的は、1分子生物学的手法を用いてビロウドカミキリ体内にボルバキアが感染していることを証明すること、そして2そのボルバキアが宿主であるビロウドカミキリにどのような生殖異常を引き起こしているのかを明らかにすること、の2点である。ボルバキアがビロウドカミキリに引き起こしている生殖異常現象を明らかにするためには、ボルバキアに感染している個体群(感染系統)と、感染していない個体群(非感染系統)を準備し、それらを人為的に系統間・系統内で交配させ次世代の発生状況を確認する必要がある。昨年度は、ビロウドカミキリ体内のボルバキアを除去するために、0.1%濃度と0.5%濃度の抗生物質(テトラサイクリン)入り人工飼料でビロウドカミキリを飼育したが、供試したすべての個体から完全にボルバキアを除去することができなかった。そこで、今年度はさらに濃度を上げ、1.0%濃度の人工飼料を用いてボルバキアの除去を試みた。野外からボルバキアに感染しているビロウドカミキリ幼虫を採集し成虫に発育させた後、それらを交配させて孵化幼虫を得た。

その孵化幼虫に1.0%濃度のテトラサイクリンを含む人工飼料を与え、成虫になるまで発育させた。その成虫から精巣あるいは卵巣を取り出してボルバキアの診断PCRを行い、ボルバキア感染の有無を検査した。その結果、この手法で発育させたすべての個体でボルバキアが除去されていることが確認できた。したがって、テトラサイクリン濃度1.0%以上の人工飼料をビロウドカミキリの孵化幼虫に与え、成虫になるまで飼育することで、人為的にボルバキアフリーの成虫を作出できることが示された。今年度行った研究により、ビロウドカミキリの体内からボルバキアを完全に除去する方法を示すことができた。よって、今後この手法を用いることでボルバキア感染系統と非感染系統の両系統を準備することができる。本課題の最終年度となる次年度を前に、このビロウドカミキリの感染系統と非感染系統を用いた交配実験を行う体制が整ったことから、本課題は予定通り順調に進んでいると考えている。昆虫類の生殖機能を操作することで知られるボルバキアが、ビロウドカミキリにどのような生殖異常を引き起こしているのかを明らかにすることが本研究の目的である。最終年度に当たる今年度は、ビロウドカミキリ成虫の体内組織間におけるボルバキア感染量を比較するための実験、およびボルバキアが宿主であるビロウドカミキリに引き起こす生殖異常の表現型を明らかにするための実験を行った。ビロウドカミキリ成虫の筋肉、精巣および卵巣を対象としてボルバキアの感染量を比較したところ、同じ生殖腺でも、精巣と卵巣とでは非常に大きな差があり、卵巣における感染量は精巣における感染量の10倍以上であることが示された。また、ボルバキアに感染しているビロウドカミキリ個体群(感染系統)と、感染していないビロウドカミキリ個体群(非感染系統)を用いて、系統内および系統間で交配実験を行い、卵の孵化率を4タイプの交配の組み合わせ間(組合せ1:感染系統♂×感染系統♀、組合せ2:非感染系統♂×非感染系統♀、組合せ3:非感染系統♂×感染系統♀、組合せ4:感染系統♂×非感染系統♀)で比較した。その結果、組合せ1、2、3の3つのタイプでは卵の孵化率が60%前後だったのに対し、組合せ4では孵化率が0%であった。この結果から、ビロウドカミキリに感染しているボルバキアは、宿主であるビロウドカミキリに対し、不妊化現象である「細胞質不和合」を引き起こすことが明らかとなった。今年度、0.5%濃度のテトラサイクリンを用いて、ビロウドカミキリ体内のボルバキアの除去を試みたが、すべての供試虫からボルバキアを取り除くことはできなかった。したがって、今後はすべての個体から確実にボルバキアを除去できるよう、さらに高濃度の抗生物質を与える予定である。ボルバキア感染系統のビロウドカミキリ成虫と、非感染系統のビロウドカミキリ成虫を用いて系統間あるいは系統内で交配実験を行う。その組み合わせ間で子孫の発生状況を比較し、その結果から、このボルバキアが宿主であるビロウドカミキリにどのような生殖異常を引き起こしているのかを明らかにする予定である。また、ビロウドカミキリの体内組織間でボルバキアの感染量に違いがあるかどうかを明らかにするため、定量PCR法を用いた調査も実施する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。