hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
弦の構成的定式化に基づく標準模型とプランクスケール物理の統合

(1)この数年当研究者が追求している、標準模型の高エネルギーにおける振る舞いの理論的解析をさらに進めた。特に、プランクスケールから標準模型のスケールが非摂動的に創発するようなもっとも簡単な模型として、2つのスカラー場からなるZ2×Z2対称な場の理論を調べた。その結果、自然なパラメーター領域で、一方のZ2のみが自発的に破れ、カットオフスケールに対して非摂動的に小さなスケールが現れることがわかった。さらに、この模型を標準模型と結合させることにより、弱電磁スケールが自然な形で創発する可能性を示した。(2)上で仮定した古典的共系不変性が、弦理論の立場からみた場合、どのようにして生じうるかについて考察した。これは、宇宙項やヒグス質量の自然性問題と同レベルの問題であり、通常の場の理論や摂動論敵弦理論の立場からは説明できない。しかしながら当研究者は、この数年の研究により、時空のトポロジーの量子ゆらぎを考慮すると、それが説明できる可能性を追求している。その具体的な模型をいくつか構成し、性質を解析した。(3)ヒグスポテンシャルのプランクスケールにおける平坦性は、宇宙初期のインフレーションがヒグス場によって引き起こされた可能性を強く示唆しているのみならず、多くの検証可能な予言もえられる。例えば、暗黒物質として上記のZ2×Z2スカラー場を仮定すると、ヒグスインフレーションが起きるための必要条件として、暗黒物質の質量と、宇宙背景放射揺らぎのテンソル対スカラー比の間に強い条件が得られることを示した。(4)このような考察を一般化すると、「プランクスケー以下の波長の揺らぎを積分して得られる有効理論もつパラメーターは、宇宙の最終のエントロピーを最大にするように選ばれている。」という最大エントロピー原理が得られる、IIB行列模型による時空の創発を調べ、上記のような有効理論が、自然に得られる可能性を議論した。以上の(1)(4)は等研究者が長年追求してきたアイデアにそったものであり、研究は、順調に進んでいると自負している。ポストLHC時代の素粒子論の構築に向けて、さまざまな側面からの解析を行う。具体的には、(1)行列模型による時空と物質の創発、(2)自然性に対する新しい理解の試み、(3)プランクスケールの物理とヒグスインフレーションの可能性、(4)ブラックホールと情報問題と行列模型の自由度(5)古典的共系不変性の起源と弱電磁スケールの創発に関して、数値的および解析的な考察を並行して進める一方で、研究会、セミナーなどを通じて、国内外の素粒子物理、場の理論、物性理論、宇宙論、数理物理などの専門家たちと幅広く交流することによって、新しい視点を開き問題を解決していく。(1)申請者はこの数年、トップクォークの質量と、ヒグス粒子の質量とをインプットとしてくりこみ群の解析を行い、ヒグスポテンシャルはプランクスケール近辺でほとんど平坦になりうること、すなわち、標準模型がプランクスケールまで有効である可能性があることを議論してきた。本年度は、標準模型がどの程度修正を受けても、そのような性質が保たれるかを系統的に調べ、その結果を、LHCで報告された結果と比べた。申請者はまた、上記のヒグスポテンシャルの平坦性は、宇宙のインフレーションがヒグス場によって引き起こされた可能性を強く示していることを指摘し、そのような描増にもとづいた具体的なインフレーション模型を考案してきた。本年度は、その考察をさらに場の量子論の立場から論理的に整頓し、ヒグスポテンシャルに対する量子補正についての従来の取り扱いの不備を修正し、信頼できる結果を得ることができるようにした。(2)以上の考察と平行して、時空と重力の創発の機構について、行列模型および非可換幾何学の視点から考察した。最も簡単な例として、平坦な非可換時空の周りに生じる質量ゼロの揺らぎの性質を詳しく調べ、その交換によって重力に似た力が生じることを確認した。さらに時空の非可換性を表わすモジュライについてのクエンチ平均を行えば、重力が完全に再現できる可能性があることを示した(3)さらに、重力がどのような状況で場の理論を越えた振る舞いを示すかを調べるため、通常の4次元シュワルツシルトブラックホールの蒸発が、場の理論の範囲で記述可能かどうかを分析した。特に、物質場として共形場を考えると、1つの関数の不定性を除いて、アインシュタイン方程式の準古典的な解が得られることを発見した。この解は、原点近傍の歩ランク長さ程度の領域を除いて、いたるところで曲率半径がプランク長さより大きくなっており、場の理論が矛盾なく使えることを示している。予定していた3つのテーマ、(1)時空と重力の起源、(2)自然性問題と弦理論・マルティバース、(3)標準模型とプランクスケール、において順調に研究が進んでいる。当研究者は、この数年の研究により、標準模型の結合定数はプランクスケールまで発散せず、それどころか、ヒグスポテンシャルはストリングスケール付近で、ほとんど平坦になることを見出した。これは、標準模型がストリングスケールで、そのまま弦理論につながっている可能性が高いことを示唆している。本研究は、そのような可能性を、自然性の観点から分析し、弦理論のダイナミクスを解明しようというものである。1)そのような平坦性が、弦理論の立場からみた場合、どのようにして生じうるかについて考察した。これは、宇宙項やヒグス質量の自然性問題と同レベルの問題であり、通常の場の理論や摂動論敵弦理論の立場からは説明できないと思われる。

しかしながら、量子重力や弦理論の非摂動的なダイナミクスを取り入れることにより手がかりが得られる。実際、時空のトポロジーの量子ゆらぎを考慮すると、自然性やポテンシャルの平坦性を説明できる可能性があることがわかる。その具体的な模型をいくつか構成し、その性質を解析した。2)ヒグスポテンシャルの平坦性は、宇宙初期のインフレーションがヒグス場によって引き起こされた可能性を強く示唆しているのみならず、多くの検証可能な予言もえられる。例えば、暗黒物質として最も単純なヒグスポータル型のものを仮定すると、ヒグスインフレーションが起きるための必要条件として、暗黒物質の質量と、宇宙背景放射揺らぎのテンソル対スカラー比の間に強い条件が得られ、しかもそれらが、今後10年以内の実験で検証できる可能性を示した。3)このような考察を一般化すると、「ストリングスケー以下の波長の揺らぎを積分して得られる有効理論もつパラメーターは、宇宙の最終のエントロピーを最大にするように選ばれている。」という最大エントロピー原理が得られる、IIB行列模型による時空の創発を調べ、上記のような有効理論が、自然に得られる可能性を議論した。当該年度は、ヒグスインフレーションおよび最大エントロピー原理の検証可能性に関して、よい結果が得られた。行列模型の低エネルギー有効理論の解析に関しては、その本質を表わす量子力学的模型の雛形というべきものが得られたので、今後解析を進めていく。(1)この数年当研究者が追求している、標準模型の高エネルギーにおける振る舞いの理論的解析をさらに進めた。特に、プランクスケールから標準模型のスケールが非摂動的に創発するようなもっとも簡単な模型として、2つのスカラー場からなるZ2×Z2対称な場の理論を調べた。その結果、自然なパラメーター領域で、一方のZ2のみが自発的に破れ、カットオフスケールに対して非摂動的に小さなスケールが現れることがわかった。さらに、この模型を標準模型と結合させることにより、弱電磁スケールが自然な形で創発する可能性を示した。(2)上で仮定した古典的共系不変性が、弦理論の立場からみた場合、どのようにして生じうるかについて考察した。これは、宇宙項やヒグス質量の自然性問題と同レベルの問題であり、通常の場の理論や摂動論敵弦理論の立場からは説明できない。しかしながら当研究者は、この数年の研究により、時空のトポロジーの量子ゆらぎを考慮すると、それが説明できる可能性を追求している。その具体的な模型をいくつか構成し、性質を解析した。(3)ヒグスポテンシャルのプランクスケールにおける平坦性は、宇宙初期のインフレーションがヒグス場によって引き起こされた可能性を強く示唆しているのみならず、多くの検証可能な予言もえられる。例えば、暗黒物質として上記のZ2×Z2スカラー場を仮定すると、ヒグスインフレーションが起きるための必要条件として、暗黒物質の質量と、宇宙背景放射揺らぎのテンソル対スカラー比の間に強い条件が得られることを示した。
I-III-VI_2族化合物半導体の格子欠陥制御に関する研究

今年度は昨年度にひきつづき、I-III-VI_2族半導体の、格子欠陥を制御して良質な結晶あるいは優れた機能性素子を生み出すのに必要な基礎データを得ることを目的に研究を行った。I族としてCu、III族としてGa、Al、VI族としてS、Seを主として対象とした。前回にひきつづき、不純物として過剰Im,Cd,Znをドープしたm形、ならびにSe過剰のP形試料について、Hall移動度、光吸収端をキャリア濃度の関数として測定した結果、移動度と吸収端に対する影響は、Im,Se,Cd,Znの順に大きく、m形ドープ材としてはZnが適していることがわかった。われわれはGaAs基板上にCuGaS_2ならびにCuGa^<2x>Al_xS_2をエピタキシャル成長させることを試みた。低温で2.4ev、2.8evにピークを持つフォトルミネッセンス(P.L.)を観測したが、この試料のX線回折、組成分析の結果を検討したところ、Ga_2S_3ができているらしいことがわかった。CuGaS_2は電気的には高抵抗であり、低抵抗化が困難とされているが、これとCuGaSe_2との固溶系においては、エネルギーギャップEgを著しく低下させないでp形低抵抗物質が得られる。われわれはCuGa(S_<1-x>Se_X)_2系のX≧0.1における状態図を作成し、光吸収、P.L.、電気的特性を測定した。興味深いことはx=0.5において格子定数の温度係数、Egの温度係数が異常に大きく、またHall移動度も通常の合金散乱から予想されるのとは逆に、X=0.5で最大となった。さらに真空中、S中、Se中でのアニーリングの実験結果から、CuGa(S_<1-x>Se_X)_2系におけるP.L.バンド(約2.0evピーク)はS空孔とアニオン空孔のドナアクセプタ遷移と考えられることがわかった。
自己相似性をもつグラフ族の生成と構造的性質の解明及びその応用に関する研究

本研究ではまず細分線グラフ演算を新たに導入しこの演算により生成される反復細分線グラフのグラフ族を定義した.このグラフ族は自己相似性をもつグラフ族としてよく知られているシェルピンスキーグラフと拡張シェルピンスキーグラフを本質的に含んでいる.次に,反復細分線グラフの様々な構造的性質を調べた.また,単射的グラフ展開の基グラフに対して構造的性質に関する結果を証明した.さらに,一般化シェルピンスキーグラフと拡張シェルピンスキーグラフを共に含む,普遍化シェルピンスキーグラフのグラフ族も新たに導入し,相互結合網上の耐故障性に関する問題に応用可能な構造的性質を調べた.本年度はグラフ展開により生成されるグラフを調べるにあたって,細分線グラフ演算と呼ばれるグラフ演算を新たに独自に導入し,細分線グラフ演算を繰り返し適用することによって得られる,反復細分線グラフに関する構造的性質を調べた.反復細分線グラフを扱う主な理由は,反復細分線グラフはシェルピンスキーグラフ及び拡張シェルピンスキーグラフのクラスを真に含んでいること,反復細分線グラフの構造的結果の多くは容易にグラフ展開により生成されるグラフの結果に拡張できること,およびグラフ展開をそのまま扱うよりも考察しやすいことの三点である.本年度得られた主な結果は次の通りである.1.辺素ハミルトン閉路とハミルトン連結:(1)グラフGの細分線グラフがハミルトン閉路をもつための必要十分条件は,Gがオイラー閉路をもつ全域部分グラフを含むことである.(2)Gにk個の辺素ハミルトン閉路が存在するならば,Gの細分線グラフにもk個の辺素ハミルトン閉路が存在する.(3)Gが強ハミルトンかつ強ハミルトン連結であるならば,Gの細分線グラフも強ハミルトンかつ強ハミルトン連結である.2.中継集合と連結支配集合:Gの細分線グラフの中継数,連結中継数,連結支配数はいずれも2(|V(G)|-1)に等しい,ここで|V(G)|はGの頂点数である.3.独立全域木と完全独立全域木:(1)Gの頂点vを根とするk本の独立全域木が存在するならば,Gの細分線グラフにおいてK(v)の任意の頂点を根とするk本の独立全域木が存在する,ただしK(v)はvから生じる完全グラフである.(2)Gにk本の辺素ハミルトン道が存在するならば,Gの細分線グラフにはk本の完全独立全域木が存在する.特に,1(2)の結果と2の中継数に関する結果は既知のシェルピンスキーグラフにおける結果を一般していると同時に証明を簡易化している.本年度は反復細分線グラフに対して,広域h-連結防衛t-同盟,各種ラベリング(点彩色,線形彩色,辺彩色,全彩色,L(1,1)-ラベリング,L(2,1)-ラベリング)について構造的性質を調べた.特に広域h-連結防衛t-同盟という概念は,広域強防衛同盟の概念を一般化したもの(広域0-連結防衛1-同盟が広域強防衛同盟に対応)であり,本研究で新たに導入したものである.本研究の結果は(拡張)シェルピンスキーグラフの既知の諸結果を一般化している.また,レイアウト(本型埋め込み,キューレイアウト)についても考察した.主な結果は以下の通りである.1.グラフGの反復細分線グラフの広域h-連結防衛t-同盟の最小濃度(広域h-連結防衛t-同盟数)がある値に決定されるためのGに関する必要十分条件を与えた.この結果を(拡張)シェルピンスキーグラフに適用することにより,それらの広域h-連結防衛t-同盟数を決定した.2.反復細分線グラフの点彩色数,最大次数が偶数のときの辺彩色数,最大次数が奇数のときの全彩色数を決定した.また,最大次数が奇数のときの辺彩色数,最大次数が偶数のときの全彩色数が決定されるための十分条件を与えた.さらに,反復細分線グラフのL(1,1)-ラベリング数とL(2,1)-ラベリング数の上界を与えた.これらの結果を得る際に,反復細分線グラフの正準ラベリング(canonical labeling)と交換ラベリング(exchange labeling)を導入した.3.反復細分線グラフのキューレイアウトに必要なキューの最小数(キューナンバー)が細分線グラフ演算の適用回数に依存しない上界をもつかどうかについては考察中であるが,真三角化カクタスのクラスに対してはキューナンバーを求める問題が線形時間で解けることを示した.完全独立全域木は前年度に反復細分線グラフにおいて考察した構造的性質の一つであるが,細分線グラフの一般化である単射的グラフ展開の基グラフにおけるその存在性が耐故障性の観点から重要であることから,より一般のグラフを対象に考察を進めた結果,以下の結果を証明することができた.1.頂点数が7以上の任意のグラフGに対して,Gの頂点の最小次数がn-k以上ならばGは[n/k]本の完全独立全域木をもつ,ここで,[n/k]はn/k以下の最大の整数を表す.2.頂点数が8以上の任意のグラフGに対して,2つの完全グラフから1つの頂点を同一視して得られるグラフを除き,Gの頂点の最小次数が(n-1)/2以上ならばGは2本の完全独立全域木をもつ.これまでに,Gの頂点の最小次数がn/2以上ならばGは2本の完全独立全域木をもつこと,Gの頂点の最小次数がn-2以上ならばGは[n/3]本の完全独立全域木をもつことが知られていたが,1の結果は前者を一般化し後者を改善したものになっている.

また,これらの結果の他に,完全独立全域木の数に関して最適なグラフについても考察し以下の結果を得た.3.2つの任意のパラメータn,k(n>=k>=2)に対して,頂点数nで,2[n/k]-正則あるいは2[n/k]+1-正則なグラフで[n/k]本の完全独立全域木をもつグラフH(n,k)が存在する.特に,H(n,k)は対称性をもつグラフであり,単射的グラフ展開の基グラフだけでなく,それ自体相互結合網として適用可能であると考えられる.今年度は,因子分解,情報散布等について考察をする予定であったが,因子分解についての考察中に,前年度考察した構造的性質である完全独立全域木に関して,細分線グラフの一般化である単射的グラフ展開の基グラフにおける完全独立全域木の存在性が耐故障性の観点から重要であることに気付き,かつ基グラフにおける完全独立全域木の存在のための十分条件についての(既知の結果を一般化した)命題を予想することができたため,考察を始めた結果この予想を証明でき,また既知の結果を改善しさらに完全独立全域木の数に関して最適なグラフの構成法も得ることが出来た.しかしながら,想定以上に証明・構成法の探求等に時間がかかってしまい,当初予定していた因子分解等の考察を十分に行うことができなかった.1.拡張シェルピンスキーグラフと一般化シェルピンスキーグラフを共に含むより広いグラフ族として,普遍化シェルピンスキーグラフΥ(G,n)を新たに導入し,Υ(G,n)がΥ(G,n-1)の各頂点をGあるいはGの部分グラフで置換えて構成可能であることを示した.また,普遍化シェルピンスキーグラフの様々な構造的性質(連結度,ハミルトン特性,各種彩色,因子分解,辺素因子)に関する結果を証明した.特に,均一グラフを基にした普遍化シェルピンスキーグラフは因子分解に関してよい性質をもつことから,超並列計算機の相互結合網の候補になり得ると考えられる.また,普遍化シェルピンスキーグラフでは,自己相似性をもつが一様でないフィボナッチ木も生成でき,理論的に興味深いグラフ族と考えている.2.グラフの支配集合の変種として外連結支配集合という概念があり,ネットワークにおけるサーバー割当問題への応用をもっている.ネットワークの耐故障性を動機としてこの概念を連結度の観点から一般化した,(h,l)-連結支配集合の概念を導入し,Gのn-反復細分線グラフの(h,l)-連結支配集合の最小濃度を決定するためのGに関する十分条件を与えた.反復細分線グラフのグラフ族はシェルピンスキーグラフと拡張シェルピンスキーグラフを(本質的に)含んでおり,本結果を適用することによりこれらのグラフの外連結支配集合の最小濃度に関する既知結果を一般化した結果を系として得ることができた.3.シェルピンスキーグラフの拡張である単射的グラフ展開の基グラフとして冪グラフを想定し、冪グラフにおける完全独立全域木について考察した.具体的には、木,輪,単輪グラフ等の疎グラフGを対象にそのk乗における完全独立全域木の最大数の下界を与えた.特に、単輪グラフに関する結果は、既知の2連結グラフに関する結果を強化したものになっている.本研究ではまず細分線グラフ演算を新たに導入しこの演算により生成される反復細分線グラフのグラフ族を定義した.このグラフ族は自己相似性をもつグラフ族としてよく知られているシェルピンスキーグラフと拡張シェルピンスキーグラフを本質的に含んでいる.次に,反復細分線グラフの様々な構造的性質を調べた.
回転星の安定性と隆着星における物質混合

本研究は、回転している成層流体の非軸対称な断熱摂動に対する流体力学的な不安定性を検討し、微分回転している恒星内部では、バロクリニック不安定のため乱流が遍在しているとの作業仮説に基づき、乱流による角運動量輸送とそれに伴う物質・熱の輸送の効果を考慮した、現象論的ではあるが首尾一貫した恒星進化のモデル方程式を定式化した。それを近接連星系で伴星から物質降着している中性子星・白色矮星に適用し、降着物質の持つ角運動量によって励起される乱流による物質・熱の輸送は、核反応の暴走の起きる層にまで達し得ることを明らかにした。また、X線バ-スト、新星爆発と観測との比較検討を通して、これらのモデルの有効性を立証した。本研究で得られた知見は次のようにまとめられる。1.乱流輸送の効率としては、降着層の特徴的な長さ、不安定性の成長率から評価した値を採用したが、バロクリニック不安定による乱流輸送は効率がよく、密度の高い内部では、殆ど一様回転に近い状態が実現されることがわかった。このことは、回転星の不安定性として、これまで取り上げられてきた熱的な不安定性は実際には効かないことを示している。2.物質混合の効率は、乱流粘性の効率の仮定に依存し、乱流粘性の効率が小さい程、大きくなる。これは、物質混合に必要なエネルギ-は回転エネルギ-から供給されるが、乱流粘性率が小さい程、角運動量の輸送に必要な微分回転が大きくなるためである。3.降着した角運動量の影響は、重力の大きい恒星ほど顕著となるが、これは、降着層での物質の回転速度が速くなり、そのため、バロクラインの効果が大きいことによる。同時に、比較のため、拡散による物質混合の効果、金属欠乏星での殻フラッシュによる物質混合の進行を計算し、また、物質混合の効果をみるため、ヘリウム殻燃焼の性質等を調べ、赤色巨星への進化の機構を解明した。本研究の目的は、微分回転している星の非軸対称な摂動に対する流体力学的不安定性の条件を調べ、それによって励起される乱流による角運動料の輸送とそれに伴う物質・熱の混合の効果を考慮して、角運動料を含んだ物質を受け入れている降着星の熱的進化を解明することである。本年度は、三年計画の初年度で、成層微分回転ではバロクリニック不安定のために、乱流が常に存在してるとの作業仮説に基づき、降着星の熱的進化を探究するためのモデル方程式を導き、それを解くための数値計算のコードの開発に着手した。この作業仮説刃の地球物理学の分野での研究に加え、筆者のこれまでの研究成果に以拠したものである。モデル方程式は、1.乱流による角運動料の輸送、2.それに伴う物質の混合、3.それぞれに付随した回転エネルギーの散逸と熱の輸送の効果を含み、また、乱流による輸送係数についても、任意ではなく、不安定モードの線型解析、糸の特性を考慮して評価した。従って、全体として、首尾一貫した表現になっている。乱流による物質混合については、太陽ニュートリノとの関連でシャツマンが、また、角運動量の郵送については、回転星の循環流の関係でタッスル達が、ケルヴィン・ヘルムホルツ不安定だけを考えた定式化をクッターとスパークスが新星爆発について議論しているが、それらの改良発展版となっている。安定な成層下では、重力方向に比べて、等圧力面内の拡散は効率がよいので、その面内での物理量の変動は小さいと考えられるので、モデル方程式を動径方向の一次元で近似することができる。

従って、恒星進化の計算コードを改良することによって、降着星の熱的進化を計算することができるので、現在その準備を進めている。対象としては、これまでX線バースト、新星爆発を考えて来たが、3の熱輸送の効果は密度が大きい所で顕著になることがわかったので、I型超新星爆発についても検討している。本研究の目的は、微分回転している星の内部で励起される流体力学的な不安定性によって励起される乱流による角運動量輸送とそれにともなう物質・熱の輸送の効果を調べ、特に降着物質の持つ角運動量の降着星の内部構造・進化への影響を評価することである。本年度は3年計画の2年目であり、初年度は、成層回転流体では非軸対称モ-ドのバロクリニック不安定性のために乱流が遍在しているとして、現象論的にではあるが、それによる混合の効果を考慮した、首尾一貫したモデル方程式を定式化したが、本年度は、それに基づいて、恒星進化の数値計算のコ-ドの開発に取り組んだ。現在、コ-ドのチェックを兼ねて、降着星の予備的な計算をしている段階である。乱流による熱と物質の輸送は、混合層での核反応へ導くことになり、降着星が白色矮星な場合には、新星爆発やI型超新星爆発、中性子星の場合は、X線バ-スト等様々な現象に応用できるが、現在は主としてのX線バ-ストのモデルへの適用を考えている。同時に、乱流混合から核燃焼に至る数値計算のアルゴリズムの検討のため、金属欠乏星の進化を計算した。低質量星の場合、ヘリウムの核フラッシュで発生する対流が水素層に到達し、その際、対流層に混合した水素は内部へ運ばれ、核燃焼の暴走を起こす。混合した水素の乱流による輸送・拡散、核反応の進行を追い、引き続く表面流層の進入に伴う、核反応生成物へ表面への輸送・炭素星の形成に至る過程を計算できることを示した。それとともに、角運動量輸送の効果を取り入れたモデルとの比較のための基礎資料を得る必要から、これらの効果を無視したモデルの性質を調べた。低質量主系列星の場合は、降着星の内部での対流による熱輸送の構造への効果を、ヘリウム殻燃焼星については、降着に誘導される、内部の重力熱力学的な構造の変化を明らかにした。本研究では,微分回転している星の内部での流体力学的な不安定性、特に非軸対称モ-ドのバロクリニック不安定性によって励起される乱流による角運動量輸送とそれにともなう物質・熱の輸送の効果を調べ、降着物質の持つ角運動量の降着星の進化への影響を評価した。今年度は、現象論的なモデル方程式を組み込んだ恒星進化のコ-ドを用いて、実験を行った。その結果、降着星の進化について、次のような点を明らかにすることできた。1.本研究では、乱流輸送の効率としては、距離尺度として降着層の特徴的な長さをとり、時間尺度を不安定性の成長率から評価した値を採用いたが、バロクリニック不安定による乱流輸送は効率がよく、密度の高い内部では、殆ど一様回転に近い状態が実現されることがわっかた。このことは、これまで回転星の不安定性として考えられてきた、ゴ-ルドライヒとシュウバ-トが唱えたような熱的な不安定性は実際には効かないことを示している。2.表面層は、流入する角運動量のため微分回転することになり、物質混合が起こるが、その結果は、乱流粘性の効率の仮定に依存する。乱流粘性の効率が小さい程、微分回転層が深くなる。物質混合に必要なエネルギ-は回転エネルギ-から供給されるため、乱流粘性率が小さい程、逆に、物質混合は効率がよいことになる。3.白色矮星と中性子星を扱ったが、物質混合の効果は、後者の方が大きい。
海産神経毒シガトキシンの全合成研究および毒性発現機構の解明

シガトキシン類は,珊瑚礁周辺に棲息する魚介類によって引き起こされる食中毒"シガテラ"の原因物質であり,強力な毒性(マウス致死毒性,0.351.3μg/Kg)を有する。神経細胞膜にある電位依存性ナトリウム・チャネル(膜タンパク)に特異的に結合することに起因するが,天然からは極微量しかサンプルが得られないので詳細な研究が滞っている現状にあり,化学合成によるサンプルの供給が切望されている。本研究者は,平成9年度から平成11年度にわたって行なわれた文部科学省科学研究費補助金基盤研究C(2)「抗シガトキシン抗体の調製およびシガトキシンの全合成研究」に引き続き,オレフィンメタセシス反応を鍵反応とした多環状エーテルの短段階収束合成法利用し,分子量千をこえる複雑な巨大ポリエーテル分子であるシガトキシンCTX3Cの世界最初の全合成に成功し,平成12年度から14年度の本研究期間内に目的を達成することができた。この成果は,米国の有名雑誌"サイエンス"(11月30日号)に掲載され,朝日新聞,毎日新聞をはじめ多くの全国紙でも報道された。また,アメリカ化学会の機関紙"Chemical&Engineering News"'にも紹介され,"Chemistry Highlights 2001"で"2001年における有機化学の重大発展(4件)"の一つに選ばれた。本研究の第一の目的である「全合成」が達成されたことにより,これまで未解明であった「毒性発現機構」の解明に向けて大きく前進したことになる。また,全合成に用いた部分フラグメントをハプテンとした抗シガトキシン抗体の調製も共同研究者の努力により非常に進展しており,簡便な毒魚検出キットの開発も進んでいる。"シガテラ"と呼ばれる魚介類による食中毒の原因物質であるシガトキシン類は,フグ毒テトロドトキシンの30倍も強力な毒性を示す。この食中毒にかかると下痢,嘔吐,ドライアイスセンセーション等の症状が長期間続く。シガトキシンが神経細胞の電位依存性ナトリウム・チャネルに特異的に結合するためである事が解っているが,天然から超微量しか得られないので,実験に必要なサンプルの供給が滞っており詳細については未だに不明である。そこで,超微量天然毒シガトキシンおよびその類縁体を化学合成により供給し,分子レベルでの活性発現機構を解明する事を目的に研究を行った。平成12年度は,まずシガトキシンの類縁体のひとつであるCTX3Cの全合成研究を行った。私は既に,アルキル化とオレフィンメタセシス反応を利用した環状ポリエーテルの収束的合成法の開発に成功しているので,この方法論を用いてCTX3CのABCDE環部の短段階収束合成に成功した。この際,アルキル化反応における立体選択性は満足のいくものではなかったが,光学活性なアミノインダノール誘導体を不斉補助基として用いることで高立体選択的なABCD環部の合成法を開発した。前年度にTebbe試薬による閉環メタセシス反応を用いたIJKLM環部の合成を行ったが,反応に再現性が無いことが明らかとなった。そこで,低原子価チタンを用いた分子内環化反応を利用したところ再現性良く,また大量合成にも適用可能であることが分かり,HIJKLM環部の短段階収束合成に成功した。今後,ABCDE環部とHIJKLM環部とのカップリングを行いCTX3Cの全合成を完成する。シガトキシン類は,珊瑚礁周辺に棲息する魚介類によって引き起こされる食中毒"シガテラ"の原因物質であり,フグ毒テトロドトキシンの数十倍も強力な毒性(マウス致死毒性,0.351.3μg/Kg)を有する。これらの分子が神経細胞膜にある電位依存性ナトリウム・チャネル(膜タンパク)に特異的に結合することに起因する。

天然からは極微量しかサンプルが得られないので詳細な研究が滞っている現状にあり,化学合成によるサンプルの供給が切望されている。本研究は,分子レベルでの活性発現機構を解明に役立てることを目的に,ポリ環状エーテルである微量天然毒シガトキシンの全合成研究を行った。本研究者は,オレフィンメタセシス反応を鍵反応とした多環状エーテルの短段階収束合成法利用し,昨年度までにシガトキシンCTX3Cの前駆体の合成に成功した。本年度は,最終段階である脱保護を行ったが,思わぬ副反応が伴い困難に直面した。しかしながら,反応条件を厳密に設定することで,分子量千をこえる複雑な巨大ポリエーテル分子であるシガトキシンCTX3Cの世界最初の全合成に成功した。この結果は米国の有名雑誌"サイエンス"(11月30日号)に掲載され,朝日新聞,毎日新聞をはじめ多くの全国紙でも報道された。また,アメリカ化学会の機関紙"Chemical & Engineering News"にも紹介され,"Chemistry Highlights 2001"で"2001年における有機化学の重大発展(4件)"の一つに選ばれた。この業績に対しして,本研究者は2001年度有機合成化学奨励賞を与えられた。シガトキシン類は,珊瑚礁周辺に棲息する魚介類によって引き起こされる食中毒"シガテラ"の原因物質であり,強力な毒性(マウス致死毒性,0.351.3μg/Kg)を有する。神経細胞膜にある電位依存性ナトリウム・チャネル(膜タンパク)に特異的に結合することに起因するが,天然からは極微量しかサンプルが得られないので詳細な研究が滞っている現状にあり,化学合成によるサンプルの供給が切望されている。昨年度に本研究者は,オレフィンメタセシス反応を鍵反応とした多環状エーテルの短段階収束合成法利用し,分子量千をこえる複雑な巨大ポリエーテル分子であるシガトキシンCTX3Cの世界最初の全合成に成功した。この成果は,米国の有名雑誌"サイエンス"(11月30日号)に掲載され,朝日新聞,毎日新聞をはじめ多くの全国紙でも報道された。また,アメリカ化学会の機関紙"Chemical & Engineering News"にも紹介され,"Chemistry Highlights2001"で"2001年における有機化学の重大発展(4件)"の一つに選ばれた。本研究者は,この業績に対して2001年度有機合成化学奨励賞を与えられた。本年度は,本研究成果を海外の大学[米国コロンビア大学,米国ウィスコンシン大学,および国際会議での招待講演[ゴードン会議(米国),第14回有機合成国際会議(ニュージーランド),第23回天然物化学国際シンポジウム(イタリア)]で発表し,非常に高い評価を受けた。
表現論的見地からの環論の新展開とその応用

本研究で目標の一つとした可換局所環上のCohen-Macaulay加群の分類論に関して、それらの加群の間の退化の問題、及び分類論の一般化としてGorenstein次元0の加群の族に関する性質について大きな進展があった。(1)退化の問題:一般に、退化の関係で加群の同型類の間には半順序を定義することができる。この半順序関係は、Bongartzが有限次元多元環上の有限次元加群の間に定義したHom orderと密接な関係がある。もし、Cohen-Macaulay加群の圏が有限型であれば、その半順序関係が、実はAuslander-Reiten列の退化によって生成されると予想される。これは退化という極めて幾何学的意味を持つ関係が、実はAuslander-Reiten quiverの組合せ論的性質から容易に計算できると主張するものである。そして、この予想が、局所環の次元が2の場合には、一般に正しいと証明することができた。また、局所環が1次元の時には、その環が整域であるという仮定のもとで、やはりこの予想が正しいと証明することができた。ただし、現時点ではこの予想が3次元以上で正しいかどうかは判明していない。これらの結果は、3次元以上の場合の考察を含めて、Journal of Algebra(2002年)に掲載された。(2)Gorenstein次元0の加群:Gorenstein環上のCohen-Macaulay加群の分類論の一般化として、一般の局所環上のGorenstein次元が0の加群の分類がある。当所、これらの加群の族についてはCohen-Macaulay加群の族と同様の性質が成立すると考えられていたが、必ずしもそうでないことを例をもって示すことが出来た。とくに、極大イデアルの3乗が0となるようなArtin局所環については、Gorenstein次元が0であるような非自明な加群を持つための必要十分条件を与えることができた。さらに、そのような環については実際に連続パラメーターをもつ直既約加群の同型類の族を具体的に構成して、Gorenstein次元0の加群の族がcontravariantly finiteでないことがありうることを示した。この結果については、NATO Science Program, Advanced Study Workshop(ルーマニア、2002年)において報告を行い、Kluwer出版社から出版の予定である。本研究で目標の一つとした可換局所環上のCohen-Macaulay加群の分類論に関して、それらの加群の間の退化の問題について大きな進展があった。一般に、退化の関係で加群の同型類の間には半順序を定義することができる。

また、局所環が1次元の時には、その環が整域であるという仮定のもとで、やはりこの予想が正しいと証明することができた。ただし、現時点ではこの予想が3次元以上で正しいかどうかは判明していない。これらの結果は、3次元以上の場合の考察を含めて、近々Journal of Algebraに掲載予定である。また、このような一つ一つの加群または表現の分類の問題から派生した圏論的な考察のひとつとして、1変数の関手に関するTate-Vogel型のホモロジー代数の一般論を展開した。これは、関手のTate-Vogel完備化という新しい概念を導入して、その性質を調べたものである。とくに、これとMartsinkovskyやAuslanderが導入したdelta不変量との関係には興味深い点が多く、これからの研究目的の一つとなるであろう。このTate-Vogel完備化については、その研究成果が、Journal of Algebras and Representation Theoryに発表された。本研究で目標の一つとした可換局所環上のCohen-Macaulay加群の分類論に関して、それらの加群の間の退化の問題、及び分類論の一般化としてGorenstein次元0の加群の族に関する性質について大きな進展があった。(1)退化の問題:一般に、退化の関係で加群の同型類の間には半順序を定義することができる。この半順序関係は、Bongartzが有限次元多元環上の有限次元加群の間に定義したHom orderと密接な関係がある。もし、Cohen-Macaulay加群の圏が有限型であれば、その半順序関係が、実はAuslander-Reiten列の退化によって生成されると予想される。これは退化という極めて幾何学的意味を持つ関係が、実はAuslander-Reiten quiverの組合せ論的性質から容易に計算できると主張するものである。そして、この予想が、局所環の次元が2の場合には、一般に正しいと証明することができた。これらの結果は、3次元以上の場合の考察を含めて、Journal of Algebra(2002年)に掲載された。(2)Gorenstein次元0の加群:Gorenstein環上のCohen-Macaulay加群の分類論の一般化として、一般の局所環上のGorenstein次元が0の加群の分類がある。当所、これらの加群の族についてはCohen-Macaulay加群の族と同様の性質が成立すると考えられていたが、必ずしもそうでないことを例をもって示すことが出来た。とくに、極大イデアルの3乗が0となるようなArtin局所環については、Gorenstein次元が0であるような非自明な加群を持つための必要十分条件を与えることができた。さらに、そのような環については実際に連続パラメーターをもつ直既約
淡水藻類の細胞分裂形態変化を与えるアレロケミカルの探索と分子機能解明

水域の食物連鎖において一次生産者である植物プランクトンは生態系を支える大きな役割を果たしている。捕食者に対してほとんど無抵抗であると考えられてきた植物プランクトンも様々な戦略を捕食者から身を守っていることが明らかになってきた。淡水産緑藻イカダモScenedesmusは単細胞型から2,4または8細胞からなるコロニーへと自らの形態を変化させ捕食者であるミジンコDaphniaに抵抗している。我々は単細胞緑藻Scenedesmus gutwinskiivar. heterospina(NIES-802)の形態変化を引き起こすDaphniaカイロモンが脂肪族硫酸エステルおよび脂肪族流酸アミド類であると同定した。構造活性相関の知見を得る目的で炭素数の異なる直鎖飽和脂肪族硫酸エステル類、分岐メチル基の位置、極性官能基の種類の異なる化合物等についてアッセイを行った結果、直鎖飽和脂肪族硫酸エステル類では炭素数6までは全く活性がなく8、9で最も強い活性を示し10以上では活性が低下することが分かった。また、末端ジメチル構造をもつ硫酸エステル類も炭素数6までおよび12以上では活性がなかった。炭素数7から10では特に低濃度で強い活性を持ち、炭素数を増すと最高活性濃度がより低くなるという興味深い現象を発見した。硫酸アミド類についても硫酸エステルよりは全体として活性が低いものの同様の傾向が見られた。また、ミジンコ飼育水及び環境水中における硫酸エステル類についてメチレンブルー法およびLC/MSによる分析を検討し、飼育水中には活性を示すのに充分な濃度の硫酸エステル類が含まれていることを明らかにした。個々の分子についてもLC/MSによる同定法について検討を行った。我々は単細胞緑藻Scenedesmus gutwinskiivar.heterospina(NIES-802)の形態変化を引き起こすDaphniaカイロモンが脂肪族硫酸エステルおよび脂肪族流酸アミド類であると同定した。構造活性相関の知見を得る目的で炭素数の異なる直鎖飽和脂肪族硫酸エステル類,分岐メチル基の位置,極性官能基の種類の異なる化合物等についてアッセイを行った結果、直鎖飽和脂肪族硫酸エステル類では炭素数6までは全く活性がなく8、9で最も強い活性を示し10以上では活性が低下することが分かった。また、末端ジメチル構造をもっ硫酸エステル類は特に低濃度で強い活性を持つことが分かった。硫酸アミド類は対応する硫酸エステル類よりも低活性であり、スルホン酸も硫酸アミドより弱いものの活性を示した。カルボン酸、脂肪族リン酸エステルは活性を示さなかった。また、LC/MSによる硫酸エステル類の分析についても検討した。また,NIES-802の活性物質として同定されたこれら硫酸エステル類は同属の緑藻S.acutus(SA-1)には全く活性を示さなかった。ミジンコ抽出物よりSA-1に対する活性物質の同定を試みたところブタノール抽出によっても水層に残存し、またODSカラムについても純水によって溶出されてしまう極めて高極性なものであり、アミノ酸またはオリゴペプチドと推定された。
植物の葉状器官の左右相称的発生分化の分子機構の解明

植物の重要な器官の一つである葉の発生分化の制御機構を解明することは、植物の形づぐりとその多様化の仕組みを理解する上で極めて重要である。葉は、扁平であり、葉身の中央にある太い中肋を中心として左右相称である。本研究は、このような特徴をもつ葉状器官の左右相称的発生分化の分子機構を解明することを目的とした。そのために、シロイヌナズナの葉の左右相称的形成に異常を示すasymmetric leaves1(as1)とasymmetric leaves2(as2)変異体の分子遺伝学的解析を行った。すでに、我々は、AS1、AS2は、葉の分化過程において、幹細胞の維持に関わると考えられているホメオボックス遺伝子KNAT1,KNAT2,KNAT6の発現を葉で抑制することを明かにし、完全な中肋の分化に必須であり、左右の協調的細胞分裂をコントロールする機能をもつ可能性を示唆した(Semiarti et al.,2001)。本研究では、(1)AS2遺伝子は、cysteineに富む特徴的な配列(C-motifと命名)とLeucine zipper様配列をもつ新奇なタンパク質をコードし、AS2は植物に特有な新奇なファミリーのメンバーであることを明らかにした(AS2ファミリーと命名)(Iwakawa et al.,2002)。一方、AS1遺伝子はMyb様転写因子をコードしている。(2)as1 as2二重突然変異体の解析から、AS1、AS2は同じ経路で機能していると考えられる。(3)AS1とAS2タンパク質はin vitroで会合していること、AS2は、AS1存在下で核に局在する。(4)胚発生においてAS1のmRNAは、子葉原基の内側の細胞で、AS2のmRNAは、子葉原基の向軸側の原表皮細胞で主に検出された。このように、AS1、AS2が葉状器官の発生の初期過程で共同して機能して、葉の細胞を分化状態に保つことが、左右相称的で扁平な葉の形成において重要であると考えられる。
サイトカインの中枢作用に関する分子神経免疫学的研究:脳IL-1レセプターを中心に

感染・炎症時には、免疫機能の活性化に加えて、発熱、食欲減退、徐波睡眠誘発などの急性相応等がおこるが、これらは血中インターロイキン(IL)-1の脳への作用によるとされている。本研究ではIL-1の中枢作用を細胞・分子レベルで検討し、以下の成果を得た。1.ラットの側脳室にIL-1を微量投与すると、腹腔内に投与した場合と同様に、視床下部や脾臓のノルエピネフリン(NE)代謝回転が促進されると共に、副腎皮質ホルモンやハプトグロビンの血中レベルの上昇や血清鉄の減少などの急性相応答がみられ、IL-1の中枢作用が確認された。2.IL-1と同様の変化は、コルチコトロピン放出ホルモン(CRH)投与によって再現され、抗CRH抗体の前投与によって完全に消失するので、IL-1の作用は脳内CRHを介することが示された。3.プロスタグランジン(PG)合成阻害剤の投与によりIL-1の効果は完全に消失したが、CRHの効果は影響されなかった。従って、IL-1の作用は、初めにPG合成を促しそれがCRHニューロンに伝わり発現すると結論した。4.介在するPGの分子種を特定するために、各種PGを脳室内に投与してNE代謝回転を調べた所、脾臓についてはPGE_2のみが、一方、視床下部についてはPGD_2のみが有効であった。この結果は、IL-1の多様な中枢作用が、脳内PG分子種の違いで分別されている可能性が示す知見であるので、今後、IL-1レセプターから各々のPGへと信号が伝達される機構について、更に研究を進める必要があろう。本研究の目的は、免疫系サイトカインの脳への作用機構に関して、インターロイキン-1(IL-1)の脳内レセプターを中心に、細胞分子レベルで解明することである。当初の計画では、IL-1の脳内レセプターについて、リガンド結合実験と脳cDNAの検出の両面から分子レベルでの研究を展開する予定であった。ところが、最近、IL-1のみならず他の多くのサイトカインについても中枢神経作用が報告され、IL-1の作用が本当に脳内レセプターを介した特異的なものであるか否か、疑義が生じてきた。そこで、改めてIL-1の脳への作用をin vivoで詳細に検討し、他のサイトカインと比較して以下の結果を得た。1.ラットの側脳室に慢性カニューレを埋め込み、IL-1β、IL-6、TNF(腫瘍壊死因子)を投与して、交感神経活動(ノルエピネフリン代謝回転)、下垂体-副腎皮質活性(血中コルチコステロン濃度)、急性相応答(ハプトグロビンと鉄の血中濃度)を調ベた。2.IL-1を末梢に投与すると、上記の指標がいずれも著しく亢進するが、脳室内投与では1/101/100の低用量で、同様の応答がみられた。3.TNFでも同様であったが、IL-6はたとえ高用量でも無効であった。4.IL-1とTNFの脳室内投与の効果は、エイコサノイド合成阻害剤によって完全に阻止された。これらの結果から、IL-1やTNFに対する特異的レセプターが脳内に存在し、それがエイコサノイド合成系に連絡することが示された。本研究の目的は、免疫系サイトカインの脳への作用機構を、細胞分子レベルで解析することである。前年度の研究で、ラット脳にはインターロイキン(IL)-1βや腫瘍懐死因子(TNF)に対する特異的受容機構が存在し、それがコルチコトロピン放出ホルモン(CRH)やエイコサノイド合成系を介して、各種の急性相応答を引きおこすことを明らかにした。そこで、関与するエイコサノイドの分子種を特定するために、視床下部と脾臓のノルエピネフリン(NE)代謝回転を指標にして検討し、以下の結果を得た。

1.IL-1を脳室内に投与すると、NE代謝回転は、視床下部、脾臓共に促進された。この効果はCRH投与によって再現され、CRH抗体投与によって消失した。2.プロスタグランジン(PG)類では、調べた5種類のうち、PGE_2とPGD_2が有効であったが、前者は脾臓のNE代謝回転についてのみ、後者は視床下部についてのみ、促進がみられた。3.これらPGの効果はCRH抗体投与で消失した。しかし、CRHの効果はPG合成阻害剤の投与によっては影響されなかった。これらの結果から、IL-1の脳への作用は、特異的レセプター(IおよびII型レセプター)を介してPG合成がおこり、それがCRHニューロンへと伝達されることにより発現すると結論した。更に、PGのうちでもPGE_2が末梢NE作動性ニューロン(交感神経)の活性化に、PGD_2が中枢NE作動性ニューロンの活性化にそれぞれ寄与することが明らかとなり、IL-1の多様な中枢作用が脳内PG分子種の違いで分別されている可能性が示された。これらの新知見は、IL-1の作用に限らず、PGが脳内で神経伝達物質あるいは修飾物質として作用することを示唆しており、今後の大きな課題を提起したことになる。
理科地学の野外学習におけるジオパークの活用に関する実践的研究

小中学生、大学生、教員を対象とした教育実践を男鹿半島ジオパークで行い、とりわけ安田ジオサイトにおける野外実習が地層認識について効果があることが明らかになった。また、男鹿半島のジオサイトに見られる地質事象である火山地形、地層堆積、地層変形に関するモデル実験教材の製作とそれを用いた実践研究を行い、児童生徒が持つ地層変形の概念について議論できた。秋田県男鹿半島・大潟ジオパーク内で行う理科・地学の野外観察実習について,本研究で開発した教材を用いた野外実践を行い,以下の成果が得られた。小中学校教員研修および小学校教員養成課程学生を対象とした理科の地層野外観察地として,男鹿市の(通称)安田海岸が適切である可能性が明らかになった。その理由は,この地点において地層観察指導を行ったところ,泥層,砂層,礫層,広域火山灰層,亜炭層,貝類化石,断層,同斜構造,不整合ほかさまざまな地質事象について効率的に地層観察が行えたことにある。また,参加者の観察記録やアンケートを分析すると,露頭情報の読み取りにおいて,礫,砂,泥層の層理面の識別,地質構造を抽出する能力が格段に向上した可能性があることである。特に初めて地層観察をする学生の「石や砂」の採集意欲が高かった。野外観察後は,ほとんどの学生が地層学習の際に露頭の保全に留意しようとし,地層の観察では採集活動を伴わない指導法を取ろうと考える学生が増えた可能性がある。秋田県男鹿半島ジオパーク内で行う理科・地学の野外観察実習についての教材開発,野外実践を行い,以下の成果が得られた.野外観察地として,地層(火山灰層を含む)と化石観察は男鹿市の通称安田海岸,岩石の観察には男鹿市加茂青砂の海岸,地質構造の観察には男鹿市台島および脇本の露頭,および寒風山の火山地形がそれぞれ適切であることが判明した.これらをもとに小学校および中学校理科の地層に関する野外学習の一環として,安田海岸の露頭での地層観察指導を行った.学習では,層理面と地層の広がり,化石の産状,礫,砂,泥,亜炭,火山灰などの観察と地層のスケッチ記録を行わせ,学習成果を検討するためのデータとした.また,児童生徒の化石採集の関心などデータ収集は調査紙法によるアンケート調査で行った.(対象児童・生徒:秋田県大仙市立A小学校6年生39名および大仙市立B中学校1年生36名,大館市立C中学校1年生55名.)アンケート調査の集計では,例えば中学生対象の事前アンケート調査(N=91)の設問「化石は好きですか」に対する回答として,「好き」は87.9%,「きらい」は12.1%であった。地層からの「化石」,「火山灰」,「石や砂」の採集についての3設問では,「すごくしたい」の回答が全回答者に占める割合はそれぞれ,51.6%,38.4%および37.8%であり,化石採集に対する関心が「火山灰」や「石や砂」よりも高かった.設問「とても貴重な化石について調べるとき,どうするか」に対する回答として,「地層から取り出す」は30.8%,「少しだけ地層から取り出す」34.1%で,約2/3の生徒が化石採集を望んだ.ジオパークで地層の野外学習を行った場合,化石採集を望む生徒に化石採集をさせないで行う学習は,地層に関する学習意欲をそいでしまうことにならないのかについて議論が必要であることが明らかになった.日本ジオパークに認定されている秋田県男鹿半島を中心とした学習地・教材開発,指導法について実践的に研究した.本研究で特に成果が上がったのは,次の3点である.(1)男鹿半島のジオサイトにおける野外実習の教育実践研究,(2)ジオサイトの理解に必要なモデル教材の改良,(3)ジオパークに関する高等教育のカリキュラム開発これらのうち,(1)については小学生,中学生,小高校教員を対象とした教育実践を行い,ジオサイトにおける野外実習の成果についてデータを取得することができた.この結果,前年度までと同様,地質事象の学習に効果があることが明らかになった.(2)については,男鹿半島のジオサイトに見られる地質事象である火山地形,地層堆積,地層変形(褶曲・断層)に関するモデル実験教材の製作・改良とそれを用いた実践研究に取り組んだ.本年度は特に実験装置の教育的意義として,児童生徒が持つ地層変形の概念の変容について明らかにできた.ジオパークを教育で一層活用するためには,教員研修とは別にジオパークやその自然について理解した人材を育成して地域に供給することが必要である.(3)においては,人材育成に取り組む高等教育におけるジオパークの学習について,カリキュラムを開発し教育実践を行ったものである.開発した教材の効果および大学生を対象とした野外実習について取り組んだところ,大学生に対し地域資源に関心を持たせることにおいて効果的な教育プログラムを開発できた.理科教育学

平成24年度に終えた第1段階(男鹿半島ジオパーク内の野外調査・地質試料の室内分析),第2段階(野外学習教材開発,モデル実験開発),第3段階(小・中学校-大学連携による野外学習(理科・地質分野)の実践)に加え,本年度は第3段階の研究に関するデータ(中学生・大学生向けの教育実践,教員研修)の補足収集を行うとともに,第4段階として行う予定であった,野外学習に関する教員対象アンケート調査を実施した。これは秋田県内の小学校教員および教員志望大学生を対象に,野外学習の実施状況,新しく開発したジオパークにおける野外学習についての反応をアンケートで調査したものである。また,第5段階として行う予定であった研究成果の報告の一部として研究成果の論文化,および各種教育学会での講演を行った。第1段階:この段階で予定していた,男鹿半島ジオパーク内の野外調査・地質試料の室内分析を終えた.具体的には以下の通り.1理科教育に適した学習地を選定するために,男鹿半島ジオパーク内の露頭選定を完了した.2選定した露頭から地質試料(火山灰層,化石,岩石など)を採取し,室内分析により,理科教育的に模式的な試料であるかどうかを判断した.3上記,1,2により学習地として適切な地点を決定した.第2段階:この段階で予定していた,教材開発野外学習,事前・事後学習に必要な教材開発について,地層堆積,火山噴火,断層形成,津波のモデル実験についてほぼ開発を終えた.第3段階:小・中学校-大学連携による野外学習(理科・地質分野)の実践を行う予定であった.秋田県内の小学校および中学校(計3校)の児童生徒を対象とした理科教育の実践を行い,児童生徒の反応に関するデータを得た.アンケート調査結果の分析:昨年度実施したジオパークにおける野外学習についてのアンケート調査結果を集計し,教員および大学生による反応を分析する。ジオパークにおける教員研修実践:これまでの研究で開発した教材を用いてジオパーク利用についての教員研修を今後行い,実践の成果と課題に関するデータを追加収集し,分析を深める。研究成果の報告:昨年度に引き続きこれまでの研究成果の論文化とともに,国内外の理科教育学会,地学教育学会・研究会での講演を通じての成果発表,教員向け研修会を通じて教員向け各種情報提供を行う。ジオパークの教材開発:引き続き野外学習,事前・事後学習に必要な教材を開発する.中学校-大学連携による野外学習(理科・地質分野)の実践:秋田県内の中学校(1校)の生徒を対象とした理科教育の実践を行い,データの補充を行う.ジオパークにおける野外学習に関する教員対象アンケート調査:小・中学校教員を対象に,野外学習の実施状況,新しく開発したジオパークにおける野外学習についての反応をアンケートで調査し,本研究成果を学校現場に導入する際の課題を検討する.研究成果の報告:これまでの研究成果の論文化とともに,理科教育学会,地学教育学会・研究会での講演,教員向け研修会を通じて教員向け各種情報提供を行う.物品費(190千円):設備備品(ビデオカメラ、理科教育関係図書)、消耗品(プリンタトナー、教材開発消耗品、アンケート調査用封筒、野外調査消耗品ほか)国内旅費(370千円):成果発表、調査・研究人件費・謝金(40千円):資料収集整理、研究補助その他(200千円):バス雇上、調査用自動車レンタル