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微生物の食物連鎖末端における持続的アクチノイドリン酸塩形成に関する研究

第2に、膜状沈殿物は溶解した糖タンパク質の重合体が排泄物を結合して形成された可能性を示唆する。ウラン等の重金属をリン酸塩化した酵母をゾウリムシが捕食すると、酵母細胞上の重金属リン酸塩はほとんど溶解することなく排泄され、酵母の消化残渣同士が緻密な有機物によって結合され形成される膜状沈殿物中にリン酸塩として移行した。ゾウリムシ細胞には、細胞表面の水溶性巨大糖タンパク質に重金属が結合し疑似コロイドとして細胞から溶出することで、細胞への重金属の吸着を低下させる機能があった。この糖タンパク質は水溶液中で容易に重合した。これらの結果は、ゾウリムシによって重金属イオンが疑似コロイド化することを示し、糖タンパク質の重合体が酵母消化残渣を結合して膜状沈殿物が形成された可能性も示唆する。有機物の分析方法の選定に時間を要したため。放射性廃棄物地層処分1)については、酵母が分泌する有機物と、アクチノイドのリン酸塩化の関係を検討する。アクチノイド存在下で分泌量が多くなる有機物を回収し、その特性を評価するとともに、その有機物がアクチノイドのリン酸塩化に及ぼす影響について検討する。また、リン酸塩化によって酵母に固定されたアクチノイドの再溶解挙動についても検討する。2)については、まずゾウリムシ由来の巨大有機物の特性を評価するため、アフィニティークロマトグラフィーを用いて分析する。分離した巨大有機物とEuなどとの錯体形成について検討する。食物連鎖系における研究では、これまでの研究で、餌となる酵母細胞に形成したEu及びUのリン酸塩を細胞ごとゾウリムシが摂取したとき、Eu及びUはリン酸塩のまま排出され、ゾウリムシの培養によって形成される有機質膜沈殿中にリン酸塩として析出することを見出した。この有機質膜沈殿の特性はこれまで全く検討されていないので、沈殿形成機構を中心に検討する。初年度中に微生物が分泌するリン酸イオンの化学形分析に着手する計画であったが、ゾウリムシとアクチノイドの相互影響について想定していなかった結果を得たため、後者を優先して行った。研究2年目以降は、バクテリア及び菌類を主な対象とした研究を行う。単一の微生物を対象とした研究では、バクテリア(枯草菌)、菌類(酵母)、ゾウリムシそれぞれがリン酸イオンを分泌する条件、リン酸イオンの形態を明らかにする。それらの微生物が分泌する有機物と、アクチノイドのリン酸塩化の関係を検討する。食餌生物と捕食生物という単純な生態系(食物連鎖系)におけるアクチノイドリン酸塩化機構の解明研究では、これまでの研究で、餌となる酵母細胞に形成したアクチノイドリン酸塩を細胞ごとゾウリムシが摂取したとき、アクチノイドは、ゾウリムシの培養によって形成される有機質膜沈殿中にリン酸塩として析出することを見出した。但し、その機構の解明には至っていなかった。このような食物連鎖系では、ゾウリムシ細胞中にアクチノイドが取り込まれることがわかった。ゾウリムシ細胞からアクチノイドが排出されるときの状態解明と有機質膜沈殿の形成機構を中心に検討する。
分子ポラリティを可視化する干渉非線形散乱イメージング法の開発

最終年度である平成29年度は、二次高調波の干渉イメージング装置を構築し、生体分子のイメージングにおいて、分子の極性をマッピングすることを実現した。当初の計画では、干渉のための参照光を試料を通さず検出器前で信号光と重ねる配置(非同軸配置)によって、干渉像を得ることを予定していたが、初年度の取り組みの結果、これが技術的に困難であることがわかった。そこで、当初の計画を変更し、参照光を試料前で励起光と重ね、励起光とともに試料中を通す配置(同軸配置)で、光学装置を構築した。トリプトファンの多結晶を干渉イメージングした結果、多結晶中のマイクロスケールのドメインの分極を、干渉パターン(インターフェログラム)の位相より、推定することを実現した。これを実現する過程において、環境要因の位相ドリフトを抑制するための、要素技術を提案・確立した。さらに、筋繊維中のサルコメア構造の観察にも応用し、サルコメア中のミオシンフィラメントの分極の周期構造を、位相分布として得ることに成功した。これらの実験を通して、二次高調波の干渉イメージングによって、生体分子のポラリティを可視化するという当初の目的を達成するに至った。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、生細胞や組織内の分子のポラリティを非染色で可視化する手法として、偶数次非線形コヒーレント光散乱の干渉イメージング技術の確立を目的とする。干渉によって光の位相を検出するため、分子の持つ分極率の符号や虚部を知ることができる。とくに本研究提案では、実数分極率の符号から、分子のポラリティを計測する。これを実現するために、世界で初めて、ビーム走査型の非線形散乱干渉イメージング法の確立に取り組む。過去に報告された干渉イメージングではステージ走査だったため、応用範囲は限定されていたが、ビームを走査することにより、生細胞内の高速イメージングが可能になる。研究期間内に、タンパク質フィラメント(微小管、アクチン、各種中間径フィラメント)の、細胞内におけるポラリティおよびその分布計測を行い、本手法の有効性を示したい。本手法で得られる分子情報は、他の光学顕微鏡法では得られない情報であり、生命科学に大きな波及効果が期待できる。初年度の平成28年度は、当初の計画通り、二次高調波の干渉イメージング装置の基礎光学系の構築に取り組んだ。細胞イメージングのために、ビーム走査と非同軸干渉計の配置を採用した。励起光を2光路に分岐し、一方はガルバノミラーシステムで走査しながら試料を照明し、もう一方は、リファレンス用の非線形結晶を照明し、試料からの高調波光と非線形結晶用からの高調波を検出器上で精密に重ねることで、干渉強度のインターフェログラムを取得し位相を算出する。しかしながら、スキャナでビームを走査するとき、ビームの光路の光学距離が変化することが大きな問題となり、これによる位相ずれを補正することが非常に難しいことがわかった。今後、干渉光学系を同軸型に変更することが必要という結論に至った。当初の計画では、初年度には、干渉イメージングの基礎光学系を完成させ、検証実験を行うことを目標としていた。しかしながら、予定していた光学系では、干渉イメージングの実現が困難であることがわかり、光学系の構成の変更を決断するに至った。この紆余曲折があったため、予定していた目標まで到達することができなかった。光学系構成を変更し、同軸型の干渉光学系の設計、構築に直ちに取り組み、進捗の遅れを取り戻す。計画どおり、干渉イメージング装置の分析能・感度・利便性を向上するために、以下の3つの技術の導入を実験的に検討する。(1)3次元ポラリティ計測のためにベクトルビーム技術。(2)感度向上のための増感剤として色素標識技術。(3)厚さのある試料の計測に応用するため後方散乱光での干渉計測。
植物寄生菌分類における寄生性とは〜植物内生性Phyllostictaの分類学的研究〜

植物内生性Phyllosticta(有性世代:Guignardia)の収集のため、多数の植物から健全な生葉を採集し、表面殺菌法を用いて菌の分離、培養を行った。その結果、武田薬品京都薬用植物園において採集した93種の植物のうち、約70%にあたる64種から本菌が分離された。また、広島県、沖縄県西表島および石垣島において採集した植物のうち40種からも本菌が分離された。これらの植物の中には、これまでPhyllostictaの宿主として報告のない植物も複数含まれ、本属菌の宿主範囲の広さがあらためて明らかとなった。分離株の形態については、宿主の異なる菌株間でも類似するものが多かった。種の同定も含め詳細な形態観察を今後も行っていく必要がある。本研究では、形態比較と同時にDNA多型による比較を試みた。プライマーとしてR2:5'-AGTACAGGTC、R4:5'-TCCTACGCAC、R28:5'-ATGGATCCGCの3種を用いて、RAPD法によって得られたPCR産物の電気泳動パターンを宿主の異なる菌株間で比較した。その結果、異なる宿主から分離された菌株間でも非常に類似したバンドパターンが認められ、それは科の全く異なる植物から分離された菌株間でも同様であった。RAPD法は種内のDNA多型を比較する上で有効とされ、その例として、ある菌種の病原性の異なる個体間の識別にも有効であるという報告がある。その点からも、今回供試したPhyllosticta属菌のDNA多型比較における類似性は、植物内生性の種および生理学的分化型の多様度が低い可能性を示唆するものである。今後、宿主に対し明らかに病原性を示すとされる他のPhyllosticta属菌とも慎重に比較検討する必要がある。本研究で明らかになったことは、これまで宿主特異的であるとされるがゆえに、宿主の違いが種の分類基準として重視されてきた本属を含む類縁の植物寄生菌の種を考える上でも興味ある知見と考えられる。
地球上の重要生産者である珪藻類の動態はウイルス感染の影響をどの程度受けるか

広島湾において珪藻とそれに感染するウイルスの挙動を解析した結果,両者は密接な生態学的関係を持つことが明らかとなった。また,珪藻の一種であるキートセロス・テヌイシマス感染する新規環状1本鎖DNAウイルスを分離することに成功した。これまでに分離された珪藻感染性RNAウイルスの分子系統解析を行った結果,それらは新しいウイルス属に分類され,これを国際ウイルス分類委員会に提唱した。珪藻ウイルスの現場動態をMPN法(限界希釈法)により広島湾で測定した結果,ウイルス出現量に季節的変動が認められた.しかしながら,とくにキートセロス属の種判別は困難であったため,宿主動態との関係にはさらなる検討が必要と思われた.この問題を解決するため,様々な珪藻種を分離培養し,各種遺伝子を標的とした塩基配列解析を行い,客観的な分子定量技術を開発するための基盤整備を行った.沿岸域ブルーム原因珪藻キートセロス・テヌイッシマス14株と同種感染性ウイルス9株との間で交差試験を行った.その結果,9株のウイルスの内2株が明らかに他ウイルス株と異なる宿主株感染特異性を示した.このことは本種個体群とウイルス個体群との間に複雑な感染-被感染性の関係を示すものと思われた.また感染特異性の異なる2株のウイルスは,いずれもDNAウイルスであることが明らかになった.その内1株を珪藻ウイルスCtenDNAV(粒径37±2nm)と命名しさらなる解析を行った結果,本ウイルスは38.5kDaの主要タンパク質を持つ環状1本鎖DNAウイルスであることが明らかになった.共通の珪藻宿主を持つゲノムタイプの異なるウイルス(RNA,DNA)の分離に成功したのは,本研究が初めてである.これまでに性状が明らかにされている珪藻感染性1本鎖RNAウイルス3種(CtenRNAV,RsRNAV,CsfrRNAV)のRNA依存性RNAポリメラーゼドメインを対象としたNJ法による系統学的解析を行った結果,それらは明らかな単系統を形成し,また塩基配列を用いたBLASTによる相同性解析でも,それらがお互いにきわめて近しい関係にあることが示された.以上の結果により,海洋環境中に進化的に近しい珪藻感染性ssRNAウイルスグループが存在するものと推定された.広島湾における珪藻Chaetoceros tenuissimusの動態をリアルタイムPCR法で定量的に測定するとともに、本種感染性ウイルスの動態をMPN法で推定した。その結果、ウイルスの現場における急激な増加は宿主のブルームを反映していることが明らかとなり、両者の動態には密接な生態学的関係があるものと推察された。昨年度分離に成功したC.tenuissimus感染性ウイルスCtenDNAVの全塩基配列の決定に成功した。本ウイルスゲノムは5639ベースの環状1本鎖DNAであり、そのうち875ベースが二本鎖DNAで構成されていることが明らかとなった。塩基配列に基づいた4通りの組合せによるPCR試験においても、本ウイルスゲノムが環状構造であることが支持された。本ウイルス粒子は感染の過程において、宿主細胞の核内に蓄積されることが透過型電子顕微鏡による観察で明らかとなった。また、ウイルス感染した宿主細胞の核内には成熟したウイルス様粒子の他にロッド状粒子が存在することも確認されたが、本粒子の感染過程における役割等その詳細の解明にはさらなる検討が必要であると考えられた。増殖試験の結果からは、本ウイルスのバーストサイズは宿主細胞当たり360感染単位であることが推察された。これまでに性状が明らかにされている珪藻感染性1本鎖RNAウイルス3種(CtenRNAV,RsRNAV,CsfrRNAV)のRNA依存性RNAポリメラーゼドメインを対象としたML法による系統学的解析を行った結果、それらは明らかな単系統を形成した。昨年度実施したNJ法による結果とあわせ、本ウイルスグループを珪藻感染性RNAウイルス属(Bacillarnavirus属)として国際ウイルス分類委員会に提唱した。以上の結果より、海洋環境中に進化的に近しい珪藻感染性ssRNAウイルスグループが存在するものと推定された。
ヤムイモ類における沈降性アミロプラストとオーキシンが関わる塊茎形状成立機構の解明

本研究者はこれまで、ナガイモ塊茎の頂端部に重力方向へ沈降するアミロプラストが局在することを発見した。植物の根は、頂端部の沈降性アミロプラストを含む根冠で重力方向を感受することを起点とし、オーキシンの根内分布を制御して形態形成に至ることが知られている。そこで本研究は、1.「沈降性アミロプラストと塊茎形状成立との関係」および2.「オーキシンと塊茎形状成立との関係」を明確化し、更に3.「塊茎形状成立に関わるシグナル伝達の仕組み」も検証することで、ヤムイモ類塊茎の形状成立機構を包括的に理解することを目的とする。平成30年度の実施研究では、沈降性アミロプラストと塊茎形状成立との関係性を更に明確化するため、ナガイモ系園芸試(細長い形状)、ツクネイモ(球状)、イチョウイモ(扁平状、イチョウ葉状)の各塊茎について横倒しさせるなどの重力刺激処理を行った。その結果より、塊茎の皮層に含まれるアミロプラストの数・量や分布の差異が、塊茎形状や重力応答性の差異の発現に関与している可能性が示された。また、本年度では、オーキシンなどの植物ホルモンと塊茎形態形成との関係性を明らかにするために、異なる形状の塊茎間の植物ホルモンの存在量の違いや形成中の塊茎頂端部にオーキシンやその阻害剤を含ませた寒天板を接触させた際の塊茎形状と沈降性アミロプラストの局在・数量の各変動について調査した。その結果、オーキシンと塊茎形成との間に認められる関係性を示すデータを得られつつある。平成30年度の実施計画では、ナガイモ系園芸試(細長い形状)、ツクネイモ(球状)、イチョウイモ(扁平状、イチョウ葉状)を用いて、各塊茎について横倒しさせるなどの重力刺激処理を行い、塊茎の皮層に含まれるアミロプラストの数・量や分布の差異が、塊茎形状や重力応答性の差異の発現に関与している可能性を学会で報告し、沈降性アミロプラストと塊茎形状の成立との関係性について更なる理解を深めた。一方、オーキシンなどの植物ホルモンと塊茎形態形成との関係性を明らかにするための調査では、オーキシンと塊茎形成との間に認められる関係性を示す興味深いデータを得られつつあるものの、データの再現性がやや不安定であった。引き続き、反復試験を進めて検証する必要がある。オーキシンなどの植物ホルモンと塊茎形状成立との関係性については、反復試験を繰り返し、より精度を高めた解析が必要である。引き続き、形状の異なる塊茎や重力刺激した塊茎を用いて、解析を進めていく。また、重力感受する根冠のコルメラ細胞では、アミロプラストの沈降により刺激された小胞体の中のCaがシグナル伝達物質として放出されると考えられている。また、細胞骨格のアクチンフィラメントは、細胞小器官の配置や移動に関わりがあり、重力感受・屈性の機構に関わると考えられている。現在、ローダミン-ファロイジン染色試薬などのアクチン検出蛍光試薬を用い、異なる形状の塊茎や人為的に横倒し・倒置・回転した際の塊茎におけるアクチンフィラメントの配置や変化について観察を進めている。また、エネルギー分散型X線分析法を用いて、塊茎先端部の細胞内のCa微細局在とその動態について反復を繰り返して解析し、沈降性アミロプラストを起点とする重力刺激の感受・伝達・屈性の仕組みについて調査を進める。

平成30年度の実施計画では、ナガイモ系園芸試(細長い形状)、ツクネイモ(球状)、イチョウイモ(扁平状、イチョウ葉状)を用いて、各塊茎について横倒しさせるなどの重力刺激処理を行い、塊茎の皮層に含まれるアミロプラストの数・量や分布の差異が、塊茎形状や重力応答性の差異の発現に関与している可能性を学会で報告し、沈降性アミロプラストと塊茎形状の成立との関係性について更なる理解を深めた。一方、オーキシンなどの植物ホルモンと塊茎形態形成との関係性を明らかにするための調査では、オーキシンと塊茎形成との間に認められる関係性を示す興味深いデータを得られつつあるものの、データの再現性がやや不安定であった。引き続き、反復試験を進めて検証する必要がある。オーキシンなどの植物ホルモンと塊茎形状成立との関係性については、反復試験を繰り返し、より精度を高めた解析が必要である。引き続き、形状の異なる塊茎や重力刺激した塊茎を用いて、解析を進めていく。また、重力感受する根冠のコルメラ細胞では、アミロプラストの沈降により刺激された小胞体の中のCaがシグナル伝達物質として放出されると考えられている。また、細胞骨格のアクチンフィラメントは、細胞小器官の配置や移動に関わりがあり、重力感受・屈性の機構に関わると考えられている。現在、ローダミン-ファロイジン染色試薬などのアクチン検出蛍光試薬を用い、異なる形状の塊茎や人為的に横倒し・倒置・回転した際の塊茎におけるアクチンフィラメントの配置や変化について観察を進めている。また、エネルギー分散型X線分析法を用いて、塊茎先端部の細胞内のCa微細局在とその動態について反復を繰り返して解析し、沈降性アミロプラストを起点とする重力刺激の感受・伝達・屈性の仕組みについて調査を進める。
自己集約型部分空間マイニングに基づく進化的ナース・スケジューリング法の確立

本研究の目的は,看護師の勤務表作成を最適化問題として解くための新しい進化的計算法を開発することである.具体的には,自己組織化マップを再生に用いた遺伝的アルゴリズムを用いた探索空間の可視化手法を提案し,最適化問題の形状や性質を2次元空間上で視覚的に捉えることが可能となった.また,粒子群最適化法に基づく探索法,分散遺伝的アルゴリズムを用いた探索法について提案し,これらの手法の有効性を確認することができた.本研究の目的は,看護師の勤務表作成を最適化問題として解くための新しい進化的計算法を開発することである.具体的には,自己組織化マップを再生に用いた遺伝的アルゴリズムを用いた探索空間の可視化手法を提案し,最適化問題の形状や性質を2次元空間上で視覚的に捉えることが可能となった.また,粒子群最適化法に基づく探索法,分散遺伝的アルゴリズムを用いた探索法について提案し,これらの手法の有効性を確認することができた.本研究では,多種多様な制約条件下において熟練作成者の知識を探索に直接利用可能なナース・スケジューリングアルゴリズムを進化的計算法に基づいて開発する.本研究は具体的に,1)記号データによって構成された看護師勤務表から学習によって特徴的かつ普遍的な組み合わせの部分パターン集合を自動的に抽出するアルゴリズムの開発,2)1)のナース・スケジューリング問題への適用,の2つの要素にわかれる.今年度は,まず1)のアルゴリズムを開発するため,熟練者によって作成された看護師勤務表データの収集を行った.次に,このデータを用いて,自己組織化マップ(数値ベクトルを量子化するためのアルゴリズム)を用いて,勤務表内の局所的規則の抽出と解析を行った.ここで,看護師勤務表に含まれる記号データの数値化とその距離尺度を算出するための方法として,ハミング距離やG.Hintonらによって提案された確率的近傍埋め込み(Stochastic Neighbor Embedding)法などの検討を行った.検討の結果を踏まえ,記号データの数値化およびその距離尺度の算出においては,今後引き続き調査する必要がある.また,2)においてナース・スケジューリング問題へ適用するための進化的計算アルゴリズムの開発を行った.ここでは,複数の個体集団を取り扱うことが可能な分散遺伝的アルゴリズムと,社会学に基づいて開発された粒子群最適化法(Particle Swarm Optimization)に基づく新たな進化的計算アルゴリズムの開発を行い,その性能評価を行った.本研究では,多種多様な制約条件下において熟練作成者の知識を探索に直接利用可能なナース・スケジューリングアルゴリズムを進化的計算法に基づいて開発する.今年度は,主に,ナース・スケジューリング問題へ適用するための進化的計算アルゴリズムの開発と性能評価を行った.まず,個体長の異なる複数の集団を取り扱うことが可能な分散遺伝的アルゴリズム(Distributed Genetic Algorithm : DGA)の性能評価を行った.次に,生体の群れ行動に着想を得た解探索法である粒子群最適化法(Particle Swarm Optimization : PSO)に基づく新たな進化的計算アルゴリズムの改良とその性能評価を行った.性能評価に関しては,実数を扱うベンチマーク問題を使用し,探索回数および計算量について,従来手法との比較・検討を行った.実験の結果,提案するPSOを用いることにより,従来と同程度の計算量で,従来よりも短時間で良質な解を求めることができることを明らかにすることができた.また,記号データに関する提案手法の有効性についても検討を行った.また,自己組織化マップ(数値ベクトルを量子化するためのアルゴリズム)(Self-Organizing Map : SOM)を選択・淘汰に用いたGAの開発と改良を行った.具体的には,SOMを用いて,次世代に残す個体の配置を決定するとともに,解探索空間および探索過程を可視化する方法を提案した.提案手法を用いることにより,個体集団の多様性や探索空間の複雑さや解の収束性について,視覚的に情報を得ることが可能となった.本研究では,多種多様な制約条件下において熟練作成者の知識を探索に直接利用可能なナース・スケジューリングアルゴリズムを進化的計算法に基づいて開発する.今年度も,昨年度に引き続き,主に,ナース・スケジューリング問題へ適用するための進化的計算アルゴリズムの開発と性能評価を行った.まず,昨年度開発した個体長の異なる複数の集団を取り扱うことが可能な分散遺伝的アルゴリズム(Distributed Genetic Algorithm : DGA)の性能評価と一般化を行った.具体的には,一般的な最適化問題に提案アルゴリズムを適用し,提案手法の探索性能を評価するとともに,アルゴリズムの微修正を行った.次に,生体の群れ行動に着想を得た解探索法である粒子群最適化法(Particle Swarm Optimization : PSO)に基づく新たな進化的計算アルゴリズムの性能評価を行った.具体的には,実数を扱うベンチマーク問題を用いて性能評価を行い,探索回数と計算量について,従来手法との比較・検討を行った.また,離散データへの拡張についても検討を行った.実験の結果,提案するPSOを用いることにより,従来と同程度の計算量で,従来よりも短時間で良質な解を求めることができることを明らかにすることができた.また,昨年度開発を行った自己組織化マップ(Self Organizing Map : SOM,数値ベクトルを量子化するためのアルゴリズムのひとつ)を選択・淘汰に用いたGAを用いて,様々なベンチマーク問題の解空間とその内部における探索過程の可視化を行った.さらに,個体に変動を与えることにより,GAの探索効率が向上することを発見し,様々な最適化問題についてその有効性を確認することができた.
デュアル光格子時計を用いた、黒体放射の影響を受けない合成時計周波数の実証

本研究では、光格子時計における最大不確かさ要因である黒体放射による周波数比シフトを回避するために、同時に二台の光格子時計が稼働可能なシステムを開発することを目的とした。同一の真空容器においてSrおよびYbの同時磁気光学トラップに成功し、それぞれの魔法波長による光格子に導入することに成功した。さらにそれぞれの時計遷移の観測にも成功した。本年度の前半では、昨年度までに立ち上げたSr光格子時計を用いた実験を行った。まず、Sr光格子時計の不確かさ評価をinterleave法により行った。光格子時計自体の不確かさは3.8x10^-16であった。この結果は、絶対周波数測定の結果と合わせ、Applied Physics Expressに掲載された。さらにSr光格子時計と既存のYb光格子時計を同時に稼働し、二つの光格子時計の時計遷移の周波数比計測を行った。それぞれの光格子時計の絶対周波数計測を行う場合と比較し、同程度の不確かさの測定結果をおよそ1/10の積算時間で得ることに成功した。この実験は、世界で初めて二台の異種光格子時計を用いた周波数比計測の実験であり、実験結果はOptics Expressに掲載された。本年度後半からは、Sr光格子時計を実現している真空装置を用いてYb光格子時計の立ち上げに取り掛かった。まず、二つの原子種のスピン許容遷移を用いた同時磁気光学トラップを行った。Ybの磁気光学トラップ用レーザー(399nm)によりSr原子のイオン化がおこり、捕獲されるSr原子の数が減少するものの、およそ10^6個のSrおよびYbの同時磁気光学トラップに成功した。さらに、スピン禁制遷移を用いた同時磁気光学トラップにも成功した。二種類のアルカリ土類金属様原子の同時磁気光学トラップは世界初の成果であり、デュアル光格子時計の実現に向けた大きな一歩である。本研究を遂行するにはSr光格子時計とYb光格子時計を同一真空槽中で実現する必要がある。そこで、本年度はYb光格子時計と両立可能なSr光格子時計を立ち上げる事に最も注力した。Sr光格子時計の性能を評価するために、時計遷移を分光し絶対周波数計測を行った。本研究の一つの特色として、時計レーザーを線幅転送により実現する事が挙げられる。本来、「線幅転送」による時計レーザーの開発は来年度以降の予定であったが、これを前倒しして行った。光共振器により線幅狭窄化された1064nmのNd:YAGレーザーの線幅を高速制御可能な光周波数コムを用いることで698nmの半導体レーザーの線幅を狭窄化することに成功した。そして、線幅転送法により狭窄化された半導体レーザーを用いた光格子中のSr原子の時計遷移の分光にも成功した。このシステムを用いて時計遷移の絶対周波数計測も成功した。当初の計画では、磁気光学トラップまでしか想定していなかったので、冷却Sr原子を光格子中に捕獲し、精密分光出来た事は想定を大きく上回る成果である。Yb光格子時計ための光源開発については、一次冷却光源用レーザーの基本波となる798nmのレーザー及びテイパードアンプ(TA)の製作を終了し、第二次高調波を発生させるために光共振器を設計・製作し399nmの光を発生することにも成功した。また、光格子用759nmのレーザー及びTAの製作も終了し、Yb光格子時計に必要な全ての光源の製作が終了した。本年度は、まず昨年度に成功したSrおよびYbの同時磁気光学トラップの最適化を行った。同時磁気光学トラップ中のYbの原子数を増やすために、399nm光源の高強度化を行った。具体的には、399nmLDチップに自作ECDLから出力された光を入射し、injection lock法により200mW以上の出力を得ることに成功した。これにより禁制遷移によるSr/Yb同時磁気光学トラップ中でも10^5個程度のYb原子をトラップすることに成功した。さらに、それぞれの魔法波長(Yb;759nm, Sr;813nm)のレーザー光を磁気光学トラップされた原子集団に照射し、二つの原子を同時に光格子中に導入することに成功した。本研究の技術的な肝は、それぞれの光格子レーザーがもう片方の原子に当たらないようにわずかに離れた位置に二種類の原子を光トラップすることである。当初の研究計画通りSr用光格子レーザーを鉛直方向、Yb用光格子レーザーを水平方向より入射し、ねじれの関係にある光格子レーザーにそれぞれの原子をトラップすることに成功した。また、所属研究機関で開発された“狭線幅光周波数コム"にSrおよびYbの時計遷移をプローブするためのレーザー(時計レーザー)を位相同期し、狭線幅化を行った。共通の狭線幅光周波数コムに位相同期することで時計レーザーの短期の周波数ノイズがキャンセルされ、測定の安定度向上が期待できるシステムを構築した。さらに光格子中に捕獲されているSrおよびYb原子の時計遷移の観測にも成功した。観測された時計遷移の線幅はともに20Hz程度であり、これは照射している時計レーザーの照射時間で決まるフーリエ限界線幅であった。

量子エレクトロニクス今年度までにスピン禁制遷移を用いたSr/Yb同時磁気光学トラップに成功した。Srに関しては昨年度までの研究ですでに時計遷移の分光ができている。Ybに関しても既に光格子用光源の準備はできているため、二つの原子種を同時に光格子中に捕獲するデュアル光格子時計の実現の目前まで来ているといえる。当初の計画では、光格子による冷却原子の捕獲は想定していなかった。しかしながら、Sr光格子時計のシステムの開発、特に線幅転送による時計レーザーの開発が順調に進んだため、当初の計画を前倒しして、Sr原子の時計遷移の絶対周波数計測を行う事に成功した。一方、Sr光格子時計の開発に時間を割いたため、Sr/Ybの同時磁気光学トラップの実験は来年度以降にずれ込んでしまった。しかし、当初計画では来年度以降に開発を予定していたレーザー光源を含めて全ての光源開発を終了した事は大きな成果であり、当初の計画以上に進展している。本年度の研究により、YbおよびSrのスピン禁制遷移を用いた同時磁気光学トラップに成功した。これにより、二つの光格子時計を一つの真空槽中で実現する目処がついた。そこでまず、来年度早々には、Ybの時計遷移の観測を行う。そして、その絶対周波数測定および不確かさ評価を行う。その後、Sr光格子時計用のレーザーも同時に使用して、同一真空槽中で二つの光格子時計が稼働できるシステムを目指す。すなわち、同時に二つの原子種の時計遷移を観測できるようにする。この時、それぞれの時計レーザーは同一の光周波数コムによる線幅転送により実現されているようにする(初年度の研究で実証済み)。そして、それぞれの時計遷移に時計レーザーを安定化し、その信号から真空装置の温度が変わっても変化しない、合成魔法周波数があることを示す予定である。本年度の研究により、Yb光格子時計と両立可能なSr光格子時計のシステムを立ち上げる事に成功した。そこで来年度は、Yb光格子時計の立ち上げに専念する。既に光源の開発はおおむね終了している。そこで、レーザー冷却や時計遷移分光のためのレーザーを光周波数コムなどの周波数基準に周波数安定化する事から始める。これらの技術は、前年度までの研究で技術的に確立したため順調に進むと考えられる。8月頃までにはレーザー冷却されたYb原子を光格子中に捕獲し、12月頃までにはYb光格子時計の絶対周波数計測を行う予定である。その後、SrとYb光格子時計を交互に動作できるようなシステムの開発をスタートする。Yb光格子時計のために必要な光学素子の購入する。また、周波数安定化を行うための光周波数コムをもう一台立ち上げる必要があるため、そのためのポンプ用レーザー光源などを購入する。その他、周波数安定化に必要な電気回路やサーボコントローラを購入する予定である。サーボコントローラは、市販品を購入する方が手軽だが、節約のため自作する事も検討している。また、二つの光格子時計のタイミングを制御するためのコンピューター制御のためのプログラムやシステムの購入も検討している。
下部延髄における喉頭反射弓の検討

昨年と同様の方法でさらに15匹のネコを用いて喉頭の電気刺激を行った標本を作製した。解析は、昨年度に作成した標本を会わせて、喉頭電気刺激標本を20匹、対照標本5匹を用いて行った。上喉頭神経を電気刺激してから声門閉鎖反射が起こるまでの潜時は、7ミリ秒4匹、8ミリ秒4匹、9ミリ秒7匹。10ミリ秒以上が5匹であった。Fos陽性細胞出現部位は、電気刺激群、対照群ともに延髄孤束核、網様体、疑核、三叉神経脊髄路核に多かった。電気刺激群では、このほかに前庭神経核、迷走神経背側運動核、最後野、外側網様核、後疑核にも出現した。電気刺激群では、刺激側のFos陽性細胞数が、非刺激側と比較して有意に多くなっていた。電気刺激群が対照群と比較して、Fos陽性細胞数が明らかに多かったのは、孤束核、網様体、疑核であった。この3部位でのFos陽性細胞数は、孤束核、網様体、疑核の順に減少していた。コレラトキシンで標識された甲状披裂筋支配運動ニューロンは、舌下神経核吻側端の尾側よりの部位より、下オリーブ核尾側部の範囲に出現し、疑核内ほぼ中央に散在性に小から中型細胞(短径50μm以下)として認められた。疑核内では、Fos陽性細胞と一致した細胞が認められた。運動ニューロンの樹状突起は疑核背外側方向に伸展し、主に網様体の孤束核腹側部でFos陽性細胞と接触した所見が認められた。これらの結果から、喉頭閉鎖反射の孤束核から疑核まで至る伝達系路の一つとして、下部延髄網様体の介在ニューロンが作用していることが確かめられた。また、喉頭閉鎖反射には、上喉頭神経を刺激してから喉頭閉鎖が起こるまでの潜時が長い場合があり、下部延髄のみでなく、高位の中枢を介する反射経路も存在すると考えられた。本年度の研究は、主にネコを実験対象動物とした標本作製と、一部研究の標本で標本の解析を行っている。今年度の標本作成では、ネコ10匹を用いた。まず、状披裂筋支配運動ニューロン標識を行った。深麻酔科に気管切開を行い、開口部より声門下腔を手術用顕微鏡で確認しながら右甲状披裂筋にコレラトキシンを注入した。気管口は縫合閉鎖し、48時間から72時間の生存期間をおいた。再度深麻酔を行い、右上喉頭神経内枝を露出させ、双極の刺激電極を置いた。また、甲状披裂筋には、誘発される筋電図を確認するための双極電極を置いた。上喉頭神経に0.02-0.06mA、dulation0.3ms、0.5Hzの電気刺激を行い、甲状披裂筋の誘発筋電図を記録した。上喉頭神経刺激から甲状披裂筋の誘発筋電図がでるまでの潜時と、誘発筋電図の波形を確認して、1時間電気刺激を持続した。対照の標本はネコ5匹を用いて作成した。対照では、コレラトキシン注入、上喉頭神経、甲状披裂筋への電極留置は同様に行ったが、電気刺激は行わなかった。刺激終了後、ザンボニー液にて灌流固定し、延髄を摘出。延髄全体について、水平断の連続切片を厚さ50μmで作成した。これを、抗コレラトキシン抗体を第一抗体としたABC法と抗Fos抗体を第一抗体としたABC法の二重染色をおこなった。標本作成に引き続き一部標本で解析も行っている。上喉頭神経を刺激してから、喉頭の声門閉鎖が起こるまでの潜時は、7m秒から13m秒まで認められたが、9m秒以下の標本が大半であった。Fos陽性細胞は、孤束核、網様体、疑核、三叉神経脊髄路核に多く認めた。この他に、前庭神経核、迷走神経背側運動核、最後野、外側網様核、後疑核にも陽性細胞が出現した。電気刺激群と対照群の標本を比較すると、孤束核、網様体、疑核の周辺で電気刺激群のFos陽性細胞数が多い傾向が認められた。来年度は標本数を追加作成し、より詳しい解析を行う予定である。

コレラトキシンで標識された甲状披裂筋支配運動ニューロンは、舌下神経核吻側端の尾側よりの部位より、下オリーブ核尾側部の範囲に出現し、疑核内ほぼ中央に散在性に小から中型細胞(短径50μm以下)として認められた。疑核内では、Fos陽性細胞と一致した細胞が認められた。運動ニューロンの樹状突起は疑核背外側方向に伸展し、主に網様体の孤束核腹側部でFos陽性細胞と接触した所見が認められた。これらの結果から、喉頭閉鎖反射の孤束核から疑核まで至る伝達系路の一つとして、下部延髄網様体の介在ニューロンが作用していることが確かめられた。また、喉頭閉鎖反射には、上喉頭神経を刺激してから喉頭閉鎖が起こるまでの潜時が長い場合があり、下部延髄のみでなく、高位の中枢を介する反射経路も存在すると考えられた。
DNAマーカーによるサンゴの種分類と雑種検定

本研究では一斉産卵に伴うミドリイシサンゴの種分岐と遺伝子移入に関する問題を、形態分類とDNA分類と生殖隔離とから検証することを試みた。まず指標となる遺伝子として、ミニコラゲン遺伝子をミドリイシ2種から単離し全長5千塩基にわたりその配列を決定した。その比較にもとづいてミドリイシ属内各種に対してPCRによる増幅が可能な領域を予想してプライマーを設計した。そのプライマーを用いてミドリイシサンゴ14種から、ミニコラゲン遺伝子の第2エクソンから第3エクソンにまたがる約500塩基の増幅に成功した。得られた塩基配列の違いに基づく種内多型と種間変異を定量的に算出した。一方ミドリイシサンゴ各種の種内および種間の交配実験を行なって生殖隔離の程度を確認した。その結果、1.A. nasutaは形態的に似ている種との間で実験的に種間交配があり、しかもミニコラゲン遺伝子の変異が種間よりも種内の方が多く、種間交雑による遺伝子移入の可能性が示唆された、2.形態的に全く異なるA. nasutaとA. formosaの2種は高頻度に受精し、しかもA. formosaのミニコラゲン遺伝子配列はA. formosa独自のものとA. nasuta類似のものとを合わせ持つことから、A. formosaはA. nasutaと未知の種との雑種である可能性が示唆された、3.テーブルサンゴの優占種A. hyacinthusではミニコラゲン遺伝子の変異は少ないにも関わらず、種内で受精する組み合わせが少なく、種内で生殖隔離が急速に進行していることが示唆された。ミドリイシ属サンゴの種間系統関係の遺伝的多様性を調べるために分子分類法を適用した。まず指標となる遺伝子として、刺胞カプセル構成分子をコードするミニコラゲン遺伝子をミドリイシサンゴ2種(A.donei,A.nasuta)のゲノムからクローン化してその遺伝子構造を明らかにした。この遺伝子は3つのエクソンからなり、塩基配列は2種間で非常によく似ていた。また予想される遺伝子のアミノ酸配列は、ヒドラのミニコラゲンと構造上の特徴はよく保存されていた。次いでミドリイシ属サンゴ14種47群体の精子DNAから、ミニコラーゲン遺伝子の第2エクソンから第3エクソンにまたがる領域約500塩基対をPCR法によって増幅し塩基配列を決定した。得られた塩基配列に基づいて分子系統樹を作製した結果、以下の知見が得られた。(1)ミドリイシ属14種は3つの近縁グループに分類できて、従来の形態分類とおおまかに一致した。しかし鹿角状と散房花状といった外見上大きな形態の違いが分子分類とは一致しなかった。(2)集中的に解析した2種(A.nasuta,A.secale)では、塩基配列の種間変異が低い一方で種内多型が高いことが分かった。キイロショウジョウバエと比較して、種間変異が10分の1以下、種内多型が数倍程度である。このことはこれらの種間で交雑による遺伝子浸透がある可能性を示唆する。一方実験的に交配を行なった結果、上記の2種A.nasutaとA.secaleの間で低頻度ながら交雑が観察された。ミドリイシサンゴは狭い海域内で多くの種が同時刻に一斉に産卵するため種間交雑の起きる確率が高いが、これまでの研究結果から自然界でも種間交雑が起こっている可能性が示唆された。そのプライマーを用いてミドリイシサンゴ全種から、ミニコラゲン遺伝子の第2エクソンから第3エクソンにまたがる約500塩基の増幅に成功した。

一方ミドリイシサンゴ各種の種内および種間の交配実験を行なって生殖隔離の確認を行なった。その結果、(1)A.nasutaに形態的に似ている種の間で実験的に種間交雑があり、しかもミニコラゲン遺伝子の変異が種間よりも種内の方が多く、種間交雑による遺伝子移入の可能性が示唆された、(2)形態的に全く異なるA.nasutaとA.formosaの2種間で高頻度に受精し、しかもA.formosaの遺伝子配列はA.formosa独自のものとA.nasutaに類似するものとに分離したことから、A.formosaはA.nasutaと未知の種との雑種の可能性も示唆さた、(3)テーブルサンゴの優占種A.hyacinthusではミニコラゲン遺伝子の変異はさほど多く無いのにも関わらず、種内で受精する組み合わせが少なく、種内で生殖隔離が急速に進行していることが示唆された。支配実験で得られた幼生からDNAを抽出してミニコラゲン遺伝子の配列を調べ、いずれも両親から1本づつ由来する配列が確認できた。
酸化ストレス誘導性の肝腫瘍原性遺伝子に関する機能解析：分子標的治療への基礎的検討

肝発癌は様々な原因の持続的肝傷害に関連し、異なる発癌過程を経る。共通の病因は酸化ストレスへの持続的曝露であり、酸化ストレス誘導性遺伝子群に最も共通して関与する肝腫瘍原性遺伝子があり得る。IQGAP1のノックダウンは遊走能・浸潤能が低下する細胞株としない細胞株があり、高発現株はより低分化で遊走能・浸潤能が高く、IQGAP1の関与が強かった。Vimentinも異なる細胞株で中心的役割を果たしており、遊走能・浸潤能の低下には違った遺伝子をノックダウンする必要がある。また腫瘍促進性のIQGAP1が腫瘍抑制的に作用することもあり、細胞依存性やマイクロRNA依存性に両面の性質をもつ可能性がある。膨大な数の遺伝子が肝発癌への関連を示唆されている。肝発癌の原因となる肝炎ウイルスや種々の慢性肝疾患は、その発癌過程に分子生物学的な相違を指摘されている。共通の病態は長期の炎症状態と持続的な酸化ストレスへの曝露である。持続的酸化ストレス状態から誘導される遺伝子は、多様性のある多段階的肝発癌に最も共通している肝腫瘍原性遺伝子であると考えられる。本研究の目的は、申請者が報告してきた酸化ストレス誘導性の肝腫瘍原性遺伝子の機能解析を行うことである。酸化ストレス誘導性の肝腫瘍原性遺伝子のうち、IQGAP1及びvimentinに関してはヒト肝癌細胞株についてmRNA/蛋白の発現状況を詳細に調べた。IQGAP1あるいはvimentinが高発現している細胞株において各遺伝子に対するsiRNA導入により効率良くknockdownする系を確立している。これらの遺伝子がknockdownされることで変動する関連遺伝子についてmRNA/miRNAの網羅的解析を行った。膨大な遺伝子情報はGEOに登録するところである。現在、さらにmRNAとmiRNAとの相互関連性について詳細な検討を行っている。遊走能・浸潤能のある細胞株に対するIQGAP1のknockdownは、そのactivityが著しく低下する細胞株とそれ程低下しない細胞株が観察されている。IQGAP1高発現細胞株はより低分化で遊走能・浸潤能が高く、その中心的役割をIQGAP1が担っていると考えられた。それ以外に遊走能・浸潤能を調整している遺伝子も検討している。Vimentinも異なる細胞株で中心的役割を果たしていることが示唆され、遊走能・浸潤能の低下には違った遺伝子をknockdownすることが有効であると考えられた。肝発癌は持続的肝傷害や線維化と密接に関連しており、その発癌過程は多段階的であり、膨大な数の遺伝子が複雑に相互関連している。持続的な肝傷害の原因も肝炎ウイルスや脂肪性・アルコール性など様々で、その発癌過程に分子生物学的相違が指摘されている。しかし長期の炎症状態と持続的な酸化ストレスへの曝露は共通の病態であり、そのような状態から誘導される遺伝子の一部は、多様性のある多段階的肝発癌に最も共通して関与する肝腫瘍原性遺伝子の可能性は高い。本研究の目的は、申請者が報告してきた酸化ストレス誘導性肝腫瘍原性遺伝子の機能を解析することである。酸化ストレス誘導性の肝腫瘍原性遺伝子のうち、申請者が注目してきたIQGAP1及びvimentinのヒト肝癌細胞株におけるmRNA/蛋白発現状況を明らかにした。各々が高発現している細胞株においてsiRNA導入により効率良くknockdownする系を既に確立した。これらの遺伝子がknockdownされることで変動する関連遺伝子についてmRNA/microRNAの網羅的解析を行い、詳細な解析後に公的機関に登録する。更にmRNAとmicroRNAとの相互関連性について詳細な検討を行っている。遊走能・浸潤能のある細胞株に対するIQGAP1のknockdownは、その活動能が著しく低下する細胞株とそれ程低下しない細胞株に分かれた。IQGAP1高発現株は、より低分化で遊走能・浸潤能が高く、その中心的役割をIQGAP1が担っていると考えられた。Vimentinも異なる細胞株で中心的役割を果たしていることが示唆され、遊走能・浸潤能の低下には違った遺伝子をknockdownすることが有効と考えられた。最近、腫瘍促進性のIQGAP1が、大腸癌の転移性肝癌を抑制する可能性が新たに報告された。そのため、延長申請した最終年度は発癌促進・抑制の両面から検討する。肝発癌に関連し得る遺伝子の報告は膨大な数に上る。その中でも長期の持続的な酸化ストレスへの曝露で誘導される遺伝子は、多段階的で多様性のある肝発癌に共通性の高い根幹的な肝腫瘍原性遺伝子であると考えられる。

当該年度は、酸化ストレス誘導性の肝腫瘍原性遺伝子のうち、IQGAP1、vimentin、CTGFに焦点を絞った。7種類のヒト肝癌細胞株について前述の遺伝子のmRNA/蛋白の発現状況を詳細に調べた。各種細胞株に対し各遺伝子に対するsiRNA導入の工夫・至適条件の検討を行った結果、各遺伝子を効率良くknockdownする系を確立できた。これらの遺伝子がknockdownされることで、関連する遺伝子も動的に変化すると予想される。そこで、siRNA導入前後での遺伝子変動に関して、mRNA/microRNA(miRNA)の網羅的解析を行った。膨大な情報量、mRNAとmiRNAとの相互関連性について現在解析中である。遊走能・浸潤能の高い細胞株に対するIQGAP1のknockdownは、そのactivityを著しく低下させることを確認している。そのIQGAP1に比して、vimentinやCTGFのknockdownによる遊走能低下は有意に弱く、遊走能(癌転移)阻止にはIQGAP1のknockdownが有効と考えられた。しかし、CTGFのknockdownは浸潤能に影響を及ぼし、vimentinのknockdownはMET現象に関連していることがepithelial/mesenchy- malmarkers及び形態学的変化から示唆された。ただし、EMT/MET現象に関してはcontroversialであり、更に検討を進めている。肝発癌は様々な原因による持続的肝傷害と密接に関連しているが、分子生物学的な発癌過程は原因により異なり、種々の遺伝子が複雑に相互関連している。しかし、その共通の病態は長期の炎症状態と酸化ストレスへの持続的曝露であり、酸化ストレス誘導性遺伝子群の中に多様性のある多段階的発癌に最も共通して関与する肝腫瘍原性遺伝子がある可能性は高い。本研究の目的は、申請者が報告してきたIQGAP1やvimentinの肝腫瘍原性遺伝子としての機能解析を行うことである。種々のヒト肝癌細胞株におけるmRNA/蛋白発現状況を明らかにした。遊走能・浸潤能のある細胞株に対するIQGAP1のknockdownは、その活動能が著しく低下する細胞株とそれ程低下しない細胞株に分かれた。IQGAP1高発現株は、より低分化で遊走能・浸潤能が高く、その中心的役割をIQGAP1が担っていると考えられた。Vimentinも異なる細胞株で中心的役割を果たしていることが示され、遊走能・浸潤能の低下には違った遺伝子をknockdownする必要性があると考えられた。高発現細胞株でknockdownにより変動する関連遺伝子についてmRNA/miRNAの網羅的解析を行い、興味深い所見が得られた(登録・投稿中)。Putative miRNA targetsが逆相関している遺伝子に関して、遊走能・浸潤能に関与する細胞内遺伝子の動態解析、特にmRNAとmiRNAの相互関連性と調整機構について検討した結果、腫瘍促進性のIQGAP1が抑制的に作用する可能性も示唆され、細胞依存性やpartner遺伝子依存性に両面の性質をもつ可能性が明らかになった。
惑星間塵と始原的隕石の成因的関係:分析電子顕微鏡による研究

今年度は,後期になって新たに電子顕微鏡が導入されたため,それによる微粒子の観察,分析環境を整備することを優先せざるを得なかった。そのため,惑星間塵よりも比較的試料も多く,また取り扱いやすい炭素質コンドライトの研究に重点を置いた。1.始原的微粒子と水との反応を調べる目的で,変成作用を最も受けていないアエンデCV3隕石を水熱変成実験にかけ,組織・化学組成の変化を電子顕微鏡で調べた。これは彗星内での変成作用にも関係して問題である。隕石内の特定の鉱物が,数種類の層状ケイ酸塩に変化していることがわかり,隕石で見られるような様々な水質変成の組織が観察された。現在,実験条件を変えて生成鉱物,および化学組成の変化を追跡しているところである。2.3つのCOタイプ炭素質コンドライトのCAIを調べ,隕石ごとにCAI中のネフェリンの存在量が大きく異なることを見出した。そして,ネフェリンの存在量は,CO隕石の熱変成度と良い一致を示すことがわかった。これまで,CAI中のネフェリンは低温になった原始星雲ガスとの反応で形成されたと考えられてきた。しかし,今回の研究は,ネフェリンの形成は,隕石母天体集積後に起こった熱変成作用に関係している。可能性が高いことを示唆している。CVタイプ炭素質コンドライト中のDark inclusion(DI)の電子顕微鏡による観察,分析を行ない,変成作用を示す新たな証拠,データを見出した。今回の結果は,DIの母天体では大規模な水質変成が起こり,その後,水の枯渇によって熱変成に転じ,層状ケイ酸塩が脱水・転移したことを示している。これは,これまでのDIの成因に関する定説をくつがえす全く新しい解釈である。
ネオジウム磁石を利用したモードの切り換えによる斜材ケーブル制振システムの開発

斜張橋に使われている斜材ケーブルには,ウェークギャロッピングと呼ばれる自励振動が発生することがよく知れている.この振動は,2本のケーブルが直径の3倍程度の間隔で平行に張られている場合に発生しやすく,励振エネルギーが高いことに特徴がある.特に,台風が頻繁に通過する九州,四国では,ケーブルの損傷の可能性が高く,何らかの対策が施される必要性がある.従来は,ケーブル端部にオイルダンパを設置するという対策やケーブル同士をワイヤで連結するなどの対策が取られてきたが,メンテナンス性や景観上の問題から,これらに替わる方式の提案が望まれている.この研究で提案する方法は,最近,注目を集め始めた強磁性材料のネオジウム磁石を利用して,空気力学的に不安定な振動モードを安定な振動モードに切り換えることによって斜張橋斜材ケーブルをパッシブの方法で制振しようというものである.具体的には,ケーブルの先端部に設置した永久磁石によってケーブルの変位を拘束したり,開放したりすることで,ケーブルの振動モードを空力的に不安定な低次モードから空力的に安定な高次モードへ変化させる.本年度は,これまで続けてきた制振方法の原理の構築を設計論へと発展させ,プロトタイプを設計,製作し,風洞実験を行い,理論モデルによる解析結果と風洞実験での実験結果との比較を行った.また,金沢市河北潟放水路に掛かる斜張橋斜材ケーブルにプロトタイプを取り付けて,振動発生時の制振性能の評価を実際に行い,有効性を確認した.また,これまでの研究成果を,日本機械学会論文集に発表した.斜張橋に使われている斜材ケーブルには、ウェークギャロッピングと呼ばれる自励振動が発生することがよく知られている。この振動は、2本のケーブルが直径の3倍程度の間隔で平行に張られている場合に発生しやすく、励振エネルギーが高いことに特徴がある。特に、台風が頻繁に通過する九州、四国では、ケーブルの損傷の可能性が高く、何らかの対策が施される必要性がある。従来は、ケーブル端部にオイルダンパを設置するという対策やケーブル同士をワイヤで連結するなどの対策が取られてきたが、メンテナンス性や景観上の問題から、これらに替わる方式の提案が望まれている。この研究で提案する方法は、最近、注目を集め始めた強磁性材料のネオジウム磁石を利用して、空気力学的に不安定な振動モードを安定な振動モードに切り換えることによって斜張橋斜材ケーブルをパッシブの方法で制振しようというものである。具体的には、ケーブルの先端部に設置した永久磁石によってケーブルの変位を拘束したり、開放したりすることで、ケーブルの振動モードを空力的に不安定な低次モードから空力的に安定な高次モードへ変化させる。本年度は、この制振方法の原理を説明することの可能な理論の構築を行い、プロトタイプを設計、製作し風洞実験を行い、理論モデルによる解析結果と風洞実験での実験結果との比較を行った。また、福岡県久留米市の筑後川にかかる天現寺橋の斜材ケーブルにプロトタイプを取り付けて、台風通過時の制振性能の評価を実際に行った。斜張橋に使われている斜材ケーブルには,ウェークギャロッピングと呼ばれる自励振動が発生することがよく知れている.この振動は,2本のケーブルが直径の3倍程度の間隔で平行に張られている場合に発生しやすく,励振エネルギーが高いことに特徴がある.特に,台風が頻繁に通過する九州,四国では,ケーブルの損傷の可能性が高く,何らかの対策が施される必要性がある.従来は,ケーブル端部にオイルダンパを設置するという対策やケーブル同士をワイヤで連結するなどの対策が取られてきたが,メンテナンス性や景観上の問題から,これらに替わる方式の提案が望まれている.この研究で提案する方法は,最近,注目を集め始めた強磁性材料のネオジウム磁石を利用して,空気力学的に不安定な振動モードを安定な振動モードに切り換えることによって斜張橋斜材ケーブルをパッシブの方法で制振しようというものである.具体的には,ケーブルの先端部に設置した永久磁石によってケーブルの変位を拘束したり,開放したりすることで,ケーブルの振動モードを空力的に不安定な低次モードから空力的に安定な高次モードへ変化させる.本年度は,これまで続けてきた制振方法の原理の構築を設計論へと発展させ,プロトタイプを設計,製作し,風洞実験を行い,理論モデルによる解析結果と風洞実験での実験結果との比較を行った.また,金沢市河北潟放水路に掛かる斜張橋斜材ケーブルにプロトタイプを取り付けて,振動発生時の制振性能の評価を実際に行い,有効性を確認した.また,これまでの研究成果を,日本機械学会論文集に発表した.