hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
制限ナノ空間水における水素結合ネットワークの発達と,低温安定構造及びダイナミクス

結晶性でかつ円筒状の一次元細孔を持つ,[M(H_2bim)_3](TMA)・nH_2O(M=Cr, Co, Ru)内部に閉じ込められた一次元水の熱測定の比較解析を進めた.既報の非晶性一次元細孔壁を持つMCM-41シリカとの比較により,細孔壁が結晶性あるいは非晶性の違いは,細孔水の低温秩序構造を決定づける重要な因子であることを明らかにした.また,前年度に合成した二次元シリカ(膜厚d=3.7, 2.9, 2.7, 2.3nm)内部に薄膜水を閉じ込め,熱測定を行った。これより,内部に閉じ込められた二次元薄膜水は,膜厚の減少とともに,融点降下することを見いだし,水の膜厚に対する融点の状態図を作成した.得られた状態図は,既報のMCM-41シリカ細孔水と異なることから,一次元水とは異なった構造を持つ二次元水の存在の確証を得た.さらに,断熱型熱量計によるエンタルピー緩和速度測定から,細孔壁の近傍に存在する二次元界面水のガラス化を観測し,そのガラス転移温度T_gは膜厚に依らず,134Kと一定値を示すという結果を得た.これを既報の一次元界面水における,細孔径の増加に対するT_gの増大傾向と比較して,一次元界面水の細孔径無限大の極限としての二次元界面水のT_gが,一定値を示すことを提案した.このモデルは,長年論争中のT_g=136Kを示す蒸着非晶質氷の構造解明にも貴重な示唆を与える.このような形状制御した細孔水について,その挙動が実験的に明らかにされたことは,今後の凝縮体科学にとって大変重要に貢献するものと期待される.ナノメートルスケールに閉じ込めた水(ナノ空間水)が形成する水素結合ネットワークとダイナミクスを調べることを目的として,結晶性でかつ均一な1.5nmの細孔径をもつ[Ru(H_2bim)_3](TMA)20H_2Oの試料を東京理科大学田所准教授に作製していただき,断熱法による熱容量測定および自発的エンタルピー緩和速度の温度依存性を調べた.その結果,これまでに測定されたランダムな細孔壁を有するMCM-41メソポーラスシリカ細孔内の水とは異なる秩序化挙動とガラス転移挙動を見いだした.その結果は,ナノ空間水が界面付近のわずか12分子層分で,界面に強く依存した構造を形成し,それより界面から離れた細孔内部領域に存在する水分子は,界面に依存しない水分子特有の四配位水素結合ネットワークを形成する傾向を有することを示唆する.より大きな径の細孔内では.バルクの低温過冷却水の異常性を特徴付ける水素結合構造の形成が期待され,その上うなナノ空間水の熱測定には大変興味がもたれる.また,ナノ空間水のダイナミクスを調べることを目的として,Stuttgart大学Klaus Muller教授のグループの協力により,界面水のみからなる層状シリケートNa-RUB-18内部に閉じ込められた水の固体^2H-NMR測定を行い,得られた線形スペクトルを水分子の回転運動からシミュレーションした.その結果,細孔壁近傍の水は水素結合ネットワークを介さずに,並進拡散運動していることが考えられ,界面水のダイナミクスについて重要な知見が得られた.これまでの研究結果との比較より,この水分子拡散運動は試料の特性である高いプロトン伝導性とも関連かおり,今後,熱測定と固体NMRを用いてマクロとミクロの両方の視点からナノ空間水を探究することは,学術的・応用的見地からも重要に位置づけられる.結晶性でかつ円筒状の一次元細孔を持つ,[M(H_2bim)_3](TMA)・nH_2O(M=Cr, Co, Ru)内部に閉じ込められた一次元水の熱測定の比較解析を進めた.既報の非晶性一次元細孔壁を持つMCM-41シリカとの比較により,細孔壁が結晶性あるいは非晶性の違いは,細孔水の低温秩序構造を決定づける重要な因子であることを明らかにした.また,前年度に合成した二次元シリカ(膜厚d=3.7, 2.9, 2.7, 2.3nm)内部に薄膜水を閉じ込め,熱測定を行った。これより,内部に閉じ込められた二次元薄膜水は,膜厚の減少とともに,融点降下することを見いだし,水の膜厚に対する融点の状態図を作成した.得られた状態図は,既報のMCM-41シリカ細孔水と異なることから,一次元水とは異なった構造を持つ二次元水の存在の確証を得た.さらに,断熱型熱量計によるエンタルピー緩和速度測定から,細孔壁の近傍に存在する二次元界面水のガラス化を観測し,そのガラス転移温度T_gは膜厚に依らず,134Kと一定値を示すという結果を得た.これを既報の一次元界面水における,細孔径の増加に対するT_gの増大傾向と比較して,一次元界面水の細孔径無限大の極限としての二次元界面水のT_gが,一定値を示すことを提案した.このモデルは,長年論争中のT_g=136Kを示す蒸着非晶質氷の構造解明にも貴重な示唆を与える.このような形状制御した細孔水について,その挙動が実験的に明らかにされたことは,今後の凝縮体科学にとって大変重要に貢献するものと期待される.
ゴンドワナ大陸における昆虫の食植性と被子植物食性の起源

ゴンドワナ大陸由来の陸塊の湿潤な森林地帯で、さまざまな植物を利用する食植性昆虫の多様性と生態を調査した。特に祖先的な食植性昆虫の記録がある生物多様性ホットスポットとして、アンデス山脈とアマゾン川流域の熱帯雨林(ペルー)、パタゴニアのナンキョクブナ林(チリ)、オーストラリア東部とタスマニアの熱帯・温帯林を調査地に選んだ。多様な食植性昆虫の中で、特にコバネガ科、シギアブ科、シリブトガガンボ科、ユスリカ科、オトシブミ科に注目し、分子系統解析を行ない、系統樹にさまざまな生態情報を重ね合わせ、それぞれの系統で食植性や植物利用様式がどのように起源し、また多様化したかを考察した。鱗翅目の食植性の起源を知るために重要な系統群であるコバネガ類について、幅広い食性調査と、系統解析を行なった。日本列島産のコバネガ科の大半はジャゴケ属3種を食草としており、その多様化には、寄主植物の転換ではなく、移動力の小ささと、繁殖干渉による生殖的隔離の成立が強く関与しているらしいことが明らかになった。コバネガ類の分子系統解析の結果、日本産の種群とゴンドワナ大陸の種群は系統が異なり、日本産の多くの種は、日本列島の中で種分化を遂げ、特に中新世以降に多様化したことが明らかになった。コバネガ科は南極大陸以外のすべての大陸に分布しており、ゴンドワナ大陸とローラシア大陸の分裂以前に食植性(コケ食)を獲得して、いまだにコケ食を続けている、非常に古い起源を持つ保守的な系統であることが明らかになった。ゴンドワナ大陸の祖先的な食植性昆虫の探索の一歩として、今年度はオーストラリア東部の3カ所(ケアンズ周辺、シドニー周辺、タスマニア)の調査を行なった。ゴンドワナ大陸の代表的な植生の残る自然林において、祖先的な食植性昆虫の探索とそれらの食性調査を行なった。その結果、コバネガ科、シギアブ科の数種を採集し、またコケを食するガガンボ科とハモグリバエ科の幼虫を発見することができた。これらの標本をもとに、分子系統解析を進めている。オーストラリアの食植性昆虫の現地調査と、いくつかの食植性昆虫の分子系統解析を行なった。今年度の当初は、チリのパタゴニアの調査を計画していたが、調査予定であったプジェウエ国立公園にあるプジェウエ火山・あ2011年6月8日に大爆発を起こしたため、計画を変更して、オーストラリア調査を実施することになった。ゴンドワナ大陸の一部に由来するオーストラリア大陸には、ゴンドワナ大陸で進化を遂げた植物と、それを摂食する食植性昆虫が分布している。オーストラリアのさまざまな植生において、食植性昆虫(特に、コケ植物やシダ植物利用する食植性昆虫や南米の固有科植物を利用する食植性昆虫)を探索し、それらの標本を採集すると同時に、それらの生態を観察した。また、さまざまな植生において、多様な花に訪花する訪花性昆虫の群集調査を行なった。さらに今年度は、海域における食植性の進化にも視野を広げ、スズメダイ類などの食植性〔藻食性)生物の探索や、海綿における藻類との共生(および藻類食の二枚貝との共生)の調査も行なった。具体的に調査を行なったのは、クインズランド州のラミントン国立公園とノースストゥラッドブローク島、タスマニア州各地、ニューサウスウェールズのブルーマウンテン国立公園とその周辺である。調査の結果、コバネガ科、シギアブ科、シリブトガガンボ科、ハモグリバエ科などにコケ食のものがいることが明らかになった。特にシリブトガガンボ科の幼虫は、特異な形態と生態を持っており、多様性も高いことが明らかになった。コバネガ科、シギアブ科、シリブトガガンボ科について、世界レベルでの分子系統解析を進めつつある。南米ペルーのアマゾン源流部およびアンデス山地において、コケ植物と原始的被子植物、およびそれらの植食者の探索を行なった。ペルーの森林局(Director de Gestión Forestal y de Fauna Silvestre)から調査許可を取得し、2013年11月2412月10日の期間、加藤真・川北篤・サトウアキラ・今田弓女の合計4名で調査を行なった。調査を行った場所は、アマゾン源流部Tarapoto周辺の熱帯雨林、エクアドル国境に近いThumbes周辺の雨緑樹林、アンデス山脈山麓のHuancabamaおよびLa Florida周辺の山地雲霧林である。Tarapoto周辺の熱帯雨林と、HuancabamaおよびLa Floridaの山地雲霧林では、沢沿いの林床に葉状苔類が多く見られた。

それらの湿潤な森林環境では、ケゼニゴケ属、サイハイゴケ属、ゼニゴケ属、Monoclea属に潜葉虫の潜孔が見られ、それらの潜葉虫がハモグリバエ科とシギアブ科のものであることが明らかになった。また、蘚類を摂食するハムシ科の幼虫が発見された。また、TarapotoとLa Floridaにおいて、コミカンソウ科の種子を食べるガの幼虫が見つかり、それらが絶対送粉共生のパートナーであるらしいことが示唆された。不稔の装飾花を持つオシロイバナ科植物の花が見られ、その送粉様式についての予備的な調査も行った。さらに、台湾(2013年12月2124日)とラオス(2014年3月2030日)において、原始的陸上植物の食植性昆虫の探索も行った。苔類からコバネガ科やシギアブ科の昆虫が発見された。また、ラオスでは、コケ食のハバチ幼虫が得られた。得られた食植性昆虫の標本の形態観察や系統解析を現在進めている。南米チリ・パタゴニア地方のコケ植物と原始的被子植物と、それらの植食者の探索を行なった。チリ森林公団(CONAF)からプジェウエ国立公園の調査許可を取得し、2012年11月416日の期間、加藤真・川北篤・サトウアキラ・今田弓女の合計4名で調査を行なった。プジェウエ国立公園には、ナンキョクブナの原生林が広がり、パタゴニアに固有の多様な植物の生育する湿潤な温帯林が広がっている。私たちが訪れたのは、落葉のナンキョクブナの新葉が展開をし始めた時期で、その新葉に、祖先的鱗翅目であるモグリコバネガの成虫と潜葉が見られた。ナンキョクブナに寄生しているミソデンドロン科の寄生植物が開花しており、その訪花昆虫の観察も行なった。その他、さまざまな植物の訪花昆虫相と潜葉虫相の調査を行なった。コケを摂食する昆虫の探索を行なったところ、ツノゴケに潜葉するハモグリバエ類と苔類を摂食するシリブトガガンボ類が発見された。ツノゴケの潜葉虫はこれまで世界のどの地域からも発見されていない。コバネガ科とムカシガ科は今回は発見できなかった。スウィーピングによって、シギアブ科のSpaniopsis属と思われる成虫が採集された。採集されたこれらの昆虫は、分子系統解析にかける予定である。南米ペルーのアマゾン源流部およびアンデス山地において、コケ植物と原始的被子植物、およびそれらの植食者の探索を行なった。ペルーの森林局から調査許可を取得し、2014年10月18日11月5日の期間、加藤真・川北篤・サトウアキラ・今田弓女の合計4名で調査を行なった。調査を行った場所は、アマゾン源流部Tarapoto周辺の熱帯雨林、アンデス山脈山麓のHuancabamaおよびLa Florida周辺の山地雲霧林である。これらの湿潤な森林環境において、ケゼニゴケ属、サイハイゴケ属、Monoclea属に潜葉虫の潜孔が見られ、それらの潜葉虫がハモグリバエ科とシギアブ科のものであることが明らかになった。また、雲霧林においてコバネガの成虫が採集された。南米では、コバネガ科はチリ南部のパタゴニアで1種、エクアドルから1種の記録があるだけで、このコバネガはペルー初のコバネガで、しかも新種の可能性が高い。また、TarapotoとLa Floridaにおいて、コミカンソウ科数種の送粉行動を観察したところ、Phyllanthus属の1種でハナホソガの訪花・授粉・産卵が観察された。このことは、コミカンソウ科の絶対送粉共生系が南米大陸にも存在していることを示唆している。不稔の装飾花を持つオシロイバナ科植物の花が見られ、その送粉様式の調査も行った。