hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代波長多重光受動ネットワークにおける光終端装置のカラーレス化に関する研究

WDM-PONシステムにおいては、波長無依存に動作するカラーレス加入者終端装置の開発が望まれている。半導体光増幅器(SOA)の飽和を用いた下流再変調方式が提案されているが、SOAのキャリア寿命によって数ギガビット毎秒までの動作に限られていた。本研究では、この方式を10ギガビット毎秒以上のシステムに対応できるよう、速い信号変調成分をファブリペロエタロンによって光学的に除去する手法を提案・検討し、双方向伝送の模擬実験に成功した。また、実用化の際に不可欠なエタロンの自動同調方式を提案し、その基本動作を実験によって示した。次世代の加入者系光ネットワークとして有望なWDM-PONにおいて、柔軟性に富み、かつ低価格な加入者端末(ONU)を実現することを目的として、ONUのカラーレス化の研究を行っている。具体的には、半導体光増幅器(SOA)の飽和特性を用いる「下流再変調方式」において、数GHz程度までの信号周波数にしか示さないSOAの飽和特性を、ファブリペロエタロンによる光学処理によってアシストし、広帯域に渡って下流信号の抑圧を実現しようとするものである。平成25年度は、提案方式の基礎特性を、実験と計算機による理論解析によって調べた。(A)実験:正弦波強度変調を施した光信号を、SOAまたはファブリペロエタロンに入射し、各デバイスの入出力伝達特性を調べた。また、これらの結果を踏まえて、ファブリペロエタロンとSOAとを縦属接続したデバイスについて同様の実験を行った。この結果、エタロンの透過帯域幅4 GHz、SOAへの入射光パワー0 dBmのとき、DCから10 GHzまでの周波数帯域で、約5 dBの変調抑圧効果が得られることが分かった。(B)理論解析:キャリア密度に関するレート方程式を解くことにより、飽和領域におけるSOAの周波数応答特性を調べた。この結果、周波数特性がSOAのデバイスパラメータによって大幅に変化すること、特に、飽和強度とキャリア寿命に強く依存することが分かった。そこで、デバイスパラメータを、実験結果に基づいて決定することを試みた。自然放出光雑音を新たなパラメータとして加えたところ、実験結果とほぼ一致するパラメータを抽出することができた。以上の結果は、提案する方式の実現可能性を示唆するものであり、次世代加入者ネットワークに要求される10ギガビット級信号への適用が期待される。平成26年度は、平成25年度に得られた基礎的知見をもとに、提案方式の送受信器対向特性を実験によって調べる一方、SOAの理論解析の問題点を探った。・実験疑似ランダムビット列(PRBS)によって強度変調を施した光信号を下流信号に見立て、透過帯域幅4 GHzのファブリペロエタロンとSOAを縦続接続したデバイスに入射して信号抑圧の実験を行った。この結果、デバイスを用いない場合に比べ、最大で3.7 dBの信号抑圧を得た。また、抑圧された信号に再度、PRBSによって強度変調を施し、これを上り信号に擬して、下り・上り両信号の符号誤り率を測定した。この結果、下り信号の消光比に関して、下り・上り信号のシステム特性がトレードオフの関係にあることが確認された。・理論解析キャリア密度に関するレート方程式を解くことにより、飽和領域におけるSOAの周波数応答特性を調べている。デバイスパラメータを実験結果に基づいて決定する際、自然放出光パワーとキャリア寿命をパラメータとしてフィッティングを行っているが、入力信号の変調が深い場合には、広い周波数範囲におけるフィッティングが不可能であることが明らかになった。これは、モデルに導入している近似に問題があると推察される。この問題は、疑似ランダム信号を入力した場合の結果に影響を与える可能性があるため、対象に適したモデルの再検討を行っている。次世代の加入者系光ネットワークとして有望なWDM-PONにおいて、柔軟性に富み、かつ低価格な加入者端末(ONU)を実現することを目的として、ONUのカラーレス化の研究を行った。具体的には、半導体光増幅器(SOA)の飽和特性を用いる「下流再変調方式」において、数GHz程度までの信号周波数にしか示さないSOAの飽和特性を、ファブリペロエタロンによる光学処理によってアシストし、広帯域に渡って下り信号成分の抑圧を実現するものである。平成25, 26年度においては、デバイスの基礎特性を明らかにした上で、上り・下り双方向伝送の基礎的実験を実施し、下流信号の変調の深さに関して、下り・上り信号のシステム特性がトレードオフの関係にあることを確認した。また、浅い強度変調信号に対する信号抑圧のシミュレーションモデルを確立した。平成27年度は、ファブリペロエタロンの透過帯域を、下り信号光波長に同調するためのシステムとアルゴリズムを検討した。自由スペクトル間隔50 GHz,透過帯域幅4 GHzのソリッドエタロンに温度調整機能を設けたモジュールを用い、温度制御によってその透過帯域の一つを信号光波長に同調させるシステムを構築した。モジュールの透過波長を実測したところ、制御可能な範囲において自由スペクトル間隔以上の変化を得ることができた。このことから、動作保証範囲内におけるすべての波長に同調することが可能であることが示された。

また、山登り法を用いた同調アルゴリズムを実装し、その基礎的動作を確認した。WDM-PONシステムにおいては、波長無依存に動作するカラーレス加入者終端装置の開発が望まれている。半導体光増幅器(SOA)の飽和を用いた下流再変調方式が提案されているが、SOAのキャリア寿命によって数ギガビット毎秒までの動作に限られていた。本研究では、この方式を10ギガビット毎秒以上のシステムに対応できるよう、速い信号変調成分をファブリペロエタロンによって光学的に除去する手法を提案・検討し、双方向伝送の模擬実験に成功した。また、実用化の際に不可欠なエタロンの自動同調方式を提案し、その基本動作を実験によって示した。交付申請書に記載した計画のうち、疑似ランダム信号抑圧の数値解析については、モデルの問題点が明らかになったため、平成27年度に持ち越すこととした。一方、実験については順調に進んでおり、記載の事項をすべて実施することができた。これらの成果は順次、学会等に発表の予定である。なお、平成27年度に検討予定の波長チューニング技術の検討に当たり、納期のかかる温度調整可能なエタロンモジュールを、予定を前倒しして発注することとした。このため、平成27年度交付予定の予算を前倒しにて交付していただいた。なお、本モジュールはすでに納品されており、実験が進行中である。光通信システム研究の進め方は、おおむね交付申請書に記載の通りとする予定である。理論解析においては、実験に整合する理論モデルを早急に構築する。これを用いて、疑似ランダム信号の変調成分抑圧のシミュレーションを可能にする。実験においては、平成26年度と同様の実験を、条件を変えて実施し、より実用に近い条件での有効性を明らかにする。具体的には、波長チューニングの実現、下り信号パワーのレベル低下に対する伝送特性劣化観測とその対策を検討する。交付申請書における研究計画には、以下の2点が記載されている。(1)半導体光増幅器におけるモノトーン変調成分抑圧の理論検討(2)変調成分抑圧の周波数特性の測定まず(1)については、「研究実績の概要」で述べた通り、半導体光増幅器のレート方程式を用いて計算を行い、実験結果とほぼ一致するようなデバイスパラメータを抽出することができている。(2)の実験についても順調に進んでいる。実験開始時には、エタロンの波長透過特性が、業者による測定データと一致しないという現象が見られたが、セットアップを慎重に行った結果、予想とほぼ一致する結果が得られるようになった。エタロンモジュールのための前倒し分を含めて、ほぼ予算を消化するように努めたが、2万円強の残高が発生した。無理に消化するよりも、次年度予算と合わせて使用したほうが合理的であると判断した。研究の基本的な進め方については、交付申請書に記した通りとする予定である。すなわち、擬似ランダム信号の抑圧特性を、数値解析と実験によって調べる。さらに、ファブリペロエタロンの透過帯域制御技術を検討する。
東南アジア・東アジアの気候と熱帯大気－海洋相互作用の100年スケールの連関解明

フィリピンにおける1868ー2012年の降水量の季節進行を調査し、その長期変動特性を100年スケールで明らかにした。19世紀後半以降の雨季入り・雨季明け時期は数十年周期で変動しているものの、1990年代以降、降水の季節進行異常が頻繁にみられるようになっていた。1990年代以降のエルニーニョ・南方振動(ENSO)の発生に関連して、西部北太平洋域における亜熱帯高気圧西縁部の張り出しや、夏季アジアモンスーンの強弱が変化し、フィリピンにおける降水の季節進行に長期的な変化を引き起こしていることが明らかとなった。フィリピンにおける主要な降水の季節変化パターンを明らかにし、その長期変化傾向を解明するために、H27年度はまず、19512013年の30地点における半旬降水量データにEOF解析を行った。結果として、南西モンスーンによる雨季に関連するパターンと、北東モンスーンによる東岸の降水ピークに対応するパターンが主要なモードとして抽出された。これらの主要モードの時系列スコアにクラスター分析を行い、季節変化パターンの分類を試みた結果、どちらも6パターンに分類することができた。とくに南西モンスーンにより特徴づけられる夏の雨季のパターンには、パターン間の特徴の違いが明瞭にみられ、雨季入りもしくは雨季明けが早いパターン、明瞭な乾季がないパターン、乾季が明瞭なパターン、雨季入り・明け共に遅いパターンと平年並みのパターンに分類することができた。また1980年代後半以降は平年とは大きくパターンが頻繁に出現しており、それらの年には、エルニーニョ現象もしくはラニーニャ現象が発生していることがわかった。計画通りに最新の2013年までのフィリピンの降水量データを用いて20世紀後半以降のフィリピンにおける降水量の季節進行の長期変化傾向と大気の下層循環場との関係に関する解析を行った。またより長期の熱帯循環場に関する解析を翌年度(2016年度)に行うために、19世紀後半のフィリピンにおける風と雲量のデータの電子化業務を委託し、19世紀後半のフィリピンの気象観測データセットを完成させ、データ整備を順調に進めることができた。マニラにおける降水季節変化パターンの長期変化特性を解析し、18682013年までの雨季入り・雨季明けの100年スケールの変動を初めて示すことが出来た。結果として、マニラでは1950年代以降に雨季入りが遅くなる傾向がみられた。また100年スケールでみると、20世紀前半に雨季入りが早い時期にあり、同様の傾向が1998年以降にもみられることがわかった。次に、雨季入り・雨季明けの長期変動と下層大気場との関係を明らかにするために、熱帯域の月平均海面気圧との関係を調査した。結果として、1950年頃を境に雨季入り・雨季明けの変動に関連する地上気圧場のキーエリアが異なることが明らかとなった。とくに20世紀後半以降には、雨季入りと春季の月平均海面気圧場との間に有意な相関関係がみられ、フィリピン、ベトナム、インドシナ半島付近がキーエリアであることが示された。雨季明けには、20世紀後半以降に年々変動が大きくなる傾向がみられた。雨季明けと月平均海面気圧場との間には有意な相関が示されなかったものの、1970年代以降にはフィリピン周辺における秋季の平均海面気圧場の年々変動が大きくなっており、雨季明けの年々変動の大きさに影響を与えている可能性が示唆された。また19世紀後半のマニラで観測された3時間ごとの風向・風速、雲形・雲量データを用いて、19世紀のフィリピン周辺のモンスーンと対流活動の日変化及び季節変化についての解析も行った。結果として、モンスーンや海陸風に関連する風向・風速、雲量・雲形の日変化および季節変化特性が明らかとなった。海陸風の日変化が最も明瞭になるのは乾季である3月で、雨季に入ると風向の日変化は不明瞭になり、雲量の日変化も乾季とは異なることが明らかとなった。当初の計画通りに19世紀後半以降のマニラにおける降水季節変化パターンの長期変化特性と下層循環場との関係について解析を行い、研究成果を学会で発表することができた。また19世紀のフィリピン気象データの精度を検証するために、最新のマニラにおける風向・風速、雲量・雲形に関するデータをフィリピン気象庁から得ることができた。同時に、19世紀後半のマニラにおける雲形・雲量及び風向・風速データを用いた解析にも着手した。これらのデータ入手・整備及び解析により、本研究の目的の一つである「100年スケールでの熱帯域の対流活動の解明」に向けた解析をH29年度に行う準備が整った。H27年度に実施した「1951年以降のフィリピンにおける降水の季節変化」の解析に加え、フィリピン周辺の下層大気循環場との関係も解析し、それらの結果を論文にまとめて公表した。平年とは異なる降水の季節変化パターンが1990年代以降に頻発するようになっていることを本研究で初めて示した。さらに、2-3月の亜熱帯高気圧の強さや位置、南西モンスーン入りの遅速、南西モンスーンの強さの変化が影響していることも明らかにした。降水の季節変化の変調は、エルニーニョ現象やラニーニャ現象の発生年に現れる傾向にあったため、熱帯の大気ー海洋相互作用の10年規模変動もしくはより長期の変動と関連している可能性がある。また19世紀後半のフィリピンにおける気候特性を把握するために、マニラにおける風の日変化及び季節変化、強雨特性、台風通過時の気象状況の変化を分析し、これらの特徴を初めて示した。結果の一部を図書(分担執筆)にまとめた。

19世紀末2016年までの夏季の北太平洋高気圧と日本の天候との関係についても調査した結果、北太平洋高気圧の東西変動とフィリピン周辺の海面水温との間に有意な相関関係がみられた。夏季の熱帯大気ー海洋相互作用の変化が、北太平洋高気圧の変動を介して日本の天候に大きく寄与していると考えられる。研究期間全体を通じて、19世紀後半以降の降水量の季節変化については、マニラに着目して、18682013年までの雨季入り・明けの変動から明らかにすることができた。また、同期間の熱帯域の海面気圧変動との関係を解析した結果、1940年代以降の雨季入りの遅速は、春季のフィリピン周辺における海面気圧変動と密接に関連していることも明らかとなった。もう一つの研究目的である「20世紀後半以降の降水の季節変化と熱帯の大気ー海洋相互作用との関係解明」に関しては、上述したように論文にまとめ、H29年度に公表した。フィリピンにおける1868ー2012年の降水量の季節進行を調査し、その長期変動特性を100年スケールで明らかにした。19世紀後半以降の雨季入り・雨季明け時期は数十年周期で変動しているものの、1990年代以降、降水の季節進行異常が頻繁にみられるようになっていた。1990年代以降のエルニーニョ・南方振動(ENSO)の発生に関連して、西部北太平洋域における亜熱帯高気圧西縁部の張り出しや、夏季アジアモンスーンの強弱が変化し、フィリピンにおける降水の季節進行に長期的な変化を引き起こしていることが明らかとなった。H27年度の解析により明らかになった降水季節変化パターンの出現頻度を、20世紀前半以前のデータにも当てはめることで、19世紀後半現在にかけての降水季節変化パターンの長期変化傾向を明らかにする。また、これらと熱帯域における大気ー海洋相互作用の変動特性(ENSOの数十年規模変動)との連関解明のために、20世紀後半以降の降水季節変化パターンと熱帯域の下層循環場との関係について、解析を進める。そのさいにH27年度に電子化した19世紀後半の気象観測データセットを活用する。H28年度の研究から、フィリピンの19世紀後半以降の降水季節パターンの変化と月平均地上気圧場との関係が明らかになってきたので、H29年度はモンスーンやENSOの変動との関係にとくに着目して調査を行う。具体的には、100年スケールでフィリピン周辺域における対流活動の長期変動特性とフィリピンを中心とする東南アジア地域の気候特性との関係を、多変量解析や相関解析を用いて明らかにする。これまで19世紀の雲形・雲量データを3時間ごとに電子化してきたが、H28年度の研究成果から、季節により、風向風速、雲量・雲形の日変化が異なることが明らかになったため、マニラについては1時間値のデータを追加で電子化することとした。H29年度の早いうちにこのデータセットを完成させ、解析に使用する。気候学研究補助者の人数が予定より1名少なく、人件費として使用する額が少なくなった。またフィリピン気象庁からの気象観測データの購入を次年度に行うことにしたため。フィリピン気象庁から最新の気象観測データを購入する予定であったが、現地研究者との打合せの結果、共同研究を行うこととなり、無償でデータの提供を受けられることになった。これにより、「その他」の使用予定額が少なくなったため。
糸状菌生態研究の基盤構築と糸状菌の硝化・脱窒能の解明による窒素循環系の新提案

畑土壌中の脱窒糸状菌の多様性や分布・機能の特徴を明らかにするために、糸状菌群集構造、および分離した脱窒糸状菌の系統と機能の関係を調査した。また、特異的阻害剤を用いて糸状菌と細菌の土壌の脱窒活性への寄与率を比較した。また、畑土壌から分離された糸状菌の生理的特徴と脱窒遺伝子発現について調査した。本研究課題は糸状菌の土壌における生態と窒素循環への関与を分子生態的に解析する手法を確立すること、また確立した手法を用いて硝化能や脱窒能を有する糸状菌を分離し、その多様性・分布・機能の特徴を明らかにすることを目的とする。これらを総合し新たな窒素循環系を提案する畑土壌中の脱窒糸状菌の多様性や分布・機能の特徴を明らかにするために、糸状菌群集構造、および分離した脱窒糸状菌の系統と機能の関係を調査した。土壌での脱窒と糸状菌による脱窒の関連を明らかにするため、(1)糸状菌によるN_2O発生が確認されているチャ園土壌、および、(2)N_2Oの発生とFusarium属糸状菌の存在がダイズ根粒着生系統に特異的なダイズ根粒根圏土壌の、2種類の農地土壌から分離した脱窒性糸状菌を供試菌株とし、以下の実験を行った。まず、18SrDNA部分塩基配列解析による分離菌株の同定を行なった結果、チャ園土壌からはAspergillus属、Cladosporium属、Penicillium属の脱窒性糸状菌が、ダイズ根粒根圏土壌からはFusarium属の脱窒性糸状菌が同定された。これらの属の糸状菌は一般的な土壌菌とされる。次に、チャ園土壌分離株のPDA-O-7株(Aspergillus)とダイズ根粒根圏土壌分離株のRoot-5株(Fusarium)について、密閉培養系(初期好気条件、初期O_2濃度約21%)でのN_2O発生量とO_2濃度を測定した。また、PDA-O-7株については初期O_2濃度約12%、約5%、約0%の培養系においても測定した。その結果、PDA-O-7株は、初期O_2濃度約0%の培養系以外の培養系において、O_2濃度の減少に伴いN_2Oが検出され、嫌気になった後もN_2Oを発生し続けた。Root-5株では嫌気でのN_2O発生が検出された。さらに、PDA-O-7株とRoot-5株が糸状菌に特有なNO還元酵素遺伝子(P450norの遺伝子CYP55)を保持しているかどうか調査するため、ゲノムDNAからのCYP55のPCR増幅を試みた。その結果、PDA-O-7株のゲノムからはCYP55遺伝子配列は検出されなかった。一方、Root-5株のゲノムにはCYP55遺伝子配列が検出された。よって、このダイズ根粒根圏土壌では、Root-5株がN_2Oを発生しており、NOからN_2Oへの還元反応はCYP55遺伝子が生産するP450norが担っていることが示唆された。また、茶園土壌およびダイズとイネの田畑輪換土壌のN_2Oを発生特性を調査し、土壌DNAを用いた糸状菌群集構造解析を行った。脱窒糸状菌の分離を試みたが、活性の強い菌株は得られなかった。土壌系における糸状菌脱窒活性とCYP55遺伝子発現をモニタリジグする方法を確立するため,まずは土壌から分離した脱窒糸状菌を用いて,培養系での脱窒活性とCYP55遺伝子発現のモニタリングをおこなうことを目的とした。ダイズ根粒根圏土壌から分離された脱窒糸状菌Fusarium sp.Root-5株の培養菌体からtotal RNAを抽出し,逆転写-PCRによりCYP55の転写を確認した。次に脱窒活性が高発現となる培地を検討したところ,炭素源としてグリセロール,窒素源として硝酸を用い,さらにNH_4Clを添加した培地で最もN_2O生成量が増大した。最後に,脱窒活性が高発現となる培地を用いてECD-GCで脱窒活性を経時的に測定し,それに伴うCYP55発現のReal-Time PCRを用いた定量解析を試みた。その結果,脱窒活性が増加してもCYP55発現量は一定であり,CYP55発現量はN_2O生成量と相関関係が無いことが示唆された。また,糸状菌の脱窒に対する寄与,土壌中での脱窒性糸状菌の動態を明らかにすることを目的とした。供試土壌は過剰な窒素肥料を施肥した茶園土壌,ダイズと水稲を輪換栽培している土壌,牛糞堆肥と化成肥料を連用したキャベツ畑土壌を用いた。まず,微生物の脱窒に影響を及ぼす土壌環境要因を調査するために土壌の理化学性試験を行い,次に,希釈平板法,土壌洗浄法にて各土壌から10菌株ずつ糸状菌を分離した。その後,単離した菌株のN_2O発生能と供試土壌からのN_2O発生量を測定した。

そして,N_2O発生に起因している糸状菌の群集構造解析を従来の18SrRNA遺伝子だけでなく28SrRNA遺伝子までの領域(IGS領域)を標的としたRibosomal intergenic spacer analysis(RISA)を用いて解析した。本研究によりN_2O発生に糸状菌が大きく関与すること,また供試土壌には脱窒糸状菌として報告のあるFusarium属やHypocrea属の糸状菌が存在することが分かった。供試土壌には窒素を年40kg/10a施肥した対照区と、その3倍の窒素肥料(年120kg/10a)を施肥した3N区の茶園土壌(野菜茶業研究所金谷茶業研究拠点)を用いた。まず圃場におけるN_2O発生を測定したところ、対照区では0.04mgN/m^2/h、3N区では8.27mgN/m^2/h発生していた。次に希釈平板法により各土壌の糸状菌を計数した。培地にはクロラムフェニコールと5mMのNaNO_3を添加したローズベンガル培地のpH4.5とpH6.8の2種類を用い、好気培養とアネロパック・ケンキ(三菱ガス化学)を用いた嫌気培養を行った。好気培養・嫌気培養いずれにおいても対照区のほうが3N区よりも3.423倍高い糸状菌数を示した。培地pHは6.8よりも4.5で計数値が下がる傾向にあった。また、嫌気培養より好気培養の計数値が4.8168倍高い値を示した。次に、計数を行った平板より各分離方法につき10株、計80株の糸状菌を単離しN_2O発生能を調査した。3N区の嫌気培養単離株はすべてN_2O発生能を示さなかったが、好気培養分離株は半分以上の株が高いN_2O発生能を示した。また供試菌株はPenicillium属、Hypocrea属、Trichoderma属、Ophiostoma属、Sporothrix属に近縁であることがわかった。しかし、供試菌株の脱窒能と糸状菌の系統の間に規則性がみられなかった。この結果から同種または同属の菌株同士で脱窒能が異なることが示された。したがって同種の糸状菌の中でN_2O発生に関わる菌株とそうでない菌株が存在することが考えられる。同属、同種間で脱窒能の差異が大きい種と小さい種または差異のない種が存在するのかもしれない。今後、糸状菌脱窒能の多様性を生む遺伝的背景の解明が望まれる。当該年度は茶園土壌からの亜酸化窒素発生が細菌と真菌のどちらの代謝に由来するのかを基質誘導呼吸阻害法を用いて調査した。まず、使用する抗生物質に対する耐性菌の計数・分離・同定・脱窒活性調査をおこない、基質誘導呼吸阻害法に影響する耐性菌が存在しないことを確認した。また硝酸濃度・炭素源濃度・抗生物質の溶媒の種類・測定時間などの最適条件を検討した。本調査の結果、供試した茶園土壌において亜酸化窒素の発生は土壌の炭素源の種類によって細菌と脱窒の寄与率が変化することが判明した。供試土壌の全炭素含有率は高いが、易分解性の有機物炭素が低いため、炭素源無添加の場合、亜酸化窒素の発生そのものは低いものの真菌による発生が全体の約66%を占めた。一方、易分解性の炭素源であるグルコースを添加し微生物を活性化した場合、亜酸化窒素の発生も高まり、細菌による脱窒が約60%を占めた。また、アセチレン阻害の有無で亜酸化窒素発生を比較したところ、細菌による亜酸化窒素還元活性(Nos活性)は非常に低く、本茶園土壌の脱窒細菌は窒素までの完全脱窒をほんとんど行っていないことが示唆された。一方、糸状菌脱窒においてはアセチレン阻害により有意な亜酸化窒素発生の増加がみられたことから、糸状菌がNos活性を持っている可能性が考えられた。これまで、糸状菌の脱窒はP450norによる亜酸化窒素の発生までであり、アセチレンにより活性阻害を受ける細菌型のNosは持たないとされてきた。もし、糸状菌が細菌型のNos活性を持っているとすれば、これまでに報告のない新しい知見となる。
動的ネットワークフローに基づく最適避難計画の理論基盤構築

各頂点に避難者数,各辺に容量と時間が与えられた無向グラフ上で定義される動的ネットワークフローは,ネットワーク各所での横断時間や滞留時間を表現できるので,実際の災害において重大な問題である交通渋滞による避難時間の遅延を直接的に扱うことができる.本研究では,特に重要だと考えられる最速避難流問題と最適避難施設配置問題について,災害発生時の避難者分布や道路閉塞状況の不確定要素を考慮に入れるなど,より現実の問題設定に沿う最適化問題として定式化した上で,問題の組合せ構造を解明して,それに基づく高速アルゴリズムの開発を目指す.また,線形計画・整数計画などによる汎用的な定式化の可能性を同時に探る.各頂点に避難者数,各辺に容量と時間が与えられた無向グラフ上で定義される動的ネットワークフローは,ネットワーク各所での横断時間や滞留時間を表現できるので,実際の災害において重大な問題である交通渋滞による避難時間の遅延を直接的に扱うことができる.本研究では,特に重要だと考えられる最速避難流問題と最適避難施設配置問題について,災害発生時の避難者分布や道路閉塞状況の不確定要素を考慮に入れるなど,より現実の問題設定に沿う最適化問題として定式化した上で,問題の組合せ構造を解明して,それに基づく高速アルゴリズムの開発を目指す.また,線形計画・整数計画などによる汎用的な定式化の可能性を同時に探る.
生殖内分泌H-P-O系を取り巻くモデュレーター因子BMPの解析と応用

少子高齢化社会において、不妊をきたす病態の解明は急務であるが、卵巣機能不全へのアプローチにおいて視床下部-下垂体-卵巣(H-P-O)から成る生殖内分泌調節系の分子機序が十分に解明されていない。我々は卵巣に発現し卵胞発育を調節するBMP(Bone Morphogenetic Protein)分子に着目して研究を進め、BMPが卵胞内では細胞間コミュニケーター分子として、全身ではH-P-O系のモデュレーターとして機能し、種々のリズム調節因子とともに正常な卵胞発育・ステロイド合成を調節することを明らかにした。今後、全身的なBMP分子の内分泌活性と生理的意義をさらに明確にしてBMPの臨床応用を目指す。平成27年度の研究テーマとして、卵とBMP分子群により形成される卵胞細胞間コミュニケーション機構の探求を行った。卵胞BMPシステムは、FSHの刺激下で卵母細胞を中心に、卵胞細胞間をBMP networkとして取り巻き、卵胞の正常な発育・ステロイド合成を調節する細胞間コミュニケーターとして機能する。顆粒膜細胞→卵、卵→顆粒膜細胞の両者に着目して本研究を進めた。我々が卵母細胞から同定したEstrogen誘導因子:Prohibitin-2(PHB2)に着目し、ステロイド合成・卵胞機能への影響を検討した。PHB1,2はアポトーシス・細胞周期などに関与するミトコンドリア蛋白であるが、PHB2の卵胞における役割は不明であった。卵母細胞因子との連関にも着目し、PHB2の卵胞ステロイド合成に与える影響をラット顆粒膜細胞・卵母細胞の初代培養系で検討した。PHB2 mRNAは卵母細胞優位に発現し、PHB2をknockdownするとProgesterone産生が増加することから、内因性PHB2はProgesteroneの産生を制御すると考えられた。BMP-15・GDF-9は卵胞におけるPHB2 mRNAの発現レベルを減弱し、BMP-15・GDF-9による顆粒膜細胞のSmad1/5/8およびSmad2/3のリン酸化は、Estrogenの存在下で減弱した。Estrogenは、卵母細胞の存在下で顆粒膜細胞のProgesterone合成を抑制するが、この機序にEstrogenにより誘導される卵母細胞のPHB2を介するProgesterone産生の抑制機序が示唆された。本研究期間における検討により、卵母細胞に発現する成長因子とPHB2およびプロゲステロン制御系の間に新たな機能連関の存在が示唆され、これが卵胞におけるエストロゲン・プロゲステロンの産生バランスに寄与している可能性が示唆された。当初は初代培養系における実験結果が安定しなかったため、反復実験のため予定より若干研究の進捗は遅れていたが、徐々に安定した結果が集積してきたため、次年度には遅れを取り戻せると考えている。平成28年度は、研究テーマとして、平成27年度の卵とBMP分子群により形成される卵胞細胞間コミュニケーション機構の探求とともに、視床下部-下垂体-卵巣を含むHPO系におけるBMP作動系について研究を進めた。排卵やホルモン変動のリズム形成に寄与するMelatonin・Orexin作動系、そして循環BMPであるBMP-9について卵巣局所因子やステロイド合成系との機能的なリンクに着眼して研究を進めた。Orexinは睡眠覚醒パターンや摂食行動・自律神経系の調節など機能は多岐に及ぶ分子であるが、内分泌組織においても下垂体や副腎・性腺などに受容体発現が確認されており、視床下部-下垂体-副腎系や視床下部-下垂体-性腺系の調節に影響を与える可能性がある。下垂体前葉モデルとしてOrexin1受容体を認めるlactotrope GH3細胞を用いたところ、OrexinはForskolinの刺激下でPRL mRNAレベルを抑制し、BMP受容体シグナルを減弱することが明らかとなり、OrexinがBMP抑制的に作用することが示された。一方、卵巣においては、Orexinが顆粒膜細胞のBMPシグナルを減弱して、プロゲステロン合成系を促進することが明らかとなった。また、循環BMP-9は卵巣のBMP受容体を介してFSHによって誘導されるプロゲステロン産生を抑制する分子であるが、全身内分泌系への影響として、副腎においてもBMP受容体を介してcAMP-PKA経路を抑制することで副腎皮質ステロイド産生系を制御する可能性が示唆された。これらを踏まえて、コンベンショナルな卵巣機能調節及びステロイド産生系モデュレーターとしての発展性を期待し、BMP分子を診断ツールとして臨床へ応用するとともに、視床下部-下垂体を含めた全身的BMPのbioavailabilityと内分泌活性・生理的意義をさらに探索していく予定である。平成27年度は初代培養系における実験結果が安定しなかったため、反復実験のため予定より若干研究の進捗は遅れていたが、徐々に安定した結果が集積し、平成28年度はある程度予定通りに研究が進んだ。少子高齢化社会において、不妊をきたす病態の解明は急務である。卵巣機能不全へのアプローチにおいて、視床下部ー下垂体ー卵巣(H-P-O)生殖内分泌調節系の分子機序は未だ十分に解明されていない。我々は、卵巣に発現し卵胞発育を調節するBMP(Bone Morphogenetic Protein)分子に着目して研究を進め、BMPが卵胞内では細胞間コミュニケーターとして、全身ではH-P-O系のモデュレーターとして機能し、正常な卵胞発育・ステロイド合成を調節することを示した。本研究では、BMPの組織

特異的多機能性を卵巣から全身へ拡大し、本研究期間の初年度は卵胞機能調節モデュレーターとして機能するBMPを新たな側面から研究した。卵胞局所でなく血中に存在するBMP作用の決定から卵胞ステロイド合成調節メカニズムを解析するとともに、前年度までの研究から明らかとなった新規のEstrogen誘導性卵母細胞因子にも着目して、BMPネットワークに寄与する生殖内分泌への作用を検討した。最終年度では、視床下部・下垂体ゴナドトロープを包括して研究を進め、HPO系・リズム形成に寄与する時計遺伝子群・リズム調節に寄与する因子としてメラトニン・インクレチン・オレキシン作動系について、卵巣局所因子との機能的なリンクについて研究を進めた。BMP分子を診断ツールとして臨床へ応用するとともに、視床下部-下垂体を含めた全身的BMPのBioavailabilityと内分泌活性・生理的意義を探究した。卵胞から全身へと拡大し、中枢から末梢まで網羅するBMP networkとして時計遺伝子やメラトニンなどのリズム形成因子との関連に着目し、H-P-0系におけるBMP作動系の機能解析を行い、内分泌モデュレーターとしてのBMPの臨床応用をさらに目指している。少子高齢化社会において、不妊をきたす病態の解明は急務であるが、卵巣機能不全へのアプローチにおいて視床下部-下垂体-卵巣(H-P-O)から成る生殖内分泌調節系の分子機序が十分に解明されていない。我々は卵巣に発現し卵胞発育を調節するBMP(Bone Morphogenetic Protein)分子に着目して研究を進め、BMPが卵胞内では細胞間コミュニケーター分子として、全身ではH-P-O系のモデュレーターとして機能し、種々のリズム調節因子とともに正常な卵胞発育・ステロイド合成を調節することを明らかにした。今後、全身的なBMP分子の内分泌活性と生理的意義をさらに明確にしてBMPの臨床応用を目指す。平成28年度の研究では、全身の組織で多彩な機能をもつBMPを診断と治療への機能的因子として臨床の場へ応用し、生殖内分泌の病態解析ツールや創薬への応用として進化すべく新たな研究を展開したいと考えている。前年度の予定に関しても遅れを取り戻すために以下の研究についても併行して遂行する。顆粒膜細胞において、PI3K下流でBMP-15発現の抑制などの卵胞成長抑制的に作動するForkhead転写因子Foxo3aの研究、転写因子Foxl2(Forkhead box L2)の機能に関する研究、顆粒膜細胞のFSHR調節系としてGPCR kinase(GRK)/Arrestinによる脱感作系に関する検討も併せて進行したい。そして、次年度の予定である視床下部-下垂体-卵巣を含むH-P-0系におけるBMP作動系の探索して、BMPの分泌機序の検討や、循環血中BMPとして注目される新しいBMP-9の卵胞機能・成長における研究、さらにGnRH調節因子・概日リズム因子と卵巣BMPの関連を探索したい。組織特異的活性をもつBMPがH-P-O系へ及ぼす影響とその時相を把握し臨床展開から、内分泌モデュレーターとして機能するBMP作動性の解明に迫りたいと考えている。平成28年度以降の研究として、全身の組織で多彩な機能をもつBMPを診断と治療への機能的因子として臨床の場へ応用し、生殖内分泌の病態解析ツールや創薬への応用として進化すべく研究を展開したいと考えている。
アイヌ芸能の時間的変化の過程の研究-江戸・幕末北方関係資料に基づく-

本研究によって収集された蝦夷関係史料からのアイヌの芸能に関する記録の複写は2,500点に及んでいる。これらの資料から幕藩体制下におけるアイヌ芸能の変化の過程が明らかになってきている。幕吏、藩士との正式な会見(ヲムシヤ、ウイマム)においてほぼ儀式の一部として男性による“槌打ち"や女性による“鶴の舞"が演ぜられた等の和人とアイヌの公式の関係や、運上屋や漁場等での日常生活においてアイヌによって和人の都々逸が歌われ、踊りの仕草が真似られていた等の記録から、アイヌの社会の変化、文化変容の具体的状況が明らかになったが、さらにこれらの記録を現在の伝承と対応させ、比較するための方法として、アイヌの芸能の各項目を時代的、地域的分布を織り込んだアイヌの芸能の図像記録とそれに対応すると判断される歌や楽器の録音資料による解説付のCDを本研究の成果として出版する。
白亜系石化化石から見たスギ科とヒノキ科の分化過程の解析

夏期に北海道において化石採集を行い、観察した結果以下のような新知見が得られた。従来スギ科の球果化石属Yezosequoiaは1種のみから成る単形属であったが、本年度の研究によって、同属ないしは極めて近縁な種がほかにも少なくとも二種あることが判明した。この結果に関しては現在投稿準備中である。北海道の白亜紀から多産するヒノキ科の枝葉に良く似た化石であるYezoniaに関して大量の化石を観察し、樹幹から細枝、葉、球果に至る植物の全体像を明らかにすることができた。このことによりYezoniaがナンヨウスギ属であること明らかにすると共に中生代に存在した同属の絶滅節の実体を明らかにすることができた。この結果に関しては現在Journal of Plant Researchに投稿中である。これまで記載されたスギ科及びヒノキ科の球果化石のうちいくつかの属に関して、現生属の中間的形態であることを見いだし、両科の進化過程の考察を行った。特にYubaristrobusに関してはスギ科とヒノキ科の中間型に当たるという仮説を立て、これによりスギ科の一部からヒノキ科が現れてきた形態変化の過程を実証する事ができた。この結果に関しては今年度開催された国際植物科学会議のシンポジウムにおいて口頭発表され、さらにシンポジウムボリュームとしてJournal of Plant Researchにおいて報告される見込みである。これまでの研究でスギ科とヒノキ科の繁殖器官の進化過程はほぼ明らかになったと思われる。今後これらの球果に付着する果柄の葉を頼りにして栄養器官の進化過程を明らかにすることが求められる。
DNA分解度測定によるDNAの分解プロセス及び適正なDNA型検査に関する研究

長さの異なる2種の定量PCRに基づくDNAの分解度測定により、DNAの量と質が測定可能となった。陳旧血痕に由来するDNA及び実験的な分解DNAにおいて、分解度が同程度であれば、DNAによる個人識別に広く用いられるSTR型検査の検出率は同程度であり、分解度測定によるSTR型の検出率予測が可能となった。骨及び歯試料からの新規抽出法により、PCR阻害物質を効果的に除去可能となり、法科学試料においてもDNA分解度測定が可能となった。ヒト第17番染色体に500から1000コピー存在するD17Z1領域に、207bp、140bp、98bp、50bpを増幅するプライマーセットを設計し、リアルタイムPCRを実施した。定量にはSYBR Green Iによるインターカレーター法を用いた。各プライマーセットによる定量値の比をとりDNA分解度とした。また、それぞれのプライマーセットによる増幅サイズに対して、その増幅サイズにおけるDNA定量値をプロットしたグラフの傾きについても、分解度測定に用いた。いずれの測定法においても、試料DNAの分解度を判定することができた。血液から精製したDNAを、DNA分解酵素または化学試薬等で処理し、分解度の異なる様々な分解DNA試料を作成した。また、室内に数十年放置した陳旧血痕試料からDNAを抽出し、分解DNA試料とした。作成した分解DNA及び陳旧試料から抽出した分解DNAの分解度を決定した。定量結果をふまえて、1ngの分解DNAを試料として、アイデンティファイラーキットによるSTR型検査を行った。作成した分解DMと陳旧試料から抽出した分解DNAの、分解度とSTR型検出率は試料DNAの分解方法によって異なった。血痕から抽出した分解DNAと、Mn2+存在下でDNase I処理した分解において、分解度とSTR型検出率が同様の傾向を示した。よって、血痕中のDNAが受ける分解は、化学試薬による処理及びMg2+存在下におけるDNase I処理等と比較して、Mn2+存在下におけるDNase I処理に近いと判明した。したがって、法科学試料中のDNAが受ける分解は、2本鎖DNAへのニック等の損傷や活性酸素種による損傷より、2本鎖DNAの切断の影響が大きいと考えられる。数年から数十年保存した陳旧血痕試料からDNAを抽出し、DNA分解度を測定した。陳旧血痕から抽出した分解DNAを試料として、アイデンティファイラーキット及びミニファイラーキットによるSTR型検査を行った。アイデンティファイラーキットにより、DNA分解度が低い試料は、207bpの1ngを鋳型として全てのSTR型検査領域で型判定が可能であったが、98bpの1ngを鋳型とすると鋳型量の不足により一部型判定不詳となった。DNA分解度が中程度の試料においては、207bpの1ngを鋳型とすると鋳型量過剰により型判定不詳となったが、98bpの1ngを鋳型とすると全てまたは一部のSTR型検査領域で型判定が可能であった。DNA分解度が高い試料においては、207bpの1ngを鋳型とすると鋳型量過剰により型判定不詳であり、98bpの1ngを鋳型とすると鋳型量は適正であるが分解の進行により一部型判定不詳となった。ミニファイラーキットにより、いずれの試料においても、98bpの0.5ngを鋳型とすると鋳型量は適正であり、全てまたは一部のSTR型検査領域で型判定が可能であった。一方、分解度が中程度以上の試料において、207bpの0.5ngを鋳型とすると過剰の鋳型量により型判定不詳であった。従って、DNA分解度が低い試料は、207bpの1ngを鋳型としてアイデンティファイラーキットによるSTR型検査を実施するのが適当である。DNA分解度が中程度の試料は、98bpの1ngを鋳型としてアイデンティファイラーキットによるSTR型検査を実施するのが適当である。DNA分解度の高い試料は、98bpの1ngを鋳型とするアイデンティファイラーキットによるSTR型検査に加えて、98bpの0.5ngを鋳型としてミニファイラーキットによるSTR型検査を実施するのが適当である。分解度とSTR型判定率には相関があり、DNA分解度の測定により、アイデンティファイラーキットによるSTR型検査前にSTR型判定率の予想が可能であった。また、DNA分解度に応じた適切な検査法の選択が可能となった。骨試料においては、PCR阻害物質等の影響から、さらなる検討が必要と示唆された。
励起子および励起子ポラリトン系における流入と流出のある凝縮体の非平衡強結合効果

励起子および励起子ポラリトン系は、電子・ホール等が強く相互作用すると同時に、対消滅や光子の共振器からの漏れによる粒子の流出が顕著であるため、非平衡性と強相関性が共存した系となっている。その結果、特に励起子ポラリトン系では、閉じた熱平衡系で実現するボース・アインシュタイン凝縮(BEC)から非平衡開放系の光学現象である半導体レーザー(LASER)へと移り変わる現象が観測されており、強相関凝縮系物理学とレーザー物理学をつなぐ架け橋となりうる系として注目を集めている。今年度は、Generalized random phase approximation(GRPA)をKeldysh形式に拡張することにより、非平衡定常状態にある励起子ポラリトン凝縮体の光学特性を解析することのできる枠組みを構築することに成功した。この枠組みを用いてphotoluminescenceを解析することで、ポンプ強度が上がるにつれ、励起子ポラリトン凝縮にブルーシフトが生じると同時に、拡散型ゴールドストーンモードのスペクトル強度が強くなっていくことを示した。これは実験結果を定性的に説明するものである。また、この系では長らく、(凝縮体のエネルギーを基準として)負のエネルギーを持つBogoliubov分散がphotoluminescenceに強く現れると予想されてきた。にもかかわらず、実際の実験ではこの「負の分散」が観測されないことが大きな謎とされていた。本研究の枠組みで解析した結果、「負の分散」のスペクトル強度は非平衡性により非常に弱くなることが分かり、外部からの連続的な粒子注入が「負の分散」の出現を大きく抑制することを明らかとした。本研究結果は、励起子ポラリトン系の多体効果を議論する際には非平衡性による分布の変化をきちんと考慮に入れる必要があることを示す結果として、重要であると考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、励起子系および、励起子ポラリトン系で重要となる電子・ホール間の強い引力相互作用と、対消滅や光子の共振器からの漏れなどによる粒子の流出による非平衡効果を同時に取り込んだ理論の構築である。今年度は、BCS-Leggettの強結合理論をKeldysh形式に拡張することで、凝縮相における電子・ホールの対生成・対消滅による流入と流出の効果を加味した理論を構築した。この理論の枠組みで定常状態における凝縮オーダーパラメータおよび、1粒子励起スペクトル強度の数値解析を行った。その結果、電子・ホールの流入・流出がもたらす非平衡性によりクーパー対が破壊されていき、電子・ホールの流出率がある値を超えると凝縮相が常流動相へと2次相転移することを明らかにした。さらにGeneralized random phase approximation (GRPA)の枠組みを用いることで、この非平衡な凝縮体の集団励起構造および、安定性の解析を行った。電子・ホールの流出率を大きくしていくことで非平衡性を誘起すると、凝縮体の南部・Goldstoneモードの音速が著しく抑制されることを見出し、非平衡性の強度が臨界値に達すると、音速がゼロとなり、一様な凝縮体に不安定化が生じることを明らかにした。詳細に解析した結果、この不安定化は上述の非平衡性がもたらす対破壊効果により励起された準粒子と、凝縮体の「音波」である南部・Goldstoneモードが結合することであることを見出した。特に強結合領域では、通常斥力である励起子間相互作用が、対解離した電子・ホールの影響で実効的に引力に切り替わることによる現象であることを突き止めた。今年度の研究計画であった、非平衡定常状態下の励起子系の強結合効果をKeldysh形式の自己無撞着T行列理論の枠組みで取り込むには至らなかったが、凝縮相における定常状態の平均場解と、そのまわりの揺らぎの解析を行う理論を作り上げることに成功した。この理論により導かれた、非平衡性が集団励起構造に著しく変化を及ぼし系の不安定化をもたらすという結論は、この系に対する強結合効果が非平衡性により大きく影響されることを強く示唆する結果である。以上より、研究はおおむね順調に進展していると判断する。

本研究の枠組みで解析した結果、「負の分散」のスペクトル強度は非平衡性により非常に弱くなることが分かり、外部からの連続的な粒子注入が「負の分散」の出現を大きく抑制することを明らかとした。本研究結果は、励起子ポラリトン系の多体効果を議論する際には非平衡性による分布の変化をきちんと考慮に入れる必要があることを示す結果として、重要であると考えている。次年度は、励起子系に対し現状の理論を拡張し、自己無撞着T行列理論の枠組みで強結合効果を取り込んだ解析を行う。さらに光子と電子・ホールとの結合の効果を加えたモデルに対し同様の解析を行うことで、励起子ポラリトン系における励起子ポラリトン凝縮から半導体レーザーへのクロスオーバー現象に対する非平衡強結合効果を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
超流動乱流における量子渦の可視化法の開発と圧力変動計測による乱流普遍則の解明

液体ヘリウム(He)は、絶対温度2.17Kにおいてその粘性が消滅して安定な超流動状態に遷移する。この粘性がない状態では、通常の室内実験では実現不可能な高レイノルズ(Re)数乱流が生成される。本研究では、超流動状態における流速場の可視化方法を開発し、熱対向流中の量子渦の挙動を観察することに成功した。また、従来用いてきた圧力プローブを小型化することにより、乱流中の変動圧力計測方法を高精度化することができた。対数領域における確率密度関数型の不変性を利用して、乱流境界層壁近くの変動強度を補正する方法を提案した。ダクト端面に設置されたヒーターから熱を加えることにより、熱カウンター流を発生させ、ダクト内の温度変動を計測した。計測には、ロックインアンプとヒーストンブリッジ回路を用いた微小温度計計測法(0.01°C)においても有用であることを確認した。温度変動波形から、ダクト内の流動には準周期的な振動(沸騰)モードがあることがわかり、モードの決定に与える圧力、熱流束の影響を調べた。ダクト内の準周期的な振動発生と同時に可聴音を伴うことが観測より明らかになったため、ダクト内対向流の可視化を実施した。YAGレーザーおよび高速度カメラを同期し、サーミスタによる温度同時計測の結果から、超流動形態と音の発生、常流動成分の挙動を詳細に観察できた。この観察に基づき、ダクト内の周期的流動(温度変動)を再現する物理モデルを構築した。超流動の可視化に関しては、CCDカメラの故障のため準備が遅れてきていたが、光学系の設置、デュアー内の光学窓からの可視化画像の確認、PIVシステムによる流速ベクトルの算出をこなった。粒子密度を十分に増やすことで、計測精度の改善が可能であることが分かった。超流動中の変動圧力を計測するために、これまで開発してきた圧力プローブを低温センサーを用いた計測用に改良をおこなった。静圧管中の定在波や共振波の影響は認められなかったが、バックグランドのノイズが大きいため、その除去方法を考案することとした。SN比が悪く良好な信号が得られていない。そこで、半導体型センサーの代わりに水晶圧電式センサーを用いることを計画している。前者は背面圧力を計測する際に微小なチューブを用いており、この部分で圧力信号に不要なノイズが含まれると予想している。水晶圧電センサーには、この様な構造上の欠陥はない。また、電気ノイズレベルを下げるように、測定体系のアースや配線、汎用アンプのバッテリー駆動などをすすめる予定である。この粘性がない状態では、通常の室内実験では実現不可能な高レイノルズ数乱流が生成される。量子渦はHe原子の質量から決まる単一の循環量しか持てないため、渦構造を容易に同定でき、高Re数乱流中での渦構造と統計的普遍則の関連を解明することが期待される。本研究では、これまで開発してきた計測法を発展させ、超流動He乱流における可視化法の確立と高精度化をおこなった。また、熱対向流中での超流動、常流動成分の流速分布を明らかにした。量子化渦を可視化することができる可視化として、トレーサー粒子には水素粒子を用いている。水素粒子はHeI中へ気体水素を噴射し生成する。生成される水素粒子の直径と個数は噴射の条件によって異なため、最適な条件を明らかにした。微細な水素粒子の撮影が可能となるように光学系を構築した。液体ヘリウム封入容器を従来のガラス製円筒容器から、可視化窓を設置したデュアーを作成することで、撮影に際しての光学歪み等を解消した。さらに微小領域(9mm×9mm)を高解像度で可視化することからピクセル分解能を向上させた。加えてレーサーシート光の照射面積を絞り、光の強度密度の増加によって微細な水素粒子に十分な輝度を与えた。以上の改良をおこなうことにより、量子渦を可視化し、その運動の定量化に成功した。さらに、チャネル熱カウンター流への本計測法を適用することから、トレーサー粒子が量子化渦にトラップされる力のつり合いから、従来の理論的研究からの相違点を明らかにした。

YAGレーザーおよび高速度カメラを同期し、サーミスタによる温度同時計測の結果から、超流動形態と音の発生、常流動成分の挙動を詳細に観察できた。この観察に基づき、ダクト内の周期的流動(温度変動)を再現する物理モデルを構築した。超流動の可視化に関しては、CCDカメラの故障のため準備が遅れてきていたが、光学系の設置、デュアー内の光学窓からの可視化画像の確認、PIVシステムによる流速ベクトルの算出をこなった。粒子密度を十分に増やすことで、計測精度の改善が可能であることが分かった。超流動中の変動圧力を計測するために、これまで開発してきた圧力プローブを低温センサーを用いた計測用に改良をおこなった。静圧管中の定在波や共振波の影響は認められなかったが、バックグランドのノイズが大きいため、その除去方法を考案することとした。SN比が悪く良好な信号が得られていない。そこで、半導体型センサーの代わりに水晶圧電式センサーを用いることを計画している。前者は背面圧力を計測する際に微小なチューブを用いており、この部分で圧力信号に不要なノイズが含まれると予想している。水晶圧電センサーには、この様な構造上の欠陥はない。また、電気ノイズレベルを下げるように、測定体系のアースや配線、汎用アンプのバッテリー駆動などをすすめる予定である。計測機器の故障などのため、予定よりも遅れています。当初に計画した実験は一通り行っていますが、精度度の向上などにさらなる改善を必要とします。本年度は研究をまとめる段階になりますので、これまでの成果を確認するとともに、計画した内容を遂行できるように着実にしたいと思います。25年度が最終年度であるため、記入しない。超流動中の粒子の可視化に関しては、粒子密度の調整から精度の向上が期待される。圧力変動の計測には、SN比を改善するための水晶圧電式センサーを用いる予定である。これらの改善を通して、超流動中の圧力計測に基づき、Kolmogorovの乱流普遍則の検証を行う予定である。ダクト内の可視化に関しては、デュアーのリークチェックの後に、これまで試行してきた水素粒子の生成を実施し、最適粒子の形状、密度の調整をおこなう。YAGレーザーを用いた可視化は予備実験を終えており、最適粒子径の密度が調整できれば、流速計測を実施する。ダクトを透明化することから、内部の熱対向流の状況を可視化できるものと考えている。可視化粒子の挙動から、超流動成分、常流動成分を区別すること、量子タングルの存在を考察したい。
マウスのDNAポリメラーゼ_α/プライマーゼ複合体を用いたDNA複製開始機構の解明

DNAポリメラーゼ_α/プライマーゼ複合体(pol._α)は染色体複製におて新生DNA鎖の合成開始を司る複製酵素である。私達はpol._αの機能と構造を明らかにすることで、複製開始のメカニズムやcheckpointの機構を解明することを目指している。マウスのpol._αは4つのサブユニット(p180,p68,p54,p46)から構成されている。今回動物培養細胞を用いたcDNA発現系により、ポリメラーゼ触媒サブユニットであるp180とこれまで機能不明であったp68の蛋白質間相互作用について検討した。両サブユニットのcDNAをSR_αプロモーターの下流に組み込み、COS-1細胞やNIH3T3細胞へエレクトロポレーション法により導入した。p180によるポリメラーゼ活性はp68と同時に発現させることで顕著に増加することを見出した。Western Blot法により、p68の存在下ではp180の蛋白レベルでの発現量が増加しており、その結果、ポリメラーゼ活性が増産されていることが判明した。またp68との相互作用は、p180のC末端にある核移行シグナルを提示することにも必須であることも見出した。即ちp180を単独で発現させても細胞質に局在するが、p68とco-transfectionすることで、両サブユニットが核へと移行することを蛍光抗体染色法により見出した。また、様々な欠失変異体や置換変異体を用いて、両サブユニットの結合に関わる領域、核移行シグナル、また酵素活性に必須な領域、について知見を得ることができた。以上の結果は、p68が触媒サブユニットの酵素活性や局在部位を調節する役割を担っていることを示唆しており、ポリメラーゼ活性の制御機構の標的としてp68が機能することが推察された。