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コミカンソウ亜科における絶対送粉共生系の起源、多様化、および維持機構

コミカンソウ科(従来のトウダイグサ科コミカンソウ亜科)に含まれる5属25種の植物について,琉球列島,台湾,ラオス,マダガスカル,およびアメリカ合衆国における野外調査に基づき,その送粉様式を解明した。前年度までの研究から,コミカンソウ科にはカンコノキ属のように種子食性のEpicephala属ホソガとの間で送粉をめぐる特殊な共生関係が見られる種群が知られていたが,このような共生関係が3属5種群にわたって系統的に幅広く見られることを明らかにした。またこれらの植物について葉緑体,および核遺伝子の塩基配列を用いて系統関係を明らかにしたところ,コミカンソウ科において絶対送粉共生系が複数回独立に進化したらしいことが分かった。一方のEpicephala属においては送粉行動は一度だけ起源し,その後二次的に一度失われていた。これらの結果から一見複雑な相互適応を伴うと考えられる絶対送粉共生系が,実際には容易に繰り返し進化しうることが示唆された。また絶対送粉共生系が見られるカンコノキ属において,Epicephala属ホソガとの間の種特異性に関する詳細な解析を行った。琉球列島および台湾に生育するカンコノキ属植物5種について,送粉者であるEpicephalaをさまざまな地点から採集し,ホソガのミトコンドリア,および核遺伝子の塩基配列,および雄の交尾器形態を解析したところ,両者は互いに高い種特異性を示すものの,一部の組み合わせでは1種の植物上に2種のホソガが共存するといった関係が見られた。こうした結果はこれまで考えられてきた1対1の種特異性が通例でないことを示すとともに,両者の間の複雑な種間関係が種分化や多様化に及ぼす影響を考えるうえで重要な知見をもたらした。コミカンソウ亜科カンコノキ属の花はそれらの子房に特異的に産卵する雌のEpicephala属ホソガによって送粉されている。ホソガの幼虫は発達途中の胚珠を食べて成熟するが、種子の一部は食われず残るために両者は巧みな相互依存関係にある。こうした関係は「絶対送粉共生系」と呼ばれ、自然界ではきわめてまれな共生系である。本年度は、カンコノキ属で見られた絶対送粉共生系の起源を明らかにするため、カンコノキ属に近縁な植物における送粉様式を幅広く調査した。その結果、オオシマコバンノキ属およびコミカンソウ属の一部の種においても、カンコノキ属で見られたような特殊な送粉様式が存在することを明らかにし、その成果を報告した。またコミカンソウ属は世界に800種以上が知られる大きな属であるが、これらの中にはホソガによって送粉されるもの以外に、多様な送粉様式を持ったものが多く存在することを明らかにした。現在はこれらの生態学的知見の得られた種について分子系統解析を行い、絶対送粉共生系の起源に関しての解析を進めている。これらの研究と並行して、カンコノキ属における種多様化の過程に関する解析を行い、その成果を報告した。世界に約300種が知られるカンコノキ属植物は、それぞれが種特異的なホソガと密接な関係を結んでいる。そこで両者の種分化がどれほど協調的に起こったかを明らかにするため、分子系統解析および共種分化解析を行った。これらの解析から、ホソガによる寄主転換はまれに起こっているものの、カンコノキとホソガの種分化はおおむね協調的で、共種分化が起こっていることが明らかとなった。コミカンソウ科(従来のトウダイグサ科コミカンソウ亜科)に含まれる様々な属の植物について,琉球列島,台湾,ラオス,キューバ,マダガスカル,アメリカ合衆国における野外調査に基づき,その送粉様式を明らかにした。またこれらの植物について葉緑体,および核遺伝子の塩基配列を解析することにより系統関係を明らかにし,コミカンソウ科における送粉様式の進化のパターンを明らかにした。コミカンソウ科にはカンコノキ属のように種子食性のEpicephala属ホソガとの間で送粉をめぐる特殊な共生関係が見られる属があるが,本研究の結果こうした共生関係がコミカンソウ科で複数回起源していることが明らかになった。また新大陸における野外調査の結果,こうした共生系が世界的な広がりをもっていることが明らかとなった。カンコノキ属においてEpicephala属ホソガとの間の種特異性に関する詳細な解析を行った。琉球列島および台湾に生育するカンコノキ属植物5種について,送粉者であるEpicephala属ホソガのミトコンドリア,および核遺伝子の塩基配列を解析し,また交尾器形態を比較することで,両者の間の複雑な種間関係を明らかにした。このほか昨年度に引き続きカンコノキ属における絶対送粉共生系の進化的な維持機構に関する調査として,和歌山県のフィールドにおいてカンコノキの開花,受粉率,結実率,自家和合性などに関する基礎的データの収集を行った。これらの調査は来年度も引き続き行う予定である。

一方のEpicephala属においては送粉行動は一度だけ起源し,その後二次的に一度失われていた。これらの結果から一見複雑な相互適応を伴うと考えられる絶対送粉共生系が,実際には容易に繰り返し進化しうることが示唆された。また絶対送粉共生系が見られるカンコノキ属において,Epicephala属ホソガとの間の種特異性に関する詳細な解析を行った。琉球列島および台湾に生育するカンコノキ属植物5種について,送粉者であるEpicephalaをさまざまな地点から採集し,ホソガのミトコンドリア,および核遺伝子の塩基配列,および雄の交尾器形態を解析したところ,両者は互いに高い種特異性を示すものの,一部の組み合わせでは1種の植物上に2種のホソガが共存するといった関係が見られた。こうした結果はこれまで考えられてきた1対1の種特異性が通例でないことを示すとともに,両者の間の複雑な種間関係が種分化や多様化に及ぼす影響を考えるうえで重要な知見をもたらした。
環境半導体β-FeSi2/Siヘテロ接合の高品質化と光デバイスの開発

超高真空蒸着装置を用いて、シリコン(001)基板上にβ-FeSi_2を生成し、引き続きp型シリコンを作製し二重ヘテロ構造で発光デバイス構造を作ることを試みた。まず、昨年度にシリコン(001)基板にβ-FeSi_2をエピタキシャル生成する条件を確認し、再現性のあるものとした。その上で、蒸着するFeソースの純度を上げてシリコン(001)基板上に生成したβ-FeSi_2のキャリヤ濃度を1.3x10^<16>cm^<-3>と低減することに初めて成功した。さらに、Feソースとβ-FeSi_2生成層の不純物元素を二次イオン質量分析計で測定し、コバルトやニッケルなどが、主要な不純物であり、それらが電子密度を支配していることを明らかにした。残留不純物元素が同定されたことは、Feソースの純度向上の重要な指標となる。また、キャリヤ濃度が低減されたことで、デバイスの作製に不可欠であるドーピングのデータを収集できるようになった。p-Si/β-FeSi_2/n-Si基板の二重ヘテロ構造を全て蒸着法で作った。p-Siとn-Si上に金属をそれぞれ蒸着して電極を形成して、1mm四方のチップを作製した。電流-電圧特性を測定した結果、高品質なβ-FeSi_2生成層からなるチップでは、理想因子が1.27と低いダイオードができることが明らかとなった。このことからas-grownβ-FeSi_2生成層を用いて発光デバイスが開発できる見通しが得られた。超高真空蒸着装置をもちいて、加熱されたシリコン(001)基板上に鉄を蒸着することでβ-FeSi2薄膜の生成を検討した。β-Fesi_2の生成条件として基板温度を500から750°Cにかえ、鉄の蒸着速度を0.2から1.2nmに変えて実験を行った。生成層の結晶構造を調べるためにX線回折装置で評価した。その結果、シリコン(001)基板上にβ-FeSi2がエピタキシャルに生成する条件、すなわち、シリコン(001)上にβ-FeSi_2がa軸に配向して生成する条件を求めることが出来た。比較的配向性が強くなる基板温度は約700°Cで、鉄の蒸着速度が0.5nm近傍であることが明らかになった。また、シリコン基板の前処理がβ-FeSi_2の初期の生成に強く影響をしており、前処理を注意深く行うことによって、β-FeSi2の配向生の再現性が得られやすいことが分かった。β-FeSi_2生成層の膜厚を数十nmから1μmまで厚くしてβ-FeSi_2生成層をX線回折装置で調べた結果、β-FeSi_2生成層の配向生が保持されており、半値全幅は狭くなっていることが明らかとなった。β-FeSi_2生成層のキャリア濃度は生成条件に強く依存しており、現在、光デバイスに必要となるp-n接合の形成を行うことが出来るn形β-FeSi_2を生成する条件が明らかになり、p形の蒸着源を用いることによってp-n接合が作製できる見通しを得ている。さらに、Feソースとβ-FSi_2生成層の不純物元素を二次イオン質量分析計で測定し、コバルトやニッケルなどが、主要な不純物であり、それらが電子密度を支配していることを明らかにした。

残留不純物元素が同定されたことは、Feソースの純度向上の重要な指標となる。また、キャリヤ濃度が低減されたことで、デバイスの作製に不可欠であるドーピングのデータを収集できるようになった。p-Si/β-FeSi_2/n-Si基板の二重ヘテロ構造を全て蒸着法で作った。p-Siとn-Si基板上に金属をそれぞれ蒸着して電極を形成して、1mm四方のチップを作製した。電流-電圧特性を測定した結果、高品質なβ-FeSi_2生成層からなるチップでは、理想因子が1.27と低いダイオードができることが明らかとなった。このことからas-grownβ-FeSi_2生成層を用いて発光デバイスが開発できる見通しが得られた。
ナイジェリアの精神保健福祉への包括的地域ケア・アプローチの適応に関する研究

本年度の研究実績は以下の通りである。1.ナイジェリアでの現地調査(1)地域で生活する精神障害者と家族の生活状況およびニーズを把握するため、ラゴス市内に在住する精神障害者と家族への訪問調査を行った。インタビューは約1時間半2時間半程度の半構造化面接を実施し、語られた内容はテープ録音し整理分析を行った。(2)ナイジェリアで深刻な社会問題となっている薬物依存に関して、アロ精神神経病院(アベオクタ)に入院中の薬物依存患者へのインタビュー調査を実施した。尚、それぞれの調査においては、インタビュー協力者に対して、調査目的、録音と記録作成、成果の公開、プライバシーへの配慮の方法についての事前説明を行い、文書による同意を得ている。(3)ヤバ精神科病院において、精神科医・心理士・精神科ソーシャルワーカー等の医療スタッフを対象に、「日本における精神障害者への包括的地域ケアの歴史と現状」についての英語での講演を行った。(4)ナイジェリア(ラゴス)での精神障害者と家族を対象としたNPO設立の可能性について、ラゴス大学附属総合教育病院のProf.O.O.Famuyiwaと協議した。2.イギリスでの文献収集3.日本における研究活動質的データの分析方法の理解を深めるため、文献講読および研究会への参加を行った。以上の研究成果については、『ナイジェリアの保健・障害・福祉』(仮題)(龍谷大学国際社会文化研究所叢書)として2006年度に出版する予定である。本年度は、国内での文献研究に加えて、ナイジェリアでの現地調査を実施し、同国の精神保健福祉関係者とのネットワークの構築ならびに社会福祉や保健医療全般についての情報資料収集を行った。ナイジェリアでは、以下の組織で聞き取り調査を実施した。(7)JICA:大西真由美(企画調整員)、日下部光(プロジェクトアドバイザー)(8)プライマリーヘルスケア・ディベロップメントエイジェンシー:Mr.R.O.Oyegoke(リエゾンオフィサー)(9)連邦政府保健局:Dr.S.Sule (計画研究部・部長)以上の聞き取り調査の結果は、本年度の研究成果として、『関西福祉大学紀要』第7号に研究ノートとして発表した。さらに、平成16年度の日本社会福祉学会で口頭発表する予定である。本年度は、国内での文献研究に加えて、8月9月にナイジェリアの精神病院において現地調査を実施した。今回は、病院内の治療方法やチーム医療の現状を調査するとともに医療スタッフ(主に精神科ソーシャルワーカー等のコメディカル)および入院患者へのインタビューを通して探索的調査を実施し、仮説構成への洞察を行った。さらに3月には、ナイジェリアへの西洋精神医学導入の先駆者の一人であるドイツ人精神科医(Dr.Med.Alexander Boroffka)への聞き取り調査をドイツにて実施した。ナイジェリアでは、以下の組織でインタビューを実施した。1.ヤバ精神病院・入院患者(5名)他2.アロ精神病院・入院患者(9名)他以上の研究成果については、『国際社会文化研究所紀要(第8号)』(龍谷大学)に発表予定である。
日本人関節リウマチ患者におけるST合剤副作用関連HLA遺伝子型の同定

当施設で実施中のIORRAコホート登録患者のうち、DNAの提供に関して書面で同意を得た約3,100名の患者を対象とする。さらにこれらの患者の診療録にあたり、ST合剤服薬とその副作用の有無を確認する。そしてHLA imputation法によるHLA領域の遺伝子型の推定を行い、さらに次世代シークエンサー技術を用いて正確なHLA遺伝子型同定も併用して行う。ST合剤中止をエンドポイントとした重症副作用発症の有無を従属変数とし、各HLA座の4桁レベルの遺伝子型別のアレルの数(0、1、2)を独立変数とした重回帰分析による関連解析を行い、ST合剤による副作用関連HLA遺伝子型を抽出する。
カイコの発生・変態における二本鎖RNA分解酵素の機能に関する研究

1.カイコ幼虫の中腸と消化液にみられる二本鎖RNA分解酵素(dsRNase)(至適pH,>7)の精製をDEAE、CMおよびG-75カラムクロマトグラフィーの順に進めた。その結果、いずれのカラムを用いてもdsRNaseの溶出位置にはDNaseおよび一本鎖RNA分解酵素(ssRNase)活性がみられた。このため、CMの活性分画をさらにDNA(native)-Celluloseカラムによって分画したにもかかわらず、依然として三つのヌクレアーゼ活性は分離できず0.250.5MNaClに溶出された。さらに、塩濃度を細分して溶出させたところろ、0.250.3MNaCl溶出部にDNase,dsRNase活性が、0.40.5M NaCl溶出部にDNase,dsRNaseおよびssRNaseが検出された。そこで、0.250.5M NaCl溶出分画を酵素液とし、ssRNAによるDNase,dsRNase活性の阻害がみられるかについて検討したところ、いずれの活性も阻害された。このことは、ssRNAとDNAおよびdsRNAを認識する酵素が中腸と消化液に存在することが分かった。また、本酵素は環状DNA(pUC119)も分解することからdsRNase,DNaseおよびssRNase活性をもつエンドヌクレアーゼ(分子量、2325x10^3)であることも分かった。2.消化液エンドヌクレアーゼは、幼虫から蛹期の変態期に高い活性を示すこと、またこの時期に消化管内腔に幼虫中腸皮膜由来のクロマチン小滴がみられることから消化液エンドヌクレアーゼがクロマチン小滴内DNAの断片化に関与するかについて検討した。このため、5齢6日目の中腸クロマチンと本酵素をin vitroで反応させた所、DNAの断片化が生じた。また、消化液エンドヌクレアーゼは、Mg^<2+>,Ca^<2+>,で活性化され、Zn^<2+>で阻害されることから、カイコ中腸におけるアポトーシス現象に関与すると推察した。1.カイコの成長・変態に伴う二本鎖RNA分解酵素活性の変動一本鎖RNAを分解しない条件下、すなわちMgCl_2を含まないトリス-塩酸緩衝液)中で、細胞質多角体病ウイルス二本鎖RNA(CPV-dsRNA)あるいはDNAと中腸粗酵素液とを反応させ、二本鎖RNA分解酵素(dsRNase)とDNase活性について検討した。幼虫期の中腸組織ではアルカリ性dsRNaseおよびDNase活性がみられたが、変態後の蛹中腸では両ヌクレアーゼの活性はみられなかった。一方、消化液のdsR NaseとDNase活性についてみると、幼虫期ではアルカリ性dsRNaseとDNase活性が、蛹期では中性およびアルカリ性のdsRNaseとDNaseの活性が出現することがわかった。また、幼虫期、蛹期の消化液ともDNAとdsRNAの両者を分解するヌクレアーゼとdsRNAのみを分解するdsRNaseの二種類が存在することも判明した。2.二本鎖RNA分解酵素の精製dsRNaseの酵素学的性状を知る目的で、消化液あるいは中腸を用い本酵素の精製を試みた。中腸ホモジネート(1200xg上清)を硫安分画し、各分画でのdsRNase活性を検討したところ、0-40%硫安による沈殿はds-RNAだけでなく、子ウシ胸腺DNA、酵母RNA(Mg^<2+>を反応液に添加した場合のみ)をも分解した。

これらの分解活性は、消化液の40%硫安飽和による沈殿にも存在したので、この活性分画をゲル濾過(Superdex-200)したところ、dsRNase、DNase、一本鎖RNA分解酵素(ssRNase)活性はほぼ同じ溶出位置に検出された。また、40%硫安飽和による沈殿をDEAE-Sepha-roseを用い0.2-1.0M NaClの直線濃度勾配で分画したところ、非吸着溶出部にdsRNaseの活性ピークがみられた。このため、この活性部分をさらにCM-セルロースによって分画したところ、dsRNase、DNaseおよびss-RNase活性が同じ溶出位置に認められた。このため、現在、ゲル濾過を行いdsRNaseの酵素学的性状について検討している。カイコの消化液から二本鎖RNA分解酵素の精製を行ったところ、二本鎖RNAの他、DNAおよび一本鎖RNAを分解するエンドヌクレアーゼ(分子量、23x10^3)が存在し、至適pHがアルカリ側であることが判明した。本酵素はMg^<2+>/Ca^<2+>で活性化され、Zn^<2+>で阻害されることも分かった。また、中腸皮膜からも二本鎖RNA分解酵素の精製を進めたところ、分子量25x10^3のエンドヌクレアーゼが存在したことから、消化液エンドヌクレアーゼは中腸皮膜から分泌されると推察した。一方、二本鎖RNA分解酵素の活性はカイコの成長・発育に伴い中腸組織でドラスティックに変動し、特に幼虫から蛹への変態期には幼虫期の中腸組織の崩壊と蛹中腸組織の新生と密接に関連していた。すなわち、二本鎖RNA分解酵素の活性が高まるに伴い幼虫中腸DNAの断片化が生じ、それと同時に蛹中腸皮膜のDNAが合成されていた。そしてDNAの断片化は蛹消化管内腔で起こっていることを明らかにした。さらに、5齢幼虫の中腸クロマチンと消化液エンドヌクレアーゼをin vitroで反応させたところ、DNAは断片化された。すなわち、エンドヌクレアーゼは変態期中腸組織のアポトーシス現象に関与していることが判明した。本酵素の他に中腸皮膜のクロマチン分画にもDNA断片化を引き起こすヌクレアーゼ活性が検出され、この酵素のイオン要求性は、消化液エンドヌクレアーゼのそれとは異なっていた。
エクソーム解析による小児喘息発症の個別化医療と創薬のための分子標的遺伝子の探索

本研究では次世代シークエンサーを使用した気管支喘息のエクソーム解析により疾患発症に影響を与えるアレアバリアントの同定をおこなうことを目的とした。喘息患者67名のDNAを使用してエクソーム解析を行い、Human Genetic Variation Databaseから得られた日本人集団のアレル頻度と比較した。過去の全ゲノム関連解析で検出されている喘息関連領域に存在するバリアントについて検討したところ、IL1RL1とGSDMBのミスセンス変異が喘息と関連している可能性が示唆された。また、喘息関連遺伝子変異候補となる複数のレアバリアントが同定された。申請者はアレルギー疾患の遺伝要因の解明を目的に遺伝子多型および網羅的遺伝子発現解析を通して病態の解明を行ってきた。アレルギーを含む多因子疾患において、近年複数の稀な遺伝子変異が疾患発症に強い影響を持つことが明らかとなり、これらの稀な変異により喘息の強い遺伝率を説明することができると考えられている。そこで申請者は次世代シークエンサーを使用した世界初の気管支喘息のエクソーム解析により疾患発症に強い影響を与える遺伝子の同定をおこない現在までのゲノム解析では達成されていない発症予測、個別化医療、分子標的薬の開発に発展させることを本研究の目的とする。初年度にあたる今年度は少数例(5例)のぜんそく患者サンプルを使用してsoLiD5500によるシークエンスを行った。データ解析にはsoLiDに付属しているLifeScope version2.5によるマッピングののちGenome analysistoolkit(GATK Broad Institute、version2.4.3)を使用してバリアントコールを行った。検出されたバリアントについてはAnnovar(http://www.openbioinfbrmatics.org/annovar/)を使用してアノテーションの付加を行った。サイトカイン、転写因子に存在し、かつタンパク質の機能に影響すると予測される1000Genome、dbSNPの登録されていないSNV/smallindelを複数同定した。そこで申請者は次世代シークエンサーを使用し気管支喘息のエクソーム解析により疾患発症に強い影響を与える遺伝子の同定をおこない現在までのゲノム解析では達成されていない発症予測、個別化医療、分子標的薬の開発に発展させることを本研究の目的とした。エクソームの場合にはより重症度が高い患者をターゲットとすることが、原因遺伝子変異の同定につながることが予想されるため、今年度は難治性喘息の患者およびコントロールサンプルを対象として、最新のバージョンの試薬(SureSelect V5, Agilent)およびソフトウェア(LifeScope 2.5ならびにGenome analysistoolkit (GATK, version 2.8)を使用して解析条件のoptimizationを行った。コントロールについてはin-houseのもの以外にも公共データベース(http://www.genome.med.kyoto-u.ac.jp/SnpDB/manual.html等)も参考にした。解析条件が常にアップデートされており、いくつかの解析法を並行して施行して最適な条件について検討した。いくつかの候補の変異は存在するがサンプルサイズがいまだ小さいために確定には至っていない。本研究では喘息発症に強い影響を与えるレアバリアントを同定する目的で成人難治性喘息を含めて次世代シークエンサーを用いて解析を行った。SureSelect V5, AgilentおよびSOLiD5500(Life Technologies)によるエクソーム解析を行い、データ解析にはLifeScope version 2.5(Life Technologies)によるマッピングののちGenome analysistoolkit (GATK, Broad Institute)Annovar (http://www.openbioinformatics.org/annovar/)を使用してアノテーション付加を行った。P<0.01かつ一般頻度2%以下で難治性ぜんそく患者により多く認められたエクソン領域の変異を64か所同定した。本研究では喘息発症に強い影響を与えるレアバリアントを同定する目的で次世代シークエンサーを用いたエクソーム解析を行った。プラットフォームとしてSOLiD5500, illumina、解析プラットフォームとしてはBroad InstituteのGenome Analysis Toolkit(GATK)を使用して、難治性ぜんそく患者を含む70名のエクソーム解析が終了した。また、コントロールとしては1000 Genome Project Phase Iの日本人エクソームサンプル89サンプルを使用した。複数の候補遺伝子変異が同定されており、現在は2次解析のための候補遺伝子変異のバリデーションを行っている。次世代シークエンサーを用いたエクソーム解析を行い、P<0.01かつ一般頻度2%以下で難治性ぜんそく患者により多く認められたエクソン領域の変異を64か所同定した。

しかし決定的な疾患関連バリアントの同定には至っていない。27年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝医学アレルギー学次世代シークエンスの研究環境は開始から3年を経て当初の予測よりはやるかに急速に発展している。レアバリアントの同定のためにはサンプルサイズを増やす必要があり、今後シークエンスコストの大幅な低下が期待できることから来年度に研究基金を繰り越してより多くのサンプルを解析することにより検出力を高める。次世代シークエンサーはそのプラットフォームの変更が著しく、解析法も日々進歩している。本年度は初年度にあたるため5名の患者サンプルを使用してExome解析を行い、もっとも最適な実験法と解析法についての検討も行った。次年度はさらにサンプル数を増やすことにより目的達成に向けて努力する。exome解析はいまだ発展途上であり試薬も解析法も頻回に変更になるため、どの条件や実験法がよいのかについてのoptimizationに時間が必要となった。しかし大体のめどはついたため次年度の最終報告にむけての準備を整えることができたと考えている。次世代シークエンスの研究環境は開始から3年を経て当初の予測よりはやるかに急速に発展している。重症の喘息を中心にエクソーム解析を行う。エクソーム解析は費用が高額になってしまうが、ターゲット遺伝子がいくつかしぼれた後は、別機種の次世代シークエンサー(Ion PGM, Lifetechnologies)を使用してターゲットリシークエンスをサンプル数を増やして行う。実験や解析法のoptimizationはほぼ完了したのでexome解析のサンプルサイズを増やし、独立した多検体で二次解析を行い最終的に原因となる遺伝子変異の同定に努める。すべての繰り越し金をすべて次世代シークエンサーの消耗品にあてることにより、より多くのエクソーム解析を行う。
言語の消滅・維持の動態論的研究

本研究の目的は、「言語の消滅・維持の動態論的研究」のもとに組織される2つの計画研究(「危機言語の記述とその動態論的研究-特に共通語との関係で」代表:梶茂樹、「危機言語の記述とその動態論的研究-移民コミュニティにおける言語の変化-」代表:林徹)と、公募研究(「言語崩壊時に生じる言語現象の動態的研究」代表:中川裕(当初予定の稗田乃から交替))とを合わせた全体の研究調整を行うことであった。それぞれの具体的研究については、各研究班でおこなったが、調整班としては、これを、調整班のホームページにおいて、3つの研究の目的、組織、調査予定、研究会予定などについて公開、更新し、各メンバーの連絡調整を行うと同時に、成果の公開をはかった。また、12月には借用語に関する全体会議開催し、アフリカのバンツー系諸語、ドイツに住むトルコ民族のトルコ語、日本国内に話される韓国語、またインドネシアのバリ語、スンバワ語などの部族語などの例を用いて、言語が危機に陥る場合、語彙のどの部分が侵されやすいか、また、どの部分が安定しているかを言語の系統や類型を越えて考察した。成果については、各研究班の以下の出版物にまとめてある。『地方語と共通語における借用語の動態関係-アフリカとインドネシアの場合-』(梶茂樹編)『言語間の接触において生じる言語現象』(稗田乃編)この調整班は、言語が全体として消滅していくプロセスを研究する梶班(計画研究1「危機言語の記述とその動態論的研究-特に共通語との関係で」)と稗田班(公募研究「言語崩壊時に生じる言語現象の動態研究」)、そして、移民という小さなコミュニティレベルで、さらには個人というレベルにおいて言語が変容・崩壊していく様を研究する林班(計画研究2「危機言語の記述とその動態論的研究-移民コミュニティにおける言語の変化」)とからなり、このマクロとミクロのレベルの相輔い合う研究を調整し、よって全体として言語消滅の動態論的研究を行うものである。調整班としては、今年度の活動は以下の2つに要約される。1、調整班(BO2班)としてのホームページを立ち上げ、運用を開始した。そこでは、各メンバーの研究テーマと調査日程、また研究の目的・趣旨などが掲載され、これらは順次、更新される。2、3月16日に調整班の全体会議を開催し、今年度の活動を総括した。梶班から、梶、米田、角谷、品川、阿部、原が、そして林班から林と金が、さらに稗田班からは稗田、小森、安部が参加し、それぞれの研究成果を発表した。本研究の目的は、「言語の消滅・維持の動態論的研究」のもとに組織された2つの計画研究(「危機言語の記述とその動態論的研究-特に共通語との関係で」代表:梶茂樹、「危機言語の記述とその動態論的研究-移民コミュニティにおける言語の変化-」代表:林徹)と、採択された公募研究(「言語崩壊時に生じる言語現象の動態的研究」代表:稗田乃)を合わせた全体の研究調整を行うことであった。研究調整と同時に、「環太平洋の「消滅に瀕した言語」にかんする緊急調査研究」プロジェクト全体のホームページと連動する形でのウエッブ・サイト(B02班)の運営も大きな仕事の1つであった。研究内容については、言語が消滅し、あるいは維持されていく様を、もともとの二(多)語状態、あるいは移民によって新たに作り出された二(多)言語状態のもとで観察するという、個別言語の動態論的研究事例を通して、理論的に考察した。研究領域は、タンザニア、インドネシア、ドイツ、日本などであり、関与する言語の系統もタイプも異なったこれらの言語を含む総合的研究であった。『地方語と共通語における借用語の動態関係-アフリカとインドネシアの場合-』(梶茂樹編)『言語間の接触において生じる言語現象』(稗田乃編)
形質に基づく樹木の環境適応メカニズムの解明：東アジアにおけるブナ科の例

樹木が異なる環境にいかに適応しているかを明らかにするため,東アジアに広く分布するブナ科樹木を対象に,適応戦略に関わる葉や材の形質(葉の面積や光合成速度など,形態的または生理的な特徴)が気候によってどう変わるかを調べた.今年度は調査済みの11箇所に加え,京都府京都市の暖温帯林,山形県鶴岡市の冷温帯林,ボルネオ島キナバル山の熱帯山地林において,出現するブナ科樹木の葉と材を採取した.その後,植物の必須資源である光,水,栄養塩の資源利用に関わる形質を定量化し,形質間の関係性及び形質と気候との関係を検討した.光,水,栄養塩の利用に関わる形質は葉と材において種間で強く相関し,生産性と耐久性のトレード・オフ(一方の戦略を重視すると他方を犠牲にせざるを得ない関係)を形成していた.形質と気候との関係については,寒冷な地域ではストレス耐性を犠牲にして生産性を高める樹木が多く,温暖な地域では逆の傾向が見られた.また,以上の形質の変異はサイト間で生育する種が置き換わることで駆動されていた.一方,葉や材の形質と降水量との関係は弱かった.以上から,東アジアにおける気温傾度が,生産性と耐久性の生理生態学的トレード・オフに基づき,種の分布及び森林タイプを規定していることが示唆された.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。樹木が異なる環境にいかに適応しているかを明らかにするため,東アジアに広く分布するブナ科樹木を対象に,適応戦略に関わる葉や材の形質(葉の面積など,形態的または生理的な特徴)が気候によってどう変わるかを調べた.本年度は昨年度調査済みの9箇所に加え,新たに宮崎県椎葉村,京都府大江山,群馬県みなかみ町の冷温帯林,紀伊大島の暖温帯林,北タイドイスーテップの季節乾燥林において出現するブナ科樹木の葉と材を採取した.その後,植物の必須資源である光,水,栄養塩の資源利用に関わる形質を定量化し,形質間の関係性及び形質と気候との関係を検討した.光,水,栄養塩の利用に関わる形質は葉と材において種間で強く相関し,生産性-耐久性のトレード・オフ(一方の戦略を重視すると他方を犠牲にせざるを得ない関係)を形成していた.また,この関係性の強さは冷温帯林,暖温帯林,熱帯林の順に弱くなり,気候が形質間の関係性を規定していると考えられた.形質と気候との関係については,生育適期(一年の中で植物の生育に適した月の割合)の減少に対し,より生産性を高める傾向が見られた.一方,水利用を反映する形質では常緑樹と落葉樹で応答が異なっていた.落葉樹では生育適期が短い地域で葉脈及び気孔密度が下がり,葉脈の太さも減少していたが,常緑樹では逆の応答が見られた.これらの結果から,1)樹木の水利用特性の適応的意義が落葉樹と常緑樹で異なる,2)水資源よりも光と栄養塩資源の利用戦略が異なる温度環境への適応の上で重要であることが示唆された.これらの情報は,将来の気候変動が種の分布をいかに変えるか予測のための基礎情報としての活用が期待できる.マレーシアボルネオ島キナバル山で調査を行う予定だったが,現地協力者の予期せぬ変更により延期となった.現在新たな協力者と調査を計画し,調査許可を取得中である.一方,国内・タイにおいては予定通り調査を終え,分析・解析を進めている.樹木が異なる環境にいかに適応しているかを明らかにするため,東アジアに広く分布するブナ科樹木を対象に,適応戦略に関わる葉や材の形質(葉の面積や光合成速度など,形態的または生理的な特徴)が気候によってどう変わるかを調べた.今年度は調査済みの11箇所に加え,京都府京都市の暖温帯林,山形県鶴岡市の冷温帯林,ボルネオ島キナバル山の熱帯山地林において,出現するブナ科樹木の葉と材を採取した.その後,植物の必須資源である光,水,栄養塩の資源利用に関わる形質を定量化し,形質間の関係性及び形質と気候との関係を検討した.光,水,栄養塩の利用に関わる形質は葉と材において種間で強く相関し,生産性と耐久性のトレード・オフ(一方の戦略を重視すると他方を犠牲にせざるを得ない関係)を形成していた.形質と気候との関係については,寒冷な地域ではストレス耐性を犠牲にして生産性を高める樹木が多く,温暖な地域では逆の傾向が見られた.また,以上の形質の変異はサイト間で生育する種が置き換わることで駆動されていた.一方,葉や材の形質と降水量との関係は弱かった.以上から,東アジアにおける気温傾度が,生産性と耐久性の生理生態学的トレード・オフに基づき,種の分布及び森林タイプを規定していることが示唆された.昨年に引き続き国内外でサンプリングを行い,形質間の関係性及び形質と気候との関係の一般性を確かめる.これらの成果を学会及び論文で発表する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
運動学習における両腕間転移の神経基盤解明

片腕でおこなった運動学習が他方の腕にも学習効果を与える「両腕間転移」を支える神経基盤を明らかにするため、経頭蓋磁気刺激法により新規力場内での到達運動学習中に一次運動野の神経活動を阻害し、両腕間転移への影響を検討した。結果、一側上肢での運動学習時には非訓練肢を支配する一次運動野を使いながら逐次的に両腕間転移が進むこと、力場環境の方向により運動学習および両腕間転移の様態が異なることが明らかとなった。両肢間転移は私たちヒトが新奇環境に対して高い適応能力をもつことの証左のひとつであり,この神経メカニズムを明らかにすることは,ヒト固有の知的能力の一端をつまびらかにする上で意義深い.そのため本研究では,非訓練肢への学習転移が起こる際に使用される脳部位および運動学習がおこるタイミングを調べ,意識的学習と無意識的学習のどちらが運動課題のどの時間帯に進行しているのか検討をおこなった.今年度は二つの実験をおこなった.一つ目の実験では,11名の被験者を対象とし,外力がかかった状態で一側上肢での到達運動をおこなわせ,到達軌道の誤差を学習させた後,非訓練肢での到達運動をおこなわせ,外力に拮抗するための運動学習が両肢間転移するかを調べた.二つ目の実験では,一側上肢での運動学習をおこなっているときに,非訓練肢を支配する一次運動野の活動を磁気刺激によって阻害し,両肢間転移への影響を調べた.一次運動野は無意識的な運動学習に関与しているため,この時の両肢間転移への効果を観察することで神経基盤を調べることができる.外力がかかった状態での上肢到達運動における運動学習効果を観察したところ,訓練肢では9名の被験者において軌道のずれが有意に減少していた(p<0.01).一方,非訓練肢では5名の被験者において外力に拮抗する方向への力の有意な増加が確認でき(p<0.01),この5名では両肢間転移が起こったと考えられた.次に,この5名の被験者において,訓練肢での各到達運動の終了時に一次運動野非訓練肢支配領域へ磁気刺激をおこなったところ,非訓練肢における外力に拮抗する方向への力の有意な増加は1名を除いて確認されなかった(p<0.01).このことから,訓練肢の到達運動が実行された直後に,誤差情報は同側の体性感覚運動野へも逐次フィードバックされて,非訓練肢に対する運動学習が逐次的に進むものと考えられた.平成26年度の研究目標は新奇な力場環境下における上肢到達運動学習の両腕間転移の学習定着性を検証することとした。すなわち、ある環境Aを学習した直後に、それと相反する環境Bを学習したとき、Aの記憶が阻害される(逆行性干渉)程度が訓練肢と非訓練肢で異なることを明らかにする。これを検証するためには、まず環境A(時計回り回転力場)と環境B(反時計回り回転力場)での到達運動において、同等の運動学習とその両腕間転移が生じることを担保する必要がある。そこで、被験者にロボットマニピュランダムを使用して環境Aまたは環境Bにおける右腕到達運動を学習させた(実験1)。450回のトレーニング後、環境Aでは力場に対して過剰な補償力を発揮する現象(過剰適応)とそれにともなう軌道誤差がみられた。一方、環境Bではそのような現象はみられず、力場と釣り合う補償力を発揮した状態に適応が収束し、軌道誤差が消失した。さらに、右腕での運動学習にともない左腕に生じる両腕間転移の効果を検証するため、左腕到達運動中に左腕が発揮した力を計測した。その結果、環境Aでは右腕と同方向への発揮力の変化が観察されたが、環境Bでは右腕と逆方向への発揮力の変化が観察された。これは、環境Aでの右腕運動学習は外部座標系で左腕に転移し、環境Bでの右腕運動学習は内部座標系で左腕に転移することを示している。次に、各環境での両腕間転移にかかわる神経基盤を同定するため、経頭蓋磁気刺激法により運動学習中に訓練肢同側一次運動野の神経活動を阻害し、転移への影響を検討した(実験2)。その結果、環境Aでの両腕間転移には経頭蓋磁気刺激の効果はみられなかったが、環境Bでの両腕間転移は経頭蓋磁気刺激によって消失した。すなわち環境Aと環境Bにおける運動学習とその両腕間転移は異なる神経基盤をもつ可能性があるため、これらを逆行性干渉の検証課題として用いることは不適切である。平成27年度はまず、前年度までに力場学習中に示された、力の発揮方向による運動学習、および、両腕間転移の様式の差異が、異なる種類の運動学習でも共通して生じるのか検討した。具体的には、視覚運動回転変換とよばれる、腕の運動方向に対してバーチャルリアリティ画面上のカーソルの動きが回転して示されるような環境下での到達運動課題を用いた。実験の結果、視覚運動回転変換では被験者ごとに異なる方向への両腕間転移が観察された。このことから、視覚運動回転変換の学習においては、力場学習よりも認知的バイアスの影響が大きい可能性が示された。また、前年度までの研究により、訓練肢同側一次運動野が内部座標系における両腕間転移に関与していることが示された。これに対して、訓練肢対側一次運動野の機能的関与は明らかでないため、27年度は経頭蓋磁気刺激法を用いて運動中に訓練肢対側一次運動野の活動を阻害し、その機能的関与を検討した。

この結果、磁気刺激を与えなかった条件と比較して、両腕間転移の量や様式に差は認められず、内部座標系における両腕間転移が生じた。このことから、訓練肢対側一次運動野は内部座標系における両腕間転移には関与しておらず、訓練肢同側一次運動野のみがこれに関与している可能性が示された。さらに27年度は、これまでの研究成果に関して、国際学会(Society for Neural Control of Movement)にてポスター発表をおこなった。片腕でおこなった運動学習が他方の腕にも学習効果を与える「両腕間転移」を支える神経基盤を明らかにするため、経頭蓋磁気刺激法により新規力場内での到達運動学習中に一次運動野の神経活動を阻害し、両腕間転移への影響を検討した。結果、一側上肢での運動学習時には非訓練肢を支配する一次運動野を使いながら逐次的に両腕間転移が進むこと、力場環境の方向により運動学習および両腕間転移の様態が異なることが明らかとなった。平成26年度は、新奇な力場環境下における上肢到達運動学習の両腕間転移の学習定着性に関する実験の予備的検討過程で、力場環境の方向により運動学習および両腕間転移の様態が異なることを発見した(実験1)。これは本研究により世界で初めて示されたため、統計的に妥当な被験者数で上記の現象の再現性と妥当性を検証することが急務であると考え、計画を一部変更し、これを達成した。本年度実施した研究の被験者数は20名(2群)である。当該分野における類似研究の一群あたりの被験者数は約10名であることから(Wang & Sainburg, ExpBrain Res 2007, Perez et al., Curr Biol 2007)、論文化を考える上でも妥当な人数であると考えている。実験1の結果、時計回りまたは反時計回り力場環境での運動学習と両腕間転移は、行動学的・神経生理学的に異なることが示された。そのため、これらを逆行性干渉課題として学習定着性に関する実験に使用することは不適切であると判断し、当初計画していた逆行性干渉課題の実験はおこなわなかった。そこで逆行性干渉課題の実験に代えて、力場環境により運動学習と両腕間転移の様態の差異が生じる原因を神経生理学的に検討することとした。そこで、本年度はさらに経頭蓋磁気刺激を用いた実験をおこなった(実験2)。その結果、訓練肢同側一次運動野が内部座標系における両腕間転移に関与していることが示された。この結果より、時計回りまたは反時計回り力場環境における運動学習の両腕間転移には異なる神経基盤が動員されることが明らかとなり、実験2の目的も達成された。神経科学本年度までの研究により、力場環境の方向の違い、すなわち、運動中に発揮しなければならない力の方向の違いにより、運動学習および両腕間転移の行動学的様式と神経基盤が異なることが示された。平成27年度は、力場環境で示された力の発揮方向による運動学習および両腕間転移の様式の差異が、異なる種類の運動学習でも共通して生じるのか検討する。具体的には、視覚運動回転変換とよばれる、腕の運動方向に対してバーチャルリアリティ画面上のカーソルの動きが回転して示されるような環境下での到達運動課題を用いる。この課題では、力場環境同様に力の発揮パターンを変えなければ適応できないが、力場環境とは異なり運動の終着点そのものが変更されるため、力場環境と同様の行動学的・神経生理学的現象が生じるかどうかは自明でない。また、本年度までの研究により、訓練肢同側一次運動野が内部座標系における両腕間転移に関与していることが示された。
放射線管理測定器としてのイメージングプレートの応用における定量評価法の確立

イメージングプレート(IP)は、輝尽性ルミネセンス(Photo-Stimulated Luminescence : PSL)特性を持つBaFBr:Eu^<2+>結晶を蛍光体とする、2次元放射線分布測定器であり、様々な分野で広く利用されている。しかし、フェーデイングの大きいことが放射線量の絶対測定には不向きとされ、積算型線量計としての研究開発はこれまでほとんど行われてこなかった。本研究では、フェーデイング特性を明確にしたうえで、積算線量の定量評価方法の確立を目的とした。得られた結果は次の通りである。1.060°Cにおいて再現性の高いフェーデイング曲線を作成した。温度変化を包括する共通の法則を見つけ、成分比が温度に依存しないことを証明し、Arrheniusの反応速度式を測定値に応用することによって、フェーデイング曲線を照射後の経過時間(t)と絶対温度(K)の2つの変数からなる関数として表わすことに成功した。この関数より、各成分の熱的な活性化エネルギーが0.530.90eVであると導出し、成分が進むにつれて活性化エネルギーが高くなっていることを示した。3.アニーリングにより比較的活性化エネルギーの低い捕獲電子を意図的に解放することで累積線量を安定して定量測定できる手法を開発した。感度を保ちつつ、積算中のフェーデイングの影響を最小化する最適条件を関数を利用して求めた。4.上記条件により、1カ月の積算線量を絶対評価できることを示し、1カ月積算計として環境モニタリングへ応用を行った。2.フェーデイングのα,β,γそれぞれの線種による依存性及び同一線種においてのエネルギー依存性について検討を行い、β、γ線とも同一線種においてのエネルギー依存性は認められず、α線が大きく寄与する短半減期の第1成分以外、α、β、γ線の線種差によるフェーデイングの差は認められないことを明らかにした。フェーデイング現象が温度に依存することを利用し、アレーニウスの式を応用して温度と時間の二つの変数からなるフェーデイング補正関数を開発した。フェーデイング曲線は半減期の異なるいくつかの成分から構成されていること、温度によって成分比は変化しないことが示された。^<244>Cm線源をBAS-UR及びBAS-TRに照射したときのフェーデイング曲線を近似する関数を作成し、照射直後から約500時間までの経過時間において、060°Cの間で実測値がこの関数により良く再現されることを示した。さらに、照射後の放置温度を生活温度の範囲で変化させた場合の計算値と実験値との比較を行った。^<244>Cm線源照射後のIPの放置温度を30°C-50°C-10°Cと変化させた場合について、関数から算出した計算値は実験で得られたPSL値をほぼ再現することが示された。^<60>Co,^<238>U及び^<244>Cmと異なる線源を用いて、異なる種類のIP(BAS-UR,TR,MS)での関数を作成したところ、関数から算出される各成分の活性化エネルギーは0.531.07eVであった。異なる放射線種、異なるIPにおいて活性化エネルギーに大きな差は見られないが、成分が進むにつれて活性化エネルギーは大きくなっていることが明らかに示され、活性化エネルギーの小さい成分の順にフェーデイングが生じることが示唆された。次に関数のα,β,γそれぞれの線種による依存性及び同一線種においてのエネルギー依存性について検討した。α線源として^<244>Cmを、β線源として^<32>P,

^<36>Cl,^<14>Cを、またγ線源として^<60>Co,^<137>Cs用いて検討した結果、α線とβ線では関数を構成する成分の半減期は同じであるが成分比は異なること、β線及びγ線ではエネルギーが異なってもまったく同じ一つの関数でそれぞれ表されること、即ち、線種差による依存性はあるが同一線種においてのエネルギー依存性はないことが示された。半減期の異なるいくつかの成分の和としてフェーディング補正関数を開発し、放射線照射によって生成した着色中心(Fセンター)に異なる熱的な活性化エネルギーのいくつかのレベルがあることを明らかにした。次に、市販の3種類のイメージングプレート(IP;BAS-TR,UR,MS)を用いて、補正関数のα,β,γそれぞれの線種による依存性及び同一線種においてのエネルギー依存性について検討を行い、いずれのIPにおいても、α線が大きく寄与する短半減期の第1成分の成分比以外、α、β、γ線の線種差によるフェーディングの差は認められないこと及び同一線種においてのエネルギー依存性は認められないことを示した。これにより、それぞれのIPにおいて固有の関数を作成しておけば、線種差又はエネルギー差に依存せず一つの関数によりフェーディングの補正が行えることが明らかになった。アニーリングにより比較的短い半減期の成分をfade outさせトラップ電子を意図的に解放してやれば、累積線量の定量測定を安定して行うことが可能になる。ただし、同時に感度も低下するため、最適条件の検討をこの関数を利用して行った。1ヵ月積算計としてのIPの環境モニタリングヘの実用性の評価を、BAS-MSを用いて放射線施設の加速器周辺及び管理区域境界において行った。その結果、読み取り前のアニーリングにより、個々の素子が置かれた環境中でのフェーディングの差による影響を少なくし積算線量計として高感度で定量測定できることが示された。15%の精度で求まる線量を検出感度とすると、IPの読み取り面積が600mm_2のときアニーリング温度60、70及び80°Cのそれぞれで0.21、0.46及び1.4μSv/月と算出され、受動型積算線量計としての感度は充分保たれることがわかった。高温でのアニーリングはPSL値の低下を招くが、繰り返し測定でPSL値を加算することにより感度をさらに高くできることもわかった。本研究では、イメージングプレート(IP)のフェーデイングの温度依存性を明らかにすることでフェーデイング補正関数を開発し、フェーデイングの線種、エネルギー依存性についての検討を行ったうえで、積算線量評価法を確立し、受動型積算型線量計としての応用を検討した。今年度得られた結果は以下である。アニーリングにより意図的に熱的活性化エネルギーの低いF^-中心の捕獲電子を解放し短半減期成分のフェーデイングを早めてやると、比較的活性化エネルギーの高い長半減期成分だけが残り、積算線量を安定して定量測定することが可能になる。フェーデイングの影響をできるだけ低く抑えるためのアニーリングの最適条件を、2種類のIP(BAS-TR, MS)を用いた場合について、フェーデイング補正関数を利用して検討した。その結果、BAS-MSを用いて積算後24時間80°Cでアニーリングを行うという条件が、1ヵ月積算線量計として定量評価を行うには実用的に最適であることが示された。上記条件でアニーリングを行うことにより、PSL密度だけから1ヵ月の積算線量を絶対評価できることを示し、実際の測定の場での応用を行った。東北大学サイクロトン・RIセンターの加速器周辺、管理区域境界等において1ヵ月積算計として環境モニタリング測定を試み、同時に環境用蛍光ガラス線量計(FGD)及び環境用ルクセルバッジ(OSLD)との比較検討を行った。
極低温推進系の多用途化に関わる気液相変化と熱流動現象の解明および予測技術の確立

宇宙輸送システムの極低温流体管理技術の確立へ向け、宇宙機推進薬タンク内の自由表面流を対象とし、様々な加速度条件下の熱流動特性を、加振器を用いた地上実験と先進的な解法に基づく数値解析の両面から詳しく調べた。実験では、動的加速度環境を再現性良く実現し、圧力計測に基づく界面熱伝達の計測手法を確立した。常温液体に加え、液体窒素を用いたスロッシング試験を実施し、極低温条件に特徴的な凝縮・沸騰現象を確認した他、液面挙動と気液熱交換の相関を整理した。一方、液体ロケットの推進機関を設計するために不可欠な基盤技術として、相変化と実在流体効果を適切に考慮した独自の自由表面流数値解析手法を更に発展させて提案した。スロッシング実験では、鉛直方向加振を印加できる小型電動アクチュエータを構成要素とする加振装置を導入し、加振に伴って円筒容器内に誘起される液面挙動の観察と気液界面を通じた熱伝達促進効果の計測実験を実施した。期待と異なる温度の不揮発性液体(シリコンオイル)を用いることで、スロッシングと温度場が連成する流れ場を創出し、液面挙動の高速度撮影と温度・圧力の同時計測を行った。ベッセル関数で記述される液面の固有振動モードを再現性良く実現できるとともに、容器内圧力が、気体領域の内部エネルギー総和にほぼ比例する値を呈する原理に基づき、計測された圧力変動の時系列データから、気体側への入熱量を定量的に取得できた。一方、宇宙航空研究開発機構の協力を得て、液体窒素を用いた極低温スロッシング実験を実施した。高荷重電動アクチュエータと密閉容器を格納した真空断熱槽を供し、密閉容器内の気液間に比較的大きな温度差を課した条件で実験を行った。加振波形や加圧ガスを様々に変えたスロッシングに伴う界面熱伝達と相変化の促進効果を定量的に把握するとともに、数値解析の検証用にも適した、再現性のある実験データを取得できた。数値解析については、報告者らが開発している自由表面流解法(CIP-Lsmに対し、気液界面での蒸発・凝縮を考慮できる相変化モデルを考案のうえ実装した。伝熱に伴う単一気泡の成長と浮力による離脱を実験的に観察した既往研究に対応した数値的模擬を試み、新たに構築された数値解法が沸騰を伴う自由表面流れに適用できる見通しを得た。スロッシング実験では、昨年度に引き続き、鉛直方向加振加振に伴って円筒容器内に誘起される液面挙動の観察と気液界面を通じた熱伝達促進効果の計測実験を実施した。気体と異なる温度の不揮発性液体(シリコンオイル)を用いることで、スロッシングと温度場が連成する流れ場を創出し、液面挙動の高速度撮影と温度・圧力の同時計測を行った。加振波形を様々に変えたスロッシングに伴う界面熱伝達と相変化の促進効果を定量的に把握するとともに、数値解析の検証用にも適した、再現性のある実験データを取得できた。また、極低温流体を用いた実験へ向け、高荷重電動アクチュエータを新たに導入し、ポリカーボネート製の密閉容器を格納した真空断熱槽を水平方向に加振できる実験系を構築し、常温流体を用いた予備実験を実施した。また、密閉容器へ常温加圧気体を導く系統と電気ヒーターを増設し、密閉容器内の気液間に比較的大きな温度差を課せるよう計測系の改良を行った。一方、界面張力卓越環境における液面観察実験では、比重のほぼ等しい非混和性二液体を用い、界面張力が卓越する無重量環境を模擬した液面形状観察実験も実施し、数値解析の検証用にも適した実験データを取得できた。数値解析については、報告者らが開発している自由表面流解法(CIP-LSM)に対し、気液界面での蒸発・凝縮を考慮できる相変化モデルを考案のうえ実装した。伝熱に伴う複数気泡の成長と浮力による離脱を実験的に観察した既往研究に対応した数値的模擬を試み、新たに構築された数値解法が沸騰を伴う自由表面流れに適用できる見通しを得た。前年度に完成した極低温スロッシング実験装置を用い、高荷重電動アクチュエータを構成要素とする加振により、光学クライオスタット(可視化窓付真空断熱容器)内部に封入された液体窒素の挙動を高速度カメラで詳細に観察するとともに、気液界面を通じた熱伝達および相変化の促進により引き起こされる圧力変化を計測した。加振の加速度振幅や周波数を変化させた場合、気相側の初期温度を変化させた場合、初期液位を変化させた場合について良好な再現性を有する実験データ取得手法を確立できた。