hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フルイド反応TEMを用いたタンパク質の結晶化過程“その場”観察

溶液中やそこで生じる現象をナノのスケール、実時間で直接観察できるフルイド反応透過型電子顕微法(FR-TEM)を、溶液中でのリゾチームタンパク質の結晶化に応用した。結晶化条件を最適化することで、FR-TEMを用いてリゾチームの結晶化を“その場"観察することに成功した。今回用いた溶液条件では、ナノ領域で2つの結晶相(斜方晶・正方晶)とアモルファス相が共存することが分かった。また、斜方晶リゾチーム結晶が核生成する瞬間を捉えることに成功した。研究代表者の所属する研究室で立ち上げた、溶液ホルダー、溶液セルを備えた透過型電子顕微鏡(フルイド反応TEM)をリゾチームタンパク質の結晶化に応用するための実験条件最適化を行った。本システムは溶液中やそこで生じる現象をナノのスケール、実時間で直接観察できる装置である。フルイド反応TEMでは、溶液を非常に細いチューブを通して流すことで、結晶化の駆動力を維持する。溶液中のタンパク質濃度を高くすれば結晶化の駆動力を大きくすることができ、結晶化の観察が容易になるが、チューブ内での結晶の形成や溶液の粘度の増加によりチューブが詰まる恐れがあるため、いたずらに高濃度の溶液を使用することができない。そのため、効率よくタンパク質の結晶をフルイド反応TEMで観察するための溶液条件を決定することが必要であった。過去の実験データから、結晶の生成が期待できる溶液条件を複数設定した。設定した条件の溶液を実際に作製し、光学顕微鏡を用いて結晶が出現するかどうかの確認を行った。これらの結果から、フルイド反応TEMに用いることができ、リゾチームの結晶化が期待できる溶液条件を決定した。リゾチーム結晶がフルイド反応TEMで確実に観察できるように、比較的高濃度で結晶片を含んだ結晶化溶液をあらかじめ溶液セルに密閉し、そこへ決定した条件の溶液を流した。その結果、フルイド反応TEMでリゾチーム結晶を観察することに初めて成功した。過去にTEMでタンパク質結晶を水溶液中で“その場"観察した例は存在しない。本結果は、タンパク質結晶を液中に保持したまま、ナノのスケールでとらえた初めての事例である。以上より、フルイド反応TEMがタンパク質結晶にも適用できることが分かったため、次年度は当初の計画どおりにリゾチームタンパク質の結晶化の“その場"観察を精力的に行っていく。溶液中やそこで生じる現象をナノのサイズスケール、実時間で直接観察できるフルイド反応透過型電子顕微鏡(FR-TEM)を用いて、リゾチームタンパク質の結晶化を“その場"観察した。その結果、今回用いた溶液条件では、2つの結晶相(斜方晶・正方晶)とアモルファス相が共存することが分かった。これらの相を同一の視野内で“その場"観察したところ、斜方晶は成長し、正方晶とアモルファス相は溶解した。このことから、この系で最も安定な相は斜方晶であることが分かった。また、結晶核生成のための前駆物質と考えられていたクラスターは、直径数百nmのアモルファス粒子として溶液中に存在することが明らかになった。結晶に対する電子線照射の影響を評価するため、照射する電子量を制御して斜方晶結晶の成長速度の時間変化を測定した。光学顕微鏡を用いて測定した同一の溶液条件での結晶成長速度と比較したところ、電子線照射後の数十秒間は同一の値を示した。そのため、結晶化に対して電子線の影響を無視できる電子線量のしきい値が存在することが分かった。また、結晶が核生成する瞬間を捉えることに成功した。結晶核は、前駆物質と考えられていたクラスター(アモルファス粒子)から直接生成するのではなく、不均質核生成サイトとして働くことが明らかになった。さらに、核生成した粒子の成長速度を解析したところ、核生成直後の粒子の成長速度はバルク結晶の成長速度よりも桁で大きいことが分かった。これは、核生成直後の粒子が結晶相ではなくアモルファス相であるためと考えられ、リゾチーム結晶の核生成過程では2種類のアモルファス相が関わっていることが明らかになった。26年度の計画は、1.フルイド反応TEMを用いたリゾチーム結晶化“その場"に適した溶液条件を決定し、2.フルイド反応TEMを用いて予備観察を実施すること、である。1.については、まず、過去の実験データをもとに結晶の生成が期待できる溶液条件を複数設定した。この結果をもとに、フルイド反応TEMに用いることができ、リゾチームの結晶化が期待できる溶液条件を決定することができたため、達成している。2.については、これまでにフルイド反応TEMに類するような、溶液中にあるタンパク質結晶を透過型電子顕微鏡で観察した例はないため、まずはどのような結晶像が得られるのかを確かめる必要があった。それを確認するために、確実に結晶が存在する溶液条件でフルイド反応TEMを用いた観察を行った。その結果、フルイド反応TEMで溶液中のリゾチーム結晶を観察することに成功した。

観察された結晶像は、光学顕微鏡のそれと類似した形状であった。また、観察された結晶の電子回折パターンの取得にも成功した。フルイド反応TEMを用いて実際に結晶を観察し、さらには電子回折パターンが取得できることも分かったため、当初の計画以上に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。結晶成長学27年度の計画は、フルイド反応TEMを用いたリゾチームの結晶化過程“その場"観察を行い、実験データを解析することで、その結晶化過程をモデル化することである。基本的にこの計画に沿って進めていく予定である。まず、決定した溶液条件のリゾチーム結晶化溶液を用い、リゾチームの結晶化をフルイド反応TEMのもとでの“その場"観察を行う。リゾチームの結晶化の様子は画像、及び、動画として記録する。また、生成物に対して電子回折パターンを取得し、画像として記録する。生成物が相転移する可能性もあるため(生成物がその形をほとんど変えずアモルファス相から結晶相に変化する場合など)、電子回折パターンは、時間的・空間的に細かく取得していく。解析では、生成物のTEM像が示すコントラストや、その動画、電子回折パターンから、その相が液相か固相かを総合的に判断する。固相は電子回折パターンからアモルファスか結晶かを決める。さらに結晶については、電子回折パターンからその晶系を決定し、本溶液条件下で晶出する晶系(正方晶系、斜方晶系)であるかを確認する。観察と解析の結果から、結晶化におけるDense liquid、アモルファスの役割を明確にする。これらの役割を踏まえ、結晶化の物理、化学過程を考察し、リゾチームの結晶化過程のモデル化を行う。そのモデルを従来のモデルと比較し検討したうえで、新しいモデルとしての確立を目指す。
光熱変換顕微鏡による液液界面計測手法の開発

本課題では光熱変換を用いて分光学的に液液界面の局在分子の定性・定量分析を行うことを目的とした。我々はこれまで熱レンズ顕微鏡を開発し,μmレベルの空間分解能で10^<-21>molの検出下限を達成していろ。一方で,分子の吸光波長である励起光と熱発生によって生成した屈折率変化(熱レンズ)を検出するプローブ光が同軸上にあるため,光軸方向の分解能は数μm以上となる。その問題を解決するために全反射によるエバネッセント光による励起を利用した光熱変換液液界面測定を着想した。高感度分析のためには,界面にしみだした百数十nmのエバネッセント光によって励起された分子によって発生した屈折率変化を測定するためのプローブ光の導入の最適化がポイントとなる。比較実験の結果,界面に対して垂直に入射するよりも,界面に対して平行に入射し,その偏向を測定する光熱偏向法が感度において2桁程度有利であることがわかった。一方で,プローブ光の位置による信号強度の依存性は非常に大きく,その中心がやや油相側にあるときが最大となることも示された。これは油相側において増感率が水よりも二桁以上大きいことによると考えられる。モル吸光係数22,400M^<-1>-cm^<-1>の鉄バソフェナントロリン錯体が水/ドデカン界面に局在する分子であることを利用して検出下限(S/N=3)を求めたところ,分子平均占有面積換算で22.2nm^2と見積もられた。この値は1/100単分子膜の検出に成功したことを意味している。本研究結果は,光熱変換顕微鏡開発のための基礎的なデータを与え,本光学配置を顕微鏡下に組み込むことにより三次元的に空間分解能がμmレベルの分析手法開発につながることが期待される。
超高磁場MRSデータ解析法の開発と前立腺癌悪性度診断システムの確立

本研究の主目的である「未治療前立腺癌患者を対象としたMRI・MRS測定」に関しては,80名が研究のボランティアとして参加した.手術を選択される症例が少なかったので,前立腺内が均一に励起できた29例で生検病理との対比を行った.MRSで得られたCC/Cは平均すると,辺縁域健常部で0.46,辺縁域癌部で2.08,移行域健常部で1.03,移行域癌部で2.67と癌のほうが健常に比して有意に高い値を呈した(移行域,辺縁域ともp=0.002).また,CC/Cと悪性度をあらわすGleason scoreとの相関係数を求めたところr=0.686とかなり強い相関を示した(p=0.002).一般に臨床で用いられているCC/Cは,高磁場環境でも充分に機能し,悪性度を予測する一つの指標になり得ると考えられた.また「密度行列法に基づくスペクトル推定法の開発」では,ファントムならびに健常ボランティア(5名)のデータに対して曲線がフィットでき,ヒト前立腺クエン酸の横緩和時間(T2)を求めることができた.T2値には個人差があり,5名のデータに対して87.2,264,197,26.3,147[ms](144.3±92.6[ms])であった.このようなヒト前立腺クエン酸のT2はこれまで求められた例がなく,摘出された検体を用いずに生体内に存在するあるがままの前立腺の代謝情報を,詳細に検討できる可能性が示唆された.「前立腺癌3次元表示ソフトの開発」でも,MRS情報を重畳表示した前立腺の3次元表示が可能となり,ROIの設定,ROI内での算出目標パラメータの選択,算出結果のマッピングにおける画像重畳の際の画像の透過度の調整などを,マウスの操作で行なえるように改良した.これにより,疾患の理解に有益な情報を提供すると考えられた.本研究の主目的である「未治療前立腺癌患者を対象としたMRI・MRS測定」に関しては,80名が研究のボランティアとして参加した.手術を選択される症例が少なかったので,前立腺内が均一に励起できた29例で生検病理との対比を行った.MRSで得られたCC/Cは平均すると,辺縁域健常部で0.46,辺縁域癌部で2.08,移行域健常部で1.03,移行域癌部で2.67と癌のほうが健常に比して有意に高い値を呈した(移行域,辺縁域ともp=0.002).また,CC/Cと悪性度をあらわすGleason scoreとの相関係数を求めたところr=0.686とかなり強い相関を示した(p=0.002).一般に臨床で用いられているCC/Cは,高磁場環境でも充分に機能し,悪性度を予測する一つの指標になり得ると考えられた.また「密度行列法に基づくスペクトル推定法の開発」では,ファントムならびに健常ボランティア(5名)のデータに対して曲線がフィットでき,ヒト前立腺クエン酸の横緩和時間(T2)を求めることができた.T2値には個人差があり,5名のデータに対して87.2,264,197,26.3,147[ms](144.3±92.6[ms])であった.このようなヒト前立腺クエン酸のT2はこれまで求められた例がなく,摘出された検体を用いずに生体内に存在するあるがままの前立腺の代謝情報を,詳細に検討できる可能性が示唆された.「前立腺癌3次元表示ソフトの開発」でも,MRS情報を重畳表示した前立腺の3次元表示が可能となり,ROIの設定,ROI内での算出目標パラメータの選択,算出結果のマッピングにおける画像重畳の際の画像の透過度の調整などを,マウスの操作で行なえるように改良した.これにより,疾患の理解に有益な情報を提供すると考えられた.1.スペクトル推定法の開発修正Marquardt法を用いたクエン酸信号の推定法を検討した.周波数領域におけるスペクトル4重線の推定,ならびに時間領域におけるエコー時間(TE)依存特性の推定を行なった.まずスペクトル4重線に関しては,密度行列法により求めた理論曲線を解析的にフーリエ変換した関数,ならびにこの関数を解析的に微分して求めたヤコビアンを用いた.C言語で記述した推定プログラムによりファントムデータに対して良好な推定結果を得た.ファントムならびに健常ボランティア(5名)のデータに対して曲線がフィットでき,ヒト前立腺クエン酸の横緩和時間(T2)を求めることができた.T2値には個人差があり,5名のデータに対して87.2,264,197,26.3,147[ms](144.3・92.6[ms])であった.2.未治療前立腺癌患者を対象としたMRI・MRS測定平成17年度は,43名が研究のボランティアとして参加することに同意した.良好にMRSを測定できたのは28名であった.MR後に前立腺生検を行い癌と判明しても,手術が行われた症例は5名のみであった.今年度のみの症例数では病理とMRSとの対比で,悪性度指標を決定することは困難であった.3.前立腺癌3次元表示ソフトの開発マルチスライスの前立腺T2画像をボリュームレンダリングして3次元表示するグラフィカルユーザーインターフェースを開発した.

グラフィクス関数のライブラリにはDirect Xを使用し,テクスチャベースボリュームレンダリングを用いてソフトウエアを構成した.原T2画像に対するマウス操作で前立腺輪郭を抽出すると,前立腺領域のみがハイライトされ,3次元的な位置・形状の把握が行なえた.マルチスライスのT2画像に,スペクトルから求めた癌指標(クエン酸対コリン・クレアチン比)のマップを重畳表示できるよう機能追加した.1.未治療前立腺癌患者を対象としたMRI・MRS測定平成18年度は37名が研究のボランティアとして参加した。良好な画質が得られない症例を検討から除いた結果,MRSで癌が疑われたのは9例であった。手術を選択される症例が少なかったので、平成17-18年度の症例をあわせて29例で生検病理との対比を行った。MRSで得られた(コリン+クレアチン)/クエン酸ピーク比(CC/C)は、辺縁域、移行域とも癌のほうが健常に比して有意に高い値を呈した(いずれもp=0.002)。また、CC/Cと悪性度をあらわすグリソンスコアとの相関係数を求めたところr=0.686とかなり強い相関を示した。CC/Cは侵襲性評価の指標の有力な候補と考えられた。2.前立腺癌3次元表示ソフトの開発平成17年度までに作成した、3次元ボリュームレンダリング画像にMRS癌指標を重畳するソフトウエアに拡散強調画像の処理機能を付加し、機能の充実を図った。拡散エンコードの程度を決めるb値というパラメータを変えて撮像した複数の画像の画素毎に、単成分拡散モデルあるいは二成分拡散モデルをあてはめて、見かけの拡散定数ならびに(二成分の場合は)速い拡散成分と遅い拡散成分の占有率を求めるようプログラムした。二成分拡散モデルでは、非線形最小二乗アルゴリズムにおける初期値依存性が著しかったが、初期値が良好な場合には文献値と合う拡散定数値ならびに占有率が得られた。単一成分モデルでは患部に対応した拡散定数の分布が得られ、本機能の有用性を確認することができた。上述の機能を含めたソフトウエア全体のユーザーインターフェースの充実を図った。ROIの設定、ROI内での算出目標パラメータの選択、算出結果のマッピングにおける画像重畳の際の画像の透過度の調整などを、マウスの操作で行なえるように改良した。これらの結果、操作性に優れたソフトウエアのプロトタイプが完成した。
次世代ストラクトーム解析による真皮細胞間相互作用の形態的評価と病態との関連

真皮を構成する線維芽細胞とマクロファージは正常皮膚において頻繁にコンタクトを持つ。今回、FIB/SEMを用いた次世代ストラクトーム解析によって、細胞同士の関係性を三次元空間的に可視化したところ、マクロファージは線維芽細胞にくるまれるように存在し、密接な接触を持つが明らかになった。一方、病態組織ではこの接触が減少傾向にあり、細胞間接触が正常組織の維持に何らかの働きを持つことが示唆された。線維芽細胞とマクロファージを共培養すると、両細胞は頻繁に接触を見せ、遺伝子発現を網羅的に解析した所、接触により細胞内シグナル関連タンパクの上昇が見られた。これは、両細胞の接触が機能と関連することを示唆している。本課題で目的とする皮膚の炎症時におけるマクロファージと線維芽細胞の関係について、1FIB/SEMトモグラフィーによる次世代ストラクトーム解析の結果、正常像とは明らかに細胞の接触は異なる事が明らかとなった。炎症部では細胞こそ多いもののその接触は、点的で、積極的な相互接触は明らかに減少していたい。2ヒト肥厚性瘢痕及びケロイドの解析を行った所、予想以上にマクロファージが少なく、接触自体が少ない印象を与えるものであった。この傾向が普遍的なものであるのか否か、実施数を増やすこと、また免疫組織学的解析から今後求めていく。3培養系における線維芽細胞とマクロファージの共培養系の確立には、H24年度達成出来ず遅れていたが、H25度の研究によりその系が確立した。両者単独培養では、両細胞はシャーレ中にランダムに分散しているが、共培養系に写すことにより、両者が積極的に関係を持ち、線維芽細胞の下に多くのマクロファージが潜り込むように入り接触を保っている様子が観察された。すなわち、皮膚線維芽細胞は、マクロファージとの直接コンタクトによる何らかの関係を築くことがin vitroにおいても証明されたと考えられる。一方、タイムラプス観察により、両者が接触した直後にお互いの細胞が細胞死に至る様子も観察された。今回マクロファージとして腹腔マクロファージを用いた、皮膚のレジデントマクロファージとの性質の差違は予想され、線維芽細胞とコンタクトを持つのはマクロファージの中でも特定のポピュレーションである可能性が考えられる。ここまでの結果から、皮膚炎症時の細胞はサイトカインだけでなく、ダイレクトコンタクトによる制御を受けている可能性が形態学的側面から予想された。1Cell-Cellコンタクトと病態の関連について、Ratを用いた病態作製モデルについて検討を進めている。熱傷モデルおよび全層欠損モデルを作製し、免疫組織学的検討およびストラクトーム解析を行った。免疫組織学的にFibrobrast(FB)とMacrophage(MP)は正常皮膚において高いコンタクト率を見たが、一方病態モデルでは、その分布に違いが見られた。現在、この違いを統計的処理に基づく解析をすすめている。一方、FIB/SEMを用いたストラクトーム解析では、正常真皮の多くのMFが突起を持ち、且つFBに広い面積で接着する傾向がみられた。一方、肉芽組織では、細胞密度は正常組織よりも高いものの、細胞間コンタクトは比較的軽度であり、正常との分布様式の明かな違いを認めている。2CellーCellコンタクトの分子実体の解明:標的の推定を行うため、VitroにおけるFB/MPの共倍葉系を確立し、細胞同士のコンタクトの有無により遺伝子発現がどの様に変化するのかをDNA MicroArrayを用いて検討する。現時点でDAN ArrayのSetUpについて協力者を求め、準備が終わっている。細胞培養については、FB、MFそれぞれ個々の培養には一定の目処をつけ、現在、共培養条件の最適化を行っている。条件が整い次第発現解析を行う。3臨床材料について、H25年度計画の一部としてヒト病態における評価をおこなう。昨年、臨床倫理委員会の承諾を受け、実際のサンプル収集を開始している。現在、ケロイドと肥厚性瘢痕については5例づつの臨床サンプルが得られており、先行して計画を進めている。線維芽細胞とマクロファージは真皮を構成する上位2種の細胞である。我々は、これらの細胞が組織中でランダムに存在するのではなく、両者がお互いに相関を持って存在していることを見いだした。本研究では、これらの細胞がラットやマウスの組織中で普遍的に接触を持つこと、また病態においてこの接触が小さくなることを発見し、さらにその接触に関わる分子の同定を試みいくつかの候補を挙げるに至った。線維芽細胞の細胞質は非常に薄く、厚さ僅か100nm未満の膜状の突起を膠原線維の間に広げている。そのため免疫組織学的手法などで全ての膜を可視化すること困難であり、細胞間の関係を知る上では電子顕微鏡レベルでの解析が不可欠である。一方、通常の電子顕微鏡では細胞の一断面を観察するにすぎず、その空間的広がりは解析できない。

本研究では、この関係性をFIB/SEMを用いた次世代ストラクトーム解析によって3次元的に可視化し解析した。その結果、正常組織では線維芽細胞同士はお互いに連結し、マクロファージは線維芽細胞の細胞体周辺で表面の数10%を覆われる形で存在することが多いことが明らかとなった。一方、病態や創傷治癒組織では、その接触は小さいか、接触を持たないことが確認され、細胞接触が真皮の正常構造維持に何らかの役割を持つことが示唆された。線維芽細胞とマクロファージの共培養系を行うと両者は頻繁に接触し、何からの関係性の存在が予想された。そこでDNA Arrayによる解析を行い、いくつかの接着分子の発現を見いだした。その分子の存在は免疫組織学的にも証明された。今後、これらの分子が病態においてどの様な挙動を示すのかを明らかにすることで、細胞性接触が組織の治癒過程にどの様な役割を果たすのか、延いては、皮膚疾患に対し新しい概念の治療法を開発する起点となることが期待される。そこで、臨床的側面を高めてさらに検討を進める予定である。解剖学FIB/SEMによるストラクトーム解析については順調に試料作製が進んでおり、解析も順次進めている。臨床材料の解析にはn数を稼ぐ必要がある。しかし、現在国内で唯一稼働する生体3次元解析用FIB/SEMの使用頻度が極めて高く、この点が進行を遅らせている。ダイレクトコンタクトに関連する分子探索については共培養系の確立に手間取り、H24年度の遅れの影響で概ね半年の遅れが出ている。現在、共培養系は確立し、タイムラプス観察等、ライブイメージングによる動態解析がほぼ完了しており、次の段階であるmicroArrayに持って行ける状態に来ている、当初の遅れは否めないものの、その後は順調に進んでいる。1Cell-Cellコンタクトと病態の関連について:免疫組織学的解析及びストラクトーム解析については順調に進んでいる。また、ヒト病態との関連につても、先行してサンプル収集・試料作製を進めており、当初の計画以上に進んでいる。2CellーCellコンタクトの分子実体の解明:現状は遅れている。本課題は1.培養系の確立、共培養系の最適化、3.発現解析と進んでいくが、現段階では2番目の共培養系の最適化の段階である。全体としてみると、上述の2つの実験が両立してこその本課題であり、やや遅れていると判断しなければならない。培養系の遅れの原因としては、一部テクニカルな問題によるコンタミネーションに繰り返し見舞われ、立ち上げ、その後の条件検討に時間を要したことにつきる。現在は、再立ち上げをおこない、遅れの挽回に努めている。FIB/SEMトモグラフィーの解析数については、実験モデル群についてその実験範囲を縮小することでカバーする。得られるデータの信頼性が揺らぐ事の無いよう、皮膚モデルを2モデルから先行している1モデルに資源を集中する。また、臨床材料については、それぞれ数例のFIB/SEM像は得られているので、今後は免疫組織学的解析を重視し、解析を進める。
溶媒極性の指示薬となる新種金属錯体の開発

1.2-ジピペラジノエタン、N-メチルおよびN、N[^<1]>-ジメチルジアザシクロヘプタンなどのジアミン類は、特異な立体構造を持つキレート配位子である。これらとβ-ジケトナートイオンとを含む銅(II)およびニッケル(II)混合キレート錯体を合成し、X線回折法、ESR、熱分析等の手段を用いてそれらの構造を確かめた。これらの錯体が種々の溶媒中で示す電子スペクトルの溶媒による変化(ソルバトクロミズム)は、この種の現象について研究代表者・分担者らが多年にわたって提唱して来たモデルによってよく説明され、これらの錯体は溶媒の極性(ドナー性・アクセプター性)を示す新しい指示薬として利用の価値あるものであることが認められた。ジアミン配位子の代りにN、N^1、N^<11>-ペンタメチルジエチレントリアミンのようなトリアミン配位子を用いた錯体、あるいはトリアミン配位子とピリジン-2、6-ジカルボン酸を含む錯体の合成とスペクトル的研究も行った。これらの錯体は一般に比較的小さなソルバトクロミズムしか示さないが、変化の様子はやはり研究代表者・分担者らのモデルを拡張して説明することができ、モデルの傍証とすることができる。全研究を通じ、科学研究費によって購入したダブルビーム分光光度計はよくその特性を発揮し、この種の研究における有用性を立証することができた。
東北日本海域における近世言語生活に関する研究－往来物資料からの分析－

東北地域所蔵の往来物資料について、書誌的文献学的な紹介とともに、その分布や偏在状況を提示した。近世期における東北の諸地域の教育環境や文化的背景を考察検討するうえで、それら資料が重要な示唆を与えてくれるものであることが判明した。研究成果として、最も重要な点は、近世期の東北では、日本海沿岸と内陸部の文化的土壌が違っていたことが立証できたことである。日本海沿岸(秋田・酒田)は、京都大阪といった関西圏からの影響が大きく、内陸部(弘前・山形)は江戸からの影響が大きかったことを明らかにした。往来物は、日本社会の近代化に関わる重要な資料群であり、生活規範確立に寄与するものだが、発掘調査や資料的価値など、その研究は十分にすすんでいない現状にある。本研究は、東北地域所蔵の往来物資料の調査研究を基盤として、地域社会における言語生活の反映や文化形成に果たした役割などを解明し、新たな視点からの活用を提案しようとするものである。すでにすすめてきた北東北地域(青森・岩手)所蔵資料との比較検討も目的のひとつであり、本研究期間内には、東北の日本海域の文化圏を想定し、松前、秋田、山形に限定して重点的に調査を実施する。近世期における北前船を利用した西廻り航路の存在は重要であり、陸路だけでなく、海路での物資輸送とともに文化の流入や混交があったことを資料研究を通して実証したい。当該年度24年度は、山形県立博物館教育資料館に所蔵されている文献資料について調査を実施した。新たな往来物資料の発掘に加えて、それらを目的別、出版地別に分類整理し、考察検討を行った。23年度に行った秋田県立図書館所蔵資料調査との比較や日本海沿岸部の山形県酒田市立光丘文庫所蔵資料調査との比較を行うことによって、それぞれの地域における同質性や異質性といった特徴の一端について提示することができた。秋田の資料群については、他地域に比して理数科往来資料の多いことが判明し、山形については、内陸部の山形と日本海沿岸部の酒田では、所蔵資料の出版地域に大きな差があることなど意義ある成果を得た。こうした諸特徴の理由や背景についての解明が今後の課題といえよう。研究成果については、国際学会誌に1編、大学紀要に2編の研究論文として公表したほか、韓国の東亜大学と中国の延辺大学において特別講演を行った。往来物は、日本社会の近代化に関わる重要な資料群であり、生活規範確立に寄与するものだが、発掘資料や資料的価値など、その研究は十分にすすんでいない。すでにすすめてきた北東北地域(青森・岩手)所蔵資料との比較検討も目的のひとつであり、研究期間内に、青森、弘前、岩手に加えて、東北の日本海域の文化圏(秋田・山形・松前)を想定し、重点的に調査を実施した。函館や松前については、調査の結果、該当資料が少ないことが判明し、他方で秋田や酒田、山形では、該当資料が多数所在していることが判明した。23年度から24年度にかけては、秋田県立図書館所蔵資料調査、山形酒田市立光丘文庫所蔵資料調査、山形県立博物館教育資料館所蔵調査を実施し、目的別や出版地域別に資料を分類整理した。最終年度の25年度には、各地域ごとの所蔵資料調査結果を比較検討し、それぞれの所蔵資料の偏在状況についてグラフを用いて提示した。また、それぞれの地域ごとの文化特性についても、教育背景や出版文化の状況などを考慮しつつ言及した。本調査研究を通じて、近世期における北前船を利用した西廻り航路の存在は重要であり、陸路だけでなく、海路での物資輸送とともに文化の流入や混交があったことを実証することができた。地域の文化的背景のありようが、近世期の往来物資料からの影響によるところが大きいことを検証し、日本海海域(秋田・山形酒田)と内陸部(弘前・山形)の文化特質の相違が、出版文化の拡がりと連動していた可能性についてグラフや数値で明示した。研究成果は、国際学会・国内学会で発表し、研究論文としても、学会誌や大学研究紀要などで公表した。往来物は、日本社会の近代化に関わる重要な資料群であり、生活規範確立に寄与するものだが、発掘調査や資料的価値など、その研究は十分にすすんでいない。すでにすすめてきた北東北地域(青森・岩手)に所蔵された資料についての調査研究成果と比較することも目的のひとつであり、本研究期間内には、東北の日本海域の文化圏を想定し、松前、秋田、山形に限定して重点的に調査を実施する。

北前船を利用した西廻り航路の存在は重要であり、陸路だけでなく海路での物資輸送とともに文化の流入や混交があったことを資料研究を通して実証する。本年度23年度は、秋田県立図書館所蔵の資料調査に加えて、山形の酒田市立光丘文庫に所蔵された資料について調査を実施した。またその分類整理を行い、目的別と出版地別に資料群を考察検討した。秋田の資料群は、理数科往来資料が他の地域に比して多いこと、酒田の資料群は、大坂・京都といった関西圏で出版された資料が多く流入していることなどの特徴が明示できた。地域特性の一端が資料の調査分類を通して提示できたことは大きな成果といえる。今後、資料の詳細な内容検討を行うことによって、教育環境や社会での活用実態、文化の定着過程などの検討考察へと発展させる。往来物資料の研究は、地域文化研究の基盤となる可能性を秘めており、多様な広がりをもっていることを実証する。23年度には国際学会で研究発表を行い、研究論文2件を成果として公表した。3年間の本研究期間において、松前、秋田、山形の地域において、往来物資料の所蔵状況について調査する研究計画であった。すでに秋田、山形(日本海沿岸地域の酒田と内陸部の山形)は調査を実施し、目的別や出版地別に分類整理を行った。その研究成果も順次公表している。三年間の本研究期間において、松前、秋田、山形の地域における、往来物の所蔵状況について調査する研究計画であった。すでに秋田、山形の一部について調査を実施し、資料の目的別や出版地別の分類整理を行った。その研究成果についても順次公表している。東北日本海域という文化圏を想定し、秋田、山形、松前の往来物資料の所蔵状況について、順次、実地調査し、分類整理を行う。函館はすでに調査し、近世期の往来物資料の所蔵がないことが判明しているが、松前地域についての調査が未実施のため、所蔵状況について確認する。それぞれの地域特性について検討するために、資料の分類整理状況を比較し、研究の意義や成果について公表していきたい。東北日本海域という想定についての妥当性についての再検討に加えて、北東北地域や日本海域といった文化圏についても資料を通して考察検討したい。近世期の日本(特に東北地域)の教育や文化事情、言語生活を明らかにするための基盤として往来物資料の研究をすすめてきたが、海外の研究者から、韓国や中国との関係性についても考慮の必要があるのではないかと助言された。今後は必要に応じて、海外との交渉も視野に入れつつ、研究をすすめたい。東北日本海域という想定についての妥当性についての再検討に加えて、北東北地域や日本海域といった文化圏についても資料を通して考察したい。すでに行ってきた北東北地域(青森・岩手)の所蔵状況調査との比較も行い、青森、岩手、秋田、山形といった地域における資料調査結果を総括し、それぞれの地域特性を明らかにする。近世期の東北地域における庶民生活について、往来物資料を通して考察検討することで、地域文化研究としての有用性を提示したい。他方、近世期の日本(特に東北地域)の教育や文化事情、言語生活を明らかにするために往来物資料の研究をすすめてきたが、海外の研究者から、韓国や中国での往来物資料の活用についても教示助言を受けた。
アポトーシス誘導ｍｉＲ２９ｂと類似構造で強力な抗癌作用を示すｍｉＲＮＡの機能解明

難治性固形癌患者の予後は極めて不良であり、新規治療薬の開発が急務である。我々は、すでに抗癌作用が報告されているmicroRNA-29に着目し、この塩基配列の所定部位を変異させて得られた核酸配列MIRTXを同定した。本研究では、MIRTXの機能解析と、担癌動物モデルを用いた安全性・有効性を評価し、新規核酸医薬の臨床応用を目的とした。平成27年度は、下記に示した3つの研究成果を達成した。1MIRTXの機能解析。大腸癌細胞株を用いた細胞増殖アッセイでは、MIRTX投与により有意な抗腫瘍効果を認めた。さらに、抗アポトーシス遺伝子であるMCL1、BCL2、Survivinの発現低下を認めた。以上より、MIRTXが大腸癌細胞株に対してアポトーシスを誘導し、高い抗腫瘍効果を示すことが示唆された。2MIRTXの標的遺伝子の同定。cDNAマイクロアレイと公開データベースを用いた解析を行い、MIRTXの標的遺伝子としてPIK3R1とCXCR2を選出した。さらに、PIK3R1とCXCR2の塩基配列を導入したルシフェラーゼ・ベクターを作成し、ルシフェラーゼ・レポーターアッセイを行ったところ、MIRTX投与群ではPIK3R1とCXCR2のルシフェラーゼ活性が有意に低下した。以上より、PIK3R1とCXCR2はMIRTXの直接の標的遺伝子であることが示唆された。3MIRTXの発癌シグナル制御機構の解析。近年の研究結果から、CXCR2の下流分子NF-κBが抗アポトーシス経路の発癌シグナルに関与することが報告され、これに着目して解析を行った。その結果、MIRTX投与群では、リン酸化NF-κBの発現低下と、NF-κBルシフェラーゼ活性の抑制を認めた。以上より、MIRTXがCXCR2とNF-κBシグナルを抑制することで、アポトーシスを誘導し、高い抗腫瘍効果を示すことが示唆された。
屋外用ディスプレイに向けた反射型液晶表示技術の新しい原理・手法の提案

本研究では、コレステリック液晶の構造色(帯域反射特性)を用いた屋外用反射型ディスプレイの開発を目的とした研究を行った。初年度は、基板に垂直な方向に螺旋軸を形成するプラナー配向コレステリック液晶に、櫛型電極を用いて不均一な横電界を印加することで、高速に反射帯域を変調することが出来ることを報告した。この高速性を生み出すメカニズムは、ディスプレイデバイスを構成する上で重要となる技術である。一方で、2018年度は、高分子/液晶混合系を利用した技術について研究を行った。これは、最終的に可逆的カラースイッチング、及び視野角特性の改善された反射型ディスプレイの実現に関係する研究である。本研究の中で、光重合性液晶と液晶を混合した系において、透明点近傍における光重合相分離を引き起こすと、蜂の巣のようなモフォロジーを有した高分子液晶混合系が形成されることを見出した。蜂の巣構造に見られる液晶液滴のサイズは数ミクロン程度であり、比較的低電圧かつ高速な電気的スイッチングが可能となる。この成果が報告された論文内では、この技術を利用してテラヘルツ波移相器を作製したが、同技術をコレステリック液晶に適用することで、本研究テーマの根幹技術として利用できることが期待される。例えば、光重合性コレステリック液晶とコレステリック液晶の混合系を透明点近傍で光重合することにより、螺旋分子配列を有した蜂の巣ポリマー構造が作製可能である。この蜂の巣ポリマー構造とコレステリック液晶の混合系を用いることで、低電圧、高速、及びポリマーによる配向規制による可逆的な電気光学効果が期待される。本研究テーマは期間内に完成しなかったが、上記の研究は今後も継続していく予定である。本研究課題は、環境光の多い屋外での鮮明な画像表示が可能になる反射型ディスプレイの駆動原理の提案と、そのデバイス作製を行う研究である。反射の機構には、コレステリック液晶とよばれる材料を用いる。今年度はまず、カラー表示を行うための技術として、電界印加によりコレステリック液晶の反射色を変えることが可能な素子構造を作製した。螺旋軸に垂直な電界を印加することにより、螺旋周期が増加し、反射色が青色から近赤外領域まで連続的に変化することが見出された。これは、電界強度により、任意の反射色を選択することが可能であることを示しており、動的制御が実現された。また同時に、高電界領域では、本来無偏光の光を50%しか反射することが出来ないコレステリック液晶において、70%まで反射率が増加するという従来では想像できない結果が得られた。これに対し、数値シミュレーションを行い、螺旋構造の歪みにより反射率の増加が起こっていることが理論的にも証明された。すなわち、29年度の研究成果により、反射率の増加、及び反射色の制御が実現可能な素子構造を見出すことに成功し、反射型ディスプレイ実現に向けて前進した。一方で、コレステリック液晶を用いた反射型ディスプレイを実現するためには、視野角特性の改善が必須となる。29年度の成果は、視野角特性を改善する手法ではないため、現在の素子構造に視野角特性を改善するための工夫が必要になる。今後は、液晶を封入するガラス基板上に周期的な凹凸を形成させ、螺旋構造を曲げることにより視野角特性の改善を狙う。研究実績の概要で説明したように、新しい成果が得られたが、本来計画していた視野角特性の改善にはまだ着手できていないため。今後は、本研究課題の主題でもある、コレステリック液晶を用いた反射型表示技術の視野角特性の改善に関する研究を進めていく予定である。具体的には、液晶を封入するガラス基板上に周期的な凹凸を形成させ、螺旋構造を曲げることにより視野角特性の改善を狙う。その他にも、電界分布を制御することにより、螺旋構造を曲げるアイディアなどを実施していく予定である。

当初計画していた波長可変色素レーザーの購入を中止したため、残予算が発生した。今後は、ロックインアンプや電力増幅器などの機器の購入に当てる予定である。
核融合炉材料の使用条件下でのクリープ曲線の推定

この研究では長時間クリープ曲線を高精度で推定する方法の確立を目的として、加速段階(3次域)までのクリープ曲線を記述する構成式として本研究者たちによって提案されている式、すなわち、ε=εo+A{1-exp(-αt)}+B{exp(αt)-l}の適用性と各係数の種々な因子に対する依存性について研究した。2種の商用低CrMo鋼及び2種の商用高CrMo鋼(核融合炉候補材料類似組成)の長時間クリープデータ(降伏点以下の応力、融点の4050%の温度、百時間数万時間の破断寿命)を上記構成式によって解析した。本研究で解析した範囲では、クリープ曲線は上式によって良く表現される。4種の係数の温度及び応力依存性の特徴はつぎのようなものであることが明かになった。すなわち、εoは温度、合金組成、微視組識によらない単純な応力の一次関数である。Aは温度依存性をもたず、また組成あるいは組織の違いの影響もあまり受けない。Bは組成あるいは組織によって大きく変化する。その温度依存性も合金によって著しく異った値をとる。時定数(逆数)αは(CrMo鋼の範囲で)組成にも組織にもほとんど依存しない。その温度依存性は鉄基合金中の自己拡散の温度依存性に等しい。以上の結果から明かなように、上記クリープ構成式は降伏応力以下のクリープ挙動を良く記述し、その係数は単純な温度、応力依存性を有するので、比較的短時間の試験から精度よく長時間クリープ曲線を推定することが可能である。組成や組織の異なるフェライト鋼の挙動あるいは特殊環境下での挙動なども、係数Bに関する情報を得るための比較的少数の試験を行えば、客易に推定できるものと考えられる。なお、本研究で取り上げた材料とは異なり、降伏応力は低いが加工硬化の著しい材料(オーステナイト系ステンレス鋼など)が降伏点附近の応力負荷時に示す挙動については、さらに詳細な検討が必要である。
非定常圧力場計測のための超高感度感圧分子センサ技術の開発と応用

従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,今年度は感圧塗料(PSP)を用いた非定常計測技術の開発と高度化に取り組んだ.これまでに本研究を通じて,改良Phase-lock法や条件付画像抽出法といった新たな非定常感圧塗料を提案し,従来技術よりも10倍以上の高い計測精度を得ている.しかしながら,これらの手法は限られた計測対象への適用例しか存在しておらず,計測上の重要点や誤差限界などが統一的に示されてはいなかった.本年度は上記の非定常感圧塗料技術を一般化し,幅広い非定常流体現象へ適用が可能なことを示した.ここでは,振動フェンス背後の変動圧力場に各感圧塗料技術を適用し,それぞれの感圧塗料技術を比較評価し,特徴や計測上の重要点,精度限界を明確にした.これらの成果により,数kHzの周波数で変動する非定常圧力場を10Paオーダーの精度で測定可能な非定常感圧塗料技術を確立することができたといえる.この非定常PSP計測手法は,航空機や自動車等に不安定性を引き起こす流れのはく離や渦放出といった非定常流体現象の解明や空力騒音の発生メカニズムの解明のための強力な実験ツールになる.特に物体表面の各点での変動がどのような相関をなしているのか,また,どのようなメカニズムで音波を発生するのか,さらには,その制御をどのように行わなければならないのか,というような問題に対する解答が,2次元の非定常圧力場の可視化によって得られると考えられる.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,1)ナノ多孔質膜を用いた感圧分子センサと2)信号処理や画像処理を利用した非定常計測手法の開発に取り組んだ.今年度は感圧塗料計測の適用範囲を低速・非定常現象に拡大することを目的に,多孔質アルミナを利用した差圧型感圧分子センサ膜の流れ場への適用を,また非定常計測手法として信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を行った.合わせて感圧塗料による低速現象計測に対して理論誤差解析を行い,主要な誤差要因の特定および改善を行った.その結果以下に示す成果が得られた.・流れ場中における多孔質アルミナを用いた差圧応答型PSPの特性を調べた.開発した差圧応答型PSPは,流れ場中において従来のPSPの数倍程度の圧力感度を持つことがわかった.ただし,PSPの発光は圧力に加え流速にも依存し,圧力を正確に測定するためには2つのパラメータを分離する機構やデータ処理手法を開発する必要があることがわかった.・角柱側面に周期的に生じる"ゆらぎ"をもった非定常圧力変動を基準現象として,信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を行った.その結果,これらの技術により角柱側面でピーク周波数150Hzで変動する圧力分布を振幅0.10.3kPaで正弦振動する圧力変動を捉えられることがわかった.加えて,低速現象計測に最適な感圧塗料の選定および信号・画像処理手法の改良を行うことで両手法の圧力計測精度や空間・位相分解能を大きく改善させ,より微小かつ高速な非定常現象への適用可能性を示した.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,今年度は感圧塗料(PSP)を用いた非定常計測技術の開発と高度化に取り組んだ.前年度に進めた非定常計測手法である信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の高度化を進めるとともに,新しい計測技術として高い空間・時間分解で,高SNRの圧力変動画像を得ることができる「基準信号を用いた条件付き画像抽出法」を開発した.本手法は,高速度カメラで取得した多数枚のPSP画像を,同期して計測した基準センサ信号を用いて位相平均することで,時間分解された高SNRの圧力変動画像を得ることができる.角柱基準センサ信号にバンドパスフィルタや信号微分を施すことで,ゆらぎを有する現象に対しても適用することができる.前述のPhase-lock法および周波数解析を利用した手法と比較してシステムや画像処理が簡易であるという利点も有する.実際に,一様流中に設置した角柱周囲や高速列車模型に誘起される非定常圧力場に適用した結果では,数100Hzの周波数で100Pa以下の圧力変動を捉えることができている.この非定常PSP計測手法は,航空機や自動車等に不安定性を引き起こす流れのはく離や渦放出をいった非定常流体現象の解明や空力騒音の発生メカニズムの解明のための強力な実験ツールになる.特に物体表面の各点での変動がどのような相関をなしているのか,また,どのようなメカニズムで音波を発生するのか,さらには,その制御をどのように行わなければならないのか,というような問題に対する解答が,2次元の非定常圧力場の可視化によって得られると考えられる.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,今年度は感圧塗料(PSP)を用いた非定常計測技術の開発と高度化に取り組んだ.前年度に進めた非定常計測手法である「基準信号を用いた条件付き画像抽出法」を中心として,非定常PSP計測技術の高度化を進めた.非定常PSP計測の高精度化のため,理論誤差解析による計測手法の最適化を行った.その結果,従来の定常PSPとは異なる計測手順および解析手法が,非定常PSP計測に不可欠なことを明らかにした.しかしながら,この手法で得られる圧力値は相対値であり,絶対圧を直接求めることはできない.

この問題を解決するため,定常・非定常PSP計測の組み合わせによる高精度非定常圧力計測手法を提案し,絶対値ひいては圧力場の積分により空気力を算出することを可能とした.この計測手法を2次元角柱周囲に生じる非定常圧力場計測に適用し,100Pa程度の精度で絶対圧力計測が可能なことを示した.この非定常PSP計測手法は,航空機や自動車等に不安定性を引き起こす流れのはく離や渦放出をいった非定常流体現象の解明や空力騒音の発生メカニズムの解明のための強力な実験ツールになる.特に物体表面の各点での変動がどのような相関をなしているのか,また,どのようなメカニズムで音波を発生するのか,さらには,その制御をどのように行わなければならないのか,というような問題に対する解答が,2次元の非定常圧力場の可視化によって得られると考えられる.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,今年度は感圧塗料(PSP)を用いた非定常計測技術の開発と高度化に取り組んだ.これまでに本研究を通じて,改良Phase-lock法や条件付画像抽出法といった新たな非定常感圧塗料を提案し,従来技術よりも10倍以上の高い計測精度を得ている.しかしながら,これらの手法は限られた計測対象への適用例しか存在しておらず,計測上の重要点や誤差限界などが統一的に示されてはいなかった.本年度は上記の非定常感圧塗料技術を一般化し,幅広い非定常流体現象へ適用が可能なことを示した.ここでは,振動フェンス背後の変動圧力場に各感圧塗料技術を適用し,それぞれの感圧塗料技術を比較評価し,特徴や計測上の重要点,精度限界を明確にした.これらの成果により,数kHzの周波数で変動する非定常圧力場を10Paオーダーの精度で測定可能な非定常感圧塗料技術を確立することができたといえる.この非定常PSP計測手法は,航空機や自動車等に不安定性を引き起こす流れのはく離や渦放出といった非定常流体現象の解明や空力騒音の発生メカニズムの解明のための強力な実験ツールになる.特に物体表面の各点での変動がどのような相関をなしているのか,また,どのようなメカニズムで音波を発生するのか,さらには,その制御をどのように行わなければならないのか,というような問題に対する解答が,2次元の非定常圧力場の可視化によって得られると考えられる.平成23年度は研究の最終年として,これまでに開発した非定常PSP技術の実用化を目指し,風洞試験と理論誤差解析の両面から非定常PSP技術論を確立することを目標とした.しかしながら,東日本大震災の影響により試験装置の破損や風洞設備の混雑が,研究目標の達成に十分な風洞実験を実施することを困難にした.被災による特例措置を受けることとなったため,研究の達成度は,平成24年度の活動により十分な進展が得られると考える.これまでに本研究を通じて,改良Phase-lock法や条件付画像抽出法といった新たな非定常感圧塗料を提案し,従来技術よりも10倍以上の高い計測精度を得ている.しかしながら,これらの手法は限られた計測対象への適用例しか存在しておらず,計測上の重要点や誤差限界などが統一的に示されてはいない.本研究ではこれらの非定常感圧塗料技術を一般化し,幅広い非定常流体現象へ適用が可能なことを実験的および理論的に示すことを目指す.ここでは,振動フェンス背後の変動圧力場に各感圧塗料技術を適用し,それぞれの手法の特徴,計測上の重要点,精度限界を明らかにする.実験結果は理論誤差解析の結果と組み合わせ,感圧塗料による非定常圧力場計測技術論を確立することを目指す。
理論計算によるオリゴ糖の立体配座解析とそれに基づく作世機構の解明及び合成法の開発

本研究では植物防御機構で重要視されているHexa-β-glucopyranosyl-D-glucitol(1)活性発現の動的機構および特異な抗腫瘍活性から注目を集めているNCSクロモフォア(2)のアミノ糖の役割を分子レベルで解明することを目的としている。本年度は、分岐糖合の新手法としてリモ-トグリコシル化について検討した。スペ-サ-でつながった2種類の3糖3、4を合成し、閉環反応を行ったところ閉環生成物5を得ることができた。3、4の立体配座解析の結果から、6に示すように4位の水酸基とアノマ-位の距離が3で3.59A,4で6.06Aであったことから4位の水酸基で閉環していると予測された。現在閉環位置を確認中である。また、水溶液中でのオリゴ糖の安定配座を得るためにGB/SA溶媒和モデルを用いた配座解析を行い7の構造を得た。NMRより得られたNOEデ-タ、C-Hロングレンジカップリングの値と7の構造の比較を行った。糖鎖導入に必要なトランスジオ-ル構造を有するNCSクロモフォアモデルの合成ル-ト開発を行い、テトラオ-ル8の合成を達成した。
大気大循環モデルと観測データを用いた火星大気の力学と物質循環の研究

火星大気の力学・物質循環およびそれらの将来観測計画について、論文投稿と学会発表を精力的に行った。力学・物質循環関連では、主に火星大気大循環モデルの開発を引き続き進め、中層大気の低・中緯度にみられる二酸化炭素雲の生成について、そのモデルを用いた再現実験を行った。その結果、観測と整合する季節および緯度において二酸化炭素雲の生成が再現され、また観測された雲のトラッキングから導出されている中層大気の風速についても、観測とモデル結果とを比較し、学会発表の中で議論を行った。この研究は観測データの量がまだ少ない火星中層大気の様子を知る重要な手がかりとなるもので、サブミリ波を用いた観測と合わせて、今後さらなる発展が期待される。将来観測計画については現在JAXAで検討中の火星気象オービターに搭載を計画しているサブミリ波サウンダの検討に来続き携わり、サブミリ波サウンダの科学的意義や観測感度のシミュレーションを盛り込んだ論文を執筆・投稿した。このサブミリ波サウンダは火星の地表面から中層大気に至るまでの温度場・風速場および水蒸気(同位体比も含む)をはじめとする大気微量物質の3次元分布、またそれらの連続的時間変動について、ダストストームの影響を受けにくいというサブミリ波波長域の強みを生かした観測を予定している。火星大気大循環モデルとサブミリ波サウンダによる観測で火星の大気力学と物質循環に迫り、惑星大気力学の確立や火星気候変動の様々な謎を解き明かしていくことを目指している。その他には火星大気中に浮遊するダストの放射効果、またそれに伴う全球規模の大気力学への影響をまとめたレビュー論文を雑誌Aeolian Researchからの招待論文として執筆し、投稿した。火星大気の力学・水循環及びそれらの将来観測計画について、論文投稿と学会発表を精力的に行った。力学関連では、地球大気の成層圏・中間圏に見られる東西風の半年周期での変化(半年振動)について、大気温度の観測データと大気大循環モデルによるデータ同化から同様の現象が火星大気にも存在することを検出した。さらに大気大循環モデルを用いて、その生成メカニズムについても地球大気との共通点及び相違点を導き出し、惑星大気に統一的な理論の構築において大きな手がかりを得ることができた。この火星大気大循環モデルは水循環の再現実験にも用いられ、赤道域での水蒸気の存在限界高度が季節により変化することを示し、また火星全球を覆うダストストームが発生して大気の温度が著しく上昇した場合にこの高度も著しく上昇することが示された。水蒸気の存在限界高度が高くなるほど大気の南北循環に伴う水の南北輸送が積極的に行われることから、火星の水輸送の様子を知る上での重要な指標として、大気大循環モデルで示された現象と比較できるような水蒸気の鉛直分布とその時間変化の観測が必要であるが、そのようなデータは現在までに得られていない。同様に半年振動の存在を直接確認できるような風速の観測データも存在しない。現在サブミリ波(周波数数百GHz数THzの波長域の電波)サウンダを用いた火星周回船上からの大気観測計画が日本で進められており、これによって風速の直接観測と水蒸気の鉛直分布の導出、及びこれらの連続的時間変動の観測データが取得されることが期待されている。サブミリ波観測チームと協力して、火星の大気力学と水循環に迫り、惑星大気力学の確立や火星気候変動の様々な謎を解き明かしていくことを目指している。力学関連では、北半球の冬至前後に全球規模のダストストームが起こる際の極夜の昇温について、火星大気大循環モデルを用いて過去の観測事実を再現し、そのメカニズムを調べた。その結果、ダストによる南半球の強い非断熱加熱により励起されるプラネタリー波・熱潮汐波・より小さいスケールの波(重力波および水平渦)がほぼ同程度の割合でその昇温に寄与していることが示された。特に小さなスケールの波の火星大気における効果は本研究によって初めて示され、地球と火星における大気波動の効果を比較する上で重要な手がかりとなった。また地上サブミリ波(周波数数百GHz数THzの波長域の電波)望遠鏡による風速の直接観測の結果と火星大気大循環モデルで得られる数値計算の結果とを比較したところ、大気大循環モデルの放射コードに応じて風速の絶対値や日変化について異なる再現性が得られた。この火星大気大循環モデルは水や二酸化炭素などの物質循環の再現実験にも用いられ、定性的な季節変化はこれまでの観測データを再現する結果が得られている。現在NASAやJAXAで検討中のサブミリ波サウンダを用いた火星周回船上からの大気観測計画では、水蒸気をはじめとする大気微量物質の3次元分布の導出とその連続的時間変動の観測、さらに地上サブミリ波望遠鏡でなされているよりも詳細な風速の直接観測が予定されており、この火星大気大循環モデルはそのデータ同化のための道具として期待されている。サブミリ波観測チームと協力して、火星の大気力学と物質循環に迫り、惑星大気力学の確立や火星気候変動の様々な謎を解き明かしていくことを目指している。

この研究は観測データの量がまだ少ない火星中層大気の様子を知る重要な手がかりとなるもので、サブミリ波を用いた観測と合わせて、今後さらなる発展が期待される。将来観測計画については現在JAXAで検討中の火星気象オービターに搭載を計画しているサブミリ波サウンダの検討に来続き携わり、サブミリ波サウンダの科学的意義や観測感度のシミュレーションを盛り込んだ論文を執筆・投稿した。このサブミリ波サウンダは火星の地表面から中層大気に至るまでの温度場・風速場および水蒸気(同位体比も含む)をはじめとする大気微量物質の3次元分布、またそれらの連続的時間変動について、ダストストームの影響を受けにくいというサブミリ波波長域の強みを生かした観測を予定している。火星大気大循環モデルとサブミリ波サウンダによる観測で火星の大気力学と物質循環に迫り、惑星大気力学の確立や火星気候変動の様々な謎を解き明かしていくことを目指している。その他には火星大気中に浮遊するダストの放射効果、またそれに伴う全球規模の大気力学への影響をまとめたレビュー論文を雑誌Aeolian Researchからの招待論文として執筆し、投稿した。