hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁性流体と間欠磁場を利用した高性能熱輸送デバイスの開発

強磁性のマグネタイト粒子を水あるいは油等の溶媒中に分散させたスラリーを磁性流体と呼ぶ。この磁性流体に磁場を印加すると、流体界面がスパイク状に持ち上げられる現象が生じる.本研究では,このスパイク現象を間欠磁場により断続的に生じさせ,これにより誘起される容器内流動を利用して、高温-低温伝熱面間の熱輸送を促進させる方法を提案した.この方法によりどの程度高い伝熱促進効果が得られるか,下面加熱,上面冷却された容器内に磁性流体を封入した体系について,高-低温伝熱面間の熱伝達率を測定することにより調べた.測定に用いた容器は,断面40x100mm^2,高さ7mmで,上下面は銅板で製作されており,ヒータおよび冷却水により等温条件で加熱・冷却される.この容器内に磁性流体を所定の液面高さH_<mag>まで封入した.磁性流体には、水ベース磁性流体M-300及び油ベース磁性流体N-504を用いた.この容器を水平に設置し,液面に垂直に定常及び周期t=0.160sの間欠磁場を印加した。磁束密度Bは085mTの範囲で変化させた.容器の加熱面及び冷却面の温度を熱電対により測定し,磁性流体の熱伝導率λおよび熱伝達率hを求めた.その結果,以下の知見を得た.(1)磁場を印加すると上述のスパイク現象が発生した。このスパイクの数や高さは,液面高さH_<mag>および磁束密度Bによって決定される.(2)本実験で使用した磁性流体M-300及びN-504の無磁場下の熱伝導率は,それぞれ0.49,0.27W/mKであった。一方,磁場下での熱伝導率は磁束密度Bの増加と共に高くなり,B=50mT以上で飽和し,その値は無磁場下に比べ約50%程度高くなった.(3)容器内に磁性流体を封入し,間欠磁場を印加すると,熱伝達率が大幅に高くできることが分かった.とくに本実験範囲内において,M-300ではH_<mag>=5mm,t=0.1s,また,N-504ではH_<mag>=3.5mm,t=0.1sで熱伝達率は極大値を示し,それぞれ175および150W/m^2K前後の値が得られた.この値は無磁場下の熱伝達率に比べ約36倍程度高い.(4)N-504を封入した容器の液面上方の空間を水で満たすと,この熱伝達率hをさらに向上でき、とくに,H_<mag>=2mm,t=0.3sの場合,h=300W/m^2Kを超える値が得られた.強磁性のマグネタイト粒子を水あるいは油等の溶媒中に分散させたスラリーを磁性流体と呼ぶ。一方,磁場下での熱伝導率は磁束密度Bの増加と共に高くなり,B=50mT以上で飽和し,その値は無磁場下に比べ約50%程度高くなった.(3)容器内に磁性流体を封入し,間欠磁場を印加すると,熱伝達率が大幅に高くできることが分かった.とくに本実験範囲内において,M-300ではH_<mag>=5mm,t=0.1s,また,N-504ではH_<mag>=3.5mm,t=0.1sで熱伝達率は極大値を示し,それぞれ175および150W/m^2K前後の値が得られた.

この値は無磁場下の熱伝達率に比べ約36倍程度高い.(4)N-504を封入した容器の液面上方の空間を水で満たすと,この熱伝達率hをさらに向上でき、とくに,H_<mag>=2mm,t=0.3sの場合,h=300W/m^2Kを超える値が得られた.本年度は,30wt%のフェライト粒子を純水中に分散させた水溶媒磁性流体,具体的にはシグマハイケミカル社製M-300を試験流体として,まず無磁場および定常磁場印加時における磁性流体の見掛けの熱伝導率を測定した.この熱伝導率測定には定常平板法を採用し,磁性流体を底面冷却,上面加熱された密閉容器内に封入して,外部から定常磁場を熱流と同一方向に印加した場合について測定を行った.その結果、上記磁性流体の熱伝導率λは,無磁場・室温(20°C)下では水よりも若干低い値、λ=0.52[W/mK]を示すことが分かった。つぎに、この体系に定常磁場を印加した場合について、磁性流体の見かけの熱伝導率を測定してみた。その結果、磁場強度の増加につれて熱伝導率は高くなり,磁束密度Bが0.5[T]以上でぼぼ一定値を示すことが分かった。その熱伝導率λの値であるが、密閉容器の大きさ、具体的には高温-低温壁間距離Hによって変化し、H=2mmでは、λ=0.53[W/mK]、H=5mmでは、λ=0.65[W/mK]、H=7mmでは、λ=0.75[W/mK]、と間隔Hが増加するにつれて熱伝導率λが高くなる結果が得られた。無磁場下の熱伝導率が容器の大きさに依存しない結果を考慮すると、上の結果は非常に奇妙な結果といえる。そこで現在、何故このような結果が得られるかについて種々検討している段階にある。また上の実験と並行して、上記体系に非定常磁場を印加した場合についても,見掛けの熱伝導率の測定を試みた.磁束密度BをB=0.5[T]に固定し,磁場のON、OFF周期τをτ=110[sec]の範囲で変化させた実験を行ったが、十分時間が経過した後の準定常状態での磁性流体の見掛けの熱伝導率は、本実験範囲内では定常磁場下の値とほとんど変化が認められなかった。この理由についても現在検討中である。強磁性のマグネタイト粒子を水あるいは油等の溶媒中に分散させた磁性流体に磁場を印加すると,流体界面がスパイク状に持ち上げられる.本研究では,このスパイク現象を間欠磁場により断続的に生じさせ,これにより誘起される容器内流動を利用して,高温-低温伝熱面間の熱輸送を促進させる方法を提案した.この方法によりどの程度高い伝熱促進効果が得られるか,下面加熱,上面冷却された容器内に磁性流体を封入した体系について,高-低温伝熱面間の熱伝達率を測定することにより調べた.測定に用いた容器は,断面40x100mm^2,高さ7mmで,上下面は銅板で製作されており,ヒータおよび冷却水により等温条件で加熱・冷却される.この容器内に磁性流体を所定の液面高さH_<mag>まで封入した.磁性流体には,水ベース磁性流体M-300及び油ベース磁性流体N-504を用いた.この容器を水平に設置し,液面に垂直に定常及び周期t=0.160sの間欠磁場を印加した.磁束密度Bは085mTの範囲で変化させた.容器の加熱面及び冷却面の温度を熱電対により測定し,磁性流体の熱伝導率λおよび熱伝達率hを求めた.その結果,以下の知見を得た.(1)磁場を印加すると上述のスパイク現象が発生した.このスパイクの数や高さは,H_<mag>およびBによって決定される.(2)本実験で使用した磁性流体M-300及びN-504の無磁場下の熱伝導率は,それぞれ0.49,0.27W/mKであった.一方,磁場下での熱伝導率は磁束密度の増加と共に高くなり,B=50mT以上で飽和し,その値は無磁場下に比べ約50%程度高くなった.(3)容器内に磁性流体を封入し,間欠磁場を印加すると,熱伝達率が大幅に高くできることが分かった.とくに本実験範囲内において,M-300ではH_<mag>=5mm,t=0.1s,また,N-504ではH_<mag>=3.5mm,t=0.1sで熱伝達率は極大値を示し,それぞれ175および150W/m^2K前後の値が得られた.この値は無磁場下の熱伝達率に比べ約36倍程度高い.(4)N-504を封入した容器の液面上方の空間を水で満たすと,この熱伝達率hをさらに向上でき,とくに,H_<mag>=2mm,t=0.3sの場合,h=300W/m^2Kを超える値が得られた.
Ｍ期キナーゼによる分裂装置構成分子の動態制御

本研究では、細胞増殖制御の基礎となる細胞分裂において、M期キナーゼの基質分子群を特定し、それらのリン酸化修飾の意義を究明することによって、M期分裂装置がいかに制御されているかを解明することを目的とした。紡錘体と染色体の蛍光色素標識細胞を樹立し、分裂装置の動態解析ツールを整備し、FRAP法の導入により動的分子代謝の解析を可能にした。これらを活用して次の2つの結果を得た。1)Auroraキナーゼの活性は、セントロメアにおいてクロマチン分子HP1との動的相互作用により、動原体の背合わせ構造をつくり、正しい微小管結合を促すことを見出した。2)Cdk1の活性は、コンデンシンIIのリン酸化によって、Poloキナーゼの染色体軸索への結合を促進し、M期における染色体の凝縮を開始することが明らかになった。これらの結果より、AuroraとPoloキナーゼの対照的な特性が示唆された。細胞が分裂する際に安定したゲノムを分配することは生命体維持の基本であり、その制御機構の体系的理解は細胞増殖の根本的課題である。細胞分裂の進行はサイクリン依存性キナーゼよって調節されるが、加えて、Auroraやpoloといった分裂期キナーゼが、染色体や紡錘体の構築およびその動態の制御に、より直接的な役割を担っていることが明らかになってきた。本研究では、ヒトの細胞において、染色体および紡錘体を構成する分子群が、これらの分裂期キナーゼによってどのよう制御されているのかを生科学的・顕微鏡的手法によって明確にすることを目的とした。細胞分裂はダイナミックな分子メタボリズムを基盤をした動的な過程であると捉えて、特に生細胞の観察およびFRAP解析に力をいれ、分子動態の定量的な解析を試みた。本研究は分裂期キナーゼの機能を基軸として、分裂期の制御機構について体系的な理解を深めることを目指し、分裂期キナーゼCdk1、Aurora、Poloの活性を抑えたときの細胞表現形を観察し、その表現形に関連すると思われる主要な分子に着目して、酵素とその関連分子の連携を顕微鏡的・生化学的手法によって検討することを目的としている。初年度の計画は、1)分裂期進行の制御分子及び分裂装置の構成分子の動態観察、及び、2)生理的分子動態における分裂期キナーゼの関与の検討を進めることとした。まず、分裂期特異的なオルガネラである染色体の構成因子であるコンデンシン、コヒーシン、HP1α、紡錘体の構成因子であるチュブリン、セントロメアヒストンCENP-Aについて、蛍光蛋白質EGFPで標識した細胞を構築し、生理的な分裂期進行に伴う分裂装置の変化を生細胞で可視化できるような系を整えた。生化学的な分裂期進行をモニターするにCyclin Bの蛍光標識はBAC transgeneにより行っている。さらに分裂期キナーゼの分子動態を解析するために、まずAurora Bの安定発現細胞を作成して、FRAP解析を試みた。その結果、セントロメアに分布するAurora Bはその活性に依存して、活発なターンオーバーをしていることを見出した。現在、Aurora B活性を阻害した際の染色体および紡錘体構成因子の分子動態の変化についての顕微鏡的解析を進めている。細胞分裂は一連のタンパク質リン酸化によって進められ、分裂装置のダイナミズムを制御するモーター蛋白質の機能は、M期キナーゼによるリン酸化によって制御されていることが知られている。我々は先行研究において、動原体の変形を生細胞で可視化した結果,チェックポイントの解除には、セントロメアの伸長でなく、動原体の"ストレッチング"と我々が名付けた動原体が反復して起こる変形こそが重要であることを見いだした(Uchida et al. 2009 J. Cell Biol)。本研究では動原体ストレッチングの分子背景について重点的に解析を進めた。M期キナーゼのPoloキナーゼ(Plk1)は、その一部が動原体に局在して中期から後期への進行を誘導するとの観察から、Plk1のリン酸化活性を制御することなく2通りの方法(動原体におけるPlk1の足場となるINCENPの非リン酸化変異体置換実験、およびPolo box依存的なタンパク質局在を特異的に制御する化合物処理実験))によってPlk1を動原体より除去することを試みた。いずれの方法によってもPlk1の動原体局在はほぼ消失し、同時に、動原体のストレッチングが完全に抑えられた(Uchida et al. unpublished)。

動原体ストレッチングは、分裂期モーターが関与する微小管の重合・脱重合に依存して起こると考えられ、従って、Plklによるモータータンパク質の制御が動原体ストレッチングを誘導している可能性が示唆された。現在、候補となるモータータンパク質について動原体ストレッチングとの関連性を調べている。ヒトの細胞において、染色体および紡錘体を構成する分子群が、これらのM期キナーゼによってどのように制御されているのかを生化学的・顕微鏡的手法によって明確にすることが、本研究の目的である。本年度はM期キナーゼの中でもAurora Bの役割に関する研究を特に進めた。Aurora BはヒストンH3とHP1αをリン酸化してクロマチンから解離させることを報告したが(Hirota et al., 2005)、引き続いて、分裂期における解離したHP1αの動態を調べた。先ず、HP1αはM期特異的にAurora Bによってリン酸化を受けることと、リン酸化サイトの一つがSer92であることが分かった。リン酸化HP1αの大部分は細胞質に存在したが、興味深いことに一部のリン酸化HP1αはAurora B/染色体パッセンジャー複合体(CPC)と相互作用し、その結果セントロメアに局在することが、免疫沈降法や免疫染色法によって判明した。さらにHP1αとAurora Bの結合はHP1αSer92のリン酸化によって安定化することをFRAP解析で示した。セントロメアにおけるHP1αとAurora Bの相互作用の意義をノックダウン実験あるいは種々の変異体の補完実験を行って検討したところ、この相互作用はメロテリック結合(一つの動原体に両極から延びた微小管が結合)という動原体における微小管の誤接続を防ぐという役割を担っていることを明らかにした。つまり、Aurora Bは、HP1αをセントロメアに引き込むことによって、微小管の誤接続を防ぎ、染色体の不均等分配を未然に防ぐことによって、染色体の安定した分配を保証していると言える(Takagaki et al.in preparation)。本研究の目標は、ヒトの細胞において、染色体および紡錘体を構成する分子群がM期キナーゼによってどのよう制御されているのかを明確にすることにある。平成22年度は、分裂期細胞の最大の特徴である染色体の構築が、一連のM期キナーゼの活性によってどのように誘導されるのかを検討した。分裂期の進入は、分裂期サイクリン依存性キナーゼ(Cdk1)の活性化によってもたらされることが古くから知られているものの、Cdk1がどのようにして分裂期に特徴的な細胞内構造の変化を導くのかはほとんど分かっていない。本研究において、われわれは、Cdk1がコンデンシンII複合体のなかのCAP-D3というタンパク質をリン酸化することが、染色体凝縮を開始させるスイッチであることを突き止めた。この特定のリン酸化修飾はCAP-D3のThr1415である。この部位のリン酸化によって、Poloキナーゼ(Plk1)というまた別の分裂期キナーゼを染色体に呼び込み、さらにこのPlklがコンデンシンIIの広範囲のリン酸化を促進して、染色体の凝縮を進めるというメカニズムを見出した。更に、このスイッチが入らない細胞を観察すると、前期における染色体の凝縮が進まないうえに、螺旋状に渦巻いた異常な染色体をつくり出してしまい、ひいては分配の失敗を導いた。
フッ素系分子・分子集合体の光酸化触媒プロセスの開発

1.ペルフルオロポリパラフェニレンにRhコロイドを担持し、これを光触媒として水分子の水素分子およびヒドリキシルラジカルへの同時酸化還元に成功した。ヒドロキシルラジカルは系中に存在するベンゼンにより捕捉され、フェノールとなる。発生水素量は化学量論的にフェノール量から見積もられる量の1/2である。これは、ペルフルオロポリパラフェニレンが反応中にラジカルアニオンを経由して分解するためおよびベンゼンの水素化に電子が消費されるためと考えられる。分子軌道計算からペルフルオロポリパラフェニレンと水分子の間に相互作用があることが予想され、この相互作用が水分子の活性化に重要な働きをしていることが示唆された。2.ペルフルオロテルフェニルの光酸化触媒作用機構を明らかにする目的で、レザーフラッシュホトリシスによる光化学過程の検討を行った。ペルフルオロテルフェニルは励起後、速やかに三重項状態に項間公差することがわかった。この三重項状態が酸化的に消光されることによって生成するラジカルカチオンが光酸化触媒作用の酸化種であると推定される。3.部分フッ素化デルフェニルの酸化還元電位の測定を行い、フッ素化の程度が高くなるとともに還元電位、酸化電位とともに正側にシフトすることが確認された。4.オクタフルオロフェナジンの合成を行い、この化合物が可視光照射下で水分子1電子酸化反応に対する光触媒活性を示すことを確認した。2.上記の部分フッ素化オリゴパラフェニレンの基礎物性として、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、リン光スペクトル、蛍光寿命、蛍光量子収率の測定を行った。フッ素化の度合が増加すると、吸収スペクトルの短波長シフトならびに蛍光量子収率の低下が起こる傾向が見られた。この結果はフッ素化オリゴパラフェニレンの光化学において三重項への項間交差が重要であることを示唆している。3.上記の部分フッ素化オリゴパラフェニレンの水および酸素存在下におけるベンゼンのフェノールへの光酸化的ヒドロキシル化反応を検討したところ、ペルフルオロ体が最も高い酸化活性を示し、活性はフッ素化の度合の減少とともに低下することがわかった。4.トリフルオロメチル基による修飾効果を検討するため4,4"-bis(trifluoromethyl)-p-terphenylの合成を行った。1.ペルフルオロおよび部分フッ素化鎖状芳香族化合物のエネルギー準位の解析を詳細に行った。高速サイクリックボルタンメトリーによって分子の酸化還元電位を測定し、フッ素化の程度が高くなるにつれて酸化電位の正側へのシフトが起こることが確認された。この酸化電位と光酸化反応に対する光触媒活性との間に相関があることがわかった。2.ペルフルオロパラフェニレンの光酸化触媒反応過程における素過程を明らかにするため、レーザーフラッシュホトリシスによる検討を行った。その結果、励起状態は速やかに項間交差し、3重項に転換することがわかった。この3重項が酸素により酸化的に消光され、カチオンラジカルに転化する機構が支持された。^<60>Coを線源とするγ線照射によりクロロブタンのカチオンラジカルを生成し、このカチオンラジカルの酸化力を用いた各種フッ素化パラフェニレンのカチオンラジカル生成を試み、それらの吸収スペクトルを測定した。フッ素化の程度が高くなる程、カチオンラジカルの吸収は短波長側にシフトすることが確認された。3.ロジウムコロイドを担持したペルフルオロポリパラフェニレンを用いて水を水素に還元すると同時に酸化によるヒドロキシルラジカルの発生が可能であることが確認された。これは有機物として、水分子の光触媒的分解に初めて成功した例である。4.オリゴパラフェニレンとフッ素化オリゴパラフェニレンは混晶を形成し、個々の化合物の結晶よりも安定化していることがわかった。これら混晶体の単結晶を調製し、X線回折により結晶構造を決定した。また、混晶では個々の化合物結晶とは異なる吸収および発光を示し、新規な光物性の発現が示唆された。
西洋中世哲学の体系化の過程におけるイスラム哲学の影響と思想的対応の研究

本年度の研究は、昨年度の研究を継続し、イスラム哲学の基礎的語彙・概念、特に「存在」に関わる語彙・概念の形成過程に関する調査を行った。備品費で、アル・キンディー、アル・ファーラービー、イブン・シーナーの基本的テキスト及び最近の研究書・論文の収集を行い、3年間で蓄積された資料に基づいて、アリストテレス存在論の基礎概念が、アラビア語文化圏で翻訳受容されていった過程、さらに、最終的にラテン語に翻訳され、西洋に流入していった過程を、原典に基づいて実証的に跡づける作業を行った。特に本年度は、存在をめぐる語彙が、アル・ファーラービー、イブン・シーナーにおいて理解・受容されていったか、またギリシア語の概念がアラビア語に翻訳された結果生じるずれが、さらにラテン語に訳される場合、ラテン語の概念においてどのように反映されたのか、という文化受容の際における文化変容過程の研究に重点を置いた。この作業は、膨大な作業を必要とするため、本学内において、研究会を開催し、基本テキストの読解を進めるとともに、他大学・研究所における資料収集、学外の関連分野の研究者との情報交換を行いながら、成果を蓄積できた。萌芽的な領域なので、本年度は具体的な成果を発表するまでには至っていないが、今年度は暫定的見通しをまとめたものとして山内(研究代表者)が『天使の記号学』(岩波書店)を著した。また、まとまった考察を来年度中に刊行予定である。鈴木(研究分担者)が、ヘブライズムに関わる側面を『旧約聖書と現代』(共著、教文館)として著した。本年度は萌芽的研究の初年度にあたり、資料の収集およびテキストの基礎的調査を研究の主眼とした。本研究の目標は、イスラム哲学の西洋中世哲学への影響関係を調べることであり、イスラム哲学においては、アル=キンディー、アル=ファーラービー、イブン=シーナー、イブン=ルシュドが中心となる。本年度は、これらの哲学者の基本的テキストのアラビア語著作、それらの翻訳書(英、独、仏)、研究書、研究論文を収集した。イスラム哲学は、本邦において、研究者の少ない領域であり、また書籍の入手も困難であり、長期的な資料収集計画のもとに研究が進められるべきものであり、国内の大学における所蔵状態の調査を含めて、研究の基盤を確保することが当面の課題になると思われる。また、西洋中世において、これらのイスラム哲学から大きな影響を受けた哲学者として、オーヴェルニュのギヨーム、トマス・アクィナス、ガンのヘンリクス、ドゥンス・スコトゥスを考察対象とした。具体的な研究作業としては、研究分担者による個人研究の他、テキストの読解能力を高めるために、学生を交えたアラビア語勉強会、および基本的テキストの研究会を定期的に開催した。イスラム哲学の影響は、多岐にわたるが、本研究では、神学・形而上学(特に存在論)の側面に重点を置いてある。本年度は、プラトン、アリストテレス、プロティノスに由来する存在論の基礎概念が、イスラム哲学でどのように翻訳され、受容されたのか、そして、西洋中世に受容された際に、どのような変質を被ったかの調査研究を始めた。その成果の一部を発表することができた。山内(研究代表者)の論文2本(「アヴィケンナの存在論との関連から見た、スコトゥスの個体化論」、「ドゥンス・スコトゥスの存在の一義性とアヴィケンナの影饗」)がそれである。本年度の研究は、イスラム哲学の基礎的語彙・概念、特に「存在」に関わる語彙・概念の形成過程に関する調査を行った。備品費で、アル・キンディー、アル・ファーラービー、イブン・シーナーの基本的テキスト及び最近の研究書・論文の収集13世紀の西洋中世哲学における受容(特にガンのヘンリクス)のテキスト・研究書の収集を行い、これらの資料に基づいて、アリストテレス存在論の基礎概念が、シリア語、ヘブライ語、アラビア語、ペルシア語などへの翻訳されていった過程、および最終的にラテン語に翻訳され、西洋に流入していった過程を、原典に基づいて実証的に跡づける作業を行った。特に本年度はプロティノスなど新プラトン主義がイスラム哲学に受容される際の過程、13世紀後半にアヴィケンナがラテン語化される場合の過程の研究に重点を置いた。これらの研究の結果、アリストテレスの形而上学とプロティノスの存在論がイスラム哲学において接合される過程が、錯雑とした翻訳の過程の内に裏付けられることはほぼ確認できた。この作業は、膨大な作業を必要とするため、本学内において、研究会を開催し、基本テキストの読解を進めるとともに、他大学・研究所における資料収集、学外の関連分野の研究者との情報交換を行いながら、成果を蓄積中である。萌芽的な領域なので、本年度は具体的な成果を発表するまでには至っていないが、次年度は最終年度に当たり、中間報告的な形であるが、発表する予定である。最終的な成果に至るには、なお4,5年を要するため、継続研究の形態を考案中である。

特に本年度は、存在をめぐる語彙が、アル・ファーラービー、イブン・シーナーにおいて理解・受容されていったか、またギリシア語の概念がアラビア語に翻訳された結果生じるずれが、さらにラテン語に訳される場合、ラテン語の概念においてどのように反映されたのか、という文化受容の際における文化変容過程の研究に重点を置いた。この作業は、膨大な作業を必要とするため、本学内において、研究会を開催し、基本テキストの読解を進めるとともに、他大学・研究所における資料収集、学外の関連分野の研究者との情報交換を行いながら、成果を蓄積できた。萌芽的な領域なので、本年度は具体的な成果を発表するまでには至っていないが、今年度は暫定的見通しをまとめたものとして山内(研究代表者)が『天使の記号学』(岩波書店)を著した。また、まとまった考察を来年度中に刊行予定である。鈴木(研究分担者)が、ヘブライズムに関わる側面を『旧約聖書と現代』(共著、教文館)として著した。
輻射流体シミュレーションを用いた銀河風駆動機構の解明

銀河風と呼ばれる銀河から銀河間空間へのガスの流出現象を解明するため、そこで重要な役割を果たしていると考えられている大質量星から輻射の影響を調べた。そのために並列計算機を用いて効率的に輻射輸送を解くコードを開発した。また、ダストに対する輻射圧が銀河風を駆動する過程を簡単なモデルとして宇宙論的銀河形成シミュレーションに組み込み、この過程なしでは、星形成銀河のガスの金属量進化を説明できないことを明らかにした。今年度は特に高赤方偏移銀河についての研究を中心に行った.銀河形成シミュレーションから得られたデータを擬似観測することにより,赤方偏移が7よりも大きい超高赤方偏移のライマンブレーク銀河の性質を明らかにした.これらの銀河に対しては, 1から2バンドでしか観測されていないため,従来のSED fittingを用いて観測的に銀河の性質を制限する方法が使えないため,宇宙論的シミュレーションを用いたこの手法は非常に重要である.また,どうように擬似観測を行うことにより, ALMA望遠鏡で赤方偏移が10近い銀河の赤方偏移を分光学的に求める方法を検討し, OIII輝線を用いることにより,分光学的に再遠方天体の赤方偏移を確定できる可能性があることを明らかにした.また超新星爆発によるフィードバックだけでは銀河の進化を説明できないことを明らかにし,最低限,活動銀河核(特にRIAF)からのエネルギー放出により大きなダークマターハロー内でのガス冷却を相殺することと,若い星からの輻射圧による銀河風の生成が銀河の赤方偏移進化を説明する上で必要であることを指摘した.これらの物理過程を取り入れることにより,赤方偏移4から0まで,矮小銀河から巨大楕円銀河までの進化を観測と無矛盾に説明することに成功した.輻射輸送コードARGOTの並列化を行い,京コンピュータ上で10000コア程度の並列計算を可能にした.またこのさい, 1000コアを超えたあたりから並列化効率が著しく低下することが判明したため,並列化アルゴリズムを見直し,輻射輸送計算そのものの高速化と,高並列化を実現した.これにより,世界初の輻射輸送を考慮した銀河形成シミュレーションの準備は整ったと言える.また銀河形成のシミュレーション研究において最も使われているsmoothed particle hydrodynamics (SPH)法の改良を行い,銀河形成シミュレーションでSPH法を用いることによって引き起こされる様々な問題を解決した.さらに重力計算のx86_64上でのSIMD命令セットを利用した高速化も行い,ライブラリとして一般に公開した.銀河形成においてどのような物理過程が重要な役割を果たすのか,またそれぞれの研究グループが用いている銀河形成モデルの違いにより,結果はどの程度異なるのかを世界中の研究グループと共同で調べ,我々のモデルが最も観測を良く再現することを明らかにした.その銀河形成モデルを用いて高赤方偏移銀河の性質を調べ,観測と比較することにより,特にサブミリ銀河と呼ばれる種族の性質について調べ,近傍宇宙の銀河の性質を再現するようなモデルは,高赤方偏移銀河の性質も統一的に説明できることを明らかにした.平成26年度は特に、輻射フィードバックが超新星フィードバックと共に銀河形成にどのような影響を与えるかを調べ、特に銀河の星質量ーダークマターハロー質量関係と、星形成銀河のHII領域の金属量と銀河の星質量の関係を赤方偏移4から現在に至るまで再現する上で輻射圧駆動の銀河風の存在が必要であることを示した。一方、超新星フィードバックによるエネルギー駆動型銀河風は銀河の星質量関数や光度関数のfaint-endの傾きを決定することが分かった(Okamoto, Shimizu, Yoshida, 2014).また、輻射圧駆動型の銀河風ではダストによる光子の複数回の散乱が重要な役割を果たす。しかし、散乱の数値的取り扱いは非常に難しく計算量も多い。そこで、GPGPUやマルチコアを持つ複数ノードでの高並列でかつ効率よく、散乱込みの輻射輸送を取り扱えるコードを開発した(Tanaka et al. 2015).これにより現実的な計算時間で輻射圧駆動型の銀河風の生成を第一原理的にシミュレーションすることが可能になるはずである。さらに、銀河中心核の研究において、今までの研究では無視されていた、超大質量銀河中心ブラックホールの母銀河内に存在するダストの影響を調べる研究を行った。その結果、母銀河内のダストによる遮蔽効果は大きく、ダストの影響が無視できるX線での観測結果と、それが無視できないB-bandの観測結果を統一的に説明するためには、銀河中心へのガス供給は母銀河内の爆発的星形成より数力学時間程度遅れる必要があることが明らかになった(Shirakata et al. 2015).最終年度は前年度に行った宇宙論的銀河形成シミュレーションのデータを解析し,銀河の星の金属量に,輻射フィードバック、超新星フィードバック、AGNフィードバックの影響を調べた。その結果、AGNフィードバックを導入することにより様々な観測量を再現しα元素の鉄に対する比[α/Fe]と銀河の速度分散の間の相関も説明できることを明らかにした。そのためにはより大きな銀河でより早くAGNフィードバックが効く必要があり、大きな銀河ほどmain progenitor内で形成された星よりも合体してきたsubclump内で形成された星の割合が多くなる。main progenitorよりもポテンシャルの浅いsubclump内で形成された星の金属量は低くなるため、結果としてAGNフィードバックが効く領域では,重い銀河ほど星の平均金属量が低くなることになり、重い銀河ほど平均金属量が高くなるという観測結果と矛盾することが分かった。

他のグループが行った宇宙論的銀河形成シミュレーションの結果も同様に解析を行い、この問題が普遍的に存在することを明らかにした。また、ダストにより光の吸収と再放射を取り扱える、1次元輻射流体コードを開発し、ダストが輻射フィードバックに与える影響を調べた。特に、光電離加熱と輻射圧の効果に注目して研究を行った。その結果、ダストが存在しない場合は輻射フィードバックはほとんど光電離加熱によってのみ起こり、輻射圧は無視できることを確認した。一方、ダストが存在すると、紫外線がダストに吸収されるため、光電離加熱の重要性は低下し、輻射圧が優勢となる。さらに、ダストによる赤外光に対する光学的厚みが1を超えるとダストから赤外光として再放射された光子がさらにダストに吸収されるため、輻射圧の効果さらに高まることを明らかにした。銀河風と呼ばれる銀河から銀河間空間へのガスの流出現象を解明するため、そこで重要な役割を果たしていると考えられている大質量星から輻射の影響を調べた。そのために並列計算機を用いて効率的に輻射輸送を解くコードを開発した。また、ダストに対する輻射圧が銀河風を駆動する過程を簡単なモデルとして宇宙論的銀河形成シミュレーションに組み込み、この過程なしでは、星形成銀河のガスの金属量進化を説明できないことを明らかにした。最終年度を残して、当初目的としていた輻射の影響を考慮した宇宙論的銀河形成シミュレーションによる銀河の形成・進化の様子を描くことができた。特に輻射圧駆動型銀河風が存在しない場合に、銀河の星質量ーダークマターハロー質量関係を特に大きなダークマターハロー質量について再現できないこと、星形成銀河の電離領域の金属量の進化が観測と比較して速くなり過ぎることを明らかにし、輻射圧駆動型銀河風の重要性を知ることが出来た。また、散乱光も取り扱える三次元輻射輸送コードが完成した。このコードは複数ノードを持つGPGPUやマルチコアアーキテクチャといった現在主流のスーパーコンピュータのアーキテクチャ向けに開発されており、これらのスーパーコンピュータ上で高効率で実行できる。またART (Razoumov &Cardall 2005),とARGOT (Okamoto, Yoshikawa, Umemura 2012)と呼ばれるアルゴリズムを用いることにより、光源数、メッシュ数あたりの計算量を大幅に削減した。これらの工夫により、宇宙再電離や銀河風生成における散乱光の影響を大規模数値シミュレーションで直接確かめることが可能になった。活動銀河核については、これまでも銀河中心核に存在するダストに注目する研究は存在したが、銀河の形成・進化と銀河中心巨大ブラックホールの成長を準解析的手法を用いて整合的に扱うことにより、銀河内のダストによる減光効果が無視できないほど大きいことを明らかにし、銀河と銀河中心ブラックホールを統一的に扱うことの重要性を確認した。理論天文学宇宙論的銀河形成シミュレーションについては、現象論的取り扱いをしていた活動銀河核によるフィードバックを、銀河中心超巨大ブラックホールの形成・成長をシミュレーション内で物理的に追うことにより、無矛盾に取り扱う。
循環血中血管内皮前駆細胞の網膜血管新生における役割の解明

眼内血管新生疾患における血管前駆細胞の関与を検討した。増殖性糖尿病網膜症、老人性黄斑変性症などの血管新生黄斑症、網膜静脈閉塞症を対象疾患とし、硝子体手術で敵出したこれら疾患の血管新生膜組織について、内皮細胞マーカーの発現を免疫染色により検討した。CD31は循環血中のCD34発現前駆細胞が内皮細胞に分化する過程において発現してくることが報告されているが(Science,v.275p.964)、多くのCD34陽性細胞の中にCD31陰性細胞が見られ、このような細胞群には循環血より侵入した前駆細胞が含まれる可能性が示唆された。一方Flk-1は胚性幹細胞から培養したin vitroの系ではCD34や他の内皮細胞マーカー(VECAM)が発現を開始した後に発現が低下することが報告されている(Blood v.93 p.1253)。CD34陽性細胞群にFlk-1陽性と陰性の細胞群がみられたことにより血管増殖膜内での内皮細胞の分化過程が存在する可能性が示唆される(Suzuma et al Microvasc Res 1998;56:183-191,Oh,et al IOVS 1999;40:1891-1898,Otani etal IOVS1999;40:1912-1920,Otani etal投稿中)。次にマウスの網膜血管形成をモデルとして血管前駆細胞の関与を検討した。網膜血管は乳頭より鋸状縁に向かって発育するが、CD34陽性細胞は無血管領域には見られず、内皮前駆細胞が網膜内に存在しないことが示唆された。一方PDGFR-α陽性グリア系前駆細胞やPDGFR-β陽性の周皮前駆細胞と考えられる細胞が血管内皮を誘導するGFAP陽性グリア細胞networkの前方に存在しており、これらの前駆細胞が内皮細胞の誘導や周皮細胞への分化などにより網膜血管形成に関与している可能性が示唆された(投稿中)。このように従来言われていた局所の既存血管内皮細胞による血管新生だけでなく血管前駆細胞によるvasculogenesisや様々な前駆細胞が実際の眼内血管増殖疾患にも寄与していることが示唆される。今後これらの前駆細胞に抗血管新生遺伝子など多様な遺伝子を発現させることにより、高い特異性でtarget部位に集結させうると考えられ、今後の眼内血管新生の抑制に応用できるものと考えられる。我々は眼内血管新生疾患において循環血液中の血管内皮前駆細胞で血管新生に関与する可能性を検討するため、血管内皮前駆細胞が発現する細胞マーカーが新生血会組織中の血管内皮型胞に発現されているかを検討した。増殖性糖尿病網膜症、老人性黄斑変性症、近視性新生血管黄斑症、.特発性新生血管黄斑症、網臆色素線条を対象疾患とし、硝子体手術で摘出しこれら疾患の血管新生膜組織について、内皮細胞のマーカーであるCD34,CD31(ECAM-1);von Willbrandfactor,Flk-1に対する客抗体で免疫染色を行った。Asaharaらは循環血液中のCD34陽性血液細胞分画が虚血性血管新年部位に特異的に集結し、insituに血管内皮岬胞に分化しうることを報告している(Science,V.275 p:964)。今回抗CD34抗体は多様な血管増殖膜において多くの陽性細胞を検出した。しかし抗CD31抗体と抗Flk-l抗体はこれと比較し検出された新生血管薮が減少した。このようを結果よりCD34陽性細胞の中にFlik-1やCD31を発現していない細胞群が存在することが示唆される。CD31は循環血中ののCD34発現煎駆細胞が肉皮細胞に分化する過程において発現してくることが報告されており(Science,v275p964)、このような細胞群には循環血より侵入した前駆細胞が含まれる可能性が示唆される。一方Flk-1は最新のHirashimaら(Blood v.93p.1253)の報告の上れば、胚性幹細胞から培養したin vitroの系ではCD34や他の内皮細胞マーカー(VECAM)が発現を開始した後に発現が低下するとされ、in vivoでもMillauerら(Cell,v.72 p.835)が報告したように発生過程でしだいに低下する。したがって今回検討した組織の中で、CD34陽性細胞群にFlk-1陽性と陰性の細発群がみられることは血管増殖膜内での内皮細胞の分化過程が存在の可能性を示唆する。以上より実際の眼内血管増殖疾患においても循環血液中の血管内皮前駆細胞の寄与が示唆され、CD34陽性血液細胞分画に抗血管新生遺伝子を導入したうえでin vivoに投与することにより、高い特異性target部位に集結させうると考えられ、今後の眼内血管新生の抑制に応用できるものと考えられる。

一方Flk-1は胚性幹細胞から培養したin vitroの系ではCD34や他の内皮細胞マーカー(VECAM)が発現を開始した後に発現が低下することが報告されている(Blood v.93 p.1253)。CD34陽性細胞群にFlk-1陽性と陰性の細胞群がみられたことにより血管増殖膜内での内皮細胞の分化過程が存在する可能性が示唆される(Suzuma et al Microvasc Res 1998;56:183-191,Oh,et al IOVS 1999;40:1891-1898,Otani etal IOVS1999;40:1912-1920,Otani etal投稿中)。次にマウスの網膜血管形成をモデルとして血管前駆細胞の関与を検討した。網膜血管は乳頭より鋸状縁に向かって発育するが、CD34陽性細胞は無血管領域には見られず、内皮前駆細胞が網膜内に存在しないことが示唆された。一方PDGFR-α陽性グリア系前駆細胞やPDGFR-β陽性の周皮前駆細胞と考えられる細胞が血管内皮を誘導するGFAP陽性グリア細胞networkの前方に存在しており、これらの前駆細胞が内皮細胞の誘導や周皮細胞への分化などにより網膜血管形成に関与している可能性が示唆された(投稿中)。このように従来言われていた局所の既存血管内皮細胞による血管新生だけでなく血管前駆細胞によるvasculogenesisや様々な前駆細胞が実際の眼内血管増殖疾患にも寄与していることが示唆される。今後これらの前駆細胞に抗血管新生遺伝子など多様な遺伝子を発現させることにより、高い特異性でtarget部位に集結させうると考えられ、今後の眼内血管新生の抑制に応用できるものと考えられる。
三畳紀における生物事変と地球環境変動

平成27年度では、前年度に国際雑誌Organic Geochemistryに投稿していた前期三畳紀末の微生物礁に関する論文の査読結果が戻ってきて、それを修正して再投稿し、結果として受理された。また、国際雑誌Palae3に、堆積有機分子を用いて復元した前期ー中期三畳紀における環境ストレスと真核藻類の動態についての論文を投稿し、修正を経た後、受理された。具体的には、こちらの論文では、ペルム紀末大量絶滅後のサバイバル期である前期三畳紀では環境ストレスが強く、中期三畳紀の生物の回復が起こることに環境ストレスが緩和されていること、及び、真核藻類が前期ー中期三畳紀の間に徐々に増加していくことを明らかにした。また、南中国のペルム紀末の試料と、前期三畳紀末の微生物礁の試料中に含まれる炭化水素の詳細な分析をガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)にて行った結果、古細菌のテトラエーテル脂質に由来する、今までに報告例がない環状ビファイタンが複数検出された。また、これらの環状ビファイタンの多重反応モニタリング(MRM)分析手法をタンデム質量分析計(GC-MSMS)にて模索した。模索結果は現在Organic Geochemistryに投稿中である。さらに、上記のMRM手法を用いて、南中国の下部ー中部三畳紀の堆積物を対象に、古細菌、真核生物、バクテリアの詳細な動態を調査し、ペルム紀末大量絶滅後のサバイバル期である前期三畳紀中には古細菌が繁栄しており、絶滅からの回復期である中期三畳紀に入ると古細菌が衰退していることが明らかになった。これは前期三畳紀における古細菌の繁栄は前期三畳紀の悪い環境下では古細菌が繁栄しやすかったことを示している。結果は現在投稿準備中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は、上部ペルム系ー中部三畳系の野外地質調査及びサンプル調査を行った。また、下部ー中部三畳系のサンプルの有機・無機地球学的分析、及び薄片分析を行った。1南中国の巣湖の下部三畳系からは、還元環境を示すバイオマーカーの濃度が前期三畳紀後期に向かって上昇していく傾向に同調して、還元環境でより堆積しやすい元素の濃度が上昇するのが確認された。この還元環境が原因でペルム紀末大量絶滅からの生物回復がさらに遅れた可能性を示唆できた。2海洋の一時生産者の構成について、南中国の堆積岩の分析を通じて、シアノバクテリアが前期三畳紀の間繁栄していたことが分かった。カンブリア紀以前の海と似ており、前期三畳紀の間に生物大爆発が起こる前のカンブリア紀以前の環境と同様にシアノバクテリアが繁栄していたという事実は、ペルム紀末大量絶滅がいかにその規模が大きく、当時の生態系を破壊したかということを示唆させる。3南中国の下部-中部三畳系から得られた石灰岩について、その石灰岩を構成する古海洋生物と、同一堆積岩に含まれる還元環境にて形成される堆積有機分子(ダイベンゾチオフェン)及び有機炭素含有量の関係から、より強い古還元環境が示唆される試料においては、石灰岩に含まれる古海洋生物が少ないことがわかた。酸化還元環境は古海洋生物に影響を与えていたということが示唆された。4南中国の前期三畳紀後期の還元環境発達直後に造礁された微生物礁に含まれる主な炭化水素の由来は古細菌に由来するということを発見した。過去現在を通して、今までいかなる微生物礁も古細菌の炭化水素で占められているという報告はなく、また、通常微生物礁における古細菌の割合というのは10%にも満たない。したがって、今回の発見は、古細菌が微生物礁に大きく関与していた可能性を示す結果となった。平成26年度は、西南日本宮崎県上村に露出する上部ペルム系ー中部三畳系の上村石灰岩のバイオマーカー処理を主に行った。また、既存の南中国の下部-中部三畳紀のサンプルについてさらに詳細な有機地球科学的分析(個々の有機物のGC-IRMSによる同位体比測定および、GC-MSMSによる分析)を行い、当時の溶存酸素環境変動、海陸の一次生産者の相対的活動度、及び古細菌の炭化水素含有量が高い特殊な微生物礁の発達環境について調べた。研究の結果、西南日本の上村セクションの上部ペルム系ー中部三畳系からは、当時の堆積場の還元的環境を示す堆積有機分子が検出された。前期三畳紀の間に3度特に高い値を示した。これらの還元環境の発達時期は南中国の還元環境発達時期と一致していた。当時南中国と西南日本は地理的に大きく離れており、離れた2地点における還元環境の同時発達は、これらの還元環境がグローバルなイベントである可能性を示唆する。海洋の一次生産者の相対的活動度についても研究結果が得られた。南中国の下部-中部三畳系の試料について、GC-MSMSによる分析を行ったところ、前期-中期三畳紀の間に一次生産者の活動が何度も変化しており、この活動度の変化が気候変動及び炭素循環に影響を与えている可能性があることが分かった。さらには、南中国の前期三畳紀後期の還元環境発達直後に造礁された微生物礁について、個々の有機物についてGC-IRMSで炭素同位体比の測定を行ったところ、この微生物礁の発達時期とその前の還元環境発達時期において、光合成活動が活発になっていることが分かった。また、この微生物礁に含まれる古細菌の起源について、高度好塩分古細菌が一候補であることが分かった。

これらの事実は、この微生物礁が底棲動物が還元環境により一掃された後に、光合成生物の活動が活発かつ、塩分濃度が比較的高い環境で形成されたことを示唆する。平成27年度では、前年度に国際雑誌Organic Geochemistryに投稿していた前期三畳紀末の微生物礁に関する論文の査読結果が戻ってきて、それを修正して再投稿し、結果として受理された。また、国際雑誌Palae3に、堆積有機分子を用いて復元した前期ー中期三畳紀における環境ストレスと真核藻類の動態についての論文を投稿し、修正を経た後、受理された。具体的には、こちらの論文では、ペルム紀末大量絶滅後のサバイバル期である前期三畳紀では環境ストレスが強く、中期三畳紀の生物の回復が起こることに環境ストレスが緩和されていること、及び、真核藻類が前期ー中期三畳紀の間に徐々に増加していくことを明らかにした。また、南中国のペルム紀末の試料と、前期三畳紀末の微生物礁の試料中に含まれる炭化水素の詳細な分析をガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)にて行った結果、古細菌のテトラエーテル脂質に由来する、今までに報告例がない環状ビファイタンが複数検出された。また、これらの環状ビファイタンの多重反応モニタリング(MRM)分析手法をタンデム質量分析計(GC-MSMS)にて模索した。模索結果は現在Organic Geochemistryに投稿中である。さらに、上記のMRM手法を用いて、南中国の下部ー中部三畳紀の堆積物を対象に、古細菌、真核生物、バクテリアの詳細な動態を調査し、ペルム紀末大量絶滅後のサバイバル期である前期三畳紀中には古細菌が繁栄しており、絶滅からの回復期である中期三畳紀に入ると古細菌が衰退していることが明らかになった。これは前期三畳紀における古細菌の繁栄は前期三畳紀の悪い環境下では古細菌が繁栄しやすかったことを示している。結果は現在投稿準備中である。前期三畳紀の間の還元環境変動の地理的分布および時間変化を明らかにし、それがペルム紀末大量絶滅からの回復の遅れに寄与していた可能性を示唆できたため。また、前期三畳紀の間の炭素循環および気候変動と、一次生産者の関連性を示唆できたため。それから、前期三畳紀に形成された微生物礁の形成環境をより詳細に明らかにすることができたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。今までの研究結果から、南中国および西南日本の地域の前期三畳紀の間の地球環境変動をある程度把握でき、特に還元環境について、グローバル性があることを発見できた。今後は欧州の前期三畳系について、地球化学的分析を行い、より広範囲の地理的分布および時間変化を明らかにし、グローバルな視点まで拡大できるように研究していく。研究計画通り、野外調査及び有機・無機地球化学的分析、薄片分析を実施し、新たな前期三畳紀の環境変動を明らかにすることができたから。現在のところ、データが多く集まっている研究地域は南中国である。今後は南中国以外の地域(日本やハンガリー)のデータを集め、よりグローバルな環境変動を捉えていく。
教育用 観測情報データサーバの開発

1.研究の流れ(1)仕様の作成:教材として利用可能な観測データについて種類、精度、データ量、単位系等について検討し、気象情報(気温、湿度、照度、気圧、風向、風速、雨量)、環境情報(紫外線強度)、地震波(三軸方向の加速度)を測定項目とした。これに基づいて教材化可能な性能を有するセンサーの選定と仕様の作成を行った。設置場所の条件の多様性から観測装置は観測部とデータ制御部、地震計の3部から構成することにした。各部位間のデータ転送はノイズの混入や配線の容易さ等から有線方式のシリアル通信で行うこととし、シリアル通信機構を観測部とデータ制御部それぞれに持たせた。地震計測部は構造物の基礎等に固定することを前提として本体と分離させた。観測データはアナログ信号で本体に送る仕様とした。(2)試作とプログラム開発:仕様を基に回路の設計とプロトタイプの製作を行った。平行して計測及び制御、データ処理の各プログラム開発を行った。Web公開用データサーバ部はネットワークOSを搭載した既製のH8-MPUボードを採用した。このボード上で動作する計測部からのデータを受けてWeb公開するソフトウエアの開発を行った。(3)観測データフォーマットの検討:観測データのWeb公開用書式、観測装置に対する各種設定を行うための書式について検討の上、仕様を作成し、プログラム開発を行った。2.開発によって得られた知見(1)観測システムの実用化には小型化、堅牢性、容易な操作性、設置の容易さ、停電対策、メンテナンスフリー等の実現が不可欠である。(2)学校等に設置するには開発した装置は有効であると考えるが、これに加えて観測データの教材化利用に当たっては複数の観測場所のデータを統括し、データベース化して配信する統括サーバが必要である。(1)インターネット接続機構を持つ観測装置に求められる機能・性能の検討を小中高等学校教職員等から構成する教材開発委員会の協力を得て実施した。実用化に向けて装置の問題点、授業展開、実現すべき機能等について検討し、装置の仕様を決めた。・設置場所の問題から装置を小型化する必要性がある。・装置の設置、保守等からネットワーク接続の簡便性と物理的、ソフト的な堅牢性が求められる。・観測装置の設置場所は校舎の形状や学校の種々条件により異なるため装置はセンサー部と計測部に分ける。・センサー部と計測部間のデータ転送方式として無線と有線を検討した結果、安定動作、電力供給等の面で有利な有線とした。(2)装置の開発は計測部とネット接続部に分けて実施した。計測部は気象情報(気温、地温、湿度、気圧、風向、風力、降水量、日照)について測定方法、センサー、測定範囲などの条件を勘案して開発を行った。環境情報については酸性雨と騒音について検討したが自動化、設置条件等の点から今回開発は行わず、紫外線強度のみを実現した。地震計については様々な観測方法を検討した結果、小型で感度の良い半導体型の加速度センサーを用いた地震計を開発した。また、この地震計を校正するために新たに地震波発生装置を開発した。この装置は実際に観測した地震波を装置上で再現可能な機能を実現したことから地学教材としても応用が可能である。(3)計測部のソフトウエア開発としてセンサー信号を教材として利用可能な形に変換するプログラムを作成した。(4)計測部とネット接続部を統合した試作機を3台製作した。現在、ネット接続部のソフトウエア開発と各部の連携を図るためのソフトウエア開発を行っている。1.インターネット接続機構を持つ観測装置に求められる機能・性能の検討:装置の実用化に向けて、これまでに試作した装置を研究協力校へ設置して評価を行い問題点の洗い出しと仕様を再検討の上、最終的な試作を行った。その結果次の点が明らかになった。

(1)装置を設置する場所が屋外になる場合やスペースが問題となる場合もあることから、装置の更なる小型化と堅牢性を確保することが必要である。(2)試験運用のために設置した学校の内2校は、ブロードバンド化されていなかったためサーバとしての機能が十分果たせなかった。実用化に向けては様々なネットワーク環境への対応が必要である。また、これらの点に対処した装置の仕様を作成し、前年度試作した装置3組の改良と新たに4組の観測装置の製作を行った。2.装置を使った収集データの教材化と授業展開の検討:研究協力校に教材開発担当者を設けて収集データの教材化と授業展開について検討を行った。(1)教材利用に適した収集データの書式、ブラウザ上での提示方法とデータの取得方法等について検討し、この結果に基づいて、ソフトウエアの仕様を作成した。(2)観測装置を使ったデータ収集を小中学生にWeb上で実施してもらいデータの書式やソフトウエアに関する評価を行った。操作性に関しては概ね期待した結果が得られた。3.地震計の開発:7組の地震計の製作を行った。(1)地震計の仕様を検討した。主な仕様として加速度センサーを用いたXYZの3軸方向に対する振動の感知機能、設置場所の自由度を確保するためにセンサー部と制御部の分離構造、設置時の精度を上げるために水準器の装備等である。(2)地震データの記録開始条件や記録終了時間、測定精度など地震波観測の為の処理について検討を加え、制御ソフトウエアの開発を行った。4.観測情報データ統括サーバの開発:複数のネット対応観測装置で得られたデータの教材利用を容易にするためにデータ統括サーバの仕様について検討し、試験的な運用プログラムの開発を行った。
細胞周期調節機構における核内GTPase活性化蛋白の機能

正常リンパ球の細胞分裂周期への進入に伴って誘導される新規遺伝子、Spa-1は、N末側に低分子G蛋白(Rap1)GTPase活性化蛋白相同ドメイン(GRD)、C末側にロイシンジッパー構造と蛋白分解に関わるPEST配列からなるドメイン(PEST/LZ)、その中央部に全く新規の構造を有する蛋白(85kDa)をコードする。この遺伝子に関し、これまでに以下の点を明らかにした。(1)Spa-1遺伝子は85kDaの蛋白をコードするが、リンパ球の中ではC末側のプロセッシングにより68kDaの分子へとなり、この過程が同分子の核内移動に重要であることが示唆された。(2)このプロセッシング活性は、活性化リンパ球で高く、NIH3T3細胞でほとんど認められなかった。さらに、このプロセスされた蛋白が特異的に細胞増殖に抑制効果を示し得ることも明かとなった。(3)Spa-1蛋白は、細胞内で末同定のいくつかの蛋白と大きな複合体を形成しており、試験管内では、細胞増殖制御に関与するとされる低分子G蛋白、Rap-1AとRan、とそのGRDドメインを介して選択的に結合することが証明された。(4)マウスSpa-1のゲノム遺伝子のクローニングと染色体マッピングを終え、同遺伝子が第19番目の染色体上の最もセントロメア側に位置すること、ヒトではおそらく11q13に相当することが明らかとなった。(5)ヒトSpa-1遺伝子の単離に成功した。以上の結果から、Spa-1蛋白は正常リンパ球の増殖反応の低分子G蛋白を介する抑制的制御に重要な役割を果たしていることが示唆されている。神経線維腫症の原因遺伝子NF-1が、Rasとの相互作用を介して、さらに最近では結筋性硬化症の原因遺伝子TSC-2がRap1との相互作用を介して、各々細胞増殖の抑制的制御に関与していることが報告されており、このような機能的類似性から、Spa-1がリンパ造血系の増殖性疾患の発症に関与していることも疑われ、現在さらに検討中である。