hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
国内外の火山灰土における生物生産・環境保全機能比較

主に環太平洋火山地帯の中から、我国、台湾、ニュージーランド、チリ、メキシコ、米国の火山灰土に関する調査を行った.火山灰土の性質は材料となる火山灰の性質と気候の影響を受けやすい。半乾燥気候下では風化が遅く、炭素貯留機能も弱いが、植物養分の流失は少なく、生物生産機能は比較的高いと見られた。これに対して湿潤気候下では植物養分の流失が速いが、炭素貯留機能が高い。施肥などの養分補給により、生物生産機能は十分改善される。国内外の火山灰土の調査・試料採取を進めると共に国際学会,シンポジウム等で火山灰土の研究状況について講演した.国外火山灰土については台湾北部に分布する非アロフェン質黒ボク土の調査と試料採取を行った.この土壌の断面形態はわが国の火山灰土と類似した.すなわち,黒色で易砕性,容積重が小さかった.現在の植生は雑木林または草本植生であった.同火山灰土地帯は国立公園に指定され,農耕地はほとんどなく,未耕地のみの調査となった.台湾側の既往研究では粘土画分中に2:1型粘土鉱物はほとんど含まれず,ギブサイトとカオリナイトが主体である点がわが国東北部の非アロフェン質黒ボク土と異なる.その他の相違点がないかどうか今後室内分析により検討を進める.国内の火山灰土については宮城県南部における蔵王火山の降灰地の調査と三重県中部の非アロフェン質黒ボク土の調査を行った.蔵王火山灰土は既往の研究によれば,玄武岩質火山灰を主な母材とし,アロフェン質黒ボク土となっている.梨園とその近隣の人工林において調査・試料採取を行った.容積重は十分小さく,土壌断面形態等からも典型的な黒ボク土と見られた.今後,室内実験により,梨園としての利用が林地とどのような相違を引き起こしているか検討を進める.三重県中部の非アロフェン質黒ボク土も上部のA層は黒色を示し,易砕性等も黒ボク土の特徴を示した.下層のB層には雲母風化物が目立ち,花崗岩風化物の様相が伺われた.この地点ではA層とB層の特性の違いの他に母材の違いにも興味が持たれる.この地点でも畑地と林地を組み合わせて試料を採取し,土地利用による土壌特性の変化も検討する予定である.研究発表に関してはこれまでの研究成果を基に,第13回国際粘土会議におけるシンポジウム講演,日本学術会議公開シンポジウム講演,アロフェン・イモゴライト研究会およびイモゴライト研究会における講演,明治大学・日本ペドロジー学会共催の火山灰土に関する国際シンポジウムにおいて講演等を行った.海外の火山灰土については米国カリフォルニア州の火山灰土を調査・試料採取した.同カリフォルニア州シエラネバダ山地の火山灰土のおかれている環境は夏に乾季を持つ地中海性気候だが、標高の高い地点では降水量の多くは雪となる。標高の低い降雪のない地域では表層約数十cmが容積重の小さく,Andisolの性質を強く示す層であったが,下層の容積重は大きかった。標高の高い地点はA層の土色の黒みが強く、容積重も小さいと見られ、Andisolの特徴が認められた。植生は両者とも針葉樹が主で、生育は良好であり、針葉樹の生産力に問題があるとは見られなかった。これらの地点よりやや南部のパミス堆積物には乾季にもかかわらず、深さ20-30cm以下には湿り気が保持され、針葉樹の生育を支えていると推測された。前年採取した台湾の火山灰土の分析を進めた。活性Al+Fe/2含量はAndic土壌基準を満たす層が多く、表層はAl-腐植の卓越する非アロフェン質、下層は酸性シュウ酸塩可溶Si含量が増し、アロフェン質であった。表層では通常より酸性が強く、交換性Al含量の高い層も認められた。国内の火山灰土については北海道東部を調査・試料採取した.この地域の火山灰土は比較的わかいものが多く,農地は草地として利用され、その特性を3段階に区分して施肥管理が行われていた。前年に採取した宮城県蔵王火山灰土はAndic土壌基準を満たす層が多く、梨園表層に可給態リンが集積していた。三重県安濃の黒ボク土もAndic土壌基準を満たす層が多く、非アロフェン質だが、砂画分にはバブルウオール型の火山ガラスを確認した。また、Andiso性成過程では多くの重金属はほぼ不動性であった。メキシコで開かれた「劣化火山灰土壌に関する国際会議」,米国で開かれた「第18回世界土壌科学会議」に参加し,成果発表を行った。海外の火山灰土についてはカリフォルニアで採種した半乾燥地の火山灰土の生成状況を分析した。当火山灰土は水分が制限されるため,火山灰の風化が遅れ,粘土含量,酸性シュウ酸塩可溶成分,リン保持量等が少なかった。

しかし,このような状況下においてごく少量の二次的成分が走査型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分析により認められた。その元素組成分析によれば黒雲母からハロイサイトの凝集体が生成していると考えられた。これまでに集積した環太平洋火山帯に分布するアンディソル,火山灰由来スポドソルとその他の地域に分布する非火山灰由来スポドソルに関する土壌特性データを用い,炭素貯留状況,Al-腐植複合体の形成状況を比較した。その結果,アンディソルのA層,スポドソルのBh-Bhs層,Bs層,火山灰由来スポドソルのE層における炭素貯留量の頻度分布は類似した。一方,非火山灰由来スポドソルE層における炭素貯留量はこれらより少なかった。Al-腐植複合体の形成状況はアンディソルのA層,スポドソルのBh-Bhs層,Bs層において類似し,これらの層の炭素貯留はAl-腐植複合体の形成と関係が深いと考えられた。これに対し,E層ではAl-腐植複合体の形成がわずかで,フリーのカルボキシル基含量も低いと見られ,E層とA,Bh-Bhs,Bsの腐植とは性質が異なると見られた。国内の火山灰土については三宅島のスコリア丘の未熟火山灰土を調査し,その露頭に認められた白色析出物物は石膏,無定形ケイ酸の沈殿などであることを明らかにした。また,スコリア粉砕物に希硫酸を反応させることによりその状況の一部を再現した。これまでの3年間に収集した亜熱帯多雨地域にあたる台湾の火山灰土、半乾燥気候下にある米国カリフォルニア州の火山灰土およびわが国岐阜県,愛知県,三重県の火山灰土の鉱物特性に関する分析を進めた。岐阜県各務ケ原の断面は2つともアロフェン質であった。台湾北部の火山灰土にはギブサイトが認められた。一方、米国カリフォルニア州の火山灰土は乾季を持つため、活性A1、Feの生成量が少なく、黒雲母、アパタイトなどの易風化鉱物も風化のごく初期の状態であった。東海地方の火山灰土にはバブルウオール型の火山ガラスが砂画分に認められ、樹脂包埋研磨法により平面を出してエネルギー分散型X線分析を行い、その元素組成から姶良丹沢火山灰とアカホヤ火山灰の多い層が認められた。また、結晶性粘土鉱物は2 : 1型が中心だが、安濃の黒ボク土は砂画分に多量に含まれる黒雲母由来であると考えられた。したがって、東海地方に分布する黒ボク土には広域テフラが含まれ、その中の結晶性粘土鉱物は地点ごとに特徴が認められた。火山灰土の活性A1生成に伴う重金属元素の濃縮傾向をデイサイト質の試料群を用いて確認した。フッ化水素酸分解法と酸抽出法との比較から濃縮機構として非晶質成分への収着と考えられる元素が少なくなかった。ニュージーランド、チリの火山灰土の調査と試料採取を進め、日本土壌肥料学会、日本ペドロジー学会、土壌情報システムに関する国際会議、ニュージーランド土壌学会、チリにおける国際会議で成果発表を行った。
微生物における光運動反応の信号伝達の分子論と行動学的解析

微生物の光運動反応に関与する多様な光受容体とその信号伝達機構をシスマティックに理解することを目的として、(1)受容体相互の関係を現象論的に解析し、(2)光受容体あるいは情報変換タンパク質分子の諸性質を分子生物学的方法で調べた。具体的には、(1)ミドリムシ(ユーグレナ藻類)のステップアップ光刺激とステップダウン光刺激に対する驚動性を独立して測定できる培養条件を確立し、それぞれの作用スペクトルを測定した。両者とも典型的なフラビン色素の特徴を示したが、両者には明かに差がみられ、それぞれの光受容体が異なる分子であることが示唆された。(2)クラミドモナス(単細胞緑藻)の光驚動性・走光性の受容体は、ロドプシン類との相同性は殆どないことが報告されているにもかかわらず、レチナールアナログを用いた解析の結果、発色団結合部位は古細菌のフォボロドプシンのものに酷似していることがわかった。(3)古細菌のセンサリーロドプシンやフォボロドプシンなど、光受容体をコードする遺伝子の効率的なPCRクローニングの方法を開発し、新規のフォボロドプシンをコードする遺伝子をオーストラリア産古細菌からクローニングした。(4)好塩好アルカリ古細菌Natronobacteriumpharaonis由来のフォボロドプシンを大腸菌で発現し、ヒスチジンタグを用いる一段階精製法を確立した。(5)紅色イオウ細菌Ectothiorhodospirahalophilaの光驚動性の作用スペクトルを初めて測定し、この菌が産生するphotoactiveyellow protein(PYP)の吸収スペクトルと一致することを見い出した。(6)紅色イオウ細菌の光驚動性を媒介すると考えられる信号伝達分子の候補および光驚動性のアダプテーションに働くと考えられる脱メチル化酵素をコードする走化性オペロンをクローニングした。1.ロドプシン様タンパク質としてフォボロドプシンだけを発現するH.salinariumの変異株を用い、フォボロドプシンをコードする遺伝子のクローニングと塩基配列の決定を行なった。また、この変異株では、別の光感覚受容体であるセンサリ-ロドプシン(SR)をコードする遺伝子の上流にトランスポソンISH2が挿入されることにより、SRの発現が抑えられていることも判明した。2.フォボロドプシンの吸収極大は他の好塩菌ロドプシンに比べ約100mmほど短波長にある。塩基配列から予想されるフォボロドプシンの1次構造からは、この原因を推定するのは難しいことがわかった。他の原因として発色団の6位のコンフォーメーションが考えられるため、6位の単結合をトランス型あるいはシス型に固定したアナログで発色団の立体構造を調べたところ、フォボロドプシンの発色団の6位の単結合は他の好塩菌ロドプシンと同じs-トランス型であることがわかった。このことから、吸収極大波長の違いの原因は、むしろ他の好塩菌ロドプシン類のシッフ塩基近傍の環境に帰せられることが示され、さらにそれ以外の原因を特定することの重要性が示唆された。3.高度好塩菌の2種の光感覚受容体をコードする遺伝子は、ともに上流側で対応する情報伝達タンパク質をコードする遺伝子と接し、バイシストロニックなオペロンを形成している。これらの情報伝達タンパク質は原核生物では種を超えて相同性の高いスーパーファミリー(HCDファミリー)を形成している。これまでHCDファミリーの存在が知られていない光合成細菌EctothiorhodospirahalophilaのゲノムDNA中にHCDファミリーの探索を行い、高い相同性のある未知のタンパクをコードする遺伝子2種を見い出した。本研究で扱った微生物の生物種別に、以下に研究経過をまとめる。A.走性

トランスデューサー蛋白質に種を越えて高度に保存される配列をプローブとしてサザンハイブリダイゼーションを行ない、前年度見い出した2種の他に、光運動反応を媒介する情報伝達蛋白質の候補を新たに3種見い出し、クローニングを行なっている。B.運動性の良い菌を選択する方法を開発し、光驚動性の精密な作用スペクトルを求めた。作用スペクトルは形状、極大波長共にフォトアクティブイエロープロテイン(PYP)の吸収スペクトルに良く一致した。2.ミドリムシ(Euglena gracilis):照射光量の増大に応答するstep-up驚動性、減光に応答するstep-down驚動性のそれぞれを独立に測定することに成功し、作用スペクトルを求めた。3.クラミドモナス(Chlamydomonas reinhardtii):前年度に引き続き走光性の符号制御に関与する光受容体を探っている。新たに符号を逆転させる前照射の作用スペクトルを求めたところ光受容体の吸収波長の他、600nmよりも長波長の光が効果を示すことがわかった。光合成色素以外にはフィトクロームの関与する可能性もあるため検討している。種々の生物の全ゲノムDNAの塩基配列が解明されるにつれ、膜結合型光受容体の候補を異種生物で発現させて機能を解明することの重要性が増す.モデル蛋白としてN.pharaonisのフォボロドプシンを選び、大腸菌内での発現を試みた。大腸菌形質膜中で発現したpharaonisフォボロドプシンの一部は発色団の結合により本来の吸収スペクトルを示すが、膜中に発現した蛋白の一部は発色団を結合しない。すなわち、機能的発現のための条件を検討する系が構築できた。さらに、ヒスチジンタグを導入してアフィニフェィークロマトグラフィーによる精製に成功した。
19世紀ドイツ散文文学における「身振り」の研究

1988年から刊行中のR.ロイスとPシュテングレ編のベルリン(現在はブランデンブルク)版クライスト全集では、2005年に『詩集』、2006年に『プリンツ・フリードリヒ・フォン・ボムブルク』が公刊された。本研究「19世紀ドイツ散文文学の『身振り』の研究」は、散文作品を主対象とするものであるが、同時にまた、新版全集により開かれるクライスト読解の新たな可能性を探ることをも目的とするため、公刊された両文献も考察の対象となった。かっまた、同様の観点から刊行済みの他の戯曲作品も考察の対象とすることとなった。そこでは、散文作品『聖ドミンゴ島の婚約』における主人公の名前の書き換え(Gustav-August)のような、研究者に対し新たな読解を要請する文字どおり劇的な変更は見られなかった。たとえば戯曲『ペンテジレーア』においては、OdysseusがUlyssesに変わるなど、ギリシア名からローマ名への変更が認められるものの、これは通常作者が両者を区別していなかったことの証左に過ぎないものと解される。しかし、セリフにおいてもbeim Zeusとbeim Jupiterがテクスト上に並置されている点については、韻律の問題としてばかりでなく、作者の「書き方」(Schreibvefahren)を探る上でも、看過しえないものと考える。本年は発表しうる研究成果はあげられなかったが、クライストの本領である戯曲を視野に入れた研究へと、考察の射程は広がりつつある。「テクストの身振り-H.v.クライストの『聖ドミンゴ島の婚約』」は、本科研費補助金研究のいわば序論部に当たるものである。散文作品における登場人物の「身振り」(所作)と、それを描き出す作者の「身振り」(作者の書き方)を具に追うことを通してそのテクストの独自性を浮き彫りにすることが目指される。前者の「身振り」は、セリフの演出としてのみならず、同時にその陳述内容との齟齬を現出せしめるものとして読まれ、よって登場人物間のディスコミュニケーションの様態を顕在化している。また、後者として、論者は、登場人物の呼称の変化を取り上げる。それは、新版クライスト全集により広く明らかにされた、この小説における主人公の名前の書き換え(Gustav-August)に対する解釈の射程を、一度読者の反応(Reader-Response)のレベルにおいて確認(読み直し)するという試みである。それによると、具体的には、この名前の変化(Gustav-August)は、その人物の呼称の変化(fremde⇒offizier⇒juengling)との連関において見直されねばならないことが明らかになる。また、そうした「書き方」を、読者とのコミュニケーションのレベルにおいてみるならば、以下のような独自性が指摘されうる。すなわち、紙面上で描かれる「白」人と「黒」人のディスコミュニケーションの様相が、「白」と「黒」が成す紙面、線状的形態を成したその水平の方向から、突如、屹立して読者に対し迫り来るようにする、という仕掛けとしてのその「書き方」。当論文により、本科研費補助金研究の目的たる「散文作品における『身振り』」解釈に対する読み方の方向性を示したことになる。「見えない音符と遊歩的語り」においては、当研究におけるもう一人の重要作家であるE.T.A.ホフマンの処女作(『騎士グルック』)から最晩年作(『いとこの隅の窓』)までを比較検討し、その小説作法の変化を分析した。とりわけ、書かれてあ(り、また読まれ)るものが、その本来性として有する線状性(時間的かつ空間的)を自身の限界と意識した際に、この時代の作者によっていかなる「書き方」が希求せられ、かつ実践されるかということが、考察の対家となる。特に、最晩年作の口述筆記という独自の創作法がそれに対する一回答と読み取られることを指摘した。本研究は、今後も上記二人の作家の散文作品を中心に継続されることとなるが、その端緒は両論文により確かに示されえたことと考える。昨年度日本独文学会編の「ドイツ文学」に掲載した論文-見えない音符と遊歩的語り-E.T.A.ホフマンの二つのベルリン物語『騎士グルック』と『いとこの隅の窓』をめぐって-のドイツ語要約版が、今年度の業績の一つである。"Die unsichtbaren Notenund ein Erzaehlen als Flanieren. Ueber E.T.A.Hoffmanns Ritter Gluck und Des Vetters Eckfenster"。これも、日本独文学会編の「ドイツ文学」欧文誌に掲載し、研究の成果をひろく世に問うた。なお、当雑誌の刊行年は奥付には2004年となっているが、実際に発行されたのは、2005年春であることを付記しておく。以下に内容を要約するならば、小説がその形状(紙に文字で書かれている)において、かつまたその受容(読者は文字の連なりを追う)において、本来性として有していると言える線状性(Linearitaet)を、19世紀の作家ホフマンはいかに意識し、またそれによっていかに書き方が変わっていったかという点を焦点とした論考である。本研究の題名となっている、散文作品における「身振り」の研究とは、作品内に読まれる登場人物間の身振りを追うのみならず、このように、作家の「書き方」をも書き手の身振りとして探求することを含意している。

訳書として発表した『なぜウソをついちゃいけないの』は、「南ドイツ新聞マガジン」連載の「悩み相談室」のような体裁を持つ、一見して軽めの読み物であるが、しかし、その実は独自の形式を有している。すなわち、古今の哲学・倫理学をはじめとする先賢の言葉が各章に数点コラムとして引用されており、現代社会におけるその有効性を問い直していると言える。ゆえにまた、訳出においては専門用語をなるべく用いないなど考慮し、全編新訳で発表した。なかでもイマヌエル・カントの定言的命令には大幅に紙数が割かれており、当研究の眼目である作家クライストのいわゆる「カント危機」を見つめ直す点でも、新訳の訳稿作成作業は、非常にためになるものであった。1988年から刊行中のR.ロイスとPシュテングレ編のベルリン(現在はブランデンブルク)版クライスト全集では、2005年に『詩集』、2006年に『プリンツ・フリードリヒ・フォン・ボムブルク』が公刊された。本研究「19世紀ドイツ散文文学の『身振り』の研究」は、散文作品を主対象とするものであるが、同時にまた、新版全集により開かれるクライスト読解の新たな可能性を探ることをも目的とするため、公刊された両文献も考察の対象となった。かっまた、同様の観点から刊行済みの他の戯曲作品も考察の対象とすることとなった。そこでは、散文作品『聖ドミンゴ島の婚約』における主人公の名前の書き換え(Gustav-August)のような、研究者に対し新たな読解を要請する文字どおり劇的な変更は見られなかった。たとえば戯曲『ペンテジレーア』においては、OdysseusがUlyssesに変わるなど、ギリシア名からローマ名への変更が認められるものの、これは通常作者が両者を区別していなかったことの証左に過ぎないものと解される。しかし、セリフにおいてもbeim Zeusとbeim Jupiterがテクスト上に並置されている点については、韻律の問題としてばかりでなく、作者の「書き方」(Schreibvefahren)を探る上でも、看過しえないものと考える。本年は発表しうる研究成果はあげられなかったが、クライストの本領である戯曲を視野に入れた研究へと、考察の射程は広がりつつある。
プロテアーゼ活性化受容体2によるオートファジー制御と慢性腎臓病合併心血管病

プロテアーゼ活性化受容体2(Protease-activated receptor 2, PAR2)は血液凝固因子によって活性化され、炎症を誘導し、種々の疾患の増悪因子である。また近年PAR2がmTORの活性化を介してAutphagyを抑制することが明らかになっている。本研究は慢性腎臓病関連動脈硬化症・血管石灰化におけるPAR2、Autophagyの役割を明らかにすることを目的とし、平成30年度は、疾患モデルマウスの作成とPAR2欠損の役割を検証した。当初使用を予定していたC57BL/6J系統マウスは、血管石灰化に抵抗性であり、アデニン腎症と高リン食を組み合わせたマウスを解析したものの、表現型が弱かった。そこで内皮障害を組み合わせた新たな疾患モデルを作成し、大動脈レベルに強い石灰化を来すことを明らかにした。このモデルを用いて野生型、PAR2欠損マウスに実験的に動脈硬化を起こし、PAR2欠損の効果について解析を進めている。動脈硬化、石灰化症を発症する新たなモデル動物の作成に時間を要したものの、おおむね予定通りに実験を行った。実験計画に沿ってPAR2欠損によって動脈硬化症・血管石灰化が改善するか、石灰化マーカーや組織学的重症度の評価を行う。オートファージー活性化マーカーを測定する。培養実験で平滑筋細胞に対するPAR2アゴニストの効果を評価する。概ね計画通りに研究を行ったが、動脈硬化症を評価できる安定モデルを確立するために時間を要し、一部の解析を次年度に行うこととした。
がん細胞の分化に伴うエンドセリン受容体の発現調節機構

本研究ではがん細胞におけるendothelin(ET)のシグナル伝達機構に注目し、ET-1はヒトメラノーマ細胞A375にアポトーシスを誘導する事を見い出した。この機構を解析し、ETB活性化によりp53の誘導を伴いアポトーシスに到るシグナル伝達系が動員されること、このシグナル伝達系の動員には細胞一個あたりのETB受容体数がthresholdとなっており、細胞周期依存性に活性化されることを明らかにした。また、ETAの取り込み経路を明らかにすることを試み、ET-1/ETA complexはclathrin-coated pitsとcaveolaのいずれの経路でもinternalizeされうること、細胞表面のcholesterol量がその経路の選択を決定する要素のひとつであることを明らかにした。これらの結果に関連して、細胞表面のcholesterol量の調節に関与する蛋白質Niemann-Pick C1(NPC1)の機能解析を行い、NPC1は、late endosomeからのcholesterol outflowに関わることに加えて、early endosomeからのGM1 outflowに直接に関わることを明らかにした。この結果は、ET-1/ETA complexの取り込み経路が間接的にNPC1により制御されることを示唆する。このように、本研究はがん細胞でのETBの発現調節機構、ETAの取り込み機構について新しい知見をもたらした。本年度は、癌細胞におけるendothelin(ET)のシグナル伝達機構を研究し、ET-1はヒトメラノーマ細胞A375にアポトーシスを誘導することを見い出した。この効果は、double thymidine blockにより細胞をG1/S境界期に同期した時に最も顕著に認められ、癌抑制遺伝子p53の発現亢進(ubiquitin経路での分解の低下)とその核内移行を伴う。この時、生き残った細胞の細胞周期の進展は変化しないが、明らかな形態変化をきたした。蛍光標識ET-1を用いたflow cytometryにより、G1/S境界期に同期した細胞ではETB発現量が非同期の細胞の5倍以上に増加していた。そこで、非同期の細胞にETBcDNAをマイクロインジェクションし、ETB発現量を増加させたところ、G1/S境界期に同期した細胞と同様の反応(アポトーシスまたは形態変化)が認められた。これらの結果は、ETB活性化により、p53の誘導を伴いアポトーシスに到るシグナル伝達系が動員されることを示している。またこのシグナル伝達系の動員には、細胞一個あたりのETB受容体数がthresholdとなっており、細胞周期のある一定の時期にのみ活性化されるらしい。G蛋白質共役型受容体の活性化により培養細胞にアポトーシスが誘導される現象は、angiotensin II receptor type 2,somatostatin receptor type 3ですでに報告があり、ETBは3番目の例である。また、細胞ひとつひとつの受容体発現量により、同じ濃度のリガンドに対する分化、増殖といった反応が異なってくる例は、epidermal growth factor受容体などで知られているが、G蛋白質共役型受容体については、これが初めての例であると思われる。本研究では、さらに、細胞一個あたりのETB3発現量が細胞周期依存性に変化することが示されており、細胞周期による細胞の反応性の変化にひとつの説明を与えた。Endothelin receptor type A(ETA)の細胞内取り込み機構を、epitope(myc)-tagged ETAを発現するCHO細胞を用いて、細胞表面mycーETAのflow cytometryと、蛍光標識ET-1を用いたin situ binding assayにより検討した。ET-1/ETA complexのinternalizationは、nystatin/filipinにより阻害されるが、chlorpromazine/hypertonic sucroseでは阻害されなかった。ET-1は、ETAと同時に、caveolinの細胞内移行を惹起したが、この移行もnystatinにより阻害された。これらの結果より、defaultの状態では、ET-1/ETA complexのinternalizationは、clathrin-coated pitsではなく、caveloaを介するものと考えられた。細胞をcholesterol oxidaseで処理し、細胞表面のcholesterolを減少させると、caveolinは細胞表面から消失し、Golgi体に移行した。この状態では、ET-1/ETA complexのinternalizationは、chlorpromazine/hypertonic sucroseにより阻害されるが、nystation/filipinでは阻害されなかった。

さらに、dominant negative βーarrestinは、cholesterol oxidase処理後の細胞でET-1/ETA complexのinternalizationを阻害したが、処理しない細胞では無効だった。以上の結果から、CHO細胞において、ET-1/ETA complexはclathrin-coated pitsとcaveolaのいずれの経路でもinternalizeされうること、細胞表面のcholesterol量がその経路の選択を決定する要素のひとつであること、が示された。肝伊東細胞は、肝炎をはじめとする種々の肝疾患において筋線維芽細胞様(myofibroblast-like)の形質を示し、組織の線維化に重要な役割をはたすと考えられている。この細胞はendothelin B(ETB)受容体を発現しており、ET-1をはじめとするETBアゴニストはその増殖を抑制する。われわれは、温度感受性にSV40T抗原を発現する伊東細胞株を確立しており、この細胞株は培養温度により定常状態から筋線維芽細胞様に変化させることができる。これを用いて、伊東細胞の表現型変化に伴うETA/ETB受容体の発現比率の変動を検討し、さらに各々の表現型においてETA/ETB受容体からのシグナルが細胞増殖の制御にどのように関与するかを検討した。各受容体に特異的な抗体を用いたウエスタンブロッテイング、免疫細胞染色の結果、定常状態ではETB受容体の発現が優位であるのに対し、筋線維芽細胞様の状態ではETA受容体の発現が誘導され、優位になることが判明した。各々の状態において、細胞増殖に対するET-1の効果をMTTアッセイを用いて検討したところ、定常状態でのETB受容体の活性化は細胞増殖を負に制御するに対し、筋線維芽細胞様状態でのETA受容体の活性化は細胞増殖を正に制御することが明らかになった。これらの結果は、肝伊東細胞において、細胞の形質変化によりET受容体の発現比率が変化すること、各々の受容体は細胞増殖に対して全く逆の効果を持つことを示している。
記憶痕跡の動的変化の分子メカニズム

申請者らが解析してきた匂いの記憶学習系を用いて、記憶痕跡の動的変化の分子メカニズムの解析を行い、下記の成果を得た。1.プロテインフォスファターゼ1(PP1)はCREBを脱リン酸化し、記憶の消去に関わることが知られている。そこで、匂いの嫌悪学習の永続性におけるPP1の選択的阻害薬であるinhibitor-2の嗅球への注入の影響を検討した。匂いと電撃の対提示トレーニング後にinhibitor-2を嗅球へ注入すると、記憶の持続時間が有意に延長することを認め、匂いの嫌悪学習の消去にPP1が関わることを明らかにした。2.ピストンの脱アセチル化酵素histon deacetylaseの阻害剤である酪酸ナトリウムを匂いと電撃の対提示時に嗅球へ投与することによって学習が促進されるかを検討した。酪酸ナトリウムの嗅球内投与によって匂いの嫌悪学習の保持時間が有意に延長することを認め、ピストンのアセチル化が匂いの嫌悪学習に関わることを明らかにした。3.ノルアドレナリンは学習を成立させるが、嗜好か嫌悪かの決定には関わらないことを明らかにした。4.オキシトシンは副嗅球の僧帽細胞から顆粒細胞へのシナプス伝達に長期増強(LTP)を誘導することを明らかにした。5.鋤鼻ニューロンにおける鋤鼻受容体のV2Rファミリーに属するVR1及びVR4の発現量は、副嗅球ニューロンとの共培養から714日目にかけて有意に上昇し、その後プラトーに達した。また、受容体発現量の経時的な変化と一致して鋤鼻ニューロンは尿に対する応答性を獲得した。これらの結果は、鋤鼻ニューロンの鋤鼻受容体発現と機能性獲得がその投射の標的である副嗅球ニューロンによって制御されることを示唆している。「できたて」の記憶は不安定で影響を受けやすいが、固定化されると安定な長期記憶となる。それでは長期記憶の永続性は、様々な細胞内情報分子が代謝回転している中でどのように保証されるのであろうか?最近、固定化された記憶も想起の時にいったん不安定状態に戻り、再び固定化(再固定化)されるとの知見が報じられている。それでは、記憶の固定化と再固定化の分子メカニズムは同じなのか、あるいは異なるのか?一方、固定化された記憶がすべて有用とは限らないので、脳には無用な記憶が重荷にならないようにする機構が必要である。音と電撃とを組み合わせた恐怖条件づけ反応は、その後音と電撃とを組み合わせず繰り返し与えると次第に弱まっていく。パブロフ以来、この記憶の減衰(消去)は新たな記憶の形成であると考えられている。記憶の消去と再固定化は概念的に異なるが両者の分子メカニズムについてはどうなのか?本研究では、申請者らが解析してきた匂いの記憶学習系を用いて、記憶痕跡の動的変化の分子メカニズムを明らかにするために下記の解析を行った。新生仔における匂いの嫌悪学習の成立にMAPKによるCREBのリン酸化が関わることを明らかにしている。一方、プロテインフォスファターゼ1(PP1)はCREBを脱リン酸化し、記憶の消去に関わることが知られている。そこで今回、匂いの嫌悪学習の永続性におけるPP1の選択的阻害薬であるinhibitor-2の嗅球への注入の影響を検討した。匂いと電撃の対提示トレーニング後にinhibitor-2を嗅球へ注入すると、記憶の持続時間が有意に延長することを認めた。これらの結果は、匂いの嫌悪学習の消去にPP1が関わることを示唆する。本研究の目的は、申請者らが解析してきた匂いの記憶学習系を用いて、記憶痕跡の動的変化の分子メカニズムを明らかにすることであった。交尾刺激を引き金として雌マウスに形成される交配雄フェロモンの記憶は、副嗅球に蓄えられ、妊娠の維持に重要な役割を演じている。

交尾刺激はまた、視索前野や視床下部腹内側核のプロゲステロン受容体を活性化して偽妊娠を誘導する。偽妊娠はプロラクチンの夜と昼のサージをもたらす記憶によって維持されている。偽妊娠にかかわる記憶の実体については不明な点が多い。そこで、記憶を形成する交尾時にプロゲステロン受容体アンタゴニスト(RU486)を脳室に投与して偽妊娠記憶が阻害されるか否か検討した。交配雄フェロモンへの再曝露(記憶の想起)を行わない場合、RU486の投与は偽妊娠阻止を引き起こした。交配雄フェロモンへの再曝露を行うと、RU486の偽妊娠阻止率が有意に低下した。これらの結果から、RU486の脳室内投与は偽妊娠記憶の形成を阻害しないこと、RU486自体、偽妊娠阻止を誘起すること、交配雄フェロモンの記憶を想起することによってRU486の偽妊娠阻止作用が妨げられることが示唆された。幼若ラットにおける匂いと電撃の対提示による匂いの嫌悪学習は嗅球内にbeta受容体アンタゴニストを投与することによって阻害された。匂いとbeta受容体アゴニストの嗅球内投与のペアリングを行うと、その匂いに対して嗜好反応かあるいは嫌悪反応が惹起された。これらの結果から、ノルアドレナリンは学習を成立させるが、嗜好か嫌悪かの決定には他の因子がかかわることが示唆された。交尾刺激を引き金として雌マウスに形成されるフェロモン記憶は、副嗅球の僧帽細胞から顆粒細胞へのグルタミン作動性シナプスにおける可塑的変化(長期増強:LTP、シナプス後膜肥厚サイズの増大)によって支えられている。交尾刺激による視床下部室傍核のオキシトシンニューロンの活性化や副嗅球におけるオキシトシン受容体の発現が認められることから、LTP誘導におけるオキシトシンの効果を検討した。オキシトシンは副嗅球の僧帽細胞から顆粒細胞へのシナプス伝達にLTPを誘導した。これらの結果は、オキシトシンがフェロモンの記憶形成に関わることを示唆している。匂い嫌悪学習にCRE8のリン酸化が関わる。CREBのリン酸化はピストンのアセチル化を惹起することが知られている。そこで、ピストンの脱アセチル化酵素histon deacetylaseの阻害剤である酪酸ナトリウムを匂いと電撃の対提示時に嗅球へ投与することによって学習が促進されるかを検討した。酪酸ナトリウムの嗅球内投与によって匂いの嫌悪学習の保持時間が有意に延長した。これらの結果は、ピストンのアセチル化が匂いの嫌悪学習に関わることを示唆している。われわれはすでに、鋤鼻ニューロンと副嗅球ニューロンの共培養によって鋤鼻ニューロンの成熟が誘導され,両ニューロン間に機能的なシナプスが形成されていることを見出している。そこで今回,共培養下における鋤鼻ニューロンの鋤鼻受容体発現量及びフェロモン応答性を検討した。鋤鼻受容体のV2Rファミリーに属するVR1及びVR4の発現量は,副嗅球との共培養から714日目にかけて有意に上昇し,その後プラトーに達した。また,受容体発現量の経時的な変化と一致して鋤鼻ニューロンは尿に対する応答性を獲得した。これらの結果は、鋤鼻ニューロンの鋤鼻受容体発現と機能性獲得がその投射の標的である副嗅球ニューロンによって制御されることを示唆している。
時間分解電子ラマン分光法による光励起正孔の緩和過程の研究

共鳴インターバンドラマン散乱は大きいストークスシフトと広い幅が予想され、約5000cm^1程度の範囲を測定する必要が生じる。このために分散の小さなグレーテイングを購入し、現有のシングル分光器及び液体窒素冷却CCDカメラと励起レーザー光の漏れを除去するスーパーノッチフィルターと組み合わせることによって新しい超高速時間分解ラマン分光装置を構築した。この装置を用いて、典型的な半導体であるGeにおいて時間分解共鳴インターバンドラマン散乱の測定をおこなった。まず、定常励起のもとでド-ピングしたサンプルや実験をおこない、Geにおいて観測される約1500cm^1近傍の散乱成分がライトホールバンド→へヴイ-ホールバンドの共鳴インターバンドラマン散乱であることを同定した(Phys.Rev.Bに論文発表)。次に散乱強度をフェムト秒の時間領域で時間領域で時間分解的にモニターすることによって、波数空間での共鳴位置に対応する正孔の占有数の時間変化を求めたところ、占有数は光励起後約2ピコ秒で増加することが明らかとなった。これは、光励起正孔の冷却過程を反映している。この実験結果を解析するために、数値演算能力の高いコンピューターを購入し、フォノン放出による光励起正孔の冷却過程のシュミレーション計算を行った。その結果、電子-格子相互作用の大きさをあらわすデフォメーションポテンッシャルとして1×10^9eV/cmが得られた。これらの結果に関しては投稿論文を準備中である。また、InAsにおいても予備的な実験を行ったところ、1000cm^12000cm^1の領域に正孔による電子ラマン散乱を観測した。今後、この散乱成分についても時間分解ラマン散乱の実験を行う予定である。
分散型脳機能計測用インテリジェントCMOSセンサデバイスの研究

海馬や大脳基底核といった脳深部の神経活動のイメージングは記憶や学習といった高次脳機能の解明に重要である。これまでに奈良先端科学技術大学院大学では、脳内に埋植してマウスの生体内で脳神経活動を高時間・空間分解能で観察可能とする埋込型CMOSイメージセンサを提案してきた。平成22年度の研究では、埋込型CMOSイメージセンサのインテリジェント化と脳内複数分散配置化について研究に取り組んだ。インテリジェント化については、イメージセンサ画素上に各フォトダイオード上のみ開口を形成したメッシュ状のAu電極の加工プロセスを検討した。作製したAu電極を用いて脳深部で神経電気刺激が可能であるかについて生理食塩水や脳模擬材料を用いて機能評価を行った。生理食塩水中において、記憶や学習の基礎過程と考えられているLTP (Long Term Potentiation)を誘発するTBS (Theta Burst Stimulation)と等価な刺激パルスを注入可能であることを実証、GFP (Green Fluorescent Protein)で蛍光標識した新経細胞を模擬した蛍光ビーズと脳ファントムを用いて電極エリアで蛍光イメージングと電荷注入が同時同位置で実行可能であることの実証に成功した。脳内複分散配置化については、0.78mm×0.63mmの超小型CMOSセンサチップの実現に成功、3つのCMOSセンサの単一デバイス化し、それぞれのチップを脳内の任意の位置に埋植可能とした。3センサを同時に駆動させるシステムの構築も行い、3つのセンサを同時に60フレーム/秒(時間分解能16.7ms)で制御可能とした。蛍光ビーズを用いて3センサで同時にイメージングが可能であることの実証に成功、脳深部の複数部位で高時間・空間分解能で広域脳機能イメージングを可能とすることに目途を立てた。
ARDSに対する最適換気法と腎血流への影響の検討

前年度までの研究により、急性肺傷害における自発呼吸の温存による肺傷害悪化で特に従圧式換気の際に経肺圧が制御できないため肺傷害の進展が進むこと、また肺傷害はPEEPを付加することによりその進展を予防できることを解明した。本年度は前年度までの研究モデルにおいて筋弛緩薬を投与することによる炎症の局所分布への影響をPET scanを用いて検討した。動物肺傷害モデルを作成し肺傷害モデルを作成した。経肺圧は食道内圧による平均圧と胸腔内に圧プローブを埋め込むことで局所経肺圧を計測した。肺内の炎症はPETと組織学的検索により行った。炎症の評価は[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucoseの取り込みにより行った。自発呼吸群では自発呼吸の影響で肺下部の局所経肺圧が増大し局所肺過膨張が発生した。そのため肺下部に強い炎症の集積を認めた。筋弛緩薬を投与すると肺下部の局所経肺圧は低下し、それに伴って肺下部の炎症は低下した。逆に相対的に経肺圧の高い肺上部において炎症を強く認めた。本課題の最終目的である重症呼吸不全に対する最適換気法の評価に腎機能を加えることがある。昨年に引き続き膀胱内尿中酸素分圧を腎髄質酸素分圧の指標として局所腎血流の評価を行うための方法の確立を行った。今後膀胱内酸素分圧計測を肺傷害動物モデルに組み合わせて検討を行う予定である。最適換気法の評価においては部分筋弛緩、体外循環の併用などの自発呼吸制御方についても合わせて評価を行う必要がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。急性肺傷害の人工呼吸にあたっては従量式換気モードを選択することで経肺圧を一定に保つことができるため肺傷害進展予防に有利と考えられてきた。しかし自発呼吸共存時には経肺圧算出の元である食道内圧が肺全体を反映していない可能性があるとの仮説の元に実験を行った。肺傷害ウサギモデルを用いてdynamic CTによる肺局所換気分布評価を行った。自発呼吸存在下と筋弛緩状態で従圧換気と従量換気を比較した。自発呼吸存在下では従量換気で経肺圧が増加したのに対して従量換気では一定であった。しかし換気局所分布をみると従量換気では肺背側の換気が筋弛緩した場合に比較して自発呼吸により約2倍に増加した。食道内圧から算出した経肺圧は自発呼吸下でも筋弛緩状態でも同一であったが、胸腔内背側で胸膜圧を計測した所、横隔膜による呼吸努力により局所経肺圧が大きく増加していることが判明した。食道内圧による経肺圧は筋弛緩時には過大評価を、自発呼吸下では過小評価する可能性がある。動物実験と平行して食道内圧による経肺圧による呼吸管理を行う際に病変は肺内とは限らない。肺外の病変でも経肺圧が適用可能であることを示すため、頭低位腹腔鏡手術患者で評価も行った。気腹により肺が圧迫されるため肺には病変がないにも関わらずPEEPを用いないとガス交換が障害される可能性のある病態である。気腹開始後にPEEPを0から2cmH2Oずつ10cmH2Oまで上げて経肺圧と血液ガス、肺/胸郭圧容量曲線を計測した。経肺PEEPが陽圧になるPEEP(最適PEEP)は患者毎にばらつきはあるものの6から10cmH2Oであり、最適PEEPの評価に用いることができると考えられる。肺/胸郭圧容量曲線では胸郭の変化のみで肺には変化がないことも確認できている。本来の計画では、従量換気における換気不同調と人工呼吸関連肺傷害が相関することを示す予定であったが、まず不同調の存在で局所経肺圧が変化することと、局所換気分布が変化することを示すこととした。更に人肺傷害の複雑な病態に対して経肺圧計測による評価が妥当であることを正常肺患者で検討を行ってから次の段階に進むことになった。前年度までの研究により、急性肺傷害では自発呼吸の温存により状況によっては肺傷害をさらに悪化させることを解明した。その際の人工呼吸様式として従圧式換気を選択すると経肺圧が制御できないため肺傷害の進展が進むことを前年度解明したが、本年度は実際の人工呼吸において重要なPEEPの影響を検討することとした。動物肺傷害モデルを作成し低PEEPと高PEEPの2群に分けた。その結果、低PEEP群では自発呼吸の影響で肺下部の局所経肺圧が増大し局所肺過膨張が発生した。そのため肺下部に強い炎症を認めた。高PEEP群では虚脱肺の減少と自発呼吸による局所経肺圧の低下が起こった。結果として高PEEPにより肺内の炎症は大きく低下した。結論としてPEEPにより自発呼吸による傷害肺への悪影響を抑止できること、経肺圧の計測を通じて肺傷害抑止に必要なPEEPを決定できる可能性があることが判明した。本課題の最終目的として、重症呼吸不全に対する最適換気法の評価に腎機能を加えることがある。最初の計画では画像による評価を検討する予定であったが、技術的問題があるため、平行して別のアプローチを行っている。

急性肺傷害を含む重症病態では腎髄質血流の減少により低酸素から組織壊死を起こすのが急性腎傷害のメカニズムと言われている。膀胱内の尿中酸素分圧が腎髄質酸素分圧を反映することが分かっているため、腎髄質血流を画像で検討する代わりに膀胱内尿中酸素分圧により評価を行う方法を動物モデルで検討中である。急性肺傷害に対する最適換気法の検討は計画通り進んでいるが、腎血流計測法の開発が遅れているため最終段階としての両者を合わせた研究が開始できていない。膀胱内尿中酸素分圧計測法の開発が終了次第、開始する予定である。前年度までの研究により、急性肺傷害における自発呼吸の温存による肺傷害悪化で特に従圧式換気の際に経肺圧が制御できないため肺傷害の進展が進むこと、また肺傷害はPEEPを付加することによりその進展を予防できることを解明した。本年度は前年度までの研究モデルにおいて筋弛緩薬を投与することによる炎症の局所分布への影響をPET scanを用いて検討した。動物肺傷害モデルを作成し肺傷害モデルを作成した。経肺圧は食道内圧による平均圧と胸腔内に圧プローブを埋め込むことで局所経肺圧を計測した。肺内の炎症はPETと組織学的検索により行った。炎症の評価は[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucoseの取り込みにより行った。自発呼吸群では自発呼吸の影響で肺下部の局所経肺圧が増大し局所肺過膨張が発生した。そのため肺下部に強い炎症の集積を認めた。筋弛緩薬を投与すると肺下部の局所経肺圧は低下し、それに伴って肺下部の炎症は低下した。逆に相対的に経肺圧の高い肺上部において炎症を強く認めた。本課題の最終目的である重症呼吸不全に対する最適換気法の評価に腎機能を加えることがある。昨年に引き続き膀胱内尿中酸素分圧を腎髄質酸素分圧の指標として局所腎血流の評価を行うための方法の確立を行った。今後膀胱内酸素分圧計測を肺傷害動物モデルに組み合わせて検討を行う予定である。最適換気法の評価においては部分筋弛緩、体外循環の併用などの自発呼吸制御方についても合わせて評価を行う必要がある。今後自発呼吸患者の不同調がPEEPにより変化するかどうかを検討する。次に最適PEEPに設定した状態で吸気流速を変化させ不同調による呼吸仕事量増加と局所換気分布変化が相関することを証明する。研究協力施設であるメルボルン大学での共同研究者が局所腎血流評価実験系を確立したため、人工呼吸関連肺傷害と局所腎血流の関係も評価可能となる見込みである。最初の計画では急性肺傷害に対する最適換気法を腎機能を含めて検討し、大規模臨床試験につなげることを計画しており、最適換気法に関しては必要とされる結果を得ることができている。しかし研究の過程で自発呼吸努力を制御することの重要性を強く認識することができた。本年度の結果に見られるようなPEEPによる肺傷害抑止を認めたが、実際の急性肺傷害患者ではPEEPが無効な場合がある。そこでPEEP以外に、アルカリ化剤を用いて呼吸中枢の活動を直接抑制するなどのアプローチも検討し始めている。これらの結果を踏まえて、肺傷害動物モデルで腎機能を含めた最適人工呼吸管理法を検討していく方針である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
地球磁場ダイナモの発生と逆転の物理

地球磁場の特徴は二つある。一つは、双極子磁場成分が卓越していること、そしてもう一つは、その双極子磁場の南北の極性が突然逆転するという、いわゆる磁場逆転現象が起きることである。我々は、これらの特徴を再現し、その機構を理解することを目指した計算機シミュレーションを行った。シミュレーションモデルは次の通りである。一定の角速度で回転する球殻状の容器内部に電気伝導性流体が入っている。内側の球面は高温、外側の球面は低温に保たれている。解くべき基本方程式は、温度場の時間発展も含めた磁気流体方程式(MHD方程式)である。シミュレーションの結果、外核内部の熱対流運動によって強い双極子磁場成分が自発的に生成・維持されるだけでなく、その磁場のが突然逆転する現象も再現することができた。データを詳しく解析すると、興味深いことが分かった。逆転は周期的ではなく、予測できないタイミングで起きる;双極子磁場が卓越した時期が長く続くのに対し、逆転にかかる時間は短い;逆転が起きるのは外核中の対流セルの対称性が崩れる瞬間である;球殻内部の熱対流運動によってMHDダイナモ機構を通じて生成された磁場には二つの状態(高い磁場エネルギー状態と、低いエネルギー状態)の二つあり、逆転が起きるのは、高いエネルギー状態の時である;双極子磁場の逆転に先んじて四重極磁場成分が成長するこのシミュレーションを行うために当初我々が開発したのは、緯度経度格子に基づいたMHDコードであった。しかしながら、大規模な並列・ベクトル計算機である地球シミュレータを用いた計算を行ってみたところ、基本格子系としての緯度経度格子の非効率さが深刻な問題となってきた。そこで我々はまったく新しい球面格子系を考案し、これをインヤン格子(陰陽格子)と名付けた。インヤン格子を用いたダイナモシミュレーションコードは、並列計算機に適しており、高い計算性能が発揮できることを確認した。地球など種々の天体で観られる双極子磁場構造の生成・維持がどのような気候で説明されるかは長年の謎であった。近年、大規模シミュレーションによる回転球殻における磁気流体ダイナモ作用の研究が精力的に行われ、その機構の理解が飛躍的に深まっている。本研究では、特に、地球磁場でよく知られている双極子磁場極性の間欠的反転という観測事実に着目し、この現象の計算機上での再現とその特性解明の課題に取り組んだものである。本研究では、回転球殻ダイナモ作用に関する計算機シミュレーションにおいて先進的な成果を挙げてきたいわゆるKageyama-Satoモデルに基づく研究を発展させている。得られた結果は、以下の6点である。1)定常状態においては、双極子磁場成分が他の多重極成分と比べて卓越した磁場成分である。そして双極子成分は極性の向きに関して2つの安定状態を持つ。2)運動・磁場の全エネルギーは高低2つの準安定エネルギー状態を完結的に遷移する。低エネルギー状態では熱対流渦柱のモード数は安定であるが、高エネルギー状態ではモード数が時折変化する。3)双極子磁場の極性反転は、高エネルギー状態はしばらく続くときのみ発生する。4)極性反転直前に、四重極磁場成分が、一時的に双極子磁場成分よりも卓越し、双極子という奇関数構造が、四重極という偶関数構造を経由して反対極性の双極子構造へと遷移する性質を持つ。5)反転に際して、対流パターンの赤道面に関する対象性に破れが生じ、整った渦柱構造の破壊から反転構造への遷移へと発展するきっかけとなる。6)物理パラメータの中で電気抵抗がその特性に深く関与していることが見出せた。

地球磁場(ダイポール)が不規則にしかも突然に逆転を繰り返すことをシミュレーションにより世界で初めて再現できたことは、一世紀に及び地磁気ダイナモ研究の歴史にとって画期的な成果であると自負できる。今年度得た知見として、その逆転と呼応して、四重極磁場成分(南北対称磁場成分)が卓越すること、同時にダイポール対流成分(南北非対称対流成分)が成長することをシミュレーション結果のデータを詳細に考察することによって確認したことをあげることができる。一方、代表者が本年度当初に申請時の核融合科学研究所(理論・シミュレーション研究センター)から、地球シミュレータ(平成14年2月完成)の責任者になることを要請され、突然そのポジションに移った関係で、シミュレーションランをそのまま続行することができなくなり、協力者を中心に地球磁場の逆転のような複雑現象の解析を容易にする没入型仮想現実装置のバリアフリー操縦システム開発に力点を置いて研究を行った。その結果異なった地域に存在する仮想現実装置を結び、3次元画像を共有する方式の開発(NTTサイバースペース研との共同研究)、さらにはボリュームレンダリングの簡易表現方法の開発など複雑現象の高度表現法の開発に多くの成果を得た。現在、地球シミュレータセンターにおいて再び地磁気ダイナモとマントル対流のダイナミックな関係を解明する巨大なプロジェクトを立ち上げ、地磁気ダイナモの徹底解明に向けて準備が進んでいる状態である。地球磁場の特徴は二つある。一つは、双極子磁場成分が卓越していること、そしてもう一つは、その双極子磁場の南北の極性が突然逆転するという、いわゆる磁場逆転現象が起きることである。我々は、これらの特徴を再現し、その機構を理解することを目指した計算機シミユレーションを行った。シミュレーションモデルは次の通りである。二つの球面に挟まれた球殻上の領域を考える。これは地球の外核を想定している。内側の球面は内核との境界面、外側の球面はマントルと外核の境界面に相当する。この球殻容器の内部に外核の液体鉄を想定した電気伝導性の流体が入っているものとする。球殻全体は一定の角速度で回転(自転)している。内側の球面は高温、外側の球面は低温に保たれている。温度差が十分に大きければ球殻内部の電気伝導性流体は熱対流運動をおこなう。解くべき基本方程式は、温度場の時間発展も含めた磁気流体方程式(MHD方程式)である。シミュレーションの結果、外核内部の熱対流運動によって強い双極子磁場成分が自発的に生成・維持されるだけでなく、その磁場のが突然逆転する現象も再現することができた。データを詳しく解析すると、興味深いことが分かった。逆転は周期的ではなく、予測できないタイミングで起きる;双極子磁場が卓越した時期が長く続くのに対し、逆転にかかる時間は短い;逆転が起きるのは外核中の対流セルの対称性が崩れる瞬間である;球殻内部の熱対流運動によってMHDダイナモ機構を通じて生成された磁場には二つの状態(高い磁場エネルギー状態と、低いエネルギー状態)の二つあり、逆転が起きるのは、高いエネルギー状態の時である;双極子磁場の逆転に先んじて四重極磁場成分が成長する。