hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工臓器内の高せん断場血栓検出と赤血球膜破断シミュレーションとの融合

(3)「血液循環流路の構築とテスト」センサ付補助人工心臓を有する閉じた血液凝固実験流路を構築した。流速分布と温度を制御し血液を循環させる。流動中おいて、ポンプ回転数、圧力、血液流量をパラメータとし、1-(2)の条件で、血栓形成時の電気特性を予備的に計測する。実施項目3-(1)「新鮮動物血を用いた血栓検出実験」誘電緩和法を用いて、ウシ新鮮血100検体を用いて、1-(2)と1-(3)の実験条件のもとで、ポンプ回転数、圧力、血液流量を変化させて、微小血栓形成時の電気特性のデータベースを構築する。検出アルゴリズムにより微小血栓の大きさと個数を推定し、データベースを構築する。実施項目3-(2)「赤血球膜破断シミュレーション」3-(1)のデータベースを基にして、ヘマトクリット、せん断力分布、血漿粘度、流量などをパラメータとして、赤血球膜破断シミュレーションを行う。実験結果とシミュレーション結果との比較を行い、精度の検討を行う。実施項目3-(3)「人工臓器設計指針まとめと血栓形成検出・分析融合システムの実用化の検討」血栓形成原因の力学的な検討を行い、実験とシミュレーション結果を精査し、人工臓器設計のひとつの指針をまとめる。微小血栓の早期検出と原因探索可能な融合システムの実用化可能性と有効性を検討する。研究会を開催し、社会的評価を受ける。平成26年度に、研究分担者の実験実施場所である産業技術総合研究所で、電気設備修繕における大がかりな工事があり、2度にわたる実験室の移動が必要となった。そのため、実験が大幅に遅延した。実験に関しては、すべて研究計画通りに進行できることを確認しており、予定されていた研究を達成するべくペースを上げたが、年度内の実験計画を終了することができなかった。そのため、達成し得なかった研究計画に相当する研究費を、次年度に繰り越しする必要が生じた。平成26年度に実施し得なかった、新鮮動物血を使用した血栓形成時におけるインピーダンス計測、および栓子の直接観察を行い、両者の関係を相関づける。また、血液流動状態において、血流条件(ポンプ圧力差、血液流量)を変更し、インピーダンス測定ならびに、血液流動回路内の栓子の計測および直接観察を行う。それに関わる研究補助員、消耗品、および、成果発表の旅費に使用する予定である。
一般化されたガンマ函数と線型差分系の研究とその量子群の表現論と可積分系への応用

離散可積分系、量子可積分系、量子群の表現論への応用を意識しながら、多重ガンマ函数、多重q-ガンマ函数、多重楕円ガンマ函数などの一般化されたガンマ函数や、超幾何型のq-差分系などの、線型差分系で定義される特殊函数の構造を研究している。今年度は、Vignerasの多重ガンマ函数と呼ばれるクラスの多重ガンマ函数がガンマ函数のEuler積、Gauss積の拡張に当たる無限積表示を持つことを証明し、また、ガンマ函数の倍角公式の拡張にあたる公式を導いた。この結果は、2004年4月の東京無限可積分系セミナー(東京大学大学院数理科学研究科)で発表された。また、Vignerasの多重ガンマ函数の一般化にあたるBarnesの多重ガンマ函数に関しても、同様のEuler型、Gauss型の無限積表示があることを示した。この結果は、2004年6月にフィンランドで行われた国際会議"6th International Conference on Symmetries and Integrability of Difference Equations"や、2004年9月に北海道大学で行われた日本数学会秋季総合分科会で発表された。これらの結果に関する論文を、現在準備中である。また、その他の話題の研究に関する活動としては、2004年8月に、北見工業大学と、九州可積分セミナー(九州大学)で、多変数直交多項式の代数的構造に関する研究の紹介をおこなったこと、楕円特殊函数、楕円ガンマ函数に関する研究の現状に関する総合報告「楕円特殊函数と楕円ガンマ函数」を、立教大学SFR自由プロジェクト研究「弦理論と重力理論の数学的構造解明に関する学際的研究」講究録に発表したことが挙げられる。一般化されたガンマ函数の研究とその応用と、超幾何型の差分系の解の構成とその対称性の研究を行った。平成14年度の研究実績としては、以下の事項が挙げられる。(2)MehtaとWangによって得られた、ガンマ函数を成分にもつ行列式の恒等式のq-類似を構成した。これは、雑誌Linear Algebra and Its Applicationに発表された。この結果と、Maxiner-Polaczeck多項式と呼ばれる直交多項式のq-類似との関連が期待されており、現在、その考察をおこなっている。(3)底つき超幾何級数を変形して得られるBurbanとKlymikの(r, s)-超幾何級数と呼ばれる級数の隣接関係式を用いて、竹内光弘氏によって導入された二変数の量子展開環の表現を構成した。この結果は、インドのチェンナイの数理科学研究所で行われた国際会議'International Conference on Special Functions and Their Applications'や、アメリカ合衆国のボルチモアで行われたアメリカ数学会のスペシャルセッション'Special Functions and q-Series'で発表された。現在、この結果について論文を準備中である。また、更なる拡張として、多変数の量子展開環の表現を超幾何型の級数を用いて構成することや、Gelfand-Graev-Retakhの(R, S)-超幾何系と呼ばれるより一般的な超幾何系の対称性を記述することが期待される。離散可積分系、量子可積分系や量子群の表現論への応用を目指して、線形差分方程式を満たす特殊函数を中心に研究を行った。今年度の研究成果としては、超幾何函数の2変数拡張である(r,s)-超幾何級数の隣接関係式が2変数量子展開環の表現として捉えられるという結果が、国際会議"International Conference of Special Functions and Their Applications"の報告集に正式に受理されたこと、また、2003年12月に立教大学で行われた研究集会「弦理論と重力理論の数学的構造解明に関する学際的研究」において楕円特殊函数と楕円ガンマ函数の研究の現状について発表し、その報告集のための論文も準備中であることが挙げられる。また、現在、次のような研究が進行中である。(1)q-超幾何函数の隣接関係式を用いて戸田分子方程式と呼ばれる離散可積分系のτ函数のカソラチ行列式解の構成を行った。論文は現在投稿中である。(2)多重ガンマ函数の漸近展開の公式(スターリングの公式の一般化)を用いて、ガンマ函数のガウス積表示、オイラー積表示の一般化にあたる多重ガンマ函数の無限積表示を得た。この表示からの応用として、多重ガンマ函数の倍数公式を証明することを現在遂行中である。この研究に関する結果を2004年3月に筑波大学で行われる日本数学会年会において発表する予定である。また、この問題に関する論文を準備中である。

この結果は、2004年6月にフィンランドで行われた国際会議"6th International Conference on Symmetries and Integrability of Difference Equations"や、2004年9月に北海道大学で行われた日本数学会秋季総合分科会で発表された。これらの結果に関する論文を、現在準備中である。また、その他の話題の研究に関する活動としては、2004年8月に、北見工業大学と、九州可積分セミナー(九州大学)で、多変数直交多項式の代数的構造に関する研究の紹介をおこなったこと、楕円特殊函数、楕円ガンマ函数に関する研究の現状に関する総合報告「楕円特殊函数と楕円ガンマ函数」を、立教大学SFR自由プロジェクト研究「弦理論と重力理論の数学的構造解明に関する学際的研究」講究録に発表したことが挙げられる。
看護師の皮膚バリア機能の維持と手指衛生の両立に向けたモバイル型オゾン水の応用

医療従事者は院内感染予防のため、頻回の石鹸による手洗いとアルコール製剤による手指消毒が必要である。一方で、頻回の手指衛生で皮膚バリア機能が低下するため、職業性手湿疹の罹患率は高い。そこで職業性手湿疹の罹患率を下げるために、衛生的かつ皮膚バリア機能の保持可能なオゾン水による手指衛生法を実施調査する。設置性、利便性の良いハンディ型オゾン水の有用性が証明されれば、看護環境の向上にも繋がる。本研究では、1)ハンディ型オゾン水の殺菌効果を試験管内で評価し、2)使用方法を手型試験で検討し、その結果を基に3)職業性手湿疹の罹患率の高い院内看護師を対象に臨床研究を実施する。
大量枯死したアカマツ倒木が菌類による分解を通して森林樹木の更新にはたす役割の解明

近年多発している樹木の大量枯死の結果、日本各地の林床には大量の倒木が蓄積しているが、それが森林の生態系にどういった影響を与えているのかについては明らかになっていない。全国30カ所において「マツ枯れ」により枯れたアカマツ倒木の腐朽型の頻度を調べた結果、低緯度の温暖多雨な地域ほど褐色腐朽の頻度が高いことが分かった。このうち9カ所において倒木上に更新している樹木実生の頻度を調べたところ、倒木の腐朽型が樹木実生の倒木上への定着しやすさに影響していることが分かった。アカマツ倒木の腐朽型の全国的な分布を調べるために、東北から九州まで合計29カ所の森林(アカマツ林とは限らない。二次林、スギ人工林となっているところも含む)において、アカマツ倒木の腐朽型の発生頻度を調査した。その結果、低緯度地域ほど褐色腐朽の割合が高いことが分かった。調査地の年平均気温および年降水量と腐朽型の発生頻度の相関関係を解析したところ、これらの間に有意な正の相関が検出された。この結果から、本研究課題におけるこれまでの調査により明らかになっている、菌類による腐朽型を介した倒木上での生物間相互作用が緯度系列で変化する可能性が示唆された。このような緯度系列での分解過程の違いを明らかにした例は少なく、非常に意義深いデータである。アカマツ枯死木の分解過程と、それに関わる菌類群集を詳細に明らかにするために、東北地方の1カ所の調査地において、さまざまな分解段階のアカマツ立枯れ木の内部の菌類群集を調査し、分解過程との関係を調査した。その結果、辺材部にはシハイタケ、心材部にはムラサキゴムタケという全く異なる菌類が優占していた。これらの菌類は材分解力が異なると考えられるため、部位によって異なる菌類が定着して異なる分解を行うことにより、材内部での分解過程の異質性が生じると考えられた。この結果は、1本の枯死木の内部でも不均一なハビタットが生じることを意味し、他の生物の住み場所としての枯死木の多様性の創出機構を理解する上で重要な結果である。本研究では、「マツ枯れ」により枯れたアカマツの倒木をモデル材料とし、倒木を腐朽させる菌類と倒木上に生育している木本植物の間の相互作用を解明することにより、マツ枯れ後の森林の更新におけるアカマツ倒木およびその腐朽型の重要性を明らかにする。得られた結果をもとに、樹木の大量枯死の「その後」の森林管理における一指針を提示することが本研究の目的である。平成25年度は、本邦における緯度勾配とアカマツ倒木の腐朽型の関係に関する野外調査の最終地点として、長野県伊那市において調査を行った。これにより、本研究における調査地点は合計30カ所となり、緯度勾配との関係を解析するのに十分な地点数のデータを集めることができた。結果から、アカマツ倒木の腐朽型の頻度に緯度勾配があり、気温および降水量との有意な相関関係が検出された。さらに、うち9地点において倒木上の樹木実生の調査を行った結果、倒木上の実生更新が腐朽型の影響を受ける樹種があることが分かった。以上の結果から、気候条件によりアカマツ倒木の腐朽型が異なり、それにより倒木上の実生更新が影響を受ける可能性が示唆された。本研究に関連する成果は、平成25年11月に発行された日本生態学会誌63巻3号において、「枯死木をめぐる生物間相互作用」という特集を企画し、その中で論文として発表したほか、平成26年3月に広島において開催された第61回日本生態学会大会において、「分解系における生物群集の構造と生態系機能」という自由集会を企画し、その中で発表した。本研究で得られた結果は、倒木更新のメカニズムに新たな知見を加えただけでなく、将来的に気候変動の影響予測の研究にもつながる重要なものである。本年度は(1)広域調査によるアカマツ倒木の腐朽型の分布の緯度系列での比較と、(2)特定の調査地における腐朽菌から木本実生への相互作用ネットワーク、のパターンを検出するため、野外調査に重点を置いて研究を行った。(1)については、個々の地域での調査地点数を増やしたことにより、予定していた10カ所を遥かに上回る20カ所で調査を行うことができた。その結果、当初の予想(高緯度ほど褐色腐朽の割合が増える)と異なり、低緯度ほど褐色腐朽の割合が増える傾向にあることが分かった。この理由として、下記の3つの可能性が考えられる:(1)低緯度ほど褐色腐朽菌が多い;(2)低緯度ほどマツ枯れの被害が大きいため、褐色腐朽になりやすい(

欧州での研究から、穿孔性昆虫が褐色腐朽菌ツガサルノコシカケを媒介する可能性が示唆されている);(3)低緯度ほどマツ枯れの被害が大きいため立枯れになりやすく、その結果として褐色腐朽になりやすい(立枯れは倒木に比べ含水率が低く保たれるため、乾燥条件を好む腐朽菌群集が形成されるが、褐色腐朽菌オオシワタケは乾燥条件を好む可能性がある)。今後は、これらの可能性を検証するため、データの解析を進めるとともに、枯死木内部の菌類群集の乾燥条件に応じた分布についても詳細な調査を行う予定である。(2)については、東京都の調査地においてアカマツ倒木上に生育する変形菌・コケ・樹木実生と材の腐朽型や腐朽菌との関係を詳細に調査し、それぞれの生物群の中に特定の腐朽型を好む種がいることを確かめた。さらに腐朽型から変形菌、コケ、樹木実生という作用の流れについて構造方程式モデリングにより解析し、有意な相互作用があることを確かめた。今後は、個々の相互作用のメカニズムを明らかにするため、室内での培養試験やポット実験などを行う予定である。調査地は当初の予定を大幅に上回り、29カ所に達した。これにより、より詳細な緯度系列での腐朽型の分布パターンが明らかになってきた。また、本研究での成果を含めた枯死木に関連する生物間相互作用を扱っている生態学研究者を集めて、第59回日本生態学会大会において企画集会を企画するとともに、同集会での成果を特集として日本生態学会誌に投稿した。また、2012年度に英国ケンブリッジ大学出版会から出版された「Biodiversity in Dead Wood」という洋書の邦訳を行い、出版予定である。このように、データの蓄積もさることながら、その公表および関連研究者との協力関係、一般への啓蒙も予定以上に進展していると言える。本年度までの調査により、北は秋田県から南は岡山県(最南は和歌山県)まで当初の予定を大きく上回る20カ所でアカマツ倒木の腐朽型を調査することができた。これにより、腐朽型の緯度系列に沿った分布について詳細な予測が可能になりつつある。さらに、特定の調査地における生物間相互作用の詳細なネットワーク構造についても、本年度予定していた野外調査によるパターンの検出が終了した。この成果については、2012年3月に滋賀県瀬田の龍谷大学において開催された日本生態学会大会において口頭発表を行うとともに、さらに幅広い分類群の生物を対象とした枯死木上での生物間相互作用研究の発展を促すため、企画集会を企画し、研究者間の交流を図った。このように当初の研究計画を着実に実行できているといえる。これまでの広域調査で見られたパターン、および定点での詳細な生物間相互作用のメカニズムについて、実験系で検証する作業を主に行う。そのため、インキュベータを購入する予定である。昨年度の調査によって得られた菌株を用いて材分解試験をすることにより、各菌種の潜在的な材分解力を評価し、野外における優占度のデータと共に考察して、アカマツ枯死木の分解プロセスがどの菌類によって引き起こされているのかを明らかにする。さらに、同様に菌株を用いて温度の傾度と各菌株の生長および材分解速度との関係を明らかにし、広域調査で見られた材分解の緯度系列による違いの生じるメカニズムを、菌種による適温幅の違いから説明を試みる。また、広域調査で得た材サンプルから菌類のDNAを直接抽出し、シーケンス解析することにより、緯度系列で発生頻度にクラインが認められた褐色腐朽に関わる菌類の発生頻度が緯度系列で異なるかどうか評価し、菌類群集が緯度系列で異なっている可能性を検証する。
不安定酸素活性種の創製と詳細な分光解析

本研究では、今までの研究をさらに発展させるとともに、配位子を新しく合成し、新規な不安定中間体としての酸素錯体を単離・合成し、その精巧な電子構造を解明することを目的としている。さらに金属タンパク質における酸素の活性化機構に関する統一的理解を目指し、多くの生体類似合成モデル錯体の合成・解析を行う。申請者はヒドロトリス(ピラゾリル)ボレートを配位子として主に銅-酸素錯体の合成、詳細な分光学的解析をスタンフォード大学ソロモン研究室と共同で行ってきた。以下に得られた成果を簡単に述べる。1.不安定酸素活性種を得るためにかさ高いピラゾールを用いて、N2型、N3型配位子を新規に合成し、その配位子の錯体の構造・性質に与える影響を詳細に検討した。2.単核の酸素錯体を選択的に得るために、金属側にさらにかさ高い置換基を導入し、得られた酸素錯体の構造と性質を詳細に検討した。3.銅-硫黄結合と銅-酸素結合の違いを同じ配位モードを持つ錯体の比較により詳細に検討した。4.αケト酸を補因子とする酵素反応機構の解明を行った。なぜ、生物はアミノ酸残基のカルボン酸ではなく、わざわざαケト酸を用いなければならないかの新しい知見を得た。5.鉄(III)アルキルパーオキソ錯体の電子構造を解明した。これから、酸素-酸素結合の開裂による反応性活性種を経て反応が進行することを明らかにした。6.マンガン錯体を用いたオレフィン類の重合反応を検討した。7.フェノール類の酸化重合の反応機構について検討した。8.銅(I)ジアゼン錯体の電子構造も併せて検討した。以上のように、不安定酸素活性種に関して多くの成果を得ることができた。また、鉄-酸素錯体の反応機構の解明をミネソタ大学キェイ研究室と共同で行っている。以下に本年度に得られた成果を簡単に述べる。1.金属側にさらに嵩高いアダマンチル基を導入した配位子を新規に合成し、単核銅2価スーパーオキソ錯体の合成を行った。この錯体の詳細な電子構造の解明を行った。2.単核銅1価錯体と単体硫黄との反応で2核のμ-η^2-η^2型ジズルフィド錯体が得られた。カーリンらのトランス型ジスルフィド錯体との構造及び詳細な電子構造の比較検討を行った。3.α-ケト酸を活性中心に持つ酵素の反応機構を解明するために、モデル錯体を用いた反応速度の詳細な検討を行った。この結果、電子押しの置換基を導入すると水酸化反応は速くなり、また、カルボン酸よりα-ケト酸を用いた方が反応が速かった。このことから、酵素内でα-ケト酸を用いる有用性が再認識できた。4.鉄3価アルキルパーオキソ錯体の詳細な電子構造の解明を行った。その結果、酸素-酸素結合がラジカル的に開裂することが明らかになり、酵素内酸化反応機構の考察を行った。5.トリス(ピラゾリル)メタンを配位子として遷移金属錯体の構造、性質の解明を行った。以上のように、不安定中間体としての遷移金属-酸素錯体に関して多くの成果を得ることができた。

本研究では、今までの研究をさらに発展させるとともに、配位子を新しく合成し、新規な不安定中間体としての酸素錯体を単離・合成し、その精巧な電子構造を解明することを目的としている。さらに金属タンパク質における酸素の活性化機構に関する統一的理解を目指し、多くの生体類似合成モデル錯体の合成・解析を行う。申請者はヒドロトリス(ピラゾリル)ボレートを配位子として主に銅-酸素錯体の合成、詳細な分光学的解析をスタンフォード大学ソロモン研究室と共同で行ってきた。また、鉄-酸素錯体の反応機構の解明をミネソタ大学キェイ研究室と共同で行っている。以下に本年度に得られた成果を簡単に述べる。1.金属側にさらに嵩高いアダマンチル基を導入した配位子を新規に合成し、単核銅2価錯体の合成を行い、かさ高さの違いからくる、構造、性質について議論した。2.単核銅1価錯体と単体硫黄との反応で2核のμ^-η^<2->η^2型ジスルフィド錯体が得られた。カーリンらのトランス型ジスルフィド錯体との構造と及び詳細な電子構造の比較検討を行った。3.α-ケト酸を活性中心に持つ酵素の反応機構を解明するためにモデル錯体を用いた反応速度の詳細な検討を行った。この結果、電子押しの置換基を導入すると水酸化反応は速くなり、また、安息香酸よりα-ケト酸を用いた方が、反応速度が速かった。このことから、酵素内でα-ケト酸を用いる有用性が再認識できた。配位子に電子吸引性の塩素を導入し、同様な反応を行うと反応速度が遅くなった。このことから、求電子性の鉄4価オキソの存在が確かめられた。4.トリス(ピラゾリル)メタンを配位子として遷移金属錯体の構造、性質の追及を行った。トリス(ピラゾリル)ボレートを配位子とした錯体との構造及び性質の違いを考察した。また、これを用いて、酸素錯体の合成を行い、詳細な性質の検討も併せて行った。以上のように、遷移金属-酸素錯体、均一系遷移金属触媒に関して多くの成果を得た。1.トリス(ピラゾリル)メタンを配位子として銅-酸素錯体の構造、性質の解明を行った。ボレート配位子をメタン配位子に換えると、各々の構造では、Cu-O結合が短くなり、O-O結合が長くなった。この変化は共鳴ラマンスペクトルの測定結果と一致した。また、安定性はボレート錯体の方が非常に安定になった。理論的考察を加え、投稿準備を行っている。2.さらに、酸素配位子だけではなく、二酸化窒素イオン、硝酸イオン、一酸化炭素、一酸化窒素を用いて、一連の錯体の合成、構造決定、詳細な分光解析を行っている。3.1998年に報告した、コントロールラジカルを用いたフェノールの重合反応のAb Initioによる理論的考察を行い、フェノキソ銅(II)中間体を経る経路が好ましいことを明らかにした。これは、実験的結果と一致するものである。4.単核銅酵素の中間体のモデルとなる、銅(II)
大脳皮質におけるシナプス長期増強/抑圧のスイッチング機構

研究の目的発達脳視覚野においては、視覚求心路の連続電気刺激によってシナプス伝達効率の長期増強あるいは長期抑圧が起こることが知られている。このようなシナプス伝達効率の変化は発達脳の可塑性の基礎過程と考えられるが、本研究はそのシナプス伝達効率の変化が如何なるメカニズムで起きるのか、あるいは入力条件によっては長期増強ではなく長期抑圧が生じるのはなぜなのか、を明らかにするために計画された。研究成果1.幼若ワット(生後20-26日)の大脳皮質視覚野から400μm程度の薄切切片標本を作成し、Ca^<12+>螢光指示薬であるrhod-2【chemical formula】Mを細胞内に負荷した。倒立型螢光顕微鏡のステージ上に置き、II/III層の螢光強度の変化から同層の神経細胞内Ca^<2+>の濃度変化を計測した。同時にIV層に置いた刺激電極から10秒に1回テスト刺激を与え、II/III層の誘発フィールド電位を記録した。2.θバースト状(100Hzで4発のパルス列を5Hzで10回与え、それを10秒間隔で6回繰り返す)のテタヌス刺激をIV層に与えた。ただし、パルス幅0.1ミリ秒の弱い刺激からなる場合と0.2ミリ秒の強い刺激からなる場合と2種のテタヌス刺激を与えた。前者では、テタヌス刺激中Ca^<2+>増加は認められたがII/III層の誘発電位は長期抑圧を示した。ところが、後者では著名なCa^<2+>増加を引き起こした後、長期増強が生じた。3.テタヌス中のCa^<2+>増加の程度とテタヌス後20分の誘発電位振幅の変化には直接関係がみられた。すなわち、Ca^<2+>増加が強い場合には長期増強、弱い場合には長期抑圧となる傾向が認められた。まとめシナプス長期増強が生じるのは高頻度入力によるシナプス後部のCa^<2+>増加が一定閾値以上の場合であり、Ca^<2+>増加がそれ以下であれば長期抑圧が生じ易いことが判明した。本年度の研究経過1.幼若ラット(生後8ー16日)の大脳皮質視覚野から200μm程度の薄切切片標本を作製し、刺激電極を白質及びI層に設置した。この標本においてII/III層錐体ニュ-ロンの表面を覆う結合織を除去し顕微鏡下でパッチクランプ電極をニュ-ロン表面におくことが可能となった。その結果、wholeーcell記録により、白質及びI層に低頻度(10秒に1回)にテスト刺激を与え各テスト刺激に対するII/III層ニュ-ロンの興奮性後シナプス電流(EPSC)を膜電位固定下に記録することに成功した。2.シナプス後細胞であるII/III層ニュ-ロンを40ー50mV程度脱分極させると同時に、白質にテスト刺激を与えるというペアリングを1Hzで30回行なうことによってシナプス反応の長期増強が起こることを見いだした。

3.白質テスト刺激とシナプス後細胞の過分極を組み合わせると長期抑圧が起きるかどうかは現在検討中である。4.Ca^<2+>指示薬とディジタル画像顕微鏡を使用した細胞内Ca^<2+>動態の解析は来年度に行なう予定である。本年度のまとめ当研究の解析に適した標本の作製、刺激及び記録法の確立は当初の計画通りに進行し、研究は順調に推移している。研究の目的発達脳視覚野においては、視覚求心路の連続電気刺激によってシナプス伝達効率の長期増強あるいは長期抑圧が起こることが知られている。このようなシナプス伝達効率の変化は発達脳の可塑性の基礎過程と考えられるが、本研究はそのシナプス伝達効率の変化が如何なるメカニズムで起きるのか、あるいは入力条件によっては長期増強ではなく長期抑圧が生じるのはなぜなのか、を明らかにするために計画された。本年度の研究経過1.幼若ラット(生後15-30日)の大脳皮質視覚野から400μm程度の薄切切片標本を作製し、Ca^<2+>螢光指示薬であるrhod-2を細胞内に負荷した。この標本を倒立型螢光顕微鏡のステージ上に置き、螢光強度の変化から神経細胞内Ca^<2+>の濃度変化を観測した。2.VI層と白質の境界に置いた刺激電極から低頻度(10秒に1回)のテスト刺激を与えると、わずかなCa^<2+>増加が認められた。ところが、シナプス長期増強を起こすことが知られている5Hz、1分のテタヌス刺激を与えた場合は著明な増加を引き起こした。3.テタヌス刺激によるCa^<2+>増加は刺激部位から皮質表面へ垂直なコラム状に起きること、及び皮質II/III層で最も顕著であることが判明した。4.この増加は、NMDA受容体の拮抗薬の投与によって有意に抑えられた。一方、L型及びT型の電位依存性Ca^<2+>チャネル拮抗薬はほぼ無効であった。5.長期抑圧を起こす刺激を白質に与えた時に皮質ニューロン内Ca^<2+>動態の解析は来年度に行う予定である。本年度のまとめ当研究の解析に適した標本の作製及びCa^<2+>計測法はほぼ当初の計画通りに確立し、さらにいくつかの新しい知見が得られた。本年度の研究経過1.幼若ラット(生後20-26日)の大脳皮質視覚野から400μm程度の薄切切片標本を作製し、Ca^<2+>螢光指示薬であるrhod-2/AMを細胞内に負荷した。この標本を倒立型螢光顕微鏡のステージ上に置き、II/III層の螢光強度の変化から同層の神経細胞内Ca^<2+>の濃度変化を計測した。同時にIV層に置いた刺激電極から10秒に1回テスト刺激を与え、II/III層の誘発フィールド電位を記録した。2.θバースト状(100Hzで4発のパルス列を5Hzで10回与え、それを10秒間隔で6回繰り返す)のテタヌス刺激をIV層に与えた。
リボソームトンネルの改変によるペプチドへの多数のＤ－アミノ酸の翻訳導入手法の開発

本研究は、ペプチド鎖へのD-アミノ酸導翻訳効率を指標としてペプチド新生鎖配列を分類し、任意のペプチド新生鎖に対して効率よくD-アミノ酸を導入可能なトンネル改変リボソームの開発を目指す。今年度は、研究実施計画に示した「ペプチド新生鎖配列がD-アミノ酸連続導入効率に及ぼす影響の網羅解析」に取り組んだ。D-アミノ酸同様ペプチドへの連続導入効率が低いL-プロリンを再構成無細胞翻訳系で3残基連続導入する際に、各ペプチド新生鎖配列でのペプチジル-tRNAの脱落を定量し、ペプチド新生鎖配列依存的な導入効率変化を評価する系を構築した。8420種類のペプチド新生鎖配列を評価した結果、1残基目のL-プロリンの直前のアミノ酸が極性・帯電性の場合導入が抑制され、疎水性・側鎖が小さい場合導入が促進された。これは任意に選んだ20種類の配列を個別に合成して得た翻訳産物の定量結果と合致し、構築した系の信頼性が担保された。また列間で最大200倍以上の導入効率の差が見られ、ペプチド新生鎖配列依存的なプロリン導入効率の制御という新たな知見を得た。構築した系は容易にD-アミノ酸導入効率の評価に転用可能であり、幅広いペプチド新生鎖配列に対するD-アミノ酸導入効率の評価が期待できる。上記の研究と並行してL-プロリンの連続翻訳導入に失敗した際に起きる現象の詳細を解明した。まず再構成無細胞翻訳系で脱落したペプチジル-tRNAの検出を試みた結果、プロリンの連続導入に応じたペプチジル-tRNAの脱落を世界で初めて解明した。またL-プロリンの連続導入を促進するタンパク質EF-Pを欠損した大腸菌(国立遺伝研NRBPより譲渡)で、L-プロリンを連続して含むタンパク質を発現しその配列を分析した。その結果、N-末端数残基を欠損したタンパク質が検出され、大腸菌内でL-プロリン連続導入によるペプチジル-tRNAの脱落を示唆する結果を得た。今年度は「ペプチド新生鎖配列がD-アミノ酸連続導入効率に及ぼす影響の網羅解析」に取り組んだ。D-アミノ酸同様ペプチドへの連続導入効率が低いL-プロリンを用いて、ペプチド新生鎖配列が導入効率に及ぼす影響を網羅的に解析した。D-アミノ酸またはL-プロリンの連続導入に失敗した場合、ペプチド新生鎖とtRNAがリボソームから脱落し翻訳がmRNAの途中から再開してN-末端側を欠損したペプチドが合成される。RaPIDシステムと呼ばれるスクリーニング系を応用しL-プロリンの導入効率を指標としてペプチド新生鎖配列を選別し、L-プロリン翻訳導入効率に及ぼす影響を網羅的に解析した。現在、この系をD-アミノ酸導入効率評価に用いる検討中である。上記の研究と並行して、翻訳系でL-プロリンの連続導入に失敗した場合に起きる現象の解明にも取り組んだ。まず試験管内翻訳系でリボソームから脱落したペプチジル-tRNAの検出を試みた。L-プロリンを3残基連続して含むペプチドを発現したのち酵素で処理した後LC-MS/MSで分析した結果、ペプチジル-tRNA脱落の証拠を得た。次に、大腸菌でタンパク質へL-プロリンを連続導入した際にペプチジル-tRNAが脱落するか検証した。L-プロリンの導入を促進するEF-Pタンパク質を欠損した大腸菌株を用いてL-プロリンを連続して含むタンパク質を発現した。精製したタンパク質をプロテアーゼで消化した後LC-MS/MSで分析した結果、N-末端数残基を欠損したタンパク質由来のペプチド断片が観測された。現在この大腸菌株にプラスミドを用いてEF-Pを導入し、N-末端数残基を欠損したタンパク質の合成が抑制されるか検証中である。本年度は、多様なペプチド新生鎖に対するD-アミノ酸導入効率を網羅的に解析し、結果に基づいて構築したトンネル改変リボソームを用いてD-アミノ酸翻訳導入効率を評価する。昨年度までに構築したL-プロリン連続導入効率のペプチド新生鎖配列依存性を評価する系を転用し網羅的に解析する。野生型リボソームを含む再構成無細胞翻訳系で、ピューロマイシンと結合されたmRNAライブラリを翻訳してペプチド新生鎖ライブラリを合成し、D-アミノ酸連続導入効率の高い配列を選び出す。D-アミノ酸は、D-セリン、D-アラニンまたはD-グルタミンをそれぞれ別個に2残基連続で導入する。D-アミノ酸連続導入に成功したペプチド新生鎖のみにピューロマイシンを介してmRNAを結合し逆転写したのち回収する。得たcDNAを次世代シークエンサーで解析し、D-アミノ酸導入効率を指標にしてペプチド新生鎖が及ぼす影響を評価する。個々のペプチド新生鎖配列へのD-アミノ酸連続導入効率をLC-MSで評価し、ペプチド新生鎖配列がD-アミノ酸導入効率を制御することを確認する。次に、ペプチド新生鎖と相互作用するリボソームトンネル構成要素を改変した変異体大腸菌リボソームを構築する。リボソームトンネル中の23S rRNAとリボソームタンパク質(RP)L4及びRP L22に改変を施す。これらのrRNAまたはRPの遺伝子に変異を加えた大腸菌を発現し、変異体リボソーム1種類ずつにD-アラニンの連続導入を試み、導入効率をLC-MSで評価し導入効率が高い個体を探索する。高い導入効率を示したrRNAとRPの変異情報を獲得し、複数の変異を組み合わせた変異体リボソームを調製してD-アラニン連続導入効率を評価する。

最も高い導入効率を示す変異体リボソームが野生型リボソームで導入効率が低いペプチド新生鎖にも効率よくD-アミノ酸を導入することを確認する。本研究は、ペプチド鎖へのD-アミノ酸導翻訳効率を指標としてペプチド新生鎖配列を分類し、任意のペプチド新生鎖に対して効率よくD-アミノ酸を導入可能なトンネル改変リボソームの開発を目指す。今年度は、研究実施計画に示した「ペプチド新生鎖配列がD-アミノ酸連続導入効率に及ぼす影響の網羅解析」に取り組んだ。D-アミノ酸同様ペプチドへの連続導入効率が低いL-プロリンを再構成無細胞翻訳系で3残基連続導入する際に、各ペプチド新生鎖配列でのペプチジル-tRNAの脱落を定量し、ペプチド新生鎖配列依存的な導入効率変化を評価する系を構築した。8420種類のペプチド新生鎖配列を評価した結果、1残基目のL-プロリンの直前のアミノ酸が極性・帯電性の場合導入が抑制され、疎水性・側鎖が小さい場合導入が促進された。これは任意に選んだ20種類の配列を個別に合成して得た翻訳産物の定量結果と合致し、構築した系の信頼性が担保された。また列間で最大200倍以上の導入効率の差が見られ、ペプチド新生鎖配列依存的なプロリン導入効率の制御という新たな知見を得た。構築した系は容易にD-アミノ酸導入効率の評価に転用可能であり、幅広いペプチド新生鎖配列に対するD-アミノ酸導入効率の評価が期待できる。上記の研究と並行してL-プロリンの連続翻訳導入に失敗した際に起きる現象の詳細を解明した。まず再構成無細胞翻訳系で脱落したペプチジル-tRNAの検出を試みた結果、プロリンの連続導入に応じたペプチジル-tRNAの脱落を世界で初めて解明した。またL-プロリンの連続導入を促進するタンパク質EF-Pを欠損した大腸菌(国立遺伝研NRBPより譲渡)で、L-プロリンを連続して含むタンパク質を発現しその配列を分析した。その結果、N-末端数残基を欠損したタンパク質が検出され、大腸菌内でL-プロリン連続導入によるペプチジル-tRNAの脱落を示唆する結果を得た。今年度は「ペプチド新生鎖配列がD-アミノ酸連続導入効率に及ぼす影響の網羅解析」に取り組んだ。D-アミノ酸同様ペプチドへの連続導入効率が低いL-プロリンを用いて、ペプチド新生鎖配列が導入効率に及ぼす影響を網羅的に解析した。D-アミノ酸またはL-プロリンの連続導入に失敗した場合、ペプチド新生鎖とtRNAがリボソームから脱落し翻訳がmRNAの途中から再開してN-末端側を欠損したペプチドが合成される。RaPIDシステムと呼ばれるスクリーニング系を応用しL-プロリンの導入効率を指標としてペプチド新生鎖配列を選別し、L-プロリン翻訳導入効率に及ぼす影響を網羅的に解析した。現在、この系をD-アミノ酸導入効率評価に用いる検討中である。上記の研究と並行して、翻訳系でL-プロリンの連続導入に失敗した場合に起きる現象の解明にも取り組んだ。まず試験管内翻訳系でリボソームから脱落したペプチジル-tRNAの検出を試みた。
百日咳発症におけるタンパク性毒素の役割の解析

本研究では、百日咳の発症と百日咳菌が産生する個々の病原因子との関連性を明らかにするため、1)百日咳症の動物実験モデルを作製し、2)実験モデルにおける各毒素の発現量、消長、組織特異性等を検討し、3)本研究の結果と、これまでに理解されている各毒素の分子作用特性に基づいて、百日咳症の発症機構を解明する。まず、2)を達成するため、毒素の高感度検出系の構築を試みた。一般に、細菌毒素は極微量でその効果を発揮するため、感染の場において有効量の毒素を組織から検出することは極めて困難である。そこで毒素の細胞内標的分子が毒素作用によって特異的な修飾を受けることに注目し、標的分子の毒素作用後の産物を検出することによって毒素の作用を追跡するという方針を立てた。壊死毒(DNT)は既知の細菌毒素には見られないトランスグルタミナーゼ活性を持ち、細胞内の低分子量GTP結合タンパク質Rhoをポリアミン化あるいは脱アミド化する。そこで、DNTの作用局所を検出するための抗脱アミド化および抗ポリアミン化Rho抗体の作製を試みた。抗脱アミド化Rho抗体(α-63E)は、脱アミド化の標的アミノ酸であるGln^<63>を脱アミド化型であるGluに換え、これを含む15アミノ酸残基からなる合成ペプチドを抗原としてウサギを免疫することによって作製した。α-63Eは野生型Rhoには反応せず、脱アミド化されたRhoファミリー蛋白質すべてに反応した。また、同抗体を用いたウエスタンブロットにより細胞内の脱アミド化Rhoを検出することができた。一方、ポリアミン化Rhoの全分子を抗原に用いて、抗ポリアミン化Rho抗体もウサギから作製した。これまで、DNTの作用を受けた宿主細胞からDNTを検出することは不可能であった。本年度の研究において、我々はα-63Eを用いて細胞におけるDNTの作用そのものを検出することに成功した。このことから、実験モデルにおいてDNTの作用の局在や消長を調べるための基本的な条件がほぼ整備されたと考えている。
トンネル磁気抵抗変調型強磁性単電子トランジスタメモリー技術の研究開発

本研究課題では、以下の2テーマを目的としている。(1)様々なゲート構造を有する強磁性単電子トランジスタの作製技術を確立し、素子特性のより詳細な検討を行い、基本3端子素子としての基礎特性を把握する。(2)ゲート電極にRC直列回路を有するRC結合型強磁性単電子トランジスタを用いたメモリー素子を作製し、電荷と磁気(スピン)を記憶量とする新しいメモリー素子技術の研究開発を行う。繰越年度(平成19年度)では、前年度に明らかとなったNi系プレナー型強磁性トンネル接合における低温下での100%を越える磁気抵抗効果の発現現象を検討するため、接合の強磁性電極構造と磁化配列状態の関係をマイクロマグネティクスシミュレーションにより計算した。これより、プレナー型の強磁性トンネル接合では、安定な磁気抵抗特性の発現及び制御には最適な強磁性電極形状が存在することが明らかとなった。特に、反平行磁化配列状態の維持には電極形状のアスペクト比や電極の形成位置が重要であることが明らかとなった。更に、このプレナー型強磁性トンネル接合を用いて、強磁性単電子トランジスタの作製を行った。エレクトロマイグレーションを応用した簡便なナノデバイス作製プロセスを新たに開発し、Ni系容量結合型デバイスを作製した。デバイスサイズの精密な制御により、室温において非常に安定な素子動作特性を達成した。これより、強磁性単電子トランジスタの振る舞いに関する特徴的な知見を得ることが出来、今後の研究展開に向けての素子特性の着実な理解と電気的・磁気的特性の把握に成功した。本研究課題では、(1)様々なゲート構造を有する強磁性単電子トランジスタの作製技術を確立し、素子特性のより詳細な検討を行い、基本3端子素子としての基礎特性を把握する。を目的としている。初年度(平成16年度)では、「各種変調ゲート構造を有する強磁性単電子素子群における作製技術の確立」を年度目標として、研究開発を行った。具体的には、様々な変調方式を有する強磁性単電子デバイスファミリーを作製するための、ユニークな10nm級ナノリソグラフィー手法の確立を行った。実際には、Ni, Fe, Coなどの強磁性金属に対して走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いた局所反応場制御リソグラフィー技術を適用し、微細加工条件やSPMパラメータの最適化を行った。これより、本研究にて、タッピングモードを用いたSPM局所酸化ナノリソグラフィーを新規に提案・開発し、線幅15nmというナノリソグラフィーが可能であることを明らかにした。更に、本手法を用いて、プレナー型Ni系強磁性トンネル接合ダイオードを作製した。作製した素子の電流電圧特性を17300Kにて測定した結果、明瞭な整流特性を示し、Ni酸化物細線が電子に対するバリアーとして作用していることが明らかとなった。また、素子の磁気抵抗特性では、初期的な結果ながら17Kにおいて10100%の磁気抵抗変化率が得られた。これより、本手法を磁性ナノデバイスの作製に適用出来る可能性が示された。を目的としている。第2年度(平成17年度)では、前年度に確立した走査型プローブ顕微鏡(SPM)局所反応場制御リソグラフィー法により、「強磁性単電子素子の構成要素であるプレナー型強磁性トンネル接合作製技術の確立」を年度目標として、研究開発を行った。RC結合型強磁性単電子トランジスタを実現するためには、その基本要素であるプレナー型構造を有する強磁性単一トンネル接合の詳細な評価が必須である。具体的には、Ni,Fe,NiFeの強磁性金属に対して、前年度に提案・開発した新しいナノリソグラフィー技術であるタッピングモードを用いたSPM局所反応場制御リソグラフィー法を用いてプレナー型強磁性単一トンネル接合素子を作製し、電気的特性・磁気抵抗特性の評価を行った。形状磁気異方性を導入したNi系素子では、16Kにおいて180%を越える巨大な磁気抵抗変化率が得られた。また、Fe系素子では室温において30%、NiFe系素子では室温において7%の磁気抵抗変化率が得られた。これより、強磁性金属材料と素子構造、磁気抵抗変化率の関連が明らかとなり、RC結合型強磁性単電子トランジスタの実現に最適な強磁性金属材料の検討に対する有効な知見を得ることが出来た。

これより、プレナー型の強磁性トンネル接合では、安定な磁気抵抗特性の発現及び制御には最適な強磁性電極形状が存在することが明らかとなった。特に、反平行磁化配列状態の維持には電極形状のアスペクト比や電極の形成位置が重要であることが明らかとなった。更に、このプレナー型強磁性トンネル接合を用いて、強磁性単電子トランジスタの作製を行った。エレクトロマイグレーションを応用した簡便なナノデバイス作製プロセスを新たに開発し、Ni系容量結合型デバイスを作製した。デバイスサイズの精密な制御により、室温において非常に安定な素子動作特性を達成した。これより、強磁性単電子トランジスタの振る舞いに関する特徴的な知見を得ることが出来、今後の研究展開に向けての素子特性の着実な理解と電気的・磁気的特性の把握に成功した。
クローンマウスの作出効率に及ぼすES細胞の分化度の影響

ES細胞をドナー核としたクローンマウス作出の可否とそれらES細胞のキメラマウスの生殖系列への寄与との相関を明らかにする目的で、近郊系C57BL/6J(B6J)マウスから樹立したES様細胞からクローンマウスの作出を検討するとともにその細胞が生殖細胞への分化能を有するかを検討した。クローンマウスの作出は、先の報告と同様に、ES様細胞を単独で培養し、M期に細胞周期を同調したものを除核未受精卵に導入してクローンマウスの作出を行った。また、これと平行してフィーダー細胞上でES様細胞を培養し、ホスト胚であるICRの胚盤胞に注入しキメラマウスの作出を行った。今回用いた6株のES細胞は形態的に若干の差があるものの、AP染色によって全株で未分化状態を維持していることが確認された。また、正常核型の割合は、20-90%の幅にあった。クローンマウスの作出では、6株のES様細胞から構築した胚の桑実胚/胚盤胞への発生率は43.6%(175/401)であり、株ごとの差はあまり見られなかった。胚移植の結果、クローン個体を得ることはできていないが、26.7%(46/172)が着床しており、その内2株から計7つの胎盤のみの形成が確認された。また、キメラの作出については、6株全てからキメラマウスが得られているが、そのキメリズムには10-95%の幅があり、交配試験により2株で生殖細胞への分化が確認された。本研究に用いたES細胞は全株とも比較的形態的な未分化度が維持されていたが、キメラマウスにおける生殖細胞への分化が確認された2株ですらクローンマウスの作出には到らなかった。しかし、胎盤が得られた2株の形態および正常核型の割合は、他のものと比べ比較的高いものであった。このことから、個体の形成には、未分化および正常核型の安定した維持が必要であると考えられた。クローンマウスを作出するためのドナー細胞であるES細胞の個体への発生能を予め調べることは、クローンマウスを作出する上で重要である。そこで、今期はB6CBF1マウス由来ES細胞であるTT2株に変異oviduct-specific glycoprotein gene (OGP)を導入した4つのsnbline(B16,B133,3-47およびA-27)からのクローンマウスへの発生能を検討した。繊維芽細胞からのクローンマウスの作出と同様にして培養シャーレに直接ES細胞を播種し、M期に細胞周期を調整したものを核移植のドナーとしてクローンマウスの作出を行った。その結果、不活化HVJによるB16、B133、3-47およびA-27の除核未受精卵との融合率は、65.2%(1257/1927)、64.4%(343/533)、63.1%(401/636)および36.6%(190/519)であり、Sr^<2+>による融合卵の正常活性化(1前核1極体)率は78.8%(990/1257)、72.9%(250/343)、79.1%(317/401)および66.8%(127/190)であった。それらを培養したところ胚盤胞への発生率(胚盤胞数/培養数)は、57.5%(565/983)、59.8%(149/249)、48.6%(154/317)および66.9%(85/127)であった。最終的なクローンマウスの作出率(クローンマウス/培養胚数)は、2.0%(20/983)、0%(0/249)、0.6%(2/317)および1.6%(2/127)であり、個体を得ることができないsublineもあった。このように同一の遺伝的バックグラウンドを持ち、さらに同じ遺伝子操作をしたsubline間で個体への発生能が異なることがわかった。このことは今後クローンマウスの作出を検討する上で、一つのsublineのみを用いることの危険性を有することを示唆している。今後は実験動物学上重要と考えられるC57BL/6Jマウスから樹立したES細胞からクローンマウスの作出を検討するとともにキメラマウスの作出、分化誘導したES細胞からのクローンマウスの作出および核型のチェックを行っていく。

クローンマウスの作出では、6株のES様細胞から構築した胚の桑実胚/胚盤胞への発生率は43.6%(175/401)であり、株ごとの差はあまり見られなかった。胚移植の結果、クローン個体を得ることはできていないが、26.7%(46/172)が着床しており、その内2株から計7つの胎盤のみの形成が確認された。また、キメラの作出については、6株全てからキメラマウスが得られているが、そのキメリズムには10-95%の幅があり、交配試験により2株で生殖細胞への分化が確認された。本研究に用いたES細胞は全株とも比較的形態的な未分化度が維持されていたが、キメラマウスにおける生殖細胞への分化が確認された2株ですらクローンマウスの作出には到らなかった。しかし、胎盤が得られた2株の形態および正常核型の割合は、他のものと比べ比較的高いものであった。このことから、個体の形成には、未分化および正常核型の安定した維持が必要であると考えられた。
半乾燥地域における地下水と地表水との交流関係に関する研究

本研究では、地下水ー地表水を一体の水循環系として位置づけ、安定同位体、無機溶存成分等のマルチトレーサーを用いた解析により、チュニジア北部および中国西部の内陸流域および沿岸流域を対象とし、地表水ー地下水循環系の解明を行うとともに、地下水涵養に果たす貯水池起源水成分および塩水起源水成分の寄与率を検討した。中国西部の内陸流域においては、山地から平野への地形的境界域において、地表水から地下水への局地的な涵養が生じていることが示された。チュニジア北部の内陸および沿岸流域では、浅層地下水涵養に占める貯水池の役割が25%から50%と推定された。これを量的に評価すると、最大で1500 mm/日に相当した。チュニジア北部Cap-Bon地域、および中国白洋淀流域等を中心とし、河川水、地下水、湧水等の水文調査を実施するとともに、水サンプルの採集を行い、無機溶存成分、同位体分析等を行った。併せて、地下水位の観測、河川流量の観測等も行い、トレーサー解析と水文解析結果の融合により、地表水と地下水との交流関係について、検討を行った。Cap-Bon地域では、海岸部において地下水位の顕著な低下と、海水の浸入を示唆するデータが得られ、季節的な地下水位の変動に伴い、こうした地表水と地下水との交流関係が、動的に変動することが示唆された。さらに、チュニジア北半分の全域において、地表水、および浅層地下水のサンプリングを行うとともに、これら地域において、継続的な降水サンプルの採取体制を構築した。こうして得られた水サンプルは、水素・酸素安定同位体を中心とした同位体分析に供し、チュニジア北半分全域の陸水安定同位体マップを作成した。このデータをもとに、チュニジアにおける陸水の起源や再循環過程について解析を実施し、当地域の水循環過程を検討する上での基盤情報を整備した。チュニジアではこれまで、IAEAによる降水サンプリング地点が、4カ所あったのみで、地表水の安定同位体データは、皆無であった。本研究のセータセットは、チュニジアにおける同位体水文学研究のレベル向上に寄与し、またきわめて貴重である。一方、中国白洋淀流域においても、河川水、浅層地下水、深層地下水、湧水等のサンプリングと無機溶存成分、安定同位体等の分析を実施した。その結果、一部において浅層地下水と深層地下水の交流を示唆するデータが取得された。平成24年度は、こうしたデータの解析を進めるとともに、フィールド調査を継続し、データの検証等を行う予定である。半乾燥域である、チュニジア北部の沿岸流域および内陸流域、中国白洋淀湖流域等を中心とし、河川水、地下水、湧水等の水文調査を実施するとともに、水サンプルの採取を行い、無機溶存成分、同位体分析等を用いたマルチトレーサー解析をを行った。チュニジア北部地域の内陸流域では、とくに乾期において、河川と地下水との流出・涵養域が小スケールで変動するため、河川の流量の空間変動がきわめて大きい特徴が認められた。さらに、河川から地下水への涵養量を、河川流量の変動と安定同位体・無機溶存成分を用いた物質収支解析により求めると、日量最大約1 mmと、顕著に大きな地下水涵養が河川水により生じていることが示された。このことは、半乾燥域の地下水ー地表水交流プロセスに関し、きわめて重要な知見を加えたものとして、評価される。中国白洋淀湖流域では、保定市等、地下水過剰揚水地域近傍において、深層の地下水において安定同位体比特性に、浅層地下水のそれが一部みられるという特徴が認められた。地下水水頭に関する既存のデータ等を考慮すると、地下水の過剰揚水に伴い、揚水深度近傍で水理水頭の顕著な低下が生じ、それを補填するために比較的浅層の水理水頭も低下を生ずることで、浅層帯水層から深層の帯水層に向けた、鉛直下方方向の誘発涵養が生じていることが示唆された。以上のように、半乾燥域における地表水および地下水資源を考える上で、地表水ー地下水、浅層地下水ー深層地下水という、異なる水体あるいは異なる帯水層間における水の交流関係が、きわめて重要であることがデータにより示され、半乾燥域水文学にとって、重要でかつ新たな知見が加えられた。チュニジア北部地域、および中国白洋淀流域等を主たる対象に引き続き、河川水、地下水、湧水等の水文調査を実施するとともに、水サンプルの採集を行い、無機溶存成分、同位体分析等を行った。

チュニジア北半分の全域において、地表水、および浅層地下水のサンプリングを行い、水素・酸素安定同位体を中心とした同位体分析に供し、チュニジア北半分全域の陸水安定同位体空間分布を明らかにした。このデータをもとに、チュニジアにおける陸水の安定同位体比を、地形条件等により再現するモデルを構築し、対象地域における陸水安定同位体比におけるポテンシャル・マップを作成した。一方、中国白洋淀流域においても、河川水、浅層地下水、深層地下水、湧水等のサンプリングと無機溶存成分、安定同位体等の分析を実施した。その結果、源流域、中流域、流出域における同位体、溶存成分特性に顕著な違いが見られること、深度100mを越える被圧地下水においても、硝酸イオンが検出されるなど、浅層地下水の被圧地下水への浸入が示唆されるデータが獲得された。半乾燥地域において、地下水は重要な水資源の一つであるが、その涵養、流動、流出という一連の循環過程は、気候、地質、地形、植生等の地域条件による多様性が極めて顕著であるため、不明な点がまだ多い。とくに、地下水と地表水の関係をフィールドにおいて実証的に解明した研究例は多くない。本研究では、地下水ー地表水を一体の水循環系として位置づけ、安定同位体、無機溶存成分等のマルチトレーサーを用いた解析により、チュニジア北部および中国西部の内陸流域および沿岸流域を対象とし、地表水ー地下水循環系の解明を行うとともに、地下水涵養に果たす貯水池起源水成分および塩水起源水成分の寄与率を検討した。中国西部の内陸流域においては、山地から平野への地形的境界域において、地表水から地下水への局地的な涵養が生じていることが示された。また流域下流部の貯水池において、地下水涵養が顕著であることが示された。チュニジア北部の内陸および沿岸流域では、浅層地下水涵養に占める貯水池の役割が25%から50%と推定された。これを量的に評価すると、最大で1500 mm/日に相当した。涵養が生じている場所が、貯水池の近傍やそこから流出した水流近傍に限られるとしても、当地域の年平均降水量が400 mm 600 mmであることを考慮すると、地表水から地下水への涵養はきわめて重要な役割を果たしていると言える。さらにチュニジア北部の沿岸地域では、上流側に貯水池がある流域とない流域において地下水の塩水化の程度を比較した。その結果貯水池のある流域において、地下水中の塩素イオン濃度が顕著に低く、また地下水に占める貯水池起源水の影響が高いことが示された。このことから、貯水池が地下水への海水の影響を制御する効果があることが示された。本研究により、半乾燥域の地下水において地表水の果たす量的・質的効果が、重要であることが実証的に示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。水文科学26年度が最終年度であるため、記入しない。フィールドにおけるデータが順調に収集されている。フィールドにおけるデータが順調に収集され、解析が進捗している。現地観測、サンプリング、同位体等分析、解析、モデル化等が、ほぼ予定どおり進捗している。昨年度収集したデータを解析する予定である。これまでに収集したデータを解析し、対象地域における地下水ー地表水循環プロセスに関するモデルを構築するとともに、半乾燥域の水循環系に関し普遍的な知見を整理する。引き続き、現地調査等を進めるとともに、モデル化に向けてデータの不足している地域等において集中的にサンプリングを行う等、取捨選択した現地調査を実施していく。