hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
野生動物の生息域拡大期における都市防衛システムの開発に関する環境学研究

アーバンワイルドライフ問題を抱えた国や地域では野生動物の出没の度にダメージコントロールに終始し、これを実施する行政機関や請負業者と地域コミュニティーとの協調性が求めらる。ケニアでは、問題に対応する国家機関のイニシアティブの多くを地域コミュニティーに委譲する動きが出ている。とりわけ都市内部と周辺部における土地所有に関する私的所有権の強化が問題を複雑化させ駆除捕獲の手法も都市住民への配慮が求められている。実績概要に記したように都市工学、都市デザイン分野との連携の準備が遅れている他はおおむね計画に沿って進展している。特に都市防衛システムに関する研究者間の現状認識と手法上の相互理解が深まり、法制度的枠組みと現実的防衛システムの構築へ向けての基礎研究という本研究課題が具体的活動として形を成してきたといえる。中でもアフリカとアメリカ等の海外事例、国内における都市周辺の事例研究については当初の予測よりも多くのデータを入手できたと評価している。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境学(文化人類学、民俗学、地理学)現状において工学系研究者との議論を具体的に進展させるため都市計画法や河川工学、応用生態工学などの研究者との連携を進める必要があり、最終年度となる27年度の大きな課題となっている。このため協力を要請する研究者の人選を急ぎ、6月27・28日(山形市)に開催される「ブナ林と狩人の会:マタギサミット」および7月25日に東京大学で開催する本研究課題シンポジウムまでに工学系研究者との連携を実現したい。また本研究課題の次なる展開に関する議論を進め、アーバン・ワイルドライフ研究と都市防衛システム構築議論の普及啓発を急ぎたい。"Urban Wildlife Management"の概念を研究者間で共有し、具体的国内外の事例と照らし合わせながら、これをどのように日本国内に見合った概念として再構築し実践プログラム化すべきか、また再構築や実践プログラム化にはどのような分野の協力が不可欠かなど、議論は当初の見込みよりも具体的な進展を見ている。平成20年25年にかけての都市周辺における被害、出没事例のデータベース化は順調に進んでおり、本年度内にまとめられる見込みとなった。また海外調査地のケニア、アメリカ、極東ロシアに関しても協力体制をスムーズに構築できたことは今後の研究に加速度を与えるに十分な成果といえる。但し、国内学会におけるアーバン・ワイルドライフ研究の環境作りに関しては順調とはいえず「おおむね順調」という評価となった。これに対応するために都市及び周辺住民の合意形成に関する環境倫理学的理論化を進め、実践的対応モデルの強化を図るため、連携研究者から研究分担者を2名増員し全体の底上げを図ることとした。さらに都市工学、都市デザイン系研究者との議論を開始するための準備をより加速する必要がありそうである。このため既述した環境倫理分野、北海道札幌市などのアーバン・ベアに関する具体的議論が可能な研究者を追加したのはこのためである。
パラジウム触媒を用いたレトロアリル化を鍵とする新規有機合成反応の開発

近年、当研究室において、パラジウム触媒による第三級ホモアリルアルコールのレトロアリル化を利用したハロゲン化アリールの位置および立体特異的アリル化反応を見いだし、すでに報告している。今回、このレトロアリル化反応が六員環いす型遷移状態を通る事を利用して、従来の方法では合成がより煩雑となりうる多置換アリルベンゼン誘導体の合成を試みた。また、出発物質のホモアリルアルコールの合成法を見直し、多置換ホモアリルアルコールを簡便に合成する方法を確立した。一方、昨年度申請者らは、パラジウム触媒と塩基存在下第三級アリルアルコールとハロゲン化アリールを反応させると、分子内環化に続くカップリング反応が進行し、アリール化されたエポキシドが得られることを見いだし、既に報告した。そこで、基質をアリルアルコールからアリルアミンに変えれば先と同様に反応が進行し、アジリジンが得られるのではないかと予想した。種々のN-アリールアリルアミンとハロゲン化アリールに対して、触媒量のトリスジベンジリデンアセトンジパラジウムとSPhos、塩基としてtert-ブトキシナトリウムを加えてトルエン中加熱還流したところ、目的物であるアジリジンが高収率で得られた。さらに、詳細な反応機構に関しての研究を行った。アミノ基の根元にフェニル基とメチル基が置換したアリルアミンのオレフィンの末端に重水素を導入し、本アジリジン化反応を行った。生成物の相対配置より本反応はパラジウムアミド中間体からのsyn-アミノパラデーションを経由して反応が進行している事が明らかとなった。さらに、2)の研究を行っている中で、窒素原子上の置換基をアリール基からアミド基へ変えて反応を行ったところ、オレフィンに対して酸素原子側から分子内環化反応が進行し、アリール化されたオキサゾリンが得られる事を見いだした。当研究室で近年見いだされた、パラジウム触媒存在下での第三級ホモアリルアルコールのレトロアリル化を利用したハロゲン化アリールのアリル化反応の効率化を試みた。すなわち、マイクロ波照射下で反応を行うことにより、200°Cから250°Cの高温条件下での反応が可能となった。その結果、今までの数時間要する反応がわずか15分で完結し、対応するアリル化体を位置および立体特異的に得ることに成功した。また、触媒の量も従来の5モルパーセントから0.05モルパーセントに減ずることができた。さらに、出発物質のホモアリルアルコール上にシリル基を持たせることにより、有機合成上有用な化合物であるアルケニルシランの合成を行った。レトロアリル化反応が六員環いす型遷移状態をとって進行するのを利用して、様々なアルケニルシランを位置および立体特異的に合成することができた。一方、ロジウム触媒によるホテリルアルコールのレトロアリル化によるアリルロジウムの発生にも成功している。アリルロジウムのアルデヒドへの付加反応を前年度報告したが、この系に関しても先に述べたマイクロ波照射下での反応が効果的であることを見いだした。さらに、求電子剤としてアクリル酸エステルを用いると、1,4-付加反応が進行することが明らかとなった。これまでパラジウム触媒を用いて種々のアリル化反応を試みた中で、アリルーアリル交差カップリング反応は反応中間体であるビス-π-アリルパラジウムからの還元的脱離がβ-水素脱離と競合するために、用いることのできる基質に制限があった。しかしながら、ニッケル触媒を用いればこの問題を解決できること明らかとなった。すなやち、アリルカーボナートと第三級ホモアリルアルコールを出発物質として、生じたアリル(アルコキシ)ニッケルからのレトロアリル化、続く還元的脱離により目的するカップリング体である1,5-ヘキサジエンを得ることに成功した。これまで用いてきた第三級ホモアリルアルコールのかわりに第三級ホモプロパルギルアルコールを用いれば、同様にレトロプロパルギル化が進行しアレニルメタルが発生するのではないかと考えた。実際に、パラジウム触媒存在下、ハロゲン化アリールとホモプロパルギルアルコールを反応させたところ、対応するアリールレンが生成することを見いだした。1,3-ジエンはDiels-Alder反応に代表される、重要な反応中間体である。2-アリール-1,3-ジエンの合成法としては、パラジウム触媒によるハロゲン化アリールとジエニル金属反応剤の交差カップリング反応が挙げられる。しかしながら、一般にジエニル金属反応剤は調製が困難であるうえ、ホモアレニルメタルの間に平衡が存在するため、位置選択性の制御が困難である。申請者は、第三級3,4-アルカジエノールをジエニル金属反応剤等価体として用いることができないかと考えた。触媒量のパラジウムと塩基存在下、種々のハロゲン化アリールと第三級3,4-アルカジエノールをトルエン中で加熱還流したところ、目的物である2-アリール-1,3-ジエンが中程度から良好な収率で得られた。この結果は、中間体であるパラジウムアルコキシドからレトロアリル化が進行し、ジエニルパラジウムが生成していることを示唆している。電子求引性の置換基を有するハロゲン化アリールとの反応においては、生成した1,3-ジエン同士がDiels-Alder反応によって二量化するのを抑制するために、N-メチルピロールを量論量加えることで対応する2-アリール-1,3-ジエンを位置選択的に得ることに成功した。また、第三級アリルアルコールとハロゲン化アリールをパラジウム触媒と塩基存在下反応させると、分子内環化反応が進行し、アリール化された多置換エポキシドが得られることを見いだした。

本反応は、(1)零価のパラジウムに対するハロゲン化アリールの酸化的付加、(2)第三級アリルアルコールとアリールパラジウムの配位子交換によるパラジウムアルコキシドの生成、(3)分子内のオレフィンに対するパラジウムー酸素結合の挿入、(4)還元的脱離、のサイクルにより反応が進行していると考えている。本反応は、炭素ー炭素結合と炭素ー酸素結合を一度に構築することができるのが大きな特徴である。近年、当研究室において、パラジウム触媒による第三級ホモアリルアルコールのレトロアリル化を利用したハロゲン化アリールの位置および立体特異的アリル化反応を見いだし、すでに報告している。今回、このレトロアリル化反応が六員環いす型遷移状態を通る事を利用して、従来の方法では合成がより煩雑となりうる多置換アリルベンゼン誘導体の合成を試みた。また、出発物質のホモアリルアルコールの合成法を見直し、多置換ホモアリルアルコールを簡便に合成する方法を確立した。一方、昨年度申請者らは、パラジウム触媒と塩基存在下第三級アリルアルコールとハロゲン化アリールを反応させると、分子内環化に続くカップリング反応が進行し、アリール化されたエポキシドが得られることを見いだし、既に報告した。そこで、基質をアリルアルコールからアリルアミンに変えれば先と同様に反応が進行し、アジリジンが得られるのではないかと予想した。種々のN-アリールアリルアミンとハロゲン化アリールに対して、触媒量のトリスジベンジリデンアセトンジパラジウムとSPhos、塩基としてtert-ブトキシナトリウムを加えてトルエン中加熱還流したところ、目的物であるアジリジンが高収率で得られた。さらに、詳細な反応機構に関しての研究を行った。アミノ基の根元にフェニル基とメチル基が置換したアリルアミンのオレフィンの末端に重水素を導入し、本アジリジン化反応を行った。生成物の相対配置より本反応はパラジウムアミド中間体からのsyn-アミノパラデーションを経由して反応が進行している事が明らかとなった。さらに、2)の研究を行っている中で、窒素原子上の置換基をアリール基からアミド基へ変えて反応を行ったところ、オレフィンに対して酸素原子側から分子内環化反応が進行し、アリール化されたオキサゾリンが得られる事を見いだした。
野生ハナバチを利用した移入植物の地域生態系への影響度評価

本研究では移入植物の地域生態系への影響を明らかにするため、餌資源を花粉および花蜜に依存するハナバチ類に注目し、これらが巣に貯蔵する「花粉団子」に含まれる花粉粒数の比率から移入植物への「依存度」を定量化することを目的としている。調査は沖縄県・西表島で行った。以下に実績の概要を示す。1.分析用の花粉団子を得るため、前年度に島根大学構内において増殖した西表島産オキナワツヤハナバチを巣ごと同島へ持ち込み、島内5ヵ所に各50巣ずつ配置した。また花粉団子の花粉粒を同定するために必要な花粉プレパラートを作製するため、主要開花植物から花粉粒を採集した(2005年5月19日23日実施)。2.5月に設置した巣を回収し、島根大学に持ち帰って解体した。営巣成功率は低く(13.2%)、花粉団子が得られたのは回収した33巣中、わずか3巣に過ぎなかった。花粉団子を構成する花粉粒のうち平均62.5%がタチアワユキセンダングサによるものであった。(6月20日23日実施)。3.追加調査のため、島内5ヶ所においてオキナワツヤハナバチの巣材であるススキ、モンパノキ、クサトベラなどの枯茎を切断、営巣可能な状態にしてトラップ巣とした(10月22日25日実施)。4.これらの一部を回収し、ツヤハナバチの営巣状態を確認した。営巣成功率が比較的良好な地点が発見されたため、ここを拠点として次年度以降に調査を再開することとした(2006年1月2月実施)。島内への外来生物持ち込みを避けるため、在来のハナバチを利用したモニタリングを目指した。実験の前段階である在来種の増殖については一定の成果を収めたが、本来の目的であった花粉団子分析に必要なサンプルを効率的に収集するには、トラップ巣の設置数や回収時期を倍増させるなど、より大規模な調査が必要であることが示唆された。本研究では移入植物の地域生態系への影響を明らかにするため、餌資源を花粉および花蜜に依存するハナバチ類に注目し、これらが巣に貯蔵する「花粉団子」を分析することによって移入植物への「依存度」を定量化することを目的としている。本年度は1.移入植物の現況調査、2.実験用野生ハナバチ(オキナワツヤハナバチ)の増殖を試みた。1.移入植物の現況調査:2004年6月30日7月7日にかけて調査地である西表島において調査区の設定と現況調査を行った。本島を代表する移入植物としてアワユキセンダングサを選定し、本種の相対的な分布量を「山地」、「耕作地・人家周辺」および「海浜」別に計9カ所において調査した。調査場所による局地的な影響があるものの、一般的な傾向として「耕作地・人家周辺」>「山地」>「海浜」の順に相対量は多かった。一方、営巣資材となるススキやクサトベラを採集した結果、オキナワツヤハナバチの営巣率は「海浜」>「耕作地・人家周辺」>「山地」の順で高い傾向がみられた。2.実験用野生ハナバチ(オキナワツヤハナバチ)の増殖:2004年6月30日7月7日および2005年1月30日2月2日に西表島の島内15カ所においてオキナワツヤハナバチの巣および訪花中のメス成虫を採集し、これらを島根大学構内のハナバチ飼養ケージに放飼して増殖を試みた。営巣基となるススキ・モミジイチゴの枯茎および花資源植物を配置し飼養した結果、次年度の実験用個体群として約60巣を確保することができた。

島内への外来生物持ち込みを避けるため、在来のハナバチを利用したモニタリングを目指した。実験の前段階である在来種の増殖については一定の成果を収めたが、本来の目的であった花粉団子分析に必要なサンプルを効率的に収集するには、トラップ巣の設置数や回収時期を倍増させるなど、より大規模な調査が必要であることが示唆された。
シナプス伝達調節におけるホスホリパーゼCβの同期性検出器としての役割

1.内因性カンナビノイドは、シナプス後ニューロンからシナプス前終末への逆行性シグナルとして、シナプス伝達の調節に重要な役割を担っている。カンナビノイドの放出は、脱分極とGq共役型受容体の活性化が同時に起こると著しく促進されることがわかっている。本研究では、カンナビノイド放出における同期性検出器の役割について調べた。2.培養海馬ニューロンを用い、カンナビノイドの放出量はカンナビノイド感受性IPSCの振幅を指標にして、また、ホスホリパーゼC(PLC)活性はTRPC6チャネル(PLC産物であるDAGにより活性化される陽イオンチャネル)電流の大きさを指標にして調べた。その結果、PLCβ1が「脱分極による細胞内Ca2+濃度上昇」と「Gq共役型受容体活性化」の同期性を検出する分子として働き、カンナビノイドの合成を引き起こすことが示された。3.小脳スライス標本標本を用いて、シナプス刺激による内因性カンナビノイド放出について調べた。その結果、I型代謝型グルタミン酸受容体(Gq共役型受容体)、細胞内Ca^<2+>濃度上昇、PLCβ4が必要であることが明らかとなった。したがって、この現象においては、PLCβ4が「細胞内Ca^<2+>濃度上昇」と「I型代謝型グルタミン酸受容体活性化」の同期性検出分子として働いていると考えられた。4.同期性検出器としてすでに知られているNMDA型グルタミン酸受容体が、カンナビノイド放出を引き起こすことができるかどうかを、培養海馬ニューロンを用いて検討した。IPSCの振幅を指標にしてカンナビノイド放出を調べたところ、NMDA受容体の活性化によりカンナビノイドが放出されることが確認された。5.神経活動は、NMDA受容体とPLCβという二つの同期性検出分子を介して内因性カンナビノイドを放出させ、逆行性にシナプス伝達を調節していると考えられる。
抗酸化食品成分スルフォラファンによる潰瘍性大腸炎病態改善を目指した橋渡し研究

近年、慢性炎症性疾患(IBD)の病態に関与する腸管免疫の亢進を制御する抗体薬品が登場しIBD重症化の防止に寄与している。しかしながら、これらの薬品は安全性、経済性の面で課題があり、安全かつ低コストで長期使用可能な薬剤の開発が望まれる。本研究はブロッコリーに含まれる抗酸化食品成分、スルフォラファン(SFN)の抗炎症作用、及び悪玉腸内細菌抑制作用に着目し、SFNの長期投与がIBDの病態改善に及ぼす影響を動物実験モデルで検討するとともに、潰瘍性大腸炎(UC)患者にSFNを投与して病態改善効果を評価する臨床試験を実施し、SFNのIBD病態制御効果の有無について検討し、そのメカニズムを解明する。
サルコペニア肥満に対する筋肉内異所性脂肪沈着に着目した新規治療法・運動療法の探索

下腿筋に筋毒性薬剤を投与することで筋障害を誘導し、その後の筋再生を検討したところ、糖尿病マウスにおいては、fibro-adipocyte progenitor(FAP)細胞の脂肪組織への分化異常が誘導され、筋肉内に異所性脂肪組織が増加することが示された。この異常分化は大腿動脈の結紮によっても誘導されることから、微小循環障害の関与が示唆された。そのため抗血小板剤投与による血流改善効果がサルコペニア肥満の新規治療薬にならないかを検討したが、筋障害時に微小出血が誘導され脂肪組織の抑制効果は得られなかった。一方で再生途中の骨格筋細胞を取り出して遺伝子発現を検討したところ、脂肪細胞への分化誘導因子だけでなく、骨細胞への分化誘導遺伝子の発現が増加していることが見出された。また、実際に筋肉の組織切片の染色により、筋肉内にカルシウムの沈着が明確に認められ、筋肉内異所性骨化が認められた。この異所性骨化は脂肪分化が起こっている部分と重なることから、FAP細胞の関与が示唆された。すなわち、糖尿病の存在によって、筋肉の再生過程において、間葉系細胞の異常分化が誘導され、本来であれば筋肉細胞が再生されるべきであるにも関わらず、FAP細胞が異常分化を起こし、脂肪組織や骨組織が誘導され筋肉内に沈着することが示唆された。これまで、筋肉内異所性骨化に関しては、遺伝性の要因や外傷・過度の運動などによって誘導されると考えられていたが、糖尿病で誘導されることは殆ど報告されていない。この詳しい誘導メカニズムについてはまだわかっていないが、筋肉内に異所性の間葉系由来の組織の沈着が誘導されるメカニズムにFAP細胞の異常が関与している可能性が示唆され、そのメカニズムについては今後検討を進めて行きたいと考えている。我々はこれまでに、筋障害性薬剤を投与することで筋再生を誘導するモデルを用いることにより、糖尿病マウスでは筋再生がうまく起こらず、筋肉内に存在するfibro-adipocyte progenitor(FAP)細胞の異常分化が誘導されることにより、脂肪組織に分化し、筋肉内異所性脂肪沈着につながり、「サルコペニア肥満」が誘導されることを見出し、現在そのメカニズム解明に向けた検討を進めている。FAP細胞が血管周囲に多く存在することから、糖尿病に伴う微小血管障害が関与するとの仮説を立て、野生型マウスにおいても大腿動脈以下の虚血処置を行うことにより大腿筋を虚血下に置くことにより、糖尿病マウスで認めた現象と同様の結果が誘導されると考え、野生型マウスにおいて大腿動脈を切除し、その後に薬剤性の筋障害を誘導したところ、糖尿病マウスと同様に異所性脂肪沈着の増大を認めた。このことから、虚血が脂肪細胞への分化異常を誘導していると考えられたため、血流の改善により脂肪細胞分化が抑制され、サルコペニア肥満が抑制されるのではと仮説を立て、抗血小板薬を投与した糖尿病マウスで予防効果を検討した。アスピリンとシロスタゾールを一般的な投与量で経口投与した後、薬剤性の筋肉障害を誘導した。しかし、結果は両抗血小板薬投与にて、有意な脂肪沈着の改善効果は見られないばかりか、筋肉内への血球系細胞浸潤により炎症がより惹起されていることが見出された。そのため、血流を改善するような別の薬剤投与を現在検討しており、より有効性のあるサルコペニア肥満に対する薬物加療について検討を進めている。糖尿病マウスで誘導される異所性脂肪沈着の原因に血流の悪化による虚血性障害が関与していると仮定して、野生型マウスを用いて大腿動脈の切除処置を行い、大腿筋以下を虚血下に置き、下腿筋肉の薬剤性障害を誘導したところ、糖尿病マウスで見られた現象と同様の結果が誘導された。そのため、糖尿病に伴う微小血管障害の関与を疑い、抗血小板薬を投与したマウスで予防効果を検討したが、アスピリンとシロスタゾールの投与では、有意な脂肪沈着の改善効果は認められないばかりか、筋肉内への血球系細胞浸潤による炎症が惹起されていることが見出された。シロスタゾールには血管内皮細胞の保護作用の効果もあり、予防効果を期待したが、有益な結果が得られず、血流改善効果を期待した新たな予防メカニズムの検討が必要とされる。この結果については論文等による公表はまだ行っていない。これまでの我々の研究では、筋障害性薬剤を投与することで筋再生を誘導するモデルを用いることにより、糖尿病マウスでは筋再生がうまく起こらず、筋肉内に存在するfibro-adipocyte progenitor(FAP)細胞の異常分化が誘導され、脂肪組織に分化することで筋肉内異所性脂肪沈着が誘導され「サルコペニア肥満」を起こすと考えられ、このメカニズムを基盤として検討を進めてきた。FAP細胞が血管周囲に多く存在することから、糖尿病に伴う微小血管障害の関与を疑い、大腿動静脈を結紮することによる下肢の虚血処置を行うことで、筋障害性薬剤による筋再生を誘導しなくても、また糖代謝の異常がない野生型マウスにおいても筋肉内異所性脂肪沈着が起こりうることが示唆されたことから、糖代謝の異常だけでなく、糖尿病に伴う微小血管障害がこうした異常分化を誘導していると仮定し、抗血小板薬投与による微小血流障害予防効果があるかについて検討を行った。

しかし、アスピリンやシロスタゾールの一般的な投与量で経口投与した後の薬剤性の筋肉障害誘導では、微小血管の出血による影響のためか、筋肉内への血球系細胞浸潤による炎症が惹起され、異所性脂肪沈着の抑制効果は認められなかった。薬剤の少量・長期投与も検討したが、極微量になり効果の比較が難しいことから、微小血管障害の予防による効果を検討するのは現時点では難しいと考えた。そこで、筋再生能の低下がFAP細胞の分化誘導を促すことから、筋再生の低下に伴う免疫・炎症性細胞の変化に着目した検討を進めることとした。糖尿病マウスで誘導される異所性脂肪沈着の原因に血管障害の関与を考えて、抗血小板薬の投与の効果を期待したが、期待した効果が認められなかったことから、血管障害を改善することによる効果を目指すのではなく、血管障害や糖代謝異常による筋障害後の筋再生の低下が筋肉内のFAP細胞の分化異常を誘導することに着目して、筋肉量の減少自体が全身性にもたらす影響があると仮定してそのメカニズムを探索する。具体的には筋再生の低下を筋肉量の低下に置き換え、筋萎縮の誘導によって免疫系細胞の変化や炎症反応の惹起が起こるかについての検討を進める。そのために、坐骨神経切断により筋萎縮を誘導して筋肉量の減少を起こし、それに伴って血中や筋肉内組織中での免疫細胞や炎症性細胞の変化が誘導されるかどうかを検討する。このように筋再生能の低下自体がFAP細胞の異常分化を誘導するメカニズムの解明に力点を置く。上記の結果については論文等による公表はまだ行っていない。下腿筋に筋毒性薬剤を投与することで筋障害を誘導し、その後の筋再生を検討したところ、糖尿病マウスにおいては、fibro-adipocyte progenitor(FAP)細胞の脂肪組織への分化異常が誘導され、筋肉内に異所性脂肪組織が増加することが示された。この異常分化は大腿動脈の結紮によっても誘導されることから、微小循環障害の関与が示唆された。そのため抗血小板剤投与による血流改善効果がサルコペニア肥満の新規治療薬にならないかを検討したが、筋障害時に微小出血が誘導され脂肪組織の抑制効果は得られなかった。一方で再生途中の骨格筋細胞を取り出して遺伝子発現を検討したところ、脂肪細胞への分化誘導因子だけでなく、骨細胞への分化誘導遺伝子の発現が増加していることが見出された。また、実際に筋肉の組織切片の染色により、筋肉内にカルシウムの沈着が明確に認められ、筋肉内異所性骨化が認められた。この異所性骨化は脂肪分化が起こっている部分と重なることから、FAP細胞の関与が示唆された。すなわち、糖尿病の存在によって、筋肉の再生過程において、間葉系細胞の異常分化が誘導され、本来であれば筋肉細胞が再生されるべきであるにも関わらず、FAP細胞が異常分化を起こし、脂肪組織や骨組織が誘導され筋肉内に沈着することが示唆された。これまで、筋肉内異所性骨化に関しては、遺伝性の要因や外傷・過度の運動などによって誘導されると考えられていたが、糖尿病で誘導されることは殆ど報告されていない。この詳しい誘導メカニズムについてはまだわかっていないが、筋肉内に異所性の間葉系由来の組織の沈着が誘導されるメカニズムにFAP細胞の異常が関与している可能性が示唆され、そのメカニズムについては今後検討を進めて行きたいと考えている。現在までの進捗状況について論文公表する方向でデータをまとめる。
初代脳細胞培養系を用いた食品由来のエリスロポエチン産生増強因子の検索

エリスロポエチン(EPO)は、赤血球前駆細胞に特異的に作用して、赤血球への分化と増殖を促進すると信じられてきたが、神経細胞の性質を持つPC12やSN6細胞に機能的なEPO受容体が発現していることを見出した。さらに18日目のラット胎児脳の初代培養を低酸素分圧下で行うことにより、EPOが分泌されることを明らかにした。そこで中枢神経系を構成する細胞群のうちどの細胞がEPOを生産するのかを調べた。その結果、抗グリア繊維性酸性タンパク質抗体に対して陽性を示す細胞(アストロサイト)がEPOを生産していた。これより神経細胞がEPO受容体を発現し、神経細胞をとりまくアストロサイトがEPOを生産していることが判明した。ついで腎臓で生産され血中を流れるEPO(血清EPO)とアストロサイトの生産するEPO(脳EPO)について、性状比較を行った。その結果、脳EPOの方が2倍活性が高く、またレクチンに対する結合性実験より、脳EPOは糖鎖末端のシアル酸含量が血清EPOに比べて少ないことが判明した。シアル酸は、EPOのin vitroの活性発現に阻害的に働くことから、脳EPOは、シアル産をつけないことで活性を高め、パラクライン様式に適応していると考えられた。次にEPO産生脳細胞培養系を用いてEPO産生を増強する因子の検索を行った。材料はきのこの抽出液や緑茶の各成分の抽出液および生体材料などを用いた。しかし食品由来のEPO産生を増強する因子は発見できなかった。ところが驚いたことにインスリンが、EPOの産生を3倍に増強することが判明した。インスリンの主な作用は、食品の摂取によって上昇したグルコースをグリコーゲンに変換することであり、EPO産生にも作用していることは、食品とEPOについて考える上で大変興味深い現象である。一方肝ガン細胞由来のEPO産生細胞HepG2はインスリンによる効果は見られなかった。よってインスリンの効果は脳特異的であると考えられた。
身体・脳・環境の相互作用による適応的運動機能の発現に関する総括研究

計画班および公募班が,本領域の特徴とする生工連携がスムーズにかつ効果的に行えるように,班間の連携を促進した.また,国際シンポジウム,ワークショップの開催,非公開シンポジウムの開催,内部評価の実施,国際会議・国内学会講演会などでのオーガナイズドセッションの企画,移動知教科書シリーズ出版企画,若手の会の支援,ホームページの更新,研究成果・活動記録に関するデータベースの作成などの広報,報告書の作成などを行った.計画班および公募班が,本領域の特徴とする生工連携がスムーズにかつ効果的に行えるように,班間の連携を促進した.また,国際シンポジウム,ワークショップの開催,非公開シンポジウムの開催,内部評価の実施,国際会議・国内学会講演会などでのオーガナイズドセッションの企画,移動知教科書シリーズ出版企画,若手の会の支援,ホームページの更新,研究成果・活動記録に関するデータベースの作成などの広報,報告書の作成などを行った.本研究は,特定領域「移動知発現のためのシステム原理」を円滑に推進するために,総括機能を発揮した.本研究の構成メンバーは,本特定領域研究全体の研究方針の策定,研究項目間の企画調整,研究成果の広報,研究結果に対する評価・助言を行うとともに,統合化に向けてのコーディネイトを行った.具体的には,(1)特定領域の評価のための国際シンポジウムを2005年12月4日に北海道大学学術交流会館第1会議室において開催した.領域代表並びに各班長が講演したとともに海外からの3名の評価委員の先生方も講演をし,相互にディスカッションをした.(2)領域全体の企画,調整のための総括班会議を2005年10月14日(東京大学本郷キャンパス),2005年12月5日(北海道大学),2006年3月6日(東京大学柏キャンパス)の計3回開催した.(3)学会誌「計測と制御」で移動知特集号を企画した(2005年9号).また,以下の学会において,オーガナイズドセッションを企画した.計測自動制御学会システム・情報部門講演会(SSI2005),システムインテグレーション部門講演会(SI2005),自律分散システムシンポジウム,Intelligent Autonomous Systems 9(IAS-9).(4)移動知を広めるための実験実習プログラム(東京大学本郷キャンパス)ならびにチュートリアル(北海道大学/旭川医科大学)を開催した.(5)広報活動の一環としてホームページを作成した.http://www.arai.pe.u-tokyo.ac.jp/mobiligence/.(6)上記の活動をまとめたデータベース化を行い,それを(5)の中の「活動記録」として掲載した.http://www.arai.pe.u-tokyo.ac.jp/mobiligence/act/index.html特定領域研究「移動知」の総括研究として,特定領域研究全体の研究方針の策定,研究項目間の企画調整,研究成果に対する評価・助言を行うとともに,公募方針の決定などを行った.計画班および公募班が,本領域の特徴とする生工連携がスムーズにかつ効果的に行えるように,班ごとのテーマの調整を行い,班間の連携を促進した.総括班会議を2006年6月と2007年3月に開催した.また,国内シンポジウム(2006年6月23日(金)25日(日)に,洞爺サンパレスにて開催),一般公開シンポジウム(2006年12月1日(金)に,理化学研究所和光市において開催),非公開シンポジウム(2007年3月8日(木)10日(土)に,洞爺サンパレスにて開催),チュートリアルの企画・実施(第2回実験実習プログラム:2006年9月4日(月)5日(火)東京工業大学にて.第3回実験実習プログラム:2006年12月4日(月)9日(土)金沢工業大学にて)内部評価の実施(国内シンポジウムで実施),国際会議・国内学会講演会などでのオーガナイズドセッションの企画(IEEE/RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS 2006), SICE-ICCAS Joint Conference 2006(SICE-ICCAS 2006)等),ホームページの構築,研究成果・活動記録に関するデータベースの作成と広報,報告書の作成などを行った.さらに,若手研究者の育成・交流を目的として,「移動知若手の会」を発足させ,そこでの活動を支援した.計画班および公募班が,本領域の特徴とする生工連携がスムーズにかつ効果的に行えるように,班ごとのテーマの調整を行い,班間の連携を促進した.また,国際ワークショップ・国際シンポジウム・非公開シンポジウムの開催,内部評価の実施,国際会議・国内学会講演会などでのオーガナイズドセッションの企画,若手の会の支援,ホームページの構築,研究成果・活動記録に関するデータベースの作成と広報,報告書の作成などを行った.2回の総括班会議および6回の総括班幹事会を実施し,研究課題に関する企画・調整,研究方針策定に関する議論を行った.2007年4月5日(木)6日(金)に,イタリアのUniversity of Paduaにおいて国際ワークショップInternactional Workshop on Mobiligence(Emergence of Adaptive Motor Function throughInteraction among the Body,Brain,and Environment)を開催し,12件の講演が行われた.2007年7月18日(金)20日(日)に,淡路夢舞台国際会議場において国際シンポジウム2nd International Symposium on Mobiligenceを実施した.2008年3月5日(木)7日(土)に,内部評価も兼ねた非公開シンポジウムがホテル松島大観荘において行われた.三日間にわたり,計画班,公募班も含めたすべての研究代表者のオーラルプレゼンテーションおよび個別の研究者によるポスター発表で研究の進捗状況の報告が行われ,質疑応答が行われた.本特定領域研究「移動知」の総括

研究として,特定領域研究全体の研究方針の策定,研究項目間の企画調整,研究成果に対する評価・助言を行うとともに,公募方針の決定などを行った.また,関連研究分野の活性化を目的としたシンポジウムや研究会を企画し,研究成果の一般への広報活動を行うとともに,研究者間の密な情報交換,相互理解と交流を推進する.中間評価,事後評価のみならず,定期的に国際研究集会や国際会議・国内学会学術講演会のオーガナイズドセッションを企画し,研究成果の国際的評価を実施する.さらに,生工連携研究に取り組める人材の育成のため支援活動を実施した.具体的内容を下記に示す.・総括班会議を開催した.・移動知教科書シリーズ出版企画のための出版WGおよび出版編集委員会を行った.・移動知国内ワークショップ「移動知の新展開」を開催した.日時:2008年4月25日(金)13:2018:00.場所:東京大学工学部11号館講堂.・下記のとおり,第2回移動知一般公開シンポジウム「生命と機械の融合から探る移動知」を開催した.日時:2008年10月21日(火)10:0017:00.場所:東京大学先端科学技術研究センター・2009年3月2日(月)4日(水)に,内部評価も兼ねた非公開シンポジウムがホテル松島大観荘において行われた.・チュートリアル,ワークショップ,セミナー,勉強会等を企画し,実施した.例えば,ワークショップ「ロボティックスとバイオロジーの連携による超個体の適応的行動の研究」・移動知若手の会の以下の活動を支援した.(a)(共同企画)2008移動知&比較生理生化学会若手の会共同企画研究会(2008/7/21),(b)用語集の作成.本特定領域研究「移動知」の総括研究として,特定領域研究全体の研究方針の策定,研究項目間の企画調整,研究成果に対する評価・助言を行うとともに,公募方針の決定などを行った.また,関連研究分野の活性化を目的としたシンポジウムや研究会を企画し,研究成果の一般への広報活動を行うとともに,研究者間の密な情報交換,相互理解と交流を推進する.中間評価,事後評価のみならず,定期的に国際研究集会や国際会議・国内学会学術講演会のオーガナイズドセッションを企画し,研究成果の国際的評価を実施する.さらに,生工連携研究に取り組める人材の育成のため支援活動を実施した.具体的内容を下記に示す.・総括班会議を開催した.・移動知教科書シリーズ出版企画のための出版WGおよび出版編集委員会を行った.・第3回移動知国際シンポジウムを開催した.日時:2009年11月19日(木)21日(土).場所:淡路夢舞台国際会議場.・2010年3月1日(月)3日(水)に,内部評価も兼ねた非公開シンポジウムがホテル松島大観荘において行った.・国内学会誌
符号の対称性とその高次元化による符号の高性能化に関する基礎的研究

(1)高次の対称性を持つ符号の構成について明らかにした。ブロックコ-ドを形成する符号のひもを、n次元空間の直交軸に対称性を持つn次元立方体に符号構成する。このため、立方体状の幾何学的な対称性を持つ鎖符号の高次元化を検討し、その手法を明らかにした,。すなわち、(nー1)次元鎖符号を交錯と、直交独立な検査系列を付加することにより、n次元化できることを示すことにより、先の2、3次元の場合の構成法とあわせて、一般次元に拡張できることが示された。(2)これら高次の対称符号に対する訂正不能問題は、検査系列の対称性の陰に隠れる誤りの符号点配列であることを示し、その符号点配列を訂正不能立体と表現するとき、それらの自己同型写像変換群と2を法とする線形結合群が訂正不能立体群である事を明かとし、訂正能力の解明手法を確立した。(3)上の手法を適用した結果、従来の距離限界では与えられないランダム誤りに対する確率的訂正能力が明確に求められた。3次元鎖符号の場合、この訂正能力は距離限界の数倍にも及ぶ高い性能が示された。(4)従来、ランダム誤り、バ-スト誤りの2極的表現で誤りを分離し、それぞれに対する符号の訂正能力を追求してきた。しかし、実際的な立場からすると、2種類に分離することは複合誤り、多重誤りの存在も含めると極めて困難な場合が多い。これら、複合誤り、多重誤りの場合においても、対称符号では、訂正不能立体のみから統一的に誤り訂正問題を扱うことが可能である。鎖符号について、複合誤り、多重誤りの訂正能力およびその関連を明らかにすることができた。また、これらの能力を既存のRS符号等と比較して検討した。(5)高次の鎖符号をn次元多様体(ト-ラス)上に表現することを試み、ト-ラス上の結び目群およびその異性体を用いる暗号化について検討した。
人工呼吸器損傷肺における肺微小循環中の白血球動態の生体顕微鏡的検討

VILI(Ventilator-Induced Lung Injury人工呼吸器肺損傷)は近年人工呼吸器管理を行う際に重要な概念となっている。我々は8週齢雄性ラット(Sprague-Dawley rat)を使用し、high tidal(15ml/kg)とlow tidal(7.5ml/kg)で6時間換気後、生体顕微鏡および共焦点顕微鏡で肺微小循環中の血球動態を観察した。その結果、high tidal群では細動脈、細静脈および毛細血管中の白血球の赤血球に対する相対速度の低下とローリング白血球の増加を確認した。免疫組織染色による接着分子の発現の検討では、ICAM-1、VCAM-1、P-selectinの有意な発現増強も確認し、これらの白血球のローリングおよび相対速度の低下の原因であることを証明することができた。白血球を分離し肺微小循環動態を観察したところ、好中球がローリングに関与し、一方リンパ球はローリングに関与しないことが判明した。これらのローリング好中球と赤血球に対する好中球の相対速度は抗ICAM-1抗体、fucoidin(selectinのブロック)の投与により、ローリング好中球の出現頻度の低下、相対速度の回復を認めた。免疫組織染色では接着分子が細動静脈や毛細血管等どの血管に発現しているか確認困難なため、ICAM-1とVCAM-1をin vivo染色し共焦点レーザー顕微鏡を用い接着分子発現血管の同定を行った。その結果世界初のVILI肺の微小血管中の接着分子の染色に成功した。今後は抗VCAM-1抗体、抗P-selectin抗体によるブロック実験を予定している。VILI肺においてNFκBの活性が増強し、ステロイド投与により活性が抑制されるとの報告があり、ステロイド前投与により接着分子の発現の抑制とローリング白血球の出現頻度の低下が認められるかどうか検討する予定である。
代数多様要の研究

飯高の研究1)代数多様体の分類研究については、2個の既約成分をもつ射影平面内の代数曲線の場合についての研究を継続した。残されていた正種数の場合についての構造論を完成させ論文にまとめその成果を公表した。2)抽象的な数学を記号処理の一貫として捉えることを試みている。人工知能言語を用いて、集合論、位相空間論、有限群論、対称的微分環、を計算機上に実現することを行い、例えば6次までの交代群についての諸結果を計算だけで導くことに成功した。5次までの交代群、4次までの対称群はパソコン上のprologで行えるが、6次になるとミニコンでのquintus prologを用いることが必要になる。しかし、この方法では7次の場合を扱うことができないので、これらの場合を扱うには新たな研究が必要である。また、有限集合の位相構造をすべて数えることは、昨年度の研究で行ったが、本年は同相類の数え上げを行い、5点集合の場合まで求めることが出来た。これらの研究は開始されたばかりであるが、その成果の一部をまとめて「prologで作る数学の世界」と題した単行本として朝倉書店から今夏までに刊行する予定である。片瀬は、レンズ空間の幾何についての研究を継続し、そのエータ不変量について幾何と数論の両面から詳しい研究を行い、諸々の結果を導き2編の論文にまとめている。黒田はシュレーディンガー作用素のスペクトル理論・散乱理論の研究を続けた。とくに、時間を含む場合に強制振動項を加え、FFTによって固有モードを能率的に励起する研究が完了した。大津賀は重みつき極値的長さの研究を継続しその成果をプラハでの国際会議で公表した。
鉄筋コンクリート造建築物の終局強度型性能設計法

・作用荷重の抵抗機構となるとともに、地震力の入力機構となる基礎構造の地震時挙動を検討した。基礎構造として杭基礎を取りあげた。地盤の受動抵抗機構による力の釣り合い、主働側となる変形適合における杭基礎の挙動を検討した。(久保)・任意方向地震動を受ける1層偏心建物のねじれ応答解析を行った。最も振られる柱の変形が最大となるのは地震動方向が建物構面方向以外のときであることを見出し、ねじれ応答における地震動方向考慮の重要性を示した。また、ピロティ構造の1層変形を制御する方法について検討した。1層強度(Cb)と2層以上の強度に対する1層強度の比(P指標)をパラメータとした地震応答解析より、1層変形を許容設定値以下に収めるために必要なCbとP指標の関係を定めた。(芳村)・最大応答変形,瞬間エネルギー入力,総エネルギー入力,地震動継続時間の関係を一般的に明らかにし,これにもとづいて地震動の基本性質(フーリエ振幅,位相差分スペクトル)に塑性応答が理論的に関連づけられることを示した.(壁谷澤)・建築物の耐震性能を簡潔に検証できる方法としてCapacity Spectrum Methodがある。偏心を有する構造物に対してもその適用範囲を拡張する方法を示した。(勅使川原)・有開口連層耐震壁の変形能を実験的に把握するために、2層1スパンの試験体6体の実験を行った。試験体の形状、柱・梁の配筋、壁筋比は共通とし、開口周比、開口位置、開口補強筋を実験パラメータとした。(加藤)・平面十字型部分架構試験体6体を用いた静加力実験によって接合部の破壊機構を詳細に検討した。接合部中央のコンクリートの圧壊によって接合部のせん断破壊が進行した。ただし接合部せん断力は圧壊した中央部を迂回して伝達できたため、せん断力は低下しなかった。(北山)・耐力偏心を有する鉄筋コンクリート造架構を対象に,その地震時挙動の定量化を目的として1軸偏心1質点系の弾塑性ねじれ応答解析を行い,耐力偏心による'ねじれ易さ'を表現しうる指標の提案,ならびにその有効性の検討を行った.(中埜)・軸方向変形拘束を受ける鉄筋コンクリート梁の部材実験を行い、復元力特性について検討した。梁部材の軸伸び変形を推定するマクロモデルを提案し、また、軸伸び変形および曲げと軸力の相関を考慮した解析モデルにより復元力特性の解析を行った。(前田)・作用荷重の抵抗機構となるとともに、地震力の入力機構となる基礎構造の地震時挙動を検討した。(前田)(1)RC部材のFEMによる数値解析において、ひずみ速度の影響について既往の提案式等を比較検討した。また、3次元FEM解析プログラムを動的解析に適用できるようにした(野口)。(2)必要目標性能の設定にあたり、動的解析により確認を行っている高層、免震構造建築物等のデータベースとして分析し、地下部分に設定している設計用地震力の傾向を捉えた(久保)。

(3)剛性偏心を有するRC1層建物の2方向地震に対する弾塑性応答解析を行い、偏心がない場合と比較した。建物構成部材は靭性柱、脆性柱、脆性壁の3者とし、柱の復元力特性には2方向相関を考慮したモデルとした(芳村)。(4)塑性応答に影響する地震動の強さをあらわす尺度として瞬間エネルギーが総エネルギーと継続時間によって表現できることを示し、過去の地震記録のパラメータを整理し直した(壁谷澤)。(5)鉄筋のふしとコンクリート間での局所的破壊、コンクリートの割裂ひび割れを考慮して、付着すべり特性を解析的に導いた。横補強筋を含むかぶりコンクリートの曲げ抵抗も考慮した(市之瀬)。(6)有開口壁を有するRC造建物の性能評価型耐震設計法を確立するため、脚部曲げ降状で設計された2体の連層RC造有開口壁の静加力実験を行った(加藤)。(7)終局強度型耐震設計法に基づいた中高層建物の1階中柱および外柱の試験体4体を作成し、柱のエネルギー消費量と軸力保持能力の劣化程度の関連を調べる実験研究を行なっている(田才)。(8)RC外柱・梁接合部試験体5体を作製し、静的繰り返し載荷する実験を行った。変動軸力と梁主筋の折り曲げ定着性能や接合部内の横補強筋のせん断伝達性能について考察した(北山)。(9)RC造梁試験体7体の載荷実験を行い、部材の変形を(1)曲げ変形、(2)せん断変形、(3)主筋の接合部からの抜出しに伴う変形の各成分に分離した(前田)。地震時に入力機構となるとともに、支持機構ともなる基礎構造部分について、杭基礎を対象として弾塑性応答解析により作用応力を算定すべく、実建物データに基づきペンゼンモデル解析によるモデルパラメータの設定を行った。(久保)任意方向地動を受ける1層鉄筋コンクリート建物のねじれ応答性状に関して、「柱変形が最大となるのは建物主軸方向以外の地動方向に対してである」ことを明らかにし、この基本性状が地動方向による剛心位置の変化に関係していることを示した。(芳村)1自由度の非線形系および等価線形系の地震応答解析を行い、(非線形糸の最大応答変位が等価線形化法で推定可能であることを示すとともに、)応答の減衰依存性が直下型地震動と海洋型地震動では異なること、有効な地震動継続時間によってこの違いを大略定量化しうることを示した。(壁谷澤)有開口連層耐震壁の変形能を実験的に把握するために、2層1スパンの試験体4体の実験を行った。試験体の形状、柱・梁の配筋、壁筋比は昨年度と共通とし、開口周比、開口位置、開口補強筋を実験パラメータとした。(加藤)曲げ柱を対象として、限界状態以前にも滞在的な軸耐力が低下することを解析的,実験的に捕捉した。また,この残存軸耐力が小さいほど,損傷コンクリートを置換するのみの簡易な修復方法では性能の回復性がよくないことを実験的に確認した。(田才)柱引張り軸力および変動軸力を受ける平面性・梁接合部部分骨組試験体3体に正負交番繰り返し加力して、接合部のせん断強度およびせん断変形性状を検討した。(北山)耐震要素の偏在が終局的における建物の応答に及ぼす影響を明らかにすべく、等価1層RC造建物の非線形ねじれ応答解析を行い,非線形応答が弾性剛性に基づく偏心率よりも,耐力偏心による影響をより強く受けることを明らかにした。(中埜)・任意方向
ミリ波を用いた高周波表面抵抗の高分解能測定

移動体通信基地局用超伝導フィルタの産業化に先立ち、母材となる高温超伝導薄膜の高周波表面抵抗測定・検査技術に関しての研究を行った。初年度、(1)「導体損<<誘電損となりQ値が誘電損でほぼ決定されてしまうこと」、(2)「Qが10^610^7にも達し、微弱ノイズなどによる測定誤差が無視できなくなること」など、従来の標準測定法が抱える問題点を明らかにし、測定周波数をミリ波領域に高めることでこれらが解決できることを理論的・実験的に示した。最終年度となる本年は、さらに高精度測定を行うことを目的に、共振器を構成するサファイアロッドの持つ誘電損に関する個体間の僅かなばらつきに着目し、標準測定法(2共振器法)を用いた際にこれが起源となって生じる誤差の検討を行った。第一に市販のサファイアロッドのもつ誘電損のばらつきを実測によるサンプリングで把握した。これをもとに現実的な表面抵抗を想定した数値計算によるシミュレーションを行い、生じ得る誤差の範囲を見積もった。この結果、各共振モードに対応するサファイアロッドの選択、または組み合わせによって、表面抵抗に含まれる誤差を増加させる状況が起こり得ること、さらには市販品の持つばらつきの現状を考慮するとその確立が無視できないことが明らかとなった。これを改善し高精度計測を行うためには、従来無視してきたサファイアロッドの誘電損の見積もり・選択がきわめて重要なことを明らかにした。また、この誘電損に起因する誤差は、初年度行った、ミリ波帯での計測を行うことにより軽減できることも示した。高速化・大容量化に対応した次世代の移動体通信基地局用超伝導フィルタの産業化を睨んだ高周波表面抵抗測定法の標準化整備を背景に、さらなる高分解能測定法の開発を進めている。近年の高性能超伝導材料の表面抵抗測定の際、その測定分解能が十分取れない原因として、(1)導体損<<誘電損となりQ値が誘電損でほぼ決定されてしまうこと、(2)Qが10^610^7にも達し、微弱ノイズなどによる測定誤差が無視できなくなることがあげられる。これを克服する方法として、測定周波数をミリ波領域に高めることで(1)を解決できることを理論的に予測し、さらに(2)に対し、Mazierskaらが提唱しているサークルフィット法を応用し改善を試みることを計画した。この計画に基づき平成14年度は前者に関しての検討を行った。まずはじめに、(1)を実験的に証明するため、異なる共振周波数のサファイアロッドを複数個準備し、高品質超伝導薄膜と組み合わせた誘電体共振器を構成し各誘電損失を評価した。その結果、理論的予測に対応した現象が見られた。この実験から、誘電損の小さい誘電体を選別法を確立し、誘電損の周波数依存性を利用することで測定精度が向上できることが明らかとなった。(研究発表論文1)またこの結果を受け、ミリ波帯での測定法へと発展させることに成功し、その有用性を示した。(研究発表論文3)この手法に対し、他研究機関からの試料測定依頼を受ける状況となっている。しかしながら、上記(2)の影響が排除できていないため、15年度にサークルフィット法を用いたシステムへと発展させる計画である。
ジグザグ縫合面を持つオルティス類の形態機能と適応放散様式

オルドビス紀における生物間の相互作用や環境の細分化は,生物種の爆発的な多様性増大イベントをもたらした.中でも,腕足動物オルティス類は,このイベントを特徴づける中心的な無脊椎動物であるにも関わらず,どのような生態的特性を持って劇的な適応放散を遂げたのか未解明である.そこで本研究は,ジグザグ縫合線を備えたオルティス目プラチストロフィア科に属する腕足動物の殻形態と濾過摂食水流との関係に注目し,化石標本を用いた形態解析および流体解析を行った.プラチストロフィア科Vinlandostrophia ponderosaの殻模型を用いて簡易的な粒子追跡法による2次元流体解析を行った結果,殻形態が受動的に渦流を形成し,螺旋状の濾過器官(触手冠)を使って渦流から効果的にエサを濾過できる適応形態であった可能性を導いた.ジグザグ縫合線の機能を検証する比較実験からは,ジグザグ縫合線が殻内側で生じる流れを弱化させ,渦流を低速に保つ機能を備えていたことが明らかになった.また,外部の流れが低速の場合は,殻まわりの流向に関わらず,生物体に対して常に同じ回転方向の渦流を形成できることがわかった.緩やかな流れの中では,運ばれてくるエサの量も少なくなりやすい.殻内側で生じる渦流の方向を統一することで,そのような流水環境下でも濾過摂食を確実かつ安定に実現できたと想像される.ジグザグ縫合線をつくる放射肋の数や太さには種内変異が認められるが,この変異幅は種間で異なる.V. cyphaでは,受動的な渦流形成に寄与する殻の正中線部分に変異が認められやすく,各個体の微環境に応じて機能強度を調節していた可能性がある.V. cyphaはV. ponderosaの絶滅後も残存していたことを考慮すれば,ジグザグ縫合線の機能とその可塑性によって絶滅の明暗が分かれていたのかもしれない.本研究は,古生代初期に多様化した腕足動物オルティス類の殻形態から復元される生体・生態に基づいて,多様度の増加へと至った原動力を理解することを目的としている.特に本年度は,殻のまわりに生じる水流を利用した受動的な濾過摂食様式の復元を目的とし,定量的な評価を可能とする粒子イメージ流速計測法を導入した実験系の確立および形態機能性の予察実験を行った.循環式流水装置にシートレーザー光を装着し,任意の断面における粒子の挙動から流速を定量化することに成功した.この実験装置に,オルティス類Vinlandostrophia ponderosaの化石標本から製作した模型を設置し,殻まわりの可視化実験を行った.その結果,本種の殻形態は,受動的に渦様回転流を形成できる機能を持っていたことが明らかになった.この渦様旋回流は,背殻と腹殻のどちらが上流であっても形成されており,本種の受動的濾過水流であった可能性がある.形態測定学的にみた本種の殻形態は,殻内側の左右に螺旋状の触手冠を収める空間構造を持っている.つまり本種は,螺旋状の触手冠を使って渦様回転流から効果的にエサを濾過摂食できる適応形態であったと考えられる.この形態機能は,殻の正中線上にある湾曲部(サルカスとフォールド)を備えたスピリファー類と同様であり,まったく異なる分類群の相似的な殻形態がもたらした機能的収斂現象だと結論付けた.オルティス類には,現生種で認められるような触手冠を支える腕骨が残されていない.そのため,これまで触手冠の形態は不明のままであり,濾過摂食戦略についても未解決の課題として残されていた.本研究によって明らかとなった機能形態学的な収斂進化の証拠によって,オルティス類の備えた生体情報に新たな知見を提示することに成功した.本年度に第一の目標としていた実験系の確立については,速度調整,水槽内流量の計測,殻まわりの流速評価,流体構造の2次元解析の手順を構築し,すでに査読付き論文として受理されている.一方,化石標本から製作した模型実験では,形態を複数段階に調整した模型実験は現在進行中である.以上のことから,おおむね順調に進展していると判断した.オルティス目(Order Orthida)に属する腕足動物は,オルドビス紀における生物種の爆発的な多様性増大イベントを特徴づける代表的な海洋無脊椎動物である.本研究は,なぜオルティスの仲間が爆発的に適応放散を遂げたのか明らかにするために,オルティス類の殻形態と濾過摂食水流との関係を流水実験によって検討することを目的としている.これまでの研究によって,受動的な濾過摂食水流を定量的に評価するために,流水実験装置と,簡易的な粒子追跡法による2次元流体解析の手法を確立することに成功している.そして,オルティス目に属するプラチストロフィア科の腕足動物が備えた殻形態は,螺旋状の渦流を受動的に形成する機能を備えていたことがわかっている.本年度は,プラチストロフィア類の殻形態を特徴付けるジグザグ縫合線の機能を実験的に検証した.本科を代表するVinlandostrophia ponderosaのジグザグ縫合線を人為的に欠落させた模型を用いて実験を行った結果,元々のジグザグ模型よりも渦様回転流が速く回転した.