hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
指の発生におけるＰＦＲの細胞群の動的な作用機序の解明

これまでの研究で、指が発生する時には指原器の先端の細胞群が重要であり、この細胞群に指間部からのシグナルが特異的に入る事が分かった。私はこの細胞群をPFRの細胞群と名付けた。指原器の先端に位置するPFRの細胞群は指間部からのシグナルのみ受け取って指の個性を決定する。そこで指間部の細胞がどのような位置情報由来の組織であるかを調べるために、肢芽全体の器官の変形パターンを3次元で解析できる実験系を新たに構築した。この手法を用いてPFRにシグナルを伝える指間部がどの部分に由来するのか逆写像の解析により初めて解明する事が出来た。本研究をまとめて論文に発表した(J. Theol. Biol, 2014)。昨年度までの研究で、指が発生する時には指原器の先端の細胞群が重要であり、この細胞群に指間部からのBMP(骨形成成長因子)のシグナルが特異的に入る事が分かりました。そして私はこの細胞群をPFR(phalanx forming region)の細胞群と名付けました。PFRの細胞群は前軟骨凝集塊のマーカー遺伝子であるSox9が発現していました。また指骨の軟骨分化に必須なBMPR1bというBMPシグナルの受容体が特異的に発現し、指骨形成の最も初期のシグナルがPFRの細胞群に伝達されている事が分かりました。本研究ではPFRの細胞群は驚くべき事に後側からのシグナルにしか反応しないと言う特性を持っている事が分かりました。分泌タンパク質にEGFPを連結させた発現ベクターをニワトリ胚の後肢の指間部に発現させると、その領域から指間部の前側のみに分泌因子が拡散している事が分かりました。このような結果からPFRの細胞群が後側の指間部からしかシグナルを受け取れない原因は、指間部において後側から前側にかけて液性因子の流れがあることが判明しました。この中にBMPをはじめとする分泌タンパク質が含まれていると考えられます。さらに指間部に発現するBMPシグナルが後側から前側の指原器に作用することで、BMPR1bの発現が誘導される事が分かりました。BMPの阻害タンパク質であるNogginをしみ込ませたビーズを移植しBMPシグナルを遮断すると反対にBMPR1bの発現は減少しました。またSox9の発現も同様の傾向である事が分かりました。以上の様な結果から、指間部に発現するBMPシグナルにより、指骨になるためのSox9やBMPR1bの発現がPFRの細胞群において誘導され、指骨と指骨の個性が特徴付けられていくことが分かりました。平成24年度では東日本大震災により東北大学加齢医学研究所の実験機器が使用出来ないものがあり、そのため30万円分を繰り越した。本年度は東北大学が所有する3次元断層撮影装置OPTスキャナーを用いて肢芽の3次元の形態を解析する事が出来た。12時間おきに肢芽の変形の様子をOPTスキャナーを用いて撮影し、厚み成分の情報をAvizoを用いて抽出した。昨年度までの2次元平面における肢芽の変形のメカニズムのデータと組み合わせ、3次元における肢芽の伸長パターンを定量的に理解出来る手法を開発した。この手法を用いて単位時間当たりに組織の増加率が大きい部位を特定し、その部位をcharacteristic growth modeと名付けた。この特徴量は発生時に器官全体が変形して行く時に特徴的に組織が大きくなっている場所である。この場所はこれまでの細胞レベルの解析では明らかに出来なかった。これは細胞レベルの解析では組織全体の変形量を定量的に理解することが出来なかったからである。さらに変形量からバイアスして組織が歪む方向と量を特徴量Anisotropyを計算した。この結果肢芽の細胞集団は全体に渡って遠近軸に沿ってバイアスして変形して行くと言う事が明らかとなった。これまで肢芽の変形は先端側の組織の増殖が大きく、それが遠位側に向かって肢芽が成長する原動力の可能性が示唆されてきた。しかしながら本結果は組織全体が均等にすこしずつ遠近軸に沿ってバイアスして変形を起こせば遠近軸に沿って器官全体が伸長していくメカニズムを説明出来ると言うこれまでにないメカニズムを提唱出来た。本解析手法は肢芽だけではなく今後は肢芽以外の脳や他の器官における3次元の変形パターンの解析に極めて有用であると考えられる。本研究をまとめてJ. Theor. Biol.に発表した。本研究では脊椎動物における指の個性の決定メカニズムを明らかにする為に、特に発光顕微鏡を用いて指間部における分泌因子のunidirectionalな流れを可視化し、そのメカニズムを分子生物学的手法を用いて解析することを目的としている。

平成23年度は発光顕微鏡を用いてルシフェラーゼ遺伝子を肢芽全体に発現させた時に、基質であるルシフェリンを投与後どちらに基質が拡散するのかを調査した。その結果、指が出来る自脚領域においてAERの直下には後側から前側にかけての一方向の流れがあることが可視化できた。さらに指間部におけるシリアの形成をレトロウィルスを用いて変異型IFT52を導入して阻害した場合、指骨が形成不全になることが分かった。次に、発光システム以外の方法でも同様の結果が得られるかどうか調べる為に、分泌型のアルカリホスファターゼ、及び分泌型のEGFPをトランスポゾンを用いて長期的に肢芽の細胞群に発現させるコンストラクトを作成した。24年度は構築したベクターを肢芽に遺伝子導入し、指間部における分泌因子の流れについてさらに詳細に解析を行って行きたい。一方、指が出来る場所はどのように決まっているのか?また指の本数は何によって制御されているのか?を調べる為にBMPシグナルに応答する配列を用いた発光イメージングシステムを構築した。これと同時に将来の自脚領域でどの場所に前軟骨凝集塊が形成されるのかを調べる為にOPTスキャナーを用いて3次元で軟骨パターン形成を詳細に解析する予定であったが、東日本大震災の影響により実験機器の利用が中断されたこともあり、これについては本年度は予定通りに解析を行えなかった。当初の研究目的であるPFRの細胞群がどのようなメカニズムで指間部からシグナルを受け取っているのかについて解析を行い、後側の指間部からのみシグナルを受け取っているという動作実態の解明に成功した。またこの原因として、指間部での液性因子の流れが後側の指間部から前側にかけて存在するという驚くべき結果を得た。これらの結果は当初予定していた計画以上の成果であった。しかしながら、東日本大震災の影響で、東北大学加齢医学研究所にある3次元スキャナーであるOPTスキャナーを用いた実験を行うことのみ出来なかった。当初の計画ではOPTスキャナーを用いてPFRの細胞群の形状の3次元解析をする予定であったがこれが出来なかったために、現段階での達成度をおおむね達成出来た、とした。また解析に用いるOPTスキャナーの使用料金を支払うために本研究費を次年度まで繰り越すことにした(約30万円)。東日本大震災の影響により発生過程における形態変化を3次元でマクロで解析出来るOPTスキャナーの利用が中断された。このためこの部分において23年度は予定通りの実験が行えなかった。PFRの機能解析や、発光顕微鏡を用いた指間部における分泌因子の流れの解析は予定通りに進んでいる。以上の様な研究実施結果であることからOPTスキャナーによる解析が本年度は進まず、次年度に持ち越すため達成度を(3)とした。東北大学加齢医学研究所にある3次元スキャナーであるOPTスキャナーを用いてPFRの細胞群の形状の3次元解析を行う。これまでの実験では切片でのin situ hybridization法によるPFRの細胞群の観察を行って来たが、3次元レベルで指原器のどの場所にPFRの細胞群が分布しているのかを解析したいと考えている。さらに指間部に発現するBMPシグナルによってBMPR1bの発現が誘導されるのであれば、BMPR1bの発現レベルもOPTスキャナーを用いて3次元レベルで発現の強度を計測したいと考えている。
作物の窒素利用効率向上メカニズムの解明

窒素の多投入による環境負荷軽減、貧栄養条件での生産性向上、環境保全型農業の促進などに貢献できる窒素利用効率の高い作物の開発に資するため、窒素の吸収・同化の促進が期待できる麹菌由来のグルタミン酸デヒドロゲナーゼ(GDH)遺伝子を導入したイネおよびバレイショの解析を行った。その結果、GDHイネ、GDHバレイショともに、ソース機能の向上、乾物重の増大、窒素吸収・利用効率の向上などが認められた。効率的に吸収・同化された窒素は光合成速度などのソース機能の向上に結びつき、最終的な乾物重などの増大に貢献したと考えられ、GDH遺伝子の窒素利用効率向上メカニズムの一端が明らかとなった。・GDH遺伝子を導入したバレイショ(GDHバレイショ)複数系統の光合成速度、代謝産物、徒長茎等の解析(1)標準窒素区と低窒素区において開花期における光合成速度はGDHバレイショにおいて有意に高くなり,葉内の可溶性タンパク質含量も増大した.これより,開花期におけるソース能力が向上していることがGDHバレイショ複数系統において明らかになった.(2)葉のアミノ酸、有機酸濃度にはGDHバレイショとWTで有意な差は認められなかったが、塊茎のグルタミン酸濃度はGDHバレイショで増加傾向が見られた.これより,GDH遺伝子はバレイショ塊茎のグルタミン酸などのアミノ酸濃度に影響を与えていることが示唆された.(3)これまでの実験から、GDHバレイショは種イモから萌芽までの成長がWTより優れている可能性が示唆されたため、出芽した芽の徒長茎の成長量などを更に解析した。その結果、地下部(根)の新鮮重と乾物重に有意な増加が見られ、地上部/地下部比は有意に低下した。この結果から、GDHバレイショは出芽から萌芽まで根の成長を盛んにすることで、土壌からの栄養吸収能力を向上させ、地上部の成長を促進させていることが示唆された。(4)これまでの実験結果と併せて,麹菌A. nidulans由来のGDH遺伝子を導入したバレイショにおいて,ソース機能の向上,塊茎乾物重の増大,塊茎への窒素・炭素分配の向上,窒素利用効率の向上などが認められた.塊茎乾物重の増大以外のこれらの優れた特徴は本研究で初めて明らかにされたものである.これらの結果から,麹菌A. nidulans由来のGDH遺伝子は施肥窒素の効率的利用を図ることの出来る作物を開発するために有効な手段の1つであることが明らかになった.窒素の多投入による環境負荷軽減、貧栄養条件での生産性向上、環境保全型農業の促進などに貢献できる窒素利用効率の高い作物の開発に資するため、窒素の吸収・同化の促進が期待できる麹菌由来のグルタミン酸デヒドロゲナーゼ(GDH)遺伝子を導入したイネおよびバレイショの解析を行った。GDHイネ(モミロマン)の解析(1)GDH遺伝子を導入したイネ品種「モミロマン」3系統(TG5,TG7,TG10)および野生型(WT)を窒素濃度2段階(360um, 90um)で水耕栽培(吉田氏液)した。(2)GDH遺伝子の発現量は、ユビキチンの発現量を1とすると、TG5が0.1、TG7が1.5、TG10が0.7程度であった。(3)窒素処理2週間後の乾物重を比較すると、高窒素処理区では、3系統ともWTよりも有意に全乾物重が多く、TG5の葉を除いて、各部位(葉、茎、根)も有意に多かった。また、低窒素区では、TG7とTG10は全乾物重および各部の乾物重ともにWTより有意に多かった。TG5は茎の乾物重は有意に多かったが、全乾物重、葉と根の乾物重は多い傾向は認められたが有意な差ではなかった。(4)窒素含量も乾物重と同様の傾向を示した。(5)窒素濃度については、GDHモミロマンとWTで大きな違いは認められなかった。(6)出穂期の止葉の光合成速度を比較すると、GDHモミロマン3系統とも高窒素区、低窒素区の両区でWTより高い値を示した。(7)収穫期における乾物重を比較すると、TG7とTG10はWTより有意に多かった。TG5は多い傾向はあったが有意ではなかった。(8)収穫期の窒素濃度には大きな違いは認められなかった。(9)個体あたりの収量は、高窒素区では3系統ともWTより多かったが、低窒素区ではTG7は有意に多かったが、他の2系統はWTと同程度であった。高窒素区の収量の高いのは、穂数の多さが要因と考えられた。(10)窒素吸収効率はTG7とTG10で両窒素処理区で有意に高かった。(11)このように、GDH遺伝子を導入した飼料用品種モミロマンは3系統のうち2系統で成長の促進、収量の増大、窒素吸収効率の向上が認められ、これまでヤマホウシで確認されたGDH導入の効果がモミロマンでも確認された。

また、TG5では効果が大きくなかったことはGDH遺伝子の発現程度が小さかったことが関係していると考えられた。・GDHイネの遺伝子導入確認、ソース機能および成長解析(1)新たにGDH遺伝子を導入したイネ品種、日本晴、リーフスター、モミロマンについて、導入遺伝子の確認を行った結果、日本晴6系統(GDH日本晴)、リーフスター8系統(GDHリーフスター)、モミロマン(GDHモミロマン)3系統の導入ホモ個体を得た。また、導入遺伝子の発現量はGDH日本晴が最も多く、GDHリーフスターとGDHモミロマンは中程度であった。2)既にGDH遺伝子を導入して収量、窒素利用効率の向上を確認しているイネ品種ヤマホウシ(GDHヤマホウシ)について、新たにソース機能(光合成速度、ルビスコ濃度など)を測定した結果、1系統のGDHヤマホウシで光合成速度が高かったが、1系統はWTと同程度、1系統は低かった。また、クロロフィル濃度、可溶性タンパク濃度、ルビスコタンパク濃度については、2系統でWTより高かった。これらの点については、測定時期の問題もあり他の品種も含めて次年度再検討する予定である。(3)GDH日本晴、GDHリーフスター、GDHヤマホウシのそれぞれ3系統について、栄養成長期の成長解析を行った結果、GDHリーフスターとGDHヤマホウシでは、特に低窒素条件での相対成長率が高い傾向が認められたが、GDH日本晴ではそのような傾向は認められなかった。本年度は、GDHバレイショの解析を中心に行い、ソース機能の向上、グルタミン酸濃度の上昇、萌芽期に向けての地下部乾物重の増加などGDHバレイショの優れた特徴を明らかにした。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はGDHイネの解析を行ったが、実験材料の同定に手間取ったこともあり、幼植物の遺伝子発現解析、光合成関連機能解析および成長解析にとどまった。次年度はGDH遺伝子を導入した複数のイネ系統について、メタボローム解析、光合成機能解析などを行う。25年度は韓国での隔離圃場試験を実施する予定であったが、提携先の都合で実施することができなくなった。また、24年度は温室での解析にやや遅れが見られたこともあり、25年度は温室での詳細な解析を行う。
配当政策,新株発行及び自己株式買い戻しに関する研究

配当政策,新株発行及び自己株式買い戻しに関する研究を行った。配当に関する理論モデルは,税ベースモデル,シグナリングモデルなど様々な形態が存在し財務政策を考察するうえでは有益であるが,これらのモデルには,実証分析によって解かれるべき問題点が数多く含まれている。ここでは,これらの問題を考慮した上で各モデルの実証結果を述べる。1. Fama,E.,and Babiakは,Lintnerモデルを推定し,それが配当政策を合理的に示していると結論付けた。2. Robert,Macdnald and Naomi Soderstronは,Lintnerモデルを否定し,キャッシュフローが豊富か否かによって配当政策は異なるという税ベースモデルを支持しているように思える。彼らは,増資をしない企業が配当を安定化するという実証証拠を見つけることはできなかった。企業が株式を発行する時,配当成長率はかなり負になると考え,企業が増資をする時,企業はより低い配当を支払うであろうという税ベースモデルを支持している。3. Kalay,Avnerは,Lintnerモデルを否定し,経営者の減配への抵抗の存在を検証するため,減配が経営者の自由にならない減配であるという仮説を検定した。この様な経営者の意図しない減配の大きな割合を見つけることは,減配に対するシグナリング効果の意味に対し疑問を投げかけることになるからである。しかし,かれはこの経営者の意図しない減配は全体の5%だけしかなく,減配のシグナリング効果に反論できなかった。この様に配当に関する理論モデルには,様々な形態が存在しているが,それらを実証できるような統一的,包括的な実証可能なモデルはまだ存在していないように思える。わが国では、これまで自己株式買い戻しは商法で原則的に禁止されているため、あまり研究が行われていなかった。しかしながら、最近の10数年間において、アメリカで配当金以外の株主への現金支払いの方法が広く取られるようになってきたため、わが国でも株式買戻しを含む配当政策が如何に株主の富に影響を及ぼしているか考察する必要が生じてきた。平成8年度は、自己株式買戻しの方法を含む配当政策を文献的に整理した。そこでは、自己株式買戻しの方法には、公開買い付けによる方法、流通市場で買い付ける方法、及び個別的に株主と直接交渉によって買い付ける方法があるが、これら3つのケースを各事例研究整理を行った。特に本研究では、企業経営者が自己株式買い戻しをアナウンスする事によって自己の企業情報を株主及びその他の利害関係者に知らせると言う自己株式買い戻しをある種のシグナルとして用いるシグナリング仮説を立て検討したが、あまり有効な結果が得られなかった。それよりも株価対策として株式買い戻しが用いられる可能性が高いと考えられた。平成9年度はアメリカで最近の10年間で急激に増大している自己株買い戻しの資料を整理し、自己株式取得が株式の過小評価の是正や買い支えに効果があるか否かの実証研究を行う。さらに前年度で整理した自己株式買い戻しを含む配当政策の実証研究を行う。さらに本年度モデル化したシグナリング仮説とフリーキャッシュフロー仮説そしてエージェンシー仮説を検討する。わが国では,これまで自己株式買い戻し商法で原則的に禁止されていたため,あまり研究が行われていなかった。しかしながら,最近の10数年間において,アメリカで配当金以外の株主への現金支払いの方法が広く取られるようになってきたため,わが国でも株式買戻しを含む配当政策が如何に株主の富に影響を及ぼしているか考か考察する必要が生じてきた。平成8年度は,自己株式買戻しの方法を含む配当政策を文献的に整理した。そこでは,自己株式買戻しの方法には,公開買い付けによる方法,流通市場で買い付ける方法,及び個別的に株主と直接交渉によって買い付ける方法があるが,これら3つのケースを各事例研究整理を行った。

特に本研究では,企業経営者が自己株式買い戻しをアナウンスする事によって自己の企業情報を株主及びその他の利害関係者に知らせると言う自己株式買い戻しをある種のシグナルとして用いるシグナリング仮説を立て検討したが,あまり有効な結果が得られなかった。それよりも株価対策として株式買い戻しが用いられる可能性が高いと考えられた。平成9年度はアメリカで最近の10年間で急激に増大している自己株買い戻しの資料を整理し,自己株式取得が株式の過小評価の是正や買い支えに効果があるか否かの実証研究を行なった。さらに前年度で整理した自己株式買い戻しを含む配当政策の実証研究を行った。つまり,昨年度モデル化したシグナリング仮説とフリーキャッシュフロー仮説そしてエージェンシー仮説を検討した。平成10年度は平成10年3月に株式買い戻しが認められたため,日本における株式買い戻しが株価にどのように影響を及ぼしたかをシグナリング仮説に従い,実証分析する。配当政策,新株発行及び自己株式買い戻しに関する研究を行った。配当に関する理論モデルは,税ベースモデル,シグナリングモデルなど様々な形態が存在し,財務政策を考察するうえでは有益であるが,これらのモデルには,実証分析によって解かれるべき問題点が数多く含まれている。ここでは,これらの問題を考慮した上で各モデルの実証結果を述べる。1. Fama,E.,and Babiakは,Lintnerモデルを推定し,それが配当政策を合理的に示していると結論付た。2. Robert,Macdnald and Naomi Soderstronは,Lintnerモデルを否定し,キャッシュフローが豊富か否かによって配当政策は異なるという税ベースモデルを支持しているように思える。彼らは,増資をしない企業が配当を安定化するという実証証拠を見つけることはできなかった。企業が株式を発行する時,配当成長率はかなり負になると考え,企業が増資をする時,企業はより低い配当を支払うであろうという税ベースモデルを支持している。3. Kalay,Avnerは, Lintnerモデルを否定し,経営者の減配への抵抗の存在を検証するため,減配が経営者の自由にならない減配であるという仮説を検定した。この様な経営者の意図しない減配の大きな割合を見つけることは,減配に対するシグナリング効果の意味に対し疑問を投げかけることになるからである。しかし,かれはこの経営者の意図しない減配は全体の5%だけしかなく,減配のシグナリング効果に反論できなかった。この様に配当に関する理論モデルには,様々な形態が存在しているが,それらを実証できるような統一的,包括的な実証可能なモデルはまだ存在していないように思える。
強相関電子系における新しい量子臨界現象

我々は0'Farrell氏と共同で重い電子系新物質β-YbAIB4に実現する非従来型の量子相転移に着目し、その発現機構の理解を目指した量子輸送現象の解明を本研究の目的としてきた。そこで、β-YbAB_4のホール効果を測定したところ、T=40Kで明瞭な最小値を示すことを明らかにした。その温度は電気抵抗に観測された近藤コヒーレンスが発達し始める温度(7=250K)とは異なる。つまり40Kと250Kという二つのコヒーレンス温度が存在することを示唆する。広い温度領域における詳細な磁場依存性の解析の結果、この挙動は伝導電子とf電子の強い異方的な混成効果からくると考えられる二つの要素を仮定したモデルで理解できる。より低温領域(10K以下)で、ρ_<xy>に強い温度依存性が現れることを明らかにした。β-YbAB_4は量子臨界点近傍に位置することから、それによるスピンと電荷の揺らぎからくる散乱効果がこの強い温度依存性をもたらしていると考えられる。自由エネルギーのスケーリングからこの物質では量子臨界現象が発達する磁場・温度領域が定義されているが、その量子臨界領域においてp_<xy>が172に従う挙動を観測した。この温度依存性や磁場依存性はキャリア密度のみに基づいた正常ホール効果の範疇を超え、新しい機構を強く示唆する。β-YbAIB_4と類似構造を有し、その基底状態がフェルミ液体であるα-YbAB_4に対して磁場中での電気抵抗測定を行った。過去の磁化測定からα-YbAB_4は約3Tで磁化過程M(H)に異常が現れることが知られているが、今回、3.3T以上で明瞭な量子振動が発達することを見出した。これは3.3Tを境に、別の何らかの変化に伴い、フェルミ面がわずかに再構成されることを示唆する。加えて、様々な磁場中での電気抵抗の温度依存性を測定したところ、その磁場でのみフェルミ液体性が抑えられることを明らかにした。これは磁気秩序を伴わないことから、磁気揺らぎによらない全く新しい磁場誘起の量子臨界現象であることがわかってきた。対象とするYbA1B4の高純度試料を育成し、その量子臨界現象の解明を目的としてきたが、実際に、高純度試料の準備に成功し、ホール効果や、量子振動現象の測定から、この物質特有の新しい量子臨界現象の特性を明らかにすることができた。また、それのみならず、新しいタイプの量子臨界現象を磁場中で発見することにも成功した。また、その一部はすでにPhysical ReviewLetters誌に掲載されている。今後、未発表の結果についても随時、学術論文として報告する予定である。量子臨界物質beta-YbA1B4については、今後、圧力下の量子臨界相の可能性について、より詳細を明らかにすべく、磁化測定などの熱力学量の測定を実施し、自由エネルギーの観点からその安定性の議論につなげる。また、磁場中での量子臨界現象が見出されたalpha-YbA1B4については、磁気揺らぎとは関係のない新しい量子臨界点の可能性が高く、価数の直接計測を含めて、その起源の解明を目指した、多角的な測定を実施する。重い電子系の量子臨界点近傍における非従来型の超伝導や非フェルミ液体といった振る舞いが、近年大きな注目を集めている。我々が発見したYb系初の重い電子超伝導体・-YbAlB4は、その常伝導状態において顕著な非フェルミ液体性を示すが、さらに磁化の精密測定により発見されたT/Bスケーリングから、金属では初めて、常圧、ゼロ磁場でチューニングのいらない非従来型の量子臨界点が実現していることが分かってきている。この系に現れる新しい量子臨界現象の解明を目指して、我々がEoin O'Farrell氏を中心として行った活動は以下のようになる。β-YbAlB4の単結晶育成:まず、様々な物性測定のために純良単結晶の育成を行った。これらの単結晶は共同研究としては、熱伝導度測定(東京工業大学)、メスバウアー分光測定(兵庫県立大学)と、結晶場決定のためのX線吸収分光測定(Koln大学との共同研究)に用いられた。これらは量子臨界点の性質を決定するために本質的重要な測定である。β-YbAlB4のホール効果:準備した純良単結晶を用いて、2Kから300Kの温度領域においてホール効果を測定し、詳細な解析を行った。また、予備的な結果であるが、1K以下で量子臨界点近傍の測定も行った。高温での結果は電子構造が変化していること示唆し、電子構造の定量的な情報を得ることができる。先行研究であるESRおよび硬X線光電子分光を用いたYb価数測定は、この温度領域で異常な振る舞いがあることを示唆していたが、この実験はこれについて更なる知見を与えた。圧力下で電気抵抗率測定を行い、この物質が圧力下で通常とは異なる振る舞いを示すことを明らかにした。また、圧力下でのホール伝導度測定を行うことにより、この系の圧力下磁場効果を明らかにした。磁気秩序に近い2.4GPaまでの圧力下測定については、既に測定が進んでいる。これらの測定は量子臨界点の発現機構を明らかにするために重要である。

そこで、β-YbAB_4のホール効果を測定したところ、T=40Kで明瞭な最小値を示すことを明らかにした。その温度は電気抵抗に観測された近藤コヒーレンスが発達し始める温度(7=250K)とは異なる。つまり40Kと250Kという二つのコヒーレンス温度が存在することを示唆する。広い温度領域における詳細な磁場依存性の解析の結果、この挙動は伝導電子とf電子の強い異方的な混成効果からくると考えられる二つの要素を仮定したモデルで理解できる。より低温領域(10K以下)で、ρ_<xy>に強い温度依存性が現れることを明らかにした。β-YbAB_4は量子臨界点近傍に位置することから、それによるスピンと電荷の揺らぎからくる散乱効果がこの強い温度依存性をもたらしていると考えられる。自由エネルギーのスケーリングからこの物質では量子臨界現象が発達する磁場・温度領域が定義されているが、その量子臨界領域においてp_<xy>が172に従う挙動を観測した。この温度依存性や磁場依存性はキャリア密度のみに基づいた正常ホール効果の範疇を超え、新しい機構を強く示唆する。β-YbAIB_4と類似構造を有し、その基底状態がフェルミ液体であるα-YbAB_4に対して磁場中での電気抵抗測定を行った。過去の磁化測定からα-YbAB_4は約3Tで磁化過程M(H)に異常が現れることが知られているが、今回、3.3T以上で明瞭な量子振動が発達することを見出した。これは3.3Tを境に、別の何らかの変化に伴い、フェルミ面がわずかに再構成されることを示唆する。加えて、様々な磁場中での電気抵抗の温度依存性を測定したところ、その磁場でのみフェルミ液体性が抑えられることを明らかにした。これは磁気秩序を伴わないことから、磁気揺らぎによらない全く新しい磁場誘起の量子臨界現象であることがわかってきた。当初予定通り、純良単結晶の育成を達成したと同時に、翌年度の計画であった圧力下の物性測定を計画を一年早めて測定を実施することができた。一方、比熱測定は、測定装置の開発が終わったところで、一年が経ち来年度の予定に修正となった。以上を持って、当初計画どおりに概ね、進展していると言える。対象とするYbA1B4の高純度試料を育成し、その量子臨界現象の解明を目的としてきたが、実際に、高純度試料の準備に成功し、ホール効果や、量子振動現象の測定から、この物質特有の新しい量子臨界現象の特性を明らかにすることができた。また、それのみならず、新しいタイプの量子臨界現象を磁場中で発見することにも成功した。また、その一部はすでにPhysical ReviewLetters誌に掲載されている。今後、未発表の結果についても随時、学術論文として報告する予定である。量子臨界物質であるβ-YbAlB4の臨界現象の発現機構の解明には、同組成で多形体α-YbAlB4の物性の解明、得に圧力下での量子臨界現象の追究が必須である。来年度は、本年度行った圧力下での輸送特性の測定をα-YbAlB4に対しても実施する。また、比熱等の熱力学量の測定も実施する。量子臨界物質beta-YbA1B4については、今後、圧力下の量子臨界相の可能性について、より詳細を明らかにすべく、磁化測定などの熱力学量の測定を実施し、自由エネルギーの観点からその安定性の議論につなげる。
認知科学を基礎とした自己効力を醸成する理科授業の検討

本年度は,現場の理科教師と共同し低い空間イメージ能力を持つ子どもが困難を経験しやすい学習単元を対象とした実践的研究を行なった。具体的には中学校3年生の天文分野の授業において,太陽・地球・月を模した天体モデルによる検証過程を探索的に行うか,仮説検証的に行うかを実験的に操作し,その教育効果を検証した。本研究の結果,低い空間イメージ能力を持つ子どもは事前に理論構築を行ってから天体モデルを観察する仮説検証型の授業構成の方が,授業後の理解度テストの得点,および主観的理解度が高いことが明らかになった。この結果はワーキングメモリモデルより考察され,低い空間イメージ能力を持つ子どもは視空間性ワーキングメモリの処理資源容量に厳しい制約があるため,モデル観察において事前に注意を向けるべき箇所が焦点化されている仮説検証型の指導法の方が,処理資源を節約できるものと考えられた。本研究の結果は日本理科教育学会の全国大会(岩手大会)にて発表され,当該分野の研究者と意見交換を行った。また,空間イメージ能力の測定にあたり新たな方法を開発した。天文分野の学習で頻繁に要求される空間的視点取得の測定課題を学校現場で簡潔に実施できるように応用た。内的整合性の確認によって信頼性を,同じく空間イメージ能力の測定課題である心的回転課題との相関分析,および天文分野の小テストと主観的理解度との相関分析によって妥当性を検証した。作成された本課題は『日本教育工学会論文誌』に発表され,掲載された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,言語的な認知的処理や視空間的イメージに関わる個人差と理科の学習達成との関連を示す先行研究の知見を受け,小学校高学年および高校入学直後の1年生を対象に,これらの個人差変数と理科の自己効力との関連を検討することを目的とした。その結果,小学校5・6年生の時点では,言語性ワーキングメモリ(以下WM)の個人差と理科の自己効力との関連はあったが,視空間性WMとの関連は弱かった。この結果を2016年7月に開催された国際心理学会議(ICP2016)にて発表した。また高校1年生を対象に,言語性・視空間性WMと中学校時代の理科学習に対する統制感との関連を検討したところ,小学生と同様に言語性WMはあらゆる理科の分野の統制感を説明し,視空間性WMは特に物理分野の統制感に対して強い説明力を示した。この結果を2016年9月に開催された東アジア科学教育学会(EASE2016)にて発表し,結果について同分野の研究者と議論した。さらにこれらの研究結果を受け,入学直後の高校生に調査を実施した結果,中学校理科における物理分野の自己効力に空間的なイメージ処理の個人差が強く関連する可能性が示唆された。さらにその個人差変数が影響力を持つ場面は物理の問題解答で要求される作図過程に同定された。これらの結果を2016年8月に開催された理科教育学会全国大会と2016年9月に開催された日本教育工学会全国大会にて発表した。したがって,次年度は中学生の理科に対する自己効力と視覚的イメージ処理の個人差による影響力をより詳細に検討する必要性があるのではないかとの示唆を得ることができた。また,理科の自己効力が低減しやすい子どもの特徴として空間的イメージ処理に対する苦手さが関連することが示唆され,自己効力を醸成する効果的な指導法を考案する際に着目すべきポイントが導出されたと考えられる。本年度に行った研究の結果,当初予想していた小学校理科と視空間性ワーキングメモリ容量との関連が見出だされなかった。しかし,学校種を変更して調査を継続した結果,中学校理科で自己効力が低減しやすい子どもの特徴が明らかとなり,さらに理科の学習分野や学習場面が同定された。認知的処理特性の個人差によって理科の自己効力が減退しやすい時期と学習分野が明確化されたことから,次年度でさらに詳細な検討をするための基礎的知見が導出されたといえる。今年度の研究目的は,理科の自己効力が低下するリスクと関連する個人差変数,およびその変数による影響を受けやすい学習単元や学習内容を同定することであった。昨年度,心的視覚イメージ処理に関わる個人差が中学校理科4領域に対する自己効力(統制感)に与える影響について検討した。本年度はこれらの研究成果を『日本教育工学会論文誌』に2報,『理科教育学研究』に2報論文として投稿し,審査を通過した後に採録された。同様に,昨年度中学校理科に対する動機づけを詳細に検討した結果を『理科教育学研究』に投稿し,審査を通過した後に採録された。さらに今年度は,中学校入学直後の1年生と3年生を対象に横断的研究を行い,空間イメージ能力が理科の学業成績と統制感に与える影響を比較した。その結果,空間イメージ能力は中学校3年生の学業成績と統制感に有意な影響力を持つのに対し,入学直後の中学校1年生ではそのような影響力は確認されなかった。この結果を日本理科教育学会第67回全国大会,日本教育工学会第33回全国大会,日本教育心理学会第59回総会などでプレゼンターとして発表し,教科教育学や教育心理学を専門とする多くの研究者と議論した。また,1年生を入学当初から追跡した縦断的研究を行い,いつから空間イメージ能力が理科の学業成績や統制感に影響するかを検討した。その結果,空間イメージ処理が強く要求され,その個人差による影響力が観察される単元・学習内容を絞り込むことに成功した。

現在,得られたデータを精緻に分析し論文化を目指している。今年度までの研究によって,来年度に実施する予定である実践的研究につながる基礎的知見を導出することができたものと考えられる。当初は,縦断的研究によって空間イメージ能力の個人差が中学校理科の学業成績に関連するプロセスを明らかにするところまでを予定していた。実際にはそれに加えて横断的研究による学年差の検討,さらに自己効力(統制感)を含めた理科の動機づけについても詳細に検討することができ,予定していたよりも解像度の高い基礎的知見が得られた。さらに中学校教師と連携した予備的な実践研究も実施できたことから,来年度予定している研究の地盤は固めることができたと考えられる。本年度は,現場の理科教師と共同し低い空間イメージ能力を持つ子どもが困難を経験しやすい学習単元を対象とした実践的研究を行なった。具体的には中学校3年生の天文分野の授業において,太陽・地球・月を模した天体モデルによる検証過程を探索的に行うか,仮説検証的に行うかを実験的に操作し,その教育効果を検証した。本研究の結果,低い空間イメージ能力を持つ子どもは事前に理論構築を行ってから天体モデルを観察する仮説検証型の授業構成の方が,授業後の理解度テストの得点,および主観的理解度が高いことが明らかになった。この結果はワーキングメモリモデルより考察され,低い空間イメージ能力を持つ子どもは視空間性ワーキングメモリの処理資源容量に厳しい制約があるため,モデル観察において事前に注意を向けるべき箇所が焦点化されている仮説検証型の指導法の方が,処理資源を節約できるものと考えられた。本研究の結果は日本理科教育学会の全国大会(岩手大会)にて発表され,当該分野の研究者と意見交換を行った。また,空間イメージ能力の測定にあたり新たな方法を開発した。天文分野の学習で頻繁に要求される空間的視点取得の測定課題を学校現場で簡潔に実施できるように応用た。内的整合性の確認によって信頼性を,同じく空間イメージ能力の測定課題である心的回転課題との相関分析,および天文分野の小テストと主観的理解度との相関分析によって妥当性を検証した。作成された本課題は『日本教育工学会論文誌』に発表され,掲載された。今後は中学校理科に対する自己効力の変動と,それに関連する個人差要因として視覚的イメージ処理特性に着目し,自己効力が変動しやすい場面や学習内容などより詳細に検討することとする。そのため中学校1年生を対象に縦断的研究を行い,理科の自己効力の変動過程をモニタリングしながら,その要因の分析を行うとともに,効果的な指導方策の導出を試みる。今年度までの研究によって,空間イメージ能力の個人差が理科の学業達成および統制感に影響し,その影響力は物理分野で特に顕著であることを特定した。そのため,来年度は実践的研究として低い空間イメージ能力を持つ生徒を対象とした介入研究を行い,基礎的知見の応用を目指す。それによって,中学校理科でつまずきを経験しやすい生徒に対する有効な学習指導に関する示唆を導出できると予想される。また同時に,さらに詳細に検討する基礎的研究を行う必要もある。具体的には,来年度では低い空間イメージ能力を持つ生徒がつまずきを経験する学習内容をさらに詳しく明らかにする。それによって,どの授業回で特に注意が必要であるかを明らかにすることができると予想される。
革新的イオン化法を用いた質量分析型がん診断装置の開発

大気圧イオン化法である探針エレクトロスプレー法(PESI)を用いた質量分析により、ヒトがん組織の脂質のマススペクトルを取得する条件を検討した。同条件を用いてヒト腎細胞がんおよび、肝細胞がんの検体より約3,000セットのマススペクトルを収集し、それをトレーニングデータとしてベイズ推計に基づいた学習機械であるdual penalized logistic regressionmachine (dPLRM)を教育し、盲験スペクトルの判定を行ったところ、病理診断結果と90%以上一致する判定結果を得ることに成功した。本研究では、試料の前処理無く、大気圧下で利用可能な探針エレクトロスプレー法(PESI)を用いた質量分析による、迅速がん診断システムを開発することを目的とした。本法では、得られた生体成分のマススペクトルパタン全体を捉え、これにベイズ理論を応用したアルゴリズムを適用して診断を行うため、従前のがん診断法のように、腫瘍マーカーの検出を必要としない。これにより、一度診断法が確立すると、あらゆる種類のがんに応用が可能である。ヒトがん組織の脂質マススペクトルの取得に最適な条件を検討した結果、検体表面に50%エタノールを滴下し、ステンレス製探針を用いて測定すると最も良好なスペクトルが得られることが明らかとなった。同条件を用いてヒト腎細胞がんおよび、肝細胞がんの検体より約3,000セットのマススペクトルを収集した。これをトレーニングデータとしてベイズ推計に基づいた学習機械であるdual penalized logistic regressionmachine(dPLRM)を教育し、盲験スペクトルの判定を行ったところ、病理診断結果と90%以上一致する判定結果を得ることに成功した。今後、さらに他種のがんに対する測定を行い、データベースを構築することで、広範ながんの診断への応用が期待される。本研究では、試料の前処理無く、大気圧下で利用可能な探針エレクトロスプレー(PESI)法を用いた質量分析による、新たながん診断法を確立することを目的とする。本法では、得られたマススペクトルパタン全体を捉え、これにベイズ理論を応用したアルゴリズムを適用して診断を行うため、従前の質量分析を利用したがん診断法のように、腫瘍マーカーの検出を必要としない。これにより、一度診断法が確立すると、あらゆる種類のがんに適応が可能である。生きたマウス、摘出した種々のヒト組織を対象に測定を行った結果、脂質を最も効率良く検出できることが明らかとなった。さらに、スマススペクトルの検出に最適な条件の検討を行った結果、検体表面に50%エタノールを滴下することで、脂質の検出感度が劇的に向上することが判明した。これまでに、腎臓、肝臓、乳腺、リンパ節、膵臓、胆嚢、種々の消化器粘膜を対象に測定を行ったが、何れからも良好な脂質成分のマススペクトルが得られた。さらに、一般に測定が困難であると考えられていた皮膚からも、スペクトルを取得することに成功した。現在、がん診断アルゴリズムを構築するために、複数検体のマススペクトル収集を進めている。これまでに、30検体のヒト腎細胞がん、20検体のヒト肝細胞がん、30検体のリンパ節を対象に測定を行い、約2000から成るスペクトルデータセットを構築した。このデータベースを用いて、ベイズ理論に基づく学習機械による盲験データの診断を行った結果、病理診断結果と100%一致するがん診断を下せることが明らかとなった。現在、測定対象とするがん種とその検体数をさらに増やし、がん診断アルゴリズムによる診断正確性の向上を試みている。一般に、大気圧下におけるイオン化法を用いた質量分析では、各試料ごとに測定条件を工夫する必要がある。一方、本システムでは電圧や溶媒条件を詳細に検討することで、同一条件であらゆる生体組織から、脂質のマススペクトルを検出することに成功しており、これは、他のイオン化法を用いた質量分析には無い大きな利点である。これまでに、種々の生体試料を測定し、得られたマススペクトルデータを診断アルゴリズムに入力するためのデータ処理法を確立した。腎細胞がん、肝細胞がんに於いては、既に本診断アルゴリズムを用いたがん診断に成功しており、その精度も実用化に近いものである。これまでの進捗状況を見ると、今後は当初の計画を超えた検体数、多種のがんのスペクトルデータが収集可能な見込みである。初年度はマススペクトル検出条件の検討が非常に順調に進み、その分、生体試料の実測定に多くの時間を用いることができ、結果として予想を超えた進展が見られた。しかし、これまでは脂質の測定で診断が可能ながんを対象としていたため、他の生体成分の検出は不要であったが、今後は低分子化合物、糖質などを対象に測定を行うことで、さらに多くのがん種に対する診断が可能となる。24年度は、既に診断に成功した腎細胞がん、肝細胞がんの測定検体数を増やすことで、診断の正確性を向上させると供に、脂質以外の生体成分の検出を試みることで、多種のがんに適応できる診断アルゴリズムの構築を目指す。これまでに、多くのデータが収集され、その管理や取り扱いに多くの時間が必要な状況となっている。

データ管理の自動化を行うプログラムや、データのエクスポートやソーティングを補助する要員を確保し、今後の研究の推進を図る。脂質以外の生体成分の検出条件を検討する必要が発生したため、消耗品に係る研究費は初年度より大幅に増加する見込みである。また、探針を駆動させるアクチュエータ、質量分析機の検出器孔を交換する必要があるため、それに50万円程を要する。今後、アルゴリズム構築が本格化すると、協力先である早稲田大学への出張や、多くの検体を収集するために外部の病院の協力を得る必要があり、その打ち合わせや、検体受け取りに係る旅費が必要である。これまでの研究成果を国内外の学会で発表するためにも旅費を要する。さらに、膨大なデータの管理や取り扱いを補助する要員の確保が必須であるために、人件費、謝金に係る費用も多く必要となる。以上の事項に関して、初年度より引き継いだ研究費を合わせて工面し対応する。
東南アジアにおける乳酸菌資源の学術調査及びデータベースの構築

本研究では、東南アジア各国の乳酸菌研究者及び菌株のデータベースを構築することによって、乳酸菌の実用化に向けた相互利用・共同研究を促進させることを目的としている。平成16年度には次年度に向けた予備的な調査を行った。そして平成17年度は「海外調査」ともに「データベース作成とデータ登録」を行った。本研究では、ベトナム、マレーシア、フィリピン、モンゴル、インドネシア、タイにおける大学及び研究機関を中心に訪問し、調査を進める一方、研究者への協力を依頼した。なかでもインドネシアで開催されたアジア乳酸菌学会では多数のアジア乳酸菌研究者の集まる中、本調査の趣旨説明と協力要請を行うことができた。また、日本生物工学会では、韓国、タイ、ベトナム、フィリピンより乳酸菌研究者を招聘しシンポジウムを開催し、乳酸菌研究の相互理解をさらに促進することができた。以上より、合計約30名の研究者情報、および、30株程度の乳酸菌株情報が得られた。一方、各国の乳酸菌研究者及び菌株データを集計・整理するためのデータベースの作成に当たっては、充実すべき調査項目等を議論した上、フォーマットを決定した。データベースについては、ホームページ上にてアクセス・入力可能なフォームを完成させデータ入力準備完了となった。東南アジアの乳酸菌研究者情報に加えて、国内の研究者ならびに乳酸菌株情報を登録した。現在、データベースには、350超の菌株情報とその所有者等の情報が登録されている。東南アジア各国の乳酸菌研究者及び菌株のデータベースを構築することによって、乳酸菌の実用化に向けた相互利用・共同研究を促進させることを目的としている。平成16年度は「予備的な海外調査」と「データベースフォーマット作成」を行った。平成16年度に行った予備的な調査を踏まえて、平成17年度は「海外調査」と「データベース作成とデータ登録」を行った。前年度までに調査を行ったベトナム、マレーシア、フィリピンに加えて、本年度はモンゴル、インドネシア、タイにおける大学及び研究機関を中心に調査を進めた。以上より、合計約30名の研究者清報、および、30株程度の乳酸菌株情報が得られた。
口腔癌および口腔粘膜上皮細胞の増殖機構に対するサイトカインの影響

完全合成無蛋白培地PF86-1は組成中に血清および細胞成長因子等の蛋白成分を一切含有しない特徴を有し、多くの口腔扁平上皮癌細胞株が継代培養されてきたが、一方で継代培養が不可能な細胞株も存在する。これは増殖に必須な因子の欠乏が原因の一つと考えられる。そこで癌の問質や周囲組織の細胞が産生するサイトカインに着目し、無蛋白培養下における口腔扁平上皮癌細胞株の増殖に及ぼすこれらのサイトカインの影響を検討した。その結果、無蛋白培養下の口腔扁平上皮癌細胞株の増殖にIL-1αがオートクラインまたはパラクライン機構を介して関与している可能性が示唆された。さらに我々は新規完全合成無蛋白培地PFM-7を開発し、口腔粘膜上皮細胞の増殖に対する影響を検討したところ、この培地は従来の増殖因子を添加した培地と比較して、形態、増殖因子に対する反応、各種増殖因子およびその受容体の発現を変化させることなく口腔粘膜上皮細胞の増殖を支持した。これを用いて、同一患者由来の癌細胞と口腔粘膜上皮細胞を同一条件で培養することにより、両細胞の生物学的性状の詳細な比較検討が可能となった。そこで完全合成無蛋白培地中で継代培養している同一患者から分離培養した口腔扁平上皮癌細胞と口腔粘膜上皮細胞のmRNAからcDNAを調整し、癌細胞で発現の上昇あるいは抑制の見られる遺伝子をサブトラクションライブラリー法を用いてクローニングした。これらのうち、正常細胞に特異的に発現している遺伝子は全長430bpのcDNAで、S100蛋白との相同性を持っていた。さらに同遺伝子の発現をノーザンブロッティングにより検討したところ、多くの扁平上皮癌細胞でその発現の低下が認められた。同遺伝子の機能についても解析した。そこで、口腔扁平上皮癌細胞株をPF86-1にて継代培養が可能な細胞株と不可能な細胞株の2群に分け、癌の間質や周囲組織の細胞が産生するサイトカインであるIL-1α、IL-6、TNF-αに着目し、無蛋白培養下における口腔扁平上皮癌細胞株の増殖に及ぼすこれらのサイトカインの影響を検討した。PF86-1にて培養可能な細胞株についてはIL-1α添加により細胞増殖に影響はみられなかったが、PF86-1にて培養不可能な細胞株についてはIL-1α添加で細胞増殖が促進された。IL-6、TNF-α添加によって、細胞増殖が抑制された細胞株がみられたが、両群間で細胞増殖に差はみられなかった。IL-1レセプターアンタゴニスト添加あるいは抗IL-1α中和抗体添加によりPF-861にて継代培養が可能な細胞株では一部の細胞株で細胞増殖が抑制された。PF86-1にて継代培養が不可能な細胞株では、すべての細胞株でIL-1α添加による細胞増殖がIL-1レセプターアンタゴニスト、抗IL-1α中和抗体添加により抑制された。すべての細胞株でIL-1αmRNAおよびIL-1αの発現がみられたが、PF86-1にて継代培養が不可能な細胞株では可能な細胞株に比べてその発現の程度が低かった。すべての細胞株でIL-1Receptor mRNAおよびIL-1Receptor Antagonist mRNAの発現を認めた。これらの結果から、無蛋白培養下の口腔扁平上皮癌細胞株の増殖にIL-1αがオートクラインまたはパラクライン機構を介して関与している可能性が示唆された。

現在ヒトの正常上皮角化細胞の培養は、牛脳下垂体抽出物(BPE)を主とした様々な増殖因子を添加した培地で行われることが多い。そこで我々は新規完全合成無蛋白培地PFM-7を開発し、口腔粘膜上皮細胞の増殖に対する影響を検討したところ、この培地は従来の増殖因子を添加した培地(Keratinocyte-SFM)と比較して、形態、増殖因子に対する反応、各種増殖因子(TGF-α、HB-EGF、Amphiregulin)およびその受容体(EGFR)の発現を変化させることなく口腔粘膜上皮細胞の増殖を支持した。これを用いて、同一患者由来の癌細胞と口腔粘膜上皮細胞を同一条件で培養することにより、両細胞の生物学的性状の詳細な比較検討が可能となった。さらに我々は完全合成無蛋白培地中で継代培養している同一患者から分離培養した口腔扁平上皮癌細胞と口腔粘膜上皮細胞の対数増殖期におけるmRNAからcDNAを調整し、癌細胞で発現の上昇あるいは抑制の見られる遺伝子をサブトラクションライブラリー法を用いてクローニングした。これらのうち、正常細胞に特異的に発現している遺伝子は全長430bpのcDNAで、putativeなpolyadenylation signalを有しており、塩基配列とORFから予想された99個のアミノ酸配列は、S100蛋白との相同性を持っていた。さらに2組の正常-癌細胞のペアを含む数種の正常細胞と約10種類の口腔癌細胞における同遺伝子の発現をノーザンブロッティングにより検討したところ、多くの扁平上皮癌細胞でその発現の低下が認められた。同遺伝子の機能についても解析した。
触媒的不斉反応における副鏡像異性体の起源

一般的に、プロキラルな基質は、キラル触媒によって生じるジアステレオ的関係にある二つの触媒サイクルを介して、鏡像的関係にある主生成物と副生成物へと変換される。主副生成物比をアレニウスの式を用いて二つの遷移状態間の自由エネルギー差に関連つけ、単一の反応機構が働くという大前提のもとに、鏡像面選択性が議論される傾向にある。副鏡像異性体の起源が確認されたことはない。本研究では、副生成物が主生成物とは異なった経路から生成している不斉触媒反応の存在を実験的にはじめて証明した。Ru (OCOCH_3)_2((S)-binap)を用いて(Z)-3-フェニル-2-ブテン酸をメタノール中で水素化すると、低圧では97:3、100気圧では94:6のエナンチオ選択性でR体とS体が生成する。副鏡像異性体の生成機構を検証するべく、H_2/CH_3OD, HD/CH_3OD, D_2/CH_3OD条件で、オレフィン基質を重水素標識化し、キラルカラムで主・副鏡像異性体を分離し、両者のアイソトポマー比を比較検証した。その結果、Z基質はモノヒドリド機構で水素化されるがプロトン分解経路が優先し、生成物の一つの水素原子は水素分子よりもう一つは溶媒に由来する。すなわち、主鏡像異性体はモノとドリド機構、プロトン分解経路が優先して生成することが分かった。一方、副鏡像異性体は、ジヒドリド機構、およびモノヒドリド機構で1,4付加的に進行し、四員環メタラサイクル中間体を経る経路が共存する。この反応系においては、主鏡像異性体と副鏡像異性体の重水素標識型式が全く異なる。両鏡像異性体は全く異なった触媒サイクルを通って反応が進行し、ジアステレオメリックな反応遷移状態モデルを想定してはならない。効率的な不斉触媒反応を実現するためには、単に、「反応場の空間の制御」をするだけでなく、複雑に影響し合っている複数の触媒サイクルから目的とする触媒サイクルを選択しその回転速度を出きるかぎり早く、かつ寿命を長くする、いわゆる「時間の制御」が重要であることを示すものである。不斉反応における主副触媒サイクルのエネルギー図や鏡像面選択性は、副鏡像異性体の起源を確認することなく、単一の反応機構が働く(A型という大前提のもとに議論される傾向にある。これまでにRu(CH_3COO)_2(binap)を触媒に用いる(Z) -α-アセトアミド桂皮酸メチルの不斉水素化においては、A型サイクルであることが示されている。一方、基質の構造が変化する場合(B型)もあろうし、副鏡像異性体は全く異なった機構で生成する可能性(C型)もあろう。本研究では、3-フェニル-2-ブテン酸の不斉水素化を取り上げ、この問題を検証した。基質に(Z) -および(E) -3-フェニル-2-ブテン酸を取り上げ、H_2、HD、D_2ガスやCH_3OH、CH_3OD溶媒を用いて得られる主・副鏡像異性体の重水素標識パターンを精査した。Z基質を水素化すると低圧では97 : 3、100気圧では93 : 7のエナンチオ選択性でR体とS体が得られ、E基質の場合R体とS体が低圧では45 : 55、100気圧では65 : 35の比で得られる。これらの結果から、,Z体においては主鏡像異性体とジアステレオ的関係にある触媒サイクル以外に、全く異なる二種類の機構が関与して副鏡像異性体が生成することを見出した(C型)。さらに興味深いことに、E基質においては、水素化生成物のγ位にDが導入される。このことは、副鏡像異性体は主に基質が異性化して発生するβ, γ-不飽和カルボン酸が水素化されて得られるものと理解できる(B型)。これらを証拠をもって初めて示した例として注目される。
西アフリカ内陸イスラム都市の比較研究

まず本年は、M班(米山俊直代表)との共同研究という形で、合計7回の共同研究会を開催し、M班と本班の研究メンバー全員が研究発表をおこなった。これにより、黒アフリカのみならず、北アフリカ、中東地域のイスラム都市の基礎問題が全研究メンバーの共通知識として獲得された。このことをふまえたうえで、本班メンバーの研究実績を概略すると、以下の如くなる。(1)嶋田は、MU班研究以外にも、IJ班研究会でも研究発表をおこなった。その他発表論文数は6篇。その内訳は、ニジェール川内陸デルタにおけるフルベ・イスラム国家問題(2篇)。西アフリカにおけるイスラム国家都市問題の類型論的理解の試み(2篇)。イスラム都市文化の基盤としての衣服文化形成論(2篇)。書評(2篇)。(2)和崎は本研究会での研究発表以外に、8篇の論文を発表した。内容はアフリカのイスラム都市論(3篇)。大文字の火祭を中心とする日本の都市論(5篇)。都市人類学の基礎論・方法論(2篇)。内容は多岐にわたっているが基本的には結びついた問題であり、それ故和崎は、比較文明学会シンポジウム「文明と都市」でもパネラーをつとめた。(3)松田は、本研究会での研究発表以外にも、4篇の論文を発表した。その内容の中心は、東アフリカにおける都市出稼ぎ民問題であり、都市化にともなう部族性の崩壊と再生の問題を具体的に明らかにしている。松田の研究は直接、イスラム都市問題にかかわらないが、松田の研究を通じて逆に、イスラム都市の固有な問題が明確になりつつある。書評(2篇)。