hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光合成と地球の共進化

先カンブリア時代のバイオスフェアを制覇し、無酸素型の原始地球環境を酸素型に大きく変えたシアノバクテリアを含む光合成細菌の起源と進化を探った。(1)現生生物の光合成反応機構の解析から生物にとってただ同然の太陽光と水をつかって自動的にエネルギーを生産する反応中心の特殊性-反応の最適化機構-を検討した。(2)光合成能を失いつつある生物、あるいは、潜在能力として光合成能を保持する生物を広く探査し、光合成反応進化の原理を見直した。(3)電子移動の最適化ルールは生体系のみならず、ひろく有機・無機分子間の電子移動にも適用されうる。生命誕生以前にもっと簡単な光電変換をする分子システムが自然発生した可能性が高い。そのような仮想的な分子システムを現存の光合成系、呼吸系の構造から検討した。生物の進化上の種(系統)の分岐・発生や大絶滅と同様、光合成に関する事象にも謎が多いが、無酸素下の地球でどのようにして始原的反応中心が誕生し、酸素発生装置が生み出された(36億年前?)のか、また、なぜシアノバクテリア時代がながく続き、真核生物の出現(15億年前)まで異常にヒマがかかったのかを分子進化、生体反応の機構の進化を通じて考察した。生物学・化学・物理学を融合させた境界領域を開拓し、生体光合成反応を物質間の物理化学反応としてとらえ、生命活動の普遍性を地球惑星科学、、地質学もふくめて検討し、太古代・原生代の地球史との関連を解析した。異分野間の研究協力により、生命進化についての地球環境の役割を一部解明した。
ＨＬＡ－ＤＰ５－ＤＲ５３関連疾病のゲノム・免疫学的解析

グレーブス病発症に特異的な感受性アレルとして、HLA-DR14:03とDPB1*05:01を同定した。さらにHLA-DRB1*13:02、DRB1*15:02、B*07:02がグレーブス病発症を防御することを明らかにし、抵抗性アレルが感受性アレルに対して上位で機能することを明らかにした。ゲノムワイドでの相関解析により、橋本病感受性遺伝子VAV3遺伝子を世界で初めて同定した。領域内共同研究により、スギ花粉症アレルゲンCriJ-1ペプチドとHLA-DP5分子複合体の立体構造を世界で初めて解明した。平成22年度は以下の成果を得た。1)患者登録自己免疫性甲状腺炎(AITD)およびスギ花粉症患者を検体を収集する5機関において臨床研究,ゲノム解析倫理審査承認を得た上で患者登録を開始した。これまでに,AITD60例,スギ花粉症75名の登録を終え,臨床検査(甲状腺機能,花粉症関連検査)'ならびにゲノム解析(HLA遺伝子型および疾患関連遺伝子多型)を実施した。患者登録は継続して行われており,25年度までの4年間でそれぞれ約1,000名を目指す。2)AITDおよびスギ花粉症と相関するHLAの同定既にHLA型が判明している罹患者を対象として相関解析を実施し,DPB1*0501と両疾患の有意な相関を再確認した。さらにHLAアレルのみならず多型部位のアミノ酸に着目した解析を実施し,特定の部位のある特定のアミノ酸を有するHLA型がより強く疾患と相関することを明らかにした。3)HLA-DP5,DR53とスギ花粉抗原ペプチド複合体立体構造の解明HLA-DP5およびDR53をコードするcDNAを調整し,A02横山計画班との連携のもと実験を進め,無細胞系でのタンパク複合体精製の段階まで終了した。4)HLA-DP5トランスジェニックマウスの樹立HLA-DP5α鎖およびβ鎖を別々に発現するトランスジェニックマウスを樹立した。これらについて交配を実施しDP5分子が発現するトランスジェニックマウスの確立を進めている。平成23年度は以下の成果を得た。1)患者登録自己免疫性甲状腺炎(AITD)およびスギ花粉症患者を検体を収集する5機関において臨床研究,ゲノム解析倫理審査承認を得た上で患者登録を継続した。これまでに,AITD323例,スギ花粉症154名の登録を終え,臨床検査(甲状腺機能,花粉症関連検査)ならびにゲノム解析(NLA遺伝子型および疾患関連遺伝子多型)を進めた。患者登録は継続して行われており,25年度までの4年間でそれぞれ約500名を目指す。2)グレーブス病と相関するHLAの同定既にHLA型が判明している罹患者を対象として相関解析を実施し,PPB1*0501とグヒーブス病の有意な相関を再確認した。さらに日本人で頻度の高い2ハプロタイプがグレーブス病の抵抗性を規定している可能性が示された。3)HLA-DP5,DR53とスギ花粉抗原ペプチド複合体立体構造の解明HLA-DP5およびDR53をコードするcDNAを調整し,AO2横山計画班との連携のもと実験を進め,無細胞系でのタンパク複合体精製を終了し、DP5とスギ花粉症抗原ペプチドとの複合体立体構造を解明した。これらについて交配を実施しDP5分子が発現するトランスジェニックマウスの確立を継続している。5)スギ花粉特異的T細胞免疫応答の解析花粉飛散期のスギ花粉症患者未梢血リンパ球を使用し、T細胞株の樹立を進めている。クローン取得後T細胞受容体遺伝子を単離し、HLA・ペプチド・TCR複合体の立体構造解析へと展開する。本計画研究は、HLA-DPB1*05:01と強い相関を示すスギ花粉症、グレーブス病、橋本病を対象としてそれぞれの疾病において第一義的に原因となるHLA分子の同定、その原因HLA分子と結合して疾患を発症させる原因ペプチドの同定、原因HLA・ペプチド複合体の構造の解明、それに準拠したHLA・ペプチド複合体形成を阻害する低分子化合物の同定により、これら三疾病の病因の解明とHLA・ペプチド複合体をターゲットとした治療法開発への道を招くことを目的とする。平成25年度までの研究実績を以下に挙げる。・スギ花粉症においてはHLA-DP5と結合するCriJ-1コアペプチドをすでに同定したので、この複合体の構造をA02横山らとの共同研究により解明した。

・グレーブス病は、HLA-DPB1*05:01が第一の責任HLAであること、HLA-DQB1*03:02が第二の責任HLAであること、HLA-DR14:03とDPB1*05:01はグレーブス病に特異的な感受性アレルであること、さらにHLAはHLA-DRB1*13:02、DRB1*15:02、B*07:02が発症を防御することを明らかにした。さらにこれら感受性遺伝子と抵抗性遺伝子のエピスティック(上下関係)の解析から、抵抗性アレルであるDRB1*13:02、DRB1*15:02が感受性アレルであるDPB1*05:01に対して上位であることを明らかにした。このことに準拠して分子細胞レベルで免疫応答と免疫制御機構の解析をスタートした。・橋本病とグレーブス病のGWASによる直接比較によって、VAV3が橋本病に特異的な疾患感受性遺伝子であることを解明した。・スギ花粉症、グレーブス病、橋本病患者のアレルゲンに対するIgE抗体、甲状腺ホルモン、甲状腺関連自己抗体の定量値、臨床情報、HLA6座のアリルのタイプを全てそろえた患者情報データベースを構築した。本計画研究は、HLA-DPB1*05:01と相関を示すスギ花粉症、自己免疫性甲状腺炎(グレーブス病、橋本病)について、原因HLA分子の同定、病因ペプチドの同定、病因HLA・ペプチド複合体の構造の解明、を順次進め、これら三疾病の病因の解明と治療法開発への道を招くことを目的としている。平成26年度の研究実績は以下の通りである。スギ花粉症において、HLA-DP5・CriJ-1(9mer)複合体の立体構造をA02横山らとの共同研究により解明した。さらに、HLA-DP5・CriJ-1(13mer)複合体が示す新たな複合体間相互作用を同定した。すなわち、DP5分子から外側に伸びたペプチドN末端が、隣接するDR分子と相互作用することによって、DR5・ペプチド複合体の直線的な集合体が形成され、さらにそれがDP5分子で保存されている残基をインターフェースとして互いに結合し、最終的にペプチドを一様にT細胞側に提示する形で平面的に会合することを明らかにした。これは、抗原ペプチドが細胞表面上でのHLA分子の物理的性状を制御することを示唆し、免疫応答制御機構の新機軸の発見である。HLA-DP5拘束性9merあるいは13mer特異的なT細胞クローンを樹立し、9merと13merペプチド、ならびにそれらの変異ペプチドを利用して、本研究で発見した立体構造の免疫制御における意義を細胞免疫学の観点から検討している。また、これまでに収集した約580名の自己免疫性甲状腺炎患者臨床情報を用い、HLA遺伝子型と自己抗体価との関連を検討した。その結果、グレーブス病において、HLA-DP5が抗サイログロブリンおよび抗TPO自己抗体産生に対して抑制的に作用することを明らかにした。さらにグレーブス病と橋本病の遺伝要因の差異を解明するために、ゲノムワイドでの相関解析を、グレーブス病547名、橋本病446名に対して実施し、橋本病感受性遺伝子VAV3遺伝子を同定した。本計画研究は、HLA-DPB1*05:01と強い相関を示すスギ花粉症、グレーブス病、橋本病を対象としてそれぞれの疾病において第一義的に原因となるHLA分子の同定、その原因HLA分子と結合して疾患を発症させる原因ペプチドの同定、原因HLA・ペプチド複合体の構造の解明、それに準拠したHLA・ペプチド複合体形成を阻害する低分子化合物の同定により、これら三疾病の病因の解明とHLA・ペプチド複合体をターゲットとした治療法開発への道を招くことを目的とする。平成24年度までの研究実績を以下に挙げる。・スギ花粉症においてはHLA-DP5と結合するCriJ-
炎症ホルモン産生器官としての多核白血球の新しい機能

多核白血球は、従来異物排除細胞として位置付けられ、貧食、リソゾーム酵素の遊離などの機能について多くのことが調べられてきた。しかし、我々は炎症局所に浸出した多核白血球が免疫応答増幅因子を産生していること、しかもこの因子は炎症局所に浸出した多核白血球が新しく合成したものであるとの所見を得、生体防御機能の調節にかかわる炎症ホルモン産生器官としての新しい機能をもっているであろうとの仮説をもつに至った。このプロジエクトでは上述の炎症性免疫増幅因子を最終的に精製し、その部分構造を決定し、これに基づいて、炎症浸出細胞から作成したcDNAライブラリーから目的のクローンを選択し、その全構造を決定すると共に、組み替え遺伝子産物、その抗体を作成し、炎症局所に浸出した多核白血球はこの免疫増幅因子を炎症局所に浸出したあと新しく合成し、遊離するとの決定的な証拠を提出することができた。すなわち、この免疫増幅因子の本態はその構造からウサギのIL1Bであることが決定され、炎症局所に浸出した多核白血球は、IL1BmRNAを発現していること、^<14>Cアミノ酸が、その分子内に取り込まれること、この因子の産生は4種の蛋白合成阻害剤で阻止できること、免疫組織化学的に炎症局所のIL1B保有細胞は99%か多核白血球であり、残り1%がマクロファージであることを証明した。上述のように、炎症ホルモンの1つIL1を多核白血球が合成、遊離していることから、他の因子も同様に産生していると考え、末消血多核白血球、炎症早期及び後期の多核白血球の蛋白合成能、RNA合成能、合成した蛋白の分析を行い、多核白血球は炎症局所で長時間に亘り、蛋白合成能と保持しており、IL1以外に少なくとも8種の蛋白を新しく合成、遊離することをつきとめた。これらの微量蛋白の生物機能について調べることは次のプロジェクトの重要課題であると考える。我々は炎症局所に滲出した多核白血球が炎症の場でいくつかの生物活性因子を合成していることを示唆する現象を見出した.そこで,この炎症の場で合成されている活性因子を同定し,この因子のモルモン〓作用を明らかにし,多核白血球が一種のホルモン産生器官として仂いているという新しい概念を確立することを目的とした.ウサギ腹腔の5時間目炎症局所から多核白血球を多量に採取し,これからmRNA分画を採取し,OkayamaーBerg法によりcDNAライブラリーを作成した.一方,炎症局所のペプチド性免疫応答因子の部分構造を明らかにし,この構造のGlu_<10>ーLys_<15>に対応する^<32>PーオリゴDNAを作成し,上述の炎症滲出多核白血球のRNA分画をNorthern法によって調べた結果,約1.6kbpのmRNAが検出され,cDNAライブラリーを同じプローブによって検索した結果得られた陽性クローンについて,そのcDNA構造を分析し,この因子が全体として268ヶのアミノ酸残基から成る前駆物貭として合成され,Asp_<116>とAla_<117>の間で切断され,152ヶのアミノ酸残基から成る活性因子となることが判明し,その構造はヒトInterleukin 1βと類似する物貭であることが明らかになった.また,このcDNAを発現ベクターに組込み,組替え

遺伝子産物を作成し,ヤギを免疫してこの因子に対する抗体を作成した.上述の結果得られたウサギIL1βc DNA,antisense RNA,組替え遺伝子産物,抗体を用いて,ウサギ腹腔の炎症滲出細胞について調べた結果,そのmRNAは炎症2時間をピークに発現し,活性因子自体は炎症4時間をピークに産生されており,炎症の極く早期に作られるホルモン株因子であり,その産生細胞は多核白血球とマクロファージの両者であって,その比率は約100:1であり,大部分のinterleukin 1β産生産胞は多核白血球であることが判明した.昨年度までに準備したウサギIL1βのCDNA、CRNA、組み替え遺伝子産物、これに対する高タイターのヤギ抗血清を用いて、炎症の場に侵出した多核白血球によるIL1βの産生動態を明らかにすることさらに、この炎症ホルモンが確かに多核白血球によって合成されているとの確証を得ると同時に、このIL1以外の活性因子の産生についても検討を加えた。その結果、炎症局所においてはIL1βmRNAの発現は2時間をピークとし、6時間まで検出される一過性のものが認められ、この時間帯に侵出している細胞は98-99%が多核白血球であること、この炎症2時間目の多核白血球を9.9.9%以上の純度にして、RNA分画を採取し、Northern分析をすると1.6KbのIL1βmRNAを保有することが確認された。また、抗IL1β抗体を用いた免疫組織化学で、炎症浸出細胞のうち、IL1β抗原を有する細胞のうち99%は多核白血球であることを実証した。IL1は一般にマクロファージが産生すると信じられているが、これは試験管内でのIL1産生のデーターに基いており急性炎症局所における主なIL1産生細胞が多核白血球であることを初めて実証した。さらに、末梢血多核白血球、炎症早期、及び後期の多核白血球について、そのRNA合成能、蛋白合成能、新しく合成された蛋白の分析を行った結果、多核白血球は炎症局所に存在するほとんど全期間を通じて、RNA合成、蛋白合成を行っており、しかも炎症早期と後期とではその合成している蛋白の質が異なること、合成した蛋白の内、約3%は細胞外に遊離される物質であること、末梢血多核白血球にも試験管内で蛋白合成を誘導でき、この細胞外に遊離される、新しく合成されたIL1以外に少なくとも8種の蛋白があることをつきとめた。
イオンビーム描画による３次元微細加工技術に関する研究

三次元プロトンビーム描画(3D-PBW:Proton Beam Writing)による微細加工では、ビームのエネルギーを連続的に変えて加工深度が滑らかに変化する三次元構造を作製できる小型装置の開発とその広い普及が切望されている。加速レンズ系は各電極への印加電圧の比(加速比)が一定であれば焦点距離も近似的に一定であることから、ビーム焦点が加工試料表面からずれることなく連続的にビームのエネルギーを変化させることが可能である。実験及びシミュレーションによって、100keVから1MeVの範囲におけるどのエネルギーでもビームの焦点が固定されることを実証し、上記のエネルギー連続可変技術を確立した。本研究の全体構想及び目的は、ビームの加速・集束を同時に行う加速レンズにおいて、レンズ前後の加速電圧比を一定にすることで、ビーム集束を保持したままビームエネルギーを迅速に変化させることが可能な3次元微細加工用小型ガスイオンナノビーム装置を実現することである。昨年度は加速電圧比を一定にした場合にビーム集束が保持されることを確認した。本年度研究実施計画は、ビーム進行方向(縦方向)に対して垂直な方向(横方向)へのビーム走査システムを構築して横方向分解能が1μmレベルのビーム照射システムを開発することである。最初に、横方向へのビーム走査システムの構築を行った。次に、ビームの横方向走査システムによってビーム径計測に要する時間をこれまでの数十秒程度から数秒程度に短縮することができた。これにより、レンズ系の電圧パラメータサーベイの時間が短縮され、パラメータの最適化を効率的に行うことを可能にした。その結果、昨年度は最小20μmであったビーム径を最小4μmに縮小化することに成功した。目標とした横方向分解能に必要なビーム径1μmには届かなかったものの、パラメータの最適化は現在も進行中であり次年度での到達は十分に可能である。以上、本年度の計画はほぼ達成された。なお、本研究課題で実証された加速レンズ系のエネルギー連続可変性に関する論文が、AIP Conference Proceedingsに掲載された。本研究の全体構想は、ビームの加速・集束を同時に行う加速レンズにおいて、レンズ前後のビームエネルギー比を一定にしたまま照射を行う技術を開発して、ビーム集束を保持したままビームエネルギーを迅速に変化させることが可能な3次元微細加工用小型ガスイオンナノビーム装置を実現することである。研究実施計画に基づいて、初年度にあたる平成24年度は、300kV用3段加速レンズ系において加速レンズの加速前と加速後のエネルギー比を一定に保てばビーム集束が保持される、即ちビーム径が変化しないことを実験的に確かめるため、水素イオンビームの集束実験を行った。この実験は予備的なものであることから、昇電圧部に設置された電源機器等の放電による故障を避けるために、定格の300kVよりも低い電圧領域で行うこととした。そこで、ビームエネルギーとして100keV, 120keV, 140keVの3点を選択し、第3加速レンズに対する入射ビームエネルギーをそれぞれに対して同じ割合になるように設定した。その結果、3点のビームエネルギーいずれにおいても、ビーム径20μm程度が維持されることを確認した。これによって、三次元微細加工に向けた加速レンズ系のエネルギー連続可変性を実証できた。なお、この成果について、国際会議CAARI2012において発表し、既に論文がアクセプトされている。その後、本研究で行う高電圧実験に不可欠であるモータージェネレーターが破損し、修理を伴う実験体系の再構築を行った。このため、当初計画にあったビーム進行方向に対して垂直な方向(横方向)へのビーム走査システムの構築、それに必要な物品の購入費用を次年度に繰り越すことにしたが、全体計画への影響を極力少なくするため物品の選定等を完了した。本研究の全体構想及び目的は、ビームの加速・集束を同時に行う加速レンズにおいて、レンズ前後のビームのエネルギー比(加速比)を一定にすることで、加工試料上でビーム進行方向(縦方向)に対してビーム集束点を保持したままプロトンマイクロビームのエネルギーを連続的に変化させることが可能な3次元微細加工用MeV級小型マイクロビーム装置を実現することである。昨年度までにビーム径20μm程度の条件下で加速比一定の時に集束点がずれないことを確認した。研究実施計画は、縦方向及びその垂直方向(横方向)の空間分解能が1μm程度の3次元描画技術を開発することである。まず、ビーム引出部の改良によりビーム径5μm程度への縮小化に成功した。次に、このビームを用いた加速比と集束点の位置の関係を実験で測定した。その結果、放電を避けて安定に運用できる100keVから140keVのエネルギー範囲において、加速比が一定の場合に集束点及びビーム径が保持されることが確認できた。

次に、本研究が目指すMeV級プロトンマイクロビームによる加工を想定して、イオン光学シミュレーションにより100keVから1MeVのエネルギー範囲における加速比と集束点の関係を計算した。その結果、100keVから140keVでは加速比と集束点の関係が実験結果とほぼ一致し、さらに1MeVに至るまでどのエネルギーにおいても加速比が同じであればビーム集束点がずれないことがわかった。本装置を加工に応用する際の空間分解能について、縦方向はビームのエネルギーを変化させることにより1μm程度の空間分解能が得られる一方、横方向はビーム径と同程度の5μm程度に留まった。しかし、今後ビーム引出部の更なる改良によりビーム径1μmを達成することが十分に可能である。以上、プロトンマイクロビームのエネルギーを連続的に変化させる3次元微細加工技術を開発し、その実現見通しを得た。イオンビーム工学平成25年度の研究実施計画のうち、横方向のビーム走査システムの構築については、計画どおりに実行することができた。一方、横方向の微細な分解能に必要なビーム径1μmは達成できなかったものの、効率的なパラメータの最適化が可能となっており、次年度には十分に到達できる見込みである。平成24年度の研究実施計画のうち、三次元微細加工に向けた加速レンズ系のエネルギー連続可変性を実証する実験については、計画どおりに実行した上に十分な成果を得ることができた。一方、横方向のビーム走査システムの構築については、実験機器の破損によって若干の遅延を余儀なくされたが、購入物品の選定等は既に済んでおり、次年度の開始とともに速やかに実行することによって、平成25年度の計画どおりに研究を進めていくことができる。パラメータの最適化によってビーム径1μmを早期に達成し、ビームエネルギーを変えながら(縦方向走査)イオンビームを照射する3次元ビーム走査システムを開発する。横方向ビーム走査システムを構築し、ビームエネルギーを変えながら(縦方向走査)イオンビームを照射する3次元ビーム走査システムを構築する。横方向走査実験によるビーム径1μmへの集束が若干遅れているため、縦方向走査用物品の購入を次年度に繰り越した。縦方向ビーム走査システムに必要な物品を購入する。得られた成果を学会等で発表するための出張旅費等として使用する。横方向ビーム走査システムに必要な物品を購入する。ビームエネルギーを変えながら照射するシステムに必要な物品を購入する。
心筋細胞におけるエネルギー代謝-機能連関の研究

1.心筋細胞におけるエネルギー代謝-機能連関を定量的に解析する目的で、モルモット単離心室筋細胞から、細胞膜電位・ミトコンドリアNADH蛍光・細胞収縮を同時記録した。穿孔パッチ法による電流パルス刺激で高頻度細胞収縮を誘発すると、細胞収縮は徐々に増加し、NADH蛍光は一過性減少の後に緩徐に増加した。低頻度刺激に戻すと、NADH蛍光は一過性に上昇した後コントロールレベルに回復した。高頻度収縮時のNADH蛍光増加は、Caユニポーター阻害薬(ruthenium red, Ru360)で抑制された。また、Rhod-2を用いてミトコンドリアCa(Ca_m)を測定したところ、高頻度収縮に伴いCa_mは緩徐に増加した。これらのデータから、高頻度収縮に伴いCa_mが増加し、ミトコンドリア脱水素酵素が活性化され、NADH産生が増加する機序が推測された。また、高頻度収縮の初期における一過性NADH蛍光低下は、細胞質ADP濃度増加によるフィードバックコントロールの結果であることが、サポニン透過性細胞におけるNADH蛍光測定から推測された。高頻度収縮停止時の一過性NADH蛍光増加は、NADH産生の脱活性化が緩徐に進行するためと考えられる。さらに、高頻度収縮時のNADH蛍光増加は、ラット及びマウス心室筋細胞においても起こることが確認された。すなわち、高頻度細胞収縮時にCa_mが上昇し、ミトコンドリアNADH産生が増加する機構は哺乳類心室筋細胞に共通する機構であると考えられる。2.心筋細胞における興奮-収縮-エネルギー代謝のコンピュータモデルを作成した。NADHの産生がCa_mにより活性化されると仮定することで、上記実験データの大部分を再現することが可能であった。詳細な解析から、ミトコンドリアATP産生に関して、フィードバックコントロールの寄与は約77%、NADH産生活性化の寄与は約23%であることが明らかになった。心筋細胞における「エネルギー代謝-機能連関」を定量的に解析する目的で、モルモット単離心室筋細胞から、細胞膜電位・ミトコンドリアNADH蛍光・細胞長(細胞収縮)を同時記録した。単離心室筋細胞にパッチ電極を当て、穿孔パッチ法により通電刺激した。高頻度刺激を始めると、細胞収縮は徐々に増加し安定したが、NADH蛍光は一過性減少の後次第に増加した。高頻度刺激を停止すると、NADH蛍光は一過性上昇の後、コントロールレベルに回復した。NADH蛍光増加は、ミトコンドリアCa^<2+>ユニポーター阻害薬であるruthenium redで抑制され、ミトコンドリア内Ca^<2+>変化がNADH蛍光変化に関連することが示唆された。そこで、Rhod-2をミトコンドリアに負荷したモルモット心室筋細胞から、細胞膜電位・ミトコンドリアCa^<2+>(Rhod-2シグナル)・細胞長(細胞収縮)の同時測定を行った。同様のプロトコールで心室筋細胞を高頻度刺激すると、細胞収縮増加に伴いRhod-2シグナルが増加することが確認された。これらの実験データから、高頻度刺激に伴いミトコンドリア内Ca^<2+>が増加し、増加したCa^<2+>により種々のミトコンドリア酵素が活性化され、NADH産生が増加する機構が推測された。我々は「心筋細胞興奮-収縮-エネルギー代謝」のコンピュータモデルを開発している。このモデルに、ミトコンドリアCa^<2+>ユニポーターとNa^<+>/Ca^<2+>交換を実装し、ミトコンドリア内Ca^<2+>変動がシミュレーション可能になるように改良した。

NADからNADHの産生がCa^<2+>により活性化されると仮定すると、上記実験データの多くを再現することが可能であった。さらに、シミュレーションから、高頻度刺激による一過性NADH蛍光低下は、ミトコンドリア無機リン酸の上昇によることが示唆された。心筋細胞における「エネルギー代謝-機能連関」を定量的に解析する目的で、モルモット単離心室筋細胞から、細胞膜電位・ミトコンドリアNADH蛍光・細胞収縮を同時記録した。単離心室筋細胞にパッチ電極を当て、穿孔パッチ法により通電刺激した。高頻度刺激を始めると、細胞収縮は徐々に増加し安定したが、NADH蛍光は一過性減少の後次第に増加した。高頻度刺激を停止すると、NADH蛍光は一過性上昇の後、コントロールレベルに回復した。NADH蛍光増加は、ミトコンドリアCa^<2+>ユニポーター阻害薬であるruthenium redで抑制され、ミトコンドリア内Ca^<2+>変化がNADH蛍光変化に関連することが示唆された。高頻度刺激の初期に起こる一過性NADH蛍光の低下は、ATP加水分解の増加に伴うADPまたは無機リン酸の増加に起因すると考えられた。そこで、サポニンで細胞膜をpermeabilizeしたモルモット心室筋細胞を用いてADPと無機リン酸のNADH蛍光抑制の半飽和濃度を求めたところ、それぞれ約0.1mMであった。生理的状態でのADPと無機リン酸濃度はそれぞれ、0.040.09mM、35mMであるので、我々の実験条件下ではADP濃度増加が、刺激頻度増加にともなうNADH蛍光低下の原因であることが推測された。酸化的リン酸化過程を組み込んだ「心筋細胞興奮-収縮-エネルギー代謝」のコンピュータモデルを用いて、実験で測定されたNADH蛍光変化を再現するために必要なNADH産生増加の程度を検討した。収縮頻度に依存したNADH産生増加(Ca^<2+>によるNADH産生活性化)が有る場合でもない場合でも、定常状態におけるATP産生速度には変化がなかった。収縮頻度に依存したNADH産生増加が起こる場合、ADPと無機リン酸によるフィードバックコントロールが約20%減少することが推測された。前年度までに、モルモット心室筋細胞において、細胞の高頻度収縮時にミトコンドリアNADH蛍光が上昇することを発見した。今年度は、ミトコンドリア膜電位感受性色素(TMRE)を用いて、細胞収縮頻度が変化する時のミトコンドリア膜電位応答を観察した。その結果、ミトコンドリア膜電位は細胞収縮頻度にかかわらずほぼ一定の値に保たれることが明らかになった。また、心筋細胞高頻度収縮時のNADH蛍光増加は、モルモット心室筋細胞のみでなく、ラット及びマウス心室筋細胞においても起こることを確認した。すなわち、高頻度収縮時に、ミトコンドリアCaが上昇し、ミトコンドリアNADH産生が増加する制御機構は哺乳類心室筋細胞に共通する機構であると考えられる。さらに、ミトコンドリアNADH蛍光の増加は、イソプロテレノールによるβ受容体刺激や細胞外液へのATP(100μM)添加でも引き起こされることをモルモット及びラット心室筋細胞で明らかした。
更新世末における人類の行動パターンとその領域に関する研究

本研究における研究目標は、更新世末における人類の行動形態の解明とその意義付けである。今年度の研究成果は、(1)九州全域を対象とした細石刃期の行動研究、(2)他地域石器群との比較による九州細石刃石器群の評価、(3)細石刃の機能に関わる研究である。では、行動パターンの時空間的な変化を明らかにした。空間的には、石器技術と石材利用の差異から大きく南と北に区分され、またそれぞれの東西においても別集団の領域であるとし、時間的には、前半段階における画一性の高い技術とコアリダクション型の石材消費戦略に支えられた長距離移動型の行動パターンから、後半期における製作コストの抑えられた柔軟な石器製作とネットワーク化された遺跡間関係へという変化が導き出された。そして、この行動パターンを支えたのは、石器技術に対応した良質黒曜石の需要がその一端であることを想定した。このような行動パターンは九州では認められるが、他地域では必ずしも認められない。この相違の背景には石器技術系統と資源構造などの差異があるものと考えられる((2))。これに加えて明らかにしたのは、細石刃の機能的多様性である((3))。従来細石刃は植刃器の刃部として単一的な機能が想定されていたが、使用痕分析によれば多様な使用方法が明らかとなりつつある。これは、単に1遺跡の中でこうした差異が存在するだけでなく、地域ごとに異なった使用方法、すなわち地域的多様性が存在していた可能性を提起しうる。こうした行動研究は、石器の編年研究と比較してほとんど議論されていないが、石器の背後にある人間行動の本質を明らかにする点で、本来最も取り組むべき研究である。本研究は、技術と石材利用、石器機能の分析からこれを体系的に論じた点で重要である。本研究における研究目標は、更新世末における人々の行動形態を明らかにすることである。具体的には、九州における細石刃石器群を対象とした石器群構造論分析の蓄積が急務である。初年度に行った分析は以下のようなものである。(1)南西部地域における石器群の分析、(2)中九州東部における石器群の分析、さらには、(3)縄文時代草創期に位置付けられる石器群の分析である。まず(1)の分析おいては、南九州にあって北部九州産の石材が多用される石器群における細石刃製作技術の詳細を明らかにした。そこでは、北部九州的な石材利用とは対称的に南九州の石器群と共通した技術が見出された。(2)においては、東九州に偏在する石材を多用する石器製作が行われる一方で、広域分布する黒曜石製石器のあり方から、中九州西部の石器群との関連性が窺われた。(3)の分析では、細石刃石器群と爪形文土器とが、近接して出土した遺物群を対象とした。石器群は、それまで西北九州産石材が多用されていた中九州にありながら、在地産石材が利用されるという点で特徴的である。石材構成やその搬入形態から見て、行動領域の範囲が径20km前後と考えられた。これらの分析から、石材消費からみて、時空間的な行動領域あるいはパターンの変化が認められることが明らかとなった。以上に加えて行ったのが、九州における細石刃石器群の編年的考察である。九州の細石刃石器群を従来とは異なる技術型式学的な枠組みの中で捉え、前半と後半とに2期区分した。この時間的区分と空間的な集団の行動パターンとを総合化し、九州の旧石器時代から縄文時代にいたる集団の行動パターンの変化を捉えた。そこでは、前半期における画一性の高い技術とコアリダクション型の石材消費戦略に支えられた長距離移動型の行動パターンから、後半期における製作コストの抑えられた柔軟な石器製作とネットワーク化された遺跡間関係へという変化が導き出された。

こうした行動研究は、石器の編年研究と比較してほとんど議論されていないが、石器の背後にある人間行動の本質を明らかにする点で、本来最も取り組むべき研究である。本研究は、技術と石材利用、石器機能の分析からこれを体系的に論じた点で重要である。
トランスジェニックマウスによる,アストロサイト群がつくるコンパートメントの形態解析

EGFPを発現している細胞が確かにアストロサイトであることを、抗GFAP抗俸を用いた免疫組織化学海で確認した.共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察の結果、脊髄・脳幹・小脳のアストロサイト群では比較的蛍光が発現していた.特に白質では個々の細胞都よく識別され、細胞体から伸び出している細長い突起力観察できた.灰白質では細胞群が蛍光を発現しているため、神経核の輪郭は比較的よく識別できたけれども、個々の細胞の織別は困難であった、特に小脳皮質にあるバーグマングリア細胞の突起はよく識別できた.間脳レベルでは線条体や視床核については蛍光の発現の仕方にムラがあり、視床核の亜核の識別は難しかった.同様に大脳皮質でも蛍光の発現にムラが多く、まだらに蛍光を発現していた.部位によっては少数の細胞が蛍光を発していたなめ、個々の細胞の観察には適しているという逆の結果か得られた.(1)延髄顔面神経核のレベルにおいては、蛍光を発している明るい領域が分散しており、特に脳幹表面部において著明に蛍光が発現していた、内部においては、蛍光を発している細胞が小さな集団を形成していることがわかった.(2)小脳においては蛍光の発現は一様ではなく、一部の小脳皮質において発現が著しくムラがあった.よく発現している領域では、Bergmannグリア細胞の突起が平行をなして染め出されていた.(3)終脳では海馬領域がもっとも強く傾向が発現していた.いわゆる形質性アストロサイトの発現が著しかった.細胞体は均等に分布し、突起の一部は明らかに、血管終足をつくって血管壁に付着していた.特に太い血管壁に終止する突起群が著明であった.EGFPを発現している細胞が確かにアストロサイトであることを、抗GFAP抗俸を用いた免疫組織化学海で確認した.共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察の結果、脊髄・脳幹・小脳のアストロサイト群では比較的蛍光が発現していた.特に白質では個々の細胞都よく識別され、細胞体から伸び出している細長い突起力観察できた.灰白質では細胞群が蛍光を発現しているため、神経核の輪郭は比較的よく識別できたけれども、個々の細胞の織別は困難であった、特に小脳皮質にあるバーグマングリア細胞の突起はよく識別できた.間脳レベルでは線条体や視床核については蛍光の発現の仕方にムラがあり、視床核の亜核の識別は難しかった.同様に大脳皮質でも蛍光の発現にムラが多く、まだらに蛍光を発現していた.部位によっては少数の細胞が蛍光を発していたなめ、個々の細胞の観察には適しているという逆の結果か得られた.(1)延髄顔面神経核のレベルにおいては、蛍光を発している明るい領域が分散しており、特に脳幹表面部において著明に蛍光が発現していた、内部においては、蛍光を発している細胞が小さな集団を形成していることがわかった.(2)小脳においては蛍光の発現は一様ではなく、一部の小脳皮質において発現が著しくムラがあった.よく発現している領域では、Bergmannグリア細胞の突起が平行をなして染め出されていた.(3)終脳では海馬領域がもっとも強く傾向が発現していた.いわゆる形質性アストロサイトの発現が著しかった.細胞体は均等に分布し、突起の一部は明らかに、血管終足をつくって血管壁に付着していた.特に太い血管壁に終止する突起群が著明であった.まず、融合タンパク質発現ベクターの作製をめざした.ヒトGFAP promotorsequence(2.2kb)をプラスミドpEGFP-1(Clotech)のmultiple cloning site(BgIII/SalI)に挿入し、GFAP-EGFP配列が挿入されたプラスミドをBglIII/AflIIで切断しSV40polyAを含むtransgeneを単離することを試みた.ヒトGFAPpromotorsequence作成に意外と時間を要し、またプラスミドもいくつかの種類を試してみた.最終的にはプラスミドpEGFP-1に挿入することができた.得られたtransgeneをリポフェクションによりGFAP陽性細胞であるhuman anaplastic glioma cell line(U343MG)にトランスフェクトし1週間程度培養後,蛍光顕微鏡下でGFAP-EGFP融合タンパク質が機能的に発現しているかの確認を行った.現在U343MG細胞での発現はうまくいかず、他のいくつかの細胞株を用いて試行錯誤している段階である.すでにこのタイプのトランスジェニックマウスは市販されており,私どももJackson Laboratory社から入手し、共焦点レーザー顕微鏡による予備観察をおこなった.観察の結果,蛍光はアストロサイト群に均一には発現しておらず,脳幹・小脳・脊髄では比較的均一に発現している傾向があった.特に白質では個々の細胞がよく識別され、細胞体から伸び出している細長い突起が観察できた.灰白質では細胞群が蛍光を発現しているため、神経核の輪郭は比較的よく識別できた.小脳皮質にあるバーグマングリア細胞の突起がよく識別できた.しかし、間脳・大脳皮質になるとムラが多く,まだらに蛍光が発現していた.従って,私どもの目的にかなった実験動物を作製するために,ある程度試行錯誤しなければならないと考えている.融合タンパク質発現ベクターの作製をめざした.ヒトGFAP promotorsequence(2.2kb)をプラスミドpEGFP-1(Clotech)のmultiple cloning site4(BgIII/SaII)に挿入し、GFAP;-EGFP

配列が挿入されたプラスミドをBgIII/AflIIで切断しSV40polyAを含むtransgeneを単離することを試み、最終的にはプラスミドpEGFP-1に挿入することができた,得られだtransgeneを、雌FVB/Nマヴスの卵巣から摘出した卵細胞に微量注入し再び卵巣に戻した.この雌ヤウスと野生型FVB/N雄マウスと交配させheterozygotisoffspririgを作製した.動物の尾から採取したgenomicDNAから、EGFP遺伝子(GenBankacceSSionNo.U55761)の塩基配列をもとに設計したプライマーを用いてPCR法により'GFAP-EGFP融合タンパク質をコードする遺伝子が導入されているごとを最終的に確認した.共焦点レーザご顕微鏡を用いだ観察の結果,脳幹・小脳・脊髄のアストロサイト群では比較的均一に蛍光が発現していた.特に白質では個々の細胞がよく識別され、細胞体から伸び出している細長い突起が観察できた.炭白質では細胞群が蛍光を発現しているため、神経核の輪郭は比較的よく識別できだけれども、個々の細胞の識別は難しかった.特に小脳皮質にあるバーグマングリア細胞の突起がよく識別できた.、しゆしながら、理由は不明であるが、大脳皮質では蛍光の発現にムラが多く,まだらに蛍光が発現していた.従って、個々の細胞の観察には適しているという逆の結果が得られた.なぜ、中枢神経系のなかで蛍光の発現が不均一であるのか今後検討していきたい.
多官能ビニル化合物のラジカル重合:三次元化の制御と高機能三次元ポリマーの開発

多官能ビニル化合物のラジカル重合における三次元化機構の究明とその制御の可能性を追求し、高機能三次元ポリマーを分子設計する上での基礎資料を得ることを主たる目的として研究を行った。得られた成果の概要は以下の通りである。1)メチルメタクリレート(MMA)とエチレンジメタクリレート(EDMA)の共重合を取り上げ、ミクロゲル化の過程を重合液の直接光散乱測定によって追跡し、ミクロゲル化が、EDMA仕込み量、一次ポリマー鎖長、濃度、溶媒等の重合条件に依存することを明らかにした。さらに、MMA-EDMA共重合系にラウリルあるいはステアリルメタクリレートのような長鎖アルキルメタクリレートを添加すると、長鎖アルキル基の立体効果によって分子内および分子間架橋反応が抑制され、ミクロゲル化の制御が可能であることを強く示唆する結果を得た。(第41回高分子討論会にて研究発表)。2)各種ジメタクリレート架橋剤存在下、非極性主鎖を形成するベンジルメタクリレートと極性側鎖を形成するメトキシトリイコサエチレングリコールメタクリレートの共重合を主としてt-ブチルベンゼンーメタノール混合溶媒中で行い、三次元化挙動に及ぼす極性効果について検討した。その結果、溶液中でのポリマー鎖のコンホメーションが分子内および分子間架橋反応に大きく反映し、翻っては溶媒種を適宜選択することによってゲル化の制御が可能であった。この点を踏まえた上で、EDMAを架橋剤とし、添加量20mol%、メタノール中、1/10以上の高希釈度でミクロゲルの合成が可能となった(第41回高分子討論会にて研究発表)。3)主として、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドとテトラアリルアンモニウムクロリドの共重合を取り上げ、生成ポリカチオンゲルの体積相転移挙動を水ーアセトンおよびメタノールーアセトン混合溶媒系で詳細に検討した。
セキショクヤケイを利用したブロイラーヒナの脳内摂食調節機構の解明

本研究ではブロイラーヒナの脳内摂食調節機構を明らかにするため、その祖先種であるセキショクヤケイの摂食調節機構を解明することを目的としている。昨年度に引き続き、卵用種とブロイラーの脳内摂食調節因子のmRNA発現量をリアルタイムPCR法にて調べたところ、アグーチ関連ペプチド(AGRP)およびガラニン(GAL)の発現量が両品種間で異なることを見出した。これまでの実験から、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)、ウロコルチン3 (UCN3)、ニューロペプチドY (NPY)、AGRPおよびGALがニワトリ品種間の摂食行動の違いに関係していると考え、両品種の各発生段階での各ペプチドのmRNA発現量を調べところ、CRHとUCN3は艀化後から、GAL、NPYとAGRPは孵化前から発現量に違いが見られた。以上の結果を踏まえ、セキショクヤケイにおける各摂食調節因子のmRNA発現量を調べた。しかし、CRHmRNA発現量は個体間の変動が大きく他品種との比較できるものではなかった。これは、CRHがストレスに関わっているため、各品種間のストレス反応の違いがmRNA発現量に影響を与えたと考えられる。一方、セキショクヤケイにおけるNPYとAGRPの発現量はブロイラーよりも高く、GALは低かった。ただし、AGRPの様に卵用種の発現量がブロイラーやセキショクヤケイよりも高いもの存在していたことから、必ずしも体重の軽重に伴って変化するものだけではない摂食調節ペプチドがあることも明らかとなり、卵用種は今後の研究の対照には成り得ないことが示唆された。本研究の結果、CRH、UCN3、AGRP、NPYおよびGALなどがブロイラーの過食に関わる可能性を見出した。しかし、セキショクヤケイの家畜化に伴って摂食調節ペプチドの遺伝子発現量も多様な方向性をもって変化したことも明らかとなった。今後は各摂食調節ペプチドの遺伝子発現量を調べるだけではなく、その生理的意義を明確にすることで、遺伝子発現量の変化と過食の関係性を明らかにする包括的な研究が必要となるであろう。本研究の目標の全てを達成できなかったが、その大部分を遂行できたため、2おおむね順調に進展していると判断した。本研究期間が終了したため、これまでに得られた研究成果を論文としてまとめ公表する。本研究では、ブロイラーヒナの脳内摂食調節機構を明らかにするため、その祖先種であるセキショクヤケイの摂食調節機構を解明することを目的としている。ニワトリヒナにおける脳内摂食調節因子の研究では、卵用種を用いることがほとんどで、ブロイラーに関する情報は決して多くない。卵用種の脳内摂食調節因子の作用はセキショクヤケイに近いと考えられるので、本年度は卵用種とブロイラーの脳内摂食調節機構を比較した。まず、ブロイラーヒナおよび卵用種ヒナを24時間絶食させた後に、脳内で最も摂食調節に関わっている間脳を摘出し、間脳における摂食調節因子のmRNA発現量をリアルタイムPCR法にて調べた。本年度では、摂食を抑制する因子としてニューロペプチドY(NPY)とソマトスタチン(SST)を、摂食を抑制する因子として副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)、グレリン、血管作動性腸ペプチド(VIP)、プロオピオメラノコルチン(POMC)のmRNA発現量を対象とした。その結果、NPYとSST、VIPのmRNA量が絶食により増加し、CRHとグレリンのmRNA量が減少した。さらに、NPYとSST、CRH、グレリンにおいてはブロイラーのmRNA発現量が卵用種よりも少ないことが明らかとなった。特に、CRHとグレリンにおいては、自由摂食状態でも発現量が少なかった。前述の様にCRHとグレリンはヒナの摂食を抑制する因子なので、ブロイラーではこれらの因子があまり作用しないがためにより多くの飼料を摂取している可能性があると推察される。また、ブロイラーと卵用種にSST、VIPおよびグレリンを脳室内投与した場合の摂食量の変化を調べたところ、いずれの摂食調節因子においても両品種で同様の作用が見られた。今後は投与量等の実験条件を変えて、摂食調節因子の作用の強さについて比較する予定である。本年度は昨年度に引き続き、卵用種とブロイラーの脳内摂食調節因子の発現量を比較した。まず、両品種ヒナを24時間絶食させた後に、間脳を摘出し、間脳における摂食調節因子のmRNA発現量をリアルタイムPCR法にて調べた。本年度では、ウロコルチン3(UCN3)、コレシストキニン(CCK)、メソトシン(MT)、成長ホルモン放出ホルモン(GHRH)について新しく調査したところ、UCN3およびMTのmRNA発現量が絶負とともに変化することを見出し、さらにUCN3、CCKおよびMTのmRNA発現量がニワトリ品種間で異なることを明らかにした。次いで、セキショクヤケイにおける摂食調節因子のmRNA発現量を調べるため、マレーシアのサバ大学の共同研究者に依頼してセキショクヤケイの間脳の現地での分析を依頼した。加えて、より安定してセキショクヤケイサンプルを入手するため、国内の養鶏愛好家からセキショクヤケイを入手して現在繁殖を目的として飼育している。

2012年12月末にヒナが孵化したので、2013年6月以降にはヒナを多数入手することが可能になると考えられる。また、昨年度の研究成果から、ニワトリ品種間の摂食調節機構の違いには副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)が重要であることが判明した。そこで、卵用種を用いてCRHの摂食抑制作用機序についても調査した。CRH受容体サブタイプ2の内因性アゴニストの一つであり、かつ摂食抑制作用をもつUCN3も同時に調べたところ、UCN3の作用が品種間で異なっていたことから、CRHのみならずUCN3もニワトリ品種間の摂食調節機構の違いに関わっていることを明らかにしつつある。現在、UCN3の摂食抑制作用機序を調査している。本研究ではブロイラーヒナの脳内摂食調節機構を明らかにするため、その祖先種であるセキショクヤケイの摂食調節機構を解明することを目的としている。昨年度に引き続き、卵用種とブロイラーの脳内摂食調節因子のmRNA発現量をリアルタイムPCR法にて調べたところ、アグーチ関連ペプチド(AGRP)およびガラニン(GAL)の発現量が両品種間で異なることを見出した。これまでの実験から、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)、ウロコルチン3 (UCN3)、ニューロペプチドY (NPY)、AGRPおよびGALがニワトリ品種間の摂食行動の違いに関係していると考え、両品種の各発生段階での各ペプチドのmRNA発現量を調べところ、CRHとUCN3は艀化後から、GAL、NPYとAGRPは孵化前から発現量に違いが見られた。以上の結果を踏まえ、セキショクヤケイにおける各摂食調節因子のmRNA発現量を調べた。しかし、CRHmRNA発現量は個体間の変動が大きく他品種との比較できるものではなかった。これは、CRHがストレスに関わっているため、各品種間のストレス反応の違いがmRNA発現量に影響を与えたと考えられる。一方、セキショクヤケイにおけるNPYとAGRPの発現量はブロイラーよりも高く、GALは低かった。ただし、AGRPの様に卵用種の発現量がブロイラーやセキショクヤケイよりも高いもの存在していたことから、必ずしも体重の軽重に伴って変化するものだけではない摂食調節ペプチドがあることも明らかとなり、卵用種は今後の研究の対照には成り得ないことが示唆された。本研究の結果、CRH、UCN3、AGRP、NPYおよびGALなどがブロイラーの過食に関わる可能性を見出した。しかし、セキショクヤケイの家畜化に伴って摂食調節ペプチドの遺伝子発現量も多様な方向性をもって変化したことも明らかとなった。今後は各摂食調節ペプチドの遺伝子発現量を調べるだけではなく、その生理的意義を明確にすることで、遺伝子発現量の変化と過食の関係性を明らかにする包括的な研究が必要となるであろう。本研究を遂行するにあたって必要な実験環境はほぼ全て整い、実験結果も順調に出始めているため、(2)おおむね順調に進展していると判断した。本研究の目標の全てを達成できなかったが、その大部分を遂行できたため、2おおむね順調に進展していると判断した。今後は、対象とする摂食調節因子の数を増加するとともに、本研究の課題であるセキショクヤケイを用いた研究を進める。今後は、これまでに得られたセキショクヤケイを用いた研究を発展させる。また、対象とする摂食調節因子の数をより増やしてニワトリの摂食調節因子を網羅的に解析する。
柔構造有機分子膜の電子的構造とMDC-SHG発生に関する理論

単分子膜のMDCとSHGは、周博士にとっては始めての研究領域であることから、研究室での文献や研究すべきテーマについて検討した結果、単分子膜が低次元物質であることから、次元性に着目して1次元から2次元へと研究を進めるという計画が、実施しやすいとの考えにいたった。そこで、2年間の研究を下記のような3段階で進めることにした。1段階目:一次元物質を扱うための理論的考察。2段階目:カーボンナノチューブ,DNAなどの物性を1次元あるいは2次元モデルを用いて扱うための理論の構築3段階目:単分子膜を2次元物質として扱い、SHGとMDCとの関連性を明確にする。昨年度から引き続き1次元系の解析を基礎として、カーボンナノチューブ中の分子の挙動(カーボンナノチューブを通過する水分子の挙動)について解析を行った。結果として、考案した一次元モデルが、これまでの分子動力学のシミュレーション結果を再現するものであることを示すことができた。今年度はその上で、単分子膜へと解析の対象を移していった。ここでは単分子膜を2次元物質として扱い、SHGとMDCとの関連性の観点から、分子が低次元領域に閉じ込められた場合に起きる分子の配向秩序について、hard-gaussian modelを用いて検討を行った。その結果、小さな分子の場合にも分子に配向秩序が現れることが明らかになった。またこれらの研究成果を受け、液晶分子の界面での配向秩序が形成される様子を、コンピュータ計算によって予想が付けられることが明らかになった。単分子膜のMDCとSHGは、周(Zhou)さんにとっては始めての研究領域であることから、来日直後は、研究室での文献や研究すべきテーマについて検討した。その後、単分子膜は低次元物質であることから、一次元から2次元へと研究を進めることが、実施しやすいとの考えにいたった。そこで、今年度は、一次元物質について中心に研究を行い、下記のような成果を得た。1.1次元物質の平衡および非平衡状態の物性(1)最近の研究によると、一次元系の物質については、熱平衡に到達しない場合があることが、計算シミュレーションで明らかになっている。そこで、統計物理の立場から、これを扱うための解析を進めた。その結果、無秩序な結合定数で結ばれた調和振動系を考えるとき、非熱平衡状態になり得ることを証明できた。(2)この研究をさらに発展させ、1次元系の粒子の挙動と異常な熱伝導現象の関係について、S-行列に基づく理論を用いてこれを更に発展させた。2 1次元モデルを用いたカーボンナノチューブ内の水分子の挙動について(1)で述べた1次元系の解析を基礎として、カーボンナノチューブ中の分子の挙動が解析できることを見出した。従来は分子動力学的な立場からの計算ミュレーションが大部分であったが、今回は、カーボンナノチューブの内径が水分子サイズにほぼ匹敵することに着目して、一次元モデルを採用する方法を考案した。そして、カーボンナノチューブを通過する水分子の挙動を理論的に考察し、考案した一次元モデルが、これまでの分子動力学のシミュレーション結果を再現するものであることを示すことができた。
地方の人口問題と家族実践についての調査研究

人口減少が深刻な「地方」の人口移動のメカニズムを解明するため,本研究では島根県をフィールドに,県内外への人口移動が進行していく過程を,地域人口をつくる主体としての「家族」に注目しつつ調査し議論する。とくに1県内若年層の移住・定住,2I・Uターンなど県外都市部からの移住,3近年急速に進む外国人労働者の移住といった島根県に特徴的な地方人口移動問題を取り上げ,それらの移動が,家族内におけるどのような日々の営みによって生じていくのかについて調査し,記述・説明する。