hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沈み込み帯での炭素循環新情報発信へ：微少量グラファイトの局所炭素同位体比分析

ハワイ大学設置のSIMSを用いて、グラファイトの局所炭素同位体比分析の分析手法を確立した。この手法を用いて、高圧変成岩、接触変成岩、ヒスイ輝岩、グラファイトを含むかんらん岩捕獲岩の分析を行った。高圧変成岩類、接触変成岩類は、炭質物中の不純物の影響により良いデータが得られなかった。ヒスイ輝岩のデータから、ヒスイが形成される沈み込み帯初期には、マントル値と同程度の炭素同位体比を含む流体が関与していることが明らかになった。かんらん岩捕獲岩中のグラファイトからは、生物起源を示唆する軽い同位体比が得られた。マントル中でのダイヤモンドが形成との関連を示唆する。本年度は昨年度までに構築した局所炭素同位体比測定方法について,新たな標準試料を入手したため,これまで使用していた標準試料と新しい標準試料間の測定差について検討した。その結果,旧標準試料と新標準試料間では,分析値に大きな差は認められず,測定の正確差を証明する一つのデータを得ることができた。一方で,旧標準試料と比較すると,新標準試料の方がデータの精密さが良く,これは,新標準試料の試料状態が良いためであると判断した。上記の検討後,天然の炭質物を含む試料について測定を開始した。その結果,測定値に大きなばらつきが出る試料と,比較的安定した測定値がでる試料があることがわかった。そこで,いずれの試料に関しても,超高空間分解能走査型電子顕微鏡を使用して,測定領域の観察を行った結果,測定値が安定しない試料に関しては,炭質物と同時に数ミクロンスケールのケイ酸塩鉱物が含まれていることがわかった。そして,シリカ計測量と同位体組成間に相関があることから,不均質試料に関しては正しい値が出ていないことが明らかとなったため,この分析方法,試料への対応について検討する必要がでてきた。安定した値が出た試料に関しては,予察的な成因の考察を行い,ひすい輝岩,グラファイトを含むケイ質脈を含むかんらん岩捕獲岩について検討を行った。沈み込み帯に関連して形成された岩石であるヒスイ輝岩中のグラファイト、およびグラファイトを含むマントル起源かんらん岩中のそれぞれに関して、局所炭素同位体分析方法を確立した後,実際に分析を行った。(0)分析方法の確立新たな良質な標準試料を得ることができたため,その標準試料とこれまで使用して来た標準試料との差を確認し,それぞれのデータ間では、整合性があることを確認した(1)ヒスイ輝岩について日本産糸魚川ー青海地域から採取されたヒスイ輝岩2試料に対して、測定を行った。その結果,炭素同位体比は,マントル値の少し軽い範囲にあたる-10‰程度の値であることがわかった。これらの値から,ヒスイ輝岩の炭素の起源は,マントル由来のものか、もしくは、いくつかのソースの複合の可能性があり、現在も検討中である。(2)マントル起源かんらん岩についてスペイン産タジャンテ地域から採取された試料の測定を行った。その結果,炭素同位体比は、マントル値よりも遥かに軽い-20‰程度であり、このことから、炭素の起源は生物起源の物質がリサイクリングしている可能性が指摘される。(3)その他三波川変成帯および京都大文字山の試料を測定したが、炭質物の中に不純物が多く混じっており,良いデータを得ることができなかった。本年度は以下の2点について重点的に検討した。(1)グラファイトのマイクロスケール炭素同位体測定方法の確立:ハワイ大学のSIMSを用いてぐらいファイトのマイクロスケールの同位体測定方法を確立するべく,スタンダード試料の選択、同位体組成分析時の誤差について検討した。スタンダードとしては、2種類の異なる形態のものを検討した。1つはNIST8541と呼ばれる粉末試料で,エポキシ中にプレスした状態のものを使用した。もう1つは,変成岩中の炭素粒子(Satish-Kumar et al., 2011, Contributions to Mineralogy and Petrology, 162, 821-834)を使用した。結果,いずれの試料を用いた時でも,測定条件は大きく変わらず,また試料間では大きな同位体分別が無い事がわかった。(2)測定試料の選定と準備:『沈み込み帯試料』の中から,測定に用いるための試料の準備と選定を行った。試料は,(a)沈み込み帯マントルウエッジに相当する捕獲岩であるスペインTallante火山岩中の試料(b)新潟県糸魚川産のグラファイトを含む

ひすい輝岩,(c)接触変成岩中の高温部から低温部(Aoya et al., 2010, Journal of Metamorphic Geology, doi:10.111/j.1525-1314.2010.00896.x), (d)温度圧力履歴が詳細に検討されている三波川変成帯中の泥質変成岩類(Inui, 10, Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 105, 274-279)について準備をして検討した。その結果,それぞれの試料中に測定可能なグラファイト粒子が含まれていることを確認できた。本研究の目的は,これまで見過ごされてきた沈み込み帯における炭素循環について,天然試料中の炭質物に着目して,局所炭素同位体分析手法を構築し,適応して検討することを目的としている。(1)局所炭素同位体分析手法に関しては,今年度の成果によってこれからしばらくは対応できる量の安定した標準試料を入手し,検討できた結果,ほぼ測定方法の構築は完成したといえる。今後は,測定試料に対応した状態での標準試料を使い分けるなどの検討が必要であるが,一定の世界レベルの分析は可能であると判断している。(2)天然試料分析においては,広域変成作用,接触変成作用を受けた変成岩試料およびひすい輝岩,マントル起源捕獲岩について検討した。前者2つの関係の試料に関しては,炭質物中の不均質に混合しているケイ酸塩鉱物の存在によって正しい値が出ていない可能性が高く,今後の検討が必要である。後者二つの試料に関しては,予察的な結果が出ており,それぞれの形成場所での炭質物の起源について検討が進められている。しかしながら,引き続き試料の測定を重ねて,検討を進める必要がある。測定条件の決定を行う事ができ,また測定試料についての検討までは完了した。本年度行う予定だった実際の分析についてマシンタイムが確保できずに測定することができなかった。しかし,それは,新しいスタンダード試料となり得る試料を今年度新たに取得できたためである(Satish-Kumar et al., 2011)。分析手法の確立が本研究の鍵でもあるので,異なる試料を用いて慎重に測定条件を決定した為に,実際の試料の測定時間を確保することができずに,予定よりもやや遅れる結果となった。安定したデータを取得するためには,微小領域といえど均質な炭質物からなる分析領域の確保が決定的に重要であることから,より均質な炭質物を含む試料に対しての分析が必要である。また,安定したデータを予察的に得られてた試料に対しても,よりデータの精度を高めるために,複数回の測定が必要である。本年度準備した測定試料について、まずは測定粒子の詳細な観察を電子顕微鏡を用いて行う。その測定結果を用いた上で,試料中のグラファイトの局所炭素同位体比の測定を行う。測定を行う試料は(1)マントル試料,(2)ひすい輝岩試料,(3)熱影響としては短時間である接触変成岩試料,(4)熱影響としては長時間である広域変成岩試料の順に測定を行う。(1)のマントル,(2)ひすい輝岩試料に関しては,炭素同位体からその炭素の起源についての検討も行う。また,(3),(4)試料の検討と、熱モデルによって熱影響の時間スケールと炭素同位体の均質化,炭素同位体分別について温度圧力条件の影響について明らかにする。新標準試料を得ることができたために,旧標準試料との測定差について検討する必要が出て来たため,実際の天然試料について測定する時間が短くなったことに加え,マシンタイムの調整が申請者および受け入れ研究機関の間の両方の関係で十分に確保できなかった。
鉄筋コンクリート造構造体の高温環境下における挙動の包括的観測技術の開発

火災時のRC造の挙動解明には、高温加熱による組織の変質過程、物質移動、鉄筋および組織の変形、鉄筋の付着劣化等を、同時にそれぞれが干渉することなく観測する必要がある。本研究では、RC部材のこれら高温環境下挙動の包括的観測技術の開発を最終目的とする。具体的には、1基礎物性情報の集積を前提として、2耐熱FBGひずみセンサおよび中性子回折法による高温下鉄筋応力測定技術の開発と、3中性子イメージングによる高温下物質移動測定技術の開発・高精度化を図る。さらに、4画像相関法(コンクリートのひずみ測定)や赤外線法(温度測定)等の既存要素技術を複数組み合わせることで、RC部材の高温環境下挙動の包括的観測技術として確立し、模擬RC部材の包括的実証データを示すことを目標とする。平成30年度は、平成29年度に設計した実験室用のFBG計測システムを東京理科大学に整備し、耐熱FBGセンサおよび中性子回折法による高温加熱中の鉄筋ひずみ測定技術の開発(下記(1))、中性子イメージングによるコンクリート内部の変形解析技術の開発(下記(2))を進めた。(1)高温加熱中の鉄筋の付着強度評価耐熱FBGセンサと測定システムを試作し、室温環境における載荷試験により耐熱FBGセンサの開発および性能検証を行い基礎的知見を得た。また、中性子残存付着強度評価法の開発を継続し、鉄筋コンクリートの耐火性能研究における本計測技術の応用について検討した(2019年度TAKUMIにて実施予定)。(2)中性子イメージングと画像解析を融合したコンクリートの変形解析技術開発中性子イメージング(JParc RADEN)により撮像した二次元透過像に画像相関法を適用したコンクリート内部の平均変形状態の解析精度の向上を図った。さらに得られた変形データを有限要素法(FEM)と組み合わせ、コンクリートの変形解析技術として開発を継続して進めた。試作した耐熱FBGセンサの供給体制の構築に若干の遅れがあったものの、概ね予定通りの検証実験を行うことができた。2019年度における安定した供給体制の整備が完了しておりプロジェクトの進捗はおおむね順調といえる。中性子イメージングおよび応力測定について、2018年度後期課題で加熱したRC部材のJPARC RADENおよびKURでのイメージング実験を行い、加えて2019年度前期課題で採択されたTAKUMIによる付着特性の測定を予定しており、概ね予定通りの進捗と考える。2019年度は、耐熱FBGセンサの量産を行うことで測定手法の開発を推進、加速・完了する。2019年度前期課題では、すでに採択されたTAKUMIによる付着特性の測定を予定しているが、後期課題の中で包括的測定技術開発に向けた加熱実験の実施を試みる。また、京都大学研究用原子炉(KUR)におけるB-4ポートにおける課題も採択(8月および12月予定)しており、これらのマシンタイムを有効に利用し、当初研究目的の達成を目指す。平成29年度は以下の内容を実施した「1.鉄筋コンクリートの構成材料の化学/物性評価手法の開発」高温下におけるセメント硬化体および骨材の化学組成・物理特性について、TG/DTA、DSC、XRD、TMAを用いて確定し、順次情報集積を進めた。特に、水酸化カルシウムの分解に着目した物性変化について基礎データを取得した。また、熱間の力学的変化についても合わせてデータの取得を行った。「2.耐熱FBGセンサによる高温加熱中の鉄筋のひずみ/応力/付着強度評価」研究分担者の西村らが開発した耐熱FBGセンサを用い、鉄筋のひずみ分布測定用の耐熱FBGセンサ開発に向けた基本的検討を行い、鉄板、鉄筋への接着方法を検討し、測定が可能であることを確認した。さらに、実際にコンクリート中の鉄筋のひずみ測定を行うべく、鉄筋コンクリート試験体を作製し実装にあたっての課題を抽出した。「3.高温加熱した鉄筋コンクリート中の鉄筋ひずみ/応力/付着強度評価」中性子回折法による高温加熱した鉄筋コンクリート中の鉄筋ひずみ/応力/付着強度評価を行うことを目的として、平成29年度は、中性子回折実験に用いる自動載荷加熱試験機として赤外線集光炉の設計・検討を行った。「4.中性子イメージングによるコンクリートの物質移動特性の測定技術開発」高温下における水分挙動・応力発生機構を捉えるため、中性子イメージングを利用した測定技術を確立することを最終目標とし、平成29年度は、3で開発する自動載荷試験機の利用を想定した基礎的検討を行った。具体的には、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)に設置されている中性子イメージング装置(RADEN)を用い、ガドリニウムマーカをトレーサーとした変形挙動分析手法の開発を行い、マーカ移動量を標準偏差で±1 pixel(±50μm)以上の精度で捉える事が可能であることを確認した。主要とする4つの研究項目について当初の予定と比較し以下の通りの進捗であり、総じて「概ね順調に進捗している」と言える。「1.鉄筋コンクリートの構成材料の化学/物性評価手法の開発」については、おおむね予定していた測定を終えており、予定していたTMAの測定に加えて、加熱集光炉を用いて各温度域セメントペーストの応力-ひずみ曲線および破壊強度を得るなど、予定を超えた進捗を得ている。「2.耐熱FBGセンサによる高温加熱中の鉄筋のひずみ/応力/付着強度評価」について、当初目標としていた、耐熱FBGセンサの開発および鉄筋コンクリート中の鉄筋への実装について、本年度の検討の中で試行的に実施することが出来た。予定通りの内容を実施したが、実施結果からはFBGセンサおよびFBGセンサの実装方法についていくつかの課題が見えてきており、次年度以降の検討を行う。

「3.高温加熱した鉄筋コンクリート中の鉄筋ひずみ/応力/付着強度評価」については、中性子回折実験に用いる自動載荷加熱試験機として赤外線集光炉の設計・検討を行っており、おおむね予定通りの進捗である。「4.中性子イメージングによるコンクリートの物質移動特性の測定技術開発」については、中性子イメージングを利用したひずみ分布測定技術の確立に向けて、ガドリニウムマーカをトレーサーとした変形挙動分析手法の開発を行った。目標とする精度をおおむね得ることが出来ており、おおむね予定通りの進捗と考える。火災時のRC造の挙動解明には、高温加熱による組織の変質過程、物質移動、鉄筋および組織の変形、鉄筋の付着劣化等を、同時にそれぞれが干渉することなく観測する必要がある。本研究では、RC部材のこれら高温環境下挙動の包括的観測技術の開発を最終目的とする。具体的には、1基礎物性情報の集積を前提として、2耐熱FBGひずみセンサおよび中性子回折法による高温下鉄筋応力測定技術の開発と、3中性子イメージングによる高温下物質移動測定技術の開発・高精度化を図る。さらに、4画像相関法(コンクリートのひずみ測定)や赤外線法(温度測定)等の既存要素技術を複数組み合わせることで、RC部材の高温環境下挙動の包括的観測技術として確立し、模擬RC部材の包括的実証データを示すことを目標とする。平成30年度は、平成29年度に設計した実験室用のFBG計測システムを東京理科大学に整備し、耐熱FBGセンサおよび中性子回折法による高温加熱中の鉄筋ひずみ測定技術の開発(下記(1))、中性子イメージングによるコンクリート内部の変形解析技術の開発(下記(2))を進めた。(1)高温加熱中の鉄筋の付着強度評価耐熱FBGセンサと測定システムを試作し、室温環境における載荷試験により耐熱FBGセンサの開発および性能検証を行い基礎的知見を得た。また、中性子残存付着強度評価法の開発を継続し、鉄筋コンクリートの耐火性能研究における本計測技術の応用について検討した(2019年度TAKUMIにて実施予定)。(2)中性子イメージングと画像解析を融合したコンクリートの変形解析技術開発中性子イメージング(JParc RADEN)により撮像した二次元透過像に画像相関法を適用したコンクリート内部の平均変形状態の解析精度の向上を図った。さらに得られた変形データを有限要素法(FEM)と組み合わせ、コンクリートの変形解析技術として開発を継続して進めた。試作した耐熱FBGセンサの供給体制の構築に若干の遅れがあったものの、概ね予定通りの検証実験を行うことができた。2019年度における安定した供給体制の整備が完了しておりプロジェクトの進捗はおおむね順調といえる。中性子イメージングおよび応力測定について、2018年度後期課題で加熱したRC部材のJPARC RADENおよびKURでのイメージング実験を行い、加えて2019年度前期課題で採択されたTAKUMIによる付着特性の測定を予定しており、概ね予定通りの進捗と考える。
海馬の神経新生と認知機能を高める最適運動強度の探索:ストレスの関与から

海馬神経新生を促進するためには、運動ストレスを伴わない低強度運動が有効である一方、運動ストレスが生じる高強度運動ではその効果が消失した。さらに、低強度運動により海馬で増加する神経新生に対しコルチコステロン(CORT)がその受容体であるGR、MRを介して促進的に作用(栄養効果)し、高強度運動ではGRを介した抑制作用が優位となることが明らかとなった。CORTは運動強度特異的に生じる海馬可塑性の決定因子として重要な役割を担うことが示唆された。海馬は学習・記憶や空間認知機能を担う脳部位として知られ、歯状回では成熟後でも運動することで神経新生が高まり(成熟海馬神経新生,AHN)、認知機能向上に寄与することが示唆されている。しかし、そのほとんどが自発的な輪回し運動を用いた研究によるもので、走行量以外に、運動強度(速度)など最適な運動条件の詳細についてはいまだ決着をみない。運動は強度によりでストレスとなる。自発的な輪回し運動でも、走リ過ぎは副腎も肥大し、血中に増加する副腎皮質ホルモン(GC)の影響で神経新生は抑制される。本研究では、その問題を解明するための第一ステップとして、ストレスを伴う・伴わない、二つの異なる運動強度による独自のラット(マウス)の走運動モデルを用い、"海馬歯状回"の神経新生ならびに空間認知機能をともに高める最適運動強度は何かを明らかにした。LT強度を境に低強度群(〈LT、ストレスフリー群)と中・高強度群(≧LT)(ストレス運動群)の3群を設定し、2週間の走運動トレーニングを行わせ、AHN促進効果が最大となる強度を明らかにする。動物はラットとマウスを両方用いた。マウスのLTは今回初めて同定を試み、ラットと同様、分速20m付近にあることを確認した。両動物とも2週間の走運動トレーニングを行わせた。神経新生の解析は、成熟神経細胞だけでなく、DCX(ダブルコルチン)陽性幼弱神経細胞についても評価し、運動効果の作用点を検証した。その結果、両動物ともに低強度運動でも十分AHNが増加し、その効果は中強度でも変わらなかった。特にマウスの中強度運動では運動効果が消失することがわかった。中強度運動では乳酸やコルチコステロンの増加を伴うことから、繰り返し脳にはたらくステロイドが海馬の幼弱神経の発達もしくは成熟神経の生存を阻害する可能性がある。なお、今回、組織化学に用いたstereologyはスペインカハール研究所との二国間共同研究により導入した方法により行った。適度な運動は脳にも作用し成体海馬神経新生(AHN)を促進させ,結果的に空間認知機能の向上や抗うつ効果をもたらす.しかし,運動もLT(乳酸性作業閾値)以上の強度ではストレスを伴う(運動ストレス)ため,どのような運動条件がAHNを効果的に促進するか検討が必要である.これまでに我々は運動ストレスに着目し,LT以上のストレスを伴う運動ではAHNの促進効果が得られないこと(前年度報告済)を確認している.この背景には,LT以上の運動で高まるコルチコステロン(CORT)による影響が想定される.CORTの受容体にはグルココルチコイド受容体(GR)とミネラルコルチコイド受容体(MR)の2種類が同定され,AHNに対し促進と抑制の相反的作用が示唆されているが,運動で高まるAHNにおけるCORTの関与を2つの受容体の機能から検討はされていない.本研究では,これら受容体の特異的拮抗薬(GR拮抗薬:Mifepristone,MR拮抗薬:Spironolactone)を使用し,異なる運動強度(低強度:15m/min,中強度:30/min)においてCORTがAHNに与える影響について検討した.その結果,AHNはVehicle群において低強度で有意に増加し,高強度では増加はみられない.これに対して,GR,MRを阻害すると低強度での増加が抑制された.高強度においては,MRとGRを介した有意なAHN抑制作用は認められなかった.しかし,血清CORT濃度とAHNとの相関をとると,GRを阻害したときに有意な正の相関関係が認められため,高強度においてAHNが高まらない原因として,GRを介するAHN抑制作用が示唆される.本研究から,低強度運動により成体海馬で増加する神経新生に対しCORTがGR,MRを介して促進的に作用する一方,ストレスを伴う高強度運動ではCORTのGRを介した抑制作用が優位となることが初めて明らかとなった.ストレスにより惹起されるステロイドホルモンは,低強度では海馬に栄養効果を,高強度では逆に抑制因子として作用するなど,運動強度特異的に生じる海馬可塑性の決定因子として働く可能性が示唆された.適度な運動は脳にも作用し成体海馬神経新生(AHN)を促進させ,結果的に空間認知機能の向上や抗うつ効果をもたらす.これまでに我々は運動ストレスに着目し,LT以上のストレスを伴う運動ではAHNの促進効果が得られないこと(平成20年度報告済)を確認している.

さらに,ストレスにより惹起されるステロイドホルモンは,低強度では海馬に栄養効果を,高強度では逆に抑制因子として作用するなど,運動強度特異的に生じる海馬可塑性の決定因子として働くことを示した(平成21年度報告済).運動処方に橋渡しするためには,(ステロイドホルモン作用を中心とした)さらなる分子機構の解明が必要である.そこで,本研究では異なる強度の走運動が海馬の分子基盤に与える影響について,遺伝子発現動態を網羅的に解析できるMicroarray法を用いて検討した.その結果,ストレスを伴わない低強度群,ストレスを伴う高強度群ともに細胞の増殖・生存に関わる遺伝子(Thbs4,Wisp1,Glp1r,Mmp-9)の発現が確認された.一方,高強度では,アポトーシス促進に関わる遺伝子(Mrc1,Ccnb1)の増強やニューロン化への分化促進遺伝子(Sostdc1)の抑制(低強度では増強)が見られた.特に注目すべきは,AHNの促進や神経活動の亢進,不安行動やアルツハイマー病の抑制に関わるTtrの発現は低強度運動により顕著に増強され,高強度運動では抑制されたことである.Ttrは認知能の基盤となる分子機構を解明する上で,標的分子となる可能性が高い.今後,これらの因子とステロイドホルモンの相互関係を明らかにすることで,認知機能を高める最適運動強度(低強度運動)の分子機構を解明できるはずである。
畜産・食品加工廃棄物の高効率嫌気性メタン発酵に関する研究

表記の課題について、2.8Lのジャーファーメンタを用い、発酵液を2Lて実験を行った。従来メタン発酵法の実験1と標準濃度より150倍の微量金属塩濃度を発酵液に添加した実験2を平行に運転させた。比較実験の結果及び得られた知見は以下の通りである。1.HRT:40日、有機酸負荷:500mL/L・Dの場合、従来のメタン発酵法と比べ、メタン生成速度及びメタン菌体密度はそれぞれ1.43倍と1.61倍に高められた。2.HRT:20日、有機酸負荷:500mL/L・Dの場合、従来のメタン発酵法と比べ、メタン生成速度及びメタン菌体密度はそれぞれ1.37倍と1.47倍に高められた。3.HRT:40日、有機酸負荷:125mL/L・Dの場合、メタン生成速度及びメタン菌体密度は殆ど従来のメタン発酵法のと同じであった。これは有機酸濃度が低いため、リアクタに投入した基質を完全にメタンに変換され、基質制限型発酵プロセスであると考えられる。酢酸分解系メタン菌に対して、微量金属塩濃度の最適化は顕著な効果を持っていることを明らかにした。また、同じ有機酸負荷においても、HRTの違いによって、微量金属塩添加の効果は異なると判明した。この研究で得られた情報は、高効率のメタン発酵を達成するために重要と考えられる。標記の課題について、2.8Lのジャーファーメンタを用いて、溶液を2Lで実験を行った。実験をNo1リアクタとNo2リアクタの二組を平行に運転させた。初期の微量金属塩濃度は0.1mL/L(従来の微量金属塩濃度)に設定した。実験開始後、pH、メタン生成速度およびメタン菌密度などのパラメータは2倍以上の設定HRT期間で定常状態を継続した時点で、No2発酵槽に15mL/Lの微量金属塩濃度に変え、比較実験を開始し、メタン生成速度およびメタン菌体密度の測定を行った。下記の結果が得られた。1.HRT : 20日、有機酸負荷: 500mL/Ldayの場合に、従来のメタン発酵法と比べ、メタン生成速度およびメタン菌体密度はそれぞれ1.43倍と1.61倍に高められた。2.同じ有機酸負荷においても、HRTの違いによって微量金属塩の効果は異なる。従来の微量金属塩を使用した培地の結果と比較する時、微量金属塩の添加効果は投入液の酢酸濃度が高い(HRTの長い場合)ほど効果が高いと考えられる。3.酢酸分解系メタン菌に対して、有機酸基質濃度、pH等の条件を満たせる場合に、微量金属塩濃度の最適化は顕著な効果を持っていることを明らかにした。来年度には、さらなる従来メタン発酵の有機酸負荷(1.2g/L・day)より高い有機酸負荷においての実験を行う必要があると考えられる。
代謝―エピゲノムのクロストークによる慢性アレルギー性炎症の細胞社会形成

これまでの研究結果で、in vitroでTh2細胞分化誘導した後、IL-7刺激を加えることで、IL-5産生能とIL-33受容体発現が上昇し、IL-33刺激により抗原非依存的にIL-5、IL-13や炎症性因子を高産生する形質を付与できることを見出していたが、その分子機構は不明であった。平成30年度の研究で、IL-7刺激により解糖系が活性化することが、Th2細胞の抗原非依存的なサイトカイン・炎症性因子の産生に必要であることが分かった。IL-7/IL-33刺激による抗原非依存的なサイトカイン産生は、Pparγ阻害剤により抑制されたことから、IL-7はTh2細胞に作用して解糖系を活性化し、それにより転写因子Pparγの発現が誘導することでTh2細胞に自然リンパ球様の機能を発現させる可能性が考えられた。私たちは、転写抑制因子Bach2のT細胞特異的欠損マウスが、喘息ー慢性閉塞性肺疾患オーバーラップ症候群(ACOS)様の病態を自然発症することを報告してきた。そこで、Bach2のIL-7-Pparγ経路における役割を解析したところ、Bach2の欠損によりIL-7受容体の発現が上昇し、IL-7依存的な解糖系の活性化が増強されることでPparγが過剰に発現することが明らかとなった。つまり、Bach2はIL-7-Pparγ経路の抑制を介してTh2細胞の抗原非依存的なサイトカイン産生を阻害し、ACOS様病態発症を抑えていると考えられる。さらに、私たちがT細胞特異的Bach2欠損マウスにおけるACOS様病態を改善できる低分子化合物として同定したSH-2251は、Pparγの発現を抑制できることも見出している。Th2細胞が、自然リンパ球様の形質を獲得し、IL-33依存的にIL-5やIL-13を賛成する分子機構を明らかにすることができた。また、その過程を阻害し、治療法の提唱につながる可能性を持つ低分子化合物も同定できたため。今年度は、抗原非依存的な活性化能を有するTh2(Tpath2)細胞のの移入とそれに続く気道傷害性の刺激により、ACOSの発症を誘導する系をまず確立する。次に確立したACOSモデルマウスを用いて、肺の生理機能や肺組織の繊維化、好酸球を中心とした炎症細胞浸潤におけるTpath2の役割について解析する。さらに、Tpath2が選択的に分泌する代謝産物の同定し、それを介して形成される炎症細胞社会(T細胞、マクロファージ、上皮細胞などのクロストークで形成されると予想)の実態解明を目指す。
層状物質の薄片剥離およびヘテロ積層による新奇物性発現

この研究課題では,「柔軟で安定度が高く,電気的特性のよい半導体薄膜素子」の実現手法として,「層状構造を持つ物質の利用」を提案し,研究を進めた。具体的には「単層化グラファイト(グラフェン)」および「単層化層状カルコゲナイド」の利用を試みている。平成20年度は,単層剥離した層状物質,特にグラファイトの溶液中単層剥離によって得られた可溶化グラフェンを,高機能な素子材料として応用することを目指して実験を進めた。研究成果は以下の通りである。(1)酸化グラフェン溶液を用いて薄膜を塗布し,さらに化学/加熱還元する手法の改良に努めた結果,導電性が高く(2000S/cm台)可視光近赤外領域で透明なグラフェン薄膜の形成に成功した。この透明グラフェン薄膜を電極に用いた有機薄膜太陽電池を試作したところ,これまでに最高で1.2%の光電変換効率が得られている。(2)塗布グラフェン薄膜をソース/ドレイン電極とするボトムコンタクト型有機電界効果トランジスタ(FET)を試作したところ,p型(P3HT活性層),n型(PCBM活性層)の両方でFETの塗布形成に成功した。またこれらのFETでは,金蒸着膜を電極とする素子よりも高い移動度が得られた。グラフェン電極と有機半導体の接触抵抗を測定したところ,金電極よりも低い値が得られている。本研究では,「柔軟で安定度が高く,電気的特性のよい半導体薄膜素子」の実現手法として,「層状構造を持つ物質の利用」を提案している。本年度は,グラファイト粉末の化学的処理による単層化と薄膜形成に主眼をおいて研究を進めた。グラファイト粉末を過マンガン酸カリウムなどの酸化剤によって酸化して酸化グラファイトとし,これを水中に分散させて超音波を加えると単層に剥離した酸化グラフェンが得られる。これを遠心分離した後純水に溶かし,表面を親水処理したガラス基板を垂直に浸漬し,引き上げると酸化グラフェン薄膜が得られる。この酸化グラフェン薄膜を還元すると,グラフェン薄膜が得られる。酸化グラフェン水溶液の濃度や引き上げ速度を制御することで,膜厚を調整することもできる。還元手法として,まずヒドラジン-水和物の蒸気に薄膜を曝したところ,黄色薄膜が無色に変化し,20S/cm程度の電気伝導率を持つ透明薄膜が得られた。また,酸化グラフェン薄膜を真空下で1100°Cに加熱したところ,約2000S/cmという高い電気伝導度と可視光領域で約80%の透過率を持つ薄膜が得られている。この電気伝導度は,現在透明電極として幅広く用いられている酸化インジウムスズ(ITO)の値の数分の1に達している。ITOは資源が限られるため代替材料の開発が活発に進められているが,透明グラフェン薄膜はその候補となりうる物質であることがわかった。
フランス革命期から第三共和政初頭までのサヴォワ地方

今年度はサヴォワにおいてどのような地方意識が成長していったのか、また、その地方意識の形成に何が寄与したかを検討した。その結果、第一に、「サヴォワ国民」という表現はすでに1814-1815年ごろには、Joseph de Maistreの文章に現れるが、なおその「国民」観念は政治的なものにとどまっており、サヴォワの「国民」意識が歴史的文化的な根をもつようになるのは1820年代以降のロマン主義の興隆のなかでのことであることがわかった。このころ以降サヴォワでは文化活動が開花するが、とくに19世紀中葉のいくつかの地方歴史学会が創立されたのは注目に値する。これらの地方学会で「サヴォワ国民」に関する史料の収集・保存とサヴォワのルーツが初めて組織的に研究されるようになるのである。第二に、外国人によるサヴォワ賛美と観光業の発展(商業主義)がサヴォワの地域意識の発展に関与していたことが確認できた。風光明媚なサヴォワの自然は、アルプス賛美の延長として、したがって外国人によって評価されはじめ、地方の外から観光客を呼び込む観光業は第二帝政下に発展し、やがてサヴォワの主要産業の地位に達する。このように、サヴォワの地域意識は外部との交流の中で刺激され、また外部との交流の発展を不可欠の要件としていたのである。第三に、サヴォワ人とフランス人とは併合直前まで互いを別の「国民」であると意識していた。サヴォワは「国民」からより大きな国民国家の「地域」住民になる道をすすんで受容することになるが、これにはサヴォワの「国民」意識が文化的なものにとどまっていたことも与っていた。フランス革命期から第三共和政初頭までのサヴォワの歴史を通史的に概観し、その時期区分を行なうことを第一の課題とし、時期区分については一定の結論に達し、とくに次の点が明らかとなった。第一に、中世末以来フランスとの間で紛争が起きており、フランスに占領されるなど、フランスとの関係は複雑であった。また、サヴォワはフランスに先駆けて1771年には有償廃棄の形で封建制が廃棄されていた。第二に革命期については1792年にフランスに併合されて以降は基本的にはフランスの全国政治の動向に左右されながら、カトリック信仰の根強さと、国境地方に位置し、対外戦争が間近で展開されたという特殊な状況のため、独特の展開も示していることがわかった。たとえば、国有財産売却を見れば、明らかにブルジョワ革命であるが、革命の急進化、とくに革命政府の非キリスト教化政策には民衆は強い抵抗を示している。第三に、のちの1860年の最終的な併合との関連では帝政期の経験が重要であること、第四に1815年に旧制度が復活したが、1848年に制限選挙に基づく議会制が導入されたことがわかった。以上のように、サヴォワの歴史を通史的に概観し、その時期区分を行なうという第一の課題については、当該時期の当初の計画と比べ、時期区分についてはほぼ見通しを得ることができた。第二の課題は、代表的なフランスの歴史家がどうこの時期のサヴォワを扱ってきたかを検討した。その結果、とくにミシュレやマチエなどの革命史家のなかに、フランスへの併合を自発的に受入れ、フランスの思想・文化の優秀性と普遍性を示す例としてあげられていることがわかった。まず、今年度は、フランス革命がサヴォワ地方に与えたインパクトとリアクションを検討した。その結果、以下のことがわかった。サヴォワ併合は、ブルジョワを中心に革命を受容する名望家が存在していたこと、およびフランスによる占領は過去にもあり、住民は占領軍との余計な摩擦を好まなかったために、比較的スムーズにいった。しかし、革命の急進化、とくに非キリスト教化政策の激化にともない、農村住民は革命政府から離れていき、ところによっては激しい反革命運動も起こった。この革命期の思い出は長く尾を引き、ナポレオン没落後、フランスとピエモンテ=サルデ-ニャ王国との間での国境線の画定の際、サヴォワではサルデ-ニャへの復帰運動が起こっている。続いて、1860年の最終的な併合までのサヴォワでの世論の変化を追ってみた。ピエモンテ=サルデ-ニャ王国は、次第にイタリア統一運動へ足を踏み入れていくが、このためサヴォワの指導層では、トリノ(ピエモンテの首都)離れが生じ、サヴォワの地方意識が芽生えてくる。こうして、1860年の時は、ナポレオン没落後の反フランス=親ピエモンテ運動の中心であったカトリック聖職者が、併合支持運動を活発に進めていくのである。このように、国民国家建設の地代のなかで、サヴォワはいやおうなく、ネガティヴな形で自らの地方の独自性意識・辺境意識を目覚めさせられた。しかし、他方では、その地方意識は独立運動へは向かわず、県名に地方の名が残る(これ自体はフランスの県名としては異例であるが)など地方の自尊心に多少配慮したマイナ-な譲歩を得ただけで、フランスというもうひとつの国民国家へ併合されていくのである。

その結果、第一に、「サヴォワ国民」という表現はすでに1814-1815年ごろには、Joseph de Maistreの文章に現れるが、なおその「国民」観念は政治的なものにとどまっており、サヴォワの「国民」意識が歴史的文化的な根をもつようになるのは1820年代以降のロマン主義の興隆のなかでのことであることがわかった。このころ以降サヴォワでは文化活動が開花するが、とくに19世紀中葉のいくつかの地方歴史学会が創立されたのは注目に値する。これらの地方学会で「サヴォワ国民」に関する史料の収集・保存とサヴォワのルーツが初めて組織的に研究されるようになるのである。第二に、外国人によるサヴォワ賛美と観光業の発展(商業主義)がサヴォワの地域意識の発展に関与していたことが確認できた。風光明媚なサヴォワの自然は、アルプス賛美の延長として、したがって外国人によって評価されはじめ、地方の外から観光客を呼び込む観光業は第二帝政下に発展し、やがてサヴォワの主要産業の地位に達する。このように、サヴォワの地域意識は外部との交流の中で刺激され、また外部との交流の発展を不可欠の要件としていたのである。第三に、サヴォワ人とフランス人とは併合直前まで互いを別の「国民」であると意識していた。サヴォワは「国民」からより大きな国民国家の「地域」住民になる道をすすんで受容することになるが、これにはサヴォワの「国民」意識が文化的なものにとどまっていたことも与っていた。
G1/S移行に必須なYTM1の変異を多コピーで抑圧する遺伝子の機能解析

βチューブリン変異の多コピーサプレッサーであるYTM1のコードする蛋白質は核蛋白質で分裂後期にはスピンドル上に観察され、invitro微小管結合活性を示す。一方、YTM1機能はG1→S移行に必須である。本研究ではYTM1のts変異のコピーサプレッサーとして単離した遺伝子RV11の機能解析を行った。1.RV11機能を遺伝子破壊実験で調べた。RV11の欠損変異(Δrv11)はts性を示し、許容温度下でも増殖は著しく遅く、異常な細胞形態を示した。RV11機能は細胞増殖にとって重要であるらしい。このΔrv11とsynthetic lethalとなる別の遺伝子変異(x)も最近単離した。Δrv11とxの2重変異株はYTM1変異と同様にG1停止を引き起こた。YTM1,RV11およびこのXが、細胞周期調節における共通の調節機構で働く可能性を強く示唆した。2.RV11がYTM1同様核に局在しさらに微小管とcolocalizeするのかどうか、またinvitroでチューブリンと結合するかどうか調べ、細胞内でYTM1とRV11が物理的にも結合するのかどうかを免疫沈降法と酵母細胞内で発現させたGSTYTM1融合蛋白の精製画分にRV11蛋白質が含まれるかどうか調べる為に抗RV11抗体作成を試みた。単クローン抗体あるいは試験管内で作成する単クローン抗体として作成することを試みたが、現在までのところ適当な抗体は得られていない。3.RV11の普遍性を調べるため、遺伝子配列の検索により得られた最も配列の類似した蛋白質をコードするcDNAをPCR法を用いてXenopusoocytemRNAより単離し、強力なプロモーターであるADHプロモーター支配下にΔrv11変異株で発現させ、非許容温度下でts性を抑圧できるかどうかを調べたが、このcDNAでは抑圧できなかった。RV11変異を相補するようなcDNAを高等生物より機能的に選択する試みをする必要がある。
ヒト内臓逆位の分子遺伝学的研究:INVERSIN・LEFTY2の遺伝子変異解析

ヒトINVERSIN遺伝子のcDNA配列全長および、エクソン・イントロン構造を決定した。ヒトINVERSIN遺伝子は,第9番染色体9q31に存在し、16個のエクソンから成り立ち1066アミノ酸の蛋白をコードすることを示し、遺伝子変異スクリーニングを行った。右胸心、心室中隔欠損、修正型大血管転位、肺動脈閉鎖を呈する女性患者1名で、第8エクソン内にS371Gアミノ酸置換を認めた。(1)このアミノ酸置換は正常人100人に認められなかった。(2)このアミノ酸置換は核内移行に関与し機能的に重要な領域であるアンキリン様繰返し配列内に位置していた、(3)変異を含む領域におけるマウスInversin蛋白配列とヒトINVERSIN蛋白配列との相同性は極めて高くセリン塩基もマウス配列において保存されている、という3つの理由によりS371Gアミノ酸置換が内臓錯位の発症に関与している可能性が高い。また内臓錯位を呈する男性患者2名で、第12エクソン内にA650Pアミノ酸置換を認めた。このアミノ酸置換は正常人100人に認められず、発症に関与している可能性が考えられた。ヒトLEFTY遺伝子領域のゲノムを配列をコンピューター解析し、マウスLefty1遺伝子のゲノム配列と比較した。プロモーター領域の配列比較結果から、ヒトLEFTY2遺伝子が、マウスLefty1遺伝子のオルソログであり、ヒトLEFTY1遺伝子が、マウスLefty2遺伝子のオルソログであることを明らかにした。マウスLefty1遺伝子の5'端に存在する右側特異的発現抑制領域がヒトLEFTY2遺伝子の5'端にも存在することを発見した。内臓逆位の患者120名を対象としてヒトLEFTY2遺伝子の変異を解析した。数種類のアミノ酸置換が発見したが、これらの置換は正常対照においても認められたため、疾患に直接関与するとは結論づけられなかった。1.ヒトINVERSIN遺伝子のcDNA配列全長および、エクソン・イントロン構造を決定した。ヒトINVERSIN遺伝子は,第9番染色体9q31に存在し、16個のエクソンから成り立ち1066アミノ酸の蛋白をコードすることを示した。さらに、変異解析を行うためのPCRプライマーを作成し、ゲノム配列から増幅することを確認した。次年度は、DHPLC法(後述)を用いて内臓逆位の患者120名を対象として変異解析を行う予定である。2.内臓逆位の患者120名を対象としてヒトLEFTY2遺伝子の変異を解析した。アミノ酸置換が、他の遺伝子の変異と協調的に作用し、susceptibility alleleとして発症に寄与している可能性も否定できず、次年度以降の検討課題である。3.内臓逆位および仙骨低形成を合併した患者でヒトZIC3のアミノ酸置換を同定した。変異は、亜鉛フィンガードメイン内に認められた。同遺伝子の変異を持つ患者が発見されたのは、日本人としては一人目である。4.母体糖尿病児における内臓逆位のモデルとして、NOD x ICRのF1マウスを検討した。ICRマウスのLefty1の変異解析を行ったところ、5'側の調節領域に6カ所の点突然変異を同定した。次年度は、Lefty2の5'側の調節領域のクローニングを行い、変異解析を行う。また、ヒトの母体糖尿病児における内臓逆位の患者検体を用いて同様の検討を行う予定である。5.DHPLC

法を応用して、高速に変異を解析する方法を開発し、特許申請した(出願番号平11-357701)。次年度、INVERSINの変異解析に応用する予定である。マウスInversinあるいはLefty遺伝子の欠失によって左右軸異常を呈することを根拠に、これらの遺伝子のヒト相同遺伝子の変異によって内臓錯位・内臓逆位が発症するという仮説をたてて検証した。初年度は1)内臓逆位・内臓錯位の患者100名余を対象としてヒトLEFTYAの翻訳領域内の遺伝子変異をスクリーニングし変異を同定した。2)ヒトINVERSINの遺伝子構造を決定した。本年度はINVERSINの遺伝子変異スクリーニングを行った。右胸心、心室中隔欠損、修正型大血管転位、肺動脈閉鎖を呈する女性患者1名で、第8エクソン内にアデニン塩基からグアニン塩基への置換が認められた。この塩基置換によりINVERSIN蛋白の第371番目のアミノ酸がセリンからグリシンに置換される。このアミノ酸の置換はアミノ末のアンキリン様繰返し配列内に認められた。このアミノ酸置換は以下の理由により内臓錯位の発症に関与している可能性が高い。(1)このアミノ酸置換は正常人100人に認められなかった。(2)アンキリン様繰返し配列は核内移行に関与し、機能的に重要な領域である。(3)変異を含む領域におけるマウスInversin蛋白配列とヒトINVERSIN蛋白配列との相同性は極めて高い。セリン塩基もマウス配列において保存されている。また内臓錯位を呈する男性患者2名で、第12エクソン内にグアニンからチトシンへの置換が認められた。この塩基置換によりINVERSIN蛋白の第650番目のアミノ酸がアラニンからプロリンに置換される。このアミノ酸置換は正常人100人に認められず、発症に関与している可能性が考えられる。以上の成績から、lNVERSINの変異が内臓逆位・内臓錯位の発症に関与すると結論した。
複数衛星データの統合利用技術を用いた森林消失自動検知システムの開発

機械学習を応用した複数の衛星データの統合アルゴリズムを開発し、森林消失検知に応用する。衛星データとして、オープンフリーの光学データ(ASTER, Landsat, Sentinel-2)や、JAXAのマイクロ波センサ(PALSAR-2)などを活用する。また、国内のテストサイトにおいて、ドローンやGNSS機器での現地観測により、検証用の高精度森林マップを作成するための手順を検討する。高解像度衛星画像の判読や、現地観測から得られた土地被覆検証情報で、開発された森林消失検知アルゴリズムの検証を行う。当該アルゴリズムの様々な地域・景観における適用性も検討し、これら成果を国内外の関連学会等で公表する。
ミクロスコピックな動的濡れ性とマクロな熱流動挙動の相互関係解明のための研究

微小重力環境下の液体挙動は,表面張力,濡れ性等が顕著となるため,地上重力下と異なる.宇宙機の推薬タンクの設計には,外乱によるスロッシングや加速度変化によるセトリング挙動を把握することが必要であり,かつ動的濡れ挙動はこれらに多大な影響を与えるため,これを理解することが重要となる.本研究では微小重力環境において,円筒容器内の液体挙動を実験的に調査した.さらにミクロな動的濡れ性とマクロな液体挙動を連成させた数値解析を実施し,実験結果との比較検証を実施した.その結果,ミクロスコピックな現象を考慮した理論による動的接触角と接触点移動速度の関係を反映した数値解析が,実験結果と最もよく一致することを示した.(1)ミクロ領域の動的濡れ挙動(界面蒸発なし,あり)の解析モデル構築ミクロ領域の動的濡れ挙動を表現する流れ、熱に関する方程式を立式した。分子間力の影響を考慮するため、disjoining pressureを導入した。(2)ミクロ、マクロ領域の熱流動挙動の接続、相互関係を考慮した数値解析手法の確立ミクロ、マクロ領域の流動挙動の接続手法として、ミクロ領域の流動に関する近似化された方程式を解き、接触点の移動速度と動的接触角の関係をあらかじめ求めておき、この結果をマクロ領域の流動挙動解析の境界条件として入力する方法を用いた。(3)ミクロ領域の解析モデルの検証試験(地上重力環境実験)ミクロ領域流動挙動観察として、毛細管内の上昇、降下する液体の、気液界面、固体壁との接触点近傍の流体挙動を、顕微鏡カメラにより観察した。(4)短時間微小重力環境におけるミクロ,マクロ領域流動挙動観察落下塔による短時間(2.5秒)微小重力実験により、静止容器内の過渡的流動挙動の観察を行った。(2)で実施した数値解析結果との比較検証を行った。・提案書で記載の研究計画に対し、遅れなく進捗している。・平成28年度実施予定の短時間微小重力実験を、前倒しで実施した。・昨年度成果に関し、国内会議1件、国際会議1件のそれぞれの発表を行った。(1)ミクロ領域の動的濡れ挙動を考慮したマクロ領域解析モデル構築および改良ミクロ領域の動的濡れ挙動の影響を考慮したマクロ領域の流体解析技術を開発、改良した.特にLevel Set法により気液界面の変形時に生じていた界面破砕等の不安定事象を解消した.(2)微小重力下スロッシング挙動観察実験装置の開発横方向加速度を印加することにより、横方向スロッシング挙動の再現、微小重力環境かでの観測ができる装置を開発した.(3)短時間微小重力環境下におけるスロッシング挙動の観察上述の実験装置を用い、落下塔による短時間(2.5秒)微小重力実験により、容器内のスロッシング挙動の観察を行った.容器サイズ、液体の粘性係数等がスロッシング挙動におよぼす影響を明らかにした.(4)数値解析により微小重力下容器内スロッシング挙動を求め、実験結果との比較・検証を行った.・提案書で記載の研究計画に対し、遅れなく進捗している.・成果に関し、国内会議3件、国際会議3件(内、一件基調講演)の発表を行った.現在論文投稿準備中.(1)短時間微小重力環境下におけるスロッシング挙動の観察昨年度製作した実験装置につき,外乱加速度計測部の改良を行い,より精度良い加速度環境を取得できるようにした。また,昨年度実施できなかったサイズが大きい容器内の高粘性係数液体のスロッシング挙動の観察を実施した。(2)スロッシング挙動解析の精度向上を狙い,毛細管内部の動的濡れ挙動の観察を顕微鏡レンズ付き高速度カメラで取得し,より精度の高い界面移動速度と動的接触角の関係を取得した。(3)(2)の結果を数値解析における固体壁に対する境界条件として与え,数値解析結果の高精度化を実現した。(4)加熱壁面に対する動的濡れ挙動を観察する微小重力環境用実験装置を開発し,自由界面からの相変化を伴う動的濡れ挙動の観察を行った。さらに温度場を考慮した動的濡れ挙動解析技術を開発し,温度場が動的濡れ挙動におよぼす影響を明らかにした。微小重力環境下の液体挙動は,表面張力,濡れ性等が顕著となるため,地上重力下と異なる.宇宙機の推薬タンクの設計には,外乱によるスロッシングや加速度変化によるセトリング挙動を把握することが必要であり,かつ動的濡れ挙動はこれらに多大な影響を与えるため,これを理解することが重要となる.本研究では微小重力環境において,円筒容器内の液体挙動を実験的に調査した.さらにミクロな動的濡れ性とマクロな液体挙動を連成させた数値解析を実施し,実験結果との比較検証を実施した.その結果,ミクロスコピックな現象を考慮した理論による動的接触角と接触点移動速度の関係を反映した数値解析が,実験結果と最もよく一致することを示した.・本年度実施予定の微小重力環境下における液揺動(スロッシング)挙動に関し、昨年度に蓄積し短時間微小重力実験におけるノウハウを活用する。・昨年度成果に関し、国際学会2件、国内会議3件以上および論文投稿を1件以上行う。・本年度実施予定の加熱、蒸発を伴う動的濡れ挙動の観察実験、数値解析につき、昨年度実施の短時間微小重力実験におけるノウハウを活用する.航空宇宙熱流体力学物品調達費の中の、実験用消耗品の使用量が想定を下回り、使用額が当初予算を下回った。

・物品調達費の中の、実験機器、実験用消耗品の使用量が想定を下回った.・参加した国際会議にて、招待講演扱いとなったため、参加登録費が免除された.次年度の実験用消耗品購入額として、計上予定。・次年度実験用消耗品購入額および論文投稿費用として計上予定
カンドルの特性類とその低次元トポロジーへの応用

研究主題は"カンドル"という代数である.本目標は幅広い視点・手法でもってカンドル理論をさらに開り拓く事で,本研究によって低次元トポロジーに幾つか応用を与えました.例えば閉3次元多様体, (曲面)結び目,分岐被覆空間,レフシェッツ束,曲面ブレイドが挙げれます.カンドルの研究は未知の部分も多いですが,カンドルにはホモトピー論,群コホモロジー,ボルディズム群,不変式論,代数K理論などが有用な事が解ってきた.また予想外の進展として、カンドルが2次特性類や双線形型式やカップ積に相性よい事を見出した.平成26年度の主要な結果を二つ述べる。まずK2群に値を持つ、結び目の不変量を構成した事である。正確には、任意の無限体Fに対し,結び目のSL 2 (F )-放物表現に関し, Milnor-Witt K2群への値を構成した.まず筆者はカンドル理論を用いる事で当不変量の非自明な例が無数に存在することを証明した.そして実際, K2群に関する数論の結果を用いる事で、非自明な値をもつ結び目表現を多く例示できた.そして本研究から二つ応用を与えた.つまり一つ目に,放物表現のcusp shapeに関する状態和公式をえる事ができ,その成果, cusp shapeの計算を容易にした。二つ目に,左不変順序構造を持つ3次元多様体の基本群について新しい例示を与える事も出来た。もう一つの主結果は、球面上(4次元)Lefschetz束に対し不変量を導入した事である。この不変量は、任意の写像類群の表現に対し構成可能なほど一般的で、さらに不変量の値は双線型形式にとり興味深い。この双線型形式は局所系係数カップ積により幾何的解釈もできる事も示せた。この不変量の長所として計算機により計算可能であるため、今まで未分類であったLefschetz束の無限の組を見分ける事ができ、Lefschetz束と微分構造の差が大きい事を示す具体的例示であった。また一方で、その不変量は位相的な基本的な量を包摂する事も示せた。つまり、最も基本的な表現であるシンプレクティック表現に対し、有理係数ベッチ数や符号数を全て含む事を示した。特に、(比較的簡単な)Lefschetz束の符号数を(計算機で比較的容易に)計算出来るようになった。平成27年度の主張な結果をみっつ述べる。まず一つ目は、結び目補空間の局所系カップ積についての計算可能性である。つまり本結果とは、その積構造に2次元的な図式から線形的な計算アルゴリズムを与えた事である。この意義を述べる。低次元トポロジーを位相的に研究する上で、そのカップ積構造の重要性は50年程前から認知されていた。だが、その積構造は具体性や計算可能性から程遠い印象があり、思弁的な対象と思われおり、従って研究は多くなかった。しかし本結果の成果として3次元の結び目に関して、具体性のある対象として認識を改めることが出来たと考えられる。それも非常に一般的な設定に基づき実践的な結果である。実際、具体例として、幾つかの計算例を明示でき、数論的に興味深い値も例示することが出来た。二つ目に、当カップ積と古典的研究との関連である。一段落前の一般的な設定に然るべき設定をしたところ、次の二つの古典的対象(不変量)を再現・換言できた。その二つとはBlanchfield双対とCasson-Gordon符号数というもので、約30年程前に多く研究された対象である。しかし両者は4次元的な対象物であったため、計算が難しいものと思われていた。そこで本結果の再現により計算可能なものにした。また、この研究(とその証明)は「カンドルの特性類」を新たな視点(相対群コホモロジーと、特性類を積と双線形型式)から与えた。第3の結果として、捩れアレクサンダー加群上に双線形型式構造を与えたことである。近年の数学では非可換化が重要視され、本テーマである低次元トポロジーでも盛んである。その捩れアレクサンダー加群とは非可換的な対象であるが、線形代数的な結果が多かった。実際、その上に双線形型式は知られていなかった。本研究で筆者は、上記のカップ積の研究を通じて与えることが出来た。平成27年度の主要な結果を二つ述べる。まず一つは、3次元多様体である基本類の研究である。基本類の研究は100年以上の歴史があるが、多様体に境界がある場合の基本類は状況が複雑で研究が少なかった。実際、この基本類を用いて(〝特性類"の視点から)、多様体の不変量を相対的に多く構成可能だが、しかし計算や実用性に欠けていた。そこで本研究では、多様体を結び目の補空間とした場合に、基本類を厳密に記述する2次元的な図的計算法を提示した。その方法は具体例が多く、たとえば双曲体積やDijkgraaf-Witten不変量など含む内容になっている。この研究でインパクトのある点は、群の相対ホモロジーとカンドルのホモロジーとの関連を明確な式で記述したことである。その際に、カンドルのホモロジーが、群の〝malnormality"や3次元多様体の双曲性が相性の良いことを示した。また〝Transfer"を用いて,相対群3コサイクルで、カンドルと相性の良いクラスを提示することができた。