hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サグビー変形とその不変式論への応用

サグビー基底とは、近年きわめて多くの分野とのつながりが見出され、さかんに研究されているグレブナー基底の部分環版である。本研究では、データ解析の分野等とのつながりにより、近年さかんに研究されている、高次元配列データ(テンソル)に対する群作用と、その不変式環のサグビー基底を調べ、いくつかの、不定元を成分とする3次元テンソルに関して、それに対する特殊線型群の作用が誘導する基礎体上の多項式環の作用に関する不変式環を、そのサグビー基底を求めることにより調べた。サグビー基底と不変式の関係について、平成25年度は、特に高次元の直方体状に配列された対象への群作用に関して調べた。その結果、いくつかの群作用に関して、その不変式環のサグビー基底に関する興味ある結果が、徐々に得られてきつつある。たとえば、高次元の直方体状に配列された、不定元を成分とする多項式環に、その高次元配列に対応して、不定元を写すような特殊線型群の作用を考えたとき、その不変式環が有限のサグビー基底を持つこと、そのサグビー基底は、単項式順序に依存する、例えば次数辞書式順序の場合と、次数逆辞書式順序の場合で異なるなど、興味深い性質が徐々にわかってきつつある。さらに、高次元配列データとの関連で、行列式イデアル(小行列式で生成されたイデアル、デターミナンタルイデアル)が、高次元配列データの階数(ランク)という、統計学方面で重要な概念と思いもかけない関係があることを発見した。その発見を介して、Macaulay, Eagon-Northcottが発見した行列式イデアルの高さの上限や、Eagonが発見した行列式イデアルのパーフェクト性の特徴づけが、応用数学方面で現れる概念や、双線型写像の非退化性と自然に対応しているものであることがわかり、行列式イデアルの奥の深さを、改めて実感させられる結果であると考えられる。さらに、この発見は、行列式イデアルと実代数幾何学、実根基イデアルの理論との深い部分でのつながりを示唆するものであり、重要な研究分野を切り開いたのではないかと、自負している。研究計画にある通り、研究の開始にあたって、様々な環とそれに対する群作用を、とくにサグビー基底の観点から、調べた。その中で、最近応用数学の分野で注目されている、高次元配列データに対する群作用に、数学的に深いものがあるのではないかということを思うに至った。行列は、2次元配列データであり、行列に対する群作用は、不変式論の本道であり、多くの研究者によって、研究されている。これを、3次元以上の配列データに拡張した場合、どのような作用や、不変式環が得られるかを、サグビー基底の手法を使って調べたところ、簡単な場合について、一つの結果が得られた。その結果をみると、高次元配列に対する群作用とその不変式は、非常に興味深いものであり、また、この理論は、hyperdeterminant(高次元行列式)の理論や、19世紀以来今日にいたるまで研究されている、古典不変式論とも関係する、奥の深いものであるということがわかった。平成26年度は、平成25年度までの本研究で明らかになった、高次元配列に対する群作用とその不変式の研究に対する、サグビー基底の有用性に注目し、さらにその方面に集中して不変式環を調べた。その結果、不定元を成分とする2x2x3型、2x2x4型の3次元配列に対する特殊線型群の作用に関する不変式環と、そのサグビー基底を求め、とくにその不変式環が有限サグビー基底をもつこと、さらに、その不変式環の先頭項部分環(initial subalgebra)の正規性、ゴーレンシュタイン性などがわかり、このような群作用と、その不変式のサグビー基底の重要性をさらにいっそう浮き彫りにすることができた。次に、本研究全体を通じての研究成果について述べる。本研究は、サグビー基底の観点から、群作用とその不変式環を調べるところから始めたが、その過程で、高次元配列データに対する群作用とその不変式環が興味深い対象であることが判明し、とくにその分野について詳しく調べた。その結果、いくつかの高次元配列データに対する群作用の不変式環や、そのサグビー基底を求めることに成功しただけでなく、高次元配列データに関連して、それに伴って定義される行列式イデアル(determinantal ideal)の性質や、行列式多項式のある種の積の1次独立性と、単項式前順序の関係が判明するなど、不変式環やそのサグビー基底のみならず、可換環論の様々な概念と高次元配列の密接な関係をも明らかにした。可換環論一般に、サグビー基底は有限にはならないが、実用上重要ないくつかの不変式環のサグビー基底を、具体的に求めることにより、その場合、有限サグビー基底が存在することがわかった。

とくに、高次元の直方体状に配列された不定元を成分とする多項式環に、その高次元配列に対応して、不定元を写すような特殊線型群の作用を考えたとき、その不変式環が有限のサグビー基底を持つこと、そのサグビー基底は、単項式順序に依存すること、例えば次数辞書式順序の場合と、次数逆辞書式順序の場合で異なるなど、興味深い結果が得られてきている。これにより、高次元配列データと不変式論という、21世紀の数学分野と、19世紀から続く伝統ある数学の分野に重要な関係があることがわかり、残りの研究期間で、それを明らかにしていくことが期待できる。さらに、行列式イデアル(与えられた行列の、定められたサイズの小行列式で生成されたイデアル、デターミナンタルイデアル)と高次元配列や双線型写像の非退化性との新たな関係も発見し、それにより、異なる研究分野との関連も視野に入る、数学の奥深い部分の入り口に立ったと思える。以上のような理由により、研究はおおむね順調に進展していると言えると思う。平成24年度は、研究計画にある通り、様々な環とそれに対する群作用を調べた。その結果、高次元配列とその上の群作用という、他の分野ともつながりの深い魅力的な研究対象を発見することができた。また、その研究には、本研究の主要課題であるサグビー基底が有効に活用できることも分かった。このような点から、研究はおおむね計画通りに進展しているといえる。これまでの研究成果をふまえ、今後は、高次元の直方体状に配列された対象に対する群作用、また、その不変式環を、特にサグビー基底の観点から調べることを重点的に行い、その不変式環の性質を明らかにすることを目指す。また、高次元配列データと、行列式イデアルの関係にも着目し、その関係の不変式論の視点からの分析等を行い、その底にひそむ、深い理論的つながりを探り出すことを目指す。不定元を成分とする行列の、行列式イデアルは、代数幾何学的に重要な射に対応する多項式環の間の環準同型の核としてもとらえられる。そのような観点から、不定元が高次元の直方体状にならんだ、不定元成分の高次元配列に対しても、同様な環準同型を考え、それの核であるイデアルと、その像、および、それらに対する群作用などをしらべ、研究をまとめる予定である。高次元配列データは、データ解析の分野で重要な研究対象であり、その応用は、統計学、物理学などにも広がる、重要なものである。したがって、平成24年度の本研究において発見した、高次元配列データに対する群作用と、その不変式環に関する事実は、いろいろな分野との関連も予想される、重要なものであると考え、その方向の研究をさらに推し進める。また、それ以外の群作用、不変式などについても、引き続き調べていく。研究計画時、研究開始当初に想定していたよりも、本研究の分野と、様々な分野とのつながりが明らかになってきたため、当初の想定よりも、広い分野の探索をすることが有益であるとと判断し、そのため、広い分野の基礎的事項を調べていたため、当初の想定ほどの費用がかからなかった。本研究と、様々な分野との関連も含めて論文にまとめ、発表する。その際、今までの学問分野だけではとらえられない、新しい分野も視野に入ってくるため、古くからの学術誌では、その雑誌の対象外であるとして、なかなか受け入れられないこともあると考えられるので、掲載料のかさむ、新興の学術誌も含めて投稿先を考え、論文掲載費用等に充当する予定である。平成24年度の研究においては、自分の考えたことを、多くの研究者と直接会ってお話をすることにより、様々なコメントや刺激を受け、それが研究の主要な原動力となった。
歯の微小磨耗痕および安定同位体と微量元素に基づいた束柱類の食性復元

子孫を残さず絶滅してしまった海生哺乳類の束柱類について,歯の微小磨耗痕,炭素・酸素の安定同位体およびストロンチウムなどの微量元素の組成から食性の推定を試みた.その結果,束柱類は(1)汽水域で小動物もしくは植物を摂食していたこと,(2)束柱類を代表するデスモスチルスは,吸引索餌によって小動物を摂取していたことなどが明らかになった.また,デスモスチルスの特異な柱状歯は,吸引の際に顎を固定する支柱として機能したことを,初めて合理的に説明した.子孫を残さず絶滅してしまった海生哺乳類の束柱類について,歯の微小磨耗痕,炭素・酸素の安定同位体およびストロンチウムなどの微量元素の組成から食性の推定を試みた.その結果,束柱類は(1)汽水域で小動物もしくは植物を摂食していたこと,(2)束柱類を代表するデスモスチルスは,吸引索餌によって小動物を摂取していたことなどが明らかになった.また,デスモスチルスの特異な柱状歯は,吸引の際に顎を固定する支柱として機能したことを,初めて合理的に説明した.本研究の目的は,北太平洋沿岸域の前期漸新世後期中期中新世後期に知られる束柱類の頭蓋と下顎骨および多数の歯を材料に用いて,従来の咀嚼における顎運動の機能形態学的復元に加えて,(1)歯の表面に残された微小摩耗痕に基づいて,基本的な咀嚼運動の方向の推定を行ない,(2)歯のエナメル質の炭酸塩鉱物の酸素と炭素それぞれの安定同位体比から生息環境と索餌内容を推定し,さらに(3)食物連鎖の中での栄養段階(トロフィックレベル)の指標となるストロンチウムなどの微量元素量を検索することで,束柱類の食性,ひいては束柱類の生活史に関して最終的な解答を得ることを目的とする.本年度は,代表者と研究分担者がそれぞれ所属する国立科学博物館と神奈川県立生命の星・地球博物館および他の機関に所蔵されている束柱類の歯の咀嚼面の精密なビニルシリコンモールドを作成し,新たに国立科学博物館に設置した超深度形状測定顕微鏡(VK-8510)を用いて咀嚼面の微小摩耗痕を二次元デジタルデータに変換して分析した.その結果,束柱類は基本的に下顎の側方運動によって咀嚼を行なっていたが,デスモスチルス・ヘスペルスだけは他とは異なり下顎の前後運動によって咀嚼を行なっていることが明らかとなった.また,代表者および研究分担者は研究協力者の米田穣と鵜野光と共に,臼歯標本から抽出した炭素と酸素の安定同位体比および微量元素の組成を分析した.その結果,デスモスチルスとパレオパラドキシアは,共に汽水域に生息していたことが明らかとなった.また,デスモスチルスはパレオパラドキシアよりも,相対的に栄養段階の高い餌資源を利用していたことが明らかとなった.これらの成果は,第4回国際水生四肢動物学会議(Kohno,2005),日本古生物学会2005年年会(樽・甲能,2005),日本進化学会第7回大会(鵜野ほか,2005),日本古生物学会第155回例会(甲能ほか,2006)にて発表した.本研究の目的は,北太平洋沿岸域の前期漸新世後期中期中新世後期に知られる束柱類の頭蓋と下顎骨および多数の歯を材料に用いて,(1)咀嚼における顎運動の機能形態学的復元に加えて,(2)歯の表面に残された微小摩耗痕に基づいて,基本的な咀嚼運動の方向の推定を行ない,(3)歯のエナメル質の炭酸塩鉱物の酸素と炭素それぞれの安定同位体比から生息環境と索餌内容を推定し,さらに(4)食物連鎖の中での栄養段階(トロフィックレベル)の指標となるストロンチウムなどの微量元素量を検索することで,束柱類の食性,ひいては束柱類の生活史に関して最終的な解答を得ることを目的とする.本年度は,代表者と研究分担者が昨年度に作製した束柱類の歯の咀嚼面の精密なビニルシリコンモールドを,国立科学博物館に設置した超深度形状測定顕微鏡(VK-8510)により三次元デジタルデータに変換して,引き続きデータ解析ソフトを用いて分析結果を検討した.また,代表者は研究協力者と共に,新たな臼歯標本から炭素と酸素の安定同位体比および微量元素の組成を検出した.さらに,代表者は束柱類の頭蓋,特に口蓋部の機能形態学的解析により,索餌行動の推定も行なった.その結果,デスモスチルスとパレオパラドキシアは,共に汽水域に生息していたものの,デスモスチルスは機能形態学的に水中での索餌に,パレオパラドキシアは水面での索餌により適応していたことが示唆された.また,微量元素の分析結果からデスモスチルスはパレオパラドキシアよりも栄養段階の高い餌資源を利用していたことが明らかなことから,おそらくはデスモスチルスが底生の動物食へ,パレオパラドキシアが沿岸の植物食へと特化していた可能性が暗示された.

これらの成果は,オタワ(カナダ)で開催された第66回脊椎動物古生物学会議にて,Uno, H., Yoneda, M., Taru, H., and Kohno, N. (2006) Estimation of dietary and habitat preferences of Desmostylus and Paleoparadoxia based on carbon and oxygen stable isotope and trace elementanalyses. Journal of Vertebrate Paleontology. 26 (suppl. to 3):134A.として発表した.本研究の目的は,北太平洋沿岸域の前期漸新世後期中期中新世後期に知られる束柱類の頭蓋と下顎骨および多数の歯を材料に用いて,(1)咀嚼における顎運動の機能形態学的復元に加えて,(2)歯の表面に残された微小摩耗痕に基づいて,基本的な咀嚼運動の方向の推定を行ない,(3)歯のエナメル質の炭酸塩鉱物の酸素と炭素それぞれの安定同位体比から生息環境と索餌内容を推定し,さらに(4)食物連鎖の中での栄養段階(トロフィックレベル)の指標となるストロンチウムなどの微量元素量を検索することで,束柱類の食性,ひいては束柱類の生活史に関して最終的な解答を得ることを目的とする.本年度は,引続き国立科学博物館に設置した超深度形状測定顕微鏡(VK-8510)を用いて,束柱類の歯の咀嚼面の精密なキャストの三次元デジタルデータから咬合面のフラクタルデータを作成し,データ解析ソフトを用いて顎運動の類型化と索餌対象の絞り込みを行なった.また,前臼歯および臼歯標本から微量元素ストロンチウムの分析結果を追加した.さらに,束柱類の頭蓋,特に口蓋部の機能形態学的解析をより定量的に行なうため,既知の頭蓋標本の計測値に基づいた口蓋形態の類型化を行なった.以上の結果,.束柱類は基本的には汽水域を生息域としていたものの,デスモスチルスは機能形態学的に水中での吸引行動を用いた索餌に,パレオパラドキシアは水面での切歯を用いた索餌により適応していたことが強く示唆された.また,微量元素の分析結果からデスモスチルスはパレオパラドキシアよりも栄養段階の高い餌資源を利用していたことが確実なことから,デスモスチルスは潟の底生動物食へ,パレオパラドキシアが潟の植物食へと同一環境下で異なる食性へと特化していたことがほぼ明らかとなった.本研究は,後期漸新世中期中新世にかけての北太平洋沿岸だけに生息した束柱類(デスモスチルスとパレオパラドキシアの仲間)の頭蓋と下顎骨および多数の歯を材料に用いて,(1)咀嚼系の形態機能学に基づいた索餌行動の復元に加えて,(2)歯の表面に残された微傷摩耗痕に基づいて咀嚼運動の推定を行ない,さらに(3)歯のエナメル質の酸素・炭素それぞれの安定同位体比から生息環境と索餌対象を推定し,併せて(4)食物連鎖の中での栄養段階の指標となるストロンチウムなどの微量元素を分析することで,束柱類の食性,ひいては生活史について回答を得ることを目的としている.最終年度である本年度は,束柱類の中でもとくに形態的特異性の著しいデスモスチルスについて,咀嚼系の形態に基づく機能復元を定量的・定性的に行ない,昨年度に得た結論のひとつである吸引索餌行動のモデル化を行なった.また,超深度形状測定顕微鏡により,歯の咬合面のテクスチャーの類型化を行なった.そして,炭素と酸素の安定同位体比についても,新たな試料を加えて分析結果を追加し,さらに定量的な解析を行なった.以上の結果,束柱類のうち少なくともデスモスチルスは,舌の前後運動による吸引によって索餌を行なうことに伴って,咀嚼系が本来の「咀嚼」の役割を失って,索餌の際の吸引(陰圧)に抗して下顎(口腔)を強靭に固定する支柱の役割へと機能の転換が起ったことが示唆された.このことは,微小磨耗痕が特定の食性と対応したパターンを示さないことや,歯の形態が顎の固定のための「噛み締め」に抗するような円柱状(支柱状)に進化した機構をよく説明できることからも強く支持される.したがって,デスモスチルスはこの時代の生態的地位として該当する動物が想定されていなかった,底生無脊椎動物,を主とした動物食雑食に適応した海生哺乳類だったことが明らかになった.
明治期国立博物館所蔵鳥類学標本群成立過程の解明と標本情報の現代的意義に関する研究

調査最終年度は、大規模な調査として(1)国立パリ自然史博物館において1877年に文部省博物館との間で実施された鳥類標本交換に関わる歴史資料調査と日本から送られた標本の探索、(2)スミソニアン協会国立自然史博物館において1880年代に教育博物館から同定依頼を目的に送付された標本調査を実施した。(1)では、同館から日本に送られた97点の標本の標本番号及び種名を確認し、山階鳥類研究所所蔵標本との照合が可能となった。同館の標本台帳から、ラベルから判読できなかった採集者名や標本番号を確定し、採集年次下限の復元を進めることとなった。一方、日本から送付された標本群のほとんどを確認することができず、若干確認できたものからも1870年代の文部省博物館における標本管理の状況を明らかにすることはできなかった。(2)では同館が発表した論文を基にタイプ標本を含む日本産標本を確認した。この他、帝室博物館旧蔵標本群のうち小規模な標本寄贈に関わる歴史資料の探索調査を実施し、20世紀初頭の南鳥島事件の際に採集された標本など現存する標本の背景情報を確認した。調査期間中に得られた標本情報を基に、山階鳥類研究所に現存する標本の採集情報を復元、修正する情報カルテを作成し、日本最大の鳥類標本コレクションの核の一つである帝室博物館旧蔵標本約3300点の標本情報を充実させ、研究資源としての価値を向上させた。本研究で整理した標本情報は山階鳥類研究所に提供することとしており、今後の研究活動の発展に寄与するものと考えられる。また、調査対象となった標本のうち、海外産標本については、山階鳥類研究所のデータベース上で誤った情報が登録されている場合が多く、それらがGBIFなどの国際的データベースにも反映されていることから、本研究で得られた知見により、世界規模のデータベースの情報の精度が高まることも期待される。初年度は、調査対象となる帝室博物館旧蔵標本のデータベースを構築したうえで、関連データを組み合わせられるようにデータ構造に改善を加えた。特に、基盤となる標本旧蔵機関の標本台帳や論文等での利用実績データを現存標本と照合、確認しやすい構造とし、今後の利用をスムーズに進められるように配慮した。資料調査としては、国立科学博物館に所蔵されていた旧帝室博物館天産部台帳他の調査を進め、標本群全体が持つ歴史的価値を明らかにした。具体的には、標本群が明治22年以前の旧内務省博物館、明治23年以前の教育博物館、明治22年以降に収集された標本群の3グループに区分され、それぞれに含まれる標本の採集年次の下限を確定できたことで、各標本がもつ採集年次情報の確定や追加、修正を行った。これらの成果については論文として受理された他、山階鳥類研究所の公開講座等でも発表し、社会貢献に繋げた。この他、標本群に含まれているオーストラリア由来の標本群の調査を進め、オーストラリアンミュージアムの標本台帳、アーカイブと日本から交換で送られた鳥類標本の調査を行った。標本交換時に送られたリストや文書を照合することで、現在標本タグの劣化により、標本番号が特定できない標本であっても、明確な根拠に基づく情報利用が可能となった。この作業の上で、博物館の標本台帳の悉皆調査を実施し、採集情報が付属しないオーストラリア由来の標本約300点のデータを追加・修正する準備が整った。アメリカ由来の標本群については、天産部台帳と標本に付属するラベルの調査により、調査すべき対象が計画構想時よりも広がることが確認された。現地での資料調査を効率的に実施するため、事前の調査を優先し、現地調査計画の再検討を行った。日本に残されている標本関連の文献、史料調査は想定通り進んでおり、データベース化、解析、論文化も順調に実施している。ただし、日本の博物館の記録の乏しさから、国内採集標本の個別データを飛躍的に向上させる結果は得られない可能性が高いことが想定され、今後の調査方法についての再検討を開始している。海外博物館との交換で入手された標本群の調査については、シドニーでの調査を予定通り進め、当初想定していた以上の情報を入手した。この結果により、世界的に運用されているデータベースの登録データの修正や追加に繋げうる成果をまとめる準備を整えた。また、鳥類標本だけでなく、哺乳類標本の交換記録についても調査を行い、研究の発展につながる基盤データの収集にも努めた。シドニーでの調査はほぼ終了し、次年度以降に予定しているメルボルンでの調査の準備に着手している。アメリカ由来の標本については、研究計画では本年度に資料調査を実施する予定であったが、事前の標本・文献調査と調査予定機関から提供された基礎データの調査から、調査対象となる資料群が膨大なものになることが確認されたため、効率的かつ正確な調査を実施するための調査計画の再検討を優先し、現地調査は次年度に先送りすることとした。現地調査の必要のない文献調査から得られたデータの整理を前倒しで進めており、研究全体の進捗状況は順調に推移している。本年度は,スミソニアン協会アーカイブおよびアメリカ国立自然史博物館に所蔵されているアーカイブおよび標本台帳の調査を実施した.この調査により,1877年および1887年に自然史博物館から,現在の東京国立博物館と国立科学博物館に送付された鳥類標本の全容を明確に把握する史料を発見した.

この史料を利用することで,現在山階鳥類研究所に所蔵されている帝室博物館由来の鳥類標本約3,300点のうち,4割弱にあたる1,300点のアメリカ国立自然史博物館から送付された標本群の,旧蔵機関における標本管理番号と採集日,採集地,採集者,採集者の管理番号,博物館への登録年次などの正確な採集情報を得ることが可能となり,現時点において山階鳥類研究所で公開されているデータベース情報の不十分,不正確な点を追加,修正する道筋を整備した.あわせて,アーカイブとして保存されている採集者のフィールドノートを悉皆調査した.この情報を通じて,博物館標本台帳に記載されていない周辺情報や標本を利用して発表された研究成果との照合を行い,現存標本の研究資源としての価値向上につながる情報を追加する体制を整えた.発表した成果としては,前年度までに実施した調査結果をふまえた,帝室博物館における標本管理体制と台帳の意義について報告し,その結果からもたらされる現存標本に追加される標本情報を公開した.この結果は,鳥類学分野への貢献だけでなく,日本の博物館史の考察の上でも重要な成果と考えている.また,学会発表として,博物館の標本台帳と採集者のフィールドノートを利用することで,失われたと考えられていたタイプ標本を再発見したこと,自由集会で標本史研究の意義について報告を行った.2年間の研究事業において,オーストラリア,アメリカ由来の標本の入手経緯,旧蔵機関における標本情報などの調査は予定通り完了した.これらの調査から得られた現存標本に付属する情報,帝室博物館における情報,旧蔵博物館における情報,関連アーカイブの情報などを照合し,現存標本に詳細かつ正確な付与するためのデータベースの整備も順調に進んでいる.一方で,データベースによる情報整理によって諸史料間での情報の矛盾や混乱が存在することも見出され,これらの解釈,整理に若干時間を要している.また,本事業の最終的な目的の一部である,日本における標本管理の実態を示す重要な材料となる日本からアメリカに送られた鳥類標本の調査については,アメリカ国立自然史博物館の標本台帳を基に標本数や交換時期など,情報としての全体像を把握したが,現存標本数が想定よりも多数であったために,付属ラベルの状況調査など時間を要する詳細調査を実施する日程が整わず,次年度に実施せざるを得なかった.オーストラリア由来標本については情報整理が終了し,500点弱の標本情報を追加,整理した結果を論文として投稿中である.また,標本交換の史料調査によって,現在国立科学博物館に所蔵されているオーストラリア由来哺乳類標本の採集情報を復元するという,本事業の当初想定範囲を超えた成果も得られた.これらについても論文として投稿中である.最終年度に予定しているパリ自然史博物館との標本交換に関わる史料の残存状況についての事前調査も順調に進んでおり,現地調査を効率的に実施する準備を整えている.調査最終年度は、大規模な調査として(1)国立パリ自然史博物館において1877年に文部省博物館との間で実施された鳥類標本交換に関わる歴史資料調査と日本から送られた標本の探索、(2)スミソニアン協会国立自然史博物館において1880年代に教育博物館から同定依頼を目的に送付された標本調査を実施した。(1)では、同館から日本に送られた97点の標本の標本番号及び種名を確認し、山階鳥類研究所所蔵標本との照合が可能となった。同館の標本台帳から、ラベルから判読できなかった採集者名や標本番号を確定し、採集年次下限の復元を進めることとなった。
生分解シートブロックによる漂砂フラックスと汀線位置の柔軟な制御

海岸侵食対策に用いられる構造物は恒久的に効果を発揮するが,時に過剰な制御となり,沿岸漂砂下手への土砂供給が少なくなる.これを緩和し得るサンドバックについて検討を行った.サンドバックは設置,撤去が海岸構造物に比して容易であり,また,これを生分解性シートにより制作し,自然崩壊により漂砂制御機能を変化させることが期待できる.フィールド試験,数値計算による検討を行い柔軟な汀線制御について見通しを得た.海岸侵食対策に用いられる海岸構造物(突堤,離岸堤など)はコンクリートより制作され,一旦設置すると,恒久的に制御効果を発揮することになっている.適切に設計された場合,汀線を所定の位置に制御できるが,時に過剰な制御となり,沿岸漂砂下手への土砂供給が少なくなることがある.これを緩和するために,柔軟な汀線制御を可能とするサンドバックについて検討を行った.サンドバックは設置,撤去が海岸構造物に比して容易であり,また,生分解性のシートにより制作し,自然崩壊により漂砂制御機能を変化させることが期待できる.フィールドに生分解性布地(シート)を暴露し,水分(雨水,大気中水蒸気),太陽光に対する耐性を調べた.その結果,水分,太陽光に対しては高い耐性を有し,18カ月程度の暴露では布地に変化が現れないことを確認した.石川県千里浜,福井県浜住海岸にて現地施工されたサンドバッグの調査を実施した。千里浜では,汀線近傍に約200mにわたって施工されたサンドバッグの一部が損傷し,中詰めの砂が流出し,バッグが変形した。浜住海岸では,前浜に設置されたサンドバッグが砂浜の侵食とともに露出し,捻じれるように変形したため,縫い合わせ部から損傷し,中詰めの砂が流出した。袋体の構造的な弱点が明らかとなり,今後の対策に活用できる.観測桟橋の周辺にてサンドバッグを生分解性シート生地により製作し,波打ち際に設置した.設置後,3カ月以内に数回の高波浪の作用を受け,生地は破断し僅かな部分を残して飛散した.生地の耐摩耗性が予想よりも低く,早い時期の崩壊に至ったと考えられる.海岸構造物の流失,沈下を漂砂制御機能の低下と見立て,地形変化の分析を行った.新潟海岸,皆生海岸の事例を調べ,離岸堤の飛散・沈下と汀線位置の変化を調べた.離岸堤の機能が失われると背後の汀線位置は直ぐに後退するが,同時に周辺の汀線位置には若干の前進があった.海岸侵食対策に用いられる構造物は恒久的に効果を発揮するが,時に過剰な制御となり,沿岸漂砂下手への土砂供給が少なくなる.これを緩和し得るサンドバックについて検討を行った.サンドバックは設置,撤去が海岸構造物に比して容易であり,また,これを生分解性シートにより制作し,自然崩壊により漂砂制御機能を変化させることが期待できる.フィールド試験,数値計算による検討を行い柔軟な汀線制御について見通しを得た.A.フィールド実験波崎観測桟橋にて生分解シートに関する基本的な確認を行う材料暴露試験を実施し, a)生分解シートの砂,水分接触による消耗の確認,b)生分解サンドブロックの砂浜上での安定性を確認した.生分解シートは安定しており,海水と砂粒の数年間にわたる接触に耐え得ることが予想される.生分解シートで形成したサンドブロックは安定しており,飛砂による摩耗,破損等はなかった.また,沖縄県宮古島にてc)サンドブロック(耐海水シートを使用)による突堤機能の確認,を行った.サンドブロックは中規模の波浪の作用を受けても安定しており,従来の構造の突堤と同等の機能を発揮し得ることが確認された.B.数値モデルの作成生分解サンドブロックの効果,これによる海岸侵食対策効果を数値的に評価するモデルの作に着手する.新潟県新潟西海岸には離岸堤群が設置され,汀線を維持している.離岸堤が高波浪により沈下すると漂砂制御機能を失い,背後の汀線形状が変化する.これを,サンドブロックの設置とその崩壊による制御機能の喪失とみなし,航空写真よりその実態を分析した.その結果,離岸堤が沈下すると,背後の汀線位置が後退し,波下方向に土砂の移動があったことを確認した.この状況を1-line汀線変化モデルで再現し,離岸堤(=生分解ブロック)の設置による土砂貯留と汀線の維持,離岸堤の沈下(=生分解ブロックの崩壊)により貯留された土砂が周辺域に拡散し汀線位置が変動することを表現した.漂砂量係数をチューニングすることにより,土砂移動量を合わせこむことが可能であった.年度当初に予定していたフィールド実験,数値モデルの作成を行い,一定の知見を得ることができ,また,次年度の研究を継続する方向性を定めることができた.A.フィールド実験:実験を継続する.特に,材料暴露のデータを確実に収集することを目指す.B.数値モデルによる評価:実験結果を反映しながら,モデルパラメータのチューニングを行う.生分解シートブロックの機能の発効/無効化を時間的,空間的に組み合わせた検討を行い,対象とする海域の汀線位置制御と漂砂フラックスの確保が設定した期間にて達成し得ることを示す.C.研究成果のとりまとめ:次の項目について研究成果をまとめる.a)海域における生分解サンドブロックの挙動,生分解シートの崩壊特性,b)汀線変化モデルによる生分解サンドブロックの機能発効/無効化の地形,漂砂フラックス変化の再現,

c)汀線変化モデルを用いた,生分解サンドブロックによる汀線位置制御と漂砂フラックスの確保の概念的提示.繰越金は,海水に浸して設置する生分解シートを使用したサンドバッグの製作の際の生地選定と桟橋設置に設置する際のサンドバッグ破損時の飛散防止策の検討が滞ったことにより発生した.いずれも年度末に対応策が定まっており,平成24年度初めから研究を推進できる.研究経費の主な使途は,フィールド実験を実施する費用(旅費,謝金,材料費,設置工費ほか)とモデル作成にようする費用(現地踏査,航空写真の購入ほか)になる.
マルチモデルに基づく都市シミュレーションプラットフォーム

異なるモデルに基づくシミュレータを都市シミュレータとして統合し,応用分野のそれぞれで蓄積されてきたシミュレータの利活用を促進することを目標に研究を実施した.本研究では,多様なモデルを扱うシミュレーションを実施するために,異なる抽象度のモデルと異なる問題領域のモデルを扱えるシミュレーションアーキテクチャを提案した.また,シミュレータの利活用を促進するため,マルチエージェントシミュレーションと連携するオンラインゲーミングシステムを開発した.マルチエージェントシミュレーション(Multi-agent based simulation : MABS)は人々の行動が創り出す複雑な社会現象の再現および分析に用いられている.都市における人々の活動は多様であり,対象とする領域の面,対象とする行動の抽象度の面で異なる多くのシミュレーションが実施されている.例えば,交通,防災,社会科学など様々な分野で適用されてきている.前年度は,問題領域は異なるが同じ地理データに強く結びついた交通と電力という二つのシミュレータの統合に取り組んだ.今年度は,社会学的なモデルや経済学的なモデルを組み合わせることを想定したシミュレーション基盤の提案とプロトタイプの実装を行った.このシミュレーション基盤は,実験したいインタラクションを含む問題を,社会学や経済学などの応用問題のドメイン知識を有する人々自らが記述できるゲーミング環境である.これにより,これまで情報科学の専門家やプログラマが存在しなければ構築することができなかったゲーミング環境の開放性を高め,多様な問題群を扱う研究者やフィールドワーカーが容易に問題を模擬するゲーミング環境を構成して,現場の問題を考察・評価できることを目指した.本環境で作成されるゲーミングシミュレーションは,これまで一般的なビジネスゲームなどのゲーミングで扱うことが難しかった社会的な相互依存関係を主たる対象とするものである.本年度の取り組みにより,都市における人々の物理的な行動だけでなく,経済的な活動や社会的な活動も扱えるようなシミュレーションの研究を推進する足がかりが出来た.マルチエージェントシミュレーション(Multi-agent based simulation : MABS)は人々の行動が創り出す複雑な社会現象の再現および分析に用いられている.都市における人々の活動は多様であり,対象とする領域の面,対象とする行動の抽象度の面で異なる多くのシミュレーションが実施されている.例えば,交通,防災,社会科学など様々な分野で適用されてきている.これらが対象としている現象は相互に関係があるが,シミュレータとしては相互に補完しあうような枠組みがないのが現状である.本研究では,シミュレータという実行可能な形で蓄積されてきた諸分野の知見を統合することを目標として,異質なモデルを持つ複数のシミュレーションの統合基盤の開発に取り組んだ.はじめに,都市交通と都市電力を問題の領域に選び,問題領域が異なる複数の異質なシミュレータを統合する手法を提案し,シミュレーション基盤として実装した.この基盤では,複数のシミュレータをそれぞれ独立したシステムとして扱い,イベントを基本とした統合をすることで,シミュレータ間のインタラクションを簡潔にし,各シミュレータの独立性を維持した.都市交通と都市電力は対象としている現象は異なるが,両者とも地理的な要素に強く結びついる領域である.そこで,つづく取り組みでは,都市交通や都市電力という地理的な要素と強く結びついているモデルからは離れて,社会学的なモデルや経済学的なモデルを都市シミュレーションに組み込むことを想定し,それらのモデルを扱える参加型シミュレーションの実行基盤を提案し,開発した.この基盤には,インタラクションを主体とした参加型シミュレーションを記述するための簡易なシナリオ記法を組み込んだ.異なるモデルに基づくシミュレータを都市シミュレータとして統合し,応用分野のそれぞれで蓄積されてきたシミュレータの利活用を促進することを目標に研究を実施した.本研究では,多様なモデルを扱うシミュレーションを実施するために,異なる抽象度のモデルと異なる問題領域のモデルを扱えるシミュレーションアーキテクチャを提案した.また,シミュレータの利活用を促進するため,マルチエージェントシミュレーションと連携するオンラインゲーミングシステムを開発した.マルチエージェントシミュレーション(Multi-agent based simulation : MABS)は人々の行動が創り出す複雑な社会現象の再現および分析に用いられている.都市における人々の活動は多様であり,対象とする領域の面,対象とする行動の抽象度の面で異なる多くのシミュレーションが実施されている.例えば,交通,防災,社会科学など様々な分野で適用されてきている.現代社会において,交通は人々のインタラクションにより形成される複雑な社会現象の一つである.交通という一つの問題領域でも,人々の行動は異なる抽象度で捉えられる.例えば,抽象度の高い広域交通行動モデルに基づいたシミュレーションが盛んに行われている一方で,抽象度の低い運転行動モデルに基づいたシミュレーションも行われている.しかし,その異なる抽象度にまたがるシミュレーションの研究は少ない.また,交通は都市における人々の活動の基盤であり,災害時の避難,人同士の接触による疫病伝播といった他領域の問題とも深い関係がある.交通とこの様な他領域の問題は相互に関係しているが,シミュレータとして相互に補完しあうような枠組みがないのが現状である.この様なシミュレータという計算可能な形で集積される知識を再利用するために,対象とする問題領域や抽象度が異なる複数のシミュレータを統合することを目標とした研究を行った.本年度は,複数の異質なシミュレータを統合するプラットフォームのアーキテクチャを提案した.さらに,都市交通を例に,このアーキテクチャが,抽象度の異なるシミュレータの統合と問題領域の異なるシミュレータの統合を果たせる可能性を示した.平成24年度は統合対象としての経済学モデルや社会学的なインタラクションモデルを扱えるようなシミュレーション基盤を提案しプロトタイプの実装をした.この成果と平成23年度に行った都市における人々の物理的な行動に関するシミュレータ基盤を前提とすることで,最終年度である平成25年度は,都市における人々の物理的な行動だけでなく,経済的な活動や社会的な活動も扱えるようなシミュレーションについての研究が可能である.以下の理由により,おおむね順調に進展していると考える.本年度は,複数の異質なシミュレータを統合するプラットフォームのアーキテクチャを提案し,シミュレータプラットフォームの実装を行った.

さらに,都市交通を例に,このアーキテクチャが,抽象度の異なるシミュレータの統合と問題領域の異なるシミュレータの統合を果たせる可能性を示した.都市における人々の物理的な行動だけでなく,経済的な活動や社会的な活動も扱えるようなシミュレーションの研究をする.都市における人間の物理的な活動と購買活動のような経済的な活動や情報の伝達のような社会的な活動は強い関連があると考えられる.最終年度は,これまでに達成した,物理的な複数の活動を扱うシミュレータの連携,社会的な活動や経済的な複数の活動を扱うシミュレータの評価や実用を進めつつ,さらに物理的な活動や社会的な活動を連携させる研究を推進していく.また,マルチエージェントシミュレーションでは観測データやログデータからモデルを獲得するモデリング技術が重要となるため,モデリングとシミュレーションを連携させる技術についても検討を計画したい.異種のシミュレータを統合するプラットフォームを実現するためには,シミュレータの外部制御機構が必要になる.これにより,柔軟かつ動的なシミュレーション状況の監視およびシミュレーションへの介入が可能となる.現在は,各シミュレータの独立性を高めるため,シミュレータ間をメッセージ指向で結合する方法を示した.この統合の際のインタフェースについて検討を進めたい.
レシチン型光重合性リン脂質とパッチ・クランプ法によるイオンの膜透過機構の研究

1.主な実験装置の整備とその意義について本研究費補助金による装置の整備は、松下通信工業製のVS3310A型FFTアナライザの設置と周辺電気回路の製作である。この事により、従来マイクロコンピュータに頼っていたデータ処理時間は飛躍的に短縮されると共に、信頼性向上とオンライン処理による実験の効率化をもたらした。2.今年度中に得た具体的成果並びに途中経過について先端直径35μmのガラス電極を製作し、スパン80,各種リン脂質,更に、目的とする光重合性リン脂質を用いたパッチ・クランプ実験を行った。モノマー型二重膜系については他の系と同様に測定を行う事が出来るが、紫外線照射によりバッチ膜を重合させる過程で若干の問題を生じている。重合に予想以上の時間を要し温度が上昇する等の原因が考えられ、系の温度制御と共に、電極材料としてのガラス・キャピラリの材質の吟味や電極先端の大きさと形状の検討を含め、問題解決に務めている。研究主題に関連してリン脂質のイオン・キャリアとしての性質を検討する研究では、リン脂質が液体膜中で逆ミセル型陽イオン・キャリアとして機能し、特異な相転移を利用した膜透過制御が可能である事を見出だした。ミセルが介在した膜透過制御は膜利用技術の一環として注目されており、本研究の最終目的の一つである有用物質の制御型放出にも密接に関連している。3.反省と今後の展望について現在までに光重合性リン脂質を用いた実験はベシクル系で行われており、平面パッチ膜との実験条件設定に微妙な差異があるものと思われる。いずれにせよ単なる技術的な問題として解決し得るものである。今後は提出した研究計画に沿って研究を進めると共に、光量子相関スペクトル法で重合過程を追跡する共同実験を計画している。
関数解析学と関連分野の研究

1.(松田)バナッハ空間論の研究において、(1)実バナッハ空間の共役空間の弱^*コンパクト部分集合がペッティス集合となるための必要十分条件を、新しい幾何的性質により与えた(発表論文参照)、ならびに、(2)実バナッハ空間の局所化された弱プレコンパクト集合について、様々な視点からの特徴付けを与えた。さらにこの結果の特別な場合として、ペッティス集合や弱プレコンパクト集合等の各種の特徴付けが、即得られることを示した(発表論文参照)。2.(佐藤)クライン群の研究において、種数2の実型ショトキイ群の第I、第IVの2つのタイプについて、それらの極限集合のハウスドルフ次元を求めた(発表論文参照)。3.(千葉)位相空間論の積空間の性質について、すべての有限部分積の弱被覆数が、或る無限基数以下であるならば、シグマ積の弱被覆数についても同じ性質の従うことを示した(発表論文参照)。4.(古森)論理とラムダ計算の研究において、古典論理を特徴付ける結合子Pについてのリダクションをみつけ、そのリダクションが型付きラムダ計算をつぶしてしまうことを示した(発表論文参照)。5.(中西)タイヒミュラー空間の研究において、尖点つき曲面のタイヒミュラー空間に一つの大域座標系を導入することにより、その実代数的空間としての表現を得た。さらに写像類群や数論の問題への応用を考えた(発表論文参照)。6.(横山)交差点を持つ平面曲線について、スプラインを用いて対称性を調べた(発表論文参照)。
早期誘導遺伝子の転写スイッチを担うタンパク質複合体の立体構造解析

本研究は、申請者が見出した新たなヒストン修飾変化に対する生物学的意義を解明し、その修飾が形成される分子機構、更にその立体構造を最新のクライオ電子顕微鏡技術を用いた単粒子解析で決定する。申請者はこれまでに、血管内皮細胞を用いて次世代シークエンサーを用いた網羅解析から、血管内皮細胞活性化に寄与する転写因子、エピゲノム修飾を報告しており(Kanki Y etal 2011MCB, EMBO Jなど)、更に、最近の研究では血管内皮細胞活性時に形成される独自のヒストン修飾の組み合わせを同定している。そこで、本研究では、遺伝子座特異的な複合体の同定からその立体構造解析を行うことで、エピゲノム複合体の、生物学的のみならず、生物物理学的な本質を捉え、将来の創薬の足がかりとなるデータを得ることが目的である。2年目にあたる平成30年度は、H3K27me3修飾、H2AK119Ub修飾に関与していると考えられるPolycomb Repressive Complex1,2 (PRC1, PRC2)複合体に関する解析を行った。高等真核生物では、PRC1はPRC1.1-1.6、PRC2はPRC2.1-2.2まで知られており、いずれも遺伝子発現を抑制する修飾として知られている。この中で、血管新生に関与するものを決定するために、siRNAを用いてtube formation assayを行った。その結果、PRC1やPRC2といった遺伝子発現を抑制する複合体を抑制した際にも血管新生関連転写因子の発現は抑制され、その結果としてtubeの形成も阻害されることが分かった。今回見出した現象は、エピゲノム修飾でも過去に報告がなく、独特の複合体の関与が考えられる。平成30年度の目標は、H3K4をトリメチル化する酵素複合体の同定、及び、H3K27トリメチル化の転写に対する意義の解明にあった。ヒト臍帯静脈内皮細胞に血管内皮成長因子(VEGF)を添加すると、抑制系ヒストン修飾であるH3K27me3が入ったまま、EGR3、EGR2といった早期誘導転写因子の転写が一過性に実行される。平成30年度の研究により、このH3K27me3修飾を入れている実態はPRC2であることを同定し、更に、PRC2をsiRNAでノックダウンすると、EGR3やEGR2の転写が抑制されることが分かった。また、同時にこの領域の転写複合体を形成するもう一つの要素として、PRC1を同定した。PRC1にはPRC1.1-1.6まであるが、共通コンポーネントであるRING1A, RING1Bをノックダウンすると、上記EGR2、EGR3の転写が抑制され、血管新生も阻害されることを新たに見出した。このように、平成30年度は、これまでに知られていない血管新生に関与するエピゲノム修飾因子を複数同定しており、研究は概ね順調に進展していると考えられる。研究最終年度にあたる平成31年度は、まずはこれまでに見出した現象の論文化を行う。これまでの成果で、血管新生に影響を与える因子を複数同定しており、論文化すれば、多数の読者の興味をひくことが予想される。また、これとは別に遺伝子座特異的な複合体の網羅的な同定手法を確立させる。手法としては、EGR3の第1イントロンにガイドRNAを設計し、DNA切断酵素活性を無くしたdCas9-FLAGを用いて、遺伝子座特異的なタンパク質を免疫沈降する。これを質量分析器で解析することで、転写複合体の時系列変化を同定する。現在までのところ、このような遺伝子座特異的な質量分析は、がん細胞やES細胞、iPS細胞、血球系細胞などでは成功例があるが、分裂能力の低いprimary cultureの細胞では実現されていない。しかし、血管や神経といった高齢化社会の病気の本質となる細胞において、こうした新たな生化学手法を確立させることは、今後の基礎医学、臨床医学の発展に大きな意義があると考えられる。また、本実験系は、刺激後60分では転写が完全に終結している。これは、血管新生は生理的な条件下では起こりすぎないようにブレーキがかかっている機構の存在を示唆しているが、その実態は分かっていない。平成30年度までは、転写制御に焦点を当てて解析を行ってきたが、最終年度はRNA分解にも着目し、mRNAを分解するタンパク質による血管新生制御解析も行う予定である。初年度である平成29年度は、H3K4me3修飾に関与していると考えられているtirthorax (COMPASS)複合体に関する解析を行った。ヒトではSET1A-1B複合体、MLL1-2複合体、MLL3-4複合体の3種類が知られている。この中で血管新生に寄与しているものを決定するために、siRNAを用いた

網羅的ノックダウン解析を行い、転写複合体の一部を同定した。血管内皮増殖因子(VEGF)は、その阻害剤が抗がん剤として臨床応用されているが、今回見出したエピジェネティクス複合体は、従来にないVEGFシグナルパスウェイであり、臨床的意義が高いと考えられる。平成29年度の目標は、血管新生時のEGR3の第1イントロンに集積している複合体を同定すること、更にその裏付けとなる基礎データを取得することであった。これまでのデータで、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)に血管内皮増殖因子(VEGF)を添加すると、15分以内にEGR3遺伝子座のH3K4がトリメチル化されることが分かっている。この現象が、血管新生に関与しているとの仮説を立て、メチル基転移酵素の同定に挑んだ。ヒトではH3K4をトリメチル化する酵素は、SET1A/1B複合体、MLL1/2複合体、MLL3/4複合体の3種類が知られている。siRNAを用いた網羅的解析により、MLL3/4とMLL2がEGR3の転写誘導を有意に抑制することが分かった。次にMLL3/4複合体の中のコンポーネントの中で重要な因子を決めるために、同様なsiRNAを用いた実験を行い、PTIPという因子を同定した。この因子をノックダウンすると、in vitro, in vivo共にVEGF環境下での血管新生を抑制する結果となった。このように、平成29年度は、血管新生に必要なエピジェネティクス複合体の一部を同定し、その機能アッセイも行っており、概ね順調に進展していると言える。本研究は、申請者が見出した新たなヒストン修飾変化に対する生物学的意義を解明し、その修飾が形成される分子機構、更にその立体構造を最新のクライオ電子顕微鏡技術を用いた単粒子解析で決定する。申請者はこれまでに、血管内皮細胞を用いて次世代シークエンサーを用いた網羅解析から、血管内皮細胞活性化に寄与する転写因子、エピゲノム修飾を報告しており(Kanki Y etal 2011MCB, EMBO Jなど)、更に、最近の研究では血管内皮細胞活性時に形成される独自のヒストン修飾の組み合わせを同定している。そこで、本研究では、遺伝子座特異的な複合体の同定からその立体構造解析を行うことで、エピゲノム複合体の、生物学的のみならず、生物物理学的な本質を捉え、将来の創薬の足がかりとなるデータを得ることが目的である。2年目にあたる平成30年度は、H3K27me3修飾、H2AK119Ub修飾に関与していると考えられるPolycomb Repressive Complex1,2 (PRC1, PRC2)複合体に関する解析を行った。高等真核生物では、PRC1はPRC1.1-1.6、PRC2はPRC2.1-2.2まで知られており、いずれも遺伝子発現を抑制する修飾として知られている。この中で、血管新生に関与するものを決定するために、siRNAを用いてtube formation assayを行った。その結果、PRC1やPRC2といった遺伝子発現を抑制する複合体を抑制した際にも血管新生関連転写因子の発現は抑制され、その結果としてtubeの形成も阻害されることが分かった。今回見出した現象は、エピゲノム修飾でも過去に報告がなく、独特の複合体の関与が考えられる。
多孔質コンクリートを用いて維持管理を少なくした水質浄化システムの開発

多孔質コンクリートを組み込んだ水辺の構造物に水質浄化機能を生物の働きによって継続させ,維持管理を少なくできるシステムの開発を行った。また,多孔質コンクリートの水質浄化機能および水に対する耐久性について検討を行った。得られた主な結果は次のようである。(1)多孔質コンクリートここではポーラスコンクリートを用いたが,このポーラスコンクリートの水質浄化機能の高機能化は,その空隙特性や使用材料を適切に選択することによって実現できた。(2)干潮域に浸漬したポーラスコンクリートの圧縮強度は,配合や使用材料にもよって異なるが,3年程度で約半分程度になるものもあった。(3)ポーラスコンクリートを組み込んだ水質浄化試験プラントによる調査結果によると,設置後約2年で,10年前に建設した隣接する既設の直立岸壁と同じ程度の種類数の食性生物が生息していることが確認された。(4)水深を2種に変えた水質浄化プラントの底の部分には,水深の深いものでは浮児が堆積しており,水深の浅いものでは浮泥はほとんどなかった。これは,水深の深いものでは,貧酸素状態となり,食性生物が生息できないためと考えられる。一方,水深が浅い場合は,「カキ類」が多く生息しており,これによって浮泥が捕食されたと考えられる。(5)「二枚貝類」は,水中の浮遊物質を餌とし,水質を浄化させることが確認できた。(6)以上のことから,ポーラスコンクリートを組み込んだ水辺構造物には,水質浄化の働きをする生物が生息でき,維持管理をほとんどしなくても生物の働きによって水質浄化機能が継続することが分かった。淡水浄化機能の高いポーラスコンクリートを開発するため,空隙特性並びに骨材の結合材である高炉スラグおよびFe型人工ゼオライトを混入したセメントペーストがリンおよび窒素の除去率を指標とした水質浄化機能並びに圧縮強度に及ぼす影響を検討した。その結果,高炉スラグを50%,Fe型人工ゼオライトを20%混入した結合材を用い,粗骨材粒径513mmとしたポーラスコンクリートが,強度も高く水質浄化機能も大きいことが分かった。ポーラスコンクリートの設置される場所の日照条件については,12時間ごとの明・暗条件下と,暗条件下とでは,ポーラスコンクリートに生息した生物の活性度が異なり,暗条件下では,水質浄化開始後2週間程度で水質浄化機能が低下することが判明した。また,設置するポーラスコンクリートブロックの寸法を一辺10cmの立方体から一辺20cmと体積で8倍にし,光の当たるポーラスコンクリート部分の量および内部の汚染水の溶存酸素濃度を変化させると,水質浄化機能が大きくはないが低下することが得られた。また,汚染水中の汚染物質は,主としてポーラスポーラスコンクリートに生息している生物によって浄化されるが,それによって汚泥が発生する。水質浄化機能の維持および汚泥が堆積することによる底泥の悪化を防止するためには,この底泥を除去する必要があり,これを捕食する生物種の探索を行った。その結果,汽水域では,ゴカイにその可能性があることが分かった。平成13年度の研究成果として,浄化機能が高く,強度も高いポーラスコンクリートの空隙特性並びに骨材の結合材としては,それぞれ粗骨材の粒径513mm,空隙率25%で,高炉スラグをセメントペースト中に50%およびFe型人工ゼオライトを20%混入したものであることが判明した。しかし,水質浄化機能が時間とともに低下することが観察されたので,この原因として,ポーラスコンクリートに付着した生物の活性の低下すなわち溶存酸素量の低下および汚濁負荷量が過大ではないかと考え,前述の配合のポーラスコンクリート並びに比較用に骨材粒径1320mm,空隙率25%で,高炉スラグおよびFe型人工ゼオライトを含むものと含まないものとを用い,エアレーションをする場合としない場合の計6ケースについて,リンおよび窒素の除去率を指標とした水質浄化機能に及ぼす影響を検討した。