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天然記念物マガンの鉛中毒の発生調査,病態の究明,予防法の確立

1.水鳥の鉛中毒の実態調査過去3年間に121羽の水鳥を剖検した。これらの大部分の白鳥,マガンである。鉛中毒症の発生は,1989年は検査した32羽中19羽,1990年は51羽中47羽,1991年は24羽中3羽であった。これらの発生の大部分は北海道宮島沼においてであったが,北海道標茶町シラルトロ湖および群馬県多々良沼でも発生を見た。中毒症の原因は散弾鉛であったが,まれにつりのおもしであった。以上の調査から,水鳥の鉛中毒症は国内広域にわたって発生していることが示唆された。2.水鳥の鉛中毒症の病態鳥類(マガン,白鳥)を異にしても鉛中毒症の病態はほぼ同一であった。肉眼的には,筋胃粘膜の緑色化および過角化,骨髄の水腫または脂肪髓化,脾の萎縮,副骨腫大が見られ,腺胃から筋胃にかけて最高30ケまでの鉛散弾を入れていた。組織学的には,肝の黄胆,封入体を伴った尿細管腎症,肝と脾のヘモジデリン沈着症からなる亜急性鉛毒症病変を示していた。なお,血液内および臓器・組織内の鉛濃度は異常に高くなっていた。(肝では5.544.3mg/kg)。3.水鳥の鉛中毒症の診断・予防・治療診断法として血中および組織中の鉛濃度の測定,X線撮影による胃内の鉛の確認,病理解剖による病変と鉛の確認が有効である。特に,生前あるいは病理解剖前のX線検査は速やかかつ容易になされるので好都合である。治療法としてはCaーEDTAの連続投与が効果である。しかし,中毒症状があまりにも進行した例ではこの方法も効果がないようである。よって野外では,困難ではあるが,早期発見,早期治療が望ましい。1.水鳥の鉛中毒の発生調査とその病態北海道宮島沼に飛来したオオハクチョウ,コハクチョウ,マガンが,1990年4月5月にかけて約80羽死亡した。これらについて血液学的並びに病理学的に検索した。その結果,鳥種を問わず基本的には共通の病変を示した。すなわち,赤芽球増生を伴った骨髓低形成と黄疸が基幹変化であった。これら一連の変化は散弾鉛毒が先ず赤血球を破壊し,この結果ビリルビンが過剰に形成されて黄疸が生ずる,いわゆる前肝臓性黄疸の機序によると解された。なお,骨髓の低形成は鉛毒の直接的作用に起因するとみなされた。死亡した水鳥の全ての筋胃内には,1個体当たり数個から60個の散弾鉛が認められた。これらの鉛は,その溶解状態並びに死亡例の病変の新鮮さから,宮島沼で攝取されたとみなされた。この事実は,宮島沼には極めて多数の散弾鉛が蓄積していることを示唆する。2.鶏を用いての鉛中毒の実験的作出幼若動物に鉛を与えると急性鉛脳症が起こることは古くから知られている。我々は鶏雛を用い,これに散弾鉛と低Ca飼料を与えることにより,急性鉛脳症を確実に作出し得た。すなわち,鉛散弾10個とCaを0.1%含む飼料を給与すると雛は100%死亡して鉛脳症を示すのに対し,鉛散弾5個とCaを1.0%含む飼料を給与すると死亡率は著しく低下した。鉛脳症の病変は与えた鉛散弾数と飼料中のCa含量によって程度差があったが,脳浮腫,小脳出血を肉眼的には示した。組織学的には,脳浮腫と星状膠細胞のび漫性増殖のほか,毛細血管周囲に好酸性硝子様顆粒が認められた。以上の実験から,鉛中毒の発生には飼料成分の影響が考えられ,水鳥の本症発生には食性の影響も考慮する必要があるとみなされた。1.水鳥の鉛中毒の発生調査平成3年度には22羽の水鳥を剖検した。これにはマガン,オオハクチョウ,コハクチョウ,マガモ,オジロワシ,コガモ,ヨシガモ,ハイジロカイツブリが含まれる。鉛中毒と診断されたものはマガン2羽,オオハクチョウ1羽,コハクチョウ1羽,計4羽であった。鉛中毒発生は北海道宮島沼の他,北海道標茶町シラルトロ湖および群馬県多々良沼であった。これらのうちシラルトロ湖の例は大型のつりのおもしによる中毒であったのに対し,他は散弾鉛による中毒であった。以上の成績から,散弾鉛による水鳥の中毒症は,北海道のみならず本州にも存在することが明らかとなり,他方ではつりのおもしによる中毒例も指摘された。2.水鳥の鉛中毒症の診断・予防・治療鉛中毒の診断法として,血中ならびに組織内の鉛濃度の測定,X線撮影法あるいは病理解剖による鉛粒の確認が有効であることが本研究でも確認された。このほか,アヒルをを用いた実験的研究により,赤血球ALAーd活性の測定が鉛中毒の診断に有用であるとみなされた。次に,北海道宮島沼で鉛中毒症に罹患したマガン27羽,オオハクチョウ4羽,コハクチョウ2羽に,CaーEDTAを投与して治療を試みた。これらの血中の鉛濃度は治療開始後1週間で,治療開始前の1/21/5に低下した。

この治療により,マガンは27羽中11羽が38週間で回復し,この治療法の有効性が示された。しかし,他のマガンとハクチョウは回復しなかったが,これらについてもCaーEDTAの投与を継続するなど治療法を改善すれば,回復可態であることが示唆された。1.水鳥の鉛中毒の実態調査過去3年間に121羽の水鳥を剖検した。これらの大部分の白鳥,マガンである。鉛中毒症の発生は,1989年は検査した32羽中19羽,1990年は51羽中47羽,1991年は24羽中3羽であった。これらの発生の大部分は北海道宮島沼においてであったが,北海道標茶町シラルトロ湖および群馬県多々良沼でも発生を見た。中毒症の原因は散弾鉛であったが,まれにつりのおもしであった。以上の調査から,水鳥の鉛中毒症は国内広域にわたって発生していることが示唆された。2.水鳥の鉛中毒症の病態鳥類(マガン,白鳥)を異にしても鉛中毒症の病態はほぼ同一であった。肉眼的には,筋胃粘膜の緑色化および過角化,骨髄の水腫または脂肪髓化,脾の萎縮,副骨腫大が見られ,腺胃から筋胃にかけて最高30ケまでの鉛散弾を入れていた。組織学的には,肝の黄胆,封入体を伴った尿細管腎症,肝と脾のヘモジデリン沈着症からなる亜急性鉛毒症病変を示していた。なお,血液内および臓器・組織内の鉛濃度は異常に高くなっていた。(肝では5.544.3mg/kg)。3.水鳥の鉛中毒症の診断・予防・治療診断法として血中および組織中の鉛濃度の測定,X線撮影による胃内の鉛の確認,病理解剖による病変と鉛の確認が有効である。特に,生前あるいは病理解剖前のX線検査は速やかかつ容易になされるので好都合である。治療法としてはCaーEDTAの連続投与が効果である。しかし,中毒症状があまりにも進行した例ではこの方法も効果がないようである。よって野外では,困難ではあるが,早期発見,早期治療が望ましい。
MHC―ペプチド―抗共刺激分子抗体複合体による抗原特異的免疫制御法の開発

平成16年度は、B10.D2マウスで誘導した細胞障害性T細胞(CTL)表面のCTLA-4あるいはCD28をin vitroでクロスリンクすることにより、その細胞障害活性がそれぞれブロックあるいは増強されるかどうか、さらにはMHC-ペプチドと抗体を同時反応させる複合体作成の基礎的検討を行った。まずB10.D2マウス(H-2d)をHBs抗原で免疫し、2週間後にその脾細胞を採取した。In vitroでさらにCTLを活性化するために同系(H-2d)マウス由来のP815細胞にHBV DNAのpreS1を移入したstable transfectantを作成した。脾細胞をそのp815 PreS1とIL-2で1週間培養してCTLを誘導し、その活性をP815細胞にHBV DNAのS領域を移入したstable transfectantであるP815 Sを標的細胞に、細胞障害活性を調べた。その結果、S抗原特異的CTL活性が確認できたため、次に、in vitroでの培養の最後の48時間、抗CTLA-4抗体および抗CD28抗体(agonistic Ab)をコートした24-well plateで脾細胞を培養してS抗原特異的細胞障害活性を調べたが、活性の抑制あるいは増強はみられず、抗体のクロスリンクのタイミングおよび時間の検討が必要であると考えられた。MHC-ペプチドと抗体を同時反応させる複合体作成は従来のテトラマーでは困難であることが判明し、それに代わってProimmune社のペンタマーを用いることとした。具体的には、MHC-ペプチドの複合体のペンタマーと抗CTLA-4抗体(あるいは抗CD28抗体)を結合したペンタマーを重合させることによってのみ可能であることがわかったため、現在作成中である。平成17年度は、今年度の結果を基に、有効な抗体の作用条件の決定、複合体の作成を行い、in vitroだけでなくin vivoでの投与による効果を検討して抗原特異的免疫制御法を確立する予定である。
銀河団の形成過程と化学進化

本研究はX線観測による情報に基づいて、楕円銀河と銀河団の形成過程と化学進化を明らかにすることを目的とする。最終年度に当たる本年度はあすか衛星による観測情報の蓄積に伴い幾つかの重要な知見が得られた。1)楕円銀河の星の鉄組成は従来太陽の数倍といわれていたが、あすかによる観測では楕円銀河の高温ガスに含まれる鉄の組成は逆に太陽の数分の一である。この食違いは楕円銀河内部での鉄組成の勾配を考慮に入れて平均の鉄の存在量を評価しても埋めることはできない。銀河団における鉄生成の収支、銀河団ガスによる希釈、鉄固体への凝集、Ia型超新星の発生頻度の過大評価、などの様々な可能性を考えた上で、この原因が楕円銀河ガスのように比較的低温にあるプラズマの鉄の組成を評価するのに通常用いられるL輝線の原子物理学的基礎データ及びプラズマモデルが不備であるためであると結論ずけた(論文1-2、及びArimoto,Matsushita,Ishimaru,Ohasi,Renzini,1996,ApJに投稿中)。更にこの推論を確認するために、あすかによって特に星の鉄組成値が高いと思われるNGC7619、7626、2832、逆に明るいにも拘らず異常に鉄組成値が低いNGC5018、2865、更にX線光度が光りの明るさに比べて極端に低いNGC3607、3608についてあすかによる観測を行い、この問題についての系統的な考察を現在進めている(Matsushita,Arimoto,Renzini,1996準備中)。2)珪素や酸素、マグネシウム、硫黄、カルシウムなどと鉄との相対組成比から銀河団のガスの化学組成がII型の超新星によって大部分合成されたとする論文(Mushotzky et al.1996)があすかの観測に基づいて発表されたが、そのもとになっている太陽の鉄の組成値に誤りがあるのを指摘し、正しくはむしろIa型超新星による寄与の方が多いという定量的な解析結果を得た(Ishimaru,Arimoto 1996,AAに投稿中)。3)(1)及び(2)の結果に基づき、楕円銀河に含まれる鉄と銀河団ガスに含まれる鉄の両者を整合的に再現する楕円銀河の化学進化モデルを構築した。その結果、初期質量関数がArimoto & Yoshii(1987)によって提唱されたように大質量星の個数が多い場合に限って銀河風モデルによって矛盾なく観測を説明できることが明らかとなった(Ishimaru,Arimoto 1996,準備中)。4)28個の渦状銀河のバルジのスペクトルを観測し、バルジの金属量指数と速度分散の関係を初めて導出した。楕円銀河の類似の関係と比較したところ両者は全く同一であることが判明した。これはバルジの形成過程が楕円銀河のそれと同一であることを強く示唆する(Jablonka,Martin,Arimoto 1996,AJに投稿中)。5)楕円銀河の形成期を直接捉える可能性のあるのはCO分子の輝線観測である。銀河風モデルでCO輝線強度を計算するための準備として、一連の分子雲の観測の考察をまとめた(論文3,4,5)。6)ダストによる光りの吸収と散乱が銀河のスペクトル進化に及ぼす影響を計算し、銀河の計数観測においてはそれがあたかも銀河が進化しないかのような振る舞いをもたらすことを示した(Vansevicius,Arimoto,Kodaira 1996,ApJに投稿中)。

3)(1)及び(2)の結果に基づき、楕円銀河に含まれる鉄と銀河団ガスに含まれる鉄の両者を整合的に再現する楕円銀河の化学進化モデルを構築した。その結果、初期質量関数がArimoto & Yoshii(1987)によって提唱されたように大質量星の個数が多い場合に限って銀河風モデルによって矛盾なく観測を説明できることが明らかとなった(Ishimaru,Arimoto 1996,準備中)。4)28個の渦状銀河のバルジのスペクトルを観測し、バルジの金属量指数と速度分散の関係を初めて導出した。楕円銀河の類似の関係と比較したところ両者は全く同一であることが判明した。これはバルジの形成過程が楕円銀河のそれと同一であることを強く示唆する(Jablonka,Martin,Arimoto 1996,AJに投稿中)。5)楕円銀河の形成期を直接捉える可能性のあるのはCO分子の輝線観測である。銀河風モデルでCO輝線強度を計算するための準備として、一連の分子雲の観測の考察をまとめた(論文3,4,5)。6)ダストによる光りの吸収と散乱が銀河のスペクトル進化に及ぼす影響を計算し、銀河の計数観測においてはそれがあたかも銀河が進化しないかのような振る舞いをもたらすことを示した(Vansevicius,Arimoto,Kodaira 1996,ApJに投稿中)。
細胞複製と制御する細胞内情報伝達系と遺伝子発現の制御機構

本年度は細胞複製の制御におけるras p21やrafキナ-ゼの活性化機構や作用機構に焦点をあてて解折し,以下の結果を得た。私共は既にras p21類似低分子量GTP結合蛋白質,smg p21,のGDP/GTP交換反応を促進する蛋白質,smg GDSを精製してそのcDNAをクロ-ニングしている。ras p21のGDP/GTP交換反応を制御する蛋白質は現在まで同定されていなかったが,本年度,私共はsmg GDSがsmg p21のみならず,Kiーras p21にも同様に作用することを明らかにした。さらに,smg GDSがKiーras p21と共同してcーfos遺伝子を発現させると共に,NIH/3T3細胞を形質転換させることを明らかにした。一方,smg p21はras p21のエフェクタ-部位と同じアミノ酸配列を有しており,ras p21の作用に抵抗するか同様の作用を示すと推定されている。私共はsmg p21がPDGFやCキナ-ゼ,ras p21によるcーfos遺伝子発現を抑制するが,Aキナ-ゼやrafキナ-ゼによるcーfos遺伝子発現を抑制しないことを明らかにした。本年度の私共の研究成果から,ras p21のGDP/GTP交換反応を調節する蛋白質の性状が明らかになったので,今後は細胞増殖因子の受容体とras p21がsmg GDSを介してどのような機構で共役しているかについて解折をすすめたい。また,smg p21の遺伝子を用いた解折からPDGF受容体やCキナ-ゼの下流にras p21が存在し、そのエラに下流にrafキナ-ゼが存在していることがほぼ確実になった。今後はras p21がどのような標的蛋白質を介してrafキナ-ゼを活性化しているのか,rafキナ-ゼがどのようなメカニズムでcーfos遺伝子を活性化しているのかについて解折をすすめていきたい。
多発性骨髄腫の第一選択薬メルファランの治療効果予測と判定：PET画像診断法の開発

今年度は、得られた多発性骨髄腫と悪性リンパ腫の小動物腫瘍モデルのMethionine(MET), FDG, FBPAの各々のPET-CT画像解析をおこなった。多発性骨髄腫モデルにおいてはMET, FDG, FBPAのいずれも取り込みが見られ、これらの取り込みに顕著な差は見られなかった。悪性リンパ腫モデルにおいてもMET, FDG, FBPAいずれも取り込みが見られたが、METの取り込みが相対的に弱く、FDGとFBPAの両者の取り込みには顕著な差は見られなかった。一方で、多発性骨髄腫の第一選択薬であるメルファランは、LAT1を介して腫瘍細胞に取り込まれ作用を発揮するので、LAT1の発現の程度がメルファラン投与前にわかれば治療効果を予測することが可能と考え、本年度は移植した腫瘍細胞のLAT1発現についてフローサイトメトリの手法を用いて調べた。多発性骨髄腫細胞ではLAT1発現が確認されたが、悪性リンパ腫細胞においても強くはないけれどもLAT1発現が確認された。さらに、小動物腫瘍モデルのPET-CT画像解析結果でFBPAを用いた評価が期待できたため、健常人データで各臓器の生理的集積が低いFBPAを用いたPET-CT評価の臨床応用が期待できると考え、大阪大学医学部附属病院の倫理審査委員会にFBPAを用いた臨床研究について書類申請を行い、血液腫瘍患者においてFBPA PET-CT臨床研究ができるように準備をすすめた。今年度は大阪大学大学院医学系研究科附属PET分子イメージングセンターに設置のPET-CT装置やMRI装置の調整や整備を行い、小動物腫瘍モデルの撮像シーケンスや撮像時間の決定を行った。小動物の実験を行う際の麻酔方法や麻酔の最適投与量の決定、小動物の全身状態を管理するモニターなど実験環境を整備した。並行して、同センターや病院のサイクロトロン、標識合成装置の整備や調整を行い、FDG, MET, FAMTやFBPAの各代謝トレーサの合成試験を行った。また、小動物腫瘍モデル作成にあたり、骨髄腫細胞の培養環境の整備を行い、移植細胞数を確保するための技術習得に努めた。臨床部門では、多発性骨髄腫患者のFDGを用いたPET診断のデータの蓄積を行い、また健常成人のFBPA-PET画像解析を行い、活動性骨病変を持つ腫瘍患者の画像データの蓄積を行った。骨髄腫細胞を培養するも安定した増殖が得られず、難渋している。安定して増殖できる細胞株を厳選し、かつメルファランの治療効果が期待できる細胞株について検討しているところである。この手法が確立すれば、腫瘍モデル作成にとりかかれる。当初の計画より時間がかかっており、遅れている。今年度は、大阪大学大学院医学系研究科附属未来イメージングセンターに設置のPET-CT装置ならびにMRI装置の調整を行い、撮像整備を整えた。また、これら装置の撮像方法のプロトコール作成や操作法などの技術習得に努めた。並行して、大阪大学大学院医学系研究科附属未来イメージングセンターのサイクロトロン、標識合成装置の整備や調整を行い、FDG, Methionine, FBPA,のそれぞれの代謝トレーサの合成試験を行い、安定した収率を得られる設備環境の整備や技術習得をおこなった。また、並行して骨髄腫の腫瘍細胞の培養を行い、安定した細胞培養ができる技術を習得した。今後は、この骨髄腫の腫瘍細胞を移植し、安定した移植腫瘍モデル作成ができるように努める。安定した移植腫瘍モデル作成ができれば、PET-CT評価や病理組織評価に取りかかっていく予定である。臨床部門では、大阪大学医学部附属病院に設置されているPET-CT装置ならびに同病院のサイクロトロンで合成されたFBPAを用いて得られた健常成人5人のFBPAーPET画像の解析を行い、学会発表を行った。これらの結果を論文にまとめて、発表した。また、平行して、悪性腫瘍患者のFBPA-PETの症例を蓄積した。これら症例の画像解析を行い、中途データを学会発表した。引き続き悪性腫瘍患者の症例を蓄積し、腫瘍の組織型や撮像タイミングなどについて検討していく予定である。骨髄腫細胞培養は安定してきたが、腫瘍モデル作成にばらつきがあり、安定した動物モデル作成に難渋している。安定した動物モデルが作成できれば、PETーCT評価にとりかかれるが、当初の計画より遅れている。今年度は難渋していた多発性骨髄腫の腫瘍細胞の培養技術を習得し、小動物皮下腫瘍モデルマウスを安定して作成できるようになった。また、小動物用PET-CT(Inveon)を用いた実験手技やPET-CT装置の使用技術を習得した。大阪大学大学院医学系研究科附属未来イメージングセンターにおいて、FDG, Methionine, FBPAの各々の代謝トレーサーを用いて、小動物腫瘍モデル(多発性骨髄腫の腫瘍細胞移植モデルと悪性リンパ腫の腫瘍細胞移植モデル)のPET-CT撮像を同一の動物モデル個体で行うことができ、これらの各々の画像データを得ることができた。得られた小動物皮下腫瘍モデルマウスの各々の代謝トレーサの画像データについて、現在解析をおこなっているところである。今後は、病理標本の結果を解析し、さらに病理標本の結果と各々の代謝トレーサのPET-CT画像の結果と比較や検討を行い、結果をまとめるように努めていく予定である。これらデータの解析結果がまとまれば、国内や国際の学会発表、論文発表へとつながるように努めていく。各代謝トレーサを用いたPET-CT撮像が終了した小動物皮下腫瘍モデルマウスを用いて、多発性骨髄腫の治療薬であるメルファランの腹腔内投薬を隔日で2週間おこない、腫瘍部の経時的変化を観察した。

しかしながら、外側からの計測では腫瘍のサイズや形状に顕著な変化は見られなかった。メルファランの重篤な副作用を示した腫瘍モデルマウスは認めなかった。上記の小動物皮下腫瘍モデルマウスを用いた各代謝トレーサのPET-CT画像の結果から、多発性骨髄腫や悪性リンパ腫などの血液腫瘍を患う患者へのFBPA-PETを用いた臨床応用が期待できると推測された。次年度は医学部附属病院に設置の倫理委員会に書類申請を行い、血液腫瘍患者においてFBPA-PET評価ができるように、臨床研究を行う準備を進めているところである。多発性骨髄腫細胞の培養や腫瘍モデル作成に難渋したため、各種の代謝トレーサを用いたPET-CT撮像評価の段階にたどり着くまでに時間がかかった。しかしながら、今年度は細胞培養や腫瘍モデル作成ができ、小動物皮下腫瘍モデルマウスのPET-CT画像データをえることができた。現在、動物実験のPET-CT画像の解析を行っている。今後、病理標本の解析を行い、画像データと比較検討し、結果をまとめていく予定である。今年度は、得られた多発性骨髄腫と悪性リンパ腫の小動物腫瘍モデルのMethionine(MET), FDG, FBPAの各々のPET-CT画像解析をおこなった。多発性骨髄腫モデルにおいてはMET, FDG, FBPAのいずれも取り込みが見られ、これらの取り込みに顕著な差は見られなかった。悪性リンパ腫モデルにおいてもMET, FDG, FBPAいずれも取り込みが見られたが、METの取り込みが相対的に弱く、FDGとFBPAの両者の取り込みには顕著な差は見られなかった。一方で、多発性骨髄腫の第一選択薬であるメルファランは、LAT1を介して腫瘍細胞に取り込まれ作用を発揮するので、LAT1の発現の程度がメルファラン投与前にわかれば治療効果を予測することが可能と考え、本年度は移植した腫瘍細胞のLAT1発現についてフローサイトメトリの手法を用いて調べた。多発性骨髄腫細胞ではLAT1発現が確認されたが、悪性リンパ腫細胞においても強くはないけれどもLAT1発現が確認された。さらに、小動物腫瘍モデルのPET-CT画像解析結果でFBPAを用いた評価が期待できたため、健常人データで各臓器の生理的集積が低いFBPAを用いたPET-CT評価の臨床応用が期待できると考え、大阪大学医学部附属病院の倫理審査委員会にFBPAを用いた臨床研究について書類申請を行い、血液腫瘍患者においてFBPA PET-CT臨床研究ができるように準備をすすめた。今年度は安定した腫瘍細胞の増殖方法を確立し、小動物移植腫瘍モデル作成を目指す。小動物腫瘍モデル作成の手法が確立したら、各PETトレーサ並びにPET-CT装置やMRI装置を用いて、メルファラン治療前後の各代謝変化について検討する。引き続き、細胞レベルでのメルファランの治療効果評価、腫瘍動物モデルのPET-CTを用いたメルファランの治療効果評価を行っていく予定である。動物実験結果を解析し、データをまとめていく予定である。動物実験結果から、血液腫瘍患者へのFBPA-PETの効果が期待できると推測され、倫理委員会に書類申請を行い、臨床応用ができるように努める。
有機スズ化合物および新規防汚塗料の環境動態および生物影響に関する研究

本研究では、船底防汚塗料の有機スズ化合物と新規防汚塗料に着目し、海洋環境における挙動およびその生物影響などを解明することを目的とした。有機スズ化合物と新規塗料によって、水生生物に成長や生殖などに負の影響を及ぼすことを明らかにした。海洋調査の結果、沿岸域から深海に至るまで船底防汚塗料汚染が拡大していることを解明した。以上より、船底防汚塗料による海洋生態系攪乱の可能性が示唆された。沿岸域において船舶や漁網等の防汚塗料として使用されてきた有機スズ化合物は、国際的に使用禁止が規制された現在も沿岸域に残留しており、沿岸生態系への影響が懸念される。水生生物の有機スズ等の有害化学物質の蓄積特性については、生物の生活史や生息域などの生態学的特性を考慮することが極めて重要であると考えられる。しかしながら、こうした因子を考慮した系統的な環境保全研究はこれまで皆無であった。また近年、有機スズの使用規制に伴い、有機スズ代替品として新規防汚塗料が開発されているが、その生物影響や汚染については不明な点が多いのが現状である。本研究では、沿岸生態系を脅かす有機スズ及び新規防汚塗料に着目し、同種であるが異なる生活史をもつ海と川を行き来する通し回遊魚に着目し、回遊様式の違いに伴う有機スズの蓄積特性について、耳石の微量元素と体内有機スズ濃度を測定することにより明らかにする。さらに、室内実験と併せて野外調査を行い、有機スズをはじめとする船底防汚塗料による生態系攪乱機構を解明する。環境化学物質の生物体内への蓄積特性を検証する際、その生物の生態学的特性を考慮することは、環境保全の観点から極めて重要である。しかしながら、そうした因子を考慮した系統的な報告はこれまで皆無であった。本研究は、沿岸生態系を脅かす有機スズ化合物及び新規防汚塗料に着目し、同種であるが異なる生活史をもつ海と川を行き来する通し回遊魚に着目し、回遊様式の違いに伴う有機スズの蓄積特性について、耳石の微量元素と体内有機スズ濃度を測定することにより解明することが目的である。本年度は、降海型(サクラマス)及び淡水型(ヤマメ)の2つの回遊様式をもつサケ科魚類のOncorhynchus masouに着目し、その回遊履歴に伴う有機スズ化合物の蓄積特性について検討した。日本沿岸域よりサクラマス及びヤマメを採集し、耳石の微量元素(ストロンチウム、カルシウム)の分析により、2つの回遊様式(降海型及び淡水型)に分類した。同時に各個体の諸器官中の有機スズ化合物の濃度を定量した。降海型のサクラマスは、淡水型のヤマメと比較して有機スズ濃度が有意に高値を示した。よって、サケ科魚類等の通し回遊魚では、海に滞在する期間が長い個体ほど有機スズのリスクが高まることが明らかになり、たとえ同種であっても回遊様式の違いにより有機スズに対するリスクが異なることが示唆された。本年度は、3つの回遊様式をもつウナギ属魚類のAngulla japonicaに着目し、その回遊履歴に伴う有機スズ化合物の蓄積特性について検討した。日本沿岸域よりウナギを採集し、耳石の微量元素(ストロンチウム、カルシウム)の分析により、各個体を3つの回遊様式(海型、河口型、川型)に分類した。同時に各個体の肝臓中の有機スズ化合物の濃度を定量した。海ウナギは、川ウナギと比較して顕著に有機スズ化合物の濃度が高いことが示された。また河口ウナギの有機スズ化合物の濃度は、海ウナギと川ウナギの中間であった。よって回遊魚では、海に滞在する期間が長い個体ほど有機スズ化合物のリスクが高まることが明らかになり、たとえ同種であっても回遊様式の違いによって有機スズ化合物に対するリスクが異なることが示唆された。本成果は、現在国際誌に投稿中である。本年度は、2つの回遊様式をもつサケ科魚類のブラウント

ラウトSalmo truttaに着目し、その回遊履歴に伴う有機スズ化合物の蓄積特性について検討した。日本沿岸域よりブラウントラウトを採集し、耳石の微量元素(ストロンチウム、カルシウム)の分析により、各個体を2つの回遊様式(降海型及び淡水型)に分類した。同時に各個体の肝臓中の有機スズ化合物の濃度を定量した。降海型個体は、淡水型個体と比較して有機スズ濃度が有意に高値を示した。よって回遊魚では、海に滞在する期間が長い個体ほど有機スズ化合物のリスクが高まることが明らかになり、たとえ同種であっても回遊様式の違いによって有機スズ化合物に対するリスクが異なることが示唆された。なお、研究当初予定のない研究設備の購入により、物品費が直接経費の90%を越える状況になったが、本設備により研究成果の更なる発展に貢献できた。有機スズ化合物は、国際的に使用が規制された現在も沿岸域に残留し沿岸生態系への影響が懸念される。最近では有機スズの代替品による沿岸域の汚染が報告されているが、生物影響や沿岸域での挙動については不明な点が多い。また生物体内への環境化学物質の蓄積特性については、生態等の生物学的特性を考慮することが重要であるが、系統的な研究はこれまで皆無であった。本研究は、これまでに申請者が確立した水生生物を用いた環境保全研究手法を有機ズズ代替品に応用するとともに、野外調査により有機スズおよびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系撹乱機構を網羅的に解明することを目的とする。本年度は、日本沿岸海域の各地点において海水、底泥、生物試料の定期サンプリングを行い、各試料中の有機スズおよび新規防汚塗料濃度を測定し、両化合物による汚染の環境動態を把握した。その結果、使用が規制された現在でも、海洋生物に影響を及ぼし得る濃度レベルの有機スズ化合物が存在し、さらにその代替品による汚染も進行していることが明らかになった。従って、今後も有機スズ化合物の汚染の継続と、新規防汚塗料による汚染の拡大が示唆された。本研究から、船底防汚塗料による海洋生態系撹乱の可能性と、その解明の必要性が示唆された。本成果は、現在国際誌に投稿中である。
学習行動における線条体GABA神経系の役割

大脳基底核の線条体(尾状核・被殻)は,運動や感覚の制御のみならず,記憶・学習等の高次認知機能に関わることが示唆されている.我々はラットを用いて,線条体に興奮性、アミノ酸であるカイニン酸を投与して神経細胞体を選択的に損傷し,各種の学習課題の遂行に及ぼす効果を検討してきた.その結果,弁別学習や古典的条件づけの障害がほとんど認められないにもかかわらず,空間記憶学習が顕著に障害された.そこで,線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害のメカニズムを調べ,線条体ニューロン,とくにガンマアミノ酪酸(GABA)含有ニューロンが記憶や学習において果たす役割を検討した.線条体カイニン酸損傷ラットで,毎試行の直前に,GABA_A受容体の作用薬を末梢投与すると空間記憶課題(放射状迷路課題、モリス水迷路課題)の遂行障害が有意に改善され,一方GABA_B受容体作用薬では,そのような効果は認められなかった.したがって線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害に,脳内のGABA_A受容体が関与する可能性が示された.線条体からのGABAニューロンの投射先として3つの部位が考えられるので,次に,あらかじめ放射状迷路課題を十分に訓練した無損傷のラットの脳内に,GABA_A受容体の選択的な遮断薬を微小投与し、課題の遂行に及ぼす影響を検討した.その結果,黒質網様部への投与がもっとも顕著に成績を低下させ,また線条体への投与も成績を低下させたが,淡蒼球への投与は影響を及ぼさなかった.以上のことから,線条体ニューロンを含む神経回路、なかでも線条体一黒質系GABAニューロンが,空間記憶課題の遂行において重要な役割を果たすことが示唆された.大脳基底核の線条体(尾状核・被殻)は,運動や感覚の制御のみならず,記憶・学習等の高次認知機能に関わることが示唆されている.我々はラットを用いて,線条体に興奮性、アミノ酸であるカイニン酸を投与して神経細胞体を選択的に損傷し,各種の学習課題の遂行に及ぼす効果を検討してきた.その結果,弁別学習や古典的条件づけの障害がほとんど認められないにもかかわらず,空間記憶学習が顕著に障害された.そこで,線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害のメカニズムを調べ,線条体ニューロン,とくにガンマアミノ酪酸(GABA)含有ニューロンが記憶や学習において果たす役割を検討した.線条体カイニン酸損傷ラットで,毎試行の直前に,GABA_A受容体の作用薬を末梢投与すると空間記憶課題(放射状迷路課題、モリス水迷路課題)の遂行障害が有意に改善され,一方GABA_B受容体作用薬では,そのような効果は認められなかった.したがって線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害に,脳内のGABA_A受容体が関与する可能性が示された.線条体からのGABAニューロンの投射先として3つの部位が考えられるので,次に,あらかじめ放射状迷路課題を十分に訓練した無損傷のラットの脳内に,GABA_A受容体の選択的な遮断薬を微小投与し、課題の遂行に及ぼす影響を検討した.その結果,黒質網様部への投与がもっとも顕著に成績を低下させ,また線条体への投与も成績を低下させたが,淡蒼球への投与は影響を及ぼさなかった.以上のことから,線条体ニューロンを含む神経回路、なかでも線条体一黒質系GABAニューロンが,空間記憶課題の遂行において重要な役割を果たすことが示唆された.大脳基底核の一領域である線条体は,運動や感覚の制御のみならず,動機づけや記憶・学習等の高次認知機能に関わる可能性が示唆されている。我々はラットを用いて,線条体に興奮性アミノ酸であるカイニン酸を投与して神経細胞体を選択的に損傷し,各種の学習課題の遂行に及ぼす効果を検討してきた。その結果,弁別学習や古典的条件づけの障害がほとんど認められないにもかかわらず,空間記憶学習が顕著に障害された。本研究の目的は,線条体カイニン酸損傷ラットで見られる学習障害のメカニズムを調べ,線条体ニューロンやこれを含む神経回路,なかでもγ-アミノ酪酸(GABA)作動性ニューロンが,記憶や学習行動において果たす役割を明らかにすることである。本年度は、線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害に対するGABA受容体刺激薬の効果を,典型的な空間記憶学習課題の1つであるモリス水迷路学習について検討した。その結果まず,線条体力イニン酸損傷ラットは,この課題の習得が顕著に遅れた。この障害に対して,GABA_A受容体刺激薬のムシモールを試行前に毎日投与すると,有意な成績改善がみられ,一方,GABA_B受容体刺激薬のバクロフェンは,逆にさらに遂行を阻害した。したがって,すでにわれわれが報告した放射状迷路課題を用いての検討と同様に,GABA_A受容体の賦活によって,空間学習障害が改善しうることが示唆された。行動実験終了後の組織学的・生化学的検索によって,カイニン酸損傷動物では,線条体内の神経細胞体の著しい減少,神経伝達物質GABA,アセチルコリン含量の有意な減少が認められた。大脳基底核の一領域である線条体は,運動や感覚の制御のみならず,記憶・学習等の高次認知機能に関わることが示唆されている.我々はラットを用いて,線条体に興奮性アミノ酸であるカイニン酸を投与して神経細胞体を選択的に損傷し,各種の学習課題の遂行に及ぼす効果を検討してきた.その結果,弁別学習や古典的条件

づけの障害がほとんど認められないにもかかわらず,放射状迷路課題やモリス水迷路課題のような,空間記憶学習が顕著に障害された.そこでこれらのラットで,毎試行の直前に,ガンマアミノ酪酸(GABA)の受容体であるGABA_A受容体の刺激薬を末梢投与すると学習障害が有意に改善され,GABA_B受容体刺激薬では,そのような効果は認められなかった.したがって線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害に,脳内のGABA_A受容体が関与することが示唆された.次に,あらかじめ放射状迷路課題を十分に訓練した無損傷のラットの脳内に,GABA_A受容体の選択的な遮断薬を微小投与し,この課題の遂行に及ぼす影響を検討した.これまでのところ,線条体からのGABAニューロンの投射先の1つである黒質にGABA_A受容体遮断薬を投与すると,成績が低下する傾向が見いだされた.今後,脳内の別の部位についても同様の微小投与実験を行い,線条体ニューロンを含む神経回路,なかでもGABAニューロンが,記憶や学習行動において果たす役割を明らかにしていく予定である.大脳基底核の線条体(尾状核・被殻)は,運動や感覚の制御のみならず,記憶・学習等の高次認知機能に関わることが示唆されている.我々はラットを用いて,線条体に興奮性アミノ酸であるカイニン酸を投与して神経細胞体を選択的に損傷し,各種の学習課題の遂行に及ぼす効果を検討してきた.その結果,弁別学習や古典的条件づけの障害がほとんど認められないにもかかわらず,放射状迷路課題やモリス水迷路課題のような,空間記憶学習が顕著に障害された.そこでこれらのラットで,毎試行の直前に,ガンマアミノ酪酸(GABA)の受容体であるGABA_A受容体の刺激薬を末梢投与すると学習障害が有意に改善され,一方GABA_B受容体刺激薬では,そのような効果は認められなかった.したがって線条体カイニン酸損傷ラットの学習障害に脳内のGABA_A受容体が関与する可能性が,昨年度までの研究で示された.今年度は,線条体からのGABAニューロンの投射先として考えられる3つの部位を取り上げ,あらかじめ放射状迷路課題を十分に訓練した無損傷のラットの脳内に,GABA_A受容体の選択的な遮断薬を微小投与し,この課題の遂行に及ぼす影響を検討した.その結果,黒質網様部への投与がもっとも顕著に課題の成績を低下させ,また線条体への投与も成績を低下させたが,淡蒼球への投与は影響を及ぼさなかった.以上のことから,線条体ニューロンを含む神経回路,なかでも線条体-黒質系GABAニューロンが,空間記憶課題の遂行において重要な役割を果たすことが示唆される.
大学と地域のスポーツ連携事業モデルの研究:ボールスクール・ハイデルベルクを事例に

バルシューレに関する教育学的考察に関しては、1)ボール運動に参加できる能力の体系並びに2)それが児童の発達に与える効果の2点から検討した。バルシューレでは、児童のゲームに参加できる能力育成をゲーム中心の学習モデルにより育成するために、指導の段階が1)種目横断的なゲーム学習、2)球技に方向付けられた学研習並びに3)種目固有の学習の3段階が想定されている。また、指導の内容が戦術要素(A)、協応能力要素(B)並びに技術的要素(C)の3つで構成されている。また、英語圏の戦術学習モデルとの違いが、構成主義的な学習法に求められている。加えて、児童のゲームに参加できる能力として創造性が強調する点も、英語圏の戦術学習モデルとの違いとして強調されている。ドイツにおけるバルシューレ事業においては、発達障害を持つ子どもや肥満児の子どもに対するプログラムの研究、トップアスリート養成制度の開発がおこなわれており、こうした研究活動に裏付けされプロジェクトにより、ノーマルプログラムへの参加者数は、2006年に比べて倍増している。中でも幼稚園児を対象としたプログラムが現在研究開発中であり、このプログラムの日本における使用可能性を検証すべくこれを日本に持ち帰り、日本語に翻訳し検討した。バルシューレの研プログラムに継続的に参加した子どもは、そうでない子どもたちに比べて、集中力とプレイの創造性の面において向上が見られたと報告されている。集中力は絵記号の正誤を90秒間に1ページの速さで21回繰り返すオリジ極ルのテストで評価していた。プレイの創造性はパスの速さや解決策のバリエーションを、観察トレーニングを積み一定のレベルに達した評価者が実施していた。いずれの評価も実施しながら精度を高めている段階であるが、この定性的評価法は日本でも利用できる可能性が示唆された。1.「ボールスクール」のコンセプトについて:文献調査、現地視察・インタビュー等によって、外遊びをしなくなった現代の子どものために、運動の多面性と潜在学習性を重視したボールゲーム指導コンセプトであることが判明した。そして、その理念を具体化するために、すべてのボールゲームに共通する種目横断的な基本技能を身につけることのできる子どもボールゲーム指導プログラムが作られ、これに基づいて地域と連携して子どもの指導が行われていることが判明した。今後、「ボールスクール」の指導プログラム作成の科学的方法論(3と関連)と地域連携の組織・運営(4と関連)について調査する必要がある。2.「ボールスクール」の運動学調査(その1):事前にEメール等でハイデルベルク大学スポーツ科学研究所と打ち合わせを行い、現地の「ボールスクール」参加児童を対象に、投運動撮影およびマットスキャンによる重心動揺を調査した。日本側とドイツ側の日程調整の結果、調査期間(9月末10月初め)が「ボールスクール」が本格的に開かれていない時期にならざるを得ず、今年度は被験者数が十分に得られなかった。さらに被験者数を増やすよう努力が必要である。3.「ボールスクール」の運動的調査(その2):ハイデルベルク大学側との話し合いの結果、「ボールスクール」のコンセプトに合致した運動学的調査を行おうとすると、ゲーム中の空間認知発達に関する調査が不可欠であるとの認識に至った。この調査用に2000年ハイデルベルク大学で開発されたテスト(KORA)の有効性を検証し、実施する方向で検討中である。4.「ボールスクール」の内容及び組織・運営に関するアンケート調査:予備調査として「ボールスクール」参加児童の保護者にインタビューを行ったので、これを参考にアンケートを作成し、来年度実施する予定である。ボールスクール・ハイデルベルクの理念と実践について文献研究とE-Mailの交換を中心に実施した。ドイツにおける大学と地域のスポーツ連携事業一般についての情報を入手し、それらを検討することによって「ボールスクール・ハイデルベルク」の独自性を明らかにした。その結果、「ボールスクール・ハイデルベルク」は、外遊びの要素を取り入れた「種目横断的なボールゲーム学習プログラム」を特徴としており、外遊びが激減した現代ドイツの子どもたちのニーズに合致しているために、大きな反響を呼んでいることがわかった。無論、この事業を支えるドイツの地域スポーツクラブの伝統と企業スポンサーのサポートは絶大で、「ボールスクール・ハイデルベルク」のような社会改革的な事業は、理念だけでなくインフラをいかに整備していくかが問題であることも明らかになった。とはいっても、まず第一に「ボールスクール・ハイデルベルク」の理論と実技が集約されているドイツ語の教本を日本に紹介し、日本で情報を共有することが今後の研究発展のための第一ステップと考え、木村真知子編著「子どものボールケームバルシューレ」(創文企画、2007)を出版した。さらに、その本を使って、奈良教育大学附属小学校をはじめ、いくつかの総合型知識スポーツクラブで「ボールスクール」を開始した。それは日本における「ボールスクール・ハイデルベルク」の応用の可能性を考察するためである。参加児童の保護者に予備アンケートをとり、来年度のハイデルベルクにおける研究に備えた。

加えて、児童のゲームに参加できる能力として創造性が強調する点も、英語圏の戦術学習モデルとの違いとして強調されている。ドイツにおけるバルシューレ事業においては、発達障害を持つ子どもや肥満児の子どもに対するプログラムの研究、トップアスリート養成制度の開発がおこなわれており、こうした研究活動に裏付けされプロジェクトにより、ノーマルプログラムへの参加者数は、2006年に比べて倍増している。中でも幼稚園児を対象としたプログラムが現在研究開発中であり、このプログラムの日本における使用可能性を検証すべくこれを日本に持ち帰り、日本語に翻訳し検討した。バルシューレの研プログラムに継続的に参加した子どもは、そうでない子どもたちに比べて、集中力とプレイの創造性の面において向上が見られたと報告されている。集中力は絵記号の正誤を90秒間に1ページの速さで21回繰り返すオリジ極ルのテストで評価していた。プレイの創造性はパスの速さや解決策のバリエーションを、観察トレーニングを積み一定のレベルに達した評価者が実施していた。いずれの評価も実施しながら精度を高めている段階であるが、この定性的評価法は日本でも利用できる可能性が示唆された。
地震による未固結堆積物の変形と破壊

地震波が軟弱地盤に達したとき,あるいは断層活動が被覆層に及んだときに未固結堆積物はどのような破壊構造をつくるのか.(A)高速変形と(B)繰り返し応力による未固結堆積物の変形様式の特徴を実験的に抽出した.(A)高速変形:歪み速度が10^<-3>から10^0/sにかけて大きくなると,(1)歪みが局所化せず,広域的な変形に変わる.(2)少数の成長したせん断面から多数の微細なせん断面を形成する破壊,すなわち進行性破壊から同時多発的な破壊に変わる.(3)せん断面角(α)が70゚から50゚へと小さくなる.(4)せん断強度が大きくなる.この中で,(3)と(4)は力学的に矛盾した結果である.(5)間隙水圧の発生量は歪み速度によらずほぼ一定であり,高歪み速度下で間隙水圧が急上昇するという予想は破棄された.(6)歪み速度10^<-3>s^<-1>以下ではせん断面角が変わらず,ある歪み速度以上で変形様式が顕著に流動的になる.(B)繰り返し応力:せん断方位が繰り返し反転する場合の破壊様式を実験的に検討したところ,高間隙比の泥質堆積物はせん断ひずみが数%以下でも破壊し,等間隔に平行配列した独特なせん断割れ目群が形成された.これは従来から付加体泥質岩に知られるベイン構造と幾何学的に同等のものである.この割れ目群の形成を,様々な直接せん断・単純せん断実験から検討した結果,(1)単純せん断条件下で,共役リーデルシア(R')として発生する;(2)せん断方位が反転を繰り返すと,開口・閉塞のたびにしだいに成長する;(3)間隙比が小さい(密度が高い)と,リーデルシアが形成されてしまう;(4)せん断歪みが大きいとリーデルシアが形成されてしまう.15%程度の範囲で成長しやすい;(5)R'シア面の高さ/間隔比はベイン構造とほぼ一致し,せん断帯の幅に規制される.などが明らかとなった.地震波が軟弱地盤に達したとき,あるいは断層活動が被覆層に及んだときに未固結堆積物はどのような破壊構造をつくるのか.(A)高速変形と(B)繰り返し応力による未固結堆積物の変形様式の特徴を実験的に抽出した.(A)高速変形:歪み速度が10^<-3>から10^0/sにかけて大きくなると,(1)歪みが局所化せず,広域的な変形に変わる.(2)少数の成長したせん断面から多数の微細なせん断面を形成する破壊,すなわち進行性破壊から同時多発的な破壊に変わる.(3)せん断面角(α)が70゚から50゚へと小さくなる.(4)せん断強度が大きくなる.この中で,(3)と(4)は力学的に矛盾した結果である.(5)間隙水圧の発生量は歪み速度によらずほぼ一定であり,高歪み速度下で間隙水圧が急上昇するという予想は破棄された.(6)歪み速度10^<-3>s^<-1>以下ではせん断面角が変わらず,ある歪み速度以上で変形様式が顕著に流動的になる.(B)繰り返し応力:せん断方位が繰り返し反転する場合の破壊様式を実験的に検討したところ,高間隙比の泥質堆積物はせん断ひずみが数%以下でも破壊し,等間隔に平行配列した独特なせん断割れ目群が形成された.これは従来から付加体泥質岩に知られるベイン構造と幾何学的に同等のものである.この割れ目群の形成を,様々な直接せん断・単純せん断実験から検討した結果,(1)単純せん断条件下で,共役リーデルシア(R')として発生する;(2)せん断方位が反転を繰り返すと,開口・閉塞のたびにしだいに成長する;(3)間隙比が小さい(密度が高い)と,リーデルシアが形成されてしまう;(4)せん断歪みが大きいとリーデルシアが形成されてしまう.15%程度の範囲で成長しやすい;(5)R'シア面の高さ/間隔比はベイン構造とほぼ一致し,せん断帯の幅に規制される.などが明らかとなった.歪み速度は泥質堆積物の変形様式には影響がないと考えられてきた.しかし地震時を想定した場合,従来実験されたよりも速い歪み速度の変形も存在することから,ただちに歪み速度の影響がないとはいえない.そこで,高歪み速度下での泥質堆積物の変形様式を検討するために平面歪み圧縮試験を行ない,以下ことを明らかにした.すなわち,歪み速度が10^<-3>から10^0/sにかけて大きくなると,(1)歪みが局所化せず,広域的な変形に変わる.(2)少数の成長したせん断面から多数の微細なせん断面を形成する破壊,すなわち進行性破壊から同時多発的な破壊に変わる.(3)せん断面角(α)が70°から50°にかけて小さくなる.(4)せん断強度が大きくなる.この中で,(3)と(4)は力学的にみて矛盾した結果になっている.一般にせん断強度が大きければ内部摩擦も大きく,せん断面角が大きくなるが,この結果は逆の傾向を示す.

そこで,この矛盾の説明と,高速せん断による破壊メカニズムの力学的解明を目的とし,間隙水圧と有効応力を計測できるKo圧密三軸非排水圧縮試験を行なった.試料にはカオリン粘土試料を用い,実験は圧密荷重3kgf/cm^2までKo圧密を行い,その後幅広い歪み速度条件下(ε=2×10^<-7>5×10^<-1>s^<-1>)で非排水せん断した.せん断後に薄片や軟X線による変形様式の観察も行なった.その結果,上記(1)(4)を再確認したほか,以下のことがわかった.(5)間隙水圧の発生量は歪み速度によらずほぼ一定であり,高歪み速度下で間隙水圧が急上昇するという予想は破棄された.(6)歪み速度10^<-3>s^<-1>以下ではせん断面角が変わらず,ある歪み速度以上で変形様式が顕著に流動的になることがわかった.高速せん断(ひずみ速度10^0s^<-1>)による変形・破壊実験によると,見かけの強度が高いにも関わらず,巨視的にはダクタイルに変形し,せん断面角が45°に近づいた.この原因は進行性破壊および間隙流体の粘性抵抗にあると考えられ,とくに高速な領域では後者が顕在化することが示された.このことは,せん断面角がひずみ速度の指示者となりうることを示している.せん断方位が繰り返し反転する場合の破壊様式を実験的に検討したところ,高間隙比の泥質堆積物はせん断ひずみが数%以下でも破壊し,等間隔に平行配列した独特なせん断割れ目群が形成された.これは従来から付加体泥質岩に知られているベイン構造と幾何学的に同等のものである.せん断方位の繰り返し反転が,天然では地震動しか考えられないこと,ベイン構造が活動的プレート縁辺にみられることから,ベイン構造を"地震の示準化石"として利用できることが期待される.いっぽうで,ベインと直交してほぼ層理に平行なせん断面がしばしば伴われる.ベイン構造との関係および高速変形による共役系の直交傾向からみて,このせん断面も同時に形成された可能性が高い.それらの変位量は様々で,せん断方位の繰り返し反転との関係が課題となった.房総半島中新統の西岬層には,多数のベイン構造がみられる.調査の結果,層厚100mほどの半遠洋性泥岩層に500層準ほどが確認された.堆積面とベイン形成深度の関係が与えられれば,それらの層序分布から地震発生の時間間隔が抽出できることになる.歴史上の地震記録から推定された再来周期では得られない長期予測の可能性が期待できる.同時に,ベイン構造の面方位はせん断方位を示しているから,震源の識別も可能である.地震波が軟弱地盤に達したとき,あるいは断層活動が被覆層に及んだときに未固結堆積物はどのような破壊構造をつくるのか.(A)高速変形と(B)繰り返し応力による未固結堆積物の変形様式の特徴を実験的に抽出した.(A)高速変形:歪み速度が10^<-3>から10^0/sにかけて大きくなると,(1)歪みが局所化せず,広域的な変形に変わる.(2)少数の成長したせん断面から多数の微細なせん断面を形成する破壊,すなわち進行性破壊から同時多発的な破壊に変わる.(3)せん断面角(α)が70°から50°へと小さくなる.(4)せん断強度が大きくなる.この中で,(3)と(4)は力学的に矛盾した結果である.(5)間隙水圧の発生量は歪み速度によらずほぼ一定であり,高歪み速度下で間隙水圧が急上昇するという予想は破棄された.(6)歪み速度10^<-3>s^<-1>以下ではせん断面角が変わらず,ある歪み速度以上で変形様式が顕著に流動的になる.(B)繰り返し応力:せん断方位が繰り返し反転する場合の破壊様式を実験的に検討したところ,高間隙比の泥質堆積物はせん断ひずみが数%以下でも破壊し,等間隔に平行配列した独特なせん断割れ目群が形成された.これは従来から付加体泥質岩に知られるベイン構造と幾何学的に同等のものである.この割れ目群の形成を,様々な直接せん断・単純せん断実験から検討した結果,
核スピン濃度と分布を制御した半導体超構造の作製と評価

本研究では半導体中の核スピンに着目し、世界でも例のない半導体中の核スピンの濃度と分布を制御したシリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)構造を作製・評価する事を目的とする。量子コンピュータの実現に向けても半導体中の核スピンを利用することが最近提案されて大きな注目を集めている。そこではSiまたはGeに^<31>Pのように核スピンを有する不純物を一定間隔に埋めこみ、各^<31>Pの核スピンのup状態とdown状態を制御し、相互作用させることから量子コンピュータを実現しようとする。^<31>P同士の距離が離れすぎると相互作用が弱まり量子コンピュータは実現しないが、近すぎるとお互いの相互作用が強すぎて核スピンの緩和時間が短くなり、実効計算時間がかせげない。更に、^<31>Pを埋めこんでいるSiや,Ge自体が核スピンを有すると、^<31>P核スピンと相互作用することから、^<31>P核スピンの緩和時間が短くなる。よって、核スピンを有する同位体を排除したSiおよびGe単結晶を成長することが重要となる。そこで、平成10年度には、不純物核スピンを利用したSiおよびGe量子コンピュータの実現の可能性を調べることを目的とし、核スピンを排除したGe単結晶の成長を行った。また、核スピンを排除したSi単結晶の成長の実現にむけて、粉末状の^<28>Siを坩堝を用いずに棒状に固める手法を開発した。棒状に固められた^<28>Siは専用の結晶成長装置中で溶解され、現在は、帯精製法による純度の向上を行っている。