hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しいトポロジカルブラックホール解の構成とその安定性解析

逆散乱法を用いて、導出した5次元アインシュタイン方程式の漸近平坦で、軸やホライズンで正則な真空解として、「NUT電荷保存則」を満たすような境界条件を導いた。また、その解の1角運動量極限や静的極限について、物理的性質を調べた。(2)5次元超重力理論において、超対称多電荷ブラックレンズの厳密解を構成し、その物理的性質や解の安定性について調べた。角運動量が0になることが許されないことと双極磁荷が存在しないとホライズンが安定して存在しないことを示した。逆散乱法を用いて、5次元アインシュタイン方程式の漸近平坦な真空解として、「NUT電荷保存則」を満たすようにブラックレンズ解を構成したが、解が煩雑であることと解に含まれるパラメータが多いことから、一般の場合には、解の正則性や閉じた時間的曲線の非存在について確認することは困難である。そのため、本研究では、その解がかなり簡略化される1角運動量極限や静的極限において解析した。これらの極限では、解は正則にならないことと、閉じた時間的曲線が存在することを示すことができたため、順調に進展していると判断した。(1)今回、逆散乱法を用いて5次元アインシュタイン方程式の真空解として求めたブラックレンズ解について、裸の特異点の非存在と閉じた時間的曲線の非存在を数値計算で示すことを試みる。(2)求めたブラックレンズの真空解において「局所ペンローズ不等式」を破るような摂動解の初期条件を数値的に求め、軸対称摂動に対する解の不安定性を明らかにする。(3)前研究で発見した超対称ブラックレンズ解に「局所ペンローズ不等式」を破るような摂動解の初期条件を数値的に求め、軸対称摂動に対する解の不安定性を明らかにする。求めたブラックレンズの真空解において「局所ペンローズ不等式」を破るような摂動解の初期条件を数値的に求め、軸対称摂動に対する解の不安定性を明らかにする。前研究で発見した超対称ブラックレンズ解に「局所ペンローズ不等式」を破るような摂動解の初期条件を数値的に求め、軸対称摂動に対する解の不安定性を明らかにする。[次年度使用額が生じた理由]デスクトップパソコン(imacpro)が推定額より安く購入できたため。また、2017年度は校費(卒研の予算)で購入した数式処理ソフト(Mathematica)を使用できたため、このソフトウェアを購入する必要がなかったため。[使用計画]2018年度は、卒研担当から外れるため、前年度のMathematicaは使用できないので、前年度の未使用分をimacproにインストールするMathematicaを購入することに使う。また、Macbook proの購入とこれにインストールするMathematicaを購入する。さらに、学会や研究会で研究成果を発表するための旅費に使用する。ノートパソコンを予定額より安く購入できたため。次年度、この差額分と2019年度の予算をを学会・研究会の旅費や端末の購入として支出する。
嗅神経細胞の嗅覚受容体に依存的な軸索投射機構

哺乳類の嗅覚を担う分子レベルでの実体は、約1,000種類存在する嗅覚受容体(OR)である。嗅上皮に存在する個々の嗅神経細胞は1,000種類存在するORのうち、1種類のみを発現している。また、同じ種類ののORを発現している嗅神経細胞は、嗅上皮上では散在しているにも関わらず、その投射先である嗅球においては、軸索が収斂していることが知られている。本研究では、同種の嗅神経細胞が収斂する軸索投射のメカニズムの解明を試みた。特に、この過程にはOR自身が関与していることが知られているので、ORがいかなるシグナル伝達機構によって軸索投射を制御しているのかを検討した。まず、Gタンパク質との共役に必須なモチーフを改変したOR遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製したところ、この変異体を発現する嗅神経細胞においてはOR遺伝子の単一発現に影響が見られなかったが、軸索は野生型に比べて前方に投射し、軸索の収斂が著しく阻害されていることが判明した。一方、この変異型ORとともに恒常活性化型のGsを発現させると、正常な軸索投射は回復した。従って、ORはGsを介して、嗅神経細胞の軸索投射先を決定していることが明らかになった。さらに、GsおよびPKAの活性を上げたり下げたりすると、軸索投射先がそれぞれ後方化・前方化することが明らかになった。これらの結果から、ORを介して入力されるcAMPシグナルの強さによって軸索投射位置の前後軸が決定されていることが分かった。また、同じ種類ののORを発現しでいる嗅神経細胞は、嗅上皮上では散在しているにも関わらず、その投射先である嗅球においては、軸索が収斂していることが知られている。特に、この過程にはOR自身が関与しているとが知られているので、ORがいかなるシグナル伝達機構によって軸索投射を制御しているのかを検討した。まず、ORはGタンパク質共役型受容体であるので、ORがGタンパク質と共役することがOR依存的な軸索投射に必要かどうかを検討した。Gタンパク質との共役に必須なモチーフを改変したOR遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製したところ、この変異体を発現する嗅神経細胞において、ORの単一発現は保たれているにも関わらず、軸索の伸長、収斂が著しく阻害されていることが判明した。このことから、ORはGタンパク質を介し、嗅神経細胞の軸索伸長を制御していると考えられる。また、epitope-tagを施したORを発現するトランスジェニックマウスの解析結果から、ORは嗅繊毛のみならず、軸索末端にも存在することが明らかとなり、ORが軸索末端において機能している可能性が示唆された。Gタンパク質との共役に必須なモチーフを改変したOR遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製したところ、この変異体を発現する嗅神経細胞において、ORの単一発現は保たれているにも関わらず、その軸索は野生型に比べて前方に投射し、軸索の収斂が著しく阻害されていることが判明した。一方、恒常活性化型のGタンパク質を発現させると、軸索の収斂そのものには影響がないものの、その投射先が本来の投射先に比べて後方化することが明らかになった。このことから、ORはGタンパク質を介して、嗅神経細胞の軸索投射先を決定していることが明らかになった。さらに、Gタンパク質を介したシグナルの強度が投射先の位置情報を決定していることが示唆された。

まず、Gタンパク質との共役に必須なモチーフを改変したOR遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製したところ、この変異体を発現する嗅神経細胞においてはOR遺伝子の単一発現に影響が見られなかったが、軸索は野生型に比べて前方に投射し、軸索の収斂が著しく阻害されていることが判明した。一方、この変異型ORとともに恒常活性化型のGsを発現させると、正常な軸索投射は回復した。従って、ORはGsを介して、嗅神経細胞の軸索投射先を決定していることが明らかになった。さらに、GsおよびPKAの活性を上げたり下げたりすると、軸索投射先がそれぞれ後方化・前方化することが明らかになった。これらの結果から、ORを介して入力されるcAMPシグナルの強さによって軸索投射位置の前後軸が決定されていることが分かった。
発生・形態形成の個体レベルにおける分子生物学的研究

1.ショウジョウバエの神経系で発現するカドヘリンを2種類同定し、その解析を進めた。その一つDN-カドヘリンの変異体を調べた結果、中枢神経系における軸索の走行パターンに種々の乱れが認められ、その過程における必須の役割が証明された。もう一方の分子は以外にも7回膜貫通ドメインを有し、その変異個体では中枢神経系の繊維束に断絶が生じており、シグナル伝達に関わる重要な役割が示唆された。また、昨年度に得られたカドヘリン-11のノックアウトマウスの解析の結果、脳の局所的な異常が認められた。2.新たな神経-筋認識候補分子として、leucine-rich repeat遺伝子ファミリーに属する膜貫通型蛋白質P750をクローニングした。この分子は神経-筋結合の特異性に関連し、特定の運動神経細胞、筋肉において発現することから、神経の遊走、標的認識に関与している可能性が高いと判断された。3.網膜分化を誘導するHLH型因子としてATH-3とMashlが、抑制因子としてHES1が同定された。また、これら以外にもHLH型因子であるHES5が網膜に発現していた。したがって、網膜分化は少なくとも4種類のHLH型因子によって誘導あるいは抑制されており、これらの因子がバランス良く機能することによって眼の形態形成が進められることが示された。4.予定細胞死領域となっている第3指間から指間間充織を取り出し、培養系でのBMPの作用を解析した。この培養系に様々なTGFβファミリー蛋白質を添加すると、アクチビンやTGFβでは細胞数に変化は起きないが、BMP-2,BMP-4では細胞死が引き起された。指間間充織細胞に、あらかじめドミナントネガティブレセプターをウィルスベクターを用いて導入しておくと、BMP-2,BMP-4に対して抵抗性を示した。これらの事実はBMP-2,BMP-4がプログラム細胞死の特異的メディエーターとなっていることを強く支持する。5.転写因子Islet-3のLIM領域のみをゼブラフィッシュ胚で過剰発現させ、内因性Islet-3の機能を抑制する実験を行った。その結果、眼胞の欠失、視蓋及び小脳への区分化の阻害、中脳・後脳境界部での細胞死による小脳原基の低形成がおきた。さらに、LIM過剰発現胚では、中脳・後脳境界部におけるWntlの発現が消失し、その後にEn2とPax2の発現も失われることが分かった。これらの結果から、中脳及び中脳・後脳境界領域の分化においてIslet-3は、Wntlを分泌する過程の維持に必須であることなどが示唆された。6.神経系特異的RNA結合性蛋白質をコードするmouse-musashi-1に関してノックアウトマウス作製に成功した。詳細な表現型の解析を通して、本遺伝子産物の哺乳類中枢神経系幹細胞の非対称的分裂における役割を検討中である。7.エピブラストから始原生殖細胞が誘導される分子機構を明らかにする目的で、エピブラスト内の予定始原生殖細胞領域で発現する遺伝子のクローニングをめざし、EG細胞-ES細胞のサブトラクションクローニングを試みた。その結果、EG細胞で特異的に発現する16種類の遺伝子断片を得ることに成功した。さらに、原腸陥入前の胚から単離したエピブラストから始原生殖細胞が誘導される初代培養系を確立することに成功した。以上の他にも、多くの業績をあげることができた。

5.転写因子Islet-3のLIM領域のみをゼブラフィッシュ胚で過剰発現させ、内因性Islet-3の機能を抑制する実験を行った。その結果、眼胞の欠失、視蓋及び小脳への区分化の阻害、中脳・後脳境界部での細胞死による小脳原基の低形成がおきた。さらに、LIM過剰発現胚では、中脳・後脳境界部におけるWntlの発現が消失し、その後にEn2とPax2の発現も失われることが分かった。これらの結果から、中脳及び中脳・後脳境界領域の分化においてIslet-3は、Wntlを分泌する過程の維持に必須であることなどが示唆された。6.神経系特異的RNA結合性蛋白質をコードするmouse-musashi-1に関してノックアウトマウス作製に成功した。詳細な表現型の解析を通して、本遺伝子産物の哺乳類中枢神経系幹細胞の非対称的分裂における役割を検討中である。7.エピブラストから始原生殖細胞が誘導される分子機構を明らかにする目的で、エピブラスト内の予定始原生殖細胞領域で発現する遺伝子のクローニングをめざし、EG細胞-ES細胞のサブトラクションクローニングを試みた。その結果、EG細胞で特異的に発現する16種類の遺伝子断片を得ることに成功した。さらに、原腸陥入前の胚から単離したエピブラストから始原生殖細胞が誘導される初代培養系を確立することに成功した。以上の他にも、多くの業績をあげることができた。
重力波多波長観測で切り拓くアクシオン宇宙

アクシオン場は、共鳴現象により観測可能な重力波を放出することが、浦川らによって示された。超弦理論は異なる質量を持つ複数のアクシオン場の存在を予言するが、この場合には、複数の周波数にピークを持つ背景重力波が生成される。次世代の重力波観測を通じて、アクシオン宇宙の性質をどこまで解明でき、またその結果、超弦理論及び余剰次元空間の性質に関して、どのようなフィードバックが得られるのか、明らかにする。一方、重力波を放出するアクシオン場が宇宙を占める暗黒物質あるいはインフラトンであった場合、重力波観測から、暗黒物質/インフラトンの正体がアクシオン場であると、どの程度の信頼度で主張できるのか調べていく。
形容詞および副詞二次述語に関する日英語比較統語論研究

日本語および英語の形容詞述語が、その主部として機能する名詞句と、どのような文節構造で結びついているかを研究した。特に、動作の結果状態を表す形容詞や、動作主が認識した物の性質を表す形容詞について考察した。結果状態を表す形容詞については、日英語で、文節構造上の異なる位置に現れるという結論に至った。また、動作主認識の形容詞については、結果状態を表す形容詞と意味的にも構造的にも区別されるということを論じた。本研究課題は、日本語の連用形形容詞(または形容動詞)が二次述語として現れる3種類の構文と、それらに近い構造を持つと見られる英語の構文を比較し、人間言語の叙述構造の解明に寄与することを目標とする。本年度は、日本語における、(A)のように、抽象的な意味を持つ動詞「する」が連用形の形容詞を伴い、対格名詞(「紙を」)の指示物の状態変化を表す構文について考察した。(A)太郎が紙を丸くする/した。先行研究においては、対格名詞が形容詞の主語として機能し、両者がまとまって小節を形成するという見方が一般的であった。これに対し、本研究では、その対格名詞が、通常の形容詞の主語には見られない、典型的な動詞の直接目的語が持つ性質を示すことを観察し、先行研究での分析にとって問題となることを指摘している。その上で、(A)の構文においては、動詞「する」が主要部となって、その補部に形容詞、その指定部に対格名詞が生成される動詞句が形成され、「する」を仲介として形容詞と対格名詞の間に叙述関係が成り立つという分析を提案している。さらに、本研究では、(A)の構文の動詞句の構造は、(B)に示すような、典型的な状態変化を表す他動詞の句構造と同じであると主張している。(B)太郎が紙を丸める/丸めた。(B)に見られるような他動詞については、統語構造上で形容詞が抽象動詞と融合することによって派生する、という分析が先行研究で提案されている。本研究では、(A)の構文においても、形容詞が動詞と融合するような性質が見られることを示し、(A)と(B)が同じ動詞句構造を持つという分析を補強している。本研究は、日本語の連用形形容詞(および形容動詞)が二次述語として現れる3種類の構文と、それらに近い構造を持つと見られる英語の構文を比較することによって、人間言語の叙述構造の解明に貢献することを目指している。本年度は、(A)に示すように、日本語において、連用形形容詞が、動詞が示す行為の途中に動作主によって認識された目的語指示物の性質を記述する構文(動作主認識構文)について考察した。(A)太郎がその本をおもしろく読んだ。/花子がその魚をおいしく食べた。先行研究の中には、この構文に現れる形容詞を結果を表す連用形形容詞と同等に見るものがある。しかし、本研究において、問題の形容詞は、意味的特徴においても、統語的分布においても、結果の形容詞とは区別されることが明らかになった。また、同形容詞は、描写の二次述語とも、意味的および統語的特徴が異なることがわかった。さらに、(A)に近い英語の構文として、動作主の心的態度を表す副詞を伴うもの(John read the book interestedly.)は容認される場合があるが、(B)に示すように、目的語指示物を叙述する形容詞を伴う形は認められないことを確認した。英語において、結果や描写を表す形容詞二次述語の存在は広く認められている。なぜ動作主認識の形容詞二次述語が容認されないのか明らかにすることが、今後の研究の課題である。研究実施計画において本年度以降のテーマとして挙げていた日本語の動作主認識構文について、研究結果をまとめた論文を書いた。本研究は、日本語の連用形形容詞(および形容動詞)が二次述語として現れる3種類の構文と、それらに近い構造を持つと見られる英語の構文を比較することによって、人間言語の叙述構造をより良く理解することを目標とした。本年度は、昨年度に引き続き、(A)に示すように、日本語の連用形形容詞が、動詞が示す行為の途中に動作主が認識した目的語指示物の性質を記述する構文(動作主認識構文)についての考察を行った。((A)太郎がその本をおもしろく読んだ。)先行研究において、この種の構文に現れる形容詞は動作主の制御下で生じる感情を表し、(B)に示すように、原則として、快の感情を表すものでなければならず、不快の感情を表すものは容認されないという観察がされている。((B)*太郎がその本をつまらなく読んだ。/*花子がその魚をまずく食べた。(「*」は、容認されない文であることを示す))本研究では、この制約が統語構造に基くものであるという分析を行った。これらの形容詞は動詞の目的語と叙述関係を持つために動詞句内に現れ、動作主が志向する感情を表す。この分析を支持する事例として、動作主の感情を表す連用形形容詞でも、目的語と叙述関係を持たないものは動詞句外に現れることができ、(C)に示すように、快の意味を持つものも不快の意味を持つものも容認されることを観察した。((C)太郎が楽しくおやつを食べた。/花子が寂しく映画を見た。)日本語および英語の形容詞述語が、その主部として機能する名詞句と、どのような文節構造で結びついているかを研究した。

特に、動作の結果状態を表す形容詞や、動作主が認識した物の性質を表す形容詞について考察した。結果状態を表す形容詞については、日英語で、文節構造上の異なる位置に現れるという結論に至った。また、動作主認識の形容詞については、結果状態を表す形容詞と意味的にも構造的にも区別されるということを論じた。研究実施計画において本年度の研究対象として挙げていた日本語と英語の構文のうち、日本語の方について結果をまとめ、学術誌に投稿した。英語の方については、さらにデータを収集する必要があることがわかった。日本語の動作主認識構文に形式的に対応する文が英語で容認されない要因を分析し、論文にまとめる。言語学研究実施計画において本年度の研究対象として挙げていた英語の構文について、対応する日本語の構文との相違点を明らかにするために、母語話者に対する聞き取り調査などを行いながらデータを収集する。購入図書数が当初の予定より少なかったため。注文していた洋書が納品されなかったため。図書およびパソコンの周辺機器を購入する。書籍やパソコンなどの機器を購入する。問題の洋書については、納品される見込みがなければ、注文を取り消す。
自己組織化プロセスによる生命機械融合ウェットロボティクスの構造制御と機能創発

本研究は、生命の根源であるタンパク質と生物の最小単位である細胞が共に運動機能を創発する際に自己集積する自己組織化プロセスに着目し、筋細胞が互いに融合分化し、サルコメアと呼ばれる収縮機構を精密に構築し、収縮能をもつ動的システムを作り出す細胞内部で起きているプロセスを人為的にin vitroで制御することを目指し、タンパク質や細胞が力学的機能を発現する組織を構築する現象の解明と、それを応用した階層的な運動システムの構築を目的とする。本研究は、MEMS、メカトロニクス、生物物理、タンパク質工学、シミュレーションの異分野融合研究チームを構成することで、ウェットロボティクスやバイオアクチュエータの設計ツールとなる基盤技術を確立すること、及び自己組織化プロセスによる生体力学場形成のメカニズムを解明することを工学と生物学の両面からアプローチしていく。1.人工筋肉の材料となるモータータンパク質の高出力化の検討森島グループは、モータタンパク質からなるバイオアクチュエータによるデバイスの設計を行い、平塚グループは、検討中のキネシン-微小管モデルのさらなる高出力化の最適化を行った。新田グループは、その仕組みの理論的解明のためのシミュレーションモデルを構築し、両グループの実験条件検討及び設計仕様決定に役立った。2.人工筋肉の発生力計測システムと光造形システムの構築開発中のキネシン-微小管を用いた光応答性人工筋肉の力特性を計測するシステムを構築し、測定を行った。1で機能発現した人工筋肉を、独自の光造形システムによって任意形状でより高速に作製できるようになった。3.高出力化とそのメカニズムにより実現できるマイクロロボットやマイクロデバイスの設計試作、及びLiVEMechXインターフェースの基本設計を行った。当初予定していた研究計画について、上述の通りの研究成果を挙げることができている。様々な光照射条件により自己組織化を誘発し、アクチュエータとしての力学的特性評価を行う。構造制御と運動機能創発のメカニズムの解明を目指して様々な条件検討を行う。また、高出力化とそのメカニズムにより実現できるマイクロロボットやマイクロデバイスの設計試作、及び界面をセンシングするデバイスの設計評価を行い、LiVEMechXインターフェースの基本設計を引き続き行う。1.人工筋肉の材料となるモータータンパク質の検討まず、平塚らが既に検討中のキネシン-微小管モデルに加え、発生力の増加が見込めるミオシン-アクチンの実験系による収縮能をもつ人工サルコメア形成の設計指針及び検討とシミュレーションによるモデルの最適化を行った。キネシン複合体と微小管を大量に分散させた時、全体が収縮するような動きが得られる。初年度では、その仕組みの理論的解明のための基礎実験モデルを構築した。2.人工筋肉の発生力計測システムの構築既に平塚らが開発中のキネシン-微小管を用いた光応答性人工筋肉の力特性を計測するシステムを構築し、キネシン-微小管とは別の系である、ミオシン-アクチン系の見込まれる発生力に合わせて、センサの選定を行った。1で機能発現した人工サルコメアを作製したマイクロデバイスに装着させ、動作確認を行った。光応答性人工筋肉とMEMSデバイスとの融合による収縮力測定システムを購入したデジタルマイクロスコープを用いて構築した。

当初予定していた研究計画について、上述の通りの研究成果を挙げることができている。光照射制御により自己組織化を誘発し、アクチュエータとしての力学的特性評価を行う。構造制御と運動機能創発のメカニズムの解明を目指して様々な条件検討を行う。また、そのメカニズムを応用したマイクロロボットやマイクロデバイスの設計試作を行う予定である。様々な光照射条件により自己組織化を誘発し、アクチュエータとしての力学的特性評価を行う。また、高出力化とそのメカニズムにより実現できるマイクロロボットやマイクロデバイスの設計試作、及び界面をセンシングするデバイスの設計評価を行い、LiVEMechXインターフェースの基本設計を引き続き行う。
膀胱癌の進展に及ぼすサイトカインの影響についての研究

膀胱癌はその異型度によって、I度III度に分類されるが、この異型度とc-Ha-ras等の癌遺伝子の増幅の度合が相関することが報告されている。我々は、サイトカイン産生異常が膀胱癌の悪性度に関係があるのではないかと考え、サイトカイン遺伝子およびサイトカイン受容体遺伝子の発現をRT-PCR法を用いて調べた。1)膀胱癌由来細胞株(T24,NBT-2)を用いて定量性RT-PCRを行い、サイトカイン遺伝子(EGF,IL-6,TNFα)およびサイトカイン受容体遺伝子の発現量を調べた。その結果、T24においてIL-6遺伝子とIL-6受容体遺伝子の発現がやや高い傾向であったが、他のサイトカイン遺伝子やサイトカイン受容体遺伝子には特に差は見られなかった。2)手術標本のヒト膀胱癌組織を用いサイトカイン遺伝子およびサイトカイン受容体遺伝子の発現量を調べ、膀胱癌の異型度とサイトカイン産生異常との関連を試みた。うちわけは膀胱全摘術症例が3例、経尿道的切除術症例が5例であったが経尿道的切除術症例の場合、電気凝固のためかRNAの回収がうまくなかった。膀胱全摘患者では、IL-6遺伝子とIL-6受容体遺伝子の発現量がやや高い傾向であったが、いずれもGIIIの症例であり、異型度別によるサイトカイン遺伝子とサイトカイン受容体遺伝子の差は分からなかった。今後、さらに症例を増やし検討したいと考えている。
カイアシ類の超音波反射特性の解明-カイアシ類の音響資源調査実現への第一歩として-

海洋に生息する動物プランクトンの中でも一番量が多いカイアシ類について,超音波反射特性(ターゲットストレングス:TS)を調べた。水槽における実測,理論モデルによる推定に用いる音響パラメータの測定とそれを用いたTS推定を行い,両者を比較した。その結果,理論モデルで良く推定できる個体と全く合わない個体が確認された。その違いを調べたところ,前者は体内に油球を持たない個体,後者は持っている個体であった。今後,この違いについて精査する。音響手法を用いてカイアシ類の分布や量を推定するための第一歩として,音響基礎パラメータであるターゲットストレングス(TS)の測定に着手した。まず,設計ダイアグラムに基づき,カイアシ類のTS測定が可能な周波数を200kHz以上とし,ビーム幅を8.5度と選定した。これは既存の送受波器で実現可能であり,測定距離を1mとした。このように選定した周波数,ビーム幅,設定距離で既存のシステムにつなげ,各種テグスの音響反射を測定し,測定精度の検証を行ったところ,非常に微弱になると推測されるカイアシ類の音響反射を十分捉えられることがわかった。また,生きたカイアシ類を水槽に懸垂するに当たり,当初計画の人間の髪の毛ではなく,現存する最細の0.08号の釣り用テグスを用いることとした。この太さにおいても微弱な音響反射は認められたが,カイアシ類+テグス+背景ノイズの信号からテグス+背景ノイズの信号をコヒーレント減算することでカイアシ類のみの反射信号を得ることができた。この方法で,複数のカイアシ類について音響反射の予備測定を行ない,生きた状態でのTSの実測が可能であることが確認できた。平成22年度は平成21年度に構築したこれらシステムおよび手法を用い,いろいろな大きさのカイアシ類について本格的にTS測定を行い,カイアシ類のTSを明らかにしていく予定である。一方,生きたカイアシ類を用いて,その体内通過音速や生体密度の測定を行い,音響物理パラメータの収集を行った。平成21年度に購入予定であった標準マイクロホンと水中カメラは,既存のもので代用できることがわかったため,さらに一歩進み広帯域送受波器を試作し,送受信テストを行った。これにより当初実施予定であったカイアシ類のサイズ別の密度推定の可能性が出てきた。北海道噴火湾において生きたカイアシ類の体内通過音速ならびに生体密度などの音響物理パラメータの測定を4月,5月,6月に行った。カイアシ類の中には体内にオイルを貯め込む種があり,そのオイルの有無により音速や密度が大きく変化することが分かり,これはまた,音響反射の強さにも影響することが示唆された。さらに,独立行政法人水産総合研究センター・水産工学研究所において昨年度構築したカイアシ類音響反射測定システムを用いて,生きたカイアシ類のTS測定をカイアシ類の姿勢を変化させながら行い,TSの姿勢角特性(TSパターン)を調べた。この測定は4月11個体,5月9個体,6月7個体の計27個体について行った。その結果,体内にオイルを貯め込んだ個体とオイルを持たない個体ではTSパターンに大きな違いが見られ,また,音響反射の大きさにも違いがみられた。体内にオイルを貯め込んでいない個体のTSの実測値については,従来用いられてきた音響散乱モデルによるTS推定値と比較的よく一致したが,オイルを貯め込んだ個体のTS実測値は,全く異なった。これについては来年度さらに検討を行う。一方,カイアシ類のサイズ別の密度推定を行うべく開発予定の広帯域音響システムに関しては,既存の広帯域システムを用いて,まずカイアシ類よりサイズの大きいオキアミ類で,その広帯域散乱特性を調べた。その結果,固定周波数での測定結果と同様,オキアミ類については音響散乱モデルによる広帯域特性とほぼ同様の特性を示すことがわかった。来年度は,このシステムを用いてカイアシ類の広帯域音響散乱特性を調べる。4月から6月にかけて北海道噴火湾において生きたカイアシ類の採集を行い,体内通過音速ならびに生体密度の測定を行った。カイアシ類の中には体内にオイルを貯め込む種がおり,このオイルの有無で音響散乱特性が異なることを昨年までに明らかにした。そこでそのオイルの抽出を行い,オイル自体の音速と密度の測定を行い,オイルの音響物理特性を調べた。また,水産工学研究所の海水水槽における生きたカイアシ類のTS測定も行った。TS測定時に厳密に測定する必要がある水槽内海水の水温と塩分について,本経費により既存のCTDの容器とケープルを新規にしたため良好なデータを取得することが出来た。測定環境を正確に把握しつつ生きたカイアシ類を水槽内に懸垂し,超音波の入射角を変えながらTSの姿勢角特性を調べた。昨年同様,オイルを体内に貯め込んだカイアシ類のTSの姿勢角特性はオイルのない個体の姿勢角特性と全く異なった特性を示し,かつ,既存の音響散乱モデルによる推定値と大きく異なっていた。これについては抽出したオイルの物理特性を用いて検討しているが結論を出すには至っていない。

実測データは揃っているので,今後早急に理論的検討を行い,カイアシ類全般に適用できる音響散乱モデルの構築をおこないたい。現場で取得した調査データを用いて,まず,カイアシ類より大型のオキアミ類について音響データと採集データを併用して生物密度を推定した。同じ手法によりカイアシ類についても生物密度の推定を試みた。用いる周波数の組み合わせによっては,カイアシ類を他のプランクトンから抽出できる可能性が示唆された。現在,採集データとの比較を行っているところである。最後に,計画通り,カイアシ類についても広帯域音響散乱特性を調べた。今後,オイルを持つ個体の音響特性が解明され次第,広帯域の散乱特性に対する妥当性も検証する予定である。
太陽コロナガス噴出に対する地球電磁圏応答の高時間分解能研究

本年度は、名古屋大学・太陽地球環境研究所において三好博士との共同研究を行い、第23太陽活動周期の全ての磁気嵐に対する放射線帯の応答と、それらの予測可能性について調べた。その結果、放射線帯外帯の電子フラックスは、ICMEで引き起こされる磁気嵐の回復相よりも、共回転相互作用領域で引き起こされる磁気嵐の回復相で、より強まることに加え、ICMEに伴う衝撃波と、共回転相互作用領域に伴う流れの接触面というプリカーサーを用いることで、静止軌道における放射線警戒レベルの週間予報が可能になるということを示し、太陽風磁場の極性と季節に依存した確率予報アルゴリズムを提唱した。これらの結果の一部は、Space WeatherとJournal of Geophysical Researchに発表し、国内外の学会で発表した。また、2006年12月に稼動を始めた名古屋大学・太陽地球環境研究所の北海道陸別短波レーダーの最新のデータを用いて、ICMEと共回転相互作用領域によって引き起こされた磁気嵐に伴う電離圏対流の影響を調べた。その結果、ICMEによって引き起こされた弾い磁気嵐に伴う未知の種類のレーダー散乱エコーを発見し、国内の学会で発表を行った。コロナ大規模ガス噴出に関連する太陽風構造(ICME : Interplanetary coronal mass ejection)は最大規模の地磁気嵐を引き起こすため、宇宙天気予報の最重要研究課題となっている。データ解析と数値実験の両方の観点から、ICMEに対する地球電磁圏応答の仕組みを定量的に明らかにすることが本研究の目的である。本研究の最大の特色は、分単位という高い時間分解能で、ICMEの微細構造と地球電磁圏応答を捉えることである。本年度は、独自の数値実験コードの基礎開発を進めると同時に、第23太陽活動周期の約8年間における最大規模のICMEイベント約40例を全て取り上げ、ICMEの磁場を予測する手法の開発を行った。特に、ICMEの微細構造に注目して詳細な解析を行った。ICME前面に形成される衝撃波と、その衝撃波下流の乱流的な太陽風構造を調べるために、独自の衝撃波解析手法と不連続解析手法を開発した。これらの新しい解析手法によって衝撃波下流の磁場に幾つかの規則性が見出され、その規則性の衝撃波パラメター依存性を初めて明らかにした。得られた結果は、衝撃波下流の乱流構造が、時間変化する衝撃波による太陽風圧縮を反映していることを意味しており、宇宙天気予報への応用としてのみならず、プラズマ乱流の生成機構の具体例としても重要である。この結果は国内外の学会で発表し、Geophysical Research Letters.に投稿した。本年度は、NASA/GSFCを訪問し、磁気流体シミュレーションと粒子シミュレーションを結合することで、第23太陽活動周期最大の磁気嵐をシミュレーションで再現し、人工衛星の直接観測データと地上磁場データと比較した。その結果、磁場が極端に大きいICMEによって引き起こされる磁気嵐では、太陽風のマッハ数が極端に低下するため、太陽風密度の変化に伴って極間電位差や環電流が大きく変化し得ること、また、この密度効果は、大きい磁気嵐であればあるほど重要な効果であることを示すことに初めて成功した。この結果はGeophysical Research Lettersに発表し、国内外の学会でも発表した。また、名古屋大の三好博士との共同研究も行った。第23太陽活動周期の全ての磁気嵐に対する放射線帯の応答を調べ、放射線帯外帯の電子フラックスは、ICMEで引き起こされる磁気嵐の回復相よりも、共回転相互作用領域で引き起こされる磁気嵐の回復相で、より強まることを定量的に示すことに初めて成功した。
特異摂動極限として流体及び電磁気学に現れる双曲系境界値問題

流体力学に現れる準線型対称双曲系の典型例である圧縮性オイラー方程式に対する初期境界値問題を,特異摂動極限として捉えるための枠組みとして,物理的にも自然で重要な問題である,半空間における圧縮性粘性流体の非粘性極限問題を取り上げ、以下の点を明らかにした。1.以前,線型化問題に対して適用した多重スケール変換を用いた漸近解析法により,圧縮性粘性流体の近似解を内部展開項と境界層展開項の和として求めた。この際,境界層展開において非線型問題として現れてくるのは,質量密度と流体速度の法線成分の第1項目に対する常微分方程式の2点境界値問題と,流体速度の接線成分の第1項目に対するPrandtl方程式の初期境界値問題である。この2つの非線型問題の存在定理を示すことが次の目標となる。しかし,Prandtl方程式の初期境界値問題に対しては接線微分のエネルギー評価を示すことが困難なことから,通常のソボレフ空間での解の存在定理を示すことは難しいと考えていた。しかし,最近,従来Prandtl方程式の線型化を行なうときに低階項と見なしてきた項を主要部に取り入れることにより,線型Fokker-Planck方程式と類似の評価が成り立ち,これを用いれば接線微分の(1未満の)分数階微分の評価は得られることがわかった。今後,この評価により非線型性をどこまでコントロールできるかを検討していきたい。2.初期値が境界条件との適合条件を満たすことを用いて、上で(形式的に)構成した近似解の境界層展開項の第1項目に対する一様評価を,時間を十分短く限ることにより示すことができた。このことを用いて誤差項の一様評価が得られるかどうか考察を進めたい。双曲系境界値問題を特異摂動極限として捉える数学的枠組みを構成する第一歩として、流体力学及び電磁気学に現れる2つの特異摂動問題について、以下の考察を行った。1.圧縮性ナビエ・ストークス流の非粘性極限a)線型化ナビエ・ストークス流の非粘性極限として線型化オイラー流を捉える枠組みを次の手順で示した。i)多重スケール変換を用いた漸近解析により,線型化ナビエ・ストークス流の適切な近似解を内部線型化オイラー流と境界層におげる線型化プラントール流の和として構成した。ii)近似解の誤差項の一様評価をエネルギー法により示した。以上の結果の一部分は11欄にあげた論文において公表した。更に,この論文の議論をより簡明に改良した結果を,本年度香港において開催された国際研究集会で発表した。b)a)で得られた結果を本来の非線型流に対して展開する為の考察を,共同研究者であるZ.Xin氏(クーラント研究所教授及び香港中文大学教授)と行ない以下の問題点を明確にした。i)非線型問題における境界層の支配方程式として圧縮性プラントール方程式が導出される事をa)で用いた漸近解析により確かめた。しかし,この方程式に対しては,解のある高階微分のア・プリオリ評価の欠如により,時間的局所解の存在さえソボレフ空間において示す事は困難に思われる。2.マックスウェル方程式に対するある特異摂動問題全空間でマックスウェル方程式を考え,ある領域外で電気伝導率を無限にする特異摂動極限を考える事により,完全導体壁境界条件を導出する数学的問題設定を行なった。また,形式的計算により境界層方程式を導出した。
生態学的アプローチに基づく山菜の撹乱応答の解明

持続的で効率的な生態系サービスの利用には,人為的撹乱と生態系サービスの関係を科学的に調査し,撹乱後のサービスの変化を予測する必要がある.本研究は「山菜」を材料にして,人為的撹乱に対する山菜の応答を調べ,生態系サービスとしての山菜の利用可能性(ここでは,主に山菜の生産量)の変化を予測することを目的とする.この目的の達成のために,基礎生態学で培われたアプローチを用いた大規模な野外調査と操作実験を,北海道大学天塩研究林で実施した.まず,タケノコの生産性に及ぼす収穫の影響を調べるため,2013年に設置した20ヵ所の実験区で追跡調査を行った.本実験区の半数は収穫区として2013年から2015年の間タケノコを収穫し,もう半数を対照区としてそのまま維持していた.収穫していた期間は,収穫翌年のタケノコの生産数は対照区よりも収穫区で常に高かった.しかし,収穫をやめて2年経過した2018年には,処理区間でタケノコの数や太さに違いはみられなくなった.この結果は「収穫によって高まるタケノコの生産性は,収穫を継続することで維持される」ことを示す.次に,タケノコの生産性に及ぼす地上部のササの刈取りの影響を調べるための野外実験を実施した.2016年にチシマザサの群落20ヵ所を選び,そのうちの半数を刈取区として地上部のササを刈取っていた.もう半数は対照区としてササを刈り取らない状況で維持していた.処理後3年経過した2018年には,タケノコの生産数は処理区間で差がみられなかったものの,刈取区のタケノコは対照区よりも有意に細かった.このように,「地上部の刈取りのような破壊的な撹乱による負の影響は長期間継続する」と思われる.次年度(2019年)に,タケノコの他にギョウジャニンニク,タラノメ,フキを対象とした収穫実験を実施する.その実験に向けた予備調査(処理前の山菜密度の測定)を2018年に行なった.本研究は,チシマザサのタケノコなどを対象として,「山菜の収穫」と「森林施業(特に地上部の刈取り)」という2つの人為的撹乱が,翌年の山菜の生産性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする.昨年(2018年)の調査では「タケノコの生産性に対する収穫による正の効果は,収穫を止めるとなくなるが,破壊的な撹乱による負の効果は長期間継続する」という新たな知見を得た.本成果は,北海道大学天塩研究林の利用者セミナーで発表し,聴衆から高評価を得た.今後,この成果を国内外の学会で発表し,論文としてまとめる予定である.タケノコ以外の山菜を対象とした収穫実験に関しては,昨年度に実験場所の選定と予備調査を終えたところである.野外で正確な実験を行うには初期条件(特に山菜の生産性)の等しい場所を慎重に選ばなければならない.昨年に最適な候補地を選定したので,本年にその場所で本格的な実験を実施する.以上の状況を考慮し「やや遅れている」とした.今後も収穫という人為的撹乱に対する山菜の応答を調べ,生態系サービスとしての山菜の生産量の変化を予測するための実験を実施する.そのために以下の2つの研究課題を行う.1)タケノコの生産性と撹乱応答に対する環境要因の効果本課題では,広範囲に及ぶ野外調査と野外実験を北海道大学・天塩研究林で実施し,チシマザサのタケノコの生産性を決める環境要因を探索するとともに,撹乱応答の強さに対する環境要因の効果を調べる.そのために,まずチシマザサの生育地の環境にばらつきが出るように,研究林内に2m四方の調査プロットを50ヵ所設置してタケノコの生産数を測定する.そしてタケノコの生産性が偏らないように50ヵ所の調査プロットを「収穫区」と「対照区」に分けて,収穫区でタケノコを収穫する.次に各プロットの環境要因として,光条件(開空度),土壌条件(水分含有量・pH・無機態窒素量),地形条件(標高・傾斜方向と角度,GISデータから分析),気象条件(気温・降水量)を記録し,それらがタケノコの生産数にどのように関連するかについて,共分散構造分析により探索する.1年後に,各プロットのタケノコの生産数を測定し,前年のタケノコの生産数との比較により,収穫に対するチシマザサの撹乱応答に関与する環境要因を特定する.2)収穫に対して応答しやすい山菜の特徴収穫に対する山菜の応答の包括的な理解を目指し,本課題では,チシマザサのタケノコの他に新たに3種類の山菜(ギョウジャニンニク,タラノメ,フキ)を対象とし,食用部位の収穫がその後の山菜の生産性に及ぼす影響を調べる.それぞれの山菜の生育地に「収穫区」と「対照区」を設け,収穫区の山菜の食用部位を採取する.収穫の翌年に出現した山菜の食用部位の量や数を調べ,収穫の影響を評価する.なお,実験区の数(繰り返し数)や大きさ(面積)は,それぞれの山菜の生育状況を考慮して決める.持続的で効率的な生態系サービスの利用には,人為的撹乱と生態系サービスの関係を科学的に調査し,撹乱後のサービスの変化を予測する必要がある.本研究は「山菜」を材料にして,人為的撹乱に対する山菜の応答を調べ,生態系サービスとしての山菜の利用可能性(ここでは,主に山菜の生産量)の変化を予測することを目的とする.

この目的の達成のために,基礎生態学で培われたアプローチを用いた大規模な野外調査と操作実験を,北海道大学天塩研究林で実施した.まず,タケノコの生産性に及ぼす収穫の影響を調べるため,2013年に設置した20ヵ所の実験区で追跡調査を行った.本実験区の半数は収穫区として2013年から2015年の間タケノコを収穫し,もう半数を対照区としてそのまま維持していた.収穫していた期間は,収穫翌年のタケノコの生産数は対照区よりも収穫区で常に高かった.しかし,収穫をやめて2年経過した2018年には,処理区間でタケノコの数や太さに違いはみられなくなった.この結果は「収穫によって高まるタケノコの生産性は,収穫を継続することで維持される」ことを示す.次に,タケノコの生産性に及ぼす地上部のササの刈取りの影響を調べるための野外実験を実施した.2016年にチシマザサの群落20ヵ所を選び,そのうちの半数を刈取区として地上部のササを刈取っていた.もう半数は対照区としてササを刈り取らない状況で維持していた.処理後3年経過した2018年には,タケノコの生産数は処理区間で差がみられなかったものの,刈取区のタケノコは対照区よりも有意に細かった.このように,「地上部の刈取りのような破壊的な撹乱による負の影響は長期間継続する」と思われる.次年度(2019年)に,タケノコの他にギョウジャニンニク,タラノメ,フキを対象とした収穫実験を実施する.その実験に向けた予備調査(処理前の山菜密度の測定)を2018年に行なった.本研究は,チシマザサのタケノコなどを対象として,「山菜の収穫」と「森林施業(特に地上部の刈取り)」という2つの人為的撹乱が,翌年の山菜の生産性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする.昨年(2018年)の調査では「タケノコの生産性に対する収穫による正の効果は,収穫を止めるとなくなるが,破壊的な撹乱による負の効果は長期間継続する」という新たな知見を得た.本成果は,北海道大学天塩研究林の利用者セミナーで発表し,聴衆から高評価を得た.今後,この成果を国内外の学会で発表し,論文としてまとめる予定である.タケノコ以外の山菜を対象とした収穫実験に関しては,昨年度に実験場所の選定と予備調査を終えたところである.野外で正確な実験を行うには初期条件(特に山菜の生産性)の等しい場所を慎重に選ばなければならない.昨年に最適な候補地を選定したので,本年にその場所で本格的な実験を実施する.以上の状況を考慮し「やや遅れている」とした.今後も収穫という人為的撹乱に対する山菜の応答を調べ,生態系サービスとしての山菜の生産量の変化を予測するための実験を実施する.そのために以下の2つの研究課題を行う.1)タケノコの生産性と撹乱応答に対する環境要因の効果本課題では,広範囲に及ぶ野外調査と野外実験を北海道大学・天塩研究林で実施し,チシマザサのタケノコの生産性を決める環境要因を探索するとともに,撹乱応答の強さに対する環境要因の効果を調べる.そのために,まずチシマザサの生育地の環境にばらつきが出るように,研究林内に2m四方の調査プロットを50ヵ所設置してタケノコの生産数を測定する.そしてタケノコの生産性が偏らないように50ヵ所の調査プロットを「収穫区」と「対照区」に分けて,収穫区でタケノコを収穫する.次に各プロットの環境要因として,光条件(開空度),土壌条件(水分含有量・pH・無機態窒素量),地形条件(標高・傾斜方向と角度,GISデータから分析),気象条件(気温・降水量)を記録し,それらがタケノコの生産数にどのように関連するかについて,共分散構造分析により探索する.1年後に,各プロットのタケノコの生産数を測定し,前年のタケノコの生産数との比較により,収穫に対するチシマザサの撹乱応答に関与する環境要因を特定する.
高頻度相同組換え系を利用した実験動物の作成

哺乳動物において既に多くの遺伝子が単離され、その塩基配列や細胞内での発現機構などが明らかにされている。しかしそれらが生体内で持つ機能の解析は難しい。このような問題を扱う上で近年gene targetingなどある遺伝子を改変した遺伝子と置換する技術が開発され、できた個体の異常から逆にそれらの遺伝子の機能を知るという方法が試みられるようになり、種々の遺伝子機能を系統的に解析していくことができると考えられる。このような遺伝子改変を行うために、哺乳動物で高頻度の相同組換えが容易に行える系の開発が望まれる。哺乳動物など高等真核生物では減数分裂期に相同組換えが起こることはよく知られているが、分子レベルでの解析、特にそれに関与する酵素や遺伝子の存在についてはほとんど知られていない。我々は大腸菌および酵母において相同組換えに関与することが知られているRecAおよびRad51遺伝子のホモローグをヒトおよびマウスからクローニングした。その結果、マウスRad51遺伝子は339アミノ酸からなるタンパクをコードし、その配列は出芽酵母と約83%、また大腸菌のRecA遺伝子とは55%のホモロジーをもち、その構造が進化的にもよく保存されていることが明らかとなった。この遺伝子はマウスの胸腺、精巣、卵巣または小腸など細胞分裂の盛んな組織で多く発現しており、有糸分裂時のDNA修復に関与していると考えられる。このようにヒト、マウスRed51遺伝子が単離されたことは、相同組換えに関して哺乳動物においても酵母と相同な遺伝子が存在するとともにその機構も共通である可能性を示しており、両者の解析を進めることにより、目的をした高頻度相同組換え系の確立が可能であることを明らかにした。本研究の目的はマウス・ヒトなど哺乳動物における遺伝子機能を解析する上で今後不可欠となる遺伝子タ-ゲティングなどの方法を容易なものにするため、高頻度で相同組換えを起こす実験動物あるいは細胞株を確立することである。このため既に酵母で単離され、相同組換えに重要だとされているRAD51.RAD52の遺伝子をプロ-ブとして用い、それらと相同なマウス遺伝子を単離する。またそのような遺伝子を強制発現させる系を作成する。我々はS.cerevisiaeのRAD51.RAD52遺伝子のエ-ディング領域をDNAプロ-ブとして用い.マウスゲノムDNAについて.サザン・ブロッティングを行なった。その結果、RAD52ではそのコ-ディング領域の5'末端側を用いても3'末端側を用いてもマウスDNAと強くハイブリダイズし、この中にマウス反復配列と相同配列があることが示された。一方RAD51については、弱いバンドを12本認めた。そこでこのRAD51遺伝子DNAをプロ-ブとして用い、マウス(129/Sv)ゲノミックライブラリ-からホモロ-ブのスクリ-ニングを試みたがボジティブ・クロ-ンは得られなかった。現在スクリ-ニングの条件を検討中である。一方、S.cerevisiaeのRAD51をプロ-ブにして分裂酵母S.pombeからそのホモロ-ブが単離できたので、これをDNAプロ-ブにして今後マウスゲノミックライブラリ-をスクリ-ニングしていく予定である。最近、相同組換え系を使って解析したい遺伝子を破壊するジーン・ターゲティング法により遺伝子機能解析が始まったが、マウス体細胞では相同組換えの頻度が低く、この系を能率よく動かせる状況に至っていない。この研究の目的は、マウスの相同組換え酵素の遺伝子をクローニングし、高頻度に相同組換えを行なう系を確立して、それに基づく遺伝子改変マウスの作成を能率よく起こさせることにある。実際に哺乳動物など高等真核生物では減数分裂期に相同組換えが起こることはよく知られているが、分子レベルでの解析、特にそれに関与する酵素や遺伝子の存在についてはほとんど知られていない。

そこで酵母の相同組換えに関与するRAD51遺伝子のホモローグが哺乳動物などにも存在すると考え、ヒトおよびマウスcDNAライブラリーからそれぞれ完全長のRad51cDNAを単離した。その性貭を調べた結果、マウスやヒトRad51遺伝子は出芽酵母RAD51や大腸菌RecAタンパクと高い相同性をもつタンパクをコードしていることが明らかとなり、哺乳動物を含む脊椎動物に広くRecA様の相同組換え遺伝子が存在することを示した。またRad51遺伝子の発現は胸腺、脾臓、精巣、卵巣、小腸など分裂の盛んな免疫系や生殖系の細胞で起こること、さらに培養細胞を用いた実験からその発現が細胞周期依存的であることを明らかにし、この遺伝子が有糸分裂期のDNA修復や減数分裂期の組換えに関与していることを示唆した。哺乳動物において既に多くの遺伝子が単離され、その塩期配列や細胞内での発現機構などが明らかにされている。しかしそれらが生体内で持つ機能の解析は難しい。このような問題を扱う上で近年gene targetingなどある遺伝子を改変した遺伝子と置換する技術が開発され、できた固体の異常から逆にそれらの遺伝子の機能を知るという方法が試みられるようになり、種々の遺伝子機能を系統的に解析していくことができると考えられる。このような遺伝子改変を行うために、哺乳動物で高頻度の相同組換えが容易に行える系の開発が望まれる。哺乳動物など高等真核生物では減数分裂期に相同組換えが起こることはよく知られているが、分子レベルでの解析、特にそれに関与する酵素や遺伝子の存在についてはほとんど知られていない。我々は大腸菌および酵母において相同組換えに関与することが知られているRecAおよびRad51遺伝子のホモロ-グをヒトおよびマウスからクロ-ニングした。その結果、マウスRad51遺伝子は339アミノ酸からなるタンパクをコ-ドし、その配列は出芽酵母と約83%、また大腸菌のRecA遺伝子とは55%のホモロジ-をもち、その構造が進化的にもよく保存されていることが明らかとなった。この遺伝子はマウスの胸腺、精巣、卵巣また小腸など細胞分裂の盛んな組織で多く発現しており、有糸分裂時のDNA修復に関与していると考えられる。このようにヒト、マウスRad51遺伝子が単離されたことは、相同組換えに関して哺乳動物においても酵母と相同な遺伝子が存在するとともにその機構も共通である可能性を示しており、両者の解析を進めることにより、目的とした高頻度相同組換え系の確立が可能であることを明らかにした。
高機能拡張ナノ化学システムのための近接場光化学プロセスの確立

化学やバイオの実験室を髪の毛程度のサイズ(10-100um)の空間であるマイクロ空間に集積化してデバイス化する研究が進展している。また最近では、10-100nm空間である拡張ナノ空間に展開しようとしている。しかし、拡張ナノ空間は光の波長よりも小さな空間であり、技術的に非常に困難な空間である。そこで、本研究ではナノ構造体の周りに生成して、回折限界以下のサイズである近接場光に着目して、トップダウン加工やボトムアップ加工と組み合わせることで、拡張ナノ流体デバイスの光化学プロセスをはじめて創成した。本成果は、拡張ナノ空間を利用した単一細胞分析デバイスなどに大きく貢献すると考えられる。マイクロ空間よりも3桁小さい空間である拡張ナノ空間(10-100nm)の研究ツールを申請者らははじめて創成して、特異な溶液物性を明らかにしてきた。また、単一細胞よりも桁で小さいナノ空間に分析機能を集積化する研究にも取り組んでおり、iPSや癌細胞などを単一でしかも生きたまま分析できる極限分析デバイスの創成が期待されている。そのためには、拡張ナノスケールに適した新たな光プロセス(化学反応・修飾・検出法)が必要である。しかし、拡張ナノ空間は光の回折限界よりも小さく、従来の光プロセスは適用困難であった。そこで、本研究ではフォトニクスの分野で知られており化学にはあまり適用されてこなかった近接場光を拡張ナノ空間化学に取り込む新しい方法論を創成して、拡張ナノ化学・バイオに必要な光化学プロセスを世界に先駆けて実現することを目的とした。初年度である本年度は近接場効果を誘起するための加工法および原理実証に注力した。ガラスのトップダウンナノ加工により形・サイズ(100nmスケール)の制御されたナノピラー構造体を作製して、ボトムアップ加工により機能材料として光触媒であるTiO2を塗布することで、サイズ及び形の制御されたTiO2ナノ構造体を作製した。このナノ構造体に近接場光を発生させることで、通常紫外光(<380nm)しか吸収しないTiO2を可視光で励起して、ナノピラー部分のみTiO2触媒機能が発現することを確認した。またこの効果が名のピラーによる表面積向上以上の効果があること、TiO2の欠陥準位による吸収ではないことを確認して、原理を実証した。以上により、初年度の計画を達成した。また、単一細胞よりも桁で小さいナノ空間に分析機能を集積化する研究にも取り組んでいる。そこで、近接場光を拡張ナノ空間化学に取り込む新しい方法論を創成して、拡張ナノ化学・バイオに必要な光化学プロセスを世界に先駆けて実現することを目的とした。昨年度はガラスのナノ加工技術と酸化チタンなどのガラスと異種材料の薄膜技術を利用することで、マイクロ流路や拡張ナノ空間にナノ構造体(ピラー)を作りこむことに成功した。また、ナノ構造体がある場合に、可視光で酸化チタンの光触媒反応を誘起できることを実証した。今年度はこの方法を拡張ナノ空間における部分修飾反応に応用した。その結果、通常の光化学反応では回折限界で数100nmの空間分解能が限界であったが、本方法論により最小40nm程度の部分修飾にはじめて成功した。この方法は拡張ナノ空間における多相流制御など、極微小空間における流体制御や化学反応の重要な基盤技術になると期待される。さらに今年度はこの方法論を検出法にも応用した。熱レンズ顕微鏡という超高感度分光法を本方法と組み合わせることで、可視光で紫外光吸収分子を検出することを目標とした。本年度はこの基盤技術として近接場光だけ空間となる50nm空間での熱レンズ検出に成功した。来年度はこの方法を用いて可視光での紫外吸収分子の検出を目指す。以上により本年度の計画をほぼ達成した。昨年度までの2年間はガラストップダウン加工と機能材料(光触媒TiO2)ボトムアップ加工による近接場化学反応プロセスの確立して、部分表面修飾に応用した。最終年度の本年度は近接場光効果を用いて可視光でUV吸収物質を高感度に計測する方法を確立した。以上から、本研究の目的を達成した。