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台湾の更新世及び完新世人骨の研究

澎湖諸島海底出土右大腿骨下3分の1は、大きく、筋付着部の発達も良好であり、壮年男性のもとの考えられる顆間窩及び下関節面膝蓋が狭く、その点で港川人と類似する。粗線が数本に分離する点は希であるが、全体的には現生サピエンスの特徴に一致する。八里海岸からは、左大腿骨(男性)・右寛骨(女性)・左寛骨(男性)・後頭骨(性別不明)の4点の人骨が出土している。いずれも水磨を受けており、特に寛骨2点は貝殼が付着している。形態的には現生サピエンスと変わらない。以上2地点の人骨は良く化石化しており、後述のようにフッ素含量も高いので、更新世後期に属する可能性がある。柴山岩貝塚から出土した右大腿骨3点と右脛は粗線の発達や偏平性の点で基本的に縄文人と似ているが、骨壁の厚い点で港川人とも似ている。(馬場・宋・連)中国ブロンズ時代(殷;1400ー1100B.C.)の安陽出土人骨の歯について計量的ならびに非計量的特徴のデ-タを探取し、種々の多変量解析によって周辺諸集団との比較をおこなった。その結果、安陽古代中国人の全体的な大きさは、現在の華北中国人や韓国人とほぼ同等であった。これらは日本の渡来系弥生人や古墳人よりは小さいが、縄文人やアイヌよりは大きい。全体的なプロポ-ションについては、安陽古代中国人は、現代華北中国人・韓国人・渡来系弥生人・古墳人・現代日本人と類似しており、縄文人やアイヌとは大きく異なることが明らかになった。非計量的な特徴においても同じ関係が認められた。以上のことから、安陽古代中国人の歯は北方系モンゴロイドとしての特徴をもつことが示唆された。全体的な歯の大さきの縮小傾向については、早くから発達した文明の影響と無関係ではないと考えられる。(松村・茂原)中華民国中央研究院の、安陽出土の頭蓋骨について、小数ではあるが、計測ならびに非計測項目の観察をおこなった。顔面の平坦度について、計測した結果をおおまかにまとめると、つぎのようになる。かなり立体的な顔をした頭蓋骨、極端に平坦な顔の頭蓋骨があり、集団内の変異が大きそうである。この変異は、鼻骨の平坦度で、特に大きいように思われるが、より多くの頭蓋骨を計測しなけば、それを実証することは難しそうである。非計測項目については、眼窩上孔が約半数の頭蓋骨にみられた。(石田・多賀谷)第四紀更新世の脊椎動物群化石の調査を実施した。1)台湾北西海岸の台北県林口郷賓斗暦海岸に露出し、人類頭骨化石を産出したことがある中期更新世の砂礫層の現地調査および同層産で、現生台湾の諸地域に所蔵中の脊椎動物化石群集の調査。その結果、ヒト(Homo sapiens)、台湾花鹿(Cervus taiouanus)、ジュゴン(Dugon sp.)、タイワンマンモス(Mammuthus cf.armeniacus taiwanicus)、サイ(Rhinoceros sp.)、イノシシ(Sus cf.lydekkeri sp.)からなる哺乳類化石を識別した。この内、前3者を除く哺乳類は前期更新世から洗い出された2次化石の可能性が大きい。2)台湾各地の研究機関及び民間に所蔵されている台湾海岐膨湖水道産の哺乳類化石群集を調査の結果、淮河象の他、ヒト(Homo sapiens)も含む多くの草食性・肉食性哺乳類を識別したが、この脊椎動物化石群集はその構成からみて、華北の周口店期(中期更新世)の動物群に対比され、東シナ海のいくつかの地点から知られている哺乳動物化石群とともに、生物地理学的に重要であることが明らかになった。(大塚)八里海岸出土大腿骨及び澎湖諸島海底出土大腿骨のフッ素分析結果は、それぞれ0.952%と0.936%であった。この数値は、台南左鎮地域の少なくとも数10万年前に遡るとみられる化石骨のフッ素含量(平均2%前後:下田,1977)より低いが、菜寮出土人骨の0.76%(Shikama et al.,1976)より高く、完新世の岡子林人骨の0.17%(Baba et al.,1984)に比べればはるか高い。上記両大腿骨の年代に関しては、とりあえず更新世後期の可能性を想定しておいて矛盾はない。

柴山岩貝塚から出土した右大腿骨3点と右脛は粗線の発達や偏平性の点で基本的に縄文人と似ているが、骨壁の厚い点で港川人とも似ている。(馬場・宋・連)中国ブロンズ時代(殷;1400ー1100B.C.)の安陽出土人骨の歯について計量的ならびに非計量的特徴のデ-タを探取し、種々の多変量解析によって周辺諸集団との比較をおこなった。その結果、安陽古代中国人の全体的な大きさは、現在の華北中国人や韓国人とほぼ同等であった。これらは日本の渡来系弥生人や古墳人よりは小さいが、縄文人やアイヌよりは大きい。全体的なプロポ-ションについては、安陽古代中国人は、現代華北中国人・韓国人・渡来系弥生人・古墳人・現代日本人と類似しており、縄文人やアイヌとは大きく異なることが明らかになった。非計量的な特徴においても同じ関係が認められた。以上のことから、安陽古代中国人の歯は北方系モンゴロイドとしての特徴をもつことが示唆された。全体的な歯の大さきの縮小傾向については、早くから発達した文明の影響と無関係ではないと考えられる。(松村・茂原)中華民国中央研究院の、安陽出土の頭蓋骨について、小数ではあるが、計測ならびに非計測項目の観察をおこなった。顔面の平坦度について、計測した結果をおおまかにまとめると、つぎのようになる。かなり立体的な顔をした頭蓋骨、極端に平坦な顔の頭蓋骨があり、集団内の変異が大きそうである。この変異は、鼻骨の平坦度で、特に大きいように思われるが、より多くの頭蓋骨を計測しなけば、それを実証することは難しそうである。非計測項目については、眼窩上孔が約半数の頭蓋骨にみられた。(石田・多賀谷)第四紀更新世の脊椎動物群化石の調査を実施した。1)台湾北西海岸の台北県林口郷賓斗暦海岸に露出し、人類頭骨化石を産出したことがある中期更新世の砂礫層の現地調査および同層産で、現生台湾の諸地域に所蔵中の脊椎動物化石群集の調査。その結果、ヒト(Homo sapiens)、台湾花鹿(Cervus taiouanus)、ジュゴン(Dugon sp.)、タイワンマンモス(Mammuthus cf.armeniacus taiwanicus)、サイ(Rhinoceros sp.)、イノシシ(Sus cf.lydekkeri sp.)からなる哺乳類化石を識別した。この内、前3者を除く哺乳類は前期更新世から洗い出された2次化石の可能性が大きい。2)台湾各地の研究機関及び民間に所蔵されている台湾海岐膨湖水道産の哺乳類化石群集を調査の結果、淮河象の他、ヒト(Homo sapiens)も含む多くの草食性・肉食性哺乳類を識別したが、この脊椎動物化石群集はその構成からみて、華北の周口店期(中期更新世)の動物群に対比され、東シナ海のいくつかの地点から知られている哺乳動物化石群とともに、生物地理学的に重要であることが明らかになった。(大塚)八里海岸出土大腿骨及び澎湖諸島海底出土大腿骨のフッ素分析結果は、それぞれ0.952%と0.936%であった。この数値は、台南左鎮地域の少なくとも数10万年前に遡るとみられる化石骨のフッ素含量(平均2%前後:下田,1977)より低いが、菜寮出土人骨の0.76%(Shikama et al.,1976)より高く、完新世の岡子林人骨の0.17%(Baba et al.,1984)に比べればはるか高い。上記両大腿骨の年代に関しては、とりあえず更新世後期の可能性を想定しておいて矛盾はない。
水温の空間分布の決定要因分析をふまえた稲の高温登熟障害回避に資する灌漑手法の開発

稲の高温登熟障害の回避手法の一つとして夏季の水管理が挙げられるが、灌漑用水の流下過程における水温変化の知見はほとんどみられない。本研究では、河川掛のパイプライン水路および開水路の水温の空間分布を調べた。その結果、パイプライン水路では昇温はほとんどみられず、開水路では昼間の日射による影響を受けて温度が上昇することが明らかとなった。また、開水路では昼夜の水温差や地点によるばらつきが大きいことを示した。1.調査概要2012年度は、2011年度に引き続き福井県九頭竜川下流地区において取水源、パイプライン及び開水路、並びに、圃場において灌漑期間中の水温を観測した。また、出穂後に昼間または夜間のみの灌漑を行う圃場を設け、用水量、湛水深、水温及び地温を計測した。2-1結果1:用水路の水温変化パイプライン水路は安定的に低い水温が得られることが示された。開水路は地点による水温差のバラツキが大きいことと、1日のうちの水温変化がパイプライン水路と異なることが明らかとなった。水温は地点によってピークの時刻が異なり、取水口と比較して、管路中間または管路末端では、それぞれ1.7時間または6.8時間遅れる。すなわち、水温の相違は流下時間に依存すると考えられる。一方、開水路の水温変化は他と異なり周期が短く、0時と15時40分にピークが生じた。昼は日射を受けて温度が上昇し、夕方から夜間にかけては取水口から運ばれる用水のピークと重なることが原因と考えられる。2-2結果2:出穂後の圃場の地温変化開水路地区(A地区)とパイプライン地区(B・C地区)において、昼間(6時18時)のみ灌漑を行った圃場と、夜間(18時翌6時)のみ灌漑を行った圃場において、1回の灌漑に対する地温変化の平均値(地温低下効果)を計算した。C地区夜間灌漑圃場は、他の圃場に比べ地温低下効果を発現した。差の要因として他の夜間灌漑圃場では1回の灌漑水量が少ないことが考えられる。さらに、A地区夜間灌漑圃場では、用水の水温が高いことが挙げられる。また、C地区昼間圃場は浸透量が少なかったため、灌漑水が地表面下に十分達せずに地温低下効果が小さくなったと考えられる。3.2012年度成果の意義・重要性高温登熟障害抑制のための灌漑を行うには、水路形態を考慮する必要があること、灌漑する時間帯によって地温を低下させる効果が異なることを示した。1.調査概要2011年度は、調査地区に九頭竜川右岸地域を選定し、取水源、パイプライン及び開水路からなる幹線用水路、並びに、圃場において灌漑期間中の水温を観測した。2-1結果1:幹線用水路の水温変化幹線水路がパイプラインおよび開水路を有する灌漑地区において、それぞれの幹線水路内で水温変化を計測し、経時変化を分析した。その結果、取水堰から各地点に用水が到達する時間を考慮して、取水堰地点と各地点の水温差を求めたところ、取水堰地点の水温に比べて、パイプライン中間地点およびパイプライン末端地点は、それぞれ0.01°C±0.34°C(平均値±標準誤差)、0.06°C±1.38°C高くなった。開水路では、夜間はパイプライン水温とほとんど同じであったが、昼は周辺環境の影響を受けて水温が上昇する傾向が示された。2-2結果2:出穂後における圃場の水温変化パイプライン地区と開水路地区において、それぞれ昼間(6時18時)のみ灌漑を行った圃場と、夜間(18時翌6時)のみ灌漑を行った圃場において、取水温の平均値を比較した。その結果、パイプライン地区では昼と夜の水温差はほとんどみられない。ただし、夜の方が昼に比べて高い場合が多い。これは、圃場近傍の幹線水路水温が夜間の方が高いことが影響している。一方、開水路区では昼の方が夜に比べて水温が高く水温差も大きい。また、パイプライン地区と開水路地区を比べると、後者の方が昼夜ともに水温が高い。3.2011年度成果の意義・重要性稲の高温登熟障害を抑制するためには、低い温度の用水を灌漑することが有効であると考えられる。今年度調査から圃場に灌漑された用水の温度変化を時系列で捉えることができた。今後の最適な灌漑時間帯を提示する上で有効な知見が得られたと考えられる。

研究実施計画では「調査地区は、受益面積の大きい灌漑地区の中から、低平地、水量データが整備されている地区を選定する。」とし、2011年度において「広域にわたり用水系統が明確になっている低平地の地区として、福井県坂井市にある九頭竜川下流地区を選定した。「観測は、地区に用水を取り入れる地点(取水地点)、用水路系統の分岐点、幹線用水路に近接した圃場および末端用水路に近接した圃場に水温計を設置する。」とした研究実施計画に対して、取水地点と幹線用水路のパイプラインおよび開水路における水温観測を実施し、圃場における観測として、各取水口に三角堰を設置して流量および水温の測定を行った。また、圃場周辺の降雨量および気温の測定を実施した。さらに、地元の研究機関と協力して湛水深、地表面温度、葉色、収量および品質調査を実施した。「観測終了後に、観測期間の気象条件に応じて発生する水温分布について整理する。また、取水地点の水温がどの程度の時間遅れを伴って、下流部に伝播するかを分析し、取水地点における寄与度について明らかにする。」との研究実施計画に対して、収集した幹線用水路のデータに基づいて、水温の時間遅れについて分析し、取水口から各観測地点までの伝播時間を求め、取水口における温度変化と各観測地点における温度変化の傾向を明らかにした。分析結果については、地元の営農者に報告を行い、結果に対する意見または感想についての情報交換を行い、2012年度調査に向けての課題やより分析が求められる項目についての検討を行った。上記については、研究実施計画に記載した「分析後に、観測データの解析結果を用水管理者に報告することで、現場感覚に基づいた営農者からの用水供給に対する要望と、解析で得られた用水の配分状況等との認識の相違点について明らかにし、解析結果を今後の用水管理に活かす方法についての情報を得る」ことに相当する。2012年度は、以下に示す3点に重点を置いて研究を推進することを計画している。1.広域の水路網の水温分布および水温伝達過程の把握:2011年度の結果から水路に沿った広域の水温分布について、概要を明らかにすることができたと考えている。2012年度には地域全体の面的な分布を捉えるために、特徴的な水温差が生じると想定される、パイプライン水路と開水路の圃場に近い地点での観測を追加する。これにより、地区全体の水源となる河川取水口から幹線用水路、末端水路を経由して各圃場に到達するまでの過程の水温の状態を明らかにする。さらに、各水路を流下する過程で伝播する水温を分析することによって、水路形態による水温形成過程の相違について明らかにする。2.圃場における計測結果に基づいた効果的な灌漑手法の提示:2011年度に引き続き、地元の研究機関等と連携しながら、圃場での取水量等の計測を実施する。また、2011年度の結果を踏まえて、2012年度では営農者による水管理を変更し、夜間の灌漑を強化することによる地温、水温、周辺気温等の変化および収量・品質等への影響について明らかにする。これらの結果から、高温登熟障害を抑制するための水管理手法を提示する。3.研究成果の公表:2011年度に得られた成果について、単年度試験結果のみで論考が可能な内容については、2012年度前半にとりまとめを行い、国内および海外の学会等で発表を行う。また、2011年度および2012年度の観測結果を合わせて、2012年度後半にとりまとめを行い、原著論文として投稿する。2011年度の調査結果を国際会議で報告を行うこと、および、地元営農者、研究機関等との連携をより緊密に取ることを目的に、交付申請時より旅費に要する費用を増額させることを計画している。次年度使用額760,435円はこれらを推進するために活用することを計画しており、次年度に請求する研究費と合わせて研究計画遂行のために使用する。
近代日本の地方政治・地域自治と環日本海諸地域との比較史的研究

これまでの調査と研究の結果、概略次のような成果を得た。第一に、このテーマに関する資料の保存状態の良好な新潟県南魚沼郡旧五十沢村文書など在地資料の収集を行い、先の視点に立って分析を進めたが、とりあえず明治前期南魚沼郡選出の県会議員である佐藤良太郎に焦点をあて、「人権と自治」の担い手としての足跡をたどった成果をまとめた。これと、既発表の長岡市成立をめぐる分析や、対岸地域の物流や人口移動の状況などを合わせて、近代日本の国民国家形成と地域社会の論理を対比的に検討することが出来た。第二に、環日本海諸地域との比較史的研究のために、新潟港との関係が深まっていった遼東半島の大連を中心とする物流の動向について個別具体的に的に考察した。新潟地域からの人口移動の動向等を勘案しつつ新潟在住の住民の対岸認識について検討した。第三に、「裏日本」論(地域社会発展の不均等是正論についての歴史的経緯)をめぐる研究成果を前提としつつ、それが大正デモクラシー期の地方政治・地域自治との関係の中でどのような意味を持ったかについて、新潟県古志郡山古志村などの事例研究の成果を整理した。一方地域経済や地域社会発展の論理が、環日本海諸地域、とくにロシア極東地域との関係において生み出されていく摩擦について、北洋漁業をとりあげて検討した。第四に、雪害救済運動をめぐる問題についての分析とともに、電灯料値下げ問題を追跡し、この時期に特有の住民運動の歴史的特質について検討した。さらに総力戦体制が構築されるなかで表面化する地方都市の軍需産業転換や兵力動員の増大、食糧増産運動などを通して進められる町村体制の再編強化の実態を分析することを通して、住民の総力戦体制への組み込まれ方について実態的な検討を行った。それらが国民国家を維持するための総力戦遂行という課題に直面したときにどのような変化が起こったかについて微視的に検討した。新潟県下の在地資料、国立国会図書館や外務省外交史料館等の所蔵資料を収集することに精力を注ぎつつ、本年度は地域社会における漁業をめぐる相剋に焦点をあてて次のような内容の研究成果を公表した。1、電力産業の勃興にともなう発電所と堰堤の築造によって、それまで沿岸住民の主要な蛋白源であり漁労の対象であった鮭鱒が激減した。漁業組合など地域社会の住民が各地で反対の声をあげたものの、電力の供給という大義名分が優先し、人工孵化場や魚道を設置するなどの対症療法的な対応がなされた過程をたどり、水利権の再定義の必要、鮭鱒が遡上できる河川の回復を展望した。2、近代日本の北洋漁業をめぐる問題を、環日本海地域住民の視点に立って検討した。日露漁業条約体制のもとで「裏日本」地域を中心とする漁業者が樺太・沿海州・カムチャッカの鮭鱒鰊漁に大挙して進出したが、その過程でロシア極東の地域住民は漁業資源が枯渇することへの危機感を強め、中央政府に陳情を繰り返した。「裏日本」の北洋漁業者もロシア側の様々の漁業規制への反発を強め、政府への圧力活動を積み重ねた。この住民相互の漁業や地域発展をめぐる利害への思惑が、その後の日露漁業交渉の背景として流れていたことを摘出した。枯渇化する漁業資源をめぐって地域住民・漁業者・国家等が織りなす相剋史を丹念にたどることにより、北洋漁業をめぐって従来視野の外に置かれていた問題を明かにした。昨年に引き続き新潟県下の在地資料、国立国会図書館等の所蔵資料を収集することに精力を注いだ。

また本年度は地域社会におけるいくつかの問題について検討し、資料の読み込みを進みながら概略以下のような研究成果を発表した。1.近代日本の地域社会における住民運動として最も盛り上がったとされる電気料値下げ問題に焦点をあてて、従来の研究史では欠けていた地域自治の視点に立って具体的過程を整理し、具体的論点を提示した。その端緒的発生地である富山県では、公益論の立場からの電気公営論を前提として、「裏日本」にある水力の豊富な地域であるということに根ざした電気料値下げ運動が地域住民の支持を得ながら、末端の住民組織を基盤として展開されたことを明らかにした。そのような特色をもった運動が全国化する中で、新潟県や他の地域でも同様の特色が見られたことを検証した。2.前年度に公表した論文「鮭と堰堤の相克史」を受けて、環日本海地域のサケ論を前近代にさかのぼって越後社会の形成との関係に留意しながら研究史的に検討した。諸分野の研究を整理してみると、東北アジア河海域に広く見られるサケ文化があり、その痕跡が越後社会のそれぞれの時代にも見られることが明らかになった。そのことが信濃川をはじめとする大河の周辺に住む人々にとってどのような意味を持っているかについて、環日本海諸地域との関係に留意しながらさらに検討する必要性を認識した。引き続き研究課題に関する資料を収集しつつ、地域社会をめぐるいくつかの具体的課題について検討した。資料の読み込みを進めながら、順次まとまったものについて研究成果を発表した。1.新潟県南魚沼郡六日町に残されていた佐藤良太郎関係文書を読み進み、明治初年から30年代までの足跡を丹念に検討した。その結果村長時代、県会議員時代をへて、足尾鉱毒救済運動に献身するそれぞれの時期において、自治と自律を唱えてみずから先頭に立って実践し、また田中正造と直接接触する中で鉱毒問題を通して人権を守ることの大切さを伝えようとしていたことを明かにした。地方政治の一主体としての佐藤良太郎の事例を通して、明治前期における地域自治をめぐる実態的かつ理念的枠組みを示している。2.東北アジアの百年というスパンのなかで見渡すと、この十数年の環日本海地域交流の歩みは急激であり、それ以前とは背景がまったく異なっている。この変化の内実を振り返るために、先ず環日本海ブームの背景となった諸条件について、そもそも日本海になぜ環がついたのか、その意味はどこにあったかを探った。第二に、一九九〇年代になぜ環日本海がもてはやされたかをいくつかの側面についてたどり、それがどのような意義を持ったかについて整理した。第三に、実態としての「環日本海経済圏」について、新潟の事例を中心に検討した。それらの結果として、環海に暮らす地域住民の交流を中心に置いて、経済や文化・歴史など様々の問題に取り組むことにより、着実に協生の場を拡大していくことが求められていることを展望した。
ADAMTSによるアミロイド前駆体蛋白のプロセッシングと細胞外基質への影響

ADAMファミリーのうち、ADM-10とADAM-17はαセクレターゼ機能を持つことが知られているが、ADAMTSが同様な機能を持つか検討した。まず、基礎的実験としてADAMTS-1はその遺伝子発現がリポポリサッカライド刺激により、各臓器において発現が上昇することから炎症において何らかの役割を持つことが示唆されている。そこで、ラット実験的心筋梗塞モデルを用いてADAMTS-1の発現形式をノーザンブロット法にて検討した。ADAMTS-1は非梗塞心臓では弱い発現しか認めなかったが、梗塞心においては、梗塞後6時間でその発現が大きく上昇していた。マウス脳におけるADAMTSの発現をADAMTS-17において検討したが、いずれもそれほど強くなかった。海外共同研究として、アミロイド前駆体蛋白を強制発現し、恒常的に発現する細胞株を樹立している、アラバマ大学Fukuchi教授らと共同実験を開始した。同細胞株は、通常の神経系細胞よりも過剰にアミロイド前駆体蛋白を発現している。これまでの検討によって過剰なアミロイド蛋白前駆体が細胞表面及び培養上清中に存在することが確認された。この実験系において過剰なアミロイド前駆体の切断がαセクレターゼによって制御されているかどうかを検討する目的でこの細胞系におけるαセクレターゼ発現の検討を開始した。実験の条件検討が複雑であり、切断の確認は困難であった。今後は、In vivoの系における実験系の確立およびアルツハイマー脳におけるADAMTSの発現解析が重要と考えられた。ADAMファミリーのうち、ADM-10とADAM-17はαセクレターゼ機能を持つことが知られているが、ADAMTSが同様な機能を持つか検討してきた。まず、基礎的実験としてADAMTS-1はその遺伝子発現がリポポリサツカライド刺激により、各臓器において発現が上昇することから炎症において何らかの役割を持つことが示唆されている。そこで、ラット実験的心筋梗塞モデルを用いてADAMTS-1の発現形式をノーザンプロツト法にて検討した。海外共同研究として、アミロイド前駆体蛋白を強制発現し、恒常的に発現する細胞株を樹立している、アラバマ大学Dr.Fukuchiらと共同実験を開始した。実験の条件検討が複雑であったが条件設定が終了し現在、遺伝子発現レベルを検討しているところである。この発現を確認した後に、強制的にADAM-TSを遺伝子導入する予定である。陽性コントロールとしてADAM-17を用いる。陰性コントロールとしてはMocベクターを使用する予定である。
ウシ由来脂肪前駆細胞継代培養系の確立に関する研究

脂肪前駆細胞の増殖および脂肪細胞への分化に関する知見は、肉牛における脂肪蓄積の制御に応用できる可能性を有している。本研究では、ウシ由来脂肪前駆細胞の継代培養系を樹立することを試みるとともに、初代培養系を用いてウシ脂肪前駆細胞の脂肪細胞への分化に影響を及ぼす物質について調べた。細胞株の樹立には、未分化な細胞が多いと考えられる子牛の脂肪組織や筋肉内脂肪組織を用いた。その過程で、段階的トリプシン法や細胞付着法による脂肪前駆細胞の選別を試みた。また、脂肪前駆細胞に特異的な増殖因子をウシ脂肪組織から粗精製し、これを用いて脂肪前駆細胞の割合を高めることを試みた。しかし、さまざまな手法を用いたにもかかわらず、長期にわたって継代可能で脂肪前駆細胞の形質を保持するクローンを得ることができなかった。また、ウシ脂肪前駆細胞の初代培養では無血清条件で十分な分化が観察され、ウシ胎児血清の添加はむしろ分化を抑制することを明らかにした。ビタミンCは脂肪細胞への分化を促進した。マウスの脂肪細胞分化に関わる転写制御因子PPARγのリガンドであるチアゾリジン誘導体はウシ脂肪前駆細胞の脂肪細胞への分化を強力に誘導した。一方、別の転写制御因子RARのリガンドであるレチノイン酸、およびその前駆物質レチノールは、チアゾリジン誘導体の脂肪細胞分化誘導効果をブロックした。したがって、ウシの脂肪細胞分化でもPPARとRARの相互作用は存在すると推察された。またこのことは肥育牛においてビタミンAが脂肪細胞の分化を通常抑制しており、低ビタミンA栄養状態になるとそれが解除され脂肪交雑が高まる可能性を示唆する。しかし低ビタミンA飼養は欠乏症の発生頻度を増加させるので、推奨できる飼養法ではない。ウシにおける脂肪細胞分化についてさらに明らかにすることにより、より健康的に脂肪交雑を高める飼養技術を開発することが望まれる。屠畜場において採取したウシ皮下および内蔵脂肪組織から、コラゲナーゼ消化と遠心分離により間質血管系細胞(脂肪前駆細胞を含む)を得、限界希釈法を用いたクローン化および脂肪細胞への分化能のアッセイを繰り返すことにより、クローン化脂肪前駆細胞株の樹立を試みた。当初、脂肪組織採取時と考えられる微生物の混入のため、培養が持続できなかっが、適切な抗生物質・抗菌剤の選択および添加濃度・期間を明らかにでき、この問題は解消された。現在ウシ皮下および内蔵脂肪組織から得た間質血管系細胞よりクローニングした脂肪前駆細胞を、6代まで継代を行うことに成功した。この脂肪前駆細胞は、培養ディッシュへの播種後数日間は線維芽細胞様の形態を示しており、活発な増殖能を示し、脂肪細胞分化のマーカーであるグリセロール-3ーリン酸デヒドロゲナーゼ活性をほとんど有していなかった。一方、この細胞は、コンフルエント後に適当な培地条件を選択することにより、数週間後に顕微鏡下で円形状に形態が変化し、グリセロール-3ーリン酸デヒドロゲナーゼ活性が著しく上昇し、多数の脂肪滴を蓄積した。6継代までの脂肪前駆細胞の維持は可能であり、これらの細胞は脂肪細胞への分化能を有したが、継代が進むにつれて、増殖能および分化能のいずれもが低下していった。今後、さらに新たなクローニングを試み、増殖能・分化能を長期にわたって維持しうるクローンを探索するとともに、培養条件の再検討を行う。前年度に引き続き、新たなクローニングを試み、増殖能・分化能を長期にわたって維持しうるクローンを探索した。

株化細胞は、胎児の組織や腫瘍など、未分化な細胞の多い組織からクローニングされることが多いため、本年度は肥育終了後の個体のみならず、生後1か月以内の子牛の脂肪組織や、未熟な脂肪細胞が多いと報告されている筋肉内脂肪組織から調製した脂肪前駆細胞からのクローニングも試みた。しかし、行ったいずれの実験においても、6継代以上にわたって増殖能および分化能が維持されたクローンは得られなかった。また、ウシ脂肪前駆細胞の脂肪細胞への分化を評価するための適切な培養条件および分化の評価法についての検討を行った。まず、マウスの脂肪前駆細胞株を脂肪細胞へ分化させるためにはウシ胎児血清あるいはこれに含まれている増殖因子が必要であることが報告されているが、ウシ脂肪前駆細胞の初代培養においては、血清を添加することなしに分化が観察され、血清の添加はむしろ分化を抑制することを明らかにした。したがって今後は無血清培地を用いて分化誘導を行う。脂肪細胞への分化の評価方法としては、マウス細胞株においてはグリセロール-3ーリン酸デヒドロゲナーゼ(GPDH)活性の測定あるいは脂肪滴を含む細胞の数の計数が広く用いられているが、ウシ脂肪前駆細胞の初代培養においても、GPDH活性がやや低いものの、いずれの評価方法も用いることができることを明らかにした。最近、脂肪細胞の分化にperoxisome proliferator-activated receptor(PPAR)γが関与していることが報告され、注目を集めている。このレセプターのリガンドの1つであるthiazolidinedione誘導体をウシ脂肪前駆細胞の培地に添加したところ、脂肪細胞への分化を強力に誘導した。そこで今後はクローニングにおいて分化能の維持を検定する際にthiazolidinedione誘導体を用い、分化能を維持する細胞の検出を容易にすることにより、細胞株樹立の確率を高める。前年度に引き続き、増殖能・分化能を長期にわたって維持しうるクローンを探索した。ウシ脂肪前駆細胞き初代培養はげっ歯類のそれよりも脂肪細胞へ分化する細胞の割合が低い。そこで、有用な脂肪前駆細胞株を樹立するためには、分化能力の高い脂肪前駆細胞の割合を高めることが必要であると考え、段階的トリプシン法や細胞付着法などを併用して継代を進めた。また、脂肪前駆細胞に対し特異的に増殖を促進するタンパクが脂肪組織で産生されているという報告があることから、ウシ脂肪組織からタンパクを粗精製し、これを用いて脂肪前駆細胞の割合を高めることを試みた。しかし、いずれの方法も効果に乏しく、長期にわたって継代可能で脂肪前駆細胞の形質を保持するクローンを得ることができなかった。また、前年度において転写制御因子PPARγのウシ脂肪前駆細胞における明らかにしたが、マウスにおいてPPARと密接な関係にあるとされている転写制御因子RARのウシ脂肪前駆細胞における重要性を検討する目的で、RARのリガンドであるレチノイン酸、およびその前駆物質であるレチノールをウシ脂肪前駆細胞の倍地に添加し、脂肪細胞への分化に及ぼす影響を調べた。いずれの物質も、チアゾリジン誘導体の脂肪細胞分化誘導効果をブロックした。したがって、ウシ脂肪前駆細胞においても、PPARとRARの相互作用は存在することが推察された。またこのことはビタミンAが肥育牛の筋肉内に存在する脂肪前駆細胞の分化を通常抑制しており、低ビタミンA栄養状態になるとそれが解除され脂肪交雑が高まる可能性を示唆する。
雌の下垂体に新たにみいだされ雄にはみられない糖蛋白の実験解剖学的研究

神経系に存在する特定の糖蛋白に対するモノクローン抗体を用いて、免疫組織化学により検出されたラットの下垂体前葉の一部の腺細胞の免疫陽性反応を、実験形態学的に解析した。1.免疫陽性反応は雌ラットの下垂体前葉に見られた。免疫陽性の細胞は、黄体化ホルモン抗体にも免疫陽性であったことから、ゴナドトロピン(GTH)産生細胞のサブポピュレーションであることが判明した。免疫陽性反応は分泌顆粒に限局し、分泌顆粒における抗体物質をimmuno-gold法により検出した結果、本研究が追求する免疫反応性は分泌顆粒に局在していた。雄の下垂体前葉のGTH細胞には問題の免疫陽性反応は認めなかった。2.胎生期には問題とする免疫反応を呈する細胞は見られなかった。新生仔期以降性成熟後にいたるまで、性周期のどのステージにおいても、また、妊娠中にも泌乳中にも問題の免疫反応を呈する細胞が見られた。3.卵巣摘出にともない、免疫反応性が消失した。卵巣摘出後エストロゲンを投与すると、陽性反応が回復した。雄ラットにエストゲンを慢性的に投与すると、本来存在しない免疫陽性細胞が出現した。一方、プロゲステロンとアンドロゲンはこの反応の動態に関与しないと考えられた。4.免疫陽性反応はラット以外の一部の動物の前葉にも認められた。以上の結果は、用いた抗体に特異的に反応する抗原物質は、性ホルモンの作用により、前葉のGTH細胞の一部において産生される、いわゆるestrogen-induced proteinの一つと考えられた。1.免疫陽性反応は、雌ラットの下垂体前葉には免疫陽性細胞が見られ、これらの細胞は黄体形成ホルモン抗体にも免疫陽性であったことから、ゴナドトロピン(GTH)産生細胞のサブポピュレーションであることが判明した。2.胎生雌と新生仔雌の前葉には問題とする免疫反応を呈する細胞は見られなかった。性成熟後には性周期のどのステージにおいても、また、妊娠中にも泌乳中にも。問題の免疫反応を呈する細胞が見られた。3.分泌顆粒における抗原物質をimmuno-gold法により検出した結果、本研究が追求する免疫反応性は分泌顆粒に局在していた。分泌顆粒から抗原物質が放出される可能性を溶血プラーク法により調べたが、放出されることを示唆する結果を得なかった。4.卵巣摘出にともない、免疫反応性が消失した。5.以上の結果は、用いた抗体に特異的に反応する抗原物質は、性ホルモンの作用により、前葉のGTH細胞の一部において産生される、いわゆるestrogen-induced proteinの一つと考えられた。1.免疫陽性反応は雌ラットの下垂体前葉に見られ、免疫陽性細胞は黄体化ホルモン抗体にも免疫陽性であったことから、ゴナドトロピン(GTH)産生細胞のサブポピュレーションである。雄の下垂体前葉のGTH細胞には免疫陽性反応は認めない。陽性反応は分泌顆粒に認められ、immuno-gold法により免疫反応性は分泌顆粒に局在していた。2.卵巣摘出にともない免疫反応性が消失し、卵巣摘出後エストロゲンを投与すると陽性反応が回復した。雄ラットにエストゲンを慢性的に投与すると本来は存在しない免疫陽性細胞が出現した。一方、アンドロゲンはこの反応の動態には関与しないと考えられた。

プロゲステロンをエストロゲン存在下に投与したところ、免疫反応性は変化しないので、プロゲステロンはアンドロゲン同様に、この免疫反応性の動態に直接には関与しないと考えられた。以上の結果は、用いた抗体に特異的に反応する抗原物質は、エストロゲンの作用により、前葉のGTH細胞の一部において産生される、いわゆるestrogen-induced proteinの一つと考えられた。3.下垂体において免疫反応を呈する抗原物質について考察したが詳細は不明であった。免疫陽性反応はラット以外の一部の動物の前葉にも認められたことから、下垂体における抗原物質の普遍性が示唆された。
日本の近世近代移行期における港町の地域構造

本研究では、近世近代移行期の港町の地域構造を、北海道の松前三港を中心に、地域間関係の視点から考察することを目的とした。具体的な方法としては、港町における商品の集出荷機能を流通システムから分析し、それに基づきながら近世港町を位置付けることを試みた。港町の商品の集出荷機能をみる前提として、各港における蝦夷地産商品、内地産商品の移出および移入について概観した。次に、三港における蝦夷地産商品と内地産商品の流通過程を概観した後に、それぞれの集荷機能と出荷機能について考察した。ここで、集荷と出荷を比較してみると、蝦夷地産商品の集荷に関わる様々な社会関係に比して、内地産商品のほとんどは北前船が松前地まで輸送しており、蝦夷地産商品の港への集荷が非常に重要であったことがわかった。このような三港における集出荷機能を明らかにすることは、三港をめぐる地域間関係を考察するうえで重要なポイントとなる。次に、内地・蝦夷地・松前地の関係であるが、これを決定づけるのが松前三港であるともいえよう。つまり、三港にのみ松前藩によって沖の口番所が設置されていることから、前述したように、集出荷機能の港町への「集中」が起こるのである。また、政治的な領域の問題では、松前地と蝦夷地の支配や松前藩と幕府の関係といったものが重要になってくる。そして、内地と蝦夷地の関係を考えるうえでは、各商人(北前船商人、場所請負商人、問屋商人)の経済的対応を考えなくてはならない。三港の機能を明らかにするうえでは、それぞれの後背地についても考えなければならない。今回の成果では、主に、江差の事例を取り上げたが、さらに時期的、地域的に区分しながら考えていく必要がある。特に重要な点は、港町に集中していた商品の集出荷機能が分散化する方向にあり、それを担っていたのが後背地であることである。以上から、とりあえず現段階における分析を通して、近世港町の構造を地域間関係の視点からまとめると、(1)「場」の集中と(2)「場」の分散の両面を見ることができた。
医療放射性廃水の膜分離浄化システムの開発

本研究課題では、放射線治療・核医学検査において排出される放射性ヨウ素および放射性テクネチウムが水中において陰イオン性を呈することを利用して、(1)携帯型尿濾過器の開発、および(2)隔膜電気浸透法を用いる放射性廃水濃縮処理システムの開発を目的とした。この目的のために、陰イオン交換濾紙膜を5種類および両性イオン交換濾紙膜を1種類新たに開発・製造した。当該イオン交換濾紙膜およびバイポーラー膜を用いて効率的な医療用放射性廃水の処理を可能とした。本研究課題では,核医学検査、RI治療において多用される放射性ヨウ素および放射性テクネチウムの廃液を分離・濃縮することを目的として,(1)核医学被検査者が自ら使用できる携帯型尿濾過器の開発,および(2)隔膜電気浸透法を用いて,微電力においても分離処理可能な放射性廃水濃縮処理システムの開発を目的とした。今年度は,従来物よりも高い交換容量を有する陰イオン交換濾紙膜の開発を中心に実施した。その結果,従来の陰イオン交換濾紙膜に比して,約1.8倍の交換容量を有する濾紙膜の開発に成功した。ただし,本研究グループによるin house製法では当該濾紙膜の機械的強度を十分に高めることができなかったため,現在,当該濾紙膜を福岡県。業技術センターの抄紙・圧延機械にて高強度物の製造頂いている。このことにより,放尿時あるいは機械的擁搾時の水圧に破損することがなく,長期間使用できメインテナンスの少ない放射性ヨウ素、放射性テクネチウム除去尿濾過器および隔膜電気浸透式濃縮システムの作成が可能となる。この結果,近年い多用されるようになってきた核医学検査。RI治療時に生じる廃液を管理し易く,また,環境中に排出することなく処理できる可能性が大きくなった。次年度は,当該濾紙膜のヨウ素およびテクネチウムに対するイオン選択性を電気化学測定を用いて評価する予定である。また,ソーラーパネルの小電力で稼動可能な隔膜電気浸透式濃縮システムに不可欠な電極の開発も併せて実施する。本研究課題では、核医学検査・RI治療において多用される放射性ヨウ素および放射性テクネチウムの廃液を分離・濃縮することにより、(1)核医学被検査者が自ら使用できる携帯型尿濾過器の開発、および(2)隔膜電気浸透法を用いて、微電力においても分離処理可能な放射性廃水濃縮処理システムの開発を目的とした。初年度は、自研究室で製造した陰イオン交換濾紙膜を用いたイオン選択性実証試験を行い、イオンサイズに関係なく放射性ヨウ素および放射性テクネチウムが膜分離できることを明らかにした。本年度は、より実用化に近づけるために、初年度実施した濃度勾配を駆動力とする系でのイオン流束をより上げるために、外部電気負荷による電気透析試験を実施した。当該実験系では、外部電気負荷密度に従って、放射性ヨウ素および放射性テクネチウムが濃縮された。一方で、本研究課題が目標とする微弱電力の装置稼働には、電極間の近接化と放射性廃水含有塩濃度の調整が不可欠であることが明らかとなった。現在、このための電気透析装置の改良を実施中であり、平成21年度に検証を行う。また、陰イオン交換濾紙膜に関しては膜成形できない形態ではあるが、単位重量当たり2.2倍の交換容量を有するセルロースの開発に成功しており、前記(1)の携帯型尿濾過器の開発に有効な素材となる。更に、本研究課題の遂行過程で開発された陰イオン交換濾紙膜は生体タンパク質の分離・精製に利用できる可能性を有することが明らかになり、その分野での発展も期待されている。本研究課題では、核医学検査において排出され、その環境排出基準が厳しい放射性ヨウ素および放射性テクネチウムが水中において陰イオン性を呈することを利用して、(1)核医学被検査者が自ら使用できる携帯型尿濾過器の開発、および(2)隔膜電気浸透法を用いて、微電力においても分離処理可能な放射性廃水濃縮処理システムの開発を目的とした。この目的のために、使用後「放射性可燃廃棄物」として焼却処分可能な陰イオン交換濾紙膜を5種類および陰イオン交換基と陽イオン交換基を同等に分散させた両性イオン交換濾紙膜を新たに開発・製造した。本年度は診断に多用される放射性同位元素テクネチウム-99mの医療廃液を効率的に、また環境にやさしく処理するために、医療用放射性廃液の中からテクネチウム-99mだけを分離処理でき、焼却廃棄が可能で、陰イオン交換濾紙膜を用いた処理について研究を行った。本研究では特に、実際の処理で問題となるタンパク質とテクネチウム-99mとの結合に対して、酸処理効果についてテクネチウム-99mとアルブミン(HAS)系で検討を行った。

その結果、陰イオン交換濾紙膜を透過しての99mTcO4・の拡散流束は、99mTcO4-のみを投入した場合、共存するNaC1の濃度勾配にも拘らず、投入した99mTc04-の濃度勾配に沿って、増加した。これにHSAを一緒に投入すると、HSAがない場合に比べて流束は約79%減少した。この状態において、この膜処理系全体に通電すると、99mTcO4-投入相のpHは4.2まで下がり、99mTcO4-流束は約56%回復した。これは、通常では99mTcO4-がHSAに結合ることによって、陰イオン交換濾紙膜の透過速度が減少するが、酸処理の適用により、HSAから99mTcO4-が解離し、分離が進むと考えられた。当初より予定していた(1)携帯型尿濾過器および(2)隔膜電気浸透式濃縮システムの開発に目処を付けることができた。
糖尿病の再生遺伝子治療

血糖の感知とインスリン産生の生理的制御を行なうには、門脈の解剖学的特性が極めて重要であり、我々はその観点から、肝臓に膵β細胞を機能的に代替させる新しい糖尿病の制御システムを考案した。furinでモディファイしたインスリン遺伝子を高圧下静脈内投与する系においてストレプトゾトシン誘導糖尿病マウスの治療実験を行い、インスリンを強力なユビキタスプロモーター(CAGプロモーター)にてドライブする場合と、ラットインスリン・プロモーター(RIP)にてコントロールする場合の両方を比較検討した。さらに遺伝子導入・発現の効率を飛躍的に向上する、EBVプラスミドベクターを採用したが、EBNA1遺伝子上流のプロモーターとしても、同様にCAG、またはRIPを組み込んだ。CAGプロモーターの場合には空腹時血糖の著明な低下が認められ、コントロール群が350-400であるのに対し投与群では100以下と著しい血糖低下を呈していた。一方で、RIPを用いた群では空腹時血糖の低下は全く認められず、インスリンのELISAでも有意な上昇は見られなかったが、グルコース負荷試験にて血糖依存性のインスリン発現が認められた。これらの結果は、INS導入により。血糖のコントロールが肝臓で可能であること、プロモーターの種類を選ぶことにより正常空腹時血糖をもたらす高発現か、グルコース濃度依存的な制御かを選択することができ、これらの組み合わせにより将来的に必要十分な耐糖能を獲得できる可能性を示している。さらにルシフェラーゼアッセイとRT-PCR解析にて、インスリンプロモーターによる血糖依存性転写活性が肝細胞が認められることを始めて見出したが、これは膵β細胞と肝細胞がその発生過程においてリニエージを共有しており、肝臓によるβ細胞の機能代替が門脈系に着目した再生遺伝子療法によって効率的に行なえる可能性を強く示唆するものである。平成14年度はまずfurinでモディファイしたインスリン遺伝子を高圧化静脈内投与する系においてストレプトゾトシン誘導糖尿病マウスの治療実験を行った。インスリンをドライブするプロモーター・エンハンサーとして、強力なユビキタスプロモーター、CAGプロモーターと、ラットインスリン・プロモーター(RIP)の両方を採用した。遺伝子導入・発現の効率をさらに向上する目的で、EBNA1遺伝子とoriP配列をプラスミドにさらに組み込んだが、このEBNA1の上流のプロモーターとしても、同様にCAG、またはRIPを組み込んだ。するとCAGプロモーターの場合に空腹時血糖の著明な低下が認められ、コントロール群が350-400であるのに対し投与群では100以下とほとんど正常血糖から低血糖を呈していた。この血糖は遺伝子導入後4日後までは認められたがその後上昇し、7日目以降では有意差は無くなった。一方で、RIPを用いた群では空腹時血糖の低下は全く認められず、インスリンのELISAでも有意な上昇は見られなかったが、グルコース負荷試験にて血糖依存性の発現が示唆された。すなわちコントロール群ではグルコース負荷後30分で得られた高値がその後も持続し、120分後にも低下が見られなかったのに比し、RIP-ins導入群では30分をピークとしてその後漸減し、120分後には有意に減少していた。これらの結果は、INS導入により血糖のコントロールが可能であること、プロモーターの種類を選ぶことにより正常空腹時血糖をもたらす高発現か、グルコース濃度依存的な制御かを選択することができることを示している。平成15年度はさらに、糖尿病マウスの治療実験のさらなる検討に加えて、肝臓においてRIPが血糖依存的転写制御能を有しているか否かをin vivoで検証する目的で、ルシフェラーゼアッセイとRNAの発現解析を行う予定である。

furinでモディファイしたインスリン遺伝子を高圧下静脈内投与する系においてストレプトゾトシン誘導糖尿病マウスの治療実験を行い、インスリンを強力なユビキタスプロモーター(CAGプロモーター)にてドライブする場合と、ラットインスリン・プロモーター(RIP)にてコントロールする場合の両方を比較検討した。さらに遺伝子導入・発現の効率を飛躍的に向上する、EBVプラスミドベクターを採用したが、EBNA1遺伝子上流のプロモーターとしても、同様にCAG、またはRIPを組み込んだ。CAGプロモーターの場合には空腹時血糖の著明な低下が認められ、コントロール群が350-400であるのに対し投与群では100以下と著しい血糖低下を呈していた。一方で、RIPを用いた群では空腹時血糖の低下は全く認められず、インスリンのELISAでも有意な上昇は見られなかったが、グルコース負荷試験にて血糖依存性のインスリン発現が認められた。これらの結果は、INS導入により血糖のコントロールが肝臓で可能であること、プロモーターの種類を選ぶことにより正常空腹時血糖をもたらす高発現か、グルコース濃度依存的な制御かを選択することができ、これらの組み合わせにより将来的に必要十分な耐糖能を獲得できる可能性を示している。さらにルシフェラーゼアッセイとRT-PCR解析にて、インスリンプロモーターによる血糖依存性転写活性が肝細胞が認められることを始めて見出したが、これは膵β細胞と肝細胞がその発生過程においてリニエージを共有しており、肝臓によるβ細胞の機能代替が門脈系に着目した再生遺伝子療法によって効率的に行なえる可能性を強く示唆するものである。
太陽圏プラズマ外圏に於けるヘリカル磁場構造及び自己ピンチ効果

現在,パイオニア10,11号及びボイジャー1,2号人工惑星が太陽圏プラズマの外圏へと飛翔しつつあり,太陽圏プラズマの巨視的構造の研究は大変重要となって来ている。太陽は自転するプラズマ球であり,その周辺にヘリカル磁場をつくる。このヘリカル磁場は太陽コロナから惑星間空間へ放射状に流出する太陽風プラズマに定常的に運ばれ,太陽圏外圏へと達する。外圏では太陽風プラズマと星間ガスの相互作用により,太陽風プラズマ終端衝撃波をつくり,その外側では亜音速となり,更に太陽からの距離とともに急激に減速する。これに伴い,太陽風プラズマにより運ばれて来たヘリカル磁場は減速となった領域に蓄積され,磁場構造は増大する。このため磁場圧力が効き,プラズマ流の方向を自転軸方向へと曲げることとなる。以上の物理過程をMHDシミュレーション解析により明かにすることが出来た。更に,このプラズマ流は自転軸に沿って更に外側へと流出するコリメートされた形状となり,軸の周辺のヘリカル磁場によりピンチされつつ伸びて行くことが見出された。このため太陽圏外圏構造は軸に沿って長く伸びた、従来の研究では考えることが出来なかった形状となることを見出した。以上は2次元解析の結果である。これと並行に3次元解析も行った。3次元配位では太陽自転軸と星間ガスの流れの向きを任意にとることが出来,観測から想定されている角度をとることが出来る。この結果,終端衝撃波のすぐ外側で軸に沿って自己ピンチ効果により南北両方向にコリメートされたプラズマ流が出来る事情は2次元の場合と同じであるが,これが遠くでは斜めに吹く星間ガスの影響により,南北両方向にコリメートされた2本のプラズマ流が星間ガスの下流方向へと方向を変えることにより,2本のプラズマ流が太陽圏外圏尾部に形成されるという複雑な構造になることを見出した。
遷移金属化合物における金属絶縁体転移の理論的研究

本研究の目的は、強相関電子系の典型的な物質に対して、その電子状態および金属絶縁体転移を放射光実験等の新しい実験手法で得られる情報を援用して理論的に再検討することにある。V_2O_3、VO_2、Ti_2O_3、Fe_3O_4、ペロブスカイト型構造の遷移金属酸化物で金属絶縁体転移をする物質を研究対象とした。(1)Fe Bサイトのminority spinを持つt_<2g>電子のモデルとしてspinless-3バンドハバードモデルを仮定し、Verwey転移の前後での電荷・軌道秩序を議論した。その結果、non-collinearな軌道磁気モーメントを伴った複素軌道秩序状態が高温および低温相の両方で実現しているという従来とは全く異なる説を提案した。(2)最近、軟X線領域での共鳴X線散乱により、遷移金属イオンの2p内殻から3d軌道への共鳴励起が可能になった。この手法は従来の共鳴X線散乱と異なり、3d軌道の軌道偏極および磁気状態の直接的な情報を得ることができる。この手法により層状ペロブスカイト構造のLa_<1.8>Sr_<0.2>NiO_4に対し、ケルン大学のグループにより電荷秩序及び反強磁性秩序に対応する異常Bragg散乱が観測された。我々は3d軌道の縮重度を考慮した多電子描像に基づく有限サイズクラスター模型を用いて散乱強度のエネルギー及び偏光依存性を解析し、3d電子状態に関し詳細な情報を得た。(3)VO_2とTi_2O_3の金属絶縁体転移について、3d軌道の縮重度を考慮した多電子描像に基づく有限サイズクラスター模型を用いて議論した。この転移は従来から指摘されているような単純な意味でのMott転移でもPeierls転移でもなく、電子配置の大きな変化を伴った新しいタイプの転移であると考えることにより理解できることを示した。転移により正逆光電子分光スペクトルおよび遷移金属L_<2,3>吸収の線二色性に大きな変化が予想され、予測されるスペクトルの計算を行った。遷移金属L_<2,3>吸収の線二色性に関しては、予想通りの変化が観測され、その解析も行った。金属絶縁体転移をする物質として古くから知られているVO_2とTi_2O_3において、Vイオンの3d軌道の縮重度を考慮した多電子描像に基づく有限サイズクラスター模型を用いて、その電子状態を議論した。VO_2とTi_2O_3の転移は従来から指摘されているような単純な意味でのMott転移でもPeierls転移でもなく、電子配置の大きな変化を伴った新しいタイプの転移であると考えることにより、統一的な見地から理解できることを示した。この転移においては3d原子内交換相互作用と格子歪みの両者の存在が本質的である。転移により逆光電子分光スペクトルおよび遷移金属L_<2,3>吸収の線二色性に大きな変化が予想され、予測されるスペクトルの計算も行った。フェリ磁性体であるマグネタイト(Fe_3O_4)は、120K付近でVerwey転移と呼ばれる金属絶縁体転移を起こすが、その転移機構はいまだ明らかになっていない。我々はこの物質における円偏光入射2p内殻共鳴光電子分光実験の解析を行い、価電子帯頂上付近の3d電子状態について詳細な情報が得られることを明らかにした。

また、低温相における軌道・電荷秩序状態についてもt_2g軌道の縮重度を考慮したspinless拡張Hubbardモデルを用い議論した。その結果、この物質の低温相においては従来から議論されていた電荷秩序のみでなく、noncollinearな軌道モーメントを伴った軌道秩序状態が存在する可能性があることを指摘した。マグネタイトFe_3O_4はフェリ磁性体であり、約120Kで電気抵抗に2桁の飛びが生じ、同時に構造相転移を起こす。半世紀以上にわたり精力的な研究がなされてきたにも関わらず、この1次転移がVerweyが提案したように低温相でのFe BサイトのFe^<2+>イオンとFe^<3+>イオンの電荷整列に起因するのか、そもそも電荷秩序が存在するのかすらも明らかになっていない。我々はFe Bサイトのminority spinを持つt_<2g>電子のモデルとしてspinless-3バンドハバードモデルを仮定し、有限サイズクラスターの厳密対角化法とHatree-Fock近似を用いて、このいわゆるVerwey転移の前後での電荷・軌道秩序を議論した。その結果、non-collinearな軌道磁気モーメントを伴った複素軌道秩序状態が高温および低温相の両方で実現しているという従来とは全く異なる説を提案した。ここで言う複素軌道秩序状態とは、占有軌道の波動関数が3つのt_<2g>軌道xy,yz,zxの複素係数の線形結合として表される秩序のことである。このモデルではVerwey転移は3d電子状態と格子歪みとの強い結合によって、低温相で電荷秩序を伴ったより長周期の秩序状態が実現することに起因し、バンドギャップの異なる半導体から半導体への転移であると解釈される。銅酸化物高温超伝導体と同じ層状ペロブスカイト構造のLa_2NiO_4のLaを適当な割合でSrに置換すると低温Ni^<2+>イオンとNi^<3+>イオンがNiO_2平面に反強磁性秩序を伴って縞状に整列する。しかしこの秩序状態は長周期であり、その電子状態を実験より解析するのは容易ではない。最近、軟X線領域での共鳴X線散乱により2p内殻から3d軌道への共鳴励起が可能になった。この手法は従来の共鳴X線散乱と異なり、3d軌軌道偏極および磁気状態の直接的な情報を得ることができる。この手法によりLa_<1.8>Sr_<0.2>NiO_4に対し、ケルン大学のグループにより電荷秩序及び反強磁性秩序に対応する異常Bragg散乱が観測された。我々は3d軌道の縮重度を考慮した多電子描像に基づく有限サイズクラスター模型を用いて散乱強度のエネルギー及び偏光依存性を解析しNi 3d電子状態に関し詳細な情報を得た。銅酸化物超伝導体のCuo_2平面の場合と同様に、この系のNiO_2平面も二次元性が強く、Sr置換によりドープされたホールは面内酸素の2p軌道上にあることが分かった。