hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
真皮層組織の走行性評価のための超音波音速方向依存性計測に関する基礎研究

本研究は、皮膚真皮層組織の走行性(方向性)を超音波音速の異方性から検出する手法の確立を目的としている。この走行性は真皮層に含まれる膠原線維の特性に基づくものであり、皮膚表面で多方向に超音波音速を計測すると方向依存性として現れる。そのときの最大音速方向が組織の走行方向であると推定できる。本研究では、皮膚の計測部位に負担が少なく、皮膚層中に音波を伝搬させる必要性から、超音波探触子の先端に生体とほぼ同じ硬さのシリコン樹脂により音波プリズムを構成した。超音波は音波プリズムにより、表面方向に屈折して皮膚中を伝搬する。このプローブにより皮膚層を模したモデル実験において、表面層音速の寄与の大きな計測値が得られることを確認した。また、臨床的計測のために身体の湾曲部位表面でも計測が可能であるように、プローブの構造的な改善を行い、その効果を検証した。臨床応用の基礎データとして、ヒトの腕部皮膚面について多地点測定から方向マップを作成し、その結果が従来行われる外力による皺形成から得られる走行方向の推定結果と一致することを示した。さらに、各測定点の音速方向依存性から走行性の方向のみならず、その強さを示す指標についても検討し、可能性を確認した。これらのモデル実験及び皮膚上での実計測実験により、本方式の臨床応用の実用性を確認した。本研究は、皮膚真皮層組織の走行性を超音波音速の異方性から検出する手法の確立を目的としている。この走行性は真皮に含まれる膠原線維の物理的方向性に基づくものであり、このような組織に多方向に超音波を伝搬させた場合、音速に方向依存性が生じる。本研究では、まず線維方向の明確なイカの組織を用いて音速の方向依存性を計測し、一回転中2回の音速の方向変化があること、組織の線維方向と音速の最大方向とがほぼ一致していることを確認した。次に、皮膚の音速を計測するために、振動面を対向させたトランスデューサを皮膚に押し当てる形態で皮膚表面の音速を多方向に計測し、その結果としてイカと同様に2回の方向変化を得た。このときの計測結果から近似余弦関数を利用して求めた音速の最大方向は、皮膚にできるしわの様子から簡易的に推定される線維方向と同様の傾向を示したことから、本手法の基本的原理が確認できた。臨床応用においては、測定部位に発赤、変形等の影響を与えることなく計測することが重要であるため、トランスデューサからの超音波を軟らかなシリコン樹脂を介して、音波の屈折を利用して皮膚の表面方向に伝搬させるプローブについて検討した。このトランスデューサを用いて腕と背中の音速の方向依存性を計測し、走行方向を推定できることを確認した。さらに、計測の高速化、高精度化のために皮膚に押し当てたまま回転可能なプローブについて検討した結果、有効性が示された。
CDFW(センタードライブ摩擦圧接)法による低入熱異材接合技術の確立

摩擦圧接法は,高性能・高機能製品を作製するための有効な溶接法の一つであるが,同法は回転摩擦運動を利用して接合を行うため,高速回転に耐えられない長尺材や,大重量部分および非対称重量部を有する素材の接合には適さない。また,角棒同士のように接合面の角と角とを一致させる,すなわち主軸の回転位相を一致させて停止させることができないため,これら素材の接合にはほとんど適用されていない。そこで,これらを解決する方法としてセンタードライブ方式の摩擦圧接(以下,CDFWと記す)法の適用が考えられる。本研究では,中央片長が10mm程度となるような短片を有するCDFW装置を開発して低入熱異材接合技術を確立することを目的とした。本年度は,軟鋼角棒同士の接合を行った結果,位相制御することなく,母材部から破断する角棒摩擦圧接継手が容易に作製できること明らかにした。また,最適な肉厚および形状の中央片を用いることで初期トルク到達後の発生する摩擦トルクによって自動的に接合を完了させるという,低入熱状態で接合を完了させ,かつ健全な継手が得られる新たな接合方法の提案を行うことができた。そして,この方法が軟鋼はもとより,溶接性が悪い中炭素鋼に対しても適用できることを示した。さらに,これらにこれに関連して,異材接合を行うための基礎実験と,接合が極めて難しい薄肉円管の接合に適用するための基礎実験として,一般的な接合方式の摩擦圧接装置を用いて鋼材/アルミニウム系材料,鋼材/銅系材,チタニウム系材/銅系材料の組合せやステンレス鋼薄肉円管同士の接合を行い,いずれも母材部から破断するような良好な継手が得られる可能性を得ることができた。そして,これらの結果を踏まえ,異種材料の組み合わせに対してもCDFW法が適用できる可能性を得ることができた。また,圧接条件が論理的に決定できる可能性もシミュレーションによって得ることができた。摩擦圧接法は,高性能・高機能製品を作製するための有効な溶接法の一つであるが,同法は回転摩擦運動を利用して接合を行うため,高速回転に耐えられない長尺材や,大重量部分および非対称重量部を有する素材の接合には適さない.また,角棒同士のように接合面の角と角とを一致させる,すなわち主軸の回転位相を一致させて停止させることができないため,これら素材の接合にはほとんど適用されていない.そこで,これらを解決する方法としてセンタードライブ方式の摩擦圧接(以下,CDFWと記す)法の適用が考えられる.しかし,これまで提案されている方式では,中央で回転させる素材(以下,中央片という)をチャックによって固定してそれ自体を回転させる構造となっているため,100mm以上の中央片の長さが必要となる.そこで本研究では,中央片長が10mm程度となるような短片を有するCDFW装置を開発して低入熱異材接合技術を確立することを目的とした.その中で本年度は,CDFW装置を製作して軟鋼の接合実験を行った.その結果,接合面には未接合部などの欠陥は認められず,継手は母材と同等の引張強度を有して母材破断することを明らかにした.また,中央片の板厚や形状を変化させて接合を行い,接合現象を観察したところ,適切な肉厚および形状の中央片を用いることで,初期トルク到達後の発生する摩擦トルクによって中央片にせん断破壊を生じさせ,回転動力を自動的に遮断させることを示した.さらに,得られた継手の引張試験を行ったところ,母材と同等の引張強度を有して母材破断する健全な継手を得ることを明らかにした.すなわち,CDFW法によって低入熱状態で継手が作製できる可能性を示した.そして,一般的な方式の摩擦圧接装置を用いて異材接合を行うための基礎実験を行い,異材接合の場合でも初期トルク到達時点で母材部から破断するような良好な継手が得られる可能性を得た.摩擦圧接法は,高性能・高機能製品を作製するための有効な溶接法の一つであるが,同法は回転摩擦運動を利用して接合を行うため,高速回転に耐えられない長尺材や,大重量部分および非対称重量部を有する素材の接合には適さない.また,角棒同士のように接合面の角と角とを一致させる,すなわち主軸の回転位相を一致させて停止させることができないため,これら素材の接合にはほとんど適用されていない.そこで,これらを解決する方法としてセンタードライブ方式の摩擦圧接(以下,CDFWと記す)法の適用が考えられる.本研究では,中央片長が10mm程度となるような短片を有するCDFW装置を開発して低入熱異材接合技術を確立することを目的とした.その中で本年度は,昨年度の研究の中で作製したCDFW装置を用いて軟鋼角棒同士の接合を行った.その結果,適切な接合条件および中央片の形状を用いることで位相制御することなく,かつ接合邦に欠陥がほとんどない状態で母材と同等の引張強度を有して母材部から破断する継手が容易に作製できること明らかにした.また,軟鋼丸棒同士の接合を行ったところ,最適な肉厚および形状の中央片を用いることで初期トルク到達後の発生する摩擦トルクによって中央片に対して周方向せん断破壊を生じさせ,これにより回転動力を自動的に遮断させることができた.そして,得られた継手の引張試験を行ったところ,接合邦に欠陥がなく,かつ母材と同等の引張強度を有して母材部から破断する継手を得ることができた.すなわち,CDFW法によって低入熱状態で健全な継手が作製できることを示した.

さらに,異材接合を行うための基礎実験として,-般的な方式の摩擦圧接装置を用いて鋼材/アルミニウム系材料,鋼材/鋼系材料の組合せについてその接合現象を観察するとともにこれらの異材`継手を作製した.そして,どちらの組合せでも初期トルク到達以降の摩擦時間で母材部から破断するような良好な継手が得られる可能性を得た.摩擦圧接法は,高性能・高機能製品を作製するための有効な溶接法の一つであるが,同法は回転摩擦運動を利用して接合を行うため,高速回転に耐えられない長尺材や,大重量部分および非対称重量部を有する素材の接合には適さない。また,角棒同士のように接合面の角と角とを一致させる,すなわち主軸の回転位相を一致させて停止させることができないため,これら素材の接合にはほとんど適用されていない。そこで,これらを解決する方法としてセンタードライブ方式の摩擦圧接(以下,CDFWと記す)法の適用が考えられる。本研究では,中央片長が10mm程度となるような短片を有するCDFW装置を開発して低入熱異材接合技術を確立することを目的とした。本年度は,軟鋼角棒同士の接合を行った結果,位相制御することなく,母材部から破断する角棒摩擦圧接継手が容易に作製できること明らかにした。また,最適な肉厚および形状の中央片を用いることで初期トルク到達後の発生する摩擦トルクによって自動的に接合を完了させるという,低入熱状態で接合を完了させ,かつ健全な継手が得られる新たな接合方法の提案を行うことができた。そして,この方法が軟鋼はもとより,溶接性が悪い中炭素鋼に対しても適用できることを示した。さらに,これらにこれに関連して,異材接合を行うための基礎実験と,接合が極めて難しい薄肉円管の接合に適用するための基礎実験として,一般的な接合方式の摩擦圧接装置を用いて鋼材/アルミニウム系材料,鋼材/銅系材,チタニウム系材/銅系材料の組合せやステンレス鋼薄肉円管同士の接合を行い,いずれも母材部から破断するような良好な継手が得られる可能性を得ることができた。そして,これらの結果を踏まえ,異種材料の組み合わせに対してもCDFW法が適用できる可能性を得ることができた。また,圧接条件が論理的に決定できる可能性もシミュレーションによって得ることができた。
レーザーヘテロダイン分光法による成層圏オゾン変動の研究

1.レーザーヘテロダイン分光計の開発波長可変半導体レーザーを局発としたレーザーヘテロダイン分光計を開発し、赤外領域(波長8.5μm9.5μm)における大気分子(オゾンおよび亜酸化窒素)吸収線の超高分解能分光を実現した。分解能0.0013cm^<-1>(40MHz)または0.0027cm^<-1>(80MHz)、信号対雑音比は300600である。この性能が得られたのは、(1)回折限界の性能をもつ光学系による信号光と局発光の重ね合せ(2)局発レーザーの不安定をまねく局発ビーム戻り光の遮断(3)液体窒素冷却が可能な局発レーザーの使用による局発レーザー発振の安定化を行ったことによる。2.データ解析および結果吸収線プロファイルから反転法により吸収物質の高度分布を求めるためのコンピューターコードを開発し、実際に観測された吸収線プロファイルに適用しデータ解析を行った。得られた高度分布の誤差は高度に依存するが、27%、高度分解能は46kmである。反転法の結果は気柱全量、高度分布とも気象庁によるドブソン分光計およびオゾンゾンデ観測の結果とよい一致を示した。また亜酸化窒素の観測結果もサンプリング法を用いた結果とよい一致を示した。3.今後の計画今後はレーザーヘテロダイン分光計の分解能をさらに0.0007cm^<-1>(20MHz)程度まで向上させ、オゾン観測の高度上限を上げるとともに、オゾン化学に関連した大気微量成分の観測を続けてゆく予定である。1.レーザーヘテロダイン分光計の改良装置に次のような改良を加えてオゾン吸収線観測の精度向上を実現した.(1)回折限界の性能をもつレンズにより信号ビームおよび局発ビームのコリメーションと光ミキサーへの集光を行ない,信号光と局発光の波面結合を改善した.(2)局発レーザー光の戻り光対策を行なった.以上の改良により,0.0027cm^<-1>の分解能で100以上の信号対雑音比での大気吸収線観測が可能となった.2.オゾン吸収線の観測以上の改良を施したレーザーヘテロダイン分光計を用い,局発半導体レーザーの電流変化により発振波数を走査する方式で大気吸収線の観測を実施した.測定スペクトル範囲は1044.81064.7cm^<-1>で電流による単一モード同調可変範囲は0.40.7cm^<-1>,モード間隔は4cm^<-1>以下であった.波数同定は波数位置の知られているメタノール吸収線の同時測定による可能となった.観測データはデジタル処理により重ね合せが可能で20分程度の時間分解能でS/N比100以上が実現できた.3.観測データの検討1064.5cm^<-1>付近のオゾン吸収スペクトルについて観測データと,AFGLHITRANデータベースを用いて計算されるスペクトルとの比較を行なった.計算に用いるモデル大気のパラメータを変化させることにより観測データは再現され得ることが確認されたので今後反転法を用いたオゾン高度分布の決定を行なってゆく.1.レーザーヘチロダイン分光計の改良局発として用いる波長可変半導体レーザーを液体窒素冷却でシングルモード発振が可能なものに交換した。その結果、オゾン(O_3)および亜酸化窒素(N,O)の吸収線プロファイルの測定が300600の信号対雑音比おらび0.0013cm^<-1>(40MHz)または0.0027cm^<-1>(80MHz)の分解能で可能となった。2.データ解析および結果単一の吸収線プロファイルから反転法を用いて吸収物質の体積混合比の高度分布を求めるためのコンピューターコードを開発し、実際に観測された吸収線プロファイルに適用したデータ解析を行った。得られた高度分布の誤差は高度に依存するが27%、高度分解能は46kmである。

(1)オゾンの観測結果は気象庁によるドブソン分光計を用いたオゾン全量観測およびオゾンゾンデによる高度分布観測と比較の結果、オゾン全量については館野、札幌でのドブソン観測値とよい一致がみられ、また高度分布についても同時同一地点での観測でないにれかかわらずよい一致がみられた。(2)亜酸化窒素の観測からは、地上から高度約20kmまでは約300pp6vの等体積混合比で20km以上は高度とともに減少する結果が得られた。3.今後の計画今後はレーザーヘテロダイン分光計の分解能をさらに0.0007cm^<-1>(20MHz)程度まで向上させオゾン観測の高度上限を上げるとともにオゾン化学に関連した微量成分の観測を続けてゆく予定である。
マウスSEP1ホモログの初期発生、配偶子形成、免疫グロブリン再構成における役割

出芽酵母のSEP1遺伝子産物(Sep1p)は、DNAの組換え、RNA代謝、微小管形成、胞子形成、テロメア形成、細胞の老化など、細胞内の様々な機能に関与していることが知られている。本研究では、これらの細胞レベルで明らかにされている機能が、哺乳動物の個体レベルでどのように反映されるのかを調べることを目標とした。そのためにマウスのSEP1関連遺伝子のcDNAの単離を行い、そのcDNAの構造と機能を解析した。マウス精母細胞cDNAライブラリーより得られたDhm2は、出芽酵母の減数分裂や老化に重要なSEP1の相同遺伝子である。Dhm2は1687アミノ酸からなる蛋白質をコードする。本研究により、Dhm2は単に構造的のみならず、機能的にも出芽酵母のSEP1と相同性を有していること、Dhm2の発現は精巣特異的に行われていること、が明らかになった。さらに、Dhm2ホモログのDhm1が生育に必須であることがわかったことから、Dhm1の変異マウスの作成は困難となった。しかし、酵母dhp^+遺伝子の研究によってその可能性が開けてきた。酵母dhp1-1ts変異は、野生株Dhp1pのC末端領域を欠失させることによって得られたものである。従って、マウスDhm1についても、Dhm1pのC末端を欠失させることによって変異遺伝子を得、変異マウスを得るという戦略を立てることが可能になった。この研究によって、Dhm1及びDhm2のノックアウトマウスの作製を通じて、Dhm1及びDhm2の発生段階における要求性や、個体の老化、配偶子形成における役割を明らかにする基礎が築かれた。
対話型進化計算と生理的解析に基づくマルチメディア視聴者の情動制御に関する研究

平成1719年度にかけて3ステップからなる研究計画を立て取り組んだ.第1ステップ「生理反応に影響を与える可能性のある映像特徴の抽出」では,第1に,複数の映画からタイプの異なる20秒程の60シーンを切り出し,物理的映像特徴78種を抽出した.第2に情動空間と呼ぶ(緊張-弛緩)軸と(爽快-陰鬱)軸からなる2次元心理空間を構成し,時間のかかる生理実験ではなく心理実験によって,78種の映像特徴から生理反応に影響がある可能性のある映像特徴を30種に絞り込んだ.第2ステップ「文脈に依存しない抽象映像の特徴量変化と生理的反応との関係抽出」では,第1に,有意な相関が認められた30種類の特徴量の中から,最も生理反応に影響するであろうと考えられた(相関の高かった)映像特徴量を10通りに変化させた抽象映像を作成した.通常の映画シーンの場合文脈(映画のストーリ)が情動に大きく影響するので,この影響をなくすことが目的である.第2に,これらの映像を被験者に提示し生理データとの関係を調べた.計測生理データは,側頭部と後頭部の4箇所での脳波,心拍,脈波,精神発汗の8種類である.しかしながら,物理量変化に対する生理計測値は個人差が大きく,まだ物映像特徴量と有意な相関が認められる被験者間に共通な特徴量は見いだせていない.第3ステップ「拡張インタラクティブ進化的計算を用いた感動生理状態へ誘導する映像特徴の最適探索技術の確立」では,生理状態をターゲット(あるいは理想)生理状態に導くよう映像特徴を最適化する.第2ステップでまだ生理反応を制御可能な映像特徴が見出せていないので,インタラクティブ進化的計算の改良に研究の重点を置いた.進化的多目的最適化との組合せ,Particle Swarm Optimizationの導入,インタラクティブ進化的計算ユーザの評価モデルの導入,等が主な成果である.平成1719年度にかけて3ステップからなる研究計画を立て取り組んだ.第1ステップ「生理反応に影響を与える可能性のある映像特徴の抽出」では,第1に,複数の映画からタイプの異なる20秒程の60シーンを切り出し,物理的映像特徴78種を抽出した.第2に情動空間と呼ぶ(緊張-弛緩)軸と(爽快-陰鬱)軸からなる2次元心理空間を構成し,時間のかかる生理実験ではなく心理実験によって,78種の映像特徴から生理反応に影響がある可能性のある映像特徴を30種に絞り込んだ.第2ステップ「文脈に依存しない抽象映像の特徴量変化と生理的反応との関係抽出」では,第1に,有意な相関が認められた30種類の特徴量の中から,最も生理反応に影響するであろうと考えられた(相関の高かった)映像特徴量を10通りに変化させた抽象映像を作成した.通常の映画シーンの場合文脈(映画のストーリ)が情動に大きく影響するので,この影響をなくすことが目的である.第2に,これらの映像を被験者に提示し生理データとの関係を調べた.計測生理データは,側頭部と後頭部の4箇所での脳波,心拍,脈波,精神発汗の8種類である.しかしながら,物理量変化に対する生理計測値は個人差が大きく,まだ物映像特徴量と有意な相関が認められる被験者間に共通な特徴量は見いだせていない.第3ステップ「拡張インタラクティブ進化的計算を用いた感動生理状態へ誘導する映像特徴の最適探索技術の確立」では,生理状態をターゲット(あるいは理想)生理状態に導くよう映像特徴を最適化する.第2ステップでまだ生理反応を制御可能な映像特徴が見出せていないので,インタラクティブ進化的計算の改良に研究の重点を置いた.進化的多目的最適化との組合せ,Particle Swarm Optimizationの導入,インタラクティブ進化的計算ユーザの評価モデルの導入,等が主な成果である.本研究の全体取組みは以下の通りである.1.映画の各種シーンの物理信号の共通特徴抽出と,感動時の生理的反応の特徴把握1.1感動シーンの収集1.2感動シーンの物理的特徴量解析2.文脈(ストーリ)を外した物理信号の特徴量変化と生理的反応との関係抽出3.拡張インタラクティブ進化計算による,生理反応の制御H17年度は,1.1と1.2を中心に行い,H18年度の1.3の準備のために生理計測機器を整備した.複数の映画からタイプの異なる20秒程のシーンを40シーン程切り出し,生理反応に影響を与える可能性の高い物理的画像特徴量を抽出している.成果は,生理計測なしに生理反応に影響を与えるであろう物理特徴の抽出方法の提案と,その方法による物理的特徴の抽出である.映像シーンに対する物理特徴は非常に多く,時間のかかる生理計測をしながら生理反応に影響のある物理特徴を特定することは現実的ではない.そこで生理反応に対応すると考えられる2要素からなる空間(生理空間と呼ぶ)を考え,印象に基づいて切り出した各種のシーンを生理空間に配置する.ある物理特徴を取り上げてこれらのシーンの物理特徴量を求める.もし,この物理特徴量が生理空間上のシーンの分布を説明できるのであれば,この物理特徴は生理反応に影響を与える可能性がある.この方法で生理反応に影響を及ぼす物理特徴候補を絞り,2の生理計測で実際に反応に関係するかどうかを最終確認する.生理空間として,(緊張-弛緩)軸と(爽快-陰欝)軸からなる2次元空間を考え,30人程の被験者

実験を通じて,40程の映画シーンを生理空間に配置した.カメラ切り替わり時間周期や各画面色平均のXY色度図の中心からの距離は,(緊張-弛緩)軸に対して相関0.5前後の高い値を示し,生理計測なしに生理反応に影響を与える可能性のある物理特徴の選別を行うことができた.本研究の全体取組みは以下の通りである.1.映画の各種シーンの物理信号の共通特徴抽出と,感動時の生理的反応の特徴把握1.1感動シーンの収集1.2感動シーンの物理的特徴量解析2.文脈(ストーリ)を外した物理信号の特徴量変化と生理的反応との関係抽出3.拡張インタラクティブ進化計算(拡張IEC)による,生理反応の制御H18年度は,H17年度成果の1に基づき,2を中心に行った.初めにH17年度の心理実験で得られた結果と提示映像の物理特徴78種類との間に有意な相関が認められた30種類の特徴量の中から,最も生理反応に影響するであろうと考えられた(相関の高かった)対数パワースペクトルの傾斜を物理的画像特徴量とし,H18年度はこの物理特徴量と生理反応との関係を,生理計測を通じて解析した.まず,文脈(ストーリや意味)の影響を排除するため抽象ムービを作成し,提示時間,計測生理データの設計を行った.次に,上記物理特徴量を10通り変化させた20秒の抽象ムービを提示して生理計測を行った.計測生理データは,側頭部と後頭部の4箇所での脳波,心拍,脈波,精神発汗の8種類である.現在,10通りに変化させた物理的画像特徴量と生理データの中からまず脳波との対応を解析している最中である.現在時点では,まだ物理的画像特徴量と有意な相関が認められ脳波中の信号特徴量は見いだせていない.H19年度はこの解析を継続する.相関が見つかった場合,残りの物理映像特徴を変化させて生理計測を行い,情動制御の可能性のある物理映像特徴を増やすと共に,拡張IECを導入して生理反応の制御に取り組む予定である.平成19年度は下記の全体研究3計画のうち,(2)を完成させ,(3)の生理の制御を始める予定であった.(1)映画の感動シーンの物理信号の共通特徴抽出と,感動時の生理的反応の特徴把握(2)文脈(ストーリ)を外した物理信号の特徴量変化と生理的反応との関係抽出(3)上記(2)で得られた関係を初期値とし,インタラクティブ進化計算を用いて感動生理状態を再現する物理的特徴量の最適探索技術の確立しかし,(2)で計測した生理データからと映像特徴との間に有意な関係がまだ見いだせず,(3)に進むことはできなかった.以下には本年度行った(2)について以下述べる.■【生理データ用の映像メディアの制作】映像メディアを提示し,上記ステップで確定した物理特徴量候補を変化させて生理計測を行うためのメディアを作成する.映画のシーンを利用した場合,文脈が情動に大きく影響する.したがって文脈の影響をなくすため,無意味映像を作成し,この無意味映像の物理特徴量候補を変化させた映像メディアを生理計測に用いる.まずはじめに黒の映像区間,白黒のちらつき映像区間の強烈な刺激映像を作成し,生理反応に影響が現れるこどを予備実験として確認した.続いて,2種類の抽象映像刺激(フラクタル映像と半径の異なる複数の円が動く映像)を,対数周波数軸の傾きをパラメータとして10通りのパラメータ値の映像を作成した.■【感動シーンの生理データ計測と映像物理特徴量との対応解析】
新規光応答性シグナル分子によるシナプス記憶情報保存様式の解明

近年、青色光受容体であるPhototropin1のLOV2ドメインを利用して、様々な遺伝子コード型の光応答性分子が開発されてきており、細胞生物学の分野を中心として様々な分野での利用が進められている.そこで我々は、LOV2ドメインを用いて、光応答性キナーゼ阻害ペプチドの開発を行った.さらにこの分子を用いて、海馬神経細胞のシナプスにおいて、1分間程度のCaMKII活性化がシナプスの可塑的変化を惹起するのに十分であることを明らかにした.また、受動的回避テストを用いて、恐怖記憶形成には扁桃体での比較的短時間のCaMKII活性化が重要であり、持続的なCaMKIIの活性化は必要ないことを明らかにした.光操作可能なシグナル阻害分子やシグナル分子を開発し、個体マウスに応用することが本研究の目的である。平成27年度は、植物の光受容タンパク質キナーゼであるPhototropin1のLOV2を用いて、光操作可能なシグナル分子CaMKII阻害ペプチドの開発に取り組んだ。我々が対象にしたキナーゼ分子の阻害ペプチドを様々なリンカーでLOV2ドメインと融合した。これらの分子の、N末端とC末端にmEGFPとmCherryをそれぞれ融合したFRETセンサーを作製した。これらの分子を、HeLa細胞に遺伝子導入し、2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡でFRETを観察することにより、青色光照射によって分子構造が閉構造から開構造に変化するものをスクリーニングした。つぎに、スクリーニングした光応答性阻害ペプチド分子にmCherryを融合したものと阻害相手であるキナーゼにEGFPを融合した分子をHeLa細胞に導入した。これらの、分子間結合が青色光照射によって起こるかどうかをFRET観察により確認した。これらの実験から、光照射によってキナーゼ活性を阻害できる分子をスクリーニングすることに成功した。また、光応答性阻害ペプチド分子の遺伝子を大腸菌に導入し、タンパク質を精製した。これを用いて、光照射依存的にキナーゼ活性を阻害できることを確認することができた。また、様々なキナーゼをHeLa細胞より精製し、光応答性CaMKII阻害ペプチドの特異性を調べたところ、極めて高い特異性でCaMKII活性を阻害することが分かった。現在までに、光応答性のキナーゼ阻害分子の開発に成功した。当初、開発に2年程度を見込んでいたが、初年度中に開発の目途を付けることができた。光操作可能なシグナル阻害分子やシグナル分子を開発し、個体マウスに応用することが本研究の目的である。平成28年度は、植物の光受容タンパク質キナーゼであるPhototropin1のLOV2を用いて、光応答性キナーゼの開発に取り組んだ。我々が対象にしたキナーゼ分子を様々なリンカーでLOV2ドメインと融合した。つぎに、スクリーニングした光応答性分子にGFPを融合したものをHeLa細胞に導入した。これらの実験から、光照射によってキナーゼ活性を操作できる分子のスクリーニングに成功した。当初の目的であった光応答性キナーゼの開発に成功しつつある。これは、2光子蛍光寿命イメージングを用いたFRETアッセイにより、高速で様々な分子のテストを行うことができるようになった事が大きい。光操作可能なシグナル分子やシグナル阻害分子を開発し、個体マウスに応用することが本研究の目的である。平成29年度は、植物のタンパク質であるPhototropin1のLOV2ドメインを利用して、遺伝子コード型光応答性キナーゼの開発を進めた。昨年度までに、神経細胞に発現するキナーゼについて、様々なリンカーでLOV2を融合し、さらにN末端とC末端にGFPとmCherryをそれぞれ融合したFRETセンサーを作製し、その光応答性を2光子蛍光寿命顕微鏡下で調べた。この方法により、光照射依存的に構造変化を起こす新規光応答性分子の開発に成功していた。今年度はこの分子のリン酸化能を調べるため、リン酸化抗体を用いたウェスタンブロッティングを行った。具体的には、HeLa細胞または初代神経細胞に光応答性分子をコードする遺伝子を導入し、光照射の有無によってそれぞれサンプルを作製してリン酸化を検出した。その結果、光照射依存的に自己リン酸化を起こしていることを確認することができた。さらに、現在、光応答性分子をコードするアデノ随伴ウイルスを作製し、マウス大脳皮質において、光応答性分子の発現に成功している。今後は、2光子顕微鏡下で2光子励起によりシナプス長期増強が惹起できるかどうかを調べる予定である。近年、青色光受容体であるPhototropin1のLOV2ドメインを利用して、様々な遺伝子コード型の光応答性分子が開発されてきており、細胞生物学の分野を中心として様々な分野での利用が進められている.そこで我々は、LOV2ドメインを用いて、光応答性キナーゼ阻害ペプチドの開発を行った.さらにこの分子を用いて、海馬神経細胞のシナプスにおいて、1分間程度のCaMKII活性化がシナプスの可塑的変化を惹起するのに十分であることを明らかにした.

また、受動的回避テストを用いて、恐怖記憶形成には扁桃体での比較的短時間のCaMKII活性化が重要であり、持続的なCaMKIIの活性化は必要ないことを明らかにした.今後は、現在までに得られた光応答性のキナーゼ阻害分子の特性を調べる予定である。特に青色光照射による阻害効果のレベルや阻害特異性をさらに詳細に生化学的に調べると共に神経細胞への応用を進める。今後、開発に成功しつつある光応答性分子の生化学アッセイを行い、詳細な解析を行う。また、アデノ随伴ウイルスベクターの作製と個体マウスへの導入を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。生物物理、細胞生物、神経科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
敗血症病態におけるアドレナリンss 3受容体機能の解明

本研究は敗血症病態におけるアドレナリンss3受容体の機能を解明し、敗血症による死亡率を減少することを目的として行われた。その結果、マウス脂肪に発現するアドレナリンss3受容体は敗血症発症後、発現が減少すること、脂肪細胞に対するアドレナリンss3受容体刺激薬の処置は敗血症動物腹腔液により誘導される炎症性サイトカインの発現を抑制する事などを見出した。これはこの受容体が敗血症時、炎症を抑制する役割を持つ可能性を示す。また、PPARy活性化薬の前投与が敗血症動物の死亡率を減少させる原因の一部を見出すことができた。アドレナリンβ3(Adβ3)受容体が発現する脂肪組織は内分泌、及び免疫調節器官として注目されている。本研究では敗血症病態におけるAdβ3受容体の機能を解明する事により、敗血症の患者救命率上昇を目指し検討を行った。また、今年度は同様の目的で敗血症病態に対するPPARγ活性化薬の救命効果も並行して検討を行った。H23年度は、敗血症動物では脂肪組織中のAdβ3受容体mRNA発現が有意に低下していること、培養脂肪細胞へのAdβ3受容体刺激薬の処置は敗血症動物腹腔液誘導性TNFα発現を低下させることを見出した。H24年度では、Adβ3刺激によるTNFα発現低下機序の解明を目的としてAdβ3刺激後の細胞内シグナル伝達経路の検討、及び敗血症モデル動物の生存率に対するAdβ3受容体作動薬の効果の検討を行った。その結果、敗血症動物腹腔液が培養脂肪細胞のp38MAPK及び、JNKの両炎症性シグナルを活性化するが、Adβ3刺激は両シグナルをさらに活性化する傾向を示した。また、選択的Adβ3刺激薬であるCL316243を動物へ投与後、敗血症を誘導したが、その生存率は大きく変化しなかった。しかしながら、Adβ3刺激は炎症誘導の鍵であるTNFαの発現を抑制するため、この反応は敗血症後生存率の改善法を見出すための足場になると考えている。TNFα発現抑制効果の作用機序解明、及びそれを利用した敗血症後生存率の改善法探索のために今後さらに検討を進める必要がある。敗血症病態に対するPPARγ活性化薬の救命効果に関する検討では敗血症誘導前の活性化薬投与が脂肪組織中の炎症抑制性マクロファージマーカー(Arginase、CD163)を増加させる傾向を観察した。また、PPARγ活性化は敗血症発症後の急性肺障害を抑制した。これらの結果は敗血症発症前のPPARγ活性化により敗血症症状を緩和することができる可能性を示す。本研究では敗血症病態におけるアドレナリンβ3(Adβ3)受容体の機能を解明する事により、敗血症の患者救命率上昇を目指している。Adβ3受容体は脂肪細胞に多く存在しており、通常時は脂肪の分解を行い、エネルギー産生、熱産生に関り、他のAd受容体とは異なる生理作用を持つ。そのため、敗血症病態におけるAdβ3受容体の機能を解明する事は、他のAd受容体の機能による対処にプラスする効果を得る可能性につながると考えている。H23年度は敗血症モデルマウスの血清中及び、腹腔液中Ad濃度、脂肪組織におけるAdβ3受容体発現の経時的変化について観察を行った。また、炎症を誘導した培養脂肪細胞におけるAdβ3受容体刺激の効果について検討を行った。敗血症モデルマウスの血清Ad濃度は敗血症誘導後に上昇を始め、誘導24時間の時点では平常時の約5倍(65±18 nM)まで上昇した。また、腹腔液中のAd濃度は平常時において0.2±0.15 nMと低濃度であったが、敗血症誘導24時間後に約30倍まで上昇していた。敗血症モデルマウス脂肪組織におけるAdβ3受容体の発現を観察したところ、Adβ1、Adβ2受容体は敗血症誘導後24時間までの間、大きな変化が観察されなかった。それに対しAdβ3受容体は6時間の時点で約10分の1の発現が減少しており、24時間後には約30分の1まで減少していた。敗血症動物の腹腔液を培養脂肪細胞に処置すると1時間後にTNFαmRNA発現の有意な上昇が観察される。この炎症誘起作用に対するAdβ3受容体刺激作用を検討したところ、Adβ3受容体刺激を細胞に与えた場合、敗血症動物腹腔液によるTNFαの発現上昇が抑制された。これらのことは脂肪組織に発現しているAdβ3受容体は生体における炎症抑制作用の一端を担っており、敗血症初期の炎症誘導を抑制する機能を持つ可能性を考えさせる。H23年度には当初計画した検討(敗血症動物の脂肪組織におけるアドレナリンβ3受容体の発現解析、敗血症動物の腹腔液により誘導した炎症に対するアドレナリンβ3受容体の作用)をほぼ実施することができた。

しかしながら、検討毎に企画した解析をすべて行うことができたとは言い難く、数点の課題を残している。具体的には、敗血症動物の腹腔液により誘導した炎症に対するアドレナリンβ3受容体の作用を解析するうえで、炎症性サイトカインの発現にアドレナリンβ3受容体刺激が関与する知見を得ることができたが、その細胞内シグナル伝達についての解析を残している。しかしながら、H23年度に計画した検討の中でも主な解析項目は終える事ができ、結果も良好なものであると考えている。H24年度は本研究計画の最終年度に当たるため、当初予定した計画をすべて行う予定となる。しかしながら、H23年度に実施できなかった解析企画も存在するため、H24年度4月、5月、6月はその実施が中心となる。具体的には敗血症動物の腹腔液と培養脂肪細胞を用いたin vitro系を使用し、アドレナリンβ3受容体のシグナル伝達の解析を行うこととなる。その解析を行った後、7月以降は主に敗血症モデルマウスを用いたin vivo解析を行う予定である。現段階ではアドレナリンβ3受容体刺激は敗血症刺激後の早い段階での炎症を抑制する可能性を示す知見を得ている。そのため、マウスにアドレナリンβ3授与体特異的アゴニストの処置を行い、敗血症を誘導、その後の生存解析、全身における炎症状態の解析、脂肪組織における炎症の解析を行うこととなる。ここで得られた結果とH23年度に解析を行った結果をまとめ、総括を行う予定である。H24年度ではH23年度に実行できなかった解析も行うこととなるため、当初の研究費使用計画とはやや異なることとなる。当初の予定ではH24年度は動物実験を中心に行うこととなっていたが、H24年度の4,5,6月はin vitro解析が中心となる。そのため、研究費(150万円)の使用計画としては以下のとおりとなる。実験動物及び動物実験解析用試薬(50万円)、RNA解析用試薬(30万円)、タンパク解析用試薬(20万円)、ヒト脂肪前駆細胞(20万円)、培養プラスチック器具(30万円)。なお、本研究計画による研究費の使用割合は検討の進行度合いにより変更される可能性がある。
海洋細菌の様々な環境下でのポーリンチャネルの機能と発現変化

海洋細菌のなかでもVibrio属細菌は環境適応能にすぐれた菌種が多い。本研究では、海洋細菌が種々の環境下に置かれたときにポーリンチャネルの発現を変化させて適応する機構を明らかにする目的で、今回は海洋性魚類病原細菌Vibrio(Listonella)anguillarumを用いてポーリンOmp35Laの発現変化を調べた。オキシテトラサイクリン(OTC)はポーリンを通過して菌体内に入るが、V.anguillarumではどのポーリンから入るかは不明である。今回OTC耐性株を作製してその外膜タンパクを調べたところ、Omp35Laが減少し、かわって26kDaのタンパクが増加した。この26kDaタンパク(Omp26Laと命名)の遺伝子およびタンパク構造を明らかにしたところ、大腸菌のポーリンOmpFに類似していたため、ポーリンチャネルであることが推察された。このことから、通常OTCはOmp35Laを通過するが、耐性株ではOmp35Laの発現が減少し、代わってポアサイズの小さいOmp26Laが発現するため、OTCが菌体内に侵入できないのではないか、と考えられた。Omp26Laは種々の栄養条件、カチオン条件などを変化させても発現は変化しなかったことから、OTCによって特異的に発現制御されている可能性が示唆された。Omp35Laは著者およびSimonsによってタンパクレベルでは研究が進んでいるが、まだ遺伝子レベルでの特性は明らかになっていない。今後はV.anguillarumの主要ポーリンであるOmp35Laの遺伝子構造と発現調節を明らかにしたい。
20Sプロテアソームの示す基質凝集塊形成阻止とアンフォルダーゼ機能の解析

多分子集合体の多機能ブロテアーゼの20Sプロテアソームに、分子シャペロン機能のあることを見いだして報告してきた。分子シャペロンは基質の結合と解離にATPとADPの交換反応が必要とされているが、20Sブロテアソームのサブユニット群内に、これを裏付けるATP-ADP exchange reactionを担うサブユニットとして、CSとC8サブユニットが同定された。20Sプロテアソームのシャペロン機能として、基質蛋白質の熱変性凝集塊形成に対する濃度依存的な抑制効果が認められるが、変性した蛋白質の立体構造を巻きもどすリフォールディング活性は認められなかった。シリンダー状の20Sプロテアソームの両端に、プロテアソームの調節サブユニットの19SCapの結合した26Sプロテアソームでは、より広範なシャペロン機能として熱変性凝集塊形成の抑制効果とアンフオールダーゼ機能が認められた。なお19SCap単独でも、熱変性凝集塊形成の抑制効果とアンフォールダーゼ機能が認められた。26Sプロテアソームの蛋白質分解機能はATP依存性で、プロテアーゼの活性中心のある20Sプロテアソームのシリンダー内に基質蛋白質を運び込むために、ATPは必要と考えられてきた。しかし20S,26Sプロテアソーム,19SCapの熱変性凝集塊形成の抑制とアンフォールダーゼ機能にATPやADPは必要としないことが明らかとなった。しかも熱変性凝集塊形成抑制とアンフォールダーゼ機能の発現に、基質蛋白質はリング状、あるいはシリンダー状のブロテアソームの外側に結合して立体構造変換を受けていることが、変性基質を分解するProteinaseKの効果から推定された。このようにプロテアソームのシャペロン機能は、ATPを必要としない熱性凝集塊形成の抑制とアンフォールダーゼ機能、ATPを必要とする基質蛋白質のシリンダー内への輸送機能に分けて考えられる。我々はプロテアーゼの基質認識機構の解明から、多分子集合体の多機能プロテアーゼの20SプロテアソームのC5とC8サブユニットに、分子シャペロンのHsp70に類似するリン酸基転移酵素活性のシャペロン型Nucleoside diphos-phateKinase(NDPK)活性のあることを世界に先駆け見出した(J. Biol. Chem.,274,34375,1999).なお我々はHsp70ファミリー蛋白質に、従来からいわれていたATPase活性の他に、リン酸基転移反応としてのNDPK活性のあることを見出しており、シャペロン型NDPKとシャペロン作用との関係についての解析が進んでいる(J. Biol. Chem.,273,5435,1998).この研究はさらに発展して20Sプロテアソームのシャペロン活性として、基質の熱変性凝集塊の形成阻止作用と、アンフォルダーゼ作用のあることを明らかにした(J. Biol. Chem.,2002,submitted).以上のこれまでの背景から、多分子集合体としての20Sプロテアソームと26Sプロテアソームを材料として、これまで全く未知の分野として残されていた高次構造を持った蛋白質やペプチドフラグメントの分解機序の解析をシャペロンとの関係から試みた。今年度の研究においてHsp70に含まれるNDPKの活性中心を検索し、新たに見出されたADP結合部位のH227,Glu231,Asp232がNDPKの活性中心の一部を形成していることを明らかにした。このいずれのアミノ酸に変異をいれてもADPの結合力とNDPK活性が失われた。更に20Sと26S

プロテアソームに熱変性凝集塊のアンフォルダーゼ活性が確認された。また化学変性させたcitrate syntaseのリフォールディング活性において、26SプロテアソームにATPの加水分解に依存しないリフォールディング活性が確認できたが、20Sプロテアソームではこの基質に対するリフォールディング活性は確認できなかった。多分子集合体の多機能ブロテアーゼの20Sプロテアソームに、分子シャペロン機能のあることを見いだして報告してきた。分子シャペロンは基質の結合と解離にATPとADPの交換反応が必要とされているが、20Sブロテアソームのサブユニット群内に、これを裏付けるATP-ADP exchange reactionを担うサブユニットとして、CSとC8サブユニットが同定された。20Sプロテアソームのシャペロン機能として、基質蛋白質の熱変性凝集塊形成に対する濃度依存的な抑制効果が認められるが、変性した蛋白質の立体構造を巻きもどすリフォールディング活性は認められなかった。シリンダー状の20Sプロテアソームの両端に、プロテアソームの調節サブユニットの19SCapの結合した26Sプロテアソームでは、より広範なシャペロン機能として熱変性凝集塊形成の抑制効果とアンフォールダーゼ機能が認められた。なお19SCap単独でも、熱変性凝集塊形成の抑制効果とアンフォールダーゼ機能が認められた。26Sプロテアソームの蛋白質分解機能はATP依存性で、プロテアーゼの活性中心のある20Sプロテアソームのシリンダー内に基質蛋白質を運び込むために、ATPは必要と考えられてきた。しかし20S,26Sプロテアソーム,19S Capの熱変性凝集塊形成の抑制とアンフォールダーゼ機能にATPやADPは必要としないことが明らかとなった。しかも熱変性凝集塊形成抑制とアンフォールダーゼ機能の発現に、基質蛋白質はリング状、あるいはシリンダー状のブロテアソームの外側に結合して立体構造変換を受けていることが、変性基質を分解するProteinaseKの効果から推定された。このようにプロテアソームのシャペロン機能は、ATPを必要としない熱性凝集塊形成の抑制とアンフォールダーゼ機能、ATPを必要とする基質蛋白質のシリンダー内への輸送機能に分けて考えられる。
従属栄養性渦鞭毛虫による炭素輸送機構の解明

生物活動による炭素の海洋表層から深層への輸送機能、すなわち生物ポンプを駆動する生物として、植物プランクトンの珪藻が重要な働きをしている。珪藻が沈降するか、他の生物に捕食され糞粒として沈降するか、もしくは表層で分解するかによって、炭素の深層への輸送量は大きく変化する。そのため、珪藻の沈降と共に珪藻の捕食者として優占するカイアシ類等大型の動物プランクトンの捕食に関する多くの研究がなされてきた。一方、珪藻を捕食する従属栄養性渦鞭毛虫に関する知見は限られており、その炭素輸送機構へ及ぼす影響については不明であった。本研究では亜寒帯太平洋において、従属栄養性渦鞭毛虫の珪藻捕食とその炭素輸送機構に関する役割を明らかにするための、現場観測、培養実験、数値モデル実験を行った。珪藻を捕食する従属栄養性渦鞭毛虫としては、Gyrodinium sp.の他、少なくとも4種類のGyrodinium属、Gymnodinium属の渦鞭毛虫が確認された。これらが微小動物プランクトンに占める割合は一般的に低く、珪藻の多い親潮域においても出現が見られない点が多かった。しかしながら、珪藻の大増殖(ブルーム)が見られた点では、それに応じた増加がみられ、親潮域では微小動物プランクトン細胞数の20%、生物量、炭素量の60%に達した。また、亜寒帯循環中央部の点では、微小動物プランクトンの10%程度だった生物量が、ブルームに応じて50%(20.1mgCm^<-3>)にまで増加した。これらのことは、従属栄養性渦鞭毛虫が、珪藻の増殖に応じて増加するという、餌料生物密度に依存した動態特性を持つことを示している。希釈実験法による珪藻群集へ与える摂餌圧は、従属栄養性渦鞭毛虫の密度によって決定されるが、最大摂餌量は、532mgCm^<-3>d^<-1>であった。炭素輸送に及ぼす従属栄養性渦鞭毛虫の役割を明らかにするために、数値モデルを用いた解析をおこなった。亜寒帯循環中央部においては、珪藻ブルームの後にその生産のほとんどを捕食し、無機化する能力を持つことが示された。しかしながら、炭素輸送に及ぼす重要性は、初期細胞密度および捕食者の存在によって変化する。すなわち、珪藻ブルームは1-4週間程度の期間に亘って見られる現象であるが、初期細胞密度が低すぎるか、従属栄養性渦鞭毛虫に対する捕食圧が高いと、珪藻ブルームに影響するほどには増殖できない。カイアシ類の増殖のタイミングが珪藻ブルーム開始のタイミングより早く、カイアシ類の生物量が十分高い場合、珪藻ブルーム発生前に従属栄養性渦鞭毛虫が選択的に捕食され、細胞密度が著しく低下することが示唆された。これらの結果は、春季の珪藻、栄養塩および炭素の動態が、ブルーム発生前の従属栄養性渦鞭毛虫、カイアシ類等生態系構成生物の密度によって大きく影響されることを示す。本研究により、いままで知られていなかった従属栄養性渦鞭毛虫の生態や炭素・生元素循環に及ぼす影響を明らかにしたが、その分布の不均一性、限られた期間にのみ増加する生物学的特性のため、その生態学的、生物地球学的役割については不明な点が多い。特に従属栄養性渦鞭毛虫が果す役割を一般的な生態系モデルで再現することには多くの困難がある。そのためにも、生理学的、生物学的な知見の蓄積がなお必要である。

亜寒帯循環中央部においては、珪藻ブルームの後にその生産のほとんどを捕食し、無機化する能力を持つことが示された。しかしながら、炭素輸送に及ぼす重要性は、初期細胞密度および捕食者の存在によって変化する。すなわち、珪藻ブルームは1-4週間程度の期間に亘って見られる現象であるが、初期細胞密度が低すぎるか、従属栄養性渦鞭毛虫に対する捕食圧が高いと、珪藻ブルームに影響するほどには増殖できない。カイアシ類の増殖のタイミングが珪藻ブルーム開始のタイミングより早く、カイアシ類の生物量が十分高い場合、珪藻ブルーム発生前に従属栄養性渦鞭毛虫が選択的に捕食され、細胞密度が著しく低下することが示唆された。これらの結果は、春季の珪藻、栄養塩および炭素の動態が、ブルーム発生前の従属栄養性渦鞭毛虫、カイアシ類等生態系構成生物の密度によって大きく影響されることを示す。本研究により、いままで知られていなかった従属栄養性渦鞭毛虫の生態や炭素・生元素循環に及ぼす影響を明らかにしたが、その分布の不均一性、限られた期間にのみ増加する生物学的特性のため、その生態学的、生物地球学的役割については不明な点が多い。特に従属栄養性渦鞭毛虫が果す役割を一般的な生態系モデルで再現することには多くの困難がある。そのためにも、生理学的、生物学的な知見の蓄積がなお必要である。従属栄養性渦鞭毛虫の外洋域における生物学的、生態学的特性を明らかにし、生物ポンプ駆動者としての役割を明らかにするための、現場実験およびモデル実験を行った。研究代表者らは、亜寒帯太平洋における珪藻増殖に、従属栄養渦鞭毛虫が応答することを把握していたが、この種は今までは未記載であると考えられるGyrodinium sp.であることを確認した。Gyrodinium sp.は、亜寒帯太平洋生態系において通常は優占することがないが、珪藻増加に応答して増殖し、その増殖速度は、0.59d^<-1>に達した。一般に海洋生態系においては、捕食者は餌生物よりも大型であるが,体長60μm程のGyrodinium sp.は、非常に柔軟な膜構造を持って、体長の最大12倍に達する珪藻群体をphagotrophic feedingすることが可能であった。これは、従来観察された動物プランクトンによる捕食者-餌生物の体長比としては最大のものである。Gyrodinium sp.は捕食した珪藻群体を蠕動運動によって圧縮し、最終的には60-90μm程の糞粒として排泄した。動物プランクトンの糞粒はしばしば未消化の有機物を多く含み、海洋生態系で優占するカイアシ類の場合、捕食量の3割ほどが未消化のまま糞粒として排泄され、鉛直的な炭素輸送に貢献する。しかしながら、Gyrodinium sp.の糞粒は透明であり、排泄直前には核や細胞質がほとんど残っていないことをプロタゴール染色で確認した。従って、Gyrodinium sp.の糞粒は、炭素輸送にあまり大きな貢献をしていない可能性がある。糞粒の炭素、窒素含量等化学成分の解明は今後の課題である。Gyrodinium sp.が珪藻によって固定された炭素をどの程度捕食できるかについては、生態系モデルを用いて計算した。ただし、Gyrodinium sp.の最大摂餌速度、半飽和餌料濃度等は不明であるため、モデルの予備実験で、今まで従属栄養性渦鞭毛藻で報告されている値を用い、観測されたGyrodinium sp.の成長をより良く再現するパラメーターを選んだ。
希土類-コバルト酸化物のp-f軌道混成と電子状態

ペロブスカイト型酸化物RECoO_3(RE:希土類元素)におけるp-f混成効果がもたらす特異な磁性と電子輸送特性との間に相関に注目して、La_<1-x>Pr_xCoO_3単結晶試料を作製し、磁性と電子輸送現象を系統的に研究した。(1)電気抵抗測定から、REサイト置換により、キャリア数が増大する、またはポーラロンホッピング伝導の活性化エネルギーが減少する、といった効果があること、熱電能およびホール効果測定からLaCoO_3へのPr少量ドープにより負符号のキャリア、PrCoO_3へのLa少量ドープにより正符号のキャリアがドープされていることを示唆する結果を得た。これらの実験事実を、Pr-4f軌道がO-2p軌道を介してCo-3d軌道と混成することによりCo-3d軌道に電子的なキャリアがドープされているというモデルで説明することができた。(2)La_<1-x>Pr_xCoO_3単結晶におけるCoによる磁気モーメント成分を抽出することを目的として、La_<1-x>Pr_xAlO_3多結晶試料を作製し、磁化測定を行った。その結果、La_<1-x>Pr_xAlO_3の帯磁率の温度依存性は結晶場を考慮したPr4f状態による磁気モーメントで説明できるが、La_<1-x>Pr_xCoO_3の低温での帯磁率はこれでは説明できないことが明らかになった。この結果はPrの磁気モーメントがLa_<1-x>Pr_xAlO_とLa_<1-x>Pr_xCoO_3で大きく異なることを示唆する。これは、上記のPr-4f軌道のO-2p軌道を介したCo-3d軌道との混成により、Prの磁気モーメントの大きさが変化していることによる可能性がある。すなわち上記モデルの傍証と考えられる。(3)光電子分光によるPr-4f軌道の観測を行い、La_<1-x>Pr_xCoO_3においてはPr-4fレベルがCo-3dレベルに非常に近く、重なっており、Co^<3+>のみを考慮した電子状態では光電子スペクトルが説明できないことが明らかになった。一方4fレベルが深いNdCoO_3ではCo^<3+>-LSで光電子スペクトルは説明できる。これはPr-4f軌道がO-2p軌道を介してCo-3d軌道と混成しているというモデルの有力な証拠であり、上記(1)、(2)とも整合する。(4)(3)で得られたLa_<0.1>Pr_<0.9>CoO_3のCoイオンによる帯磁率の温度依存性(X(T))からスピン転移に伴うCo^<3>の磁気モーメントを求め、2段階スピン転移モデルで解析した。エネルギーギャップのPrドープ量依存性をLa^<3+>とPr^<3+>のイオン半径の違いに寄る化学的圧力効果と考えて解析した結果、(x=0では100K付近の)LS-IS転移は静水圧下におけるスピン転移と同様に化学的圧力とともに2次関数的に増大するのに対し、IS-HS転移は約500Kでほとんど変化しない。これはLS-IS転移とIS-HS転移の機構が本質的に異なっていることを示唆している。ペロブスカイト型酸化物RECoO_3(RE:希土類元素)におけるp-f混成効果がもたらす特異な磁性と電子輸送特性、主に熱電特性との間に相関に注目して、La_<1-x>Pr_xCoO_3単結晶試料を作製し、その磁性と電気伝導現象を系統的に研究した。(1)La_<1-x>Pr_xCoO_3の電気抵抗(r)の温度依存性は絶縁体的で、その電気伝導機構はポーラロンホッピングによると考えられる。しかし、rの値および1n(ρ)対1/Tプロットの傾きは小さくなっており、REサイトをPrまたはLaで少量置換することによって、電気伝導性が向上していることが明らかになった。これは、REサイト置換により、キャリア数が増大する、またはポーラロンホッピング伝導の活性化エネルギーが減少する、といった効果があることを示唆する。(2)熱電能の符号はLaCoO_3では正、PrCoO_3では負の値を示す。これは希土類元素の違いにより、電気伝導を担う電荷の符号が異なることを示唆する。さらに、LaCoO_3にPrを少量ドーブすると熱電能の符号は負になり、絶対値は減少する。また、PrCoO_3にLaを少量ドープすると熱電能の符号は正になり、絶対値は減少する。すなわちLaCoO_3へのPr少量ドープにより負符号のキャリア、PrCoO_3へのLa少量ドープにより正符号のキャリアがドープされていることを示唆する。ホール係数測定の結果も熱電能の結果を支持している。(2)La_<0.1>Pr_<0.9>CoO_3の帯磁率の温度依存性(x(T))はPrCoO_3のそれと100K以下の低温を除いてほぼ等しい。これはPrの4f電子の磁気モーメントの寄与が大きいことを示す。一方、La_<0.9>Pr_<0.1>CoO_3のx(T)はLaCoO_3のそれと同様、100K付近にピークを持ち、500K付近にもプラトーを持つ。