hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光誘起非線形現象を用いたナノ・ミクロ 磁気秩序制御と機能性マイクロマシン創成

有機ラジカル1,3,5-trithia-2,4,6-tiazapentalenyl(以下TTTA)結晶は、室温を挟む広い温度領域にわたって磁気双安定領域を持つ一次の反磁性・常磁性磁気相転移が見出されて以来、新規の強相関物質・光誘相転移を示す物質として注目されている。本研究では、2光子吸収過程により巨大な光応答性を持ったナノ・ミクロ領域の磁気秩序の自律的制御の方法を探索するとともに、その非線形性を活用し、光磁気能性を有した微小マイクロ・ナノマシン創成とその操作手法を構築することを目指すものである。2光子吸収過程に伴うTTTA反磁性相結晶の自己束縛励起子発光強度の励起波長依存性・偏光依存とともに、2光子吸収領域における光誘起磁気相転移の閾値特性を詳細に測定した。その結果、発光強度から見積もった2光子吸収スペクトルは光誘起磁気相転移の閾値の励起エネルギー依存性と良く一致し、大きな非線形性を持って2光子共鳴的に光誘起相転移が生じることを見いだした。また、その励起密度依存性から光誘起相転移の閾値特性を評価し、局所的な格子歪みを伴う自己束縛励起子状態がマクロな光誘起相転移の初期過程として重要であることを見いだした。これらは、光誘起相転移研究に新たな知見を与えるものである。また、2光子光造形法を用いた光磁気機能性を有したマイクロマシン創成の要素技術を確立することを目指し、TTTAの光硬化樹脂への導入を試みた。ピーク強度の高いフェムト秒再生増幅レーザーからの紫外光により硬化させたところ、ある励起強度において数十秒以内に結晶状態を保ったまま高速硬化させられることを見出し、TTTAと光硬化樹脂のマッチングをはかることに成功した。有機ラジカル1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(以下TTTA)結晶は、室温を挟む広い温度領域にわたって磁気双安定領域を持つ一次の常磁性-反磁性磁気相転移が見出されて以来、新規の強相関物質・光誘起相転移を示す物質として注目されている。本研究では、2光子吸収過程によりナノ・ミクロ領域の磁気秩序の自律的制御の方法を探索するとともに、その非線形性を活用し、光磁気機能性を有した微小マイクロ・ナノマシン創成とその操作手法を構築することを目指すものである。本年は、TTTAの光誘起磁気相転移の閾値特性が2光子吸収領域においてどのような励起波長・励起密度依存性を持つのかを詳細に測定した。その結果、2光子励起では、表面だけでなく結晶の内部も効率的に磁気相転移すること、相転移の閾値特性が1光子励起に比べて急峻になり非線形性が増大すること、光誘起磁気相転移は2光子共鳴励起の時最も効率的に生じること、などを見出した。これらの結果は、2光子吸収過程を用いることにより高非線形性を有する磁気秩序制御が可能であり、回折限界を超えた微小サイズの磁気秩序・構造制御ができることを示唆している。また、TTTAの高温相(常磁性相)、低温相(反磁性相)の電子励起状態の緩和過程を発光スペクトルの偏光依存性、発光寿命の測定から明らかにした。その結果、両相ともストークスシフトを伴った自己束縛励起子状態から発光が生じること、低温相の方が二量体化による大きな格子変形を伴うのでストークスシフトが大きいこと、発光寿命は輻射寿命に比べて極端に短く緩和過程としては無輻射過程が支配的であることを見出した。有機ラジカル1,3,5-trithia-

2,4,6-triazapentalenyl(以下TTTA)結晶は、室温を挟む広い温度領域にわたって磁気双安定領域を持つ一次の常磁性-反磁性磁気相転移が見出されて以来、新規の強相関物質・光誘起相転移を示す物質として注目されている。本研究では、2光子吸収過程によりナノ・ミクロ領域の磁気秩序の自律的制御の方法を探索するとともに、その非線形性を活用し、光磁気機能性を有した微小マイクロ・ナノマシン創成とその操作手法を構築することを目指すものである。本年は、強相関有機ラジカル結晶TTTAの2光子吸収の励起波長依存性・偏光依存性を詳細に測定し、2光子吸収領域における光誘起磁気相転移の閾値特性と比較することにより、2光子吸収に伴う光誘起磁気相転移の巨大な非線形応答性を理解することを主な目的とした。その結果、2光子吸収による反磁性相の発光強度は励起密度の2乗に比例すること、そこから見積もった2光子吸収スペクトルは光誘起磁気相転移の閾値の励起エネルギー依存性とよく一致すること、1光子吸収の半分のエネルギー領域で(2光子)発光強度は強くなること、などを見出した。これらの実験結果は、2光子共鳴により大きな非線形性を持って光誘起磁気相転移が生じることを示唆している。2光子吸収では、反磁性結晶の表面だけでなく内部にまで効率的に磁気相転移の源となる「常磁性相の核」が生じる。この核が(閾値を越えて)ある大きさ以上になると3次元的に一気に相転移が進行するので、1光子吸収に比べて急峻で大きな非線形性が現れるものと考えられる。有機ラジカル1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(以下TTTA)結晶は、室温を挟む広い温度領域にわたって磁気双安定領域を持つ一次の反磁性・常磁性磁気相転移が見出されて以来、新規の強相関物質・光誘起相転移を示す物質として注目されている。本研究では、2光子吸収過程により巨大な光応答性を持ったナノ・ミクロ領域の磁気秩序の自律的制御の方法を探索するとともに、その非線形性を活用し、光磁気機能性を有した微小マイクロ・ナノマシン創成とその操作手法を構築することを目指すものである。本年は、2光子吸収過程に伴うTTTA反磁性相結晶の自己束縛励起子発光強度の励起波長依存性・偏光依存性・励起密度依存性を詳細に測定した。そこから見積もった2光子吸収スペクトルは光誘起磁気相転移の閾値の励起エネルギー依存性と良く一致し、大きな非線形性を持って2光子共鳴的に光誘起相転移が生じることを見いだした。また、発光強度の励起密度依存性から光誘起相転移の閾値特性を評価し、局所的な格子歪みを伴う自己束縛励起子状態がマクロな光誘起相転移の初期過程として重要であることを見いだした。また、2光子光造形法を用いた光磁気機能性を有したマイクロマシン創成の要素技術を確立することを目指し、TTTAの光硬化樹脂へのミキシングを試みた。ピーク強度の高いフェムト秒再生増幅レーザーからの紫外光により硬化させたところ、ある励起強度において数十秒以内に結晶状態を保ったまま高速硬化させられることを見出し、TTTAと光硬化樹脂のマッチングをはかることに成功した。
Bi酸素化物超伝導体における相生成促進・ピン止め点導入と線材、バルク材への応用

Bi系酸化物超伝導体(Bi2212,Bi2223)は、現在高温超伝導体の中で実用化に一番近い材料として注目を集め、世界中でその応用化に向けて研究開発が進められている。しかし実用的にはいまだ不十分な状況にある。本研究では、その実用化に当たって最も重要な問題(相生成促進、配向性向上、ピン止め点の導入等)について研究し、この結果を線材やバルク材に適用するとともに、応用上重要な交流損失の低減について調べた。まず、Bi2223相の生成促進に及ぼす他元素添加(置換)効果について調べ、V添加が、Bi2223相の生成と配向性を著しく促進することを見出した。この結果を反映して、作製したV添加AgシースBi2223単芯および多芯線材の臨界電流密度Jcが著しく増大し、しかも、多芯線においてその効果が著しくなる。この効果は、焼成の際生成する微細な酸化物、Sr6V2O11(SVO)が触媒的働きをすることに依ることが明らかになった。また、ピン止め点の導入の可能性を示唆している。さらに、SVOが電気絶縁体で、加工しやすく、しかもBi2223相の生成と配向性を促進する優れた性質を有することを見い出し、このSVOを絶縁バリア材とした種々のBi2223多芯テープ線材を作製しJcの向上と交流損失の低減を図ることに成功した。次に、Jcの向上には結晶配向性の向上が不可欠であるが、バルク材や層厚の厚い線材等に対しては有望な方法が現在見い出されていない。我々は、帯磁率の異方性を利用した強磁場中での結晶配向育成に注目しこれをBi2212のバルク材や線材に適用した。その結果、c軸が育成中の印加磁場Ha方向に優先的に配向し、その配向度はHaの増加とともに増し、3Tの磁場でバルクや線材の中心まで高配向組織が得られ、Jcも著しく向上する。磁場中育成が非常に有力な方法であることを見い出した。また、高濃度Pb置換Bi2212についても研究し、高Jc化のための指針を得ることができた。我々は最近、V添加が、T_Cの低下なしに(Bi,Pb)2223相の生成を著しく促進することを見出した。そこで今年度は、種々のV量を添加した(Bi,Pb)2223線材をAgシース法により作製し、超伝導特性の測定や組織観察を行い、それらの関連性について検討した。Bi_<1.8>Pb_<0.25>Sr_2Ca_2Cu_3V_XO_Y(x=00.3)近傍の粉末をAgパイプ(又はAg合金パイプ)に充填し、線引(1mmφ)、圧延を行い、テープ状(0.2mm厚)にした。それらのテープ線材から短尺試料(50mm長)を切り取り、大気中825840°Cでの焼成と中間プレスを2回ほど繰り返して試料を作製した。それらの試料について、T_CI_C(4.2Kと77K、15Tまでの磁場中)等を測定するとともに、XRD,SEM,TEMを用いて結晶配向性、組織、析出物の形態等について調べた。

実験結果は、V添加量の増加とともに臨界電流密度J_Cは増加する傾向を示し、ピン止め点導入の可能性を示唆している。まだ焼成条件が最適化されていないため、いずれの試料においてもヒストリー効果が大きく、ウィークリンクの存在を暗示している。組織内には、Bi2223相結晶がAgシース面に平行に配向している。VはBi2223結晶中には固溶せず、0.5数μm径の極めて薄い板状の(SrCa)_6V_2O_<11>結晶としてBi2223相のab面に平行に析出、分布しており、それらがピン止め点として作用しているものと考えている。現在さらなるJ_C向上を目指して、Sr-V-O析出物の微細化について研究している。それらの成果を、国際会議(3編)、国内会議(3編)で発表し注目を集めた。さらに、Ir,Ge等の添加効果についても現在研究を進めている。1.前年に引き続き、優れた添加効果を示すV添加について詳細に調べ、一応の結論に達した。(1)VはBi2223相には固溶しなく、最終的にはSr_6V_2O_<11>の微細な酸化物として析出分布するが、Bi2223相の生成過程では、Bi2212相の融点を下げ、融液中に溶け込みBi2223相の生成を促進する重要な役割を果たしている。(2)Bi系超伝導粉末をAgパイプに充填して加工、線引するAgシース法で単芯線、多芯線(19芯)を作製し、臨界電流密度Jcについて検討した結果、多芯線において、V添加が極めて有効で、Bi2223相の生成をより一層促進するためにJcが向上する。特に77KでのJcの向上が著しく、何らかのピン止め点の導入が示唆された。2. Vとは異なる添加効果を示す、IrとFe添加効果について調べた。IrはBi2223相に固溶せず、微細な酸化物として析出分布するが、Bi2223相の生成促進には関与しないため、Jcの向上は認められない。またFeはBi2223相に固溶し、多量に添加すると臨界温度TcやJcの低下は著しいが、微量添加領域では、77KでのJcの向上が認められ、何らかのピン止め点の導入が示唆された。3.高濃度Pb(0.6)添加Bi2212相の相生成を組成、焼成条件を変えて調べ、その最適化を図り、その結果をもとにAgシース線材を作製し、Jcの向上を図っている。Bi系酸化物超伝導線材の実用化に向けて、世界中でその研究開発が精力的に進められている。しかし、実用化には、線材の高臨界電流密度(Jc)化とともに低交流損失化が極めて重要な課題である。本研究では、我々が先に見い出した、Sr-V-O酸化物、Sr6V2O11 (SVO)が電気絶縁体で、加工しやすく、しかもBi2223相の生成と配向性を促進する優れた性質を有することから、SVOが優れた絶縁バリア材としての可能性を秘めていることに注目し,各超伝導フィラメントの外側および内側をSVO絶縁バリアで包んだ種々のBi2223多芯テープ線材(7芯、19芯)を作製して、Jcや交流損失を評価し、SVOバリアーの有用性を検討した。その結果、フィラメントの外側をSVOバリアーでコートした線材や外側と内側の両方をコートした線材のIc、Jcは何にもコートしない線材に比べて高く、交流損失もかなり小さくなることが明らかになった。しかも超伝導フィラメントを包んでいるAgシースの一部が破れてSVOと超伝導相が反応しても特性の劣化がおこらないなど、従来研究された絶縁バリアー材に比べて極めて優れた絶縁バリアー材であることが明らかになった。さらに、Jcの向上に結晶配向性の向上が不可欠であるが、バルク材や層厚の厚い線材等に対しては有望な方法が現在見い出されていない。我々は、帯磁率の異方性を利用した強磁場中での結晶配向育成に注目し、これをBi2212のバルク材や線材の結晶配向育成に適用し、結晶配向性やJcの向上について調べた。その結果、結晶C軸が結晶育成中の印加磁場Ha方向に優先的に配向し、その配向度はHaの増加とともに増し、3Tの磁場でバルクの中心まで高配向の組織が形成される。
米試料中農薬類のモニタリング調査

一般に流通する米に含まれる農薬類10種のモニタリング分析を、加圧流体抽出法(PLE)を用いた方法により行った。PLE条件は温度: 130 °C,圧力: 10 MPa,時間: 10分×2サイクルが最適であることを示し、そのときの対象農薬類の回収率は83-109%と十分であった。この方法により米54試料を分析した結果、玄米1試料から殺菌剤ferimzoneが検出されたが、低濃度で健康等に問題がないレベルであった。本申請研究は、主に国内で流通する数種類の米に含まれる農薬類を分析し、濃度レベルをモニタリングすることを目的とする。今年度は、モニタリング調査を行うための準備、検討を行った。1.農薬および米の選定2.農薬分析法の適用可否の確認米試料中の農薬類分析は、一般的に抽出、精製といった前処理工程を経て、ガスクロマトグラフ質量分析計(GCIMS)などの機器により測定を行う。米試料中の農薬類分析法については、すでに申請者らにより農薬4種に対して分析条件が最適化された、加圧流体抽出法(PLE)を用いた分析法が存在する。しかしPLEは高温、高圧条件下で目的物質を抽出する方法であることから、本研究において選択された農薬8種が種類によっては熱に弱いなどの理由で分析中に分解し、PLEを用いると精確な分析値を得られない可能性が考えられた。そこで添加回収試験により、PLEを用いた分析法が米試料中農薬8種に対して適用できるか否かの検討を行った。その結果、78.4-116%(平均値;n=3)という良好な回収率を得ることができ(PLE条件:温度=130°C,圧力=10 MPa,時間=10分×2サイクル)、本研究で対象とした8種についてもPLEを用いた分析法が有効であることが示された。今後、このPLEを用いた分析法により米試料申農薬類のモニタリング調査を進めていく予定である。本申請研究は、将来的に農薬類の経口曝露評価を行う土台作りとして、主に国内で流通する数種類の米に含まれる農薬類を分析し、濃度レベルをモニタリングすることを目的とする。今年度は実際に収集した米試料中の農薬類を、昨年度最適化した分析条件を用いて分析し、濃度レベルをモニタリングした。1.米試料及び農薬類の選定2.米試料中における農薬類のモニタリング1.で選定した、一般に流通する米試料に含まれる農薬類10種のモニタリング分析を、加圧流体抽出法(PLE)を用いた方法により行った。分析条件は昨年度最適化したものを適用し、温度:130°C,圧力:10MPa,時間:10分×2サイクルとした。収集した米54試料について分析した結果、玄米1試料から殺菌剤であるferimzoneが検出された。解析の結果、濃度レベルは低く、健康等に問題がないと推測されるレベルであることがわかった。既往の研究において米試料中の農薬類をモニタリングしている例は少なく、今後、米を摂食することによる農薬類の曝露量調査を行う上で、本研究は貴重なデータの1つとなるであろう。
生体内神経前駆細胞におけるp27Kip1の分化誘導機能に関する研究

CDK抑制遺伝子p27Kip1は増殖抑制・分化誘導に重要な細胞周期調節蛋白である。神経前駆細胞では大脳皮質発生が進むに従い核内p27Kip1蛋白が増加、分化後の神経細胞で発現が高値となる。また、P27Kip1欠損マウス(P27KO)では、大脳皮質が約10%肥厚することが報告されている(Goto et al.,2004)。本年度は、p27KO大脳皮質の肥厚化は、神経前駆細胞の細胞分裂動態が変化した結果である、という作業仮説のもと、以下の実験を行った。方法1.妊娠16日(E16)のp27KOおよび野生型胎児にS期特異的トレーサーであるBrdUを継続的に曝露し、細胞周期各相の長さを計測した。2.E16のp27KOおよび野生型胎児にS期特異的トレーサーlrdUとBrdUを2時間の時間差をもって曝露し、細胞周期を離脱した細胞数を計測した。2.E16胎児に一回lrdUを曝露し、出生後21日目(P21)大脳皮質内のlrdU陽性GABA陰性ニューロンの位置と数を計測した。結果1.E16の神経前駆細胞のG1期がp27KOにおいて約2時間減少した。2.神経前駆細胞のうち細胞周期を離脱した細胞数が約50%増加した。3.E16で産生されたlrdU陽性GABA陰性投射ニューロンは大脳皮質表層のII-IV層に分布した。p27KOでは野生型と比較し上記細胞が14%増加した。考察p27KOでは大脳皮質発生初期に分化誘導の確率(Q値)が減少することが判明している(Goto et al.,2004)。今年度の研究結果より、初期のQ値が減少することにより神経前駆細胞プールが増加、発生後期にQ値が増加することで最終的に大脳皮質表層の投射ニューロンが増加する可能性を明らかにした。CDK抑制遺伝子p27Kip1は増殖抑制・分化誘導に重要な細胞周期調節蛋白であり、近年CDK抑制機能以外の生物学的機能が示されている。本年度は、神経前駆細胞内p27Kip1の発現調節メカニズムをin vivoにおいて解析した。方法妊娠10,12,14,16日のマウス胎児前脳頭頂部の脳室帯を実体顕微鏡下で分離し、超音波破砕機でDNAをヌクレオソーム単位に破砕した。種々の抗アセチル化ピストン抗体で免疫沈降後、DNAを精製、p27Kip1の5'非翻訳プロモーター領域にデザインしたプライマーを用いてPCRを行った。さらに、p27Kip1の転写調節に重要と考えられている転写因子の発現量をウェスタンブロットにより解析した。結果(1)発生が進むに従い神経前駆細胞核のアセチル化ピストンH3 lys9が増加し、それに従いp27Kip1の5'非翻訳プロモーター領域が開放されること、(2)転写因子FOXO1a、FOXO3aの発現がE10からE14にかけて発現が増加、E16で減少することを明らかにした。考察Delalleらはマウス胎児脳室帯のp27Kip1 mRNA発現量をin situ hybridizationで解析、E10からE14にかけて増加するがその後やや減少することを報告した(Cereb Corex,1999)。今年度の研究結果より、神経前駆細胞の分裂回数が進むにつれてヒストン修飾によりp27Kip1の5'非翻訳プロモーター領域が開放され、かつFOXO1a、FOXO3aが増加する結果p27Kip1蛋白の発現量が増加する可能性を明らかにした。今後は、なぜp27Kip1が細胞分化を誘導できるのかについて焦点を絞り解析を行う予定である。

p27KOでは野生型と比較し上記細胞が14%増加した。考察p27KOでは大脳皮質発生初期に分化誘導の確率(Q値)が減少することが判明している(Goto et al.,2004)。今年度の研究結果より、初期のQ値が減少することにより神経前駆細胞プールが増加、発生後期にQ値が増加することで最終的に大脳皮質表層の投射ニューロンが増加する可能性を明らかにした。
発達性協調運動障害に対する確率共鳴と運動観察を利用したリハビリテーション効果検証

定型発達の大学生30名を対象に,閾値下振動触覚刺激装置を使用して,確率共鳴(Stochastic resonance: SR)現象を付与した際の感覚-運動統合機能と感覚-運動統合が困難な条件下での手運動機能に与える影響を調べた。SR付与条件はブロックデザインとし,15名にはSRあり-なし-あり-なしの順に実施し,性別と年齢を揃えた残り15名にはSRなし-あり-なし-ありの順に実施した。感覚-運動統合機能の測定と感覚-運動統合が困難な条件下での手運動課題には,映像遅延装置を用いた。その結果,SRを付与することにより,感覚-運動統合機能が即時的に向上することを明らかにした。発達性協調運動障害(Developmental Coordination Disorder: DCD)の診断を有する児に対して,SRを付与した際の感覚-運動統合機能,視覚依存傾向,手運動機能に与える効果をシングルケーススタディで検証した。SR付与には,閾値下振動触覚刺激装置を使用し,感覚-運動統合機能の測定には映像遅延検出課題を使用し,視覚依存傾向の測定には視覚-触覚時系列判断課題を用いた。SR付与条件はSRあり条件とSRなし条件によるブロックデザインとした。その結果,SRを付与することで,感覚-運動統合機能が向上し,視覚依存傾向が減少し,手運動機能が有意に即時改善することを明らかにした。現在,サンプルサイズを増やして,DCDを有する小児へのSRによる介入研究を実施中である。当初の計画であった発達性協調運動障害を有する児に対する確率共鳴の即時効果の検証がおおむね完了したため,「おおむね順調に進展している」と判断した。現在実施中の介入研究を進め,確率共鳴の即時効果の検証を完了する。続いて,確率共鳴の長期効果の検証へと進める予定である。加えて,もう一つの研究課題である運動観察の効果検証も進めていく予定である。平成30年度には,物品費として確率共鳴ランダムノイズ振動デバイス10台分を計上していたが,予定より少ない台数で研究実施ができたことにより,必要経費が節約された。また被験者および実験補助者への謝金についても,研究協力施設より謝金の必要性はないとの申し出があり,必要経費が節約された。これら経費の節約があったが,研究実施は順調に行われた。しかしながら,計上していた筆圧測定システム一式を用いた書字能力評価については実施できなかったため,平成31年度(令和1年度)には完備し,アウトカムとして使用する予定である。また平成30年度には被験者および実験補助者への謝金が発生しなかったが,平成31年度には長期介入効果の検証により,謝金が発生する可能性が高いため,謝金として使用する予定である。加えて,予定通り学会発表,論文投稿に必要な経費として適切に使用する予定である。
RNA凝集を抑制する人工RNAシャペロン、ペプチドの探索

ゲノム内の異常伸長したマイクロサテライトリピートが転写され、細胞内にリピートRNAが凝集蓄積するRNAリピート病は根本的治療法がない神経難病である。本研究では本邦で頻度が高い脊髄小脳失調症31型の病態研究を通して、RNAシャペロンタンパク質がリピートRNAの凝集を抑制する」ことを発見した。さらにRNAシャペロンの最小機能領域を同定し、治療応用可能な実用化のためのデザインに関する知見を得た。本研究ではマイクロサテライトリピート病の一つである脊髄小脳失調症31型(SCA31)について病因遺伝子由来のリピートRNAの異常凝集から生じる細胞障害をターゲットとしてショウジョウバエモデルを利用して治療法開発を推進することを目的とした。本研究による成果を以下にまとめる。(1)シャペロン機能の必須領域の同定:SCA31の異常(UGGAA)nリピートに結合するタンパク質として同定したTDP-43は(UGGAA)nリピート由来RNA fociの蓄積を減少させRNA毒性を緩和する。しかしTDP-43の発現量は厳密に調節されており、過剰になれば細胞毒性をもち、治療安全性に影響を与える可能性がある。本研究ではTDP-43のシャペロン機能の最小機能領域の同定のためTDP-43の欠損変異体群を作成し、解析したところRNA recognition motif (RRM)が必須であることが明らにした。(2)TDP-43の毒性を緩和した治療応用可能な最適化新規RNAシャペロンデザイン:TDP-43のC末側のプリオン様ドメインは凝集性が高く、その過剰発現は細胞毒性を有するためこの領域を一部欠損させ、さらにRRMの一部配列も改変し改変型RNAシャペロンを作成した。(3)新規RNAシャペロンの同定:(UGGAA)nに結合しTDP-43と機能的及び構造的に類似したRNA結合タンパク質に着目し、解析を行った。その結果、FUS及びhnRNPA2B1も(UGGAA)n RNAに対してRNAミスフォールディングを抑制するシャペロン効果を有し、病態を抑制することが判明した。以上SCA31病態においてRNAシャペロンによるRNAミスフォールディングの制御という治療法の可能性を見出した。またこの方法は異常RNA凝集が関連するその他のマイクロサテライトリピート病への病態解明、治療応用への可能性を示唆する。脳神経科学・神経内科学
宿主転換による魚類寄生虫の病害性発現機構

魚類寄生虫が宿主転換して病気を引き起こすメカニズムを解明するため、本来の宿主および他の宿主に対する感染実験を行い、魚種間における感受性や寄生動態の違いを調べた。1)ウナギのPseudodactylogyrus biniとP. anguillae:ニホンウナギとヨーロッパウナギに対して2種の単生類の攻撃試験を行い、経時的に寄生動態を調べた結果、本来の宿主でないヨーロッパウナギの方がいずれの虫も寄生率・寄生数ともに高く、成長速度も速かった。2)トラフグのHeterobothrium okamotoi:トラフグを含む様々な魚種に対するH. okamotoi孵化幼生の着底率を比較した結果、トラフグ属の魚種に対して選択的に着底がみられ、宿主特異性が強いことが明らかとなった。宿主選択においては複数の着底誘導因子が関与することも示唆された。3)トラフグのEnteromyxum leei:ヒラメ、マダイ、クマノミにおいてもトラフグと同程度の感受性を有することが実験的に確認され、トラフグ以外の養殖魚や観賞魚にも被害が拡大する危険性が示された。死亡率や感染動態は、魚体サイズ、塩分、水温などに影響を受けると考えられた。4)サケ科魚類のKabatana takedai:3系群のサクラマスとニジマスに感染させて寄生状況を比較した。その結果、系群間では差がみられなかったが、ニジマスはサクラマスよりも心臓において感染を受けやすく、もともとは外来魚であるニジマスにも病気を引き起こす可能性が示された。ヒラメのNeoheterobothrium hirame:種苗生産したサザンフラウンダーを米国より入手した。サザンフラウンダーとヒラメに対し、N.hirameの攻撃試験を行った結果、攻撃12日後にはすでに前者において寄生数が著しく小さく、虫体の成長も前者において低い傾向を示した。前述の2種類の魚種から切り出した鰓片と胸鰭に対するN.hirame孵化幼生の反応を見たところ、鰓への着定はサザンフラウンダーが多く、胸鰭について同程度の着定が認められた。トラフグのEnteromyxum leei:粘液胞子虫性やせ病の原因虫E.leeiの発育ステージを3段階に分け、生残率を定量的に評価する方法を定めた。実験魚としてクマノミまたはカクレクマノミを用い、E.leeiの懸濁液を作製後、虫体数を測定してから経口感染させる感染実験系を開発した。また、感染魚の腸管患部を未感染クサフグに経口投与して実験感染し、寄生虫を研究室内で継代維持する条件を決定した(25°C、34週間で1サイクル)。サケ科魚類のKabatana takedai:武田微胞子虫K.takedaiに感染させたサケ科魚類(3系群のサクラマスとニジマス)について、寄生率と寄生強度を感染部位別(心臓と筋肉)に測定した結果、サクラマスの系群間では顕著な差がみられなかった。一方、ニジマスでは6週目に心臓の寄生率が上昇し、寄生強度も高かった。また、感染魚の臓器や中間宿主と推測されるプランクトンから虫体のDNAを検出するため、特異的で高感度のPCR法を開発した。ウナギ類のPseudodactylogyrus bini:国内でヨーロッパウナギを養殖している業者や飼育している研究機関がなく、ヨーロッパウナギのシラス入荷が平成18年3月上旬にずれ込んだため、ニホンウナギとヨーロッパウナギを比較した感染実験ができなかった。ニホンウナギについては、平成18年2月にシラスウナギを購入し、無感染で飼育維持している。寄生虫についてはP.bini寄生ウナギを確保した。1)ウナギのPseudodactylogyrus bini:ニホンウナギとヨーロッパウナギに対して攻撃試験を行い、寄生動態を調べた。その結果、本来の宿主であるニホンウナギよりも、新たな宿主であるヨーロッパウナギに寄生したほうが寄生率・寄生数ともに高く、成長速度も速かった。

2)ヒラメのNeoheterobothrium hirame:実験用に北米産サザンフラウンダーを入手したが、循環水槽での飼育が困難であった。そこで、トラフグに寄生するHeterobothrium okamotoiを実験モデルとして使用することにし、本種のふ化幼虫の鰓弁への親和性をトラフグおよび各種の魚種で比較した。3)トラフグのEnteromyxum leei:トラフグ、ヒラメ、クマノミにE.leei栄養体を経口投与して感染実験を行った結果、いずれの魚種にも同様に感染し、発病が見られた。累積死亡率には若干の違いがあったが、それは魚体サイズの違いによると思われ、感受性はほぼ同等と評価された。4)サケ科魚類のKabatana takedai:サクラマスとニジマスを河川水に曝露する方法で感染実験を行い、寄生状況を比較した。その結果、ニジマスはサクラマスよりも心臓において感染を受けやすく、2魚種間の寄生率の差はK.takedaiが心臓に定着する量の違いにより生ずることが示唆された。魚類寄生虫が宿主転換して病気を引き起こすメカニズムを解明するため、本来の宿主および他の宿主に対する感染実験を行い、魚種間における感受性や寄生動態の違いを調べた。1.ウナギのPseudodactylogyrus bini,Pseudodactylogyrus anguillae:ニホンウナギとヨーロッパウナギに2種の単生類を寄生させ、6週にわたって毎週経時的に採材した。その結果、本来の宿主ではないヨーロッパウナギのほうが2種の寄生虫が速く成長し、寄生数も多かった。2.トラフグのHeterobothrium okamotoi:トラフグを含む様々な魚種に対するH.okamotoi孵化幼生の着底率をin vitro試験により比較した結果、トラフグ属の魚種に対して選択的に着底がみられた。また、宿主特異性には複数の着底誘導因子が関与することも示唆された。3.トラフグのEnteromyxum leei:養殖マダイとイシガキダイにもやせ病が発生し、感染実験によってマダイも同程度の感受性を有することが確認された。また、海水の塩分と虫体の生存率との関係を調べた結果、E.leeiは8‰以下の低塩分では感染力を失うことが示された。4.サケ科魚類のKabatana takedai:K.takedaiの感染を受けたサクラマスとニジマスの心臓を病理組織学的に比較した結果、寄生虫の発育や宿主反応に明確な差異は認められなかった。この結果から、K.takedaiがニジマス等、他の魚種でも病気を引き起こす可能性があることが示された。
等身大ヒューマノイドにおける知能ロボットカーネルの統合と対人行動創成への展開

本研究は,等身大ヒューマノイドプラットフォームに対して,視聴覚・全身触覚・動的全身反応行動などの高位の情報処理技術を搭載した知能ロボットカーネルを統合し,人からの多様な働きかけに対して対応するための行動を実現するために必要な機能とシステム構成を明らかにした.本研究は,等身大ヒューマノイドプラットフォームに対して,視聴覚・全身触覚・動的全身反応行動などの高位の情報処理技術を搭載した知能ロボットカーネルを統合し,人からの多様な働きかけに対して対応するための行動を実現するために必要な機能とシステム構成を明らかにした.i)知能ロボットカーネルのシステムとその開発環境の設計・実装等身大ヒューマノイドにおいて知能ロボットカーネルとして機能モジュールを統合するために,等身大ヒューマノイド内部の計算機資源とオフボディ計算環境の連携を考慮した開発環境をまず構成した.知能ロボットカーネルの基本機能部を高性能モバイル計算機上で分散並行開発できる研究環境を構成し,感覚処理,行動計画,記憶利用,対話推論,運動予測等の処理を個別の高性能モバイル計算機上で独立させ集中的に開発を進めた.ii)知能ロボットカーネルの基本モジュールの開発(1)対人行動においてロボットが取るべき行動を的確に判断するために,確率的な情報処理モデルであるベイジアンネットに基づく記憶管理システム設計,(2)身体と外界との物理的接触状況を知る感覚系を拡張可能な形とするための体内感覚情報通信システム設計,(3)人間とロボット自身との位置関係,その人間の環境物との位置姿勢関係,発話内容などを把握するための視聴覚統合処理システム設計,(4)全身行動をリアルタイムに生成し制御する運動系の統合制御システムの設計,(5)要素システムを統合し,全身型のヒューマノイドにおける対人行動創成のための行動シミュレーションシステムの設計を行った.5年間計画で,ヒューマノイドの対人行動に極めて重要となる身体機能として,視聴覚頭部,人に触れるハンド部,人から触れられる全身身体部において必要となる改造機能の基本設計を行い,それぞれの年次計画を立てた.本年度は頭部の広視野角視覚と聴覚機能を強化したヒューマノイドヘッドを開発した.等身大ヒューマノイドの知能ロボットカーネルのモジュール群とそれらを統合して,対人行動創成に必要となる判断解釈系の基礎システムを実現するために,人とのマルチモーダルな対話に必要となる感覚情報処理とその実時間解釈モジュール群,記憶に基づく解釈系のソフトウェアの実装と,感覚情報処理のためのハードウェア実装を行った.a)感覚統合処理ソフトウェアの実装視覚情報処理と聴覚情報処理を併行させて,環境状況の判断と人間の存在の知覚を行うためのソフトウェアモジュールを実装した.背景変化,両眼立体視,運動領域検出,顔認識,音源定位等のモジュールの組み合わせによって人の発見と追跡が可能となる.b)ハンドを通した密着誘導行為への反応行動の実現ハンド部を握る,触れる,物の受け渡しを行うなどのハンド部を通した密着型誘導行為への対応に必要となるハードウェアとソフトウェアの実装を行い,手を引くことでロボットを自由に誘導歩行させることが可能となった.c)記憶主導型解釈処理モジュール群の実現確率的に空間記憶と時間経験データを管理するシステムの実装を行い,視聴覚システムとの連結を行うことで,対話における人からの質問や命令の解釈を行うためのシステムモジュールの実装を行い,曖昧さの度合いに基づいてロボットが質問内容を判断する機構が実現された.d)人の存在知覚と行為解釈システムの実現視聴覚統合システムに基づく人間の存在の知覚と,人の存在状態の情報から人からの働きかけに対する行為解釈に必要となる基本情報処理モジュールの設計と実装を行った.ヒューマノイドの知能ロボットカーネルのモジュール群とそれらを統合した対人行動創成に必要となる判断解釈系の基礎システムを評価するために,感覚・記憶・判断・動作系の各機能を組み合わせた様々な行動を実現し,カーネルモジュールの評価と強化を行い,統合法が有効であるかの評価・確認を行った.a)手にとった物体を観察し記憶モデルを構築する視覚主導型能動的記憶行動の実現物体の記憶モデルを粒度と情報量に応じた記述を導入し,視覚を用いた距離情報に基づく大まかな形状獲得,力覚・接触覚を用いた詳細形状の触獲得,ならびに重量等の物理情報の獲得とレベルに分けた記憶獲得機能を実現した.b)物が出す音と視覚観察状況との関係を記憶する視聴覚記憶行の実現聴覚を用いた音源定位・推定機能と視覚機能の時間相関の解析に基づいた連想記憶を構築し,視野外の音源に対して注意をむけ記憶を構築する行動,あるいは対象物体をたたいて音を出し視覚認識を補助する行動を実現した.c)包丁などの道具操作を例にした視覚力覚を利用した両腕協調行動の実現力学モデルを含んだブレインシミュレータを構築し,空間モデル記憶とダイナミクスを考慮した動作計画法に基づき力の調節が必要な道具利用動作を実現した.また,道具や操作対象の観測と制御のための注意観測機能を構築した.d)視聴覚と平行覚の予測統合に基づいたバランス反射動作の実現視覚・力覚による環境状態の変化の観察に基づき未来状態を予測し,これに基づく動作制御を反射モジュールの協調・統合により実現した.状態変化の経験からより精度の高い予測と動作が可能な学習型の反射動作機能を実現した.e)確率的空間記憶モデルと対話型行動決定モデルに基づいた対人対話行動の実現センサ情報から環境知識の確率的な内部表現を構築する確率的空間記憶モデルと,ベイジアンネットワークに基づいたネットワーク型タスク表現を用いた対話型行動決定モデルを構築し,これらを統合させることで状況と文脈を考慮した対話を発生し,人間の指示の理解に基づいた行動を実現した.本研究によりこれまで開発してきている知能ロボットカーネル統合システム上で,感覚,記憶,判断,動作系の各機能モジュールの統合による対人行動実験を行い,カーネルモジュールの評価と強化を行った。

a)空間記憶と視聴覚注意の統合による生活行動の観察認識と支援行動生成生活空間内で振舞う人間の行動理解を目的とし人の存在認識と人が扱う対象物認識を統合した。複数視覚特徴と空間記憶を用いた汎用,頑強な物体認識システムを構築し,この空間記憶モデルと実時間視聴覚注意情報の統合に基づいた人間の生活行動認識システムを開発し,等身大ロボットによる家庭空間内での支援行動を実現した。b)全身関節負荷情報を用いた人からの身体直接働きかけ動作の認識とオンサイト動作教示人とロボットが密着している場合,ロボットの全身の関節負荷情報に基づいて人からロボット身体への直接的な働きかけを認識するモジュールを開発した。人が直接ロボットの身体を操作,誘導することで,日常生活支援タスクにおける基本動作をその場で提示するオンサイト教示システムを実現した。c)対象物を介した人からの働きかけに応じたロボットの身構え行動の学習獲得ロボットが環境,対象物,人などと接触している状況において全身のバランスを保持するための制御手法として,ZMP外乱予見制御に基づいた全身身構え行動の制御手法を構築した。動力学シミュレータを知能ロボットカーネルに統合することで外乱予見に必要な環境の動力学的な将来予測を実現し,さらに外乱が未知の場合においてもZMP補償量の学習的な獲得が可能なことを確認し,人とロボットが物体を介して接続関係にある場合において,人からの働きかけに応じた身構え行動を実現した。d)車椅子介護支援行動における対人感覚行動統合実験等身大ヒューマノイドによる車椅子介護支援行動を題材にして,車椅子に近づいてくる人間の認識行動(人との距離が離れている場合),車椅子に座っている人間の指示理解(人と密着している場合),全身を用いた車椅子押し動作(人と対象物を介して層が作用する場合)のそれぞれの場面おける感覚行動統合実験を行い,これらの場面が連続的に変化する状況において,共通するカーネル機能の整理と,各カーネルの統合原理の検討を行った。最終年度として人と接するためのハードと運動制御ソフトの改良を行いつつ,感覚・記憶・判断・動作,学習系の各モジュールを統合した知能ロボットカーネル上で,(1)人との距離が離れている場合,(2)人と密着している場合,(3)人と物を仲介して相互作用する場合の対人行動実験を通じて,等身大ヒューマノイドにおいて対人行動創成へ展開するための基本機構の構成法を示すことで研究総括を行った.(a)相手の全身動作と注視対象が認識可能なマイクアレイ,ステレオ視覚,高精度視覚,広角視覚を有する高機能視聴覚ヘッドシステム,複雑な対象物の精密作業が可能な高精度ギアモータを利用した多指ハンドの改良を行い,多種感覚の並行処理が不可欠な対人行動における基本機構を構築した.
分子雲γ線放射を用いた銀河系内宇宙線分布の測定と加速源の探査

宇宙空間を高速で飛来する荷電粒子"宇宙線"は、星間物質と衝突することによってγ線を放射する。このγ線を観測することで、その場の宇宙線のエネルギーや空間分布を明らかにすることができる。私は最新鋭のγ線観測衛星Fermiの能力を駆使することで、太陽系近傍の分子雲からのγ線を測定し、近傍の宇宙線スペクトルやその空間分布を初めて明らかにすることを目標にしている。その中でも、比較的質量の小さいカメレオン座分子雲と南の冠座分子雲および、ケフェウス・ポラリス分子雲に着目してきた。このような広がった放射は、個々のγ線天体からの放射以外にも、宇宙線電子と星間光子による逆コンプトン散乱や、検出器および銀河系外天体からの一様な放射などのバックグラウンドが加わる上、それらのモデルによる不定性が発生する。その中でも私は丹念に正確な解析と系統誤差の評価を行い、Fermi衛星チームのコラボレーションミーティングやネットワーク上での会議を重ね、最終的に太陽系近傍領域における宇宙線スペクトルの形は類似していること、一方で宇宙線密度には20%程度の違いがみられていることを結論づけた。宇宙線の加速起源として有力候補である超新星残骸は、時間的・空間的に非均一に生じるものであり、このような不均一性が生じる可能性は否定できない。あるいは、こうした構造がグールドベルトなどの太陽系近傍の特徴的な構造と関連している可能性もあり、今後他の領域の解析や理論的考察との照らし合わせが求められる。これらの結果については、下記査読付き論文に掲載し、物理学会や3つの国際シンポジウムで講演・ポスター発表を行うなど、積極的に対外的アピールを行った。現在は、Fermi衛星のさらに蓄積された統計データと、さらに最適化された応答関数を使って、一つの分子雲内部の研究を進めており、小さなスケールにおける宇宙線についての考察を行っている。一方で私は次期X線天文衛星ASTRO-Hに搭載されるシリコン検出器の開発も行ってきた。特に昨年度行ったシリコン検出器の放射線耐性について論文化し、下記査読付き論文に掲載された。また当衛星で観測すべき銀河団について、国際会議でポスター発表するなどの活動も行った。宇宙空間を高速で飛来する荷電粒子"宇宙線"は、星間ガスと衝突することによってγ線を放射する。先代の研究では観測機器の精度が不十分で詳細な議論をすることができなかったが、私は最新鋭のγ線観測衛星Fermiの能力を駆使することで、太陽系近傍の分子雲からのγ線を測定し、近傍の宇宙線分布を初めて明らかにする。今年度は比較的質量の小さいカメレオン分子雲およびR CrA分子雲に着目し、解析に最適な領域の切り出しや、バックグラウンドとなる分子雲以外からの放射を正確に取り除いたスペクトル解析の手法を確立した。得られたデータから宇宙線スペクトルを導出するとともに、宇宙線と相互作用する物質の分布を明らかにするのに欠かせないXファクターと呼ばれるパラメータの導出も行った。カメレオンおよびR CrA分子雲領域の宇宙線スペクトルを、既に報告されている他の領域の観測結果や地球近傍の宇宙線スペクトルと比較したところ、系統誤差も含めてファクター1.5倍程度内で有意な違いがあることが分かり、宇宙線密度の大きさに方向依存性があることが示唆された。この違いは銀河系のリングにおける超新星爆発の頻度の違いによるものと考えており、そのつながりを現在調査中である。これらの研究結果はアメリカのスタンフォード国立加速研究所にて行われた、Femi衛星チームの会合で二度口頭発表するとともに、7月にはドイツ・ブレーメンにて行われた国際宇宙空間研究会(COSPAR)でも報告している。また既に投稿論文としても執筆中であり、チーム内での活発な議論を踏まえ、まもなく投稿できる予定である。私は最新鋭のγ線観測衛星Fermiの能力を駆使することで、太陽系近傍の分子雲からのγ線を測定し、近傍の宇宙線分布を初めて明らかにすることを目標にしている。今年度は、昨年度に引き続き比較的質量の小さいカメレオン座分子雲と南の冠座分子雲の解析を進めるとともに、これらの分子雲とは反対の方向にあるケフェウス・ポラリス分子雲領域の解析も加えた。この三つの領域と太陽系内で直接測られている宇宙線スペクトルを比較することで、太陽系近傍における宇宙線分布の議論について現在論文にまとめている。昨年度の時点で解析手法そのものは確立したものの、このような広がった放射成分は、個々のγ線天体からの放射以外にも、宇宙線電子と星間光子による逆コンプトン散乱や、検出器および銀河系外天体からの一様な放射などの寄与が加わる上、そのモデルによる不定性やガスの密度、あるいは解析すべき領域の位置による不定性が発生し、それを正確に見積もることは非常に大変な作業となった。しかしそのような考えられる不定性を踏まえても、太陽系近傍の領域で宇宙線スペクトル強度に数10%程度の違いがみられており、このことは宇宙線強度の分布は太陽系近傍ではほとんど一様であると考えられている中で、非常にインパクトのある結果となる。その真偽性について、Fermi衛星チームの会合やネットワーク上のミーティングさらに日本天文学会にて度重なる議論を重ねており、ほぼ決着は固まりつつある。論文についても大筋は既に執筆できており、間もなく投稿できる段階にある。

一方で私は、このような宇宙線測定に欠かせない次期X線衛星のシリコン検出器の開発も行っている。今年度は主に広島大学の施設や放射線医学総合研究所にて、その軌道上での放射線耐性試験を主導して行い、検出器が10年程度の放射線環境にあっても放射線損傷の影響は十分小さいことを確認した。この結果は検出器の国際会議や天文学会でも口頭発表しており、論文としても投稿した。宇宙空間を高速で飛来する荷電粒子"宇宙線"は、星間物質と衝突することによってγ線を放射する。このγ線を観測することで、その場の宇宙線のエネルギーや空間分布を明らかにすることができる。私は最新鋭のγ線観測衛星Fermiの能力を駆使することで、太陽系近傍の分子雲からのγ線を測定し、近傍の宇宙線スペクトルやその空間分布を初めて明らかにすることを目標にしている。その中でも、比較的質量の小さいカメレオン座分子雲と南の冠座分子雲および、ケフェウス・ポラリス分子雲に着目してきた。このような広がった放射は、個々のγ線天体からの放射以外にも、宇宙線電子と星間光子による逆コンプトン散乱や、検出器および銀河系外天体からの一様な放射などのバックグラウンドが加わる上、それらのモデルによる不定性が発生する。その中でも私は丹念に正確な解析と系統誤差の評価を行い、Fermi衛星チームのコラボレーションミーティングやネットワーク上での会議を重ね、最終的に太陽系近傍領域における宇宙線スペクトルの形は類似していること、一方で宇宙線密度には20%程度の違いがみられていることを結論づけた。宇宙線の加速起源として有力候補である超新星残骸は、時間的・空間的に非均一に生じるものであり、このような不均一性が生じる可能性は否定できない。あるいは、こうした構造がグールドベルトなどの太陽系近傍の特徴的な構造と関連している可能性もあり、今後他の領域の解析や理論的考察との照らし合わせが求められる。これらの結果については、下記査読付き論文に掲載し、物理学会や3つの国際シンポジウムで講演・ポスター発表を行うなど、積極的に対外的アピールを行った。現在は、Fermi衛星のさらに蓄積された統計データと、さらに最適化された応答関数を使って、一つの分子雲内部の研究を進めており、小さなスケールにおける宇宙線についての考察を行っている。一方で私は次期X線天文衛星ASTRO-Hに搭載されるシリコン検出器の開発も行ってきた。特に昨年度行ったシリコン検出器の放射線耐性について論文化し、下記査読付き論文に掲載された。また当衛星で観測すべき銀河団について、国際会議でポスター発表するなどの活動も行った。当初は、カメレオン座分子雲と南の冠座分子雲との解析結果のみで太陽系近傍の宇宙線分布について議論を行い、初期成果として論文投稿の予定であった。論文ドラフトも書き上げ、7月の時点では投稿の直前までいっていた。しかし、領域によって宇宙線強度が数10%程度のばらつきをもつ結果について、それが確かであるかどうかがFermi衛星チーム内の真偽に問われた。非常に正確な系統誤差の見積もりにやや時間がかかっている。
山地流域を対象とした崩壊発生予測手法の開発

広域を対象とした崩壊予測を行うためには崩壊の発生を支配する要因の特定,およびそれを用いた発生予測手法の開発の2つが必要である。そこで本研究では斜面の安定性および斜面内での水の浸透に関する基礎方程式をもとに,崩壊の発生を説明する上で重要な役割を担う「無次元パラメータ」を導き出し,さらにはそれを用いた崩壊発生予測手法について検討した。その結果,本研究の崩壊発生予測手法によって,現地で発生する崩壊のタイミングや崩壊の深さなどを説明できる可能性を示した。平成20年度は斜面安定解析式(無限長斜面の式)の無次元化を行うことで,崩壊発生予測を行う上で重要なパラメータの特定を行った。その結果,無限長斜面の式は非粘着性ですベり面上の飽和帯水層がない条件に対する安定条件が基本で,すベり面上の地下水深および粘着力の安定性に対する寄与がそれぞれ線形に安全率の減少・増加率として評価されることを示した。これら地下水深,粘着力の寄与度はそれぞれ無次元パラメータという形で表されており,これらの大きさを評価することが,山地流域を対象とした崩壊発生予測につながると考えられる。さらに,浸透流解析式を検討した結果,降雨パターンや土層構造が崩壊の発生特性(発生位置,すベり面の深さ)に大きく影響していることを示した。以上のように,平成20年度の研究では,崩壊発生予測手法について,物理的な考察をもとにその基礎をつくることができた。また,実際に現地を対象とした崩壊発生予測を行うためには,現地データを収集する手法の確立が不可欠である。そこで, GIS(地理情報システム)により地形を解析することで現地の土砂・水の移動に関する基礎データを広域的に収集・解析する手法の検討を行った。さらには実際に現地(筑波大学農林技術センター井川演習林)での雨量・流量観測を開始し,一般的に観測が困難な山地流域での観測手法の確立を目指した。このようにして得られた研究成果の一部は,既に学会等で公表を行った。平成21年度は前年度から引き続き筑波大学農林技術センター井川演習林内で水文観測を行うと共にGIS(地理情報システム)を用いた地形の解析手法についての検討を行った。また,井川演習林内における過去の崩壊の発生状況について,空中写真判読と現地調査によって調べた。その結果,井川演習林内に存在する崩壊は深さにかなりのばらつきがみられることが明らかになった。上記の調査と平行して,地下水の鉛直浸透に関する基礎方程式について検討することで,間隙水圧(土層中で発達し崩壊を引き起こす原因となる水圧)の発達に支配的な役割を果たす要因を特定し,間隙水圧の推定モデルを作成した。その結果,間隙水圧の大きさには地層の透水性そのものよりも地層境界における透水性の変化率が重要であることを明らかにし,特に地層境界における透水性の変化率が小さい場合は間隙水圧の値が静水圧よりもかなり低いことを示した。この間隙水圧の推定モデルを無限長斜面の安定解析式に適用し,様々な降雨波形を実際に与えることで,降雨波形と崩壊の発生特性の関係性について検討した。その結果,短期間の強雨がもたらされると浅い地層境界において崩壊が発生する可能性が高く,長期間の降雨がもたらされると深い地層境界で崩壊が発生する可能性が高い傾向がみられた。このことが,井川演習林内において様々な深さの崩壊が存在する原因のひとつとなった可能性がある。本研究によって崩壊の発生に影響を及ぼす支配的な要因を特定することができ,また本研究で検討されたモデルにより,現地で発生する崩壊の発生特性を説明できる可能性が示された。そのため,本研究成果は広域の山地流域を対象とした崩壊発生予測の構築に大きく寄与すると考えられる。本研究で得られた研究成果の一部は,既に学会等で公表を行った。
世界遺産白神山地ブナ原生林における遺伝的構成とその保持に関する研究

白神山地には世界最大級のブナ林が広がっている。この山林は豊かな自然の恵みをもたらすと同時に、学究的にも極めて価値ある自然生態系を保持している。本研究では、ブナ林の遺伝的構成を調べるため、集団遺伝学的側面と個体生物学的側面からの探求をおこなった。得られた研究成果は主に以下の4項目にまとめられた。1.MYB遺伝子領域のSSR及び、個体特異的断片化したIGS領域を遺伝子マーカーとして確立した。また、母性遺伝マーカーの探索に向け、葉緑体とミトコンドリアDNAの解析を行ない、これらのゲノム領域のクローニングと塩基配列の決定を進めた。2.世界遺産緩衝地域に接する高倉森に1.65ヘクタールの調査地を設け、全てのブナ成木・幼木個体について遺伝子解析を行い、遺伝的多様度と親子関係を調査した。また、世界遺産核心地域、鹿児島県高隈山、及び茨城県小川試験地におけるブナ林の遺伝子解析調査を行い、高倉森のブナ集団との遺伝的距離と遺伝的多様性の比較研究を行なった。3.ブナに特有の遺伝子機能の解析を目的として、種子が空のしいなを形成する原因を探り、これが強い他殖性によるものであることを実証し、自家不和合性遺伝子の関与を探った。また、ブナにおける環境適応性遺伝子の同定とその多様性の解析を目的として、MYB遺伝子ファミリーの解析を行い、これまでに85種類の遺伝子を単離した、これらの中から、低温、高温、乾燥等の様々な環境ストレスに応答する遺伝子及び季節特異的に発現する遺伝子の存在を明らかにした。本研究は、白神山地におけるブナ原生林の遺伝的多様性を調査することにより、このブナ集団についての理解を深め、原生林の保全に役立てることを目的とする。調査地として、世界遺産指定地域を囲む山域のうち、青森県側に4峰、秋田県側に2峰を選び、それぞれの山域で4ないし5地点、合計26地点(総計130個体)からサンプリングを行った。DNA解析により得られた知見は以下に要約される。1、AFLP解析による個体間差の検出全DNAを用いてAFLP解析を行ったところ、各個体より約80本のバンドが検出された。これらのバンドパターンを比較したところ、全ての個体に複数の変異バンドが見られた。これより、白神山地のブナ集団に極めて高い多様性がある可能性が示唆された。18S rRNAと25S rRNAのコード領域の間に存在するITS1-5.8S rRNA-ITS2の領域をPCR増幅し塩基配列を解析したところ、ITS1領域の18S rRNAから数えて56番目、102番目、および116番目において変異が検出された。これらの配列から4種類のハプロタイプが見出された。世界のブナ属のITS配列は全てが(G^<56>C^<102>A^<116>)のハプロタイプにあたることから、その他の3種類のハプロタイプは日本のブナに特有の変異であると考えられた。MYBスーパーファミリーの保存配列をもとに作成したデジェネレートプライマーにより、ブナのDNAから数十種類のPCR増幅産物が得られた。そのバンドパターンに個体間の変異が見られた。変異バンドの塩基配列を調べたところ、イントロン配列にSSRをもつMYBが3遺伝子同定された。これらの配列の前後にプライマーを設定して個体間差を調べたところ、それぞれについて極めて多様な変異が見つかり、多いものでは17種類の対立遺伝子が検出された。以上の結果について現在投稿論文を作成中である。白神山地のブナ林は世界最大級の規模に分布し、豊かな自然を保持している。このブナ集団の遺伝的構成を調べその多様性を評価することは、白神山地の学術的調査と森林保全に大いに役立つものと考えられる。