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沿岸漁場における順応的環境ガバナンスの地理学的研究

本年度は,8月29日から9月1日に北海道小樽市および積丹半島で合同調査と研究会をおこなった.本地域は,近代期にニシン漁の資源移動にともなう漁業制度の大きな変化があった地域である.研究会では,成果発表に向けた枠組みについて話し合った.10月22-25日にはタイ・チェンマイで開催された世界小規模漁業学会に池口・横山・崎田の3名が出席し,事例研究を報告した.またメキシコ,チリの研究者と打ち合わせをおこない,次年度の共同ワークショップについて協議した.2月,3月には池口・前田・横山が,岩手県の広田湾,長崎県の宇久島で合同調査をおこない,津波被災地と磯焼け地域の漁業ガバナンスについて比較考察した.3月21日には日本地理学会春季大会にてシンポジウム「変動する沿岸漁場と順応的環境ガバナンス」を開催し,地理学者や水産政策研究者にコメントをもらって,成果とりまとめの方向性や課題を検討した.このほか,各自が現地調査および理論研究をおこなった.具体的には,1)ニシン減少期のニシン漁家日記出版に向け,原本確認をおこなった.地方紙からニシン漁業関連記事を抽出し,秋田県のニシン漁獲地域がニシン輸入地域,出稼ぎ者送出地域へ変化する過程を検討した.2)小規模漁業の生態誌的研究としては,兵庫県の延縄漁業について研究を続け,特に明石市内の複数の漁業協同組合地区においてかつて延縄漁業に従事した経験のある漁業者から聞き取り調査を実施した.また、明治期に刊行された『兵庫県漁業慣行録』に記された各地の延縄漁業を分析することを試みた.3)水産資源をめぐる諸課題のうち,とくに漁場利用をめぐる主体間関係を読み解く枠組みとして使用される社会ネットワーク,社会関係資本,「スケール」に関する研究動向を整理することで,地理学的にどのような方法論が可能となるのかを展望した.本年度は日本の村落地域のコミュニティガバナンス,およびコモンズ研究のレビューをすすめ,日本海・三陸海岸・瀬戸内海・五島列島でガバナンスの実証研究をおこなうなど,精力的に調査研究をおこなった.その結果,順応的ガバナンスの実態,その地域条件として重要なスケール,コミュニティ,知識,市場との関係性が明らかになり,これをシンポジウムで検討できたことは大きな成果となった.一方で,メキシコ・チリにおける実験的な調査は達成できなかったため,来年度にワークショップと同時におこなうこととした.1)シンポジウムの成果をプロシーディングとして英文著書にまとめ,国際的な評価を問う.2)7月にペルー・リマでおこなわれる国際コモンズ学会において成果を報告し,国際的な評価を問う.3)国際コモンズ学会のための南米訪問に合わせてチリで現地研究者と合同調査,ワークショップをおこない今後の課題を検討する.4)各自の事例地域で補足的調査をおこない論文執筆をすすめる.本年度は,国際比較研究に向けた研究体制の構築,および共通研究課題の検討をおこなった.具体的には6月にメキシコ・バハカリフォルニアにおいてデューク大学研究チームと共同研究計画の打ち合わせ,最終年度のワークショップ開催の可能性について検討をおこなった.また,半島の東西沿岸において漁村調査をおこない,資源利用や漁法,漁業者組織の単位や機能について基礎的な調査をおこなった.この結果から,メキシコの小規模漁業と日本の小規模漁業の基礎資料の相異について検討した.理論研究では,政治地理学におけるガバナンス論の社会的文脈,および環境ガバナンス研究への含意を検討した.またガバナンスに介在する社会ネットワークの定性的な分析方法について検討した.実証研究では北海道のニシン漁業研究における近代期の新聞記事の意義を検討し,瀬戸内海の小規模漁業についても基礎的資料を収集した.また津波被災地域であるチリの海藻漁業をとりあげてその特徴を検討した.2017年2月にはこれらの研究成果の報告会をおこない,コメンテーターを招いて課題を検討した.さらに,メキシコ研究者を招聘して次の合同調査をおこなった.1)牡鹿半島の漁村調査.石巻地区,津波被災前後の資源利用変化,被災への対応の地域差を聞き取りによって明らかにした.その結果,順応的ガバナンスの地域差には生産・流通における異なるスケールの漁業者組織の機能が影響することが示された.また,メキシコとの比較では組織的な対応への流通主体の影響が大きいことが示唆された.2)伊豆半島南伊豆海域の漁業調査.磯やけの範囲や程度を示す資料の所在や地域の磯根漁業の実態,漁業者組織のスケールや磯やけへの対応について基礎資料を収集した.その結果,磯やけへの対応の地域比較ではより被害が大きかった五島列島などとの比較が必要であることがわかった.本年度計画のうち,実証研究の視点については,資源・環境変動に対応する組織の地理的スケールの重要性が確認され,各事例地域でそれに対応する組織を具体的に明らかにできた点でほぼ課題を達成した.国内外の理論研究ではガバナンス論の文脈について検討がすすんだが,国内外の小規模漁業における順応的ガバナンスの整理は検討中であり,来年度の継続課題としてすすめる必要がある.本年度は,昨年度に引き続き国内外の沿岸資源ガバナンスに関する理論研究をすすめるとともに,各事例地域で現地調査をおこなった.具体的には,1)津波災害後の小規模漁民の行動について国際比較に向けた枠組みを検討した.また,災害後の復興政策と実態,その評価について国内の事例を中心に文献を収集した.2)メキシコ・バハカリフォルニアと日本の漁村・漁協組織比較のための調査項目を検討した.3)浮魚資源に関し,北海道のニシン漁業を事例に文献を収集し,現地調査をおこなった.4)定着性資源に関し,主に磯焼け前後の漁民の対応を検討するため,事例地域を長崎県小値賀島に設定して現地調査をおこなった.

その結果,磯焼けによる海藻・アワビ資源減少は,そもそもイカや底魚資源が豊富であった同海域では生計にさほど大きな影響を与えなかったこと,イサキの資源管理によるブランド化や,クエ,タチウオなど新たな資源開発などの対応があり,それが従前の漁場利用慣行を基盤としていたことなどが明らかになった.このことから,対象魚種が少ない高緯度地域の磯焼け対応との比較が必要であることがわかった.5)底魚資源に関し,沖縄島北部の海洋保護区設定の経緯についてフィリピン・ホセパンガニーバン市の環境課職員とともに現地調査をおこない,資源減少への順応的ガバナンスの地域的条件について検討した.また,栽培漁業センターの視察をおこない,サンゴ礁資源への対応における栽培漁業の役割について検討した.本年度は3年目の実証研究に向けた予備調査,および前年度の理論研究のとりまとめが主要な課題である.前年度に牡鹿半島でおこなった共同調査の結果については成果をとりまとめたほか,構築するべき分析枠組みについても具体的な検討がすすんだ.実証研究に向けた予備調査では,伊豆半島,五島列島をフィールドとして共同調査を実施し,順応的ガバナンスの諸条件のうち社会-生態システムについては十分な知見を得ることができた.これらの現地調査から,来年度に進めるべき比較研究の課題が明確になった.一方で,メキシコ・チリでの実験的な調査は達成できなかったため,来年度以降の課題となった.本年度は,8月29日から9月1日に北海道小樽市および積丹半島で合同調査と研究会をおこなった.本地域は,近代期にニシン漁の資源移動にともなう漁業制度の大きな変化があった地域である.研究会では,成果発表に向けた枠組みについて話し合った.10月22-25日にはタイ・チェンマイで開催された世界小規模漁業学会に池口・横山・崎田の3名が出席し,事例研究を報告した.またメキシコ,チリの研究者と打ち合わせをおこない,次年度の共同ワークショップについて協議した.2月,3月には池口・前田・横山が,岩手県の広田湾,長崎県の宇久島で合同調査をおこない,津波被災地と磯焼け地域の漁業ガバナンスについて比較考察した.3月21日には日本地理学会春季大会にてシンポジウム「変動する沿岸漁場と順応的環境ガバナンス」を開催し,地理学者や水産政策研究者にコメントをもらって,成果とりまとめの方向性や課題を検討した.このほか,各自が現地調査および理論研究をおこなった.具体的には,1)ニシン減少期のニシン漁家日記出版に向け,原本確認をおこなった.地方紙からニシン漁業関連記事を抽出し,秋田県のニシン漁獲地域がニシン輸入地域,出稼ぎ者送出地域へ変化する過程を検討した.2)小規模漁業の生態誌的研究としては,兵庫県の延縄漁業について研究を続け,特に明石市内の複数の漁業協同組合地区においてかつて延縄漁業に従事した経験のある漁業者から聞き取り調査を実施した.また、明治期に刊行された『兵庫県漁業慣行録』に記された各地の延縄漁業を分析することを試みた.
希土類マンガナイト相の安定性と錯体からの合成プロセスの開発

本研究の目的は、先ず通常のセラミックス法により合成した希土類マンガナイト系酸化物のいくつかの相の熱力学的データ、結晶構造についての測定を行ない相の安定性を調べること、次に成分元素を含む2-エチルヘキサン酸錯体を合成しなるべく低温での単一相の合成をめざすとともに(相転移の存在のため)、可能な限り固相反応法では不可能な相の合成もねらうことである。これらの目的に沿ってLaMnO_3の斜方晶と菱面体晶との両方の相を得て、特にX線的に完全な菱面体晶の相を合成しその構造解析もした。さらにパイロクロア関連の構造を有する相について、熱重量法にて各相の安定性をしらべ、いくつかの熱力学的データを得た。さらに単一相のものについてその結晶構造が3種類あることまでつきとめた。上記各物質はすべてMnを囲む酸素八面体の配列の仕方により種々の構造をとるものであり、さらに高次構造の物質の合成への手がかりを得た。またLaMnO_3の菱面体晶の相やLnMn_2O_5(Ln=希土類)などの固相反応法ではきれいに合成できない試料を、2-エーテルヘキサン酸錯体を用いる方法で合成できたことは本研究の属する重点領域の課題に沿う重要なデータを得ることができたものである。これによりこれらの物質の新しい諸物性値を測定できた。なかでもK_2NiF_4型構造を有する(SrLa)_2MnO_4の系でAサイトに欠陥を有する相で斜方晶の相が出現することをこの錯体法で始めて単離し確認したことは今後の新物質・新相の開発への大きな突破口となったと確信している。これら上記の諸成果をいくつかの論文にまとめて現在投稿しつつあり、この中受理されたものについて次頁に記載してある。
2次元有機伝導体のフェルミ面と反強磁性.磁気秩序

本研究で対象とする(BEDT-TTF)_2KHg(SCN)_4は、約10Kで常磁性金属状態から反強磁性金属状態へと磁気的に相転移する。この物質は他のBEDT-TTF塩同様、準2次元伝導体であるが、この転移点以下の温度で磁気抵抗の異常、ドハース量子振動の分裂、また20数テスラ以上の強磁場下で再び高温相の金属状態に復帰する現象、等々他の塩では見られない究めて面白い性質を示す。われわれは、この問題を閉じた2次元的なバンドと開いた1次元的なバンドが共存した低次元電子状態の観点から調べてきた。本研究で得られた成果は次の3点に要約される。1。転移温度以下で伝導面内のホール係数が数倍大きくなる異常を観測した。これは、基本的にはかなりのキャリアーが消滅したことを示唆し、スピンあるいは電荷の密度波が発生した可能性と矛盾しない。2。ドハース振動の波形分裂を強磁性的な交換相互作用がゼーマン準位間に働いたとするモデルで説明した。3。磁気抵抗の面内方向依存性と角度依存型振動の結果は、低温相での開いた軌道の方向が高温相と違っていることを示唆する。このことは、転移に伴い格子の歪が生じていることを意味しており、電荷密度波とスピン密度波の共存の可能性を指摘した。1。2。3。本研究で対象とする物質は準二次元有機伝導体(BEDT)_2KHg(SCN)_4である。この有機錯体は1K以下の極低温まで二次元的金属であるが約10Kで常磁性金属から反強磁性的金属へと相転移することを,約3年前私共のグループが観測した。本年度はこの研究を更に発展させるべく次のような研究実績を得た。1.低温(0.4kまで),強磁場(28T)での電気伝導および静磁化の測定によりこの物質の磁場温度相図を決定した。磁場中電気伝導における異常な振舞より,H_A=23T以上の磁場で再び常磁性的状態へと転移すること,およびそれ以下の磁気的秩序相と考える状態が2つの異った磁気秩序から成り立っていることを明らかにした。2.この磁気相図を更に詳しく調べるために静水圧を印加する装置を設計,その大部分は完成し現在これの種々のテストの準備をしている段階である。3.比熱測定はこの物質の磁気秩序の本性を解明するために有用な手段である。本年度は,ミリグラム程度の微小単結晶の比熱を測定すべく装置の開発を行った。まだ完成していないが本年度これを用いた実験を期待している。来年度は,上記2.3.の実験を行ないこの物性の異常な磁気秩序相の起源に追りたい。1。2。3。
細胞間透過性と細胞極性を規定する新しい細胞接着分子群クローディンファミリーの解析

(1)クローディンファミリーメンバーの同定・解析と特異抗体の作製:本研究会誌までに8種類のクローディンを同定していた。データベースを調べることにより、現在までさらに16種類のクローディンを見つけた。これらのクローディンのcDNAをRT-PCR法により単離した。また、得られたクローディンcDNAを用いて、細胞質ドメインのリコンビナント蛋白質を大腸菌で作製し、それを抗原にして、それぞれのクローディンに特異的なポリクローナル抗体とモノクローナル抗体を作り、それぞれのクローディンの発現パターンを染めつつある。(2)TJの形成と機能におけるクローディンの役割:細胞レベルにおける解析:以下のクローディンの基本的な性質を明らかにした。クローディンに接着能力はあること。各クローディン間で接着特異性はあること。各クローディンが共重合してTJストランドを作ること。TJのバリアー機能に各クローディン間で差があること。(3)TJの形成と機能におけるクローディンの役割:個体レベルにおける解析:各クローディンのゲノムを単離し、相同組み換えにより遺伝子破壊のためのベクターを作製し、各クローディンを欠失したマウスの作製を試みた。現在のところクローディン-1、2、3、5について解析が進んでいる。(4)TJの裏打ち蛋白質とクローディンの相互作用の解析:クローディンとZO-1、ZO-2、ZO-3との結合について、in vivoおよびin vitroにおける解析を進めた結果、クローディンのC末端にZO-1、2、3のPDZ1ドメインが直接結合することが明らかになった。TJの形成と機能におけるクローディンの役割を個体レベルで明らかにするために、各クローディンのゲノムを単離し、相同組み換えによる遺伝子破壊のためのベクターを作製し、これを用いて、ES細胞レベルで各クローディンの遺伝子を破壊し、さらに、各クローディンを欠失したマウスの作製を試みた。また、TJの裏打ち蛋白質とクローディンの相互作用の解析も進めた。TJには、ZO-1、ZO-2、ZO-3というMAGUKファミリーに属する細胞膜裏打ち蛋白質が濃縮することが知られている。我々は以前、オクルディンのC末端細胞質領域が、ZO-1と特異的に結合することを示した。しかし、オクルディンをノックアウトした細胞でも、ZO-1はまだTJに局在していることが分かった。そこで、クローディンとZO-1、ZO-2、ZO-3との結合について以下のようなシステムで調べた。(1)in vivoの系:L細胞にクローディンを導入すると、TJが誘導され、光学顕微鏡レベルでもTJストランドのネットワークが観察できた。そこで、この細胞にさらに、ZO-1、ZO-2、ZO-3をそれぞれ導入し、このネットワークにそれぞれがリクルートされるかどうかを調べた。(2)in vitroの系:クローディンの細胞質ドメインをGSTとの融合蛋白質の形で発現、精製した。これをビーズに結合させ、リコンビナントZO-1、ZO-2、ZO-3とインキュベートすることにより、クローディンとZO-1、ZO-2、ZO-3の結合を調べた。(1)クローディンファミリーメンバーの同定・解析と特異抗体の作製:本研究開始までに8種類のクローディンを同定していた。また、得られたクローディン。cDNAを用いて、細胞質ドメインのリコンビナント蛋白質を大腸菌で作製し、それを抗原にして、それぞれのクローディンに特異的なポリクローナル抗体とモノクローナル抗体を作り、それぞれのクローディンの発現パターンを染めつつある。

(3)TJの形成と機能におけるクローディンの役割:個体レベルにおける解析:各クローディンのゲノムを単離し、相同相み換えによる遺伝子破壊のためのベクターを作製し、各クローディンを欠失したマウスの作製を試みた。現在のところクローデイン-1、2、3、5について解析が進んでいる。(4)TJの裏打ち蛋白質とクローディンの相互作用の解析:クローディンとZO-1、ZO-2、ZO-3との結合について、in vivoおよびin vitroにおける解析を進めた結果、クローディンのC末端にZO-1、2、3のPDZ1ドメインが直接結合することが明らかになった。生きた細胞におけるTJストーンランドの可視化本年度は、GFPテクノロジーを利用して、TJストランドの動態を、生きた細胞の中で可視化することを試み、成功した。これまで我々は、TJを持たないマウスL線維芽細胞にクローディンを強制発現すると、TJストランドが細胞間に再構成されることを見出してきた。そこで、GFPとクローディン-1との融合蛋白質をL線維芽細胞に発現させたところ、同様にTJストランドを再構成した。このストランドはGFPにより強くラベルされていることになる。超高感度の蛍光シグナル観察装置を用いると、このような細胞が生きたままの状態で、一本一本の再構成されたTJストランドを直接観察することができた。その結果、TJストランドはこれまで想像されていたよりもはるかに動的な構造であることが明らかになった。それぞれのストランドは、しばしば断裂して2本に分かれたり、逆に、端と端で結合して一本の新しいストランドを形成したりした。また、端と側面、または側面と側面で強く結合した。FRAP(fluorescence recovery after photobleaching)などの結果も考え合わせることにより、まったく新しいTJの姿が浮き彫りにされてきた。クローディンに結合する新しい裏打ち蛋白質の同定本年度は、クローディン-1のC末端側細胞質ドメインをベイトとして、マウス胎児のcDNAライブラリーを用いたyeast two-hybrid法により、クローディンC末端に直接結合するPDZドメイン含有蛋白質の検索を試みた。その結果、これまでTJに局在することが知られているZO-1と呼ばれるPDZ含有蛋白質以外に、PDZドメインを13個も一分子内に持つMUPP1(Multi-PDZ proteinl)と呼ばれる高分子量蛋白質がクローデインと結合することが分かった。
微生物によるトリチウムガスの酸化に関する研究

動物体内に取り込まれたトリチウムガスは主として腸内細菌により酸化されると考えられているがその実体は殆んど明らかでないことから、本研究は腸内微生物によるトリチウムガスの酸化について検討を行った。研究成果を以下に述べる。1.ラット腸内容物(直腸臀便)懸濁液によるトリチウムガスの水への酸化は、嫌気条件(窒素ガス-水素ガス-二酸化炭素、80:10:10)下では好気条件(空気)下に比べて著しいことが明らかになった。2.ヒトの糞便懸濁液ではラットのそれと同様に好気条件より嫌気条件で著しくトリチウムガスが水に酸化された。その酸化の程度はラットの糞便とほぼ同程度であった。3.ラット、ヒトいずれの場合も腸内菌によるトリチウムガスの酸化による生成物はその98%がHTOであった。(凍結乾燥法による結合型と遊離型トリチウムの測定にネオクールディップを使用)。4.嫌気条件下でトリチウムガスの酸化にあづかる腸常在菌はどのようなものであるかを知るために、分離培地を用いてラット糞便よりトリチウムガス酸化能の高い菌株を分離し、同定した。(ガスパック100嫌気システムと小型冷水循環機を使用して嫌気培養を行った)。最優勢菌群であるBacteroides,Eubacteriumに属するいくつかの菌株にトリチウムガスの高い酸化能が検出された。一方、嫌気条件でも好気条件でも生育できるEnterobacteriaceaeのいくつかの菌株はいずれも酸化能が高かったが、腸内での存在比はBacteroidesの1万分の1以下であることを考慮に入れると、全体としてトリチウムガスの体内酸化にあづかっているのは嫌気性菌であることが推論された。
ヨーロッパ腐蛆病の発病機構の解明

ヨーロッパ腐蛆病は蜂群の崩壊につながるミツバチ幼虫の致死性伝染病で、家畜伝染病予防法で法定伝染病に指定されている。原因菌であるMelissococcus plutoniusは、約100年前からその存在が知られているものの、本病の発病機構は全く明らかになっていない。本研究では、ヨーロッパ腐蛆病菌の性状や遺伝子を詳細に解析することにより、本病の発病機構を明らかにし、将来的なヨーロッパ腐蛆病の予防法開発に資する情報を得ることを目的とする。これまでの研究の結果、本課題では、下記の成果が得られた。1.ヨーロッパ腐蛆病の実験室内感染実験法を確立し、遺伝子型の異なるM. plutonius株はミツバチ幼虫に対して異なる病原性を示すことを明らかにした。2. M. plutonius株をミツバチ幼虫に感染させ、病理組織学的解析を行った結果、本菌は基本的に囲食膜に囲まれた中腸腔内にとどまっているが、菌由来の何らかの分子が幼虫体内に拡散し、幼虫に悪影響を与えている可能性が示唆された。3.ヨーロッパ腐蛆病発症時の幼虫の反応を理解するため、感染幼虫と非感染幼虫における遺伝子発現パターンをマイクロアレイ解析で比較した結果、両者では遺伝子発現パターンが明らかに異なり、感染させた菌株のタイプによっても幼虫の遺伝子発現パターンに違いが見られた。4. M. plutoniusの遺伝子欠失株作出法を確立し、本菌の病原性への関与が疑われたエンハンシン遺伝子、ソーテース遺伝子、キチン結合タンパク質遺伝子の欠失変異株の作出した。これら変異株を使って感染実験を行なった結果、ミツバチ幼虫への明らかな病原性の低下は認められず、これらの遺伝子単独では、本菌の病原性に大きな影響を与えていないことが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。ヨーロッパ腐蛆病はミツバチ幼虫の致死性伝染病で、家畜伝染病予防法で法定伝染病に指定されている。原因菌であるMelissococcus plutoniusは、約100年前からその存在が知られているものの、培養すると急速に病原性が失われると考えられおり、本病の発病機構は全く明らかになっていない。ところが、近年、研究代表者らは、継代培養を繰り返しても病原性が失われず、実験感染系で幼虫にヨーロッパ腐蛆病を再現可能なM. plutonius株(非典型株)が存在することを発見した。そこで本研究では、この非典型株を詳細に解析することにより、本病の発病機構を明らかにすることを目的とする。本年度は、1、レンサ球菌で遺伝子破壊に用いている自作の温度感受性プラスミドベクターpSET6sを利用して、M. plutoniusの遺伝子欠損株作出法を確立した。2、ミツバチ幼虫に感染した菌を病理切片上で検出するための抗M. plutonius血清を作製し、M. plutoniusを注入した動物の肝臓をモデルに、菌が検出可能であることを確認した。3、ヨーロッパ腐蛆病発症時の幼虫の反応を理解するため、感染幼虫と非感染幼虫における遺伝子発現パターンをマイクロアレイ解析で比較した。その結果、感染幼虫と非感染幼虫の遺伝子発現パターンは明らかに異なり、特に、感染幼虫では、抗菌ペプチドの発現上昇と自然免疫系の活性化に重要なToll-like receptorの発現低下が起こっていることが示唆された。4、2013年に報告された遺伝子型別法を用いて、実験使用株の遺伝子型を決定し、非典型株が海外にも存在することを示唆した。5、M. plutoniusは、幼虫の餌であるローヤルゼリーが有する強い抗菌活性に抵抗性を示すことを明らかにした。この強い抗-抗菌活性が、本菌の経口感染成立に寄与している可能性が示唆された。原因菌であるMelissococcus plutoniusは、約100年前からその存在が知られているものの、人工培養すると急速に病原性が失われると考えられおり、本病の発病機構は全く明らかになっていない。ところが、近年、研究代表者らは、日本には人工培養を繰り返しても病原性が失われず、実験感染系でミツバチ幼虫に確実にヨーロッパ腐蛆病を再現可能なM. plutonius株(非典型株)が存在することを発見した。そこで本研究では、人工培養を行っても病原性が失われない非典型株を詳細に解析することにより、原因菌の発見から1世紀経った今も全くの謎に包まれているヨーロッパ腐蛆病の発病機構を明らかにし、将来的な本病の予防法開発に資する情報を得ることを目的とする。本年度は、1、ヨーロッパ腐蛆病の発病機構をより深く理解するために、M. plutonius非典型株のDAT561株をセイヨウミツバチ幼虫に経口感染させ、感染幼虫の病理組織学的解析を行った。その結果、M. plutoniusの菌細胞自体は基本的に囲食膜に囲まれた中腸腔内にとどまっているが、抗M. plutonius血清に反応する菌由来の何らかの分子が幼虫体内に拡散し、幼虫に悪影響を与えている可能性が示唆された。ヨーロッパ

腐蛆病は蜂群の崩壊につながるミツバチ幼虫の致死性伝染病で、家畜伝染病予防法で法定伝染病に指定されている。原因菌であるMelissococcus plutoniusは、約100年前からその存在が知られているものの、本病の発病機構は全く明らかになっていない。本研究では、ヨーロッパ腐蛆病菌の性状や遺伝子を詳細に解析することにより、本病の発病機構を明らかにし、将来的なヨーロッパ腐蛆病の予防法開発に資する情報を得ることを目的とする。これまでの研究の結果、本課題では、下記の成果が得られた。1.ヨーロッパ腐蛆病の実験室内感染実験法を確立し、遺伝子型の異なるM. plutonius株はミツバチ幼虫に対して異なる病原性を示すことを明らかにした。2. M. plutonius株をミツバチ幼虫に感染させ、病理組織学的解析を行った結果、本菌は基本的に囲食膜に囲まれた中腸腔内にとどまっているが、菌由来の何らかの分子が幼虫体内に拡散し、幼虫に悪影響を与えている可能性が示唆された。3.ヨーロッパ腐蛆病発症時の幼虫の反応を理解するため、感染幼虫と非感染幼虫における遺伝子発現パターンをマイクロアレイ解析で比較した結果、両者では遺伝子発現パターンが明らかに異なり、感染させた菌株のタイプによっても幼虫の遺伝子発現パターンに違いが見られた。4. M. plutoniusの遺伝子欠失株作出法を確立し、本菌の病原性への関与が疑われたエンハンシン遺伝子、ソーテース遺伝子、キチン結合タンパク質遺伝子の欠失変異株の作出した。これら変異株を使って感染実験を行なった結果、ミツバチ幼虫への明らかな病原性の低下は認められず、これらの遺伝子単独では、本菌の病原性に大きな影響を与えていないことが示唆された。当初、予定していたM. plutoniusの遺伝子欠失株の作出や感染幼虫の病理組織学的な解析がおおむね終了したため。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。次年度は、本年度までに非典型株から作出した合計6株のM. plutonius遺伝子欠失株を用いて、セイヨウミツバチ幼虫の感染実験を行い、欠失させた遺伝子がM. plutoniusの病原性に関与しているか否かを確認する。感染実験の結果、病原性の低下が認められた遺伝子欠失株については、欠失した遺伝子を再び導入した相補株の作出を行う。また、必要に応じて、大腸菌等のタンパク質発現系を用いて、機能解析のためのレコンビナントタンパク質の作出と精製を試みる。さらに、本年度のM. plutonius非典型株感染幼虫の病理解析では、感染初期の幼虫組織の状態や菌の動態が観察できていなかったため、この時期の発病機構をより詳細に解明するために、非典型株感染後72時間以内のセイヨウミツバチ幼虫を継時的に採材し、各種病理組織学的解析を行う。特に、抗M. plutonius血清を用いた免疫組織化学的解析を行うことにより、菌体そのものだけでなく、抗血清に反応する菌由来の分子が、感染初期にどのように幼虫体内に拡散していくのかを観察する。当初の予定していたM. plutoniusの遺伝子欠損株作出法の確立や感染幼虫のマイクロアレイ解析という目的が達成でたため。ミツバチは、女王蜂が盛んに産卵する春から夏にかけての時期を逃すと、多数の幼虫を用いる実験の遂行が困難である。本年度は、ミツバチ幼虫体内でのM. plutoniusの動態解明のため、経口感染させた幼虫の経時的なサンプリングを行ったが、実験に用いる健康な蜂群の確保と適切な感染条件の確立ための予備実験に多くの時間を費やすこととなった。
重金属汚染土壌の修復を目的とした植物根圏機能の高度利用

効率的かつ周辺環境への影響が小さいファイトレメディエーション技術を確立するための基礎的知見を得ることを目的に,1.生分解性キレート剤を利用したファイトレメディエーション,2.超集積植物の探索と金属集積メカニズムの解明,3.作物によるヒ素吸収抑制を目的とした根圏環境制御法の検討を行なった.主要な結果は以下の通りである.1.生分解性キレート剤EDDSの銅汚染土壌への施用で,植物の銅吸収量は顕著に増加した.EDDSの施用が土壌微生物群集の基質資化性へ及ぼす影響や金属錯体の系外への流亡の可能性は,EDTAの場合よりも小さいと考えられた.しかし,可溶化された重金属類が流亡する可能性は否定できず,汚染土壌からの重金属類の流亡が生じないような処置を施した上で生分解性キレート剤を利用する必要があると考えられた.2.兵庫県生野鉱山跡地で土壌・植生調査を行なった結果,スズシロソウがZn,Cdの超集積植物であること,ヘビノネコザはCu,Cd,Pbに加えてAsも集積しうることを見出した.スズシロソウの葉に存在するZn,Cdは,それぞれ80%,55%以上が可溶性であり,リンゴ酸が無毒化に関与している可能性が示された.また,Cd処理を行なった根では,フィトケラチン等のSH化合物含量が増大し,Cdの無毒化に関与していると推察された.今後,これらの植物根圏での金属動態及び可溶化メカニズムの解明を続ける必要がある.3.菌根菌資材の施用がヒマワリによるAs吸収と毒性発現に及ぼす影響について検討した結果,化学肥料でPを供給した場合と比較して,As過剰症状,As吸収量が軽減されることが示された.一方,非晶質鉄酸化物を土壌施用し,ヒ素(V)汚染水を灌漑して水稲栽培を行なった結果,非晶質鉄酸化物の施用は,根圏・根面においてAsを不動化させ,As吸収を抑制する上で有効であることが明らかとなった.効率的かつ周辺環境への影響が小さいファイトレメディエーション技術を確立するための基礎的知見を得ることを目的に,1.生分解性キレート剤を利用したファイトレメディエーション,2.超集積植物の探索と金属集積メカニズムの解明,3.作物によるヒ素吸収抑制を目的とした根圏環境制御法の検討を行なった.主要な結果は以下の通りである.1.生分解性キレート剤EDDSの銅汚染土壌への施用で,植物の銅吸収量は顕著に増加した.EDDSの施用が土壌微生物群集の基質資化性へ及ぼす影響や金属錯体の系外への流亡の可能性は,EDTAの場合よりも小さいと考えられた.しかし,可溶化された重金属類が流亡する可能性は否定できず,汚染土壌からの重金属類の流亡が生じないような処置を施した上で生分解性キレート剤を利用する必要があると考えられた.2.兵庫県生野鉱山跡地で土壌・植生調査を行なった結果,スズシロソウがZn,Cdの超集積植物であること,ヘビノネコザはCu,Cd,Pbに加えてAsも集積しうることを見出した.スズシロソウの葉に存在するZn,Cdは,それぞれ80%,55%以上が可溶性であり,リンゴ酸が無毒化に関与している可能性が示された.また,Cd処理を行なった根では,フィトケラチン等のSH化合物含量が増大し,Cdの無毒化に関与していると推察された.今後,これらの植物根圏での金属動態及び可溶化メカニズムの解明を続ける必要がある.3.菌根菌資材の施用がヒマワリによるAs吸収と毒性発現に及ぼす影響について検討した結果,化学肥料でPを供給した場合と比較して,As過剰症状,As吸収量が軽減されることが示された.一方,非晶質鉄酸化物を土壌施用し,ヒ素(V)汚染水を灌漑して水稲栽培を行なった結果,非晶質鉄酸化物の施用は,根圏・根面においてAsを不動化させ,As吸収を抑制する上で有効であることが明らかとなった.植物を用いて重金属汚染土壌の浄化を効率的に行なうためには,集積植物の根圏機能の解析,根圏における「吸収可能な重金属量」の増大が重要である.同時に,周辺環境に影響を及ぼさないことも求められる.今年度の研究では,これらの課題に取り組むべく,金属集積植物の探索と生分解性キレート剤の利用に関する研究を行なった.1.金属集積植物の探索兵庫県生野鉱山跡地(金香瀬旧坑)周辺の自然林で土壌,植生調査を行なった.また,旧坑道入口付近の植物を任意に採取した.その結果,ヘビノネコザにCu, As, Cd, Pb,シシガシラにPb,ヒノキにPbとAs,アカマツにPbの集積性が認められた.また,スズシロソウは,Zn, Cdの超集積能力を有することが明らかとなった.今後,ヘビノネコザ,スズシロソウについて,As, Cdの超集積メカニズムの解明とその応用について研究を展開する.2.生分解性キレート剤を利用した銅汚染土壌のファイトレメディエーションCuを100mg kg^<-1>添加した畑土壌に,生分解性キレート剤S,S-エチレンジアミン-N,N'-ジコハク酸(EDDS)を施用してカラシナを栽培し,銅吸収量,土壌中の銅の存在状態,土壌微生物群集の基質資化性への影響をEDTAの場合と比較した.

その結果,(1)EDDS添加で,植物の銅吸収量は顕著に増加し,EDTAの場合と有意差は認められなかった.(2)土壌溶液中の全銅濃度は,EDDS区がEDTA区より有意に高く推移し,EDDS, EDDS-銅錯体の系外への溶脱の可能性は小さいと考えられた.(3)EDDSを施用した土壌のBiolog法によるAWCDの値は,EDTAの場合よりも高く推移し,土壌微生物群集への影響も小さいと推察された.今後,PLFA法も取り入れ,ファイトレメディエーションの場における根圏環境の総合的評価を試みる.昨年度の調査の結果,スズシロソウがZn・Cdの超集積植物であること,また,ヘビノネゴザは,重金属に加えて,Asの集積性も大きいことが示唆された.これらの結果に基づき,本年度は,1.水耕栽培したスズシロソウによるZn・Cdの吸収と体内での存在状態,2.As添加土壌に生育させたヘビノネゴザによるAs吸収について検討した.さらに,3.As汚染水を灌漑した水稲根圏におけるAsの動態と根圏土壌微生物群集の動態を解析した.得られた成果は,以下の通りである.1.スズシロソウの生育は,Zn1000μM添加区でも低下せず,地上部含有率は20gkg^<-1>D.W.に達した.一方,地上部Cd含有率は,100μM区添加区で最大となり,4.Ogkg^<-1>D.W.に達した.葉に存在するZn,Cdは,それぞれ80%,55%以上が可溶性であった.これらのZn, Cdは無機態かリンゴ酸等の低分子量物質と結合していると推察された.2.ヘビノネゴザは,As(III)またはAs(V)を500または50mgkg^<-1>添加した土壌を含む培地でも生育することができた.このとき,地上部As含有率は約500または1000mgkg^<-1>D.W.に達した.3.5.0mgL^<-1>のAs(V)汚染水を灌漑した水稲根圏土壌溶液中As濃度を調べた結果,As濃度は根面に近いほど高く,As(III)のほうがAs(V)濃度よりも高いことが明らかとなった.また,栽培後土壌中のAsを存在形態別に分析した結果,水溶性,Mgイオン交換態,塩酸可溶性含量は,根面に近いほど高く,マスフローによるAs(III)の移行が推察された,また,根圏土壌のPLFAプロファイルを解析した結果,As毒性によって土壌微生物群集の多様性評価は低下し,正常な根圏機能が維持されていないことが確認された.スズシロソウのZn, Cd集積機構を解明することを目的に,根および地上部におけるZn, Cd無毒化への低分子有機酸,フィトケラチン(PCn)等の関与について水耕試験で検討した.また,鉱山跡地周辺では,しばしばスズシロソウとヘビノネゴザによる同一群落形成が観察されるが,その意義を考察するためリゾボックス装置を用いた栽培試験を行ない,根圏におけるZn, Cdの動態を調査した.さらに,作物によるヒ素吸収抑制技術の発展に資するため,菌根共生がヒマワリのAs吸収と毒性発現に及ぼす影響について解析した.結果の概要は以下の通りである.1.Zn処理濃度の上昇に伴い,スズシロソウ地上部で特にリンゴ酸含量の増大が確認された.Cd処理ではリンゴ酸含量の有意な増加は観察されなかった.一方,Cd処理濃度の上昇に伴って,根におけるγ-EC, PC2等のSH化合物含量が増大した.しかし,地上部およびZn処理区の根・地上部では,これらの顕著な増加は認められなかった.ZnとCdでスズシロソウによる無毒化機構が異なることが示唆された.2.スズシロソウを単独で生育させた場合,根圏土壌中の水溶性Zn, Cdは根面に近いほど低下したのに対し,ヘビノネゴザ単独および両者を混植した場合には,根面に近いほど水溶性Zn, Cd含量が増加し,特にヘビノネゴザで顕著であった.ヘビノネゴザは,根圏でZn, Cdを可溶化する特異的なメカニズムを有すると推察された.
科学的概念の発見過程におけるインタラクションに関する認知科学的研究

"発見"のプロセスを,心理学や人工知能の分野で確立されつつある「問題解決」や「知識獲得」の理論的枠組みを拡張することを通して説明しようとする地道な探求が続けられている。本研究は,主にそのようなプロセスに現れる「複数の人間の"インタラクション"」に着目して,これまでの研究成果を一層進展させることを目的として行なわれた。本研究の成果は,次の3点にまとめられる。(1)科学的発見や科学的概念の学習プロセスを「認知心理学的実験」に基づいて分析した。具体的には,「遺伝の法則」「力・運動概念」「概念同定」「類推の研究で用いられてきた放射線問題」等を課題に取り上げ,問題解決や学習のプロセスを,主にプロトコル分析に基づいて検討した。例えば,「遺伝の法則」を2人の高校生が共同発見学習するプロセスを詳細に分析し,三つのアブストラクトのレベル(1発話を単位とするレベル,意味的なまとまりを単位とするレベル,複合的な意味のまとまりを単位とするレベル)を設定することによって,それぞれのレベルで見えてくるプロセスの特徴,さらにレベル間の関係を明らかにし,より有効な学習が行なわれるためのいくつかの要因を同定した。(2)科学的発見のプロセスを,「計算機シミュレーション」に基づき検討した。具体的には,科学的発見の領域で長い間取り上げられてきた「Wasonの2-4-6問題」を解決するプロダクションシステムを構築し,旧来,心理学的な実験に基づいて提起されてきた仮説検証に関する知見を,構成的な方法に基づいて再検討した。その結果,例えば,positive test strategyの有効性が環境に依存すること,diagnostic test strategyの有効性等について,より明確な説明を加えることが可能になった。(3)学習者の認知的プロセスにより深くコミットする科学的概念の学習を支援するシステムの構築を行なった。そこでは,支援システムを,「準備段階」「開発段階」「評価段階」に分けて実装してゆく必要性が提案され,具体的に,電気回路の学習を支援するシステムの開発を行ない,その有効性を確認した。本研究は,複数の学習者の共同による科学概念の発見プロセスを,認知科学的な側面から検討することを主目的としている。なお,本報告は,平成8年,および平成9年の2年にわたって大なわれる研究の前半に関わるものである。本研究では,科学的発見の題材として,遺伝に関する「メンデルの法則」を取り上げた。まず,実験に用いるCAIシステムを開発した。システムは,学習者に対して,メンデルの法則を発見するための様々な実験を行うことができる「マイクロワールド」を提供する。実現されたマイクロワールド上では,種の交配,成長,開花,種の結実等のプロセスがシミュレートされ,学習者は様々な条件を制御しながら実験進め,それぞれの仮設を検討し合うことができる。本システムを用いて,2人ずつ10組程度の被験者(高校生)に,メンデルの法則を発見させた。実験の過程を通して,ビデオカメラとテープレコーダーを用いて,学習者の発話やシステムの操作状況等を記録した。実験結果は,システムの操作履歴や発話に基づくプロトコル分析により,次の3つの階層から分析された。もっともプリミティブなレベルでは,各被験者の発話単位で,提案,説明,同意,質問,反論等のラベル付けを行い,そこより次の第2のレベルのユニットが作られてゆくプロセスを観察した。第2のレベルとして,仮設形成,実験計画,実験の実施,実験結果の解釈,仮設の検証や反証という単位に着目し,その一連の過程が,2人の学習者の間またがって存在する入れ子構造を明らかにした。

更に,もっともグローバルなレベルでは,第2のレベルの相互関係が,「全体のプロセスを通してどのように変化してゆくのか」を検討し,そこより,成績の良いグループと,成績の悪いグループを比較して,両者のプロセスの特徴を抽出した。′′発見′′のプロセスを,心理学や人工知能の分野で確立されつつある「問題解決」や「知識獲得」の理論的枠組みを拡張することを通して説明しようとする地道な探求が続けられている。本研究は,主にそのようなプロセスに現れる「複数の人間の′′インタラクション′′」に着目して,これまでの研究成果を一層進展させることを目的として行なわれた。本研究の成果は,次の3点にまとめられる。(1)科学的発見や科学的概念の学習プロセスを「認知心理学的実験」に基づいて分析した。具体的には,「遺伝の法則」「力・運動概念」「概念同定」「類推の研究で用いられてきた放射線問題」等を課題に取り上げ,問題解決や学習のプロセスを,主にプロトコル分析に基づいて検討した。例えば,「遺伝の法則」を2人の高校生が共同発見学習するプロセスを詳細に分析し,三つのアブストラクトのレベル(1発話を単位とするレベル,意味的なまとまりを単位とするレベル,複合的な意味のまとまりを単位とするレベル)を設定することによって,それぞれのレベルで見えてくるプロセスの特徴,さらにレベル間の関係を明らかにし,より有効な学習が行なわれるためのいくつかの要因を同定した。(2)科学的発見のプロセスを,「計算機シミュレーション」に基づき検討した。具体的には,科学的発見の領域で長い間取り上げられてきた「Wasonの2-4-6問題」を解決するプロダクションシステムを構築し,旧来,心理的な実験に基づいて提起されてきた仮説検証に関する知見を,構成的な方法に基づいて再検討した。その結果,例えば,positive test strategyの有効性が環境に依存すること,diagnostic test strategyの有効性等について,より明確な説明を加えることが可能になった。(3)学習者の認知的プロセスにより深くコミットする科学的概念の学習を支援するシステムの構築を行なった。そこでは,支援システムを,「準備段階」「開発段階」「評価段階」に分けて実装してゆく必要性が提案され,具体的に,電気回路の学習を支援するシステムの開発を行ない,その有効性を確認した。
陸面・雲微物理データ同化システムによるアジア域の降水予測可能性の向上

開発したCALDAS-WRFの改良を進め、雲域内の水蒸気と気温の同化をこれまでの雲の同化過程に含めることで、課題の一つであったピーク時降水量の不足が改善され、ポイントスケールでの観測降水量との良い一致を確認できた。水平解像度数kmの精度で降水強度を適切に再現できたことは、洪水予測を飛躍的に向上させる降水予測を行う可能性を示す結果といえる。もう一つの課題の降水継続時間については、原因の一つと考えられる広域の風の場の改善のために、気象庁よりご提供頂いたウインドプロファイラデータの同化を、3DVARを用いて試みた。しかし、データの得られる地点数が少ないことや、広域の水蒸気・気温場の同化は行っていないことから、効果は僅かに留まった。現業モデルなどによる、精度の高い広域大気場データの利用などで、更なる改善が期待できる。雲水量や雲の鉛直分布の再現性向上も重要な課題であるが、これらは観測データも少なく、現時点ではシステムの再現性の評価も難しい段階である。平成26年度は、数少ない観測データの一つである、CloudSat衛星の能動型のマイクロ波レーダーのデータを使用して、雲水量の鉛直分布の評価を行い、CALDAS-WRFは実際よりもかなり過大な雲水量を同化してしまう傾向を確認した。今後、より詳細な評価を行い、同化手法や放射伝達モデルの改良していくことが必要である。降水の季節予測に向けたアジアモンスーンに関する解析研究については、平成26年度は陸面データ同化を長期に適用し、平成25年度までに明らかにした、チベット高原の2008年の加熱メカニズムと同様のメカニズムが2004年から2010年の同時期にも見られることを確認した。今後はチベット高原の陸面状態と大気加熱、そしてアジアモンスーンなどの広域循環場の年々変動をより詳細に解析し、相互の影響がどの程度であるかを明らかにすることが課題である。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、アジア域を対象に陸面・雲微物理の衛星観測データ同化システムの高度化を通して、洪水予測・警報情報等に有効な高い精度での豪雨予測を可能とすることを目的としている。高精度の降水予測には雲の衛星観測の同化が有効だが、陸上の雲の観測には、陸面の強い射出を背景情報として適切に取り除くことが必要であるため、陸面データ同化が適切に行われて初めて、陸上の雲微物理データ同化が可能となる。平成24年度は、データ同化システムの高度化の第一段階として、気象予測モデルWRFを結合した陸面データ同化システム(LDAS-WRF)、陸面・雲微物理データ同化システム(CALDAS-WRF)の構築を順に行った。本システムに大気ドライバーとして採用したWRFは、様々な有用なオプションやパッケージを含み、現在世界で最も汎用性の高い気象モデルの一つである。他のモデル等との結合にも適したデザインで開発され、継続的な改良もなされており、今後の本システムの高度化に本質的に重要な要素となる。構築したシステムの評価をチベット高原での数値実験と現地観測により行った。LDAS-WRFの評価のために一ヶ月の対象期間で数値実験を行い、同化を行わない実験と現地観測との比較から、LDAS-WRFで陸面データが適切に同化された。陸面状態と地表面フラックスの改善を通して大気プロファイルの再現も改善されることが示され、学会誌や学会で発表した。CALDAS-WRFの評価では数日間の対象期間で数値実験を行い、衛星観測と実験結果の比較から、雲の分布が改善され、それによって降水と降水をForcingとした土壌水分の再現性にも改善が見られた。更に、まだ緒に就いた段階であるがCALDAS-WRFを日本の関東域に適用することを試みている。尚、以上の研究に並行して、陸面データ同化システムを解析に利用し、新たな理解を得る可能性を示すために、チベット高原において大気加熱の解析研究を行った。本課題は、陸面・雲微物理データ同化システムによって、アジア域での洪水予測や貯水池操作の最適化に有効な降水予測精度を実現することを目的としている。平成25年度は計画通り、チベット高原を対象に開発・評価を行ってきた陸面・雲微物理データ同化システムを、都市域を含む関東域に適用し、降水予測精度の向上を達成した。同化変数やパラメタ設定の感度実験、放射伝達モデルなどの精度検証や、同化した雲を継続させるための調整に多くの時間を費やしたが、最終的には、同化変数を鉛直積算雲水量のみに設定し、同化された雲域で水蒸気量と潜熱解放に相当する加熱を行うことで最良の結果を得た。特定の豪雨イベント(平成20年度8月末豪雨)の再現に焦点を当て、豪雨を生じる雲の位置や範囲をより正確に再現し、局地的な大気場を整合的に変化させ、更に適切な位置に降水を生じさせることにも成功した。洪水予測に有効な降水予測には、豪雨が河川流域の中に生じるか否かという豪雨の「位置」の高精度な予測が不可欠である。本結果は、衛星マイクロ波のシグナルを利用して陸上の雲を同化することで、雲・降水の位置を高精度に予測可能であることを示した。アジア域の洪水・降水予測精度の向上には、豪雨の短期予測だけでなく、降水の傾向(多雨・少雨)の季節予測も重要である。アジアモンスーンの季節進行の決定要因の一つと指摘されているチベット高原上の気候(主に、高原による大気の加熱)について、陸面データ同化システムから得られる高精度な出力を用いた解析研究も行った。

その結果、チベット高原上の大気加熱に対する、顕熱・潜熱とチペット高原外からの移流による加熱のそれぞれの寄与と鉛直構造が詳細に明らかになった。この結果は、これまで比較的海洋と大気の相互作用に偏った解釈がなされ、チベット高原の陸面の再現精度が低いモデルが用いてられてきた季節予測の手法に疑問を呈する事実を示した。開発したCALDAS-WRFの改良を進め、雲域内の水蒸気と気温の同化をこれまでの雲の同化過程に含めることで、課題の一つであったピーク時降水量の不足が改善され、ポイントスケールでの観測降水量との良い一致を確認できた。水平解像度数kmの精度で降水強度を適切に再現できたことは、洪水予測を飛躍的に向上させる降水予測を行う可能性を示す結果といえる。もう一つの課題の降水継続時間については、原因の一つと考えられる広域の風の場の改善のために、気象庁よりご提供頂いたウインドプロファイラデータの同化を、3DVARを用いて試みた。しかし、データの得られる地点数が少ないことや、広域の水蒸気・気温場の同化は行っていないことから、効果は僅かに留まった。現業モデルなどによる、精度の高い広域大気場データの利用などで、更なる改善が期待できる。雲水量や雲の鉛直分布の再現性向上も重要な課題であるが、これらは観測データも少なく、現時点ではシステムの再現性の評価も難しい段階である。平成26年度は、数少ない観測データの一つである、CloudSat衛星の能動型のマイクロ波レーダーのデータを使用して、雲水量の鉛直分布の評価を行い、CALDAS-WRFは実際よりもかなり過大な雲水量を同化してしまう傾向を確認した。今後、より詳細な評価を行い、同化手法や放射伝達モデルの改良していくことが必要である。降水の季節予測に向けたアジアモンスーンに関する解析研究については、平成26年度は陸面データ同化を長期に適用し、平成25年度までに明らかにした、チベット高原の2008年の加熱メカニズムと同様のメカニズムが2004年から2010年の同時期にも見られることを確認した。今後はチベット高原の陸面状態と大気加熱、そしてアジアモンスーンなどの広域循環場の年々変動をより詳細に解析し、相互の影響がどの程度であるかを明らかにすることが課題である。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的「アジア域での降水予測精度の向上」を達成する手段である、「衛星観測による陸面と雲微物理データを数値気象予測モデルに同化するシステムの構築・高度化」の基礎となるシステムの構築は完了しており、評価も行った。本システムはすでに陸面と大気の再現精度を向上させ、降水についても部分的ではあるが再現性が向上した。システムの適用範囲の拡大と更なる改良・高度化によって、目的が達成できると考えている。当初の計画では、豪雨の短期予測の精度向上に集中した成果を挙げる予定であったが、平成25年度は短期予測の精度向上に加え、陸面と大気の結合データ同化システムという共通のツールを使って、洪水・降水の季節予測に繋がるメカニズム理解を進めることができたため。比較的シンプルな地表面被覆の地域での陸面・雲微物理データ同化システムの有効性は確認できたので、システムをより複雑な地表面被覆の関東域に適用することを試みたが、陸上の雲が適切に観測できないという問題が発生した。
時間分解蛍光・中性子散乱法を用いたナノディスクの構造転移と脂質ダイナミクスの研究

脂質ナノディスクはリン脂質と血漿アポリポタンパク質A-I(apoA-I)との複合体であり、生体内で見られる高密度リポタンパク質(HDL)の初期構造と同じ構造をもつ。近年では薬物のキャリアとしての利用や膜タンパク質再構成のツールなど、応用面での関心が高まっているが、その物理化学的性質や動的特性については不明な点も多い。本研究では、ナノディスクの微細構造や動的特性を明らかにするため、種々の分光学的手法を適用した。本年度は、中性子散乱研究施設が利用できなかったため、主に、サイズ排除クロマトグラフィー、ならびに蛍光法を用い、脂質ナノディスクの構造の脂質組成依存性に焦点を当てて検討を行った。サイズ排除クロマトグラフィー解析から、POPCのような不飽和リン脂質でナノディスクを調製すると、脂質/タンパク質比に応じて大きさの異なる3種類の粒子が得られることが判明した。小さい2種類のナノディスクは飽和リン脂質膜や、コレステロールを高濃度含む膜からは生成しなかった。Dipyrenyl-PCのエキシマー蛍光とdansyl-PEの蛍光寿命から、小さい粒子では大きい粒子に比べ、アシル鎖の側方圧の減少と脂質頭部のパッキングの上昇が生じていることが判明した。さらに、負の自発曲率を有するphosphatidylethanolamineが膜に含まれると、小さい粒子の生成率が増加した。これらの結果より、大きいナノディスクの脂質二重層は平面構造をとるのに対し、小さいナノディスクでは鞍状曲面を形成することが明らかとなった。脂質ナノディスクはリン脂質とアポリポタンパク質A-I(apoA-I)との複合体であり、生体内で見られる新生HDLと同じ構造をもつ。近年では薬物のキャリアとしての利用や膜タンパク質再構成のツールなど、応用面での関心が高まっている。本研究では、このナノディスクの微細構造や動的特性についての評価を行った。Palmitoyloleoylphosphatidylcholine(POPC)とapoA-Iの混合物のコール酸透析によって生成したナノディスクとベシクルの生成量比、及びその温度依存性から、ナノディスク生成のGibbs自由エネルギー、エンタルピー、エントロピーを算出した。その結果、ナノディスクはベシクル/apoA-I混合物よりも熱力学的に安定(ΔG°=-52kJ/disc mol at 37.0°C)であること、その生成はエンタルピー駆動(ΔH°=-620kJ/disc mol、ΔS°=-570kJ/disc mol)であること、また、大きなエンタルピー減少のうち68%は、apoA-Iのα-ヘリックス形成が寄与していることを明らかにした。Dimyristoylphosphatidylcholine(DMPC)を構成脂質とするナノディスクについて中性子小角散乱及び蛍光法によって構造評価を行ったところ、ナノディスク中のDMPCはベシクル中に比べ、密に充填されていることが明らかになった。脂質のナノディスク間移動速度を時分割中性子散乱によって評価したところ、ベシクル間移動よりも約20倍も促進されており、しかもエントロピーの増加を伴うことが判明した。すなわち、脂質の高密度の充填が、膜のエントロピーの低下をもたらし、脂質の膜解離プロセスを有利にすることが明らかとなった。