hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バナジウム酸化物に特有の多重基底状態競合がもたらす新奇量子物性の探究

ベータバナジウムブロンズでは、温度と圧力をパラメターとして、電荷無秩序金属相、電荷秩序反強磁性相、電荷秩序スピン・ギャップ相、超伝導相など多彩な基底状態競合現象が見出された。超伝導はそのような多重基底状態競合の庭に咲いた花といえる。特に遷移金属酸化物系では初めての電荷秩序と競合する超伝導で、次元クロスオーバーや電荷揺らぎの増大を伴って出現する。一方、ホランダイトバナジウム酸化物では、バナジウム酸化物に特有のスピン1重項対形成を伴った電荷秩序型金属絶縁体転移が見出された。同じくホランダイト構造を持つクロムホランダイトではこれまた世界で初めて強磁性を維持したままの金属絶縁体転移が見出された。本研究は、NaV_2O_5における新奇な電荷秩序転移と悪魔の花相図の発見、ベータバナジウムブロンズにおける金属絶縁体転移と圧力誘起超伝導の発見、ZnV_2O_4における軌道秩序誘起構造相転移と反強磁性転移の発見、MgTi_2O_4における軌道秩序誘起金属絶縁体転移の発見、などの実績や背景をもとに提案されたもので、バナジウム酸化物に特有の多重基底状態競合がもたらす新奇量子物性(電荷秩序とスピン・ギャップ形成を伴う相転移、悪魔の階段状電荷整列転移、電荷秩序転移と超伝導、軌道秩序誘起(スピン・)パイエルス転移、量子スピン現象など)の探究を温度と圧力を可変パラメタとして徹底的に行うものである。また、新物性は新物質開発と不可分であり、アルカリ金属をカウンターイオンとする新規3元(4元)酸化バナジウムおよび周辺物質(TiやCrの酸化物)の開発を行う。これら系統的研究から、t_2g電子が示す電子相関効果についての理解を深める。ベータバナジウムブロンズA_<0.33>V_2O_5(A=Li, Na, Ag, Ca, Sr, Pb)について高圧下の実験を行い、A=Li物質がA=Na, Ag物質と同様圧力誘起超伝導を示すことを明らかにした。また、10GPa以上の高圧では超伝導を示さない新しい相が存在することを見出した。A=Sr物質では高圧下で色々な超周期を持った電荷秩序相が現れると共に電荷秩序相に隣接して反転対称を持たない新しい金属相が現れ、その結果、超伝導相が現れないことを見出した。A^<2+>物質で圧力誘起超伝導が観測されないのは、この新相が超伝導相に打ち勝って出現するためと考えられる。NMR測定では、各バナジウムサイトの電子状態を明らかにした。金属相ではd電子は各バナジウムサイトにほぼ均等に分布していて、電荷秩序相では各サイトでb軸方向にV^<5+>が3倍周期で整列し、他のVサイトは4+と5+の中間電荷状態を取っていることを明らかにした。ホランダイト型バナジウム酸化物A_2V_8O_<16>(A=K, Rb)ではA=Rb物質がA=K物質と同様金属絶縁体転移を示すことを見出し、その固溶系ではA=K物質の金属絶縁体転移はRbの置換と共に二つの相転移に分裂し、高温側の金属絶縁体転移はA=Rb物質の金属絶縁体転移に連続的につながっているのに対し、低温側の相転移は中途組成で消失することを見出した。色々な原子を置換することによる相転移への影響も調べ、結果は、置換による体積変化という化学圧力の効果として説明できることを明らかにした。他のバナジウム酸化物として、存在が示唆されながらも合成に至っていなかったV_4O_9の合成に成功し、構造決定を行った。結果、この物質は、(VO)_2P_2O_7と似た構造を持った量子スピン系物質で、基底状態はスピン一重項状態であること、それはV^<4+>(S=1/2)のダイマー鎖あるいは結合交替鎖に起因することを見出した。ベータバナジウムブロンズβ.A0.33V205(A=Li,Na,Ag)について高圧下(13GPa域まで)での詳細な輸送特性測定を行い,(1)すべての物質で加圧とともに電荷秩序絶縁体相は抑えられ電荷秩序相に隣接して超伝導相が現れる,(2)さらに高圧域で非超伝導金属相が現れる,(3)得られた圧カー温度電子相図の形は臨界圧近傍での2次元電荷揺動の特徴を示し,また,わずかの不定比性により超伝導相は消える,(4)常伝導相はフェルミ液体挙動を示し,電子比熱は30-55mJ/K2と見積もられる,

(5)加圧により残留抵抗は減少するが超伝導転移温度は減少する,などの結果を得,ベータバナジウムブロンズの圧力誘起超伝導はBCS型ではなく,その発現には電荷揺動やキャリアー密度の整合性などが重要な働きをしていること,超伝導相は電荷秩序相や非超伝導金属相と競合していること,などを明らかにした。NMR測定からは,(1)各Vサイトの電子状態が物質により微妙に異なること,(2)高圧下ではサイト間の電荷移動があること,(超伝導相に隣接しているのは電荷秩序反強磁性相であること,などが明らかになった。ホランダイト型バナジウム酸化物A2V8016(A=K,Rb)は磁化率の急激な減少を伴う金属-絶縁体転移を示すが,(1)電子線回折においてRb物質の低温絶縁体相においてもK物質同様の超周期反射が観測される,(2)Li置換により明確な2段転移が観測される,などの結果を得た。これらから,この金属-絶縁体転移はVO2に見られるようなV4+-V4+非磁性スピンー重項対形成を伴っていることを明らかにした。他のバナジウム酸化物としては,V6013の金属一絶縁体転移を圧力で抑えると超伝導相ではなく反強磁性金属相が現れることを見出した。他に,一般式AM2V2O8やM2V207(A=Sr,Ba;M=Cu,Ni,Co,Mn)で表される1次元磁性体を開発し,各種磁気転移,構造相転移を観測し,構造と磁気相関,基底状態との関連を明らかにした。電荷秩序型金属絶縁体転移と圧力誘起超伝導を示すベータバナジウムブロンズβAgo_<33>V_2O_5について、金属相ではd電子は三つのVサイトにほぼ均一に分布していて、電荷秩序絶縁体相では三つの梯子の各横木を形成する2つのVサイトでd電子1個を共有し、梯子方向にV_<4+>-V_<5+>-V_<5+>-V_<4+>と整列する電荷秩序パタンが有力である。この電荷秩序パタンはβ-Na_<0.33>V_2O_5のCDW的秩序と異なり、同じベータバナジウムブロンズでも電荷整列に個性があることを示している。ホランダイト型バナジウム酸化物K_2V_8O_<16>について、KサイトをRbで置換すると転移は2段に別れ、高温側の金属絶縁体転移は正方晶から正方品への1次転移で、Rb_2V_8O_<16>の金属絶縁体転移に終端する。一方、低温側の転移は正方晶から単斜晶への2次転移で、2割以上のRb置換で消失する。2段への分裂はVサイトをTiやCrで置換した場合も生じ、この場合は3-4%置換程度で2段とも消失する。このような急激な金属絶縁体転移の消失は転移の起源が電荷秩序にあろことを物語っている。すなわち、V_<3+>/V_<4+>=1/3の混合原子価化合物であるA_2V_8O_<16>(A=K, Rb)において、Vサイトに置換したTi(Cr)は絶線体相では安定なTi^<4+>(Cr^<3+>)状態をとろうとするたや、ランダムに分布したTi(Cr)は電荷秩序を阻害する。K_2V_8O_<16>の金属絶縁体転移は加圧によっても抑えられるが、IGPa以上では転移温度は上昇し、この絶縁体相は低温で反強磁性に転移する。このように、ホランダイト型バナジウム酸化物においても色々な基底状態が競合していることが判明した。他に、磁性イオンで形成された1次元鎖が非磁性のVO_4により架橋された酸化バナジウム低次元磁性体Mn_2V_2O_7β-Cu_2V_2O_7, FeVO_4やCr酸化物では珍しい金属反強磁性を示す物質CaCrO_3の開発に成功した。副産物として、その構造にVO_4を含むRbVO_4やCsVO_4において白色発光現象を観測し、薄膜化にも成功した。現在、特許申請中である。
妊産婦と医療者の好循環をもたらす“女性を中心としたケア”の国際比較

本研究の目的は、妊産婦の多様性を受容し医療者との好循環をもたらす“女性を中心としたケア(Women-Centered Care: WCC)尺度"を開発し、インドネシアと日本におけるWCCの実態の国際比較をすることである。WCCと対極にある概念が“軽蔑と虐待"である。女性に対する医療者による分娩時の“軽蔑と虐待"は、女性の自由と権利を奪っていると世界的に問題になっている。この分娩時の軽蔑と虐待は女性のネガティブな分娩体験を引き起こし、次回は施設分娩を選びたがらないと報告されている。そのためWCCおよび“軽蔑と虐待"の視点で医療者によるケアを評価することは母子保健向上のためには重要な視点であると考える。初年度の平成30年度は、本研究のフィールドであるインドネシアにおいて行った助産師に対するインタビューの内容を分析した。現在投稿準備中である。また、分娩時の“軽蔑と虐待"が問題になっている国のひとつであるタンザニアにおいて「女性を尊重するケア」セミナーを現地の助産師および看護学生に対して実施した。タンザニアにおいてはWCCについての継続的な教育は実施されておらず、その概念さえも浸透していない現状がある。そこでWCCという概念を前提にすることで、現地で問題となっている“軽蔑と虐待"の改善にもつながると考え、この両方の概念について振り返る機会とした。セミナーの様子については現在公表準備中である。さらに、タンザニアにおいて助産師のWCCおよび“軽蔑と虐待"の認識に関する調査も実施し、これも現在分析中である。タンザニアでのセミナーや調査は予定外だったが、本研究のテーマは「“女性を中心としたケア"の国際比較」である。“女性を中心としたケア"と“軽蔑と虐待"は対極にありつつも関連する概念であるため、“軽蔑と虐待"の視点を持つことで“女性を中心としたケア"をさらに深められると考えられる。初年度の平成30年度に実施した調査等の分析を進め、公表を目指す。謝金が予定していた額よりも少なかったため、次年度使用額が生じた。来年度は分析や投稿した際の雑誌掲載料が発生すると考えられるため、これに充てる予定である。
非定常環境振動下でも効率良く発電するMEMSエナジーハーベスタ

本研究では、環境中に多く存在する時々刻々変化する非定常振動からエネルギーを回収して発電するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型の振動発電素子の実現に挑戦する。特にエレクトレット(永久電荷)を用いた振動発電機構の電気的損失(機械-電気変換による電気的出力)増強によって帯域幅を拡張することで、ランダム性の強い環境振動においても効率の良い振動発電を実証する。本研究により定常振動源の有無に関わらず微弱な環境振動からの常時充電が可能となり、設置場所を選ばないIoT無線センサ端末の電源として、「トリリオン・センサ」社会の実現に貢献する。
脊髄前角細胞死に関する実験的研究

1.鶏卵脊髄発生過程に及ぼす興奮性アミノ酸の影響についての検討:孵卵11日目に種々の濃度の興奮性アミノ酸であるカイニン酸(Ka),アクロメリン酸(Acro),ドウモイ酸(Domo)を尿漿膜下気室内に注入し,孵卵13, 16, 18日目に固定し,形態的に検索した.Acro投与で脊髄病変は13日目で最も強く,前角細胞の著明な脱落を認めた.18日目では前角細胞の脱落と石灰化,星膠細胞の増生がみられた. Acro, Ka投与では13日目に前角細胞は著明に脱落していたが,18日目では神経細胞の脱落は軽度であり,神経細胞の修復機能がみられた.Ka投与では16日目にニューロフィラメント染色で強陽性に染まる前角細胞が少数みられた.以上, Acroを投与することによっても鶏卵発生過程においてKaとほぼ同様の脊髄病変を作成できた.2.実験的自己免疫脊髄前角炎作成の試み: Engelhardtら(1985)の方法に準じて牛脊髄前角細胞を精製し,モルモット皮下に完全アジュバントと共に注射した(AH群).さらに牛前角領域(AA群),牛髄鞘塩基性蛋白(M群)の投与も行い,追加免疫を12ヶ月毎に行った.AH群では,15例中7例に衰弱や脱毛などがみられ,脊髄前角細胞の一部に神経貪食像やニッスル顆粒の微細化などがみられたが,ヒトの筋萎縮性側索硬化症に類似の病変はみられなかった.AA群とM群では,AH群に比べて血管周囲性のリンパ球浸潤などの炎症性変化が強かった.今回の実験では,Engelhardtらの記載したような明らかな前角細胞の脱落を伴う自己免疫性前角炎は作成できなかった.さらに詳細に検討中である.1.鶏卵脊髄発生過程に及ぼす興奮性アミノ酸の影響についての検討:孵卵11日目に種々の濃度の興奮性アミノ酸であるカイニン酸(Ka),アクロメリン酸(Acro),ドウモイ酸(Domo)を尿漿膜下気室内に注入し,孵卵13, 16, 18日目に固定し,形態的に検索した.Acro投与で脊髄病変は13日目で最も強く,前角細胞の著明な脱落を認めた.18日目では前角細胞の脱落と石灰化,星膠細胞の増生がみられた. Acro, Ka投与では13日目に前角細胞は著明に脱落していたが,18日目では神経細胞の脱落は軽度であり,神経細胞の修復機能がみられた.Ka投与では16日目にニューロフィラメント染色で強陽性に染まる前角細胞が少数みられた.以上, Acroを投与することによっても鶏卵発生過程においてKaとほぼ同様の脊髄病変を作成できた.2.実験的自己免疫脊髄前角炎作成の試み: Engelhardtら(1985)の方法に準じて牛脊髄前角細胞を精製し,モルモット皮下に完全アジュバントと共に注射した(AH群).さらに牛前角領域(AA群),牛髄鞘塩基性蛋白(M群)の投与も行い,追加免疫を12ヶ月毎に行った.AH群では,15例中7例に衰弱や脱毛などがみられ,脊髄前角細胞の一部に神経貪食像やニッスル顆粒の微細化などがみられたが,ヒトの筋萎縮性側索硬化症に類似の病変はみられなかった.AA群とM群では,AH群に比べて血管周囲性のリンパ球浸潤などの炎症性変化が強かった.今回の実験では,Engelhardtらの記載したような明らかな前角細胞の脱落を伴う自己免疫性前角炎は作成できなかった.さらに詳細に検討中である.
超音速飛翔体上の非定常圧力変動を捉える革新的分子イメージング技術の開発

本研究は、感圧塗料(PSP)技術を用いて超音速で飛翔する物体上の非定常圧力場計測を実現するという、未踏の技術課題の達成を目指すものである。また、本技術を用いることで、自由飛行状態にある超音速飛翔体の空力特性を定量的に計測可能とするための技術基盤の確立を目指す。これら目標の達成を目指し、本研究は超音速飛翔体や超音速伝播する圧力波を定量的に可視化計測可能な超高速応答型複合感圧塗料の開発、及び同一物体から放出された蛍光を異なる二つの波長に分けて同一素子内に別々の像として結像することが可能な二分岐光学系の開発を行う。それらの開発成果を用いて超音速飛翔体上の非定常圧力分布の定量計測を行い本技術の有用性を実証し、最終的には従来までのバリスティックレンジ実験に対し、影写真法等の定性的な光学可視化手法に代わる新たな定量時系列計測手法としての本技術の提案を行う。本年度は、まずバリスティックレンジにおける計測試験に用いる二分岐光学系を含む光学系の最適化を図った。特に、光学系における光量ロスの問題点を解消するため、計測対象からカメラまでの撮像系、そして励起光源を中心とした励起系の最適化を図った。その結果、光学系の段階で大幅な検出光量の増加を可能とする組み合わせを特定することができた。これにより計測時の発光強度不足による問題点を低減することに成功した。圧力場の計測に用いる感圧塗料については、昨年度の段階で二分岐光学系を用いた短時間計測(露光時間:数マイクロ秒)の場合においてもその蛍光を検出可能な超高速応答型複合感圧塗料の開発を更に進めた。発光強度及び色素間の発光強度バランスを両立する方法をサンプル試験で検証することが出来た。実証試験の観点からは、上述した計測系および感圧塗料を用いることで、飛翔する物体上の蛍光検出を短時間露光下において成功させ、飛翔体上の流体現象の可視化に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度においては、超音速で飛翔する物体上の非定常圧力場計測技術の確立を行う上でのベース技術となる「二分岐光学系」の開発と「バリスティックレンジによる飛翔体射出技術の開発」の二つを主に達成することが出来た。まず、開発した二分岐光学系については、任意に選択した二つの波長からなる像を撮像カメラの有する一つの撮像素子の上に別々のイメージとして結像することが可能となることを確認した。また、光学系を介して撮像することによる光量の損失についても評価し、実際の試験時に設定することになる露光時間条件に撮像系を設定した場合において、感圧塗料からの発光を撮像カメラで捉えることが可能であることも確認することができた。また、飛翔体を超音速で射出するために用いるバリスティックレンジにおいては、飛翔体に感圧塗料を適用したうえで、その感圧塗料に管壁などからの接触などの物理的影響を与えずに試験部内に射出することが可能となる基礎技術の開発に成功した。飛翔体及びそれを射出する上で必要となるサボの構造を工夫することにより、感圧塗料を適用したうえで安定的に飛翔体をバリスティックレンジに設置することが可能となった。また、開発した基礎技術を用いて、実際の可視化試験時に用いることを検討している2タイプの飛翔体について射出試験も行った。幅広い速度域において射出試験を行うことで、実際の可視化試験時に用いることを検討している2つの飛翔体形状について、可視化に最適な飛行姿勢を維持したうえで射出されていることを確認した。本課題の達成において必要となる3つの技術要素(感圧塗料の開発、二分岐光学系の開発、バリスティックレンジにおける射出技術の確立)のうち、二分岐光学系及びバリスティックレンジに関する技術開発においては、平成28年度に想定していた進捗計画の想定通りもしくは想定以上の進捗を示すことが出来た。しかしながら、感圧塗料については試験装置の整備に想定外の問題や遅れが生じ、当初想定していた達成度からはやや遅れている。しかしながら、現在は問題点はほぼ解消されつつあり、平成29年度に想定している研究は十分実施可能であると考えている。本年度は、開発目標の一つであった、任意に選択した二つの波長からなる像を撮像カメラの有する一つの撮像素子の上に別々のイメージとして結像することが可能となる「二分岐光学系」の開発が完了した。本光学系の運用に関する課題点や問題点の抽出も進み、解決すべき課題の整理もおおむね完了した。圧力場の計測に用いる感圧

塗料については、二分岐光学系を用いた短時間計測(露光時間:数マイクロ秒)の場合においてもその蛍光を検出可能な超高速応答型複合感圧塗料の開発が進んだ。特に、特定の条件下で作成された試験片が二色化の際に高い圧力感度・発光強度を両立する可能性を見出した。実証試験の観点からは、上述した計測系および感圧塗料を用いることで、飛翔する物体上の蛍光検出を短時間露光下において成功させた。現時点においては、当初の目的としていた二分岐光学系が運用面においても問題なく機能することを確認でき、かつデータ解析法についてもある程度のノウハウが蓄積できている。そのため、計測系に関しては、当初計画した想定通りに進んでいると考えている。また、感圧塗料についても、開発した幾つかのパターンの複合感圧塗料の中から実証試験に供することが可能な程度の機能を有するものを見出すことに成功し、また今後の機能強化のための指針も得ることが出来た。実際にバリスティックレンジを用いて感圧塗料を適用して飛翔体を超音速で射出し実証試験を行い、蛍光検出も可能であることを見いだせたため、実証分野においても本年度までの目標はおおむね達成できたと考えている。本研究は、感圧塗料(PSP)技術を用いて超音速で飛翔する物体上の非定常圧力場計測を実現するという、未踏の技術課題の達成を目指すものである。また、本技術を用いることで、自由飛行状態にある超音速飛翔体の空力特性を定量的に計測可能とするための技術基盤の確立を目指す。これら目標の達成を目指し、本研究は超音速飛翔体や超音速伝播する圧力波を定量的に可視化計測可能な超高速応答型複合感圧塗料の開発、及び同一物体から放出された蛍光を異なる二つの波長に分けて同一素子内に別々の像として結像することが可能な二分岐光学系の開発を行う。それらの開発成果を用いて超音速飛翔体上の非定常圧力分布の定量計測を行い本技術の有用性を実証し、最終的には従来までのバリスティックレンジ実験に対し、影写真法等の定性的な光学可視化手法に代わる新たな定量時系列計測手法としての本技術の提案を行う。本年度は、まずバリスティックレンジにおける計測試験に用いる二分岐光学系を含む光学系の最適化を図った。特に、光学系における光量ロスの問題点を解消するため、計測対象からカメラまでの撮像系、そして励起光源を中心とした励起系の最適化を図った。その結果、光学系の段階で大幅な検出光量の増加を可能とする組み合わせを特定することができた。これにより計測時の発光強度不足による問題点を低減することに成功した。圧力場の計測に用いる感圧塗料については、昨年度の段階で二分岐光学系を用いた短時間計測(露光時間:数マイクロ秒)の場合においてもその蛍光を検出可能な超高速応答型複合感圧塗料の開発を更に進めた。発光強度及び色素間の発光強度バランスを両立する方法をサンプル試験で検証することが出来た。実証試験の観点からは、上述した計測系および感圧塗料を用いることで、飛翔する物体上の蛍光検出を短時間露光下において成功させ、飛翔体上の流体現象の可視化に成功した。平成28年度においては、超音速飛翔体上の非定常圧力場を可視化する上で必要となる基礎技術のうち、二分岐光学系とバリスティックレンジの射出技術についてある程度確立することが出来た。
バイオ・インベントリー(現存生物量の棚卸し)

1.森林バイオマスの調査システムの構築(南雲,箕輪)バイオ・インベントリーをめぐる科学技術,社会条件を分析しその方向づけを求めた。その結果、データの収集から、情報処理,加工を経て、資源管理の各システムからなるべきことを提起した。将来のこのようなトータルシステムの中枢をなすエキスパートシステムを提案した。このシステムでは、森林の主要な構造因子である幹曲線,個体の生長曲線,樹高曲線について相対化を施したため、汎用性の高いシステムとすることができた。2.バイオマスの利用計画の策定(天野,末田)岐阜県の捐斐川流域を対象に、人工林の林地残材と広葉樹の2種類のバイオマス資源の利用可能性の評価を行った。前者については、伐採可能林地の分布,地利などの諸因子から、町村単位にバイオマスの生産可能量を、高,中,低の3水準にランク付けすることができた。後者については、広葉樹林の分布,樹種構成,地利などの諸因子から、そのバイオマスの利用可能量を同様に3水準に分けることができた。3.リモート・センシングによるバイオマスの推定のための技術の開発(内藤,小林)ランドサットのMSSをパソコンを用いて解析するために必要なアプリケイションソフトウェアを開発した。BASICを基本言語とし、データの読み込みなどには、マシン語を活用し、処理時間の大幅の短縮を図り、生物資源調査のためのMSSデータの日常的な利用を可能にした。また、ラジコンヘリコプターと非測定用カメラを利用し超低空からの簡易な空中写真撮影装置を提案した。この写真を使って、森林バイオマスの賦存単位である単木の位置,大きさなどの諸因子の判読実験を行った。この結果、いずれの因子も地上調査並の精度で判読できた。
海洋温暖化に伴うクロマグロの漁場形成変動機構の解明:摂餌海域は北偏しているか?

海洋温暖化の進行下において、シイラ等の熱帯捕食魚類の温帯海域への出現が温帯性マグロ類の分布機構に及ぼす影響について調査した。アーカイバルタグから得られた遊泳記録から、クロマグロは東シナ海で、3月には混合層内を鉛直移動していたが、4月中旬以降に温度成層が発達すると表層混合層内に滞在しており、急激な温度変化を避けるために躍層下への潜行が阻まれたものと考えられた。温暖化の進行により冬季の気温が上昇すると海表面の冷却効果が弱まり、鉛直混合も弱まる。このように温度成層期が長期化すると予測されることから、鉛直方向のハビタットが縮小されるかもしれない。クロマグロ未成魚と熱帯性捕食者(シイラ成魚)の鉛直遊泳行動を自動切り離し一回収型の電子標識により、周年に亘り記録することで、熱帯捕食者がクロマグロ未成魚の分布機構に及ぼす影響について検討を開始した。本年度の成果は下記の通りである。1)先行研究と同様にクロマグロ未成魚の鉛直遊泳様式は主に表層混合層内に限定され、水温躍層が発達する夏期になると体温に影響が出ないような短時間の潜行を繰り返していた。2)一方、対馬暖流系のシイラ回遊群は初夏から晩秋にかけて東シナ海北部海域に来遊する。水温躍層がそれほど発達しておらず表層水温が20°C以下の時期にはシイラの滞在深度はほとんど表層に限定されていたが、水温躍層が発達する高水温期の9-10月には表層混合層内を積極的に鉛直移動していたが、クロマグロ未成魚のように水温躍層下に潜行することは観察されなかった。3)クロマグロ未成魚の表層での滞在時間はシイラが来遊する5月下旬以降に激減したが、この時期は水温躍層が発達し始めるタイミングとも一致していた。対馬海峡・五島西海域ではクロマグロ未成魚は「曳縄」や「浮延縄」によって漁獲されており、5月下旬以降にシイラが出現して表層を優先することにより多数のシイラが混獲される要因となることが示唆される。また、クロマグロの漁期は以前に比べて短縮傾向にあることから、熱帯性の捕食者に早期の来遊が同種の漁場形成に影響しているのかもしれない。クロマグロ未成魚と熱帯性捕食魚類(シイラ成魚)の鉛直遊泳行動を自動切り離し-回収型の記録型標識を用いて、シイラ成魚の出現が、クロマグロ未成魚の分布機構に及ぼす影響について引き続き調査した。さらに、シイラの餌生物について、調査を開始した。1)東シナ海北部海域に出現するクロマグロ未成魚は、初夏に温度成層が発達し始めると水温躍層直上に主に滞在して躍層下に短時間の潜行を繰り返した。一方、クロマグロと同時期に記録されたシイラの滞在深度は表層に限定されていた。クロマグロはシイラが海域に出現すると表層での餌探索をほとんどせずに、シイラが表層のニッチを占める可能性が示唆された。餌生物調査の結果から、この時期のシイラはカタクチイワシを専食していた。またこの海域のクロマグロは頭足類が主要な餌生物で知られており、餌種の違いが両種の滞在深度に影響しているかもしれない。2)東シナ海北部海域では、クロマグロは「曳縄」や「浮延縄」の表層漁具を用いて漁獲されている。シイラとクロマグロが海域に同時的に出現する場合には、表層漁具ではシイラの大量の混獲が予測される。シイラは水温20°C以上の海域に出現できることから、海洋温暖化の進行は、海域へのシイラの来遊時期の早期化を進めることになり、クロマグロ漁の漁期の短縮化を進めるかもしれない。3)海域でのクロマグロ未成魚の越冬様式を調査するために、本年度の冬季に42個体のクロマグロにアーカイバルタグ(深度水温記録計)を取り付けて放流した。来年度中に数個体が回収される見込みであるので、近年の海洋温暖化の進行が分布・滞在機構に及ぼす影響について精査する。本年度はプロジェクトの最終年度であることから、データ解析作業と成果の論文化に傾倒した。本年度の成果は以下の通りである。

1)前年度の冬季に東シナ海から42個体のクロマグロにアーカイバルタグ(深度水温記録計)を取り付けて放流したが、そのうち平成21年度中に東シナ海から2個体、日本海(青森・秋田・新潟・島根)から4個体、太平洋(千葉)から1個体の合計7個体が再捕獲されて、3月中旬から5月上旬までの遊泳行動記録を得た。標識個体は3月には混合層内を鉛直移動していたが、4月中旬以降に温度成層が発達すると表層混合層内に滞在しており、急激な温度変化を避けるために躍層下への潜行が阻まれたものと考えられた。温暖化の進行により冬季の気温が上昇すると海表面の冷却効果が弱まり、鉛直混合も弱まる。このように温度成層期が長期化すると予測されることから、鉛直方向のハビタットが縮小されるかもしれない。2)一方、熱帯捕食者であるシイラは概ね水温20°C以上の海域に出現して、ほとんど表層混合層内の鉛直移動を繰り返し、水温躍層下には潜行しない。温暖化が進行すると春季の水温が上昇傾向となり、シイラの来遊が早期化するであろう。また、温度成層の発達が早期化することで、温帯海域における混合層内でクロマグロと熱帯捕食魚類とのハビタットが重複すると推定される。
硫黄架橋をもつディスクリートな集積型金属錯体の合成と性質

1)モリブデン-カドミウム混合金属錯体硫黄架橋不完全キュパン型モリブデンアクアクラスター錯体[Mo_3S_4(H_2O)_9]^<4+>(1)を出発物質として、モリブデンとカドミウムを含む3種の混合金属クラスター錯体の合成・X線構造決定・物性測定に成功した.[Mo_3CdS_4(H_2o)_9]^<4+>(2),[Co(H_2O)_6]^2(Hnta)_3Mo_3S_4Cd S_4Mo_3(Hnta)_3]・22H_20(3),および[(CH_3CN)(dtp)_3(μ-dtP)Mo_3S_4CdS_4Mo_3(μ-dtP)(dtP)_3](4)を合成し、3および4についてはX線構造を決定した。これら混合金属錯体は近赤外部に特徴的な吸収を示す。類似の構造をとる3と4の吸収スペクトルの相違は両者のCd-S間距離の相違に関係することが分子軌道計算より判明した(日韓DV-Xα合同シンポジウム,ソウル,1998年8月,第33回国際鉗体化学会議,フローレンス,1998年9月,第48回錯体化学討論会,1998年9月,高知にて発表)。2)高温加熱による集積型金属錯体の合成・物性測定また、1の高温加熱により興味深い集積型金属錯体の合成を行うとともに、粉末X線回折法と電子顕微鏡観察により検討した。加熱により塩素と酸素が大幅に減少している。結晶性はあまり良好ではないが、加熱後の試料は加熱前の試料とは異なるパターンを示しており、構造変化が生じたことを示唆している。電子顕微鏡像の多くの箇所に縞模様が見えるが、その方向は不規則であり、湾曲している箇所も見られる。X線回折のブロードなピークはこのような不規則な結晶状体に起因していると思われる。縞の間隔は約6Åであった。また、直流4端子法で電気抵抗測定を行ったところ、半導体的な電気伝導性を示した。130K付近に小さな折れ曲がりが見られる。
大腸癌における転写因子KLF5蛋白複合体の機能解明と創薬応用

切除不能な進行大腸癌の予後は不良であり、高い有効性と安全性を持つ新規薬剤の開発が必要である。本研究では、大腸癌の発生において重要な機能を持つ転写因子であるKLF5に着目する。KLF5が正常な腸組織および大腸癌組織の中でどのように他の分子と相互作用しながら機能を果たしているかを明らかにし、KLF5と他の分子との結合を阻害する新しい大腸癌治療薬の開発に繋げることを目的とする。
高機能自閉症・アスペルガー症候群にともなう語用障害の定量的評価法の開発

某市3公立小学校の全学年児童1,374人のうち、775人について、対人行動チェックリスト(SCDC)日本語版12項目のいずれかにあてはまった169人(21.8%)と、そうでない者のうち約1割にあたる78人について、対人応答性尺度(SRS)日本語版の得点をもとに86人について、CCC-2との関連を検討した。またPDD児10名を含む4歳1ヶ月から11歳6ヶ月(平均生活年齢6歳4ヶ月)の41名を対象としてCCC-2日本語試作版を実施した。田中・ビネー知能検査V、絵画語彙発達検査(PVT-R)、J.COSS第三版、親への調査などを同時に行った。PDD群とTD群の群間比較ではIQ値、CCC-2指標(正値、負値、GCC、SIDC)で有意差があったが、生活年齢、PVT-R、J.COSS、父母の年齢や教育歴などに有意差はなかった。通級指導教室に通級する知的障害のない発達障害の小学生約60名の保護者にCCC-2およびPARSを、対象児にPVTおよびJ.COSS(第三版)を実施した。PARSのスコアから広汎性発達障害の可能性が示唆された児童をASD群に、ASDの基準を満たさずPVTおよびJ.COSSのスコアから語彙および文法理解力に顕著な困難があると評価された児童をSLI群に分類した。ASDにもSLIにも該当しない場合、その他の発達障害群とした。CCC-2の語用に関する領域(場面に不適切な話し方、ステレオタイプ化さわた言語、コミュニケーション場面の利用、非言語コミュニケーション)のスコアを群間で比較し、発達障害児における語用の問題について、特にその障害がASDに固有のものかどうかに焦点を当て検討した。ASD小学生50名にCCCを実施しクラスター分析を行って、4クラスターを得た。日本語の高機能自閉症、アスペルガー症候群の子どもの語用障害を俯瞰的にとらえる図式を構成するためのセミナー1回と,CCC日本語翻訳ならびに日本語項目付加のためのワークショップを2回開催した。セミナーは,特別支援教育,コミュニケーション障害,児童精神医学および言語学の研究者,実践家など多方面からの参加を得て開催し、ワークショップは研究協力者と研究代表者、分担者とが参加し,CCC日本語版の翻訳ならびに日本語版に付加すべき下位項目のリストを作成した。研究協力者として,高機能自閉症大学生の保護者であり,自身も語用障害にかかわる研究と実践を行ってきた高橋和子氏(アルクラブ「大阪アスペの会」)を得てコミュニケーションの実態に即した項目作成を行った。CCCのインヴェントリー全体とマニュアルの主要部の日本語訳を,英語と日本語の違いを考慮して完成させ,そのバックトランスレーションを外部の専門家に依頼し実施した。CCC英語版のうち人称代名詞の置換など日本語文法に相当する表現のない若干の項目を日本語版から削除し,また,文法関連下位項目とスピーチ関連項目については,日本語での等価な表現をリストアップし,さらに語用能力を評価する下位項目については英語独特の表現の直訳を避け,日本語に固有な表現をあらたに盛り込んだ。原著者と出版元の承認をまって近々に次の課題である臨床群及び定型群のデータ収集の準備が整う見込みである。4歳から11歳のPDD及び定型23名のCCC-2と知能検査、言語検査を照合した。TD19名中3名のデータは、正負の整合性が合わず、親の評価に一貫性がなかった。PDD児4名のうち1名については親の評価に一貫性がない。2名については、GCC(55未満)であった。TDでは1名が同様であった。1名についてはGCC値は高得点であったが、SIDC値が-7と23名中最低得点であった。TD児でもIQ値が高いとSIDCが低い(一桁もしくはマイナス値)。より大きなサンプルでの確認が必要であるが、日本版CCC-2の実用性を慎重な検討と、一貫性がないケースの多さについての対策が必要である。これと別にPDD9名の会話分析とCCC-2の得点との関係を検討した。会話のやりとりの中で会話を維持するために適切な順番取りをする、話し手の明確化の要求に対して適切な応答をするといった「会話の順番取り」と「修復」の点については、CCC-2のSLI-T群とPLI群を分ける特徴がみられた。会話のこの2つの側面では特にコミュニケーション障害の特徴が出やすく、語用障害をもつPLI群においては会話の問題の中でも、「会話の順番取り」と「修復」に問題が現れやすいと考えられる。また、会話のやりとりの中で話し手の質問や発話を理解できない、一貫した会話を続けるためのルールを守れないといった「意味理解の失敗」、「語用論」の不適切さついて、CCC-2のSLI-T群とPLI群を分ける特徴がみられた。不適切さのこの2つの側面では特にコミュニケーション障害の特徴が出やすく、特異的言語障害をもつSLI群においては「意味理解の失敗」に、語用障害をもつPLI群においては「語用論」に問題が現れやすいと考えられる。

またPDD児10名を含む4歳1ヶ月から11歳6ヶ月(平均生活年齢6歳4ヶ月)の41名を対象としてCCC-2日本語試作版を実施した。田中・ビネー知能検査V、絵画語彙発達検査(PVT-R)、J.COSS第三版、親への調査などを同時に行った。PDD群とTD群の群間比較ではIQ値、CCC-2指標(正値、負値、GCC、SIDC)で有意差があったが、生活年齢、PVT-R、J.COSS、父母の年齢や教育歴などに有意差はなかった。通級指導教室に通級する知的障害のない発達障害の小学生約60名の保護者にCCC-2およびPARSを、対象児にPVTおよびJ.COSS(第三版)を実施した。PARSのスコアから広汎性発達障害の可能性が示唆された児童をASD群に、ASDの基準を満たさずPVTおよびJ.COSSのスコアから語彙および文法理解力に顕著な困難があると評価された児童をSLI群に分類した。ASDにもSLIにも該当しない場合、その他の発達障害群とした。CCC-2の語用に関する領域(場面に不適切な話し方、ステレオタイプ化さわた言語、コミュニケーション場面の利用、非言語コミュニケーション)のスコアを群間で比較し、発達障害児における語用の問題について、特にその障害がASDに固有のものかどうかに焦点を当て検討した。ASD小学生50名にCCCを実施しクラスター分析を行って、4クラスターを得た。
共振器ＱＥＤ効果による良質な量子光生成に関する理論研究

量子もつれ光子対は、量子暗号などの量子情報処理技術や量子コンピュータの基本要素となる。本研究では、半導体ナノ構造を共振器中に配置した系で、純度が高い量子もつれ光子対を高効率に生成するための条件などを理論的に調べた。特に、所望のタイミングで光子対を生成することができるパルス光励起において、最適な生成条件を明らかにした。また、高純度なもつれ光子対が生成できる新しい系として、半導体ナノギャップ構造を提案した。量子もつれ光子対を共鳴散乱によりオンデマンドに生成するためには、パルス光を入射する必要がある。そこで、共振器に量子ドットを埋め込んだ系にパルス光を入射した場合において、高速かつ高効率な量子もつれ光子対を生成するための条件を理論的に解析した。強結合領域にある共振器-量子ドット系はドレスト状態を介したカスケード放射により、量子もつれ光子対を生成することができる。特に、この系では通常のカスケード放射では生成できないシングレット型の量子もつれ光子対も生成できる。そこで、シングレット型の量子もつれ光子対の生成時間を共振器のQ値の関数として解析的に求めた。さらに、入射光パルスの強度と時間幅の関数としてシングレット型の量子もつれ光子対が生成されるドレスト状態の占有度を調べた。占有度が高くなるほど高効率に量子もつれ光子対が生成される。同時に、ドレスト状態の占有度に対するもつれ光子対の度合いを調べた。以上の計算から、励起子と光(共振器中)の相互作用が強くてQ値が大きくなるほど、量子もつれ光子対の生成効率が高くなることが分かった。ただし、Q値を大きすぎると光子対の生成時間が長くなるという欠点がある。そこで、これまで報告されてきた相互作用の強さとQ値の範囲内で、高速かつ高効率な量子もつれ光子対の生成条件を調べた。その結果、共振器を用いない場合よりも高速に高い効率で量子もつれ光子対を生成できる条件が明らかになった。この他、新しいタイプの共振器として「半導体ナノギャップ共振器」を提案し、その性能を調べるための電磁界解析シミュレーションを開発した。このシミュレーション法により、これまで計算できなかった任意形状に閉じ込められた励起子による光散乱をシミュレーションすることが可能になった。・共振器--薄膜系からの量子もつれ光子対生成(1)共振器中に励起子活性薄膜がある系からの量子もつれ光子対生成の研究を開始した。まずは、量子もつれ光子対の生成源となる励起子分子のエネルギーと波動関数を非常に高速に計算する方法を確立した。さらに、この手法を励起子の偏光自由度も考慮できるように拡張した。(2)真空ラビ分裂が見られる強結合領域の場合、励起子分子は2励起ドレスト状態(2個の励起子、1個の励起子と光子、2個の光子の重ね合わせ状態)に崩壊することを見出し、励起子分子を生成するレーザー光の入射角度により、2励起ドレスト状態に特有な量子もつれ光子対の放射角度を明らかにした。・半導体ナノギャップ共振器(1)これまで金属ナノギャップ共振器で巨大なラビ分裂が観測されていたが、Q値が低いため、その分裂は明瞭でなかった。本研究では、半導体の励起子共鳴準位を利用することによる、Q値を著しく改善した半導体ナノギャップ共振器を提案した。さらに、明瞭かつ巨大なラビ分裂を生じることを独自に開発した電磁解析シミュレーション手法を用いて示した。(2)半導体ナノギャップ構造の増強電場に対する半導体微小構造の形状依存性を電磁解析シミュレーションにより調べた。その結果、(i)入射光の偏光方向に長い構造、(ii)ナノギャップ近傍の先端構造が鋭く尖っていない構造で、電場増強度が高くなることを明らかにした。(ii)の結果は金属ナノギャップ構造と全く逆の結果である。【最終年度】半導体薄膜中の励起子分子を介した量子もつれ光子対生成を理論的に調べるため、その中間状態である励起子と光の結合状態を求めた。バルクの励起子-光結合状態は励起子ポラリトンとしてよく知られているが、薄膜の場合はこれまで系統的に調べた例がほとんどなかった。そこで、励起子-光結合状態を「漏れモード」(結合状態が薄膜の外まで広がっている)と「表面モード」(結合状態が薄膜の表面で局在している)に分類し、これらの固有状態と固有エネルギーを計算した。さらに、「漏れモード」の固有状態から、薄膜中の励起子のフォトルミネッセンスが計算できることを示した。この結合状態を用いると、励起子分子からの量子もつれ光子対の生成効率だけでなく、励起子分子の輻射寿命も計算することができる。ここでは、薄膜が十分薄いとして最低励起子準位のみを考慮して結合状態を求めたが、複数励起子準位に拡張すれば、任意の膜厚で結合状態を求めることができる。【研究期間全体】・共振器-量子ドット系からの量子もつれ光子対生成において、パルス光を入射した場合に高速かつ高効率な量子もつれ光子対を生成するための条件を明らかにした。・共振器-薄膜系からの量子もつれ光子対生成を調べるにあたり、3次元の励起子強束縛模型で記述される励起子分子のエネルギーと波動関数を非常に高速に計算する方法を開発した。

また、励起子分子は2励起ドレスト状態を介して量子もつれ光子対になることを見出し、ドレスト状態に特有な量子もつれ光子対の放射角度が存在することを明らかにした。・半導体ナノギャップ共振器を提案し、明瞭かつ巨大な真空ラビ分裂があらわれることを、独自に開発した電磁界解析シミュレーションで示した。また、このような半導体ナノギャップ構造に最適な構造を定性的に調べた。このような巨大なラビ分裂のある系を用いると、純度の高いもつれ光子対が生成できる。量子もつれ光子対は、量子暗号などの量子情報処理技術や量子コンピュータの基本要素となる。本研究では、半導体ナノ構造を共振器中に配置した系で、純度が高い量子もつれ光子対を高効率に生成するための条件などを理論的に調べた。特に、所望のタイミングで光子対を生成することができるパルス光励起において、最適な生成条件を明らかにした。また、高純度なもつれ光子対が生成できる新しい系として、半導体ナノギャップ構造を提案した。共振器-薄膜系からの量子もつれ光子対の生成を調べるため、励起子分子の高速計算手法を確立したから。また、明瞭なラビ分裂を与える新奇な共振器(半導体導体ナノギャップ共振器)を提唱し、独自に開発した電磁界解析シュミレーションを用いて、定量的な評価を行ったから。光物性理論、量子光学光と励起状態の相互作用は光と励起分極の相対的な偏光面の角度に依存する。励起子分子から量子もつれ光子対が生成する場合、その放射方向によって相対的な偏光面の角度が異なるので、その効果を考慮して最適な量子もつれ光子対の生成条件を調べる。共振器-量子ドット系にパルス光を入射してオンデマンドに量子もつれ光子対を生成するときの最適な条件を明らかにしたから。今後は、共振器-量子井戸系の量子もつれ光子対生成の最適な条件を調べる。予定していた計算機の販売が遅れたため。前年度に予定していた計算機の購入
mTORを介する栄養シグナリングのタンパク質ホスファターゼPP2Aによる制御機構

アミノ酸により制御を受けるプロテインキナーゼmTORとタンパク質脱リン酸化反応との関係に着目した検討により、哺乳類培養細胞ではプロテインホスファターゼ制御因子mTIP41がmTOR基質の脱リン酸化の抑圧のみならずmTORの上流にシグナリングに作用しmTORの作用を促進することを見い出した。この結果は栄養シグナリングの新たな側面であり、アミノ酸による細胞機能制御を明らかにする上で重要である。栄養物はエネルギー源や構成材料であるのみならず、シグナル伝達経路を介して細胞機能を調節していることが明らかとなり、その分子機能の解析が行われている。mTOR(mammalian Target Of Rapamycin)はアミノ酸をシグナル伝達分子として活性化を受けるプロテインキナーゼであり、rapamycinが細胞周期をG1期で停止させることから、G1期における細胞増殖制御に重要な役割を果たすこと推定されているが、G1期以外における機能は明らかではなかった。今回、出芽酵母を用いた解析により、TORがG2/M期の移行に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、シグナル伝達経路におけるタンパク質脱リン酸化反応に焦点をあてた解析により、タンパク質ホスファターゼPP2B(calcineurin)が様々な細胞応答に関与する転写因子c-Junの抑制的制御に関与することを明らかにした。一方、培養細胞から栄養状態に依存してリン酸化が変動するタンパク質の検索を実施し、グルコース欠乏によりリン酸化が亢進するタンパク質としてGBF1を同定した。GBF1は低分子量GTPaseであるARFのグアニンヌクレオチド交換因子であり、小胞体とゴルジ体との間においてARFを活性化し小胞形成を促進することによりゴルジ体の形態維持に関与することが報告されている。本検討によりGBF1のリン酸化部位ならびにそのリン酸化を担う酵素としてAMPK(AMP-activated protein kinase)を同定するとともに、栄養欠乏により誘導されるゴルジ体の形態変化にAMPKによるGBF1のリン酸化が関与していることが示された。今後、同定された基質タンパク質に関する知見に基づき栄養シグナリングにおけるタンパク質脱リン酸化反応の役割について研究を行うことを計画している。mTOR(mammalian Target Of Rapamycin)はアミノ酸をシグナル伝達分子として活性化を受けるプロテインキナーゼであり、rapamycinが細胞周期をG1期で停止させることから、G1期における細胞増殖制御に重要な役割を果たすこと推定されている。従来、mTORの上流には低分子量Gタンパク質Rhebが存在し、またmTOR自身がリン酸化を受けることが知られていたが、その脱リン酸化反応による制御についてはほとんど研究が行われていなかった。シグナル伝達と転写活性化の双方に作用するタンパク質分子であるSTAT3はリン酸化制御を受けると推定されているが、本年度の研究により、STAT3がヒトメラノーマ細胞においてプロテインキナーゼCあるいはmTORの下流でサイトカインであるインターロイキン8の発現を転写レベルで亢進するとともに、膜受容体を経由しSTAT3を制御する機構に、特定のプロテインホスファターゼによるリン酸化・脱リン酸化反応による調節が行われていることを示唆する成果を得た。また、mTORC1の活性調節機能に関して、Rhebの関与およびリン酸化基質タンパク質とスキャフォールドタンパク質raptorとの親和性の変化という観点から研究状況を検討した。今後、リン酸化・脱リン酸化反応ならびにRhebの関与という観点に基づき栄養シグナリングにおけるタンパク質脱リン酸化反応の役割について研究を行うことを計画している。アミノ酸により活性制御を受けるプロテインキナーゼmTOR(免疫抑制剤ラパマイシン標的タンパク質)とタンパク質脱リン酸化反店との関係に着目し、栄養シグナリングの新たな側面を明らかにすることを目的とした。従来、出芽酵母ではTIP41(タンパク質ホスファターゼPP2Aの抑制分子TAP42と相互作用因子する分子TAP42-interacting protein of 41kDa)はTORの下流ホスファターゼを活性化することによりTORシグナリングを抑制することが知られていた。しかし、ほ乳類培養細胞にTIP41を高発現させるとアミノ酸枯渇時にみられるmTORC1基質のリン酸化の減少が抑圧され、またアミノ酸飢餓後のアミノ酸再添加によるmTOR基質のリン酸化の増加はTIP41のノックダウンにより有意に抑制された。従って、ほ乳類においてTIP41はmTORシグナリングに対して正の役割を果たすことが明らかとなった。一方、PP2Aと結合できない変異型TIP41の過剰発現では、野生型TIP41では観察されるアミノ酸枯渇時のmTORC1基質のリン酸化の減少が生じないことから、TIP41はPP2Aとの結合を介してmTORシグナリングに影響を与えていることが示された。また、新規旧TOR拮抗剤PP242によりアミノ酸枯渇時のTIP41過剰発現によるmTOR活性の維持が阻害されることを見いだした。これらの成果はTIP41のmTORシグナリングにおける作用点が、これまで考えられてきたPP2Aを介したmTOR基質の脱リン酸化の抑制だけでなくmTORの上流シグナルに存在することを示している。

なお、新規mTOR結合タンパク質としてTti1を同定し、Tti1およびその結合パートナーTel2がmTOR複合体に含まれて、その活性を正に制御していることが明らかとなり、また蛋白質分解酵素であるカスパーゼと栄養シグナリングの関連を示唆する結果が得られた。
植物の抗重力反応における細胞膜ダイナミクスの解明

植物の抗重力反応における細胞膜の機能を解明するため、主要成分であるメカノレセプター、膜ラフト、プロトンポンプ、セルロース合成酵素複合体などについて、関連遺伝子の発現解析、可視化による動態解析、並びにT-DNA挿入ラインを用いた機能解析を行った。その結果、重力刺激を受けた植物細胞では、多くの細胞膜成分の合成・生成が遺伝子発現を介して促進されること、それらの成分は細胞膜上に集合体を形成すること、そしてその形成と働きが正常な抗重力反応に必要であることが明らかになった。以上の成果は、植物の抗重力反応機構の理解に大きく寄与するものである。植物の抗重力反応への関与が予想された細胞膜成分のうち、膜ラフトの構成タンパク質に関するGFPラインを用いて、動態解析を行った。GFP由来のシグナルは、細胞膜上にドット状に認められた。このシグナルは、成長前のフック部分の表皮細胞にはほとんど存在せず、胚軸上部の成長部域では、成長が停止した中央部や基部の細胞と比べて、より多く見られた。このようなドットの分布の特徴は、芽ばえが長く成長した後でも維持されていた。さらに、過重力環境下で生育させた芽ばえ表皮細胞では、対照と比べてドットが大きく、より高密度に分布していた。このGFPラインを用いて得られた結果が膜ラフト全体の動態と一致するかを確認するため、膜ラフトを構成する脂質やタンパク質を標的とする数種類の蛍光標識方法について比較、検討した。その結果、Flotillin-1に対する抗体を用いることにより、GFPラインと同様に、細胞膜上のドット状のシグナルを安定的かつ効率的に観察できることがわかった。そして、この方法で得られた結果は、GFPライン、あるいは、膜ラフト全体をより広く染色すると考えられるフィリピンやコブラ毒素を用いて得られた知見とよく一致していた。したがって、本年度の研究で得られた結果が抗重力反応における膜ラフトの動態を反映していることが明らかになった。膜ラフトの構成成分であるステロール合成に関わるHMGのノックアウトラインhmgを用いて、抗重力反応における膜ラフトの機能を検証した。hmg変異体の成長は、1 g下で既に抑制されていた。また、過重力条件下で生育させたところ、抗重力反応における特徴的な反応である、胚軸の肥大成長や細胞壁多糖、特にセルロースの蓄積が十分に起こらないことが明らかになった。これらの結果より、抗重力反応において膜ラフトが重要な機能を果たしていることが支持された。植物の抗重力反応における膜ラフトの動態について、シロイヌナズナより細胞が大きく観察が容易なアズキ上胚軸を用いて詳細な解析を行った。抗体染色によって膜ラフト分布に対する過重力の影響を解析した結果、膜ラフトが成長部域の細胞に多く分布し、その形成が過重力によって促進されることが確認できた。シロイヌナズナ胚軸を用いて得られた昨年度の結果とあわせて、膜ラフトが重力環境に応じてその動態を変化させ、抗重力反応における重力シグナルの変換・伝達に深く関わることが明らかになった。細胞膜の他の主要成分であるメカノレセプター(機械刺激受容チャネル)は、抗重力反応における重力シグナルの受容を司ると考えられる。その候補遺伝子であるMCAの機能を検証するため、2つのMCA遺伝子の欠損系統の成長に対する過重力の影響をメカノレセプター阻害剤存在下で調べたところ、MCA欠損系統では過重力に対する感受性が半減していたが、ガドリニウムイオンの共存によりさらに低下することがわかった。すなわち、MCA遺伝子は抗重力反応における重力シグナルの受容において重要な役割を果たしているが、他にもメカノレセプター様のタンパク質が存在する可能性が示唆された。イネ芽ばえを用いて同様の解析を行った結果、特に根において、メカノレセプターが抗重力反応における重力シグナルの受容に広く関わっていることが示された。一方、抗重力反応におけるMCA遺伝子の動態を明らかにするため、両MCA遺伝子のプロモーターGUS形質転換体を作出し、MCA遺伝子の発現に対する重力刺激の影響について解析した。形質転換体の芽ばえを1 g及び300 g条件下で生育させて、GUS染色のレベルを比較したところ、過重力環境下では濃く染色されており、MCA遺伝子の発現レベルが上昇していることがわかった。過重力環境下でのGUS染色レベルの上昇は、特にMCA2で顕著であった。メカノレセプター候補遺伝子MCAの発現に対する重力刺激の影響について、プロモーターGUS形質転換シロイヌナズナを用いて詳細に検討した。MCA遺伝子の発現は茎頂、茎根遷移部、根端において高く、成長に伴って低下したが、過重力環境下ではGUSの発現低下が見られず、処理前と同程度の発現量が維持されていた。これに対して、接触刺激や高浸透圧刺激を与えた芽ばえでは、MCA遺伝子の発現が対照と同様に低下した。一方、ガドリニウムイオンで処理をした芽ばえでは、過重力環境下で1 g環境と同様に発現の低下が見られた。これらの結果より、メカノレセプターを介したMCA遺伝子の発現調節が抗重力反応における重力応答に特異的に関与していることが示された。一方、純系T-DNA挿入ラインを用いて、抗重力反応に関わる遺伝子をスクリーニングしたところ、既知の細胞膜構成タンパク質に加えて、細胞膜と細胞壁の境界に存在するアラビノガラクタンタンパク質(AGP)、及び細胞膜成分である脂肪酸の代謝に関わる脂肪酸不飽和化酵素(FAD)が、重要な役割を果たしていることが明らかになった。特にAGP8、AGP24、AGP40、並びにFAD8のT-DNA挿入ラインは、重力刺激を受けても正常な抗重力反応を示さなかった。