hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日照調整装置を用いた昼光利用による照明省エネルギー効果の年間計算手法の開発

照明の省エネ対策として高い効果が見込まれる昼光利用について、効果を適切に評価できることが求められているが、現状の昼光利用効果算定は、昼光利用により生じる窓面のグレアや空間の明るさ感などは考慮されないことから、室内環境の質は十分に担保できているとは言い難い。そこで多様な日照調整装置を用いた昼光利用において、年間での室内環境の質を担保した照明の省エネルギー効果計算法を確立するため、模型評価実験及び年間の昼光シミュレーションに基づく輝度解析を実施し、空間の明るさ感指標として平均輝度評価の可能性、グレア評価として既存指標DGPの可能性、それらを用いた照明消費量削減効果の算定法について示した。本研究は、日照調整装置を用いた昼光利用による光環境の質的側面を担保した年間での照明省エネ効果を把握する手法確立のため、日照調整装置を用いた場合の、1)グレア簡易予測式の確立、2)明るさ感推定簡易指標の提案、3)照明省エネ効果の年間計算法の確立を、人工空を活用した被験者実験に基づき行うことを目的とする。平成26年度は、1)及び2)の日照調整装置を用いた場合のグレア及び明るさ感簡易推定のための人工空での評価実験準備を行った。人工空は、実験と次年度以降実施予定のシミュレーションを対応させるための模擬昼光環境性能を検討した。直射光平行度を除き、実験環境として天空は各天候に必要な輝度分布を精度よく再現し、直射光も十分な光量であることが確認できた。日照調整装置のある開口・室内模型は、人工空規模と日照調整装置が設置可能な実オフィス室規模(6.4mx12.8m)を勘案し、縮尺1/12模型を製作した。室反射率は高・低、窓は全面・腰高ガラス窓、日照調整装置はライトシェルフ・長短庇(下層階の導光考慮)、長短袖壁、横・縦ルーバーで組み合わせ可能な装置とした。模型による光環境・視環境を検討し、導光状況や室内の見え方等、ブラインド以外の様々な装置による昼光環境評価模型として適切に構築できていることが確認された。人工照明は、窓近傍からのユニット毎調光が可能なグリッド照明・壁面の明るさ調整用ライン照明のLED模型検討を行い、水平面照度750lx迄の範囲で連続調光可能なことを確認した。計測は、昼光利用時・人工照明併用時の水平面照度での調光、天井・壁面等照度に応じた調光で、各面照度分布及び室奥からの輝度分布、窓面からの光束を計測することとした。グレア・明るさ感評価は既往の評価尺度、その他日照調整装置による立体的な光環境分布の評価は室内の光環境の好ましさに関する総合評価とする実験評価項目を得た。本研究は、日照調整装置を用いた昼光利用による光環境の質的側面を担保した年間での照明省エネ効果を把握する手法確立のため、日照調整装置を用いた場合の1)グレア予測式の確立、2)明るさ感推定指標の提案、3)照明省エネ効果の年間計算法確立を、人工空を活用した被験者実験に基づき行うことを目的とする。平成27年度は、1)及び2)の日照調整装置を用いたグレア及び明るさ感推定のための人工空での試行的実験を行い、適切な評価を得るための実験環境を再検討・改善するとともに3)省エネ効果の年間計算のためのモデル作成及び日照調整装置の条件を組み合わせた光環境シミュレーションを行った。試行的実験の結果、模擬昼光環境は、晴天は模擬平行光についてシミュレーションでの再現性が確保できなかったため代替の実屋外とし、曇天は人工天空で安定した環境となった。日照調整装置のある開口・室内模型は、実際に近いスラット幅となるブラインド模型を角度固定(水平、30度、45度)で作成し、ブラインド単体及び他の建築的日照調整装置+ブラインドの組み合わせを可能とし、さらにグリット照明のLED模型を最大1500lxまでの照度の範囲内で窓近傍から2列毎に調光可能とすることで、年間計算で必要となる昼間の照明運用状況の模型実験環境となるよう改善した。奥行き模型は、短い奥行きの作成・検討を行った結果、明るさ感とグレア評価を年間の省エネ効果の質的担保として考慮する場合、室全体を俯瞰する奥行きによる評価実験とするべきであることを確認した。また、年間計算法のためのシミュレーションについては、模型と対応する仕様のCADモデルを作成し、晴天時の室奥からの視点で日照調整装置を含む輝度分布データを検討し、次年度確立する年間省エネ効果の計算法で最終的に想定される明るさ・グレアが担保されると見込まれる範囲の室・装置の仕様を仮設的に検討した。予定していた評価実験の実施については、試行的実験を通じ、模擬昼光環境の再現性の検討及び、模型で新たに作成したブラインドの大きさ・角度設定、LED照明で確保できる照度レベルと列毎の調光等を、現実の昼光利用時の照明制御環境にできるだけ近づける作業を行うこととなったため、当該年度夏期からの本実験実施には至らなかった。しかしながら、角度の異なるブラインドとその他の建築的日照装置を組み合わせ、窓との距離により照明の調光レベルを広範囲で設定でき現実的な評価用模型として設定が完了した。実験は次年度初めより開始可能である。また、評価実験実施は遅れているため、その分、次年度に予定していた光環境のシミュレーションについては当該年度に先行して実施した。最終年度としては、昨年度作製した窓のある室内模型を用い、代表的な昼光条件下の日照調整装置を有する室内模型の被験者

実験と輝度分布解析とともに、同じ装置、室仕様での光環境年間シミュレーションによる輝度分布解析を行い、実験結果と年間でのグレア予測及び明るさ感推定の関係から、昼光利用による照明省エネルギー効果の年間計算を行う際の要件と効果が見込まれる日照調整装置種類を示した。評価実験については、昨年度確認した晴天測定精度及び人工空故障状況から、実屋外で中間期の9時・12時に実施した。比較のためのブラインド条件を含む日照調整装置9種について、机上面照度が設定照度を下回る場合に調光する設定で、絶対評価のグレア、ME法による相対評価の明るさ感、満足度等を評価させ、同時に測定した輝度分布との関係解析から昼光環境でのグレア、明るさ感と輝度分布の関係と適正評価範囲を推定した。年間シミュレーションによる輝度分布解析は、明るさ感は窓面からの視点距離を考慮した平均輝度、グレアはDGP(daylight glare probability)を算出し、評価実験結果とあわせ、日照調整装置毎の年間視環境評価を得た。この結果を用い、年間の昼光利用による照明省エネ効果の計算法を検討した。研究期間全体としては、昼光利用効果を有する日照調整装置・室仕様を整理し、これらの光環境の質的側面を評価する代表的な昼光環境と模型、評価項目等の実験環境を構築し被験者評価を行った。また、模型室内の輝度分布解析からグレア及び明るさ感の推定、それらの適正範囲を示した。更に、同じ装置・室仕様の年間光環境シミュレーションで日照調整装置毎の年間視環境評価を得た。最終的に、既往研究で十分な光環境の質的側面を考慮した年間計算の実績があるブラインドの計算法をベースとした日照調整装置の年間の昼光利用による照明省エネ効果の計算法を示した。照明の省エネ対策として高い効果が見込まれる昼光利用について、効果を適切に評価できることが求められているが、現状の昼光利用効果算定は、昼光利用により生じる窓面のグレアや空間の明るさ感などは考慮されないことから、室内環境の質は十分に担保できているとは言い難い。そこで多様な日照調整装置を用いた昼光利用において、年間での室内環境の質を担保した照明の省エネルギー効果計算法を確立するため、模型評価実験及び年間の昼光シミュレーションに基づく輝度解析を実施し、空間の明るさ感指標として平均輝度評価の可能性、グレア評価として既存指標DGPの可能性、それらを用いた照明消費量削減効果の算定法について示した。当初予定していた、1)及び2)における日照調整装置を用いた場合のグレア及び明るさ感簡易推定のための人工空における評価実験の部分的な実施については、実験環境、模型の構築に準備計測及び評価項目取得までの実施となっており、被験者実験の実施まで至らなかったが、本研究で重要となる日照調整装置による導光など昼光の分布特性の再現及び、最終的な成果としてのシミュレーションに基づく省エネ計算との対応のため、直射光平行度について向上させる必要があることが計測で明らかになったこと、LEDによる照明模型の検討に時間を要したことが理由であり、精度の高い日照調整装置模型と標準的な奥行きの室内模型の製作、天空光による実験環境構築、評価項目の検討は終了しているため、実験は平成27年度夏期から実施予定であり、それに向けた直射光の平行度を高める作業を現在進めている。模型の評価実験は、ブラインドの角度も含め、組み合わせが多大となるため、被験者実験は代表的な季節及び時刻における評価として、光環境シミュレーションによる輝度分布解析による推定でその他の条件の評価を補うこととする。
繰り返し構造の蛍光モニタリングによるがん及びアルツハイマー病診断法の開発

がん及びアルツハイマー病の診断を目的とした、テロメアの長さやタウタンパク質の蓄積、ベータアミロイドのリン酸化をモニターするための分析法の開発を行った。本研究では、複数個の反応性官能基をもつ化合物の選択的蛍光分析法であるエキシマー蛍光法を適用するため、生体試料分析に最適な蛍光試薬の設計・合成を行った。合成した試薬は陽イオン標識型のピレン蛍光試薬で、市販のものに比べ安定で、含水率の高い溶媒に可溶で、過酷な反応を必要としない。また、フルオラス分離技術を用いて、ポリアミン、アミノ酸、ヌクレオチド及びペプチド等の分析法開発も行った。「テロメラーゼの活性測定」検討のために、まず、テロメアの長さによる違いによって蛍光強度の違いを確認するための実験を行った。テロメア基質6塩基につき一ヶ所ずつピレン基を導入したものを用いる予定であったが、テロメア長により蛍光強度の違いを観測することが困難であった。合成段階でピレン基の導入が上手くいかなかったと思われる。「タウタンパク及びAβの標識」及び「イメージング用長波長発光色素の開発」の検討のためには次の実験を行った。ビキサロマー(N,N,N',N'-テトラキス(3-アミノプロピル)ブタン-1,4-ジアミンと2-(クロロメチル)オキシランが1 : 2.1 - 2.4の比で架橋重合して得られたアミン機能性リン酸結合性のポリマー)をピレンスルホン酸で誘導体化した。UVランプ(356 nm)照射により、ビキサロマーの沈殿がピレン誘導体化され、更に沈殿し、凝集した状態になっていることでエキシマー蛍光と思われる黄緑色の蛍光を発していた。また、溶液中の未反応のピレンスルホン酸の蛍光強度が低下していることからも、ビキサロマーがピレン誘導体化されていることが確認できた。しかし、蛍光分光光度計にて測定したところ、誘導体は沈殿してしまっているため、かすかに分散している誘導体のみしか測定できず、定量的な分析が行えなかった。次に非イオン性3種、陽イオン性及び陰イオン性の分散剤を用いてその誘導体を溶液中に分散し測定を試みた。同様に良好な結果は得られなかった。そこで、基礎検討のためにポリアミン類を用いて、ピレン誘導体化した。誘導体はHPLCによる分離後、エキシマー蛍光検出され、感度・再現性及び再現性ともに良好であった。また、フッ素-フッ素相互作用を利用し、ポリアミン類にパーフルオロアルキル基を導入し、フルオラスカラムによる分離後、質量分析を行ったところ、良好に分析できた。アルツハイマー病患者脳内ではタウタンパクの高度なリン酸化が起こっている。また、テロメアの構造は核酸塩基の繰り返しである。そこで、タウタンパクのリン酸化のモニタリング及びタウタンパクの分析を行うために、リン酸基の選択的分析法の開発を行った。リン酸基とアミンはイオンペアを形成することから、アミン性イオンペア試薬を用いたリン酸基含有化合物の選択的分析法を開発した。モデル化合物としてAMP、UMP、IMP、CMP、GMP、ADP、UDP、GDP、ATP、UTP、ITP、CTP及びGTPを分析対象とした。また本法は、フルオラスと呼ばれるフッ素-フッ素間にみられる特異的親和性を利用した。試料にフルオラス性のイオンペア試薬、フルオラス溶媒及び酢酸緩衝液を加えて、フルオラス液液抽出を行い、イオンペアを形成している分析対象の含まれるフルオラス層を取り出し、アンモニアを含むアセトニトリル水溶液にて逆抽出を行った。このときイオンペアと切断され非フルオラス層へ移行した分析対象物はHPLC-UV法にて分析することができた。テロメアやタウタンパクへの本法の適用は今後行っていく。本フルオラスイオンペア抽出法は、当初我々の目的としていたタウタンパク及びテロメアの蛍光モニタリング法とは異なっているが、有用な分析法と言える。また、ピレン基をイオンペア試薬とし導入し、ピレン自身の発する蛍光(375 nm)より、ピレンが励起二量体を形成するときに発するエキシマー蛍光(475 nm)観測することはまだ出来ていないため、今後検討を続けて行く必要がある。昨年度、アミン性イオンペア試薬を用いた、リン酸基含有化合物の選択的分析法を開発したが、今回、フルオラス(パーフルオロアルキル鎖同士がもつ特異的親和性)と金属キレートアフィニティーとを組み合わせたヌクレオチド類の選択的抽出法の開発を行った。本法の原理はFe(III)を配位したperfluoroiminodiacetic acid(PFIDA)試薬を利用してリン酸基含有化合物を選択的に捕捉・抽出することに基づく。今回、アポトーシスを誘導(Anti-Fas抗体投与)させた急性リンパ性白血病細胞株(Juekat細胞)に本抽出法を適用し、ヌクレオチド類の定量・解析を試みた。Anti-Fas抗体を投与したJurkat細胞試料(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12及び18時間)に本法を適用したところ、各ヌクレオチド類の定量が可能であった。さらに、定量結果に多変量解析を施したところ、スコアプロット上でアポトーシスの進行度を視覚的に判別することが可能であり、その結果は、フローサイトメトリーによって確認した細胞状態の推移とよく一致していた。今後、本法により確認されるアポトーシスの進行度合いと、がん細胞の状態の相関性を調べ、診断に有用か検討していく必要がある。

一方、アミロイドβのアミノ酸残基をピレン誘導体化し、HPLC分離後に蛍光検出することによって、アミロイドβのアミノ酸残基ごとに同時定量を試みるも、今回は達成できていない。教育業務の増加、実験を行う学生の減少に伴い実験を行う時間が大幅に減少してしまった。また、予想していた実験結果を得ることができず、違う側面から、がんの診断に有用な分析法を検討したため。繰り返し構造をモニタリングするための蛍光標識試薬を合成した。これまでに様々な市販の多環系蛍光標識色素を用いてタンパク質やポリアミノ化合物の標識を行ってきたが、多環系蛍光標識色素は含水溶媒中では非常に析出しやすく、タンパク質を含む生体試料分析において、タンパク質は凝集し、試薬が析出するといった問題点が常にあった。また、少量でも水を含むと、蛍光標識反応には高温での長時間加熱が必要で生体試料分析には適していなかった。本研究では、多環系蛍光色素が複数個標識されたときに、励起二量体を形成し、単量体のときの蛍光よりも長波長シフトしたエキシマー蛍光を発するという原理を用いて繰り返し構造をモニターするが、ピレンは最も効率的にエキシマー蛍光を発することが知られており、蛍光色素骨格にはピレンを選択した。また、市販のピレン試薬のうち、ピレン環から炭素鎖が35個含まれて解離性反応基を持つものは、純度が低く入手困難で、生体試料分析に最適なエキシマー蛍光試薬を見つけることはできなかった、。そこで本年度は、含水溶媒中でも溶解し、容易にイオン化し、混合するだけで反応するようなプラスにチャージするピレン試薬と、マイナスにチャージする試薬の合成を試みた。常にプラスにチャージするような陰イオン標識型ピレン試薬は生成が困難であった。常にマイナスにチャージするような型の陽イオン標識型ピレン蛍光試薬を合成および生成に成功した。含水率50%の有機溶媒でも容易に溶解し、イオンペアを形成することで容易に標識が可能になった。しかし、標識時に蛍光が長波長シフトしないため、更なる条件検討が必要である。がん及びアルツハイマー病の診断を目的とした、テロメアの長さやタウタンパク質の蓄積、ベータアミロイドのリン酸化をモニターするための分析法の開発を行った。本研究では、複数個の反応性官能基をもつ化合物の選択的蛍光分析法であるエキシマー蛍光法を適用するため、生体試料分析に最適な蛍光試薬の設計・合成を行った。合成した試薬は陽イオン標識型のピレン蛍光試薬で、市販のものに比べ安定で、含水率の高い溶媒に可溶で、過酷な反応を必要としない。また、フルオラス分離技術を用いて、ポリアミン、アミノ酸、ヌクレオチド及びペプチド等の分析法開発も行った。想定していた研究結果が得られなかったため蛍光モニタリング法の開発は遅れている。しかし、他の方面からアプローチしたリン酸化タウタンパク及びテロメアの分析のためのフルオラスイオンペア抽出法による研究を進めている。今年度確立した方法により確認できたアポトーシスの進行度合いが、抗がん剤治療や放射線療法等の効果判定や、診断に有用であるか検討を行う。また、近年アポトーシスと神経変性疾患(アルツハイマー病、パーキンソン病等)との関連性にも注目が集まっており、神経内科医師の助言を仰ぎながら、診断が可能か、その妥当性を評価していく。また、タウタンパク、テロメア等の繰り返し構造のモニタリングも引き続き行っていく。分析
ハミルトン系の可縮でない周期軌道を用いたフレアーホモロジーとその応用

申請者は、フレアーホモロジーを用いて、ハミルトン系の可縮でない周期軌道の存在について研究した。可縮でない周期軌道に対するフレアーホモロジーの研究は、平成19年度に数理解析所研究集会で発表した。その後、申請者は以下の研究に方向を進展させた:(1)対称性を許容するハミルトン系、特に、relative periodic orbitsに対するフレアーホモロジー(2)ラグランジュ部分多様体の交差に対するフレアーホモロジー(1)について、ハミルトン系がLie群の作用を許容する場合には、力学系を特徴づけるものとして、周期軌道の他にrelative periodic orbitsと呼ばれるものがある。Lie群の作用によるハミルトン系の簡約化を考えると、簡約化前の方程式に対するrelative periodic orbitsは簡約化方程式の周期軌道へと射影される。よって、簡約化方程式の周期軌道に対するフレアーホモロジーを考えることは、すなわち、簡約化前の方程式のrelative periodic orbitsのフレアーホモロジーを考えていることになるであろう。今年度は、このフレアーホモロジーを考えるための変分原理を定式化し、論文で発表した。また、量子計算における重要な問題から、群作用を許容する例を選び、具体例を計算した。(2)について、ハミルトン系の周期軌道に対するフレアーホモロジーは、ラグランジュ部分多様体の交差に対するフレアーホモロジーの特別な場合であることが知られている。よって、ラグランジュ部分多様体の交差に対するフレアーホモロジーを考えることは自然である。今回は、ラグランジュ部分多様体の交差理論の中で最も次元が低い場合、つまり、向きづけられた曲面上の2つの閉曲線の交差を考えた。これらの閉曲線に対して、組み合わせ論的にフレアーホモロジーを考え、Reidemeister torsionを定義することができる。このtorsionは2つのループがハミルトン同値であるための障害になっていると考えることができる。研究の主な結果は、(1)ハミルトン系の可縮でない周期軌道に対するフレアーホモロジーの研究と、(2)シンプレクティック簡約化されたハミルトン系に対する変分原理の定式化の2点である。(1)可縮な周期軌道に対するフレアーホモロジーは、ハミルトン系が定義されるシンプレクティック多様体のホモロジーと一致する。しかし、可縮でない周期軌道に対するフレアーホモロジーはいつも消えてしまう。したがって、可縮でない周期軌道に対するフレアーホモロジーをそのまま使っては、可縮でない周期軌道の存在についての情報を得ることはできない。そこで、次の2つのアプローチを試みた:(a)可縮でない周期軌道に対するFilteredフレアーホモロジーによるアプローチ、(b)フレアー鎖複体に対して定義されるミルナートーションによるアプローチ。(a),(b)における諸量が消えていなければ可縮でない周期軌道の存在が分かるため、共に重要な量である。特に、ミルナートーションは鎖複体が非輪状である場合において定義されるため、可縮でない周期軌道に対するフレアー鎖複体をよく特徴付けると考えられる。しかし一方で研究結果が少ない。そこで、(a),(b)それぞれについて摂動に対する不変性など基本的な性質を示した。(2)ハミルトンカ学系の研究において、力学系が対称性を持つ場合がよく表れる。しかし、簡約化された系の変分原理についての研究は少なかった。そこで、Marsden-Weinstein簡約化とOrbit簡約化によって、簡約化されたハミルトン系に対する変分原理を定式化し、成功した。また、この定式化はフレアーホモロジーへの応用も視野に入れ定式化しており、(1)の研究が応用できると思われる。
電子顕微鏡によるFe-Nd-B永久磁石の微細組織と高保磁力の相関

ネオデュームー鉄-ボロン化合物,サマリウムーコバルト化合物永久磁石の高分解能電子顕微鏡観察,ローレンツ電子顕微鏡観察から次の結果を得た.1.ネオデュームー鉄-ボロン永久磁石(1)Nd_2Fe_<14>B化合物の母相は,析出物,不純物,欠陥のまったくないきれいな結晶であり,磁壁のピンニング,逆磁区の発生サイトは結晶粒内に見ることができなかった.(2)母相どうしの粒界には,数十nmの粒界相があり,非晶質に近いリング状の電子回析パターンを示す.それらは,体心立方構造の指数づけできた.(3)磁壁は母相結晶内を容易に移動し,ピンテングがおこらない.(4)ボロンは, α-Fe相の析出をとめるために必要で,ボロンの少い組成では保磁力が急激に小さくなる.(5)高保磁力の原因は,粒界から粒内に磁壁が入る時におこるピンニングによるものと考えられる.2.サマリウムーコバルト永久磁石(2)界面は,格子のミスフィトによる歪が存在し,磁壁のピンニングサイトとしてはたらく.(3)磁壁は,界面にそって観察され,界面でピンニングされているのがわかった.(4)焼純時間を長くすると, 2相は成長し,界面歪は小さくなりピンニングの力が弱くなり,保磁力が低下する.ネオデュームー鉄-ボロン化合物,サマリウムーコバルト化合物永久磁石の高分解能電子顕微鏡観察,ローレンツ電子顕微鏡観察から次の結果を得た.1.ネオデュームー鉄-ボロン永久磁石(1)Nd_2Fe_<14>B化合物の母相は,析出物,不純物,欠陥のまったくないきれいな結晶であり,磁壁のピンニング,逆磁区の発生サイトは結晶粒内に見ることができなかった.(2)母相どうしの粒界には,数十nmの粒界相があり,非晶質に近いリング状の電子回析パターンを示す.それらは,体心立方構造の指数づけできた.(3)磁壁は母相結晶内を容易に移動し,ピンテングがおこらない.(4)ボロンは, α-Fe相の析出をとめるために必要で,ボロンの少い組成では保磁力が急激に小さくなる.(5)高保磁力の原因は,粒界から粒内に磁壁が入る時におこるピンニングによるものと考えられる.2.サマリウムーコバルト永久磁石(2)界面は,格子のミスフィトによる歪が存在し,磁壁のピンニングサイトとしてはたらく.(3)磁壁は,界面にそって観察され,界面でピンニングされているのがわかった.(4)焼純時間を長くすると, 2相は成長し,界面歪は小さくなりピンニングの力が弱くなり,保磁力が低下する.本年度の主な仕事は、以下に示した、作製方法の異なる2種類の鉄ネオデュームボロン永久磁石に対して、電子顕微鏡観察を行った。1,最高保磁力をとる焼結磁石2,保磁力の低い溶解鋳造した磁石その結果、この磁石の保磁力のメカニズムを理解する上に重要な、以下の知見を得た。1,焼結磁石中には、田相の他に、ネオデュームおよびボロンに富む2つの相と粒界に現れる相の、3種類が見いだされた。2,その3種類の相の中で、結晶粒界に現れる体心正方構造をとる"粒界相"が高保磁力に重要な役割を占めているものと考えられる。3,粒界相の幅は、ボロン濃度の増加と共に増え、それと共に保磁力の増加がみられた。4,ネオデュームに富む相は正方構造をとる。ボロンに富む相は、C軸方向に非整合周期をとる正方構造である。この2相は直接的には高保磁力に関与しないものと考えられる。5,溶解鋳造した低い保磁力の試料には特別な粒界相は見いだされず、用相の結晶粒は介存物なしについている。粒界相がないことが低い保磁力の原因と考えられる。6,田相の結晶粒内に他相の存在が見いだされた。この相に関しては研究中である。以下の結果は、本年度で購入したデュアルイオンミリングによる電子顕微鏡用試料の作製を通してできたものである。
非線形力学解析を用いた生物多様性維持メカニズム研究の新たな展開

種間相互作用の密度依存性は,生物群集の動態や構造に大きく影響することが理論的に示唆されてきたにもかかわらず,野外における定量化の困難さからそれらの検証はほとんど行われてこなかった.本研究課題では,近年発展しつつある非線形時系列解析EDMに着目することで,密度依存研究を遅滞させてきた根源である「密度依存性の定量化」を成功させる解析フレームワークの研究を行った.それらの結果,1)密度依存的相互作用の多様化が群集の安定性に大きく寄与することを理論的に明らかにし,2)実際の野外データから相互作用の密度依存性を推定する時系列解析法の開発し,密度依存性研究を推進するための道筋をつけることに成功した.種間相互作用の密度依存性は,生物群集の動態,構造,存続可能性に大きく影響することが理論的に示唆されている.にもかかわらず,密度依存性に内在する三つの問題:観察,解析,操作,を野外で行うことの困難さから,それらの理論の検証はほとんど行われてこなかったのが現状である.本研究では,近年発展しつつある新たな非線形時系列解析法EDM(Empirical Dynamic Modeling)に着目することで,上記の問題を解決し種間相互作用研究を新たなステージに押し上げるための解析枠組みの開発を最終的な目標としている.平成28年度は,その目的遂行のため,まず,1)種間相互作用の密度依存性が群集の安定性に与える影響の理論的研究を行った.次に,2)既存のEDMの解析法を改良し,変動する時系列データから直接種間相互作用の密度依存性を検出する手法,および検出した密度依存性のみを改変することで密度依存の相互作用が生物の動態に与える影響を評価する手法,という二つからなる解析の枠組みを開発した.さらに,3)開発した手法を,密度依存性が所与のモデルから生成した人口時系列データに適用することで,手法の妥当性とプロセスノイズ・観測誤差に対する頑健性をテストした.最後に,4)その手法を密度依存的な種間相互作用が推定されている室内多種実験系の時系列データに適用することで,実際の時系列データから密度依存性を検出し,その重要性を評価できるかについての検証を行った.1)種間相互作用の密度依存性が群集の安定性に与える影響を解析する理論研究を行った.その結果,密度依存の多様性が群集の複雑性ー安定性関係に大きく影響することがわかった.2)既存のEDM解析は変動する時系列データから種間相互作用の検出は可能だが(Deyle et al. 2016),密度依存性の検出は不可能であった.今回,その原因がEDMによる相互作用強度の推定値に予測先の時系列データの情報が含まれるためであることを明らかにした.さらに,微分積分学の理論を応用することでその情報を除去する手法,および,推定した相互作用強度を密度が類似する時点間でシャッフルすることで密度依存性を保存したまま相互作用強度を操作する手法を開発した.3)開発した手法を,種間相互作用モデルから生成した時系列データに適用した.モデルでは密度依存性を任意の値に操作し,また様々なプロセスノイズ・観測誤差を与えることができるようにした.その結果,相応の誤差のもとでも所与の密度依存性を正しく評価できることが明らかとなった.4)開発した手法を,マメゾウムシー寄生蜂室内実験系の時系列データに適用した.この系は,アズキゾウムシとヨツモンマメゾウムシという近縁二種とその共通の寄生蜂を導入したもので,その寄生蜂がスイッチング捕食を行うことで系の長期存続が可能になっていることが示唆されている(Ishii & Shimada 2012).今回の手法はそのスイッチング捕食を動態から検出し,さらにその密度依存性を破壊すると系の共存時間が大きく減じることがわかった.これらの結果は,当初の実施計画の目標を大きく超える成果であり,3件の学会発表,1件の学会シンポジウム発表,3件の集会発表を行った.種間相互作用の密度依存性は,生物群集の動態,構造,存続可能性に大きく影響することが理論的に示唆されている.にも関わらず,野外で密度依存性を定量化することが困難なことからそれらの理論の検証はほとんど行われてこなかった.本研究課題では,近年発展しつつある非線形時系列解析法EDMに着目することで上記の問題を解決する新たな解析の枠組みを開発することを目標としてきた.平成29年度はその目的遂行のために以下の3点の研究を行った.まず,1)前年度までに開発した手法の有効性をテストするために,マメゾウムシ競争実験から得られた時系列データの解析を行った.その結果,行動レベルの実験では示唆されてきた,ヨツモンマメゾウムシに有利な世代間の資源競争とアズキゾウムシに有利な同一世代の繁殖干渉に対応する動態レベルでの相互作用の効果を時系列データから検出することに成功した.次に,2)手法を野外の多種群集系に応用することで自然条件下での手法の頑強性のテストを行った.具体的には,アブラムシ-寄生蜂時系列データを解析することで,適切な寄生関係が検出するかを検証した.その結果,観察によって確認されていた寄生関係が確かに動態レベルに波及していることが明らかになった.最後に,種間相互作用の密度依存性が生態系の複雑性-安定性(種数と群集動態の安定性)との関係に与える影響を調べるための理論を開発した.解析の結果,種間相互作用の密度依存性が生態系の安定性だけでなく,複雑性-安定性関係という群集動態の創発的現象にまで大きな影響を与えることが明らかとなった.

種間相互作用の密度依存性は,生物群集の動態や構造に大きく影響することが理論的に示唆されてきたにもかかわらず,野外における定量化の困難さからそれらの検証はほとんど行われてこなかった.本研究課題では,近年発展しつつある非線形時系列解析EDMに着目することで,密度依存研究を遅滞させてきた根源である「密度依存性の定量化」を成功させる解析フレームワークの研究を行った.それらの結果,1)密度依存的相互作用の多様化が群集の安定性に大きく寄与することを理論的に明らかにし,2)実際の野外データから相互作用の密度依存性を推定する時系列解析法の開発し,密度依存性研究を推進するための道筋をつけることに成功した.今後は,前年度で得られた結果の普遍性を確認するために,開発した手法を他の実験系,及び野外の多種群集時系列データに応用する.実験系のデータとしては,ゾウリムシー繊毛虫実験系(捕食ー被食関係),二種寄生蜂ーヨツモンマメゾウムシ実験系(間接相互作用),コクヌストモドキーヒラタコクヌストモドキ実験系(ギルド内捕食関係)を想定している.前年度に開発した手法をこれらのデータに応用することで,共存時間が長い系ほど負の密度依存性が強く,またそれらを破壊すると共存時間が著しく減少することを確認する.これらの実験データは既発表の論文,及び協力研究者である九州大学の津田みどり准教授,国立環境研究所の岸茂樹博士からすでに取得済みである.また,安定的に存続する野外群集の時系列データを用いて,群集内の重要な種間関係にしめる負の密度依存的な相互作用の割合を検証する.解析には,英国におけるアブラムシー寄生蜂群集の野外調査(Silwood)データおよび,北米大陸で繁殖する鳥類の観察(BBS)データを用いる.前年度に得られた理論研究と,手法開発をそれぞれ別個に論文化し国際誌での出版を目指す.また,実験系及び野外群集でのテストについても結果が得られ次第論文化し,投稿を行う.理論群集生態学初年度に購入予定であった計算用ワークステーションにおいて,解析に見合う性能のものが当該年度になかったため.改めて次年度に計算用ワークステーションを購入する予定である,
“単結晶育成を必要としない単結晶弾性率の決定方法”の構築と生体用金属材料への応用

多結晶の弾性率から結晶粒間の弾性相互作用を考慮して単結晶の弾性率を決定することが可能なinverse Self-consistent(iSC)近似を構築した。さらに、六方晶系以外の結晶構造を有する単結晶の弾性率の決定にも適用可能なinverse Voigt-Reuss-Hill (iVRH)近似の構築を行った。加えて、iSC近似およびiVRH近似を一方向凝固によって作製された純銅多結晶に適用し、構築した手法の有効性を実証した。また,生体用Ti-Nb系合金のβ相中にω相およびDiffuse ω構造が形成された際の単結晶の弾性特性を明らかにした。単結晶が立方晶系の弾性対称性を有する材料に対して、単結晶育成を必要とせずに単結晶弾性率を決定する方法に対する理論構築を行った。具体的には、巨視的に六方晶の弾性対称性を有する多結晶体の巨視的な弾性率および多結晶体内の結晶配向性の情報から、Voigt近似およびReuss近似を用いて単結晶弾性率を決定するための理論を構築した。構築した理論によりVoigt近似およびReuss近似によって得られる単結晶の値から、Hill近似に基づいて単結晶弾性率を決定することが可能である。これにより、立方晶系材料においてもInverse Voigt-Reuss-Hill近似に基づいて、多結晶体の弾性率から単結晶弾性率を決定することが可能となった。構築した手法の有効性を検証するため、鋳型鋳造法により結晶配向性を有する純Cuの多結晶体を作製し、その巨視的な弾性率を測定した。また、X線極点図により、結晶配向性を調べた。巨視的弾性率および結晶配向性の情報から、Inverse Voigt-Reuss-Hill近似を用いて単結晶弾性率を算出した結果、高精度で単結晶弾性率を決定可能であることが明らかとなり、立方晶系材料に対して有効なInverse Voigt-Reuss-Hill近似を構築することができた。また、単結晶が六方晶系の単結晶弾性対称性を有する多結晶材料に対しても、結晶配向性を考慮したInverse Voigt-Reuss-Hill近似に対する汎用的な理論を新たに考案した。構築した理論を押出加工によって作製した純Mgに適用することにより、高精度で単結晶弾性率を決定可能であることを明かにした。強い弾性異方性を有する立方晶系の単結晶に対して、単結晶育成を必要とせずに単結晶弾性率を決定する方法に対する理論構築を行った。具体的には、結晶配向性を有する多結晶体の巨視的な弾性率および多結晶体内の結晶配向性および結晶粒形状の情報から、Eshelbyの等価介在物理論および有効媒体近似を用いて単結晶弾性率を決定するための手法(inverse self-consistent近似)を構築した。構築した手法の有効性を検証するため、鋳型鋳造法を用いた一方向凝固法より結晶配向性を有する純銅・多結晶を作製した。作製した純銅多結晶の巨視的な弾性率を超音波共鳴法と電磁超音波共鳴法を組み合わせた手法により測定した。また、光学顕微鏡観察およびX線極点図測定により、純銅・多結晶における結晶粒形状および結晶配向性を調べた。結晶配向性および結晶粒形状の情報を考慮したinverse self-consistent近似を用いて、純銅・多結晶の巨視的弾性率を再現可能な単結晶弾性率を算出した。その結果、前年度構築したinverse Voigt-Reuss-Hill近似よりも高精度で単結晶弾性率を決定可能であることが明らかとなった。また、bcc構造を不安定化したTi-Nb系合金に対して、室温時効に伴う弾性率変化を超音波共鳴法により測定した。その結果、室温時効に伴って弾性率が増加するという特異な現象を初めて明らかにした。電子顕微鏡観察およびマイクロメカニックス理論を用いた解析により、室温時効に伴う弾性率増加の原因は時効に伴うDiffuse ω構造の形成によるものであることを見出した。室温時効に伴う弾性率増加を、酸素もしくはAlの微量添加およびbcc構造の安定化によって抑制可能であるという低弾性率化のための指針を見出した。新規な立方晶系の単結晶弾性率決定手法であるinverse self-consistent近似を構築した。また、構築したinverse self-consistent近似は、異方性の強い立方晶系の単結晶弾性率を高精度で決定可能であることを示すことができた。代表的な生体用金属材料であるbcc系のTi合金は、bcc構造の不安定化により強い弾性異方性を有するため、新規に構築したinverse self-consistent近似はbcc系のTi合金の弾性特性の理解に極めて有効である。結晶配向性を有する純銅・多結晶に、Eshelbyの等価介在物理論および有効媒体近似を組み合わせて構築した立方晶系の単結晶弾性率を決定するための新規な独自手法(inverse self-consistent近似)を適用し、単結晶弾性率を決定する際の結晶粒形状の影響を調べた。まず、鋳型鋳造法による一方向凝固により、凝固方向に結晶の<100>方位が強く配向した多結晶を作製し、光学顕微鏡観察により結晶粒の形状を調べた。さらに、X線極点図測定により結晶配向性を定量的に調べた。次に、Eshelbyの等価介在物理論を用いて、結晶粒の形状を回転楕円体に近似し、多結晶弾性率から単結晶弾性率を決定する場合において、楕円体のアスペクト比が単結晶弾性率の決定精度に及ぼす影響を調べた。この際、X線極点図より求めた結晶配向性の情報を用いて、多結晶組織をモデル化した。

その結果、弾性異方性の強い純銅の単結晶においては、結晶粒形状を反映した結晶粒間の弾性相互作用の影響が顕著に現れるため、精度良く単結晶弾性率を決定する際には、結晶粒形状の影響を適切にモデル化ことが非常に重要であることを明かにした。また、純銅においては、単結晶弾性率の文献値との差が1%程度という非常に高精度で単結晶弾性率を決定可能であることを示した。さらに、bcc構造を不安定化したTi-V合金に対して、室温時効に伴う弾性率変化を超音波共鳴法により測定した。その結果、昨年度明らかとなったTi-Nb系合金と同様に室温時効に伴って弾性率が増加するという特異な現象をTi-V合金においても明らかにした。Eshelbyの等価介在物理論および有効媒体近似を組み合わせて構築した単結晶弾性率を決定するための新規な独自手法(inverse self-consistent近似)を弾性異方性の強い単結晶で構成された多結晶材料に適用し、結晶粒形状が単結晶弾性率の決定精度に及ぼす影響を詳細に明らかにすることができた。さらに、弾性異方性が強い単結晶で構成された多結晶材料においては、結晶粒間の弾性相互作用の影響が強く、それによって多結晶弾性率が結晶粒形状に依存することも定量的に明らかにすることに成功している。多結晶の弾性率から結晶粒間の弾性相互作用を考慮して単結晶の弾性率を決定することが可能なinverse Self-consistent(iSC)近似を構築した。さらに、六方晶系以外の結晶構造を有する単結晶の弾性率の決定にも適用可能なinverse Voigt-Reuss-Hill (iVRH)近似の構築を行った。加えて、iSC近似およびiVRH近似を一方向凝固によって作製された純銅多結晶に適用し、構築した手法の有効性を実証した。また,生体用Ti-Nb系合金のβ相中にω相およびDiffuse ω構造が形成された際の単結晶の弾性特性を明らかにした。当初の計画通り、単結晶育成を必要とせずに立方晶系の弾性対称性を有する単結晶の弾性率を決定可能なInverseVoigt-Reuss-Hill近似の構築に成功した。また、六方晶系の弾性対称性を有する単結晶に対しても、結晶配向性を考慮したInverse Voigt-Reuss-Hill近似に対する汎用的な理論の構築に成功した。また、構築した理論に対する有効性の検証も順調に進んでいる。bcc構造を有する生体用Ti合金の多結晶体に対して、新規に考案した立方晶系の単結晶弾性率決定手法であるinverse self-consistent近似を適用し、その単結晶弾性率を決定する。また、bcc構造を有する生体用Ti合金の単結晶を光学式浮遊帯域溶融法により作製し、ω相の形成と弾性特性との相関関係を明らかにする。また、加工もしくは塑性変形に伴う弾性率変化をinverse self-consistent近似による単結晶の弾性特性解析および単結晶を用いた直接測定により明らかにする予定である。材料工学様々な結晶配向性を有する純銅および純Mgの多結晶体に対して、新たに考案したInverse Voigt-Reuss-Hill近似を適用することで、構築した理論の更なる精度検証を実施する。
レーザー光を用いた新しい細胞融合ならびに遺伝子導入法に関する研究

本研究において我々はレーザートラッピング法について生体細胞に適応する基礎を確立し、実際の生体細胞の捕捉・回転操作ができることを世界ではじめて明らかにした。パルスレーザーを用いた微細加工技術については、倒立顕微鏡を用いることによって無菌的操作を可能とし、生体細胞をリンパ球など小型細胞であれば二次元方向で自在に移動させることに成功した。加えて任意の部位へ精密にパルス照射することができるシステムを試作し、これを用いて細胞融合に成功した。更に検討を重ね、細胞融合率は約50%という極めて高い融合率を得、その融合がパルスレーザー照射による細胞膜の小孔によって起きることを確認した。これらの技術はリンパ球とミエローマ細膓の融合に用いられモノクローナル抗体産生ハイブリドーマの作成に成功した。また、同様な装置をもとにレーザーを用いた細胞膜穿孔法による遺伝子導入法の開発に成功した。この遺伝子導入法は選択性を有し、特殊なベクターを用いず、手技が容易で細胞障害を少なくする事が可能であり、他にはない特性をもつ。出力約1μJ/shotのパルス照射により細胞障害無く2μmの細胞膜穿孔を生じさせることができた。付着細胞に対しパルス照射にてGreen Fluoreseent protein発現遺伝子の導入に成功し、約10%の発現率がえられた。浮遊細胞に対してはトラッピングレーザーで固定し、パルスレーザーにてネオマイシン耐性遺伝子を導入、ネオマイシン耐性細胞がえられた。当方法は対象細胞の選択性を有し、ベクターを必要としない新しい遺伝子導入法である。GFP発現遺伝子を用いて発現を検討した点はこれまでに他に報告はない。また浮遊細胞をも対象としたのは今回の報告がはじめてであり、臨床応用(ガン細胞や骨髄細胞へのex vivoでの遺伝子導入)や基礎医学での応用(ES細胞の分化で形態が異なる場合の選択的遺伝子導入)が期待される。レーザー照射装置の試作;YAGレーザーを光源とするパルスレーザー照射装置と、やはりYAGレーザーを光源とするレーザートラッピング装置を同一顕微鏡に装着した。その際に無菌操作が可能となるよう、これまで用いていた正立の顕微鏡ではなく、倒立顕微鏡で操作が可能になるようにレーザー装置を改良した。加えて、細胞やプラスミドをトラッピングするための微小位置決め装置(マニュピュレーター)、および画像処理装置(CCDカメラ)も本システムに組み込みシステムを完成させた。操作性の検討;このレーザー装置を用いて、ラテックス球などの微小物体を用いた模擬実験により本装置のトラッピング効果の基本的特性(パルスの出力、波長、照射時間、角度など)を詳しく解析した。加えて、リンパ球を用いて同様の実験を行い、生体に影響を及ぼさないトッラッピング・レーザーの波長、出力の検討を行った。細胞融合実験;リンパ球を用いて、細胞融合のレーザー照射の条件(接触面積、照射角度、レーザーの出力)を検討し、細胞融合に成功した。つぎにリンパ球とミエローマ細胞との細胞融合実験を行い、HAT selsctionにて融合細胞の性質検査を行った。その結果、リンパ球とミエローマ細胞の両方の正確を持つハイブリドーマが作成され、クローニングにも成功した。現在この細胞の増殖性、機能性を検討中である。今後は、遺伝子導入のための試作装置の最適操作法の確立のためにプラスミドを培地に添加したリンパ球細胞にパルスレーザーを照射し、遺伝子導入実験ならびにその遺伝子発現の検索を行う予定である。本研究では、レーザー光ビームがその波長程度まで絞り込むことができるという集光特性に注目し、ミクロンないしサブミクロンにまで集光したマイクロレーザー光ビームを用いて、個々の生体細胞のさまざまな加工や操作を非接触的に行うための全く新しい物理的な細胞制御技術を開発し実用化することを目指し研究を行った。

(1)パルスレーザー装置とレーザートラッピング装置を一体化するための設計試作:これまで別個に行っていたYAGレーザーを光源とするパルスレーザー照射装置と、YAGレーザーを光源とするレーザートラッピング装置を同一顕微鏡に装着した。その際無菌操作が可能となるよう、これまで用いていた正立の顕微鏡ではなく、倒立顕微鏡で操作が可能となるよう、レーザー装置を作製した。(2)試作装置の動作性能評価:上記試作レーザーマニュビレーターを用い、トラッピング操作、細胞融合実験のための基礎的実験を行った。リンパ球を用いて、細胞融合のレーザー照射の条件を検討する。つぎにリンパ球とミエローマ細胞との細胞融合実験を行い、HAT selsctionにて融合細胞、つまりハイブリドーマの増殖性、機能性を検討した。(2)遺伝子導入のための試作装置の最適操作法の確立:プラスミドを培地に添加したリンパ球細胞、繊維芽細胞にパルスレーザーを照射し、遺伝子導入実験ならびにその遺伝子発現の検索を行った。その際、照射強度、時間、波長、照射角度を変え導入効率向上を計るための最適条件の検討を行った。本研究において我々はレーザートラッピング法について生体細胞に適応する基礎を確立し、実際の生体細胞の捕捉・回転操作ができることを世界ではじめて明らかにした。パルスレーザーを用いた微細加工技術については、倒立顕微鏡を用いることによって無菌的操作を可能とし、生体細胞をリンパ球など小型細胞であれば二次元方向で自在に移動させることに成功した。加えて任意の部位へ精密にパルス照射することができるシステムを試作し、これを用いて細胞融合に成功した。更に検討を重ね、細胞融合率は約50%という極めて高い融合率を得、その融合がパルスレーザー照射による細胞膜の小孔によって起きることを確認した。これらの技術はリンパ球とミエローマ細胞の融合に用いられモノクローナル抗体産生ハイブリドーマの作成に成功した。また、同様な装置をもとにレーザーを用いた細胞膜穿孔法による遺伝子導入法の開発に成功した。この遺伝子導入法は選択性を有し、特殊なベクターを用いず、手技が容易で細胞障害を少なくする事が可能であり、他にはない特性をもつ。出力約1μJ/shotのパルス照射により細胞障害無く2μmの細胞膜穿孔を生じさせることができた。付着細胞に対しパルス照射にてGreen Fluorescent protein発現遺伝子の導入に成功し、約10%の発現率がえられた。浮遊細胞に対してはトラッピングレーザーで固定し、パルスレーザーにてネオマイシン耐性遺伝子を導入、ネオマイシン耐性細胞がえられた。当方法は対象細胞の選択性を有し、ベクターを必要としない新しい遺伝子導入法である。GFP発現遺伝子を用いて発現を検討した点はこれまでに他に報告はない。
大型果実をめぐるアリと植物の共生関係-特に種子散布とクリーニング行動について-

哺乳類・鳥散布植物、約50種について、それら果実に対するアリ類の行動を観察したところ、雑食性アリ種による多様な効果が観察された。その効果は果実のサイズや形態的特徴によって異なっており、國内の混交林では小サイズの果実はアリ類に運搬される頻度が高かった。またアリ散布へ果実形態を特殊化させた植物種もいる事が示唆された。一方、ボルネオの熱帯林では大型果実に対するクリーニング行動も高頻度で見られ、特にニクズク科ではその効果は果肉のカビ感染の頻度と大きく関係していた。鳥や哺乳類に散布される大型果実に対するアリ類の種子運搬、種子捕食、抗菌効果を伴う果実捕食行動を観察し、植物種とアリとの共生的関係の成立と進化渦程を探求する。2006年9月から11月にかけて、金沢市近郊の俵町の落葉樹林において、鳥散布植物種の果実に対するアリ類の行動を観察した。福井県織田山で行った果実食性鳥種の排泄物解析調査の結果に基づき、北陸地域で主要に捕食、運搬されていると考えられる植物種27種を実験種として用いた。これら植物各種の果実50-100個を林床に配置し、地表を排徊するアリによる効果を観察した。その結果、23種でげっ歯類や昆虫類の捕食などの影響があったが、12種でその果実はアリによって運搬された。特にアカメガシワ、カラスザンショウ、アケビ、コマユミ、ムラサキシキブ、クマノミズキの6種の果実が高頻度で運搬され、これら果実は鳥による散布の過程で地表に落ちた後もアリによって散布されている可能性が示唆された。またこれら運搬は主にヤマトアシナガアリとアズマオオズアリによって行われていた。しかし、果実繊維部のみを除去するクリーニング行動はこの調査地では観察されず、そうした行動は果実が運搬できない大型サイズの種が分布しているような地域で主に起きていると推測された。またアリ巣内での果実の扱いを調べるため、ヤマトアシナガアリとアズマオオズアリのコロニーを採集し、飼育条件下で果実を与え、その捕食行動を観察した。この実験には運搬頻度が極端に高かったアカメガシワ、カラスザンショウ、アケビ(アケビは種子)の3種を用いた。その結果、アケビ種子は誘引器官であるエライオソーム部を食べられた後に巣外へ廃棄されていたが、他2種は果実部(脂質部)を食べられた後に捨てられていた。この2種の脂質部は本来、鳥散布における散布鳥種への報酬器官であるが、アリに対しても同様の機能があることが示唆され、特殊な二次散布形態があると考えられる。さらにアリによって処理された種子の発芽頻度や表面物質の分析を継続して行っている。2007年9月から11月にかけて,鳥散布植物種の果実に対するアリ類の行動の観察を行った。本年度の新たな調査地点として果実食性鳥種の排泄物解析調査を行っている福井県織田山を選出した。この調査地の落葉広葉樹林において,鳥によって主に捕食,運搬されていると考えられる植物種31種を実験種として用い、これら各種の果実50-100個を林床に配置し,アリによる効果を観察いた。その結果、アリによる運搬や捕食が観察されたのは,アカメガシワ,カラスザンショウ,アケビ,コマユミなど7種であり,これらは昨年の調査結果と同じ種であった。この事はこれら植物種の果実は地表に落ちた後,アリによって普通に散布されることが一般的な現象であることを示唆している。また他種ではげっ歯類や昆虫類の捕食が観察されたが,前回よりもその頻度は低かった。また室内観察と実験によって,アリによって処理された種子の発芽頻度や表面物質の分析を継続して行っている。さらに今年度は果実繊維部のみを除去するクリ-ニング行動を観察するため,マレーシア,サラワク州のランビル国立公園へ渡航し,その熱帯林にてアリと果実の観察を行った。観察は12月の雨期に行い,結実が確認された5、6種の鳥散布植物について,上記と同様の林床での果実配置実験と,樹土でその果実を食べる鳥の観察を行った。ゴシキドリなどの鳥種による捕食の過程で果実やその種子は高頻度で林床に落とされたが,それら果実はげっ歯類によって高頻度で捕食されていた。しかし実験的にげっ歯類の捕食効果を除去してもアリによるクリーニングの頻度は低かった。こうした果実をめぐる鳥,アリ,さらにげっ歯類には複雑な相互関係があることが予測され,ざらに来年度に詳細な観察を行う予定である。2008年9月から11月にかけて、鳥散布植物種の果実に対するアリ類の行動の観察を行った。本年度の新たな調査地点として植生条件が他の調査地と異なる兵庫県六甲山近辺を選出した。

この調査地の落葉広葉樹林において、鳥によって主に捕食、運搬されていると考えられる植物種約30種を実験種として用い、これら各種の果実20-50個を林床に配置し、アリによる効果を観察した。その結果、他の調査地での観察結果とは異なり、アリによる運搬や捕食の頻度は全体的に低く、これまで運搬が観察されていたカラスザンショウなどへのアリの効果も低かった。この事はアリによる大型果実への効果が植生条件などによって変化することを示唆している。さらに今年度もマレーシア、サラワク州のランビル国立公園へ渡航し、その熱帯林にてアリと果実の観察を行った。観察は8月の乾期に行い、結実が確認された5、6種の鳥散布植物について、林床での果実配置実験と樹上でその果実を食べる鳥個体の観察を行った。その結果、ゴシキドリなどの鳥種による捕食の過程で果実やその種子は高頻度で林床に落とされたが、それら果実は数種のアリ、特に放浪性種であるヨコヅナアリ属によって高頻度で運搬されていた。このような放浪性種は森林内を集団で採餌し、果実が成熟した樹木の下に集まって集中的に種子の運搬を行うと考えられ、熱帯林では運搬者として大きな役割を担っていると思われる。さらにアシナガアリ属の種では正常な種子を選んで運ぶ種子選択行動も観察され、このような行動は健全な種子の効率的な散布に貢献しているものと考えられる。今年度は樹種を限定し、アリによる落下果実への効果を調べた。2009年9月に金沢市近郊の落葉広葉樹林においてアカメガシワの結実木の観察を行った。観察木5本の中から花序を20個選び、それらの成熟果実全てにペイントマーカーでマークを施した。またこれら花序のついた枝の下にシードトラップを設置した。3週間後にマーク花序を採集し、残った果実数をカウント、さらにトラップ内に落下した果実数もカウントした。これにより鳥による運搬頻度、落下頻度を算出した。また別途に果実を林床に配置し、アリによる落下果実の運搬頻度も観察した。その結果、果実の落下頻度は60-80%程度で、さらに落下果実の90%以上はアリによって運搬されていた。この事はアカメガシワの果実に対するアリの運搬の貢献が高いことを示唆している。さらに今年度もマレーシア、サラワク州のランビル国立公園へ渡航し、アリと果実の観察を行った。観察は12月に行ったが、今年度は森林の一斉開花が起こり、20種以上の果樹の落下果実についてアリの効果を観察することができた。アリの果実への捕食、運搬の効果は果実形態、特に果肉の特徴に大きく依存し、液分の多いニクヅク科Myristicaeの果実はヨコヅナアリ属の種によって頻繁に果肉捕食を受けていた。しかし、同じニクヅク科の種でも捕食を受ける種と受けなかった種があり、捕食を受けた種の果実は林床でカビや雑菌の感染を受け腐食しやすかったのに対し、捕食されなかった種では感染が起きにくかった。これらの事はアリによる果肉捕食と果肉のカビ感染が密接に関係していることを示唆している。