hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
魚類抗酸化酵素による酸化ストレス応答の分子機構-分子生物学的アプローチ-

また、クローニングしたヒラメMn-SOD遺伝子5'-上流領域( ー1,020 / ー1 )をルシフェラーゼベクターpGL3に挿入してレポーターアッセイ系を構築し、種々の欠失ミュータントを用いてプロモーター活性解析を行った結果、本酵素遺伝子の発現調節部位はNrf 2認識配列( ー551 / ー505 )であることが示唆された。現在、酸化ストレス応答に関連する転写制御因子の探索を進めている。更に、E.tarda由来ECP等刺激に伴う両SODのmRNA量の変動についてリアルタイム定量PCRを用いて検証した。その結果、E.tarda由来ECP及びE.tarda強毒株組換えflagellin刺激に伴い、Cu,Zn-SOD mRNA量は有意な増加傾向を示し、Mn-SOD mRNA量は減少傾向を示した。また、抗酸化剤N-アセチル-L-システイン処理による影響を調べた結果、両SOD mRNA量の増減は、E.tarda由来ECP等刺激による酸化ストレスに起因していることが確認された。培養細胞株の活性酸素種及びサイトカイン産生能の検討はやや遅れている状況であるが、ヒラメSOD遺伝子の転写制御領域の解析並びにリアルタイム定量PCR法による酸化ストレスに伴うSOD mRNA量の挙動ではいくつかの新知見が得られており、現在、これまでの研究成果を取りまとめて1編論文投稿中並びに1編投稿準備中である。従って、研究は概ね順調に進展している。魚類抗酸化酵素遺伝子5'-上流領域の欠失ミュータントを用いてプロモーター活性解析を更に進めて発現調節部位を推定すると同時にゲルシフト解析等により酸化ストレス応答に関連する転写制御因子の探索を行っていく。魚類抗酸化酵素遺伝子5'-上流領域の欠失ミュータントを用いてプロモーター活性解析を更に詳細に進めて発現制御部位を明らかにすると同時にゲルシフト解析等により酸化ストレス応答に伴う鍵となる転写制御因子の探索を行っていく。更に、MAPキナーゼに対する特異的インヒビター等を用いて細胞内シグナル伝達系の検討も進めていく。
核酸の構造安定性に及ぼすモレキュラークラウディング効果の熱力学的定量化

本研究は、擬細胞環境(モレキュラークラウディング環境)下での核酸(DNA及びRNA)の構造や安定性に及ぼす相互作用を定量的に解析し、核酸構造安定性のデータベースを構築することを目的としている。このデータベースは細胞内の核酸構造の解明や遺伝子発現制御機構の解明の糸口となるだけでなく、細胞内で利用可能な機能性核酸の分子設計にも有用であると期待できる。本年度の研究では、モレキュラークラウディングが核酸の1本鎖、2本鎖、3本鎖、4本鎖の構造と安定性に及ぼす影響について検討した。その結果、核酸の構造に関わらず、構造を形成する際に水分子を取り込む核酸構造はモレキュラークラウディング環境下で不安定化し、放出する構造は安定化するという規則性を見出した(Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acid,26,589(2007).など)。また、核酸構造安定性に及ぼすモレキュラークラウディングの効果は、溶液のカチオン濃度によって全く異なることも明らかにした(Bull. Chem. Soc. Jpn.,80,5919(2007))。さらに、構築したデータベースをもとにして、カチオンの有無に応答して構造を形成するDNAワイヤーを構築した(J. am. Chem. Soc.,129,5919(2007).など)。このように本研究により構築されたデータベースは、細胞内の核酸構造の予測法や機能性核酸の設計法の確立に役立つと期待できる。本研究は、細胞内の核酸構造の解明や遺伝子発現制御機構の解明を目指してモレキュラークラウディング環境(細胞の非常に混み合った環境)下での核酸の構造や安定性に及ぼす相互作用をエネルギーレベルで定量的に解析し、データベース化している。さらに、この定量的なデータは核酸を新たな材料として利用する際の分子設計にも有用であると考えられる。細胞の老化や癌化に重要なテロメア領域の配列のDNA鎖に及ぼすクラウディング効果について検討した結果、テロメア領域の配列は二重鎖を形成するよりも四重鎖を形成する方がはるかに安定であることが明らかとなった。さらに、定量的なパラメータから、クラウディング環境下では核酸の高次構造形成に必要な水分子の数が少ないほど安定であることわかった(Nucleic Acids Res.Symp.Ser.,2005,49,239)。この知見をもとに、アンチパラレル型DNA四重鎖にクラウディング分子を添加するとより水和水が少ないG-wire構造に構造遷移させることができた(Angew.Chem.Int.Ed,2005,44,3740)。また、リボザイムによる基質RNAの切断は溶液中のカチオン濃度やリボザイム-基質複合体の溶媒和状態によって大きく変化することが知られている。そこで、クラウディング環境下でリボザイムによる基質RNAの切断反応を行うと、1mM Mg^<2+>存在下で速度定数を希薄溶液の10000倍まで増大できることが明らかとなった(特願、2006-041055)。さらに、このデータベースを用いて溶液のpHによってアンチパラレル型二重鎖からパラレル型二重鎖に構造遷移するDNA鎖を設計し、構造遷移したDNA二重鎖の割合によって溶液のpHをセンシングできる手法を開発できた(Biochemistry,2005,44,7125)。本研究は、モレキュラークラウディング環境(細胞の非常に混み合った環境)下での核酸(DNA及びRNA)の構造や安定性に及ぼす相互作用を定量的に解析し、核酸構造安定性のデータベースを構築することを目的としている。テロメア領域のDNA鎖は二重鎖構造または四重鎖構造を形成し、このDNA鎖はテロメラーゼにより伸張され、その鎖長は細胞の老化や癌化に関与すると考えられている。テロメアーゼの活性はDNA鎖の四重鎖構造を形成によって制御されるため細胞内での二重鎖と四重鎖の構造形成メカニズムを明らかにすることは重要である。我々はモレキュラークラウディング環境下における二重鎖と四重鎖の構造形成について定量的に検討した。その結果、これらの構造形成は水分子の出入りによって制御されていることを我々は初めて明らかにした(J.Am.Chem.Soc., 2006,128,7957, Nucleic Acids Symp.Ser, 2006,50,203)。この研究成果は日経産業新聞(2006.6.5掲載)や日刊工業新聞(2006.5.19掲載)にも紹介された。一方、リボザイム(RNAの切断・結合を触媒する酵素活性を持ったRNA)は、様々なタンパク質の生成を制御できると考えられる。我々はクラウディングを誘起する共存溶質がリボザイムの活性に及ぼす影響について検討し、共存溶質が酵素活性を高める明らかにした(Nucleic Acids Symp.Ser, 2006,50,80)。この知見は悪性のタンパク質となるRNA鎖の切断できるリボザイムの分子設計に有用な知見であると考えられる。

本年度の研究では、モレキュラークラウディングが核酸の1本鎖、2本鎖、3本鎖、4本鎖の構造と安定性に及ぼす影響について検討した。その結果、核酸の構造に関わらず、構造を形成する際に水分子を取り込む核酸構造はモレキュラークラウディング環境下で不安定化し、放出する構造は安定化するという規則性を見出した(Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acid,26,589(2007).など)。また、核酸構造安定性に及ぼすモレキュラークラウディングの効果は、溶液のカチオン濃度によって全く異なることも明らかにした(Bull. Chem. Soc. Jpn.,80,5919(2007))。さらに、構築したデータベースをもとにして、カチオンの有無に応答して構造を形成するDNAワイヤーを構築した(J. am. Chem. Soc.,129,5919(2007).など)。このように本研究により構築されたデータベースは、細胞内の核酸構造の予測法や機能性核酸の設計法の確立に役立つと期待できる。
ポリアミンは生体内でCO2を濃縮し海洋生物のCaCO3形成や光合成に寄与するのか

全ての生物の細胞内に高濃度で含まれているポリアミンという生体物質が,空気中の二酸化炭素と高い親和性を有し,二酸化炭素を水溶液中に取り込むという新たな化学的知見から光合成および石灰化への寄与を検証した。その結果,二酸化炭素を吸収させたポリアミン溶液は,光合成で炭素固定を担う酵素であるルビスコの炭素源となりうることを明らかにした。また,シアノバクテリアの増殖をポリアミン輸送体阻害剤が有意に阻害し,ポリアミンの光合成への寄与の可能性が示された。ミドリイシサンゴの稚ポリプの骨格形成の場である石灰化母液内のpHが周りの海水と比較して高いことが分かり,生体塩基であるポリアミンの関与の可能性を示した。ポリアミン(PA)は分子内に複数のアミノ基をもつ低分子化合物の総称で、バクテリアの細胞内には特に多く存在し、「普遍的かつ高濃度で存在する」という点で他の生体アミンとは異なる。我々はこのPAが空気中のCO2と高い親和性を有し、CO2を溶液中に取り込み海洋細菌の石灰化に寄与することを明らかにした。CO2取り込みは光合成でも必須であるため、PAが海洋生物の石灰化や光合成にも寄与している可能性は高い。そこで本研究では、海洋生物の石灰化や光合成におけるポリアミンの寄与を明らかにすることを目的とした。まず、光合成におけるCO2固定酵素であるRubisCOのcarboxylation反応に、PAが取り込んだCO2が供給されるのかを検証した。RubisCOの反応溶液にCO2を吸収させたPA溶液を添加すると顕著なcarboxylation反応が見られ、PAは、in vitroでRubisCOにCO2を供給できることが明らかになった。次に、合成したPA生合成(DFMO)およびPA輸送体阻害剤(PTI)を、シアノバクテリアに付与し、増殖と光合成に及ぼす影響を調べた。その結果、PTIを6080 uM付与するとシアノバクテリアの増殖は有意に抑制され、光合成活性(酸素発生速度)も減少した。以上のことから、PAはシアノバクテリアの光合成に寄与し、RubisCOへCO2を供給していることが示唆される。また、コユビミドリイシの稚ポリプの飼育駅に合成したPA生合成(DFMO)およびPA輸送体阻害剤(PTI)を付与し、初期骨格形成に及ぼす影響を観察した。その結果、20 uM DFMOを付与した場合、稚ポリプの骨格形成は有意に阻害された。このことから、PAはコユビミドリイシの石灰化に寄与していることが示唆される。PA生合成(DFMO)およびPA輸送体阻害剤(PTI)が海洋生物の光合成や石灰化を阻害することが確認できたため。ポリアミンは分子内に複数のアミノ基を有する低分子化合物の総称で,全ての生物の体内に多量に存在する。ポリアミンは細胞の分化や増殖に必須であるが,その主要な生理機能は未だ解明されていない。我々は,このポリアミンが二酸化炭素と特異的に結合することで,空気中の二酸化炭素を水溶液中に溶かし込むことを発見した。この新たな二酸化炭素の濃縮メカニズムが,海洋生物の石灰化および藻類や植物の光合成に関与していると推定し,研究を行っている。海洋生物の石灰化とポリアミンの関わりは,ミドリイシサンゴのプラヌラ幼生を,稚ポリプへと誘導し,石灰化の様子を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。ミドリイシサンゴの稚ポリプは,造骨細胞外の石灰化母液と呼ばれる場所で石灰化を行っている。もし,塩基性物質のポリアミンがその石灰化母液に分泌されるなら局所的なpHの上昇が確認できるはずである。そこで,pH指示薬を用いて石灰化母液の観察を行ったところ,石灰化母液内に海水に比べて,pHが1以上高い場所が観察できることが分かった。この局所的なpH上昇は,塩基性物質のポリアミンが関与している可能性を示している。現在,ポリアミン分泌に関与するポリアミン輸送体の局在と,ポリアミン自身の検出を試みている。他方,ポリアミンと光合成への関与を検討するために,まず,ポリアミンが水溶液中に取り込んだ二酸化炭素が,光合成の炭素固定を担う酵素であるルビスコのカルボキシレーション反応の基質になりうるかを検証した。その結果,二酸化炭素を吸収させたポリアミン水溶液は,ルビスコの基質となることが明らかとなった。また,シアノバクテリアにポリアミン,ポリアミン輸送体阻害剤,ポリアミン生合成阻害剤を付与してその効果を検証したところ,ポリアミン輸送体阻害剤が,シアノバクテリアの増殖や光合成を阻害することが明らかになった。。ポリアミンと海洋生物の石灰化の関わり;ミドリイシサンゴ稚ポリプの石灰化母液のpHを共焦点レーザー顕微鏡下でpH指示薬を用いて測定したところ,石灰化母液内の骨格近傍に局所的なpHの上昇が確認できた。このととは,ある種の塩基性物質の存在を示しており,ポリアミンとの関連が期待できる。ポリアミンと光合成の関わり:二酸化炭素を吸収させたポリアミン水溶液は,ルビスコの基質となることが明らかとなり,シアノバクテリアの増殖や光合成をポリアミン輸送体阻害剤が阻害することを明らかにしたため。我々は,ポリアミンが空気中のCO2と高い反応性を有し,海水中に能動的にCO2を溶かし込み石灰化を促進することを発見した。

このポリアミンによるCO2濃縮メカニズムが,海洋生物の石灰化および藻類や植物の光合成に寄与しているのではと考えた。海洋生物の石灰化とポリアミンの関わりを検証する目的で,ミドリイシサンゴの稚ポリプへの石灰化の様子を観察した。ミドリイシサンゴは,造骨細胞外の石灰化母液と呼ばれる場所で石灰化を行っている。蛍光pH指示薬を用いて石灰化母液の観察を行ったところ,石灰化母液内に海水に比べて,pHが1程度高い場所が観察でき,塩基性物質のポリアミンが関与している可能性を見出した。また,光合成へのポリアミンの寄与を調べる目的で,ポリアミンが水溶液中に取り込んだCO2が光合成の炭素固定酵素であるルビスコの基質になりうるかを検証したCO2を吸収させたポリアミン水溶液は,ルビスコの基質となることが明らかとなった。平成29年度は,ミドリイシサンゴ稚ポリプの石灰化母液の観察を個体数を増やして実施した。また,化学合成したポリアミンの輸送体阻害剤が,シアノバクテリアの増殖を有意に阻害することを見出すことが出来た。また,シアノバクテリアの細胞内に多く含まれているスペルミジンの付与は増殖と光合成に影響を及ぼさないのに対し,シアノバクテリアの細胞内に殆ど含まれていないプトレッスシンは増殖及び光合成を有意に阻害することも明らかになった。全ての生物の細胞内に高濃度で含まれているポリアミンという生体物質が,空気中の二酸化炭素と高い親和性を有し,二酸化炭素を水溶液中に取り込むという新たな化学的知見から光合成および石灰化への寄与を検証した。その結果,二酸化炭素を吸収させたポリアミン溶液は,光合成で炭素固定を担う酵素であるルビスコの炭素源となりうることを明らかにした。また,シアノバクテリアの増殖をポリアミン輸送体阻害剤が有意に阻害し,ポリアミンの光合成への寄与の可能性が示された。ミドリイシサンゴの稚ポリプの骨格形成の場である石灰化母液内のpHが周りの海水と比較して高いことが分かり,生体塩基であるポリアミンの関与の可能性を示した。引き続き検証データを増やすとともに、生体内におけるポリアミンの局在を明らかにしていく予定である。ポリアミンと海洋生物の石灰化の関わり;ミドリイシサンゴ稚ポリプの石灰化母液のpHをより詳細に行うとともに,ポリアミンそのものの検出を試みる予定である。ポリアミンと光合成の関わり:シアノバクテリアを用いてポリアミン輸送体阻害剤やポリアミンの付与が光合成に及ぼす影響をさらに詳細に調べる予定である。天然物化学,バイオミネラリゼーション,光合成初年度に実施する予定であった実験の一部を次年度に実施することになったため。消耗品の購入に充てる
海水温上昇が温帯域海岸の底生動物個体群に及ぼす未知の影響

九州・天草の干潟に棲む十脚甲殻類ハルマンスナモグリの幼生は、外海の水温20ー24°Cの深度で育つ。幼生は植物プランクトン食であり(安定同位体比解析)、幼生集団の最終齢到達期間には2つのピークがあった(孵化後29・34日目;水温22°C・珪藻で飼育)。干潟個体群は、大潮を中心とする半月周期で幼生放出・再産卵を繰り返していた。再産卵には直前交尾が必要であった。以前の幼生飼育で、水温20ー24°Cと25.5°Cそれぞれで30・35日、25・28日の発育ピーク期間が記録されていた。今後の海水温上昇により、成長が速い方の幼生の帰着時期が大潮以前になり、幼生放出から帰着までの月周期が乱される可能性がある。熊本県天草の富岡湾干潟に生息する十脚甲殻類のハルマンスナモグリ個体群は610月の大潮時に幼生を放出する。幼生は外海(天草灘)で4週間ゾエア期として生育し、2回後の大潮時にデカポディッド期に達したものが干潟に回帰する。近年の海水温上昇は幼生の発育期間を本来の4週間から短縮することで、回帰を不成功に終わらせる可能性がある。このことを実証する第一歩として、一日のうち幼生放出ピークが昼夜・干満周期のいつ起こるのかを明らかにした。成熟胚を抱く雌を昼の干潮時に干潟で数十個体採集し、実験室内で個別に飼育し、当日から翌日にかけての放出時刻を1530分ごとに記録した。複数回の観察の結果、放出ピークは夜間の満潮時刻の4時間後に起こることが明らかになった。このとき干潟上の下げ潮流速は最大であり、雌の放出行動は、外海に達する幼生数を最大化するような適応的行動であることが示唆された。また、通常、室内で幼生の発育期間を特定するとき、幼生の一斉放出日からデカポディッド幼生の出現ピーク日までの日数を知ることが必要となる。これまで、デカポディッド幼生はピーク日が異なる23個の正規分布集団で出現することが分かっていた。本研究で成熟胚をもつ雌のみならず、産みたての卵をもつ雌を採集し、その卵径を計測したところ、異なる卵サイズ集団が存在しており、雌の体サイズと関連していることが明らかになった(大型個体が大型卵を有し、幼生もより速く発育する)。この結果は、本研究の仮説を実証するうえで、幼生の標準浮遊期間を特定する根拠を与える。さらに、野外での幼生の浮遊期間は得られる食物に依存して変化すると考えられる。特に、食物の候補として有殻単細胞プランクトンに着目し、過去に採集して保存してあった試料を分析した。その結果、ゾエア幼生は、遊泳能力を有する渦鞭毛藻よりも、能力をもたない珪藻プランクトンを好むと結論された。熊本県天草の富岡湾干潟に生息する甲殻十脚目スナモグリ科のハルマンスナモグリ個体群は610月の大潮時に幼生を放出する。幼生は外海(天草灘)で4週間のゾエア6期を経て、2回後の大潮時にデカポディッド期に達したものが干潟に回帰する。近年の海水温上昇は幼生の発育期間を本来の4週間から短縮させることで、回帰を不成功に終わらせる可能性がある。これを実証するための基礎として、昨年度は、大潮における幼生の放出ピークが一日の中で昼夜・干満周期のいつ起こるのか、また、幼生の浮遊期間を決定する要因の一つとして食物内容を明らかにした。今年度は、まず、幼生の放出タイミングを決める成体の繁殖行動を明らかにした。4月に採集した1組の雌雄を少量の砂を敷いた小型透明容器で給餌しながら飼育したところ、68月に3回の繁殖行動(交尾・産卵・抱胚・幼生放出)が見られた。これらを上・下・横からビデオカメラで撮影することで、2回の繁殖時で交尾行動を、1回で産卵・抱胚行動を、また3回とも幼生放出行動を詳細に記録することができた。つぎに、幼生の摂餌時の遊泳行動を明らかにするため、薄型水槽内での餌(珪藻:昨年度に解明)の有無による行動の変化をビデオカメラで撮影し解析した。濾過海水を満たした水槽にゾエアII期とV期の幼生を10個体ずつ入れ、これに珪藻を添加あるいはそのままとした。解析では動画解析ソフト(Kinovea-0.8.24)により幼生の座標を決め、遊泳軌跡を確定した。幼生は珪藻添加海水中でより活発に遊泳した。濾過海水中では昇降運動を激しく繰り返す個体と不活発な個体が存在していた。前者は餌パッチの探索を行っていたと考えられる。珪藻添加海水中では、水平層内で活発に摂時遊泳を行っていた。海岸に棲む底生無脊椎動物のうち外海に向けて幼生を放出するものは、大潮の強い下げ潮流を利用して沖合に達する幼生数を最大化していると想定される。また、最終齢期の幼生が沖合から海岸へ回帰するときは、大潮時の強い上げ潮流を利用することが知られている。このような幼生の放出ー回帰の過程に及ぼす海水温上昇の影響を予測するためには、大潮ー小潮周期・一日の干満周期における幼生放出タイミングを特定することがまず必要となる(昨年度)。

そのタイミングを決める根本は成体の繁殖行動とタイミングにあり、今年度、これを明らかにすることができた。十脚甲殻類のうちスナモグリ科の仲間は、砂泥底の生物群集の鍵種・浅海生態系エンジニアとして着目されているが、繁殖行動は全く知られていなかった。これは地下深くに達する巣穴に棲む習性があるため、行動の把握が困難なためであった。また、沖合の内部陸棚域でゾエア期の幼生は水深2060m間で鉛直移動を行い、特に水深2025mにあるクロロフィルa極大層が植物プランクトン摂餌のために利用されている可能性が先行研究で示唆されていた。今年度の実験結果は、鉛直移動に関わる遊泳が個体の空腹ー満腹度に駆動されるkinesisによるものであること、また、幼生は餌(珪藻:昨年度特定)の豊富な水深層では一定時間、定位することを示唆している。水柱の流速は鉛直位置で異なるため、今回の結果は沖合での幼生の輸送・滞留、及び最終的な向岸(=回帰)輸送のしくみを今後明らかにするうえで意義がある。熊本県天草の富岡湾干潟に生息する甲殻十脚目ハルマンスナモグリ個体群は夏季の大潮時に幼生を放出する。幼生は外海(天草灘)で4週間のゾエア6期を経て、2回後の大潮時にデカポディッド期に達し、干潟に回帰する。近年の海水温上昇は幼生の発育期間を短縮させ、回帰時期を上げ潮流速の弱い小潮時に至らしめ、回帰を不成功に終わらせる可能性がある。本年度はゾエアI期幼生の遊泳行動に及ぼす食物(珪藻)の影響を室内実験で調べた。現場水柱での植物プランクトン濃度に応じた幼生の鉛直移動により、水深別の潮流による輸送経路が異なってくるためである。幼生は抱卵雌から放出直後のもの、食物は市販濃縮珪藻(Chaetoceros gracilis)を用いた。これに給餌(D)・無給餌(F)をそれぞれ1時間経験させた後、濾過海水を入れた薄型水槽に十数個体ずつ収容した。水槽面の照度は均一にし、食物(30万細胞/ml)の有(D)・無(F)条件を設定した。幼生の遊泳行動を2時間ビデオ記録し、各条件で5・30・60・90・120分後、10分間ごとの遊泳速度、50%行動圏、移動角度の頻度、上昇・下降速度の差を求めた。DD・DF条件間では、遊泳行動に有意な差はなかった。遊泳速度に関しては水槽内餌ありで5分後から120分後にかけて増加傾向を示した。水槽内餌なしでは、60分後から120分後にかけて減少傾向を示した。FD・FF条件間では、FD条件で、FF条件よりも有意に積極的な遊泳行動を示した。FD条件では遊泳速度を増加し、行動圏を広くした。FF条件では、遊泳速度・行動圏ともに低い水準で時間に伴う大きな変化は示さなかった。FD条件では鉛直方向に高頻度で移動していた。FF条件では、全方向に満遍なく移動していた。FD条件では上昇速度と下降速度の差が大きく、上昇速度の方が高かったが、FF条件では上昇・下降速度の差はほとんどなかった。海岸に棲む底生無脊椎動物のうち外海に向けて幼生を放出するものは、大潮の強い下げ潮流を利用して沖合に達する幼生数を最大化していると想定される。また、最終齢期の幼生が沖合から海岸へ回帰するときは、大潮の強い上げ潮流を利用することが知られている。このような幼生の放出ー回帰の過程に及ぼす海水温上昇の影響を予測するためには、大潮ー小潮周期・一日の干満周期における幼生放出タイミングを特定することがまず必要となり、これを明らかにすることができた(一昨年度・昨年度)。
光ヘテロダイン検波法を用いた分光型ダイオードレーザーセンサーの研究

本研究の目的は,分光型センサーの光源としての半導体レーザーの特性,光ヘテロダイン検波の基礎的研究を行い,高感度の分子検出法を確立し,ダイオードレーザーを用いた高感度の分光型センサーを開発することにある.(1)分光用半導体レーザー市販の各種の半導体レーザーの発振波長の温度特性を常温から液体ヘリウム温度にわたり測定した.温度安定度1mKで90°Kまで温度可変で温度・電流同調が可能な分光用の半導体レーザー光源を開発した.(2)半導体レーザーの第二高調波による分光赤外領域で発振するレーザーからの内部第二高調波を測定した.出力パワーは10^<-11>W程度で非常に微少であるが, 10^<-3>程度の吸収をソース変調法により計測できた.その同調性から考えて,分光分析の光源として十分に利用できることを確認した.(3)高感度光ヘテロダイン分光法FM変調された半導体レーザー光により吸収を測定すると,原子分子の吸収のサイドバンドにおける吸収の差により検波器の出力には光ヘテロダインビートが現れる.光ヘテロダイン検波法に加えて,分子の吸収を変調し,これと同期して吸収を検出する高感度の測定法を開発した.酸素分子のような磁気を持つ分子にはゼーマン変調を持い,アンモニア分子のように双極子もつ分子にはシュタルク変調が有効である.ゼーマン変調とヘテロダイン法を用いて, 4cmの吸収セルで酸素の禁制遷移である^3Σ-^1Σatomsheric bandの回転線を高いSN比で測定でした.この結果より最小検出可能吸収量は10^<-7>程度であると予想される.本研究の目的は,分光型センサーの光源としての半導体レーザーの特性,光ヘテロダイン検波の基礎的研究を行い,高感度の分子検出法を確立し,ダイオードレーザーを用いた高感度の分光型センサーを開発することにある.(1)分光用半導体レーザー市販の各種の半導体レーザーの発振波長の温度特性を常温から液体ヘリウム温度にわたり測定した.温度安定度1mKで90°Kまで温度可変で温度・電流同調が可能な分光用の半導体レーザー光源を開発した.(2)半導体レーザーの第二高調波による分光赤外領域で発振するレーザーからの内部第二高調波を測定した.出力パワーは10^<-11>W程度で非常に微少であるが, 10^<-3>程度の吸収をソース変調法により計測できた.その同調性から考えて,分光分析の光源として十分に利用できることを確認した.(3)高感度光ヘテロダイン分光法FM変調された半導体レーザー光により吸収を測定すると,原子分子の吸収のサイドバンドにおける吸収の差により検波器の出力には光ヘテロダインビートが現れる.光ヘテロダイン検波法に加えて,分子の吸収を変調し,これと同期して吸収を検出する高感度の測定法を開発した.酸素分子のような磁気を持つ分子にはゼーマン変調を持い,アンモニア分子のように双極子もつ分子にはシュタルク変調が有効である.ゼーマン変調とヘテロダイン法を用いて, 4cmの吸収セルで酸素の禁制遷移である^3Σ-^1Σatomsheric bandの回転線を高いSN比で測定でした.この結果より最小検出可能吸収量は10^<-7>程度であると予想される.
環状および直鎖パラフィンの合成と構造、物性に関する基礎研究

北丸、堀井らは最近固体高分解能^<13>CNMR法によりラメラ構造をもつポリエチレン試料には結晶相と無定形相とともに結晶-無定形界面相が存在することを明らかにした。しかし、この界面相の構造はなお十分明らかではなく、また結晶相に存在する運動性の異なる3成分についても解明は進んでいない。本研究はこのようなポリエチレン固体の未解決の問題について基礎的知見を得る目的で、高純度の環状および直鎖パラフィンを合成し、その構造と物性について熱量分析、拡散測定、電子顕微鏡、固体高分解能^<13>CNMRなどの最新の技術による研究を行い、次の成果を得た。高純度環状パラフィンは、シクロドデセンのメタセシス重合物をGPCにより312量体に分離した後、水素添加して得た。一方、純度99.98%以上の直鎖パラフィンは直鎖脂肪酸エステルをクロマト法で分取精製した後、ケテンニ量体化反応により合成できることが判明した。ポリエチレン固体中の直鎖炭化水素分子の拡散挙動を測定し、拡散係数の鎖長依存性を検討した。その結果、拡散の活性化体積はde Gennesの蛇行拡散モデルを用いて説明するのに都合のよい値であることが明らかになった。ポリエチレン単結晶およびそのモデル物質としての環状パラフィン結晶の電子顕微鏡観察を行った。その結果、ポリエチレン単結晶表面には乱れた表面相が存在することが明らかになった。また、エピタクシー結晶化の手法を用いてポリエチレンの折りたたみ面およびその規則性などについても明らかになった。一方、n-C_<27>H_<56>結晶及び環状C_<60>H_<120>結晶の固体高分解能^<13>CNMR法によりこれらの固相転移と各相における分子運動の詳細を明らかにした。特に、C_<60>H_<120>結晶では2種の新しい固相転移を見出した。その一つは単斜晶系から斜方晶系への転移で、他方は斜方晶系からキンク拡散結晶への転移である。1.シクロドデセンを出発物質としてW【Cl_6】1EtAl【Cl_2】触媒によるmethasesisにより環状オリゴマーを合成した。GPCにより3量体,4量体,5量体を分取した後、水素添加して環状の【C_(36)】【H_(72)】,【C_(48)】【H_(96)】,【C_(60)】【H_(120)】を得た。FDMS法およびガスクロマトグラフィで決定した純度はいずれも97%以上である。この程度の純度でも当面の研究には十分であるが、より高純度試料を得るための合成法を現在検討中であり、方法が確立すればより高分子量シクロパラフィンの合成も行なう。一方、直鎖パラフィンの合成に関しては、ヘキサコサン酸塩化物(【C_(25)】【H_(51)】COCl)のケテンダイマー反応により得られる26-ドペンタコンタノンをWolff-Kishner還元して純度99%以上のn-【C_(51)】【H_(64)】を得た。現在同様な方法でさらに長鎖のn-アルカンを合成中である。2.上法で得られた環状パラフィンを溶液から結晶化させ、電子顕微鏡観察によりその結晶構造,モルホロジーを検討した。その結果、(1)得られた結晶は単斜晶系で、ラメラ面はab面であること。

(2)NaCl(001)面にエピタキー結晶化させた場合板状結晶のedge-onとflat onが生成するが、結晶化温度の低い場合にflat onが生成しやすいことなどが判明した。今後より分子鎖の長い環状パラフィンについて同様な検討を行うとともに、fold部分の電子線回析を測定し、ポリエチレンの結果と比較検討する。3.環状【C_(48)】【I_(96)】の溶液結晶化物の固体高分解能【^(13)C】NMR測定を-40+67°Cの温度領域で行ない、分子鎖コンホメーションおよび分子運動性を検討した。その結果、-20°C以下では、結晶内部の【CH_2】およびfold部分の各【CH_2】に相当する共鳴線が明瞭に観測された。しかし、温度の上昇とともにfold部分の共鳴線は【10^2】【10^3】Hzの運動の開始によりブロードとなり、さらに40°C以上ではtrans-gauche間の【10^3】Hz以上の遷移が開始するため次第に1本の共鳴線になることなどが判明した。1.前年度作製した環状パラフィンをFDMS法で解析した結果,methasesis過程中で溶媒に使用したベンゼンが分子中に取り込まれることが判明した.この為,溶媒をヘキサンに変えてより高純度のC_<36>H_<72>C_<120>H_<240>を合成した.一方,直鎖パラフィンに関しては,高純度のC_<27>H_<55>COClからケテン二量化反応およびWolffーKishner還元反応により純度99.98%のnーC_<27>H_<56>を合成した.2.環状パラフィンを1%程度の溶液から結晶化させた場合,DSC曲線には融解ピークより20°C以上低温側から徐々に吸熱現象が認められる. ^<13>CNMRによる解析結果でもこの温度領域ではこれまで認められていないかなり著しい分子運動が起っていることが判明した.このことは高濃度からの溶液結晶化の際にはかなり結晶欠陥が導入されることを示すと考えられ,現在0.1%以下の溶液からの結晶化を検討している.3.環状パラフィン(C_<120>H_<240>)とポリエチレンを十分希薄な溶液から結晶化させ,これらのfold構造を電子線回折法により検討した.その結果,環状パラフィンには規則正しく折り畳まれたfold構造に基づいてラメラ間にはほとんど回折に関与しない成分は存在しない.これに対して,ポリエチレンには厚さ数十Åの成分があり,かなり乱れたfold構造が存在することが判明した.4.nーC_<27>H_<56>を1g/dlのヘキサン溶液から2°Cで等温結晶化し,配向単結晶マットを得た.この試料の配向軸を静磁場B_0に平行または垂直にセットして固体高分解能^<13>CーNMR測定を行った.その結果,本試料には融点以下でA,A′,B,Dの4相が存在するが,AB相のスペクトルはほぼ同一である.しかし,D相では10^3HZ以上のganche kinkの運動が存在することが明らかになった.1.前年度に引続き、純度98%以上の環状パラフィンC_<36>H_<72>C_<120>H_<240>を合成した。また、純度99.98%のn-C_<43>H_<88>をケテンニ量体化反応により合成した。2.前年度では比較的高濃度の溶液から環状パラフィンを結晶化させた場合結晶欠陥が多数導入されることが明らかになった。このため、0.1%の溶液から結晶化させたC_<60>H_<120>結晶について、固体高分解能^<13>CNMR法により固相転移および分子運動について検討した。
弾性血管壁と動脈血流との相互作用

動脈壁の弾性的性質は血流に大きな影響を及ぼすと予想されることから、本研究では血流に及ぼす血管弾性の影響の定量的評価を目的として、大型拍動流路を用いたin vitro実験及び微小血管におけるin vivo実験を行った。いずれの実験においてもレ-ザドップラ流速計を用いることにより精度の良い流速計測が可能となった。In vitro実験においては、レイノルズ数、ウォマ-スリ数、拍動振幅の広い範囲にわたって流れを正確に制御し、レイノルズ数5000程度でも十分発達した流れを得るために、内径15mm、全長4.3mの大型拍動流路を製作した。流速計を3軸方向にトラバ-スすることによって流路内流速分布を計測し、電磁流量計により流量を同時に計測した。この結果、定常流の場合も拍動流においても十分に発達した流れの得られること、非定常の場合に正弦波形に近い拍動波形が得られることが確かめられた。また拍動流条件下の流速分布の計測結果は壁近傍の逆流域、変曲点などを示し、モデル計算の結果をよく再現出来た。これに対応する弾性管内流れを計測するためポリウレタンを用いた透明弾性管を製作し、弾性管内流れの計測を開始しており、剛体管内流れの結果と比較することによって、血液流れに対する血管壁弾性の与える影響を定量的に評価できると期待している。In vivo実験においては、ラット腸間膜微小血管網において、レ-ザドップラ流速計を用いて高い時間分解能で血流を計測し脈波伝播の特徴と血管壁の弾性的性質、血管のネットワ-ク構造との関連を高血圧ラットを用いて調べた。その結果、高血圧ラットでは正常血圧ラットと比べ微小な細動脈において脈波の位相の遅れが大きいことが分かった。更に単一血管における脈波伝播速度を計測し、その値が10cm/s程度であり、血管径とともに増大する結果が得られ、理論的モデルと合致することが確かめられた。動脈硬化病変は動脈分岐部や湾曲部に多発することから、血流の力学的ストレスが動脈硬化発症の要因の一つと考えられている。動脈壁の弾性的性質は血流に大きな影響を及ぼすと予想されるので、本研究は血流に及ぼす血管弾性の影響の定量的評価を目的としている。今年度は以下に述べるように動脈における拍動流をシミュレ-トする流路の設計、製作を終えるとともに、脈波伝播に関する動物実験を行った。動脈内の血流をシミュレ-トするために、内径15mm長さ4mのアクリル製流路を設計自作した。直径及び長さは最大レイノルズ数の下で、十分に発達した流れが得られるように決定した。本装置は、水頭圧一定の上流タンク、流路部、及び面積を時間的に正弦的に変化させる出口部とから構成され、これによって定常な流れから毎分100回までの拍動流を得ることができる。また最大でレイノルズ数10000の流れをつくることができ、レイノルズ数、ウォマ-スリ数の広い範囲にわたって動脈血流をシミュレ-トすることが可能である。実際に本流路を稼働させ設計通りの拍動流が得られることを確認した。またレ-ザドップラ流速計による計測が可能な透明度をもつポリウレタンにより、実際の動脈と同程度の特性の弾性管を製作した。今後この拍動流路を用いて弾性管内流れの乱流遷移に関してレ-ザドップラ流速計による定量的な計測を行う計画である。また血流と血管弾性との相互作用は微小血管における脈波の伝播としても顕著に現れる。そこで我々はレ-ザドップラ

流速計を用いて高い時間分解能で血流を計測し脈波伝播の特徴と血管壁の弾性的性質、血管のネットワ-ク構造との関連を高血圧ラットを用いて調べた。その結果、高血圧ラットでは正常血圧ラットと比べ微小な細動脈において脈波の位相の遅れが大きいことが分かった。更に詳しく調べるため動物実験を継続する予定である。動脈硬化などの血管病変は動脈分岐部や湾曲部に多発することから、血流が血管壁に与える影響がこれら病変の発症に重要な役割を果たしていると考えられている。一方、動脈壁の弾性的性質は血流に大きな影響を及ぼす。本研究では血流に及ぼす血管弾性の影響の定量的評価を目的とし、今年度は以下に述べるように大型拍動流路を用いたin vitro実験及び微小血管におけるin vivo実験を行った。In vitro実験では、昨年度製作した大型拍動流路を用い、定常流及び拍動流条件下にレ-ザドップラ流速計によって管内流速分布を計測した。定常流の下で得た流速分布はポアズイユ分布とよく一致し、この流路によって十分に発達した流れが得られることが示された。拍動流に下での計測結果は、最小流量時の管壁近傍における逆流成分や、加速時期における変曲点の存在などが明瞭に観察された。この結果は理論的に求めた流速分布とよく一致し、拍動流においても十分発達した流れの得られることが示された。また、これに対応する弾性管内流れを計測するためポリウレタンを用いた透明弾性管を製作し弾性管内流れの計測を開始しており、剛体管内流れの結果と比較することによって、血液流れに対する血管壁弾性の与える影響を定量的に評価できると期待している。In vivo実験においては昨年度、微小血管における脈動血流をレ-ザドップラ流速計を用いて計測し、高血圧ラットでは正常血圧ラットと比べ微小な細動脈において脈波の位相の遅れが大きいという結果が得られた。そこで同種のラットを用い腸間膜上の単一の微小血管において脈波伝播速度を計測した。その値は10cm/s程度であり、血管径とともに増大するという理論的モデルと合致する結果が得られた。例数を増やして来ラットの比較を行う計画である。
破骨細胞特異的分子のクローニングと機能制御

以下の三つの視点に立って研究を展開した。1)破骨細胞は、単球系前駆細胞から分化し、マクロファージとの分岐機構は、造血細胞の分化決定のモデルとなりうる。2)破骨細胞の分化は、造血環境の構築という点において緊密に関連し、骨髄造血における重要な機能系である。3)造血幹細胞由来の破骨細胞と間葉系幹細胞由来の骨芽細胞によるモデリングは、系譜の異なる細胞の相互作用を考える点で興味深い。我々は、マウス破骨細胞前駆細胞をFACSを用いて純化し、M-CSF,RANKLの作用点を明らかにした。破骨細胞分化は、M-CSFによって発現誘導されたRANK受容体に一定の時間内に、RANKLが結合することによって完了する。M-CSFは、細胞増殖・生存に必要であり、RANKLは分化決定に不可欠と考えられる。RANKが発現していても、RANKLの結合がなければ、前駆細胞はマクロファージへと分化することより、マクロファージ分化はデフォルトの分化経路と考えることができる。さらに、我々は、破骨細胞前駆細胞のコロニー形成系の検討により、インテグリンを介する細胞接着が、破骨細胞の最終分化に重要な役割を演ずることを明らかにした。また、この破骨細胞の分化系に対して、GM-CSFは、拮抗的に作用すると考えられた。一方、間葉系幹細胞由来の骨芽細胞が、血管新生・破骨細胞分化に関与しており、造血環境の構築に貢献していることを明らかにした。骨は、破骨細胞による骨吸収と造骨細胞によるカルシウム沈着の共同作用(カップリング)によってつくられ、維持される。骨粗鬆症は、その破綻と考えられる。高齢者社会となり、本疾患が増加しているなかで、その病態解明および治療開拓は、緊要の課題である。我々は、造血細胞の受容体型、非受容体型チロシンキナーゼの同定を試み、新規遺伝子のクローニングを行ってきた。このうち、受容体型チロシンキナーゼSTKとTYRO3が、造血細胞の子孫である破骨細胞に特異的に発現しているのを見いだした。今年度は、下記の2点に絞り研究を進めた。1)破骨細胞に特異的に発現されるTYRO3の結合因子であるGAS6の作用を検討した。その結果、GAS6-TYRO3のシグナルは、マクロファージ前駆細胞から破骨細胞への分化過程には関与せず、破骨細胞の骨吸収作用に重要な役割をもつことが明かとなった。2)破骨細胞分化支持因子のクローニングマウス骨髄ストローマ細胞由来のST-2細胞株から、破骨細胞分化支持因子のクローニングを開始した。ST-2とマウス骨髄細胞の共培養系にビタミンD3を添加すると、多核の破骨細胞の出現が確認された。破骨(前駆)細胞にはビタミンD3受容体が存在しないことから、ビタミンD3は、ST-2に作用して、破骨細胞の分化誘導を支持していることが明かとなった。そこで我々は、未刺激とビタミンD3刺激のST-2の間でDifferential Displayを行い、ビタミンD3刺激ST-2に発現されていて、未刺激ST-2に発現されていない遺伝子をクローニングした。現在約40この候補遺伝子が得られ、その解析を進めている。本研究では、これらの分子を通して、破骨細胞の分化、機能発現の機構を明らかにし、その制御により、骨粗鬆症の治療法を開拓したいと考えている。我々は、本年、以下の研究を行い、予想を上回る成果を収めた。2)破骨細胞への分化決定:M-CSFは、KIT陽性、Mac-1弱陽性、c-FMS陽性に作用し、Osteoclast Differerentiation Factor(ODF)の受容体であるRANKを24-72時間以内に増加させることが分かった。

この作用は、IL-3などより顕著であった。このRANK陽性細胞にODFとM-CSFを作用させると、破骨細胞の分化がみられたが、M-CSFだけでは、マクロファージ分化しか見られず、またODFだけでは、細胞の生存・増殖がみられなかった。以上、破骨前駆細胞を同定し、M-CSFとODFの機能を明らかにすることが出来た。破骨細胞に特異的に発現されるTRAP遺伝子のプロモーター領域にGFP遺伝子をつないだトランスジェニックマウスを作成することもできたので、これらの細胞を用い、さらに単細胞レベルで破骨細胞分化の決定機構を解明する予定である。以下の三つの視点に立って研究を展開した。1)破骨細胞は、単球系前駆細胞から分化し、マクロファージとの分岐機構は、造血細胞の分化決定のモデルとなりうる。2)破骨細胞の分化は、造血環境の構築という点において緊密に連関し、骨髄造血における重要な機能系である。3)造血幹細胞由来の破骨細胞と間葉系幹細胞由来の骨芽細胞によるリモデリングは、系譜の異なる細胞の相互作用を考える点で興味深い。我々は、マウス破骨細胞前駆細胞をFACSを用いて純化し、M-CSF,RANKLの作用点を明らかにした。破骨細胞分化は、M-CSFによって発現誘導されたRANK受容体に一定の時間内に、RANKLが結合することによって完了する。M-CSFは、細胞増殖・生存に必要であり、RANKLは分化決定に不可欠と考えられる。RANKが発現していても、RANKLの結合がなければ、前駆細胞はマクロファージへと分化することより、マクロファージ分化はデフォルトの分化経路と考えることができる。さらに、我々は、破骨細胞前駆細胞のコロニー形成系の検討により、インテグリンを介する細胞接着が、破骨細胞の最終分化に重要な役割を演ずることを明らかにした。また、この破骨細胞の分化系に対して、GM-CSFは、拮抗的に作用すると考えられた。一方、間葉系幹細胞由来の骨芽細胞が、血管新生・破骨細胞分化に関与しており、造血環境の構築に貢献していることを明らかにした。
空間的広がりを属性に持つ平安京の遺構データベースの開発

本研究の目的は,地理情報システムを用いて,図形情報と文字情報を双方向に検索することが可能な平安京の条坊地割に関する遺構のデータベースを作成することにある。本年度は以下のような成果を上げることができた。ベクターデータ・マップとラスターデータ・マップベースマップがベクターデータでは検索,描画に時間がかかった。条坊地割の研究には,高い精度と,極端な拡大・縮小に対応するためベクターデータは不可欠であるが,遺構に関する文字情報を検索するだけなら,ラスターデータを背景とした方が情報量も圧縮でき,検索・描画時間も短縮できる。さらに,公開することを考えたときも,ベクターデータより視認性が高いこと,情報量が少ないことなどから,目的,用途,表示縮尺などに応じたベースマップの使い分けとそのリンクを検討した。遺構データベースの運用前年度に作成した遺構データベースの属性項目を一部変更し,データベースの試験的運用を試みた。溝や柵などの長細い遺構が複数の遺跡にまたがって検出された遺構の文字情報とのリンクや,後から判明した同一遺構のリンクに若干の問題を生じた。文献データベースの運用前年度に引き続き,古記録からの文献情報の抽出にかなりの時間を要した。そこで,順次,関連する空間の図化と属性をリンクし,試験的運用をおこなった。寺院や邸宅などに関連するものは,平安京の中にその敷地の形状の図形情報を作成し運用を進めたが,問題は生じなかった。しかし,天皇の御幸路や大火の範囲など空間的広がりが複雑な図形情報では,若干の問題が生じた。条坊の一町単位などをポリゴン化し、個々のリンクをはかることによる検索に絞りこんだほうが管理・運用面でメリットがあると考えている。
生存シグナル伝達に関わるAKTのカスバーゼによる分解とその活性調節機構の解析

1、アポトーシスは生体の発生時期におけるプログラム細胞死に伴ってよく観察される細胞の死の様式であるが、抗癌剤や放射線などの非生理的なストレスで癌細胞を処理した際にも誘導される。このアポトーシスの実行過程において主要な働きをするカスパーゼファミリープロテアーゼは、プロテアーゼカスケードを形成してアポトーシスのシグナルを伝達するとともに、様々な細胞内基質を切断することにより細胞をアポトーシスの状態へと陥らせる。アポトーシス抑制シグナルを伝達することが明かとなり近年注目を集めているセリン・スレオニンキナーゼAktの、アポトーシス誘導時における活性変化並びにカスパーゼによる分解とその切断断片の活性変化を検討したところ、Aktがアポトーシス進行過程においてカスパーゼにより切断されることを見い出した。Aktに点変異を導入することによりその切断部位を同定した結果、108、119、434番目のアスパラギン酸で切断されることを同定した。また切断されたAktはそのキナーゼ活性を失うことも見い出した。よって抗癌剤は,Aktを介した生存シグナルをAktの分解を誘導することにより遮断し、アポトーシス進行を促進していることが明らかになった。2、またAktと相互作用する分子としてHsp90を同定した。Hsp90及びAkt上の結合に関与する部位を様々な断片を作製することにより同定した。さらにこのAktとHsp90の結合を阻害することによりアポトーシスが誘導されることが分かり、Hsp90はAktの活性を正に制御し、アポトーシス抑制に関わっていることを明らかにした。さらにHsp90はAktの活性化に重要なリン酸化されたスレオニン残基の脱リン酸化を阻害することによりAktの活性を制御していることも明らかにした。
主星近傍地球型惑星の流体力学的散逸を考慮した進化過程推定

1、主星近傍岩石惑星の大気散逸率の推定、2、大気散逸を経験したミネラル大気の観測可能性推定、3、高高度まで広がったNa大気の観測解釈、この3点についての検討を行った。1の検討では、中心星近傍の岩石惑星の持つミネラル大気の散逸、及びその散逸が惑星の進化に与える影響を明らかにした。その際、独自に開発した数値流体コードを用いて、大気の散逸率を理論的に推定した。本検討から、中心星近傍岩石惑星はミネラル大気の散逸によって、0.1地球質量の惑星は選択的に蒸発(質量がなくなる)してしまい、1地球質量以上の惑星はそれを経ても存在できることが初めて明らかにされた。また、この1地球質量以上の惑星での大気流出率は比較的小さいが、ミネラル大気の最も主要な成分であるNaを枯渇させる規模であることを明らかにした。2の検討として、このNaの枯渇が大気にどのような影響を与えるのかを、大気放射モデルを用いて推定した。ミネラル大気はNaを失うと、高温化し、大気放射スペクトル内にSiO由来のより強い赤外線シグナルを持つことを示した。そして、そのSiOの赤外線強度が観測可能であることを定量的に示し、主星近傍岩石惑星の進化履歴に迫ることが可能な観測提案を行った。これらの検討は、本課題の理論観測双方からの実証に繋がり、関連性が深い。また、3の検討では、惑星半径の約2.5倍まで広がるNa大気の膨張が観測から示唆されている中心星近傍岩石惑星の55 Cnc eの条件に本数値流体コードを応用し、そのNa大気の膨張の理論的解釈を行なった。推定されたNaの高度分布は、観測よりも低い約1.1惑星半径までしか膨張していなかった。これは、Naは電離エネルギーが低いために電離分解しやすく、Na大気が膨張しない物理的理由によるものである。このNa膨張の物理的困難と観測シグナルが相関ノイズによる偽検出である可能性を踏まえると、55 Cnc eのNa大気膨張を再度観測で確認すべきであると提案した。29年度が最終年度であるため、記入しない。天文学会春季年会で、「短周期岩石惑星におけるNa主成分大気の流出構造推定」というタイトルでポスター発表した。以下、内容の詳細及び交付申請書の研究目的との関連性を述べる。最近の観測(Ridden-Harper et al., 2016)から、比較的低密度な短周期岩石惑星である55 Cnc eにおいて、Naが惑星半径の約2.5倍まで広がっていること(以下、Na膨張)が示唆された。しかし、この観測シグナルは相関ノイズによる偽検出である可能性があることも、その論文で議論されている。一方で、これほどのNa膨張が事実であれば系外惑星分野で初めての惑星の特徴である。また、それは55 Cnc eが岩石惑星であり、その惑星の溶融した地表面から蒸発した大気(以下、岩石蒸気大気)が流出していることを示唆する特徴と考えられている。ただし、その根拠は、過去に詳細な理論研究もなく、理解が乏しいものである。そこで、岩石蒸気大気条件での数値計算を行い、このNa膨張が岩石蒸気大気の流出を示唆するものであるか検討した。結果、Naの高度分布は、55Cnc eの観測よりも低い約1.1惑星半径までしか膨張しなかった。本モデルを解析したところ、Naが膨張しにくい物理的理由が明らかとなった。それは、Naはイオン化エネルギーが低く(約5.1eV)、主星からの光子フラックスの多い遠紫外線で効率的に光電離してしまうことである。偽検出である可能性を踏まえると、55Cnc eのNa膨張を再度観測で確認すべきであると提案した。主星近傍地球型惑星での流体力学的散逸過程が、観測的にどのようなシグナルとして検出されるかを調べた点は、本研究の観測的実証につながり、関連性が深い。本課題に取り組む際に必要な多成分流体計算プログラムの構築、及び重要な物理過程の詳細な導入は時間を要したが、この点は達成した。数値計算手法として、計画時の予定(Tian et al. 2005)と異なるGarcia Munoz (2007)を基にした。この手法は、流体を陽解法で、化学反応を陰解法で解く手法であり、より数値計算コストが少ない手法である。ただし、そのままの手法で、研究の再現テストを行った際、計算の安定性・精度に問題があることが判明した。Garcia Munozにメールベースで連絡し、この問題を共有し、解決策を議論した。結果、計算安定性を向上させるために、4次精度の半陰的ルンゲクッタ法とヤコビ行列を用いた人口粘性法を導入した。これらの改良によって、先行研究の手法より高い計算収束性を発揮した。プログラムのテスト計算を改めて行い、本研究課題で議論する精度に比べ十分小さい違い(5%以下)を確認した。そして、本課題を遂行するために詳細に考慮すべき大気の冷却効率は、過去の惑星大気散逸の研究で扱われていたものと異なり、非局所熱平衡状態や光学的厚さに支配されるものであることが、数値計算結果から判明した。そこで、HII領域や周恒星円盤などの他分野で用いられている、衝突放射平衡に基づく冷却効率計算法(Kwan & Krolik, 1981)を本計算手法に導入した。