hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
単一単層カーボンナノチューブの電子状態の構造依存性を利用した選択分別

単一単層カーボンナノチューブ(SWNT)は次世代のナノ電子デバイス材料として利用が期待される物質である。しかし高エネルギープロセスで合成されるため直径分布を有するチューブ群として生成する。また申請者がこれまでに明らかにしたように、個々のSWNTはそのカイラリティと直径に依存して、異なる電子構造・電気化学ポテンシャルを有する。ナノデバイスなどの構造と物性の制御、高効率・高感度化を図る場合、個々の単一カイラリティを有するSWNTを選択的に分離し用いる必要がある。本研究では、個々のSWNTの電子構造に依存した光吸収特性の違いに着目し、種々の金属イオン、犠牲的電子ドナー(メタノール)を含むSWNT高分散溶液に単色光照射を行い、特定の電子構造、すなわち特定のカイラリティを有するSWNTの選択的な光励起に基づく分別を行った。波長785nmの単色光照射後、溶液を遠心分離することにより、高いカイラリティ選択性を有するSWNTの分別を可能にした。Fe^<2+>共存下では、カイラル数(10,3)に帰属される直径0.92nmの半導体性SWNTを高い選択性で分別回収することに成功し、またMn^<2+>を含む溶液中では半導体性(9,7)SWNT(1.10nm)を比較的高い選択性で得た。原子間力顕微鏡観察より、反応後のチューブには数十ナノメートルの大きさの析出物が確認された。これはSWNTへの単色光照射による光誘起金属析出反応により生じたものと考えられ、選択性は金属イオンの還元電位に依存すると推定される。また波長514.5nmの単色光照射の場合は、785nm照射の場合とは異なる選択性を確認した。このように照射単色光波長、金属イオン種を最適化することで、高い選択性で特定カイラリティのSWNTが得られることを明らかにした。
複素領域の微分方程式の研究

1.超幾何微分方程式:x(1-X)Y^<11>+(γ-(α+β+1)X)Y^1-2β=0はモノドロミ-表現:π_1(C-{0.1})→GL(2,C)を導く。逆に、π_1(Cー{0.1})のC^2への既約な表現は適当な超幾何微分方程式によって実現される。しかし,可約な表現に関しては事情が少しことなり、超幾何微分方程式によって実現されない可約な表現の例が知られていた。木村,島はこのような可約な表現を全て決定した。2.多様体M上の微分作用素Lは、uが超関数の意味でLu=fを満たしfが滑らか(C^∝)な所ではいつもuも滑らかになる時、準楕円型と呼ばれる。Hormanderは2階の適当な形の微分作用素に対して、それから作られるLie環ηがMのどの点でも無限小的に推移的であれば準備円型となることを示した。一方、Lu=f∈C^∝(M)ならばu∈C^∝(M)となる時、Lは大域的準楕円型と呼ばれる。(準楕円型ならば大域的準楕円型である。)2次元ト-ラス上の微分作用素:(∂/(∂X))^2+(3(X)∂/(∂Y))^2,subb3C[2/3π,4/3π]はHormanderの条件を満たさないが,大域的に準楕円型となる。このような例から、ηが生成する群がMに推移的に作用するとき大域的準楕円型になることが予想されている。大森は、この部分解として、適当なG^-主バンバル上で定義される水平ラプラシアンに対して大域的準楕円型となるための十分条件と必要条件を与えた。3.複素解析的偏微分方程式P(u)=Oに対してPが線型ならばuがある超曲面Sを除いて解析的であればSは特性曲面に限られる。しかし非線型の場合は特性助面以外にも解uは特異性をもつことがある。小林は非線型方程式の場合に適当な有界性の条件があれば実際には特異性を持たないことを示した。
協奏機能型不斉触媒の創製と医薬合成への展開

ソフトLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒系において,適用可能反応基質の大幅な拡充に成功した。特に,7-アザインドリニルアミドが本協奏機能型触媒系において特異的な活性化が進行する事を見出し,アミドの触媒的エノラート化の化学に大きく進展させた。ハードLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒においては,Nd/Na異種2核金属触媒を多層カーボンナノチューブに固定化することにより連続フロー反応条件下のanti選択的触媒的不斉ニトロアルドール反応を実現し,工業化も視野に入れた実用的反応へと発展しつつある。ソフトLewis酸(soft LA)/ハードBronsted塩基(hard BB)型不斉触媒を基盤に、種々のソフトLewis塩基性基質の特異的活性化機構を鍵とする、原子効率100%の不斉C-C結合形成反応の新規探索を各種行った。ソフトLewis塩基性求電子剤としてN-チオフォスフィノイルケチミンを用いることで、これまで成功例が非常に限られていた亜リン酸エステルあるいはブチロラクトンのダイレクト型付加反応が効率良く進行する事を見いだした。特に前者の反応は、医薬化学において重要な光学活性α,α-2置換α-アミノホスホン酸の最も効率的な不斉合成法を提供するため、現在市販化に向けた検討を行っている。また、soft LA/hard BB触媒として新たなAg/Li触媒系の同定に至った。本触媒はこれまで困難であったアミドのダイレクト型触媒的不斉アルドール反応を可能にし、協奏機能型触媒の特異な触媒活性を発現することができた。これらの反応は全てsoft LA/hard BB協奏機能型不斉触媒のみが促進できる反応で、原子効率100%の不斉C-C結合形成反応である点も特筆に値する。一方、アミド配位子/希土類金属型触媒においては、Nd/Na/アミド型配位子触媒において大幅な改善が見られた。カーボンナノチューブの網目構造中で自己組織化する本触媒の利点を生かし、平均80-90%の触媒担持率を可能にする新規調製法を開発した。本不均一触媒は回収再利用が可能で、現在連続フロー合成への応用を行っている。共有結合を用いない簡便な触媒調製法は実用性が高く、本方法論の一般化も検討している。これら原子効率100%の不斉触媒反応を応用し、抗結核作用を有するマクロラクトン型天然物thuggacin Bの不斉全合成を達成した。4つの不斉炭素を独自の不斉触媒で効率しており、協奏機能型不斉触媒反応の実用性を端的に示している。本研究計画は新規協奏機能型不斉触媒の創製を基盤として、原子効率100%の触媒的不斉炭素ー炭素結合形成反応の開発を目指す。複数の触媒機能の同時発現を起源とする強力な基質活性化機構を武器として、未活性化基質を直接用いる触媒反応群を構築し、廃棄物を副生しない分子構築技術として確立させる。基礎研究としての協奏機能型不斉触媒の設計指針を一般化すると同時に、本触媒群を用いる重要医薬品の短工程触媒的不斉合成に適用して実践的応用性も同時に追求する。次世代の環境調和型有機合成の根幹技術として幅広い波及効果をもたらすと考えられる。平成26年度は、ソフトLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒の適用基質の拡充を狙い、通常直截的なエノラート形成が非常に困難なアミドを基質とする触媒的不斉ダイレクト型炭素ー炭素結合形成反応の開発を開始した。種々検討の結果、E-コンフォマーの7-アザインドリンアミドが銅触媒存在下にZ-コンフォマーに異性化してキレート配位し、適切な塩基共存下に触媒的なエノラート形成が進行する事を見いだした。本協奏機能型触媒反応条件下、α位にトリフルオロメチル基あるいはアジド基を有する当該アミドを用いた触媒的不斉ダイレクト型アルドール反応・マンニッヒ型反応が円滑に進行することを確認した。前年度より取り組んでいるカーボンナノチューブ固定型Nd/Na異種2核金属触媒は、連続フロー形式による触媒的不斉ニトロアルドール反応に適用し200を越えるTONを達成した。本研究計画は新規協奏機能型不斉触媒の創製を基盤として、原子効率100%の触媒的不斉炭素-炭素結合形成反応の開発を目指すものである。複数の触媒機能の同時発現を起源とする特定官能基の強力な活性化機構を駆使し、有機合成に汎用される低反応性基質の直接活性化を可能にする触媒反応群を開発し、必然的に廃棄物を副生する試薬依存型有機合成反応からの脱却を図る。協奏機能型不斉触媒の設計指針を一般化して触媒化学的基礎研究を追求し、次世代の環境調和型有機合成の基本根幹技術としての確立を視野に入れている。平成27年度は、アミドエノラートの触媒的な直接生成を基盤とする環境調和型不斉炭素-炭素結合形成反応を中心に研究展開を行った。アミドはα位酸性度が低く、従来エノラート形成には化学両論量の強塩基の使用が必須であった。我々は、ソフトLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒による特異的活性化機構が作用する7-アザインドリンアミドがα-スルファニル,α-アジド,α-トリフルオロメチル型アミドの触媒的エノラート化、それに続く不斉アルドール反応、マンニッヒ型反応が高立体選択的に進行することを見出している。

特にフッ素含有アミドに関しては、本反応系は脱フッ素化を効果的に抑えた活性化を可能にする強力かつ類い希な触媒的エノラート化方法論であり、昨今のフッ素含有キラルビルディングブロックの医薬化学分野における需要を鑑み、様々なフッ素置換官能基含有7-アザインドリンアミドを利用する反応を幅広く展開した。さらに、より酸性度が低いα-アルキル型アミドの触媒的エノラート化を可能にする触媒系の同定にも成功し、種々のα官能基をデリバーするアミドエノラート求核剤が確立されつつある。一方、7-アザインドリンアミドは求核的活性化のみならず、不飽和アミドとして求電子的活性化による触媒的不斉共役付加反応にも寄与することを見出した。ソフトLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒系において,適用可能反応基質の大幅な拡充に成功した。特に,7-アザインドリニルアミドが本協奏機能型触媒系において特異的な活性化が進行する事を見出し,アミドの触媒的エノラート化の化学に大きく進展させた。ハードLewis酸/ハードブレンステッド塩基協奏機能型触媒においては,Nd/Na異種2核金属触媒を多層カーボンナノチューブに固定化することにより連続フロー反応条件下のanti選択的触媒的不斉ニトロアルドール反応を実現し,工業化も視野に入れた実用的反応へと発展しつつある。未だ成功例の少ない触媒的不斉反応の連続フロー形式での実施、アミドの触媒的直截エノラート化による不斉反応の成功など、特筆に値する。27年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学アミドの触媒的直截エノラート化による不斉反応は、実践的応用性が広く見込めるため今年度も継続的に研究を推進する。種々のα位官能基化アミドを適用し、高原子効率の光学活性鎖状化合物の合成法として一般化させる。ナノチューブ固定型触媒に関する研究は、前年度に見いだした均一系触媒のリガンド構造の再デザインによる不溶化・固定化の手法を応用し、より広範な反応を連続フロー形式で実施するための検討を開始する。最終年度ではあるが、新たなアミド共役ねじれを利用する新規活性化機構を追求し、新たな分子活性化法を提起する。新規不斉触媒反応として6反応の開発・論文発表とマクロラクトン型天然物thuggacin Bの不斉全合成・論文発表を果たした。また開発済みの反応においても大幅な改善を果たし、論文発表している。当初の予定を上回るペースで研究の進展が見られていると言える。3月31日支払までを計上し年度末に開催された日本薬学会参加費用等を次年度使用額に含めたため27年度が最終年度であるため、記入しない。ソフトLewis酸(soft LA)/ハードBronsted塩基(hard BB)型不斉触媒、アミド配位子/希土類金属型触媒については、前年度に引き続き反応開発を進める。また、新たな協奏機能型触媒系として、新規NHC/hard LA/水素結合協奏機能型触媒の開発に着手する。申請者は既に希土類金属(hardLA)/アミド配位子型触媒による数多くの原子効率100%の不斉反応開発に成功している。本触媒の広い適応性は、その柔軟なアミド配位子骨格が水素結合を介して誘導適合型に種々の反応遷移状態に適応する事に起因する。本触媒系にNHC部位を導入し、新たな3機能発現型協奏触媒を創製する。
自己解重合部位を有するブロック共重合体を用いたナノ構造創出

数十ナノメートルの周期で規則的な自己組織化構造を形成することのできるブロック共重合体の一方に、光により自発的に分解する部位を導入した新規ブロック共重合体を合成した。目的とするブロック共重合体の合成は縮合反応による末端修飾芳香族ポリウレタンの合成とそのポリウレタン末端からの原子移動ラジカル重合(ATRP)によるポリメチルメタクリレート(PMMA)の導入によって行った。得られたブロック共重合体に紫外線(365 nm)を照射することにより、芳香族ポリウレタンの末端からポリマーの分解が起こり、ポリウレタン成分のみが選択的に分解し、PMMAのみが優先的に残存したことが示唆された。本研究では、光によって自発的に解重合反応が進行する部位をブロック共重合体に導入することで、自己組織化により得られる周期数十ナノメートルのミクロ相分離構造から一方のセグメントを選択的に除去し、明確なナノ構造を構築することを目的として研究を行っている。24年度の研究においては、目的とするブロック共重合体の合成手法の確立を主として研究を行った。AB型モノマーであるフェニル(4-ヒドロキシメチルフェニル)カルバメートの重縮合反応中に光反応基およびATRP重合開始基を有する末端修飾剤を添加することにより、両末端にそれぞれの官能基を有するポリウレタン(分子量4200)を合成した。さらに、末端のATRP開始基からメチルメタクリレートのリビングラジカル重合を行うことで当初の目的通り、明確な構造からなるブロック共重合体(分子量12300、分子量分布1.82)を得ることを成功した。また、予備実験として得られたポリマー溶液に対してUV照射を行ったところ、365nmの照射では24時間でポリウレタン成分のみが分解した一方で、200400nmの範囲のUV光を照射すると、急激にPMMAを含めたポリマー全体の分解が起こることが分かった。短波長のUV照射においてはウレタン結合の光フリース転位が光分解を促進していると考えられ、当初の予想とは異なる非常に興味深い結果を得ることができた。このように本研究により得られた結果は、これまでにない新たな発想によりブロック共重合体から1成分のみを選択的に除去できることを示した。これにより近年注目を集めているブロック共重合体を用いた微細加工において、新規材料の開発とそれに伴う微細加工技術の発展が期待される。高分子末端の反応を起点として自発的にポリマーが分解する自己解重合型の高分子として、前年度はポリウレタンに着目して対応するブロック共重合体の合成、及び光による解重合挙動を明らかにした。しかしながら、逐次重合法では環状高分子の生成により末端を持たないポリウレタンが得られてしまう点や、得られた高分子に対して更に高分子反応を行う必要があり、非常に合成が煩雑であった。そこで今年度は環状高分子が生成せず末端修飾が容易な連鎖重合に着目し、ポリウレタンと同様に自己解重合挙動を示すポリアセタールの合成を行った。自己解重合型ポリアセタールの合成は開始剤としてsec-ブチルリチウムを用い、THF溶媒中、-78°Cでo-フタルアルデヒドのアニオン重合により行った。この反応の特徴的な点として反応の停止剤により高分子末端に任意の官能基を導入することが可能な点があげられる。そこで、本研究では停止剤として4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジルブロミドを用いることにより、光照射により分解が可能な4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジル基を高分子末端に導入することに成功した。また、リビングアニオン重合によりスチレンを重合し末端にカルバニオンを有するポリスチレンを開始剤として用いてo-フタルアルデヒドを続けて重合することにより、一方に光分解しないポリスチレンを有し、もう一方に光により分解するポリアセタールを有するブロック共重合体を得た。得られた高分子のTHF溶液に対して波長365nmのUV光を照射することにより、ポリマーの分解反応を明らかにした。その結果、光照射に伴って高分子の分子量が減少する挙動が見られたことから、目的とする高分子の分解反応が進行したことが示唆された。当初予定していたブロック共重合体の合成に成功し、ポリマーの分解挙動に関する予備的な知見を得ることに成功しており、おおむね順調に進展している。その一方で全てのポリマーの末端に目的とする光反応性基や重合開始基を導入するには至っておらず、より明確な構造からなるポリマーを得ることが今後の課題として挙げられる。また、得られたポリマーの光分解挙動について、溶液中のみでなくバルク中での知見を得ることも今後の検討課題である。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまで得られたポリマーはその中にポリマー中のAB末端が分子内で反応した環状ポリマーが含まれることが分かっている。そこで、両末端に所望の官能基が導入されたより明確な構造からなるポリマーを合成する手法として、モノマーのSlow Addition法を行う。これは、活性の高い開始剤に対してモノマーを少量ずつ添加していく手法であり、開始期の導入が確実に行えるだけでなく、分子内反応を抑制して環状ポリマーの生成を抑えることができる。

また、光分解反応をより迅速に進めるために、量子効率が良く、他の物質の吸収と重ならない365nmに吸収を有する光反応性基の導入を行う。また、ブロック共重合体のバルクサンプル中への光照射とそれに基づく化学構造や自己組織化構造の変化をIR,GPC,SEM,AFMにより明らかにし、露光量や照射条件等の最適化を行う。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ボルテックス・バースティング機構の解明

理論や数値計算との比較に適している直線渦中でボルテックス・バースティングの実験を行なうため、ピストン駆動の直線渦発生装置を製作し、駆動圧を変えて渦の移動速度、最大周速度、渦核直径を調べた。また紫外レーザで着火を行なうために、窒素希釈された水素-酸素混合気の希釈率を変えて最小着火エネルギーを測定した。次に渦の最大周速度と火炎の密度比を変えて窒素希釈水素-酸素予混合気中の直線渦のボルテックス・バースティングの実験を行なった。その結果、ボルテックス・バースティングは伝播初期には非定常であり、渦管軸方向の火炎長の平方根に比例して伝播速度が増加すること、さらに伝播速度は渦の最大周速度に比例し、その比例定数は火炎の密度比-1に依存することを明らかにした。また時間が経ち定常伝播状態に移行した後は、火炎長に関わらず伝播速度は一定となり、伝播速度は渦の最大周速度とに比例し、その比例定数が火炎の密度比-1に依存することを明らかにした。さらに実験と同様の条件での数値計算によって、ボルテックス・バースティングの伝播速度が渦の最大周速度と密度比に比例すること、火炎前方に生成する周方向渦は渦管の要素渦が膨張によって捩じれることによって生じることを明らかにした。これらの研究成果は、国際応用力学会(IUTAM)シンポジウム(1999)、第1回計算流体力学国際会議(2000)、第3回スケールモデリング国際会議(2000)や、第38回燃焼シンポジウム(2000)などの国内の会議において発表されている。高速で移動するピストンと二次元ノズルを利用して初期圧0.1MPa、初期温度298K、当量比1の水素-空気予混合気中に単一の強い渦対を生成した。また渦対の特正を定量的に調べるために、高速度シュリーレンシステムおよびPIVシステムにより渦の移動速度や速度分布を可視化測定した。ボルテックス・バースティングの実験においては、物理的外乱を流れに対して与えないために、ArFエキシマレーザー(波長193nm)によって渦対の一方の渦管の中心軸上において非接触着火を行った。着火後の火災の挙動は高速度シュリーレンシステムにより観察し、伝播速度を求めた。以上の実験により、渦の最大周速度に比例して火炎伝播速度が大きくなること、その比例係数は1.5に達することが明らかとなった。この結果はこれまでの実験よりも大きい値を示すものである。また本実験のデータはUmemuraの理論式と良く一致することがわかった。次に現有の現有の計算コードに自由流出境界条件を課すことによって、実験と同じように圧力上昇のないボルテックス・バースティングの三次元数値シミュレーションを行った。その結果、火炎伝播速度は渦管の最大周速度に比例すること、初期には傾圧トルクによって生じる渦が火炎を伝播させるが、伝播が進むにつれて火炎前方に誘起されるねじれ渦が火炎を伝播させることが明らかとなった。以上の研究成果は複数の国内学会およびIUTAMシンポジウムにおいて口頭発表されている。

また時間が経ち定常伝播状態に移行した後は、火炎長に関わらず伝播速度は一定となり、伝播速度は渦の最大周速度とに比例し、その比例定数が火炎の密度比-1に依存することを明らかにした。さらに実験と同様の条件での数値計算によって、ボルテックス・バースティングの伝播速度が渦の最大周速度と密度比に比例すること、火炎前方に生成する周方向渦は渦管の要素渦が膨張によって捩じれることによって生じることを明らかにした。これらの研究成果は、国際応用力学会(IUTAM)シンポジウム(1999)、第1回計算流体力学国際会議(2000)、第3回スケールモデリング国際会議(2000)や、第38回燃焼シンポジウム(2000)などの国内の会議において発表されている。
平面分割・タイリングの数え上げと対称関数・パフィアン・行列式の研究

交代符号行列及び自己対称性をもつ平面分割についての研究が進んだ。タイリングの問題については、進展があった。domino tilingについてアステカダイアモンドを拡張したアステカ長方形について穴を直線的に開けた場合に、この領域のdomino tilingの個数を穴の座標の超幾何函数の行列式で書いた。また、この中で、180度回転対称なdomino tilingの個数について考察した。domino tilingに対してSchoder pathが定まり、Gessel-Viennotのlattice path methodを使いSchroder numberの行列式の和に持って行く。和になるのは、終点の取り方が穴によって複数生じるからである。ただ、行列式の中身がSchroder numberを拡張したものであり、超幾何函数であるために変形が難しい。隣接関係式を利用して行列の基本変形を行う計算は非常に長くなる。最後に穴の開いた領域に90度回転で不変なdomino tilingの置き方の個数も数えた。これは、穴のない場合は、QTASM (90度回転で不変な交代符号行列)の個数と密接に関係している。しかし、この場合は複数の穴を任意の場所に開けると個数は汚い数になる。中心線に1カ所を開ける場合は、綺麗な予想が出来ることをKasteleynの方法を使って確かめたが、Kasteleyn行列の計算は固有値等の値がわかる場合でなければ計算が難しい。lattice path methodによって計算する方法を考察中である。また、この場合は、最も一般的な予想を作ることも必要である。2018年度は、学科長であったので改組の問題や、その他にもMJOUや数理科学教育のためのクライアント/サーバシステムの仕様策定等の為に多くの時間が割かれ出張も出来ずに余り進まなかった。特に研究結果をまとめる時間がなかった。2018年の2月に岡山大学で開催したAECO (Algebraic Combinatorics in Okayama)は、Roger Behrend, Mihai Ciucu, Greta Panova, Jang Soo Kim,名古屋大の岡田聡一氏、京都大の神尾k修平氏等を招いて、たいへん興味深い話が聴け、刺激になり有意義だった。特に、交代符号行列の新しいクラスやskew hook formula、また、タイリングなどのいくつかのテーマについて理解が深まった。タイリングについては、今までの結果をまとめる必要がある。また、その後、刺激を受けて交代符号行列の種々のクラスを発生するMapleプログラムを作成し、かなり大きいものまで計算して、母関数を計算した。これらの母関数の間には不思議な関係があり、一部はsix vertex modelで説明できるが、説明できない偶然と思えない関係がある。Tom Roby氏の来日や津田塾大の貞廣氏の紹介により、交代符号行列は半順序集合のotder ideal全体として実現する方法が知られ、この半順序集合はRC-posetであり、RowmotionやPromotionが重要な役割を持つことを知った。これは、主にJessica Strikerによる仕事であり、Fully Packed Loopとの関係等の興味深い結果が得られている。現在、この手法を他の交代符号行列にも拡張できないか研究中である。それは、交代符号行列とその重み函数の間の全単射を使い、重み函数の大小関係(包含関係)で順序を定義することによって分配束と見ることである。この方法は具体的にjoin-irreducibleな元の集合を求められ有望である。また、重み函数はアステカダイアモンドと関係しており、興味深い研究対象である。2016年にはカナダ(バンクーバー)のサイモン・フレーザー大学で開催された第28回形式的冪級数と代数的組合せ論に関する国際会議に参加し、Fully packed loopsやシューア多項式についての興味深い多くの講演を聴いた。また、内外の研究者と交流を行った。2016年9月には、イギリスのサザンプトン大学名誉教授であるRon King氏を訪問した。また、フランスのリヨン大学を訪問し、Jiang Zeng氏と直交多項式とパフィアンについて。またFrederic Jouhet氏とはマクドナルド多項式についての共同研究を行った。2016年9月20日にリヨン大学でThe domino tilings of Aztec rectangles with holes and the Gauss hypergeometric seriesという講演を行った。また、9月1115日にオーストリアで開催されたSeminaire Lotharingien de Combinatoireに参加して、代数的組合せ論の興味深い講演を聴いた。2017年3月には、パリのポアンカレ研究所で開催されたCombinatorics and Interactionsの中でEnumerative Geometryのワークショップに参加して、内外の研究者と交流した。FodaやArun Ramが来ていた。パリの次はリヨン大学に滞在し、Jiang Zeng氏とパフィアンの評価と多変数直交多項式について共同研究を行った。またLyonを訪れていたLin氏とも研究を行う機会があった。最後に、3月2629日に開催されたSeminaire Lotharingien de CombinatoireではThibonFestとして、興味深い講演が多かった。穴のあるアステカ長方形のドミノ・タイリングの数え上げ問題についての研究は、これまでと違って、パスを領域の両側に取ることにより、1つの行列式にする新しい方法を考案した。これはドミノ・タイリングとSchroder pathの非交差経路の組の間の一対一対応を考えて、Lindstrom-Gessel-Viennotの補題を用いて行列式の和にする。これに行列のラプラス展開の公式をあてはめることにより、1つの行列式の計算に帰着する。

また、ドミノ・タイリングの中で180度回転で不変なものの数え上げでも、代表元の領域を切り出してきて、同様に非交差経路の組の間の一対一対応を作り、やはり行列式で書けるという結果が得られた。穴のあるアステカ長方形の180度回転で不変なドミノ・タイリングの数え上げ問題に関しては、今回が初めての試みである。また、180度回転不変性を考慮しない数え上げ問題では、以前の方法で別の形の行列式が得られていた。この行列式の成分はSchroder pathの個数であるガウス超幾何級数で与えられる。この行列式を目標の予想の形にするには、いろいろな超幾何級数の変換公式が必要になると思われる。特に隣接関係式は基本で、それを組み合わせた超幾何級数の変換公式を使って行列式の変形が必要になる。このためには母関数を使う手法が有効である。穴がない場合は、この数え上げ行列はハンケル行列であり、Riordan行列を使ってLU-分解することができる。穴のある場合はハンケル行列である部分とそうでない部分にブロック行列化されており、疑似LU-分解するための適当なRiordan行列を求めるためには、成分の母関数を使って行列を変形する。これらの行列の成分が超幾何級数であることから、直接、成分を扱うことは議論を冗長かつ複雑にする。2017年3月末にDomaine Saint-Jacquesで開かれたSeminaireLotharingien de Combinatoireに参加した。この回はThibon Festaであり、Bergeron, Bousquet-Melou, Krattenthaler, Leclerc等が講演し興味深かった。5月にはフランス・リヨン大学のFrederic Jouhetが岡山大学を訪問し、共同研究を行った。Tailed Insetsの(q,t)-hook formulaについて、議論を行い、具体的な形を求めた。これは重みをマクドナルド多項式のピエリ係数で表し、予想式をマクドナルド多項式で表すというものである。Warnaarの等式についての議論も行った。また、6月にはStanleyが岡山大学を訪問し、Smith normal formとそれに付随した組合せ論・表現論の問題について講演を行った。6月にはQueen Mary University of Londonで開催された第29回形式的冪級数と代数的組合せ論に関する国際研究集会に参加し、海外の多くの研究者と情報交換をした。また、アステカ長方形のタイリングとシューアのQ-函数の関係について考察し、それに関する情報を得た。
耳鼻科領域における悪性疾患の入院医療評価に関する研究

過去15年間に遡り日大板橋病院耳鼻咽喉科ならびに気管食道科で入院加療した悪性疾患のデータベースを作成した。病院会計データより患者のデータを抽出するプログラムを作成し、データを抽出した。その中から下咽頭癌例を抽出した。1986年から1997年までの12年間に日大板橋病院にて入院加療した下咽頭癌は73例であり、その内44例が抽出し得た。総入院医療費は平均432万3300円(median 383万710円)で、平均入院期間は128.8日(median126.5日)であった。総入院医療費の内訳は、入院料(32%)、薬剤料(25%)、手術料(17%)、検査料(9%)、画像診断料(7%)、処置料(5%)であった。手術の有無で入院医療費が最も大きく異なった。薬剤費で最も大きな割合を占めたのは高カロリー輸液によるものであった。化学療法の有無で入院医療費の差は明かではなかった。予後は、stageや治療内容が影響していた。1992年より遊離空腸による再建術が施行されており、保険点数の改訂もあり手術料は以前と比較して倍となっていたが、遊離移植を行った方が、入院期間が短縮され、総入院医療費も抑制されていた。これは主に合併症の発生率が異なることが原因と考えられた。更に嚥下などは明らかに遊離空腸の方が優れていた。医療の進歩(今回は形成外科の導入)で個々の医療費は上昇しているにも関わらず、総医療費が抑制でき、更にQOLの向上、入院期間の短縮も可能となることが示された。最後に、治療費の検討には外来での検査や照射療法もあり本来はそれらを全て含まないと治療にかかった総額は算定出来ず、今後の課題と思われた。又、他施設との比較で本当の医療評価まで可能となると思われたが、他施設の臨床データを入手することは共同研究でもない限り困難であり、まずはたたき台として当院のデータを検討した。過去15年間に遡り日大板橋病院耳鼻科ならびに気管食道科で入院加療した悪性疾患のデータベースを作製した。次いで、会計データより各患者の各月毎の入院費の抽出を行うプログラムを作製した。現在、各々の疾患群あたりの平均とそのばらつきを求め、それらから、重症度、年齢、基礎疾患の有無、等の要因を見つけだし層別化しようとしているところである。更に入院費を、投薬料、手術料、放射線治療料、検査料、処置料、画像診断料等に区分し、各々の全体に占める割合についても検討している。尚、保険点数の改訂があると同じ内容でも医療費が異なってしまい、その調整が非常に煩雑であることが判明した。この点で同等の医療費の比較が困難であり、比較は保険点数が改訂されない2年間毎になりそうである。現在、疾患の一つである下咽頭癌例について抽出し、検討を加え第96回日本耳鼻咽喉科学会総会にて発表する予定である。今回の検討で、治療費は入院費だけではなく放射線治療などの通院治療もあり、外来医療費を加えないと治療全体にかかった費用の算定に誤差がでることが判明した。その点をどうするかについては検討中である過去15年間に遡り

日大板橋病院耳鼻科ならびに気管食道科で入院加療した悪性疾患のデータベースを作製した。次いで、会計データより各患者の各月毎の入院費の抽出を行うプログラムを作製した。現実には、既に昔のデータは他の形式のファイルに移行されており、そこからの抽出に難渋している。そのうち一つである下咽頭癌例について抽出し、検討を加え第96回日本耳鼻咽喉科学会総会にて発表した。内容は、最近10年間に医療費を抽出しえた下咽頭癌28例について検討した。保険点数の改訂が2年ごとにあり、単純な比較は困難であり、形成外科による手術が導入され手術内容が大きく変更された1992年を境として、総医療費を比較した。手術点数は後半では約2倍となっていたが、入院期間は後半の方が短くなっており、総医療費はほぼ同じであった。手術内容の進歩が入院期間、総医療費を抑制していることが明かとなった。実際には、QOLも向上している。総入院費中に占める割合は、入院費が33%と最も多く、注射代23%、手術代15%、検査9%となっていた。予想されたよりも照射療法の割合が低かった。予後に関しては、追跡期間が異なるため判断は難しかった。医療の内容そのものが大きく変更しているので、医療費からそれを評価するのは単純では無いことが明かとなった。今後一つの疾患についてもう少し細かく検討した方が、医療費の検討に役立つと思われた。今回の検討で、治療費は入院費だけではなく放射線治療などの通院治療もあり、外来医療費を加えないと医療全体にかかった費用の算定に誤差ができることが判明した。その点をどうするかについては検討中である。過去15年間に遡り日大板橋病院耳鼻咽喉科ならびに気管食道科で入院加療した悪性疾患のデーターベースを作製した。病院会計データより各患者の各月毎の入院費の抽出を行うプログラムを作製した。現実には、1988年より会計ファイルが同一となっており、それ以降のデータのみ使用できた。まず下咽頭癌例について抽出し、会計シートより転記したデータを使用した解析結果は第96回日本耳鼻咽喉科学会総会にて発表した。次いで、コンピューターを使用して抽出した医療費について、最近9年間の下咽頭癌30例について検討した。実際には、後半では患者のQOLも向上している。総入院費中に占める割合は、入院費が33%と最も多く、注射代23%、手術代15%、検査9%となっており、予想されたよりも照射療法の割合が低かった以外は、いままで言われてきた医療費構成と大差はなかった。また治療費は入院費だけではなく放射線治療などの通院治療もあり、外来医療費を加えないと治療全体にかかった費用の算定に誤差がでることが判明したが、その点をどうするかについては今回は間に合わず、今後の検討課題として残った。予後については、医療費よりは、病期、治療内容が大きく影響していた。医療の内容に大差はなく、一施設のみで予後も含めた医療評価は困難であることが判明した。他施設のデータを参照することも検討したが、医療内容の詳細が不明であり、今回の検討からは除外した。以上、今回の検討からは医療の進歩(形成外科という分野の導入)により高騰している項目があるにも関わらず総医療費は抑制できること、同時にQOLの向上、入院期間の短縮も実現出来ることが判明した。
神経細胞死に伴うニューロトロフィンの動態と機能修復に関する研究

本年度は種々の痙攣誘発物質をラット腹腔内に投与し、脳由来神経栄養因子(BDNF)の脳における動態とその合成機構について調べ、以下の4点を明らかにした。(1)グルタメートアゴニストにより痙攣を誘発した場合、AMPAおよびカイニン酸投与によるBDNFの増加が海馬と嗅内皮質で観察されたが、NMDA投与による変化はみられなかった。(2)GABAアンタゴニストにより痙攣を誘発した場合、ピクロトキシン、ペンチレンテトラゾール、リンダン投与によるBDNFの増加が嗅内皮質で観察されたが、海馬のBDNFは発作が激しい時にのみ上昇した。(3)L-タイプ電位依存性カルシウムチャネルの活性化剤であるBay-K8644投与により痙攣を誘発した場合、大脳皮質と嗅内皮質でBDNFの増加が観察された。(4)Bay-K8644投与は、カルシウムチャネルの局在する細胞でBDNFを増加させたが、カイニン酸によるBDNFの増加は、受容体の存在する後シナプスの細胞ではなく、前シナプスの細胞でみられた。また、Bay-K8644投与は、CREBのリン酸化によりBDNF合成を活性化させたが、グルタメートアゴニストやGABAアンタゴニストは、CREBのリン酸化を介しない機構で、BDNF合成を活性化させることがわかった。
脊椎内視鏡手術のための次世代ナビゲーションシステムの開発

我々は、脊椎ナビゲーションシステムから内視鏡カメラ、手術用ドリルの位置情報をシミュレーターにリアルタイムに送ることで、内視鏡手術の術野画面とシミュレーターの仮想内視鏡画面を同時に画面に表示し、解剖学的な位置確認ができると同時に、手術の進行とともに仮想内視鏡でもリアルタイムに骨切除を確認しながら手術を進めることができる次世代ナビゲーションの開発をおこなっている。2018年度は、我々のシミュレーターが、今までの脊椎内視鏡(MED system)に加えて、経皮脊椎内視鏡(PED system)に応用できるかどうかを検討した。まず脊椎内視鏡スコープと経皮脊椎内視鏡スコープの視野特性の違いについて、視野、画像の歪み率を測定して検討をおこなった。経皮脊椎内視鏡スコープの視野は脊椎内視鏡スコープの視野に比較し、50%程度であった。レンズの歪み率に関しては差はなかった。実際の経皮脊椎内視鏡手術に際して、シミュレーターを用いたが、術野とシミュレーターの画像はほぼ一致しており、骨切除は計画どおり、おこなうことができた。経皮内視鏡は、硬性の鏡筒の内部にワーキングスペースがあるフル内視鏡であり、処置具の自由度がないため、鏡筒の位置情報が得られれば、処置具先端の位置情報が簡単に得られる。視野も狭く、初心者にとっては、オリエンテーションの把握が困難な手術であり、本研究のナビゲーションの拡大応用のよい適応と考えられた。H27年度は、まず内視鏡スコープの位置情報をナビゲーションシステムと通じてシミュレーターに送り、その位置情報から仮想内視鏡画像を再現し、その正確性を検討した。結果として、シミュレーターに再現された画像は実際の内視鏡画像と高い一致度を示した。さらにシミュレーターを利用した仮想内視鏡ナビゲーションにおける骨切除イメージが、実際の骨切除と、どの程度の誤差があるかを確認した。すなわち腰椎模型を用いて仮想内視鏡ナビゲーションのもとで骨切除を行い、骨切除後の模型と仮想内視鏡での骨切除後イメージとを比較することで、仮想内視鏡画像の正確性を確認した。その結果、仮想内視鏡ナビゲーション上の骨切除像と実際の骨切除像とは高い一致率を示した。本年度に予定していた仮想内視鏡の再現性の検討および、その仮想内視鏡上でのリアルタイム骨切除ナビゲーションにおける骨切除が実際の内視鏡上での骨切除を再現できていたことを証明できた。実際の手術においては、内視鏡スコープの位置情報、手術用ドリルの位置情報を同時に捉え続けることは、困難であり、赤外線反射ボールを取り付けるデバイスに工夫が必要と考えられた。H28年度は、H27年度における基礎実験のデータをもとに各学会に発表した。またさらなる研究のための情報収集も積極的に行っており、整形外科以外の工学系学会にも参加している。本研究ではさらに拡張現実を利用し、実際の内視鏡画面に計画を投影することで、視線を変えることなく、計画に対する進行具合を確かめながら手術することを目指す。ナビゲーションシステムは高価な機器である上に、他の手術において必要とされる頻度が高い。そのため臨床応用について、使用できる頻度が少ない。その上、当研究はパナソニックメディカルソリューションとの共同研究は終了したことも影響している。しかしながら、MedVisionという会社がシミュレーターに関する事業を引き継いでおり、今後さらにシミュレーターの応用展開を考えていく。脊椎後方内視鏡手術は患者への侵襲が小さいという利点がある反面、その極端に小さい術野とカメラが斜視鏡であることから、術中のオリエンテーションを把握するのが困難であるという問題がある。我々は、脊椎ナビゲーションシステムから内視鏡カメラ、処置具の位置情報を我々が開発した手術シミュレーターにリアルタイムに送ることで、内視鏡手術の術野画面とシミュレーターの仮想内視鏡画面を同時に表示することを考えている。それにより、解剖学的な位置確認ができると同時に、手術の進行とともに仮想内視鏡でも骨切除がすすんでいくことで骨切除量を確認しながら手術を進めることができるようになる。本研究の目的は仮想内視鏡ナビゲーションの開発をおこない、その有効性を検討することである。当初の平成29年度の計画としては平成27ー28年度で得られた結果を国内外に向けて発信することであり、脊椎内視鏡教科書、整形外科雑誌への依頼原稿の執筆をおこない、それぞれ出版されたことにより、一部はできている。また仮想内視鏡ナビゲーションについては、現在の計画では実際の手術内視鏡と仮想内視鏡の2画面を見ながら手術をすることになるが、それを1つの画面に合成することにより、実際の内視鏡画面に骨切除部位を表示させてその通りに骨切除をおこなうこと、神経が露出するまえに神経の走行部位を表示させることも試みることを計画していたが、ソフトの改良、モニターの調整などについて、技術提供をおこなってもらっていたパナソニックメディカルソリューションズとの共同研究が打ち切られたため、まだ実現できていない。

しかしながら、全国有数の脊椎内視鏡手術施行数の病院に勤務移動し、さらに症例の情報を集めるとともに、MEDシステムの内視鏡のみではなく、PEDシステムの画像歪み、視野を測定し、PEDシステムへの応用への研究もおこなった。大学病院から一般病院に異動したことで、大学での研究頻度が減少していることは一因である。しかしながら、現在の勤務先は、脊椎内視鏡手術件数において、全国有数の病院であり、データを収集しながら、今後さらにシミュレーターの応用展開を考えていく。我々は、脊椎ナビゲーションシステムから内視鏡カメラ、手術用ドリルの位置情報をシミュレーターにリアルタイムに送ることで、内視鏡手術の術野画面とシミュレーターの仮想内視鏡画面を同時に画面に表示し、解剖学的な位置確認ができると同時に、手術の進行とともに仮想内視鏡でもリアルタイムに骨切除を確認しながら手術を進めることができる次世代ナビゲーションの開発をおこなっている。2018年度は、我々のシミュレーターが、今までの脊椎内視鏡(MED system)に加えて、経皮脊椎内視鏡(PED system)に応用できるかどうかを検討した。まず脊椎内視鏡スコープと経皮脊椎内視鏡スコープの視野特性の違いについて、視野、画像の歪み率を測定して検討をおこなった。経皮脊椎内視鏡スコープの視野は脊椎内視鏡スコープの視野に比較し、50%程度であった。レンズの歪み率に関しては差はなかった。実際の経皮脊椎内視鏡手術に際して、シミュレーターを用いたが、術野とシミュレーターの画像はほぼ一致しており、骨切除は計画どおり、おこなうことができた。経皮内視鏡は、硬性の鏡筒の内部にワーキングスペースがあるフル内視鏡であり、処置具の自由度がないため、鏡筒の位置情報が得られれば、処置具先端の位置情報が簡単に得られる。視野も狭く、初心者にとっては、オリエンテーションの把握が困難な手術であり、本研究のナビゲーションの拡大応用のよい適応と考えられた。今後の研究の進めかたとしては、1)仮想内視鏡ナビゲーションの有効性を検討する研究を行っていく。内視鏡手術に習熟していない医師のための手術支援装置であり、その有効性を検討するために安全に配慮して、腰椎模型を用いて行っていく。さらに2)熟練医であっても術中オリエンテーションの把握が困難である強度変形症例などに、積極的に仮想内視鏡ナビゲーションを使用していく。仮想内視鏡ナビゲーションを提示することで、手術に対するストレスが軽減し、手術時間の短縮、合併症の減少に寄与すると考えられる。今後の研究の推進方策昨年学会発表をした内容について、論文化を急ぐ。さらにナビゲーションシステムを用いなくても、手術進行の補助になるように拡張現実の導入や安価な位置情報追跡システムを用いたナビゲーションシステムを搭載したシミュレーターの開発。さらには、CT撮影した骨組織とMRI撮影した神経組織のfusionの際、神経組織の抽出が非常に難解であるが、これを自動抽出できるようなシステムを考えていく。研究成果を国内外に発表していく。
阪神・淡路大震災避難所資料所在調査と保存に関する研究

阪神・淡路大震災から15年が経過するなかで、戦後最大の都市型大規模災害に関係する史料(本研究では「震災資料」と呼称)のうち、特に、被災地の小学校・中学校などで多数形成された「避難所」に関する「震災資料」の所在を捜索するとともに、調査を目的としている。初年度に実施した神戸市域の小学校及び中学校に対するアンケート調査を基に、「避難所資料」の確認と発見に努めた。最終年度である平成22年度は、兵庫県南部地震の震源地に近い旧北淡町の避難所資料調査にも調査範囲を拡大した。(1)震災資料所在の確認と資料の発見・神戸市立長田小学校避難所資料の発見と資料調査実施(原資料の寄贈を受ける)・神戸市立鵯越小学校(現・廃校)廃棄資料中から避難所資料発見・移管・淡路市立野島小学校(現・廃校)避難所資料の確認と資料調査実施(2)聞き取り調査(避難所運営に係わる「記憶」資料の記録化)実施・神戸市長田区被災者からの聞き取り調査実施・神戸市東灘区被災者からの聞き取り調査実施(3)神戸市消防局当時職員に対する聞き取り調査実施・特に、神戸市長田区の消火活動・人命救助活動に従事した職員(30名)に実施具体的研究内容1.阪神・淡路大震災被災地(特に、神戸市域)の学校施設に対する震災資料所在アンケート調査実施(神戸市教育委員会の協力のもと実施)→約半数の学校施設が「不明」と回答している。また、既に、廃校になった学校施設の場合は、当該学校施設関係の震災資料はほぼ散逸・廃棄されたことが判明した。2.アンケート調査に基づく具体的な震災資料調査の実施・神戸市立菊水小学校(2009年3月で統廃合)震災資料調査実施→避難所関係資料の存在確認,震災後の「教育復興担当教員活動記録」資料の発見。・神戸市立真陽小学校震災資料調査実施→既に、学校施設内には震災資料は存在せず。校区内公民館施設に避難所リーダー所持の震災資料の存在を発見。保存のための整理作業開始。意義・重要性本研究によって、震災後14年を経過する過程で、多くの学校施設に存在したであろう震災資料が散逸・行方不明・廃棄された事実が判明した。また、残存資料のなかに、連絡用ファックス用紙(熱転写用紙使用)の文字部分が霧消しつつあることも判明した。なお、現時点ではかろうじて目視による判読可能。学校施設管理者が数年で配置転換されていく現状では、保存されていると推測される震災資料の存在も引き継がれないため、行方不明の現状が浮かび上がってきている。早急な調査対象の拓大と対応が必要であると認識するに至った。本研究第2年目の平成21年度は、初年度に実施した神戸市域の小学校及び中学校に対するアンケート調査を基に、「避難所資料」の確認と発見に努めた。具体的には、以下の諸項目について、研究を展開した。また、避難所運営など震災時の「記憶」を文字資料とすべく、聞き取り調査を実施し、「避難所資料」の発見に繋げた。(1)震災資料の発見と確認及び資料調査作業・旧二葉小学校(神戸市長田区)震災資料を収集し、整理に着手。安否確認関係資料などの保存について検討を行う。・神戸市長田小学校震災資料の分類目録作成実施・所在不明であった神戸市真陽小学校震災資料を発見し、整理作業を着手・淡路島北部地域(旧津名町など)の震災資料存否調査実施・淡路市立野島小学校震災資料の残存を確認。副本作成.資料目録作成(2)聞き取り調査(避難所運営に関わる「記憶」に関する調査)・淡路市育小学校校長聞き取り調査実施・淡路島北部地域震災復旧関係者聞き取り調査実施・神戸市長田区役所当時職員聞き取り調査実施(3)神戸市消防局震災写真資料調査(本研究で初めて所在確認。同時に、一部一般公開へ)神戸市消防局保管未公開写真の整理・分類などの作業が許可されたので、約4500枚の震災直後写真の調査を実施阪神・淡路大震災から15年が経過するなかで、戦後最大の都市型大規模災害に関係する史料(本研究では「震災資料」と呼称)のうち、特に、被災地の小学校・中学校などで多数形成された「避難所」に関する「震災資料」の所在を捜索するとともに、調査を目的としている。(1)震災資料所在の確認と資料の発見・神戸市立長田小学校避難所資料の発見と資料調査実施(原資料の寄贈を受ける)・神戸市立鵯越小学校(現・廃校)廃棄資料中から避難所資料発見・移管・淡路市立野島小学校(現・廃校)避難所資料の確認と資料調査実施(2)聞き取り調査(避難所運営に係わる「記憶」資料の記録化)実施・神戸市長田区被災者からの聞き取り調査実施・神戸市東灘区被災者からの聞き取り調査実施(3)神戸市消防局当時職員に対する聞き取り調査実施
雄の配偶履歴に依存した雌の配偶者選択 : 時間的制約下におけるコピー戦術の進化

雄の配偶成功は性的二型などの質に依存するが、その質の差に関係なく配偶成功に極端な偏りが生じることがある。この原因の1つが雌の非独立型配偶者選択(以下、コピー戦術)である。コピー戦術を採用する雌は、他個体の配偶者選択を真似て同じ雄を選ぶため、通常の選択の基盤となる遺伝的な好みとは逆の特徴を持つ雄さえ選ぶことがある。このように、コピー戦術は既存の性淘汰の概念を覆すような重要な現象であるが、過去の研究の多くがコピー戦術か否かの報告に留まっており、その適応的意義まで実証した例は皆無である。昨年度までの研究で、ロウソクギンポ雌のコピー戦術には配偶者探索時の移動コストや捕食リスクを軽減する機能は無いことが示された。そこで、多くの種で観察される全卵食行動、すなわち保護卵が少ない場合に(ロウソクギンポでは1000個末満)、卵を保護する雄がそれらの卵を孵化まで保護せずに全て食べる行動に注目した。本種雌の場合、雌1個体の産卵数は最大でも500個程度なので、雌はすでに他の雌の卵がある巣に卵を追加産卵しなければ、自身の卵が全卵食される可能性が高い。ところが、雌が卵を確認するために、巣内に入ると雄に産卵するまで巣内に閉じ込められるリスクが生じていることが実験的に示された。コピー雌の卵が無い巣への産卵頻度は通常選択を採用した雌よりも低く、実際に孵化まで保護されるケースが多かったことから、コピー戦術には、卵を保護していない雄に強制産卵させられるリスクを回避して、自身の卵の生残率を上げる機能があると考えられた。他個体の配偶者選択を観察し真似する「Mate-choice copying:コピー戦術」は多くの種で報告されているが、その進化要因は未だ不明である。本研究では、潮間帯に生息する雄保護魚類であるロウリソクギンポ雌のコピー戦術を実証し、その進化要因を明らかにすることを目的とした。過去の研究で、雌は巣内の卵の発生段階に関係なく前日に卵を獲得した雄を選択することが明らかになっている。この配偶履歴に依存した雌の配偶者選択は、コピー戦術を示す典型的なパターンだと言われている。さらに、雌の配偶者選択を追跡した結果、ペア産卵の周辺に複数の雌(2-4個体)が定位し、それらの雌が、通常産卵に不可欠な雄の求愛を受けることなく、無理やり入巣して産卵した。21年度は、これらの行動が、単に雌が魅力的な雄と配偶しているわけではなく、コピー戦術であることを実証するために、通常選択することがない前日の配偶履歴がない雄とモデル雌とのペア産卵を雌に見せその後の配偶者選択を観察する野外操作実験を行なった。結果、本来ならば雌から選ばれる可能性がほとんど無いその雄の巣に複数の雌が集まり、そのうちの数個体(1-3個体)は産卵に至った。この結果は、本種雌がコピー戦術を採用している可能性を強く示唆している。過去の研究で、雌は日齢が若い卵を多く保護する雄を選択すれば、捕食に対する「薄めの効果」から高い卵の生残率が期待できることが分かっている。しかし、本種雌は、巣内の卵の発生段階を識別できないのに加えて、産卵せずに出巣するとオスから激しく噛み付かれ傷付くことから、巣内の卵の確認が困難である。ゆえに、安全かつ正確に雄を選択できるコピー戦術が進化したのかもしれない。オスの配偶成功は性的二型などの質に依存するが、多くの研究で予想よりも配偶成功に極端な偏りが観察されることがある。この原因の1つに非独立型配偶者選択が挙げられる。メスは非独立型配偶者選択によって、自身でオスの質を評価せずに、他個体の配偶者選択を真似て同じオスを選ぶため、質に差がなくても他メスと同じオスを選択したり、通常の選択の基盤となるメスの遺伝的な好みとは逆の特徴を持つ相手さえ選ぶことがある。21年度の調査で、ロウソクギンポ・メスの配偶者選択を野外で追跡したところ、ペア産卵中の巣周辺に長時間定位し、その後同じ巣に産卵することが確認された。さらに、オスの求愛行動がないにもかかわらず、メスは無理やりペア産卵に割り込み産卵に至ったことから、求愛を指標とした通常の配偶者選択とは明らかに異なることが分かった。この行動が非独立型の配偶者選択によるものなのか?単に何らかの高い質を持つオスが多くのメスを惹きつけているだけなのかを明らかにするために野外操作実験を行った。実験では、通常選択されることがない前日の配偶成功がないオスとモデルメスを強制的にペア産卵させ、その後の配偶成功を近接する前日の配偶成功があるオスと比較した。その結果、モデルメスが産卵している巣周辺に13個体のメスが定位し、そのうちの数個体は実際に産卵に至った。22年度は、上記の野外操作実験を追加実験し、統計解析可能なサンプル数まで増やした。その結果、本種メスは他のメスの非独立型配偶者選択を行なっていた。非独立型配偶者選択によって選択されたオスの配偶メス数は、通常の配偶者選択を介するよりも極端に多いことから、これは性淘汰において大きな影響を及ぼすと考えられる。

コピー戦術を採用する雌は、他個体の配偶者選択を真似て同じ雄を選ぶため、通常の選択の基盤となる遺伝的な好みとは逆の特徴を持つ雄さえ選ぶことがある。このように、コピー戦術は既存の性淘汰の概念を覆すような重要な現象であるが、過去の研究の多くがコピー戦術か否かの報告に留まっており、その適応的意義まで実証した例は皆無である。昨年度までの研究で、ロウソクギンポ雌のコピー戦術には配偶者探索時の移動コストや捕食リスクを軽減する機能は無いことが示された。そこで、多くの種で観察される全卵食行動、すなわち保護卵が少ない場合に(ロウソクギンポでは1000個末満)、卵を保護する雄がそれらの卵を孵化まで保護せずに全て食べる行動に注目した。本種雌の場合、雌1個体の産卵数は最大でも500個程度なので、雌はすでに他の雌の卵がある巣に卵を追加産卵しなければ、自身の卵が全卵食される可能性が高い。ところが、雌が卵を確認するために、巣内に入ると雄に産卵するまで巣内に閉じ込められるリスクが生じていることが実験的に示された。コピー雌の卵が無い巣への産卵頻度は通常選択を採用した雌よりも低く、実際に孵化まで保護されるケースが多かったことから、コピー戦術には、卵を保護していない雄に強制産卵させられるリスクを回避して、自身の卵の生残率を上げる機能があると考えられた。