hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元音響バーチャルリアリティによる視覚障害者ための反響定位訓練システムの開発

本研究は、全盲者の友響定位能力(靴底や白杖が路面に接触することによって発せられた音波が、周囲の建物や障害物等に反射して跳ね返ってきたものを聴覚によって捉えることにより、周囲の環境を認識する能力)をバーチャル環境の中で安全にトレーニングするための装置を開発すると共に、訓練手法やその評価方法を確立することを目的としている。平成22年度は、システムの完成と訓練効果の検証を目指した。完成したシステムは次のようなものである。被訓練者はヘッドフォンを装着し、手にはゲームコントローラを持って、バーチャル空間内を歩行する。コントローラの前進ボタンを押すと1歩前に進み、同時に足音の直接音と壁などから一次反射音が聞こえる。また、Aボタンを押すと舌打ち音を発することができる。壁に身体が衝突すると衝突音が流れ、同時にゲームコントローラが振動する。したがって、被訓練者は壁に衝突しないように歩行することと、反射音を聞き分けて開口部や壁のない方向を探すことが求められる。一方、訓練指導者は、実行画面を見ながら壁の有無や開口部の方向など、必要に応じて指示をだすことにより訓練を行う。なお、本システムは頭部運動感応型となっているため、視覚障害者が音源位置を探索する際に極めて重要な手がかりである、頭部の運動による音色の微妙な変化も模擬している。本システムを用いて訓練可能な能力は、障害物や壁までの距離を認識する能力、開口部の有無やその方向を知覚する能力、廊下や部屋などの広さを認識する能力、認知地図を形成する能力、などである。完成したシステムは視覚障害リハビリテーション研究発表大会等でデモンストレーションを実施した。その他、訓練に必要な基本的なコースウェアの考案は完了したが、東日本大震災のため実証実験には至らなかった。平成23年度以降も引き続き本研究を継続し、視覚障害者の反響定位能力訓練技法の確立に努めたい。イルカやコウモリは,自ら発する音声が壁や障害物に反射して戻ってくる音を聴覚で捕捉し,元の音声とのわずかな差を認識することによって障害物までの距離はもとより,その大きさまで捉えることができる。すなわち「反響定位」である。外界の情報を視覚から得られない全盲者にとっても,この反響定位の技術は有益であり,実際に一部の視覚障害者によって積極的に利用されているが,その獲得機序や訓練方法が確立されていない。そこで、本研究では、3次元音響バーチャルリアリティ(以下VR)の技術を応用し、仮想空間の中で安全にしかも効果的に反響定位の訓練ができるシステムの開発を行い、あわせて、訓練技法を考案する。これによって、視覚障害者の空間認知能力や障害物などを回避する能力を飛躍的に向上させることができ、視覚障害者のQOLの向上に寄与できるものと考える。反響定位に最低限必要な手がかりは、以下の3項目であることが伊福部・関(1993)らの研究によって明らかとなっている。(1)直接音と一次反射音による先行音効果とそれによって引き起こされる音像移動,(2)外耳道内での直接音と反射音の位相干渉とそれによって引き起こされるピッチの変化,(3)障害物への接近による両耳間相関係数の変化。平成20年度は,上記の3つの手がかりをPC上で模擬するために必要な信号処理技術の収集と獲得,障害物知覚に関する文献収集,ならびにVRシステムの試作機の開発を実施した。本VRシステムは,音源から直接耳に届く音,前後左右の壁・天井・床面の材質の違いによる一次反射音,空気減衰,ドップラー効果などをリアルタイムに模擬することが可能である。なお,まだ聴取実験は行われてはいない。本研究は、全盲者の反響定位能力(靴底や白仗が路面に接触ずることによって発せられた音波が、周囲の建物や障害物等に反射して跳ね返ってきたものを聴覚によって捉えることにより、周囲の環境を認識する能力)をバーチャル環境の中で安全にトレーニングするための装置を開発すると共に、訓練手法や教育効果の評価方法を確立することを目的としている。平成20年度は、反響定位訓練システムの開発に必要な文献の収集、ならびに、要素技術(一次反射、空気減衰、ドップラー効果等)の研究と試作機の開発を実施した。平成21年度は、一次反射や距離減衰等を実現するためのソフトウェアを改良した。これにより一次反射においては、全反射、布製カーペット、コンクリート、ビニールタイル張り、ウッド、煉瓦、石膏、全吸収など全部で8種類の壁材等を模擬できるようになった。また、距離減衰においては音源から聴取者までの距離の相違による遅延も模擬できるようになった。加えて、平成21年度の予算で購入した無線方式の高精度3DモーションセンサPolhemus Liberty Latus 240をシステムに実装するためにソフトウェアの改造を行った。これにより、音源定位(音源の位置や方向を特定すること)する際に極めて重要な、頭部運動による音像や音質の変化を模擬できるようになると同時に、短い距離ではあるが、実際に歩行しながら反響定位訓練が可能になった。さらに、歩行訓練中、壁などに衝突した際には音声でその旨を知らせると同時に、ゲームコントローラのバイブレーション機能を用いて振動による物理的なフィードバック刺激を与えられるようにした。これは室内での訓練に緊張感を与えるのがねらいである。なお、計画では完成した聴覚ディスプレイを用いて聴取実験を行い、システムの基本的な性能評価と、訓練用コンテンツ、ならびにコースウェアの開発まで着手する予定であったが若干遅れている。

本研究は、全盲者の友響定位能力(靴底や白杖が路面に接触することによって発せられた音波が、周囲の建物や障害物等に反射して跳ね返ってきたものを聴覚によって捉えることにより、周囲の環境を認識する能力)をバーチャル環境の中で安全にトレーニングするための装置を開発すると共に、訓練手法やその評価方法を確立することを目的としている。平成22年度は、システムの完成と訓練効果の検証を目指した。完成したシステムは次のようなものである。被訓練者はヘッドフォンを装着し、手にはゲームコントローラを持って、バーチャル空間内を歩行する。コントローラの前進ボタンを押すと1歩前に進み、同時に足音の直接音と壁などから一次反射音が聞こえる。また、Aボタンを押すと舌打ち音を発することができる。壁に身体が衝突すると衝突音が流れ、同時にゲームコントローラが振動する。したがって、被訓練者は壁に衝突しないように歩行することと、反射音を聞き分けて開口部や壁のない方向を探すことが求められる。一方、訓練指導者は、実行画面を見ながら壁の有無や開口部の方向など、必要に応じて指示をだすことにより訓練を行う。なお、本システムは頭部運動感応型となっているため、視覚障害者が音源位置を探索する際に極めて重要な手がかりである、頭部の運動による音色の微妙な変化も模擬している。本システムを用いて訓練可能な能力は、障害物や壁までの距離を認識する能力、開口部の有無やその方向を知覚する能力、廊下や部屋などの広さを認識する能力、認知地図を形成する能力、などである。完成したシステムは視覚障害リハビリテーション研究発表大会等でデモンストレーションを実施した。その他、訓練に必要な基本的なコースウェアの考案は完了したが、東日本大震災のため実証実験には至らなかった。平成23年度以降も引き続き本研究を継続し、視覚障害者の反響定位能力訓練技法の確立に努めたい。
カイコ脳の情報処理を制御する遺伝子群の単離と分子機構の解析

鱗翅目昆虫の脳機能の解明を進めるため、カイコの変異体のうち、環境からの刺激や周辺状況へ脳が応答して発現する形質の変異体、すなわち産卵行動の変異体(u80)、営繭行動の変異体(Fl)、および休眠性(光周反応)に関する変異体(Lm)について、原因遺伝子を探索した。連鎖解析の結果、u80系統については、主働遺伝子が第10染色体の特定な領域に存在していることが判明した。Fl(浮きちぢら)については、第7染色体の2つの遺伝子のいずれかが原因であると分かった。さらに、Lmについては、Z染色体の1領域(遺伝子30個)へ絞り込んだ。これらについて候補遺伝子をノックアウトして機能を解析している。本研究「カイコ脳の情報処理を制御する遺伝子群の単離と分子機構の解析」では、カイコの突然変異体と遺伝分析・トランスクリプトーム解析等によって、脳と神経系における環境情報の処理と神経活動のパターンを制御する鍵遺伝子を発見するとともに、情報処理の遺伝子ネットワークを解明することを目的としている。(1)カイコの環境応答変異体(化性変異)の解析:Lm遺伝子はカイコが日長や温度を感受し、次世代を休眠させるか否かを脳に判断させる遺伝子で、Z染色体に座乗する。戻し交雑を繰り返すことにより、Lm(e)変異型遺伝子をもつカイコ品種「輪月」のゲノムに、支108号のLm(+)遺伝子の周辺の染色体領域を置換したコンジェニック系統を作出した。この系統を用いて、Lmの候補遺伝子を探索している。(2)カイコの化学刺激応答変異体の解析:カイコの変異体spliは化学刺激への応答が異常である。spliの脳のトランスクリプトームを次世代シークエンサーによるRNA-seq解析により明らかにし、正常な個体のものと比較した。その結果、かなり多くの遺伝子にmRNA発現量の差異が認められることが判明した。(3)カイコの産卵行動の変異体"xu20"の解析:多くの昆虫では、雌は交尾するまで産卵を抑制しており、交尾が成立して精液を受入れると産卵行動が始まるようにプログラムされている。カイコでは、有核精子が雌の膣前庭の神経を刺激することで行動プログラムが切り替わる。今年度は、未交尾状態で産卵行動が抑制されず、羽化後ただちに産卵を開始してしまう変異体「xu20」を用い、この形質を支配する遺伝子を染色体へマッピングした。脳における情報処理を制御する遺伝子群の単離と分子機構の解明を目的にし、以下(1)(3)のそれぞれの形質を支配する遺伝子を探索している。(1)カイコおよび野蚕の環境応答遺伝子の解析:伴性晩成(Lm)は、カイコの化性と光周反応を支配する最上位の遺伝子であり、複数の対立遺伝子が異なる光周反応を決定している。先行研究から、Lmは脳で働く遺伝子と考えられている。今年度は、コンジェニック系統を利用してLm形質の候補遺伝子を絞り込んだ。また、カイコ以外に、柞蚕の光周反応である蛹休眠に着目し、休眠に伴う遺伝子発現の変動をRNA-seqで解析した。(2)営繭行動を支配する遺伝子の解析:繭の形態が異常となる「浮きちぢら」(Fl)および「胴切」の遺伝分析を進めた。Flは繭の構造が緩んだ綿のような繭を作る変異体、胴切は繭の胴部(中央部分)のくびれが著しく、そこの繭層が薄いために中の蛹が見えてしまう変異体であり、いずれも営繭時の幼虫の行動の異常によって生ずる形質であり、脳によって支配されると考えられる。交配実験により、これら繭形形質を支配する遺伝子の所属染色体を解析した。(3)カイコの産卵行動の変異体の解析:xu20は、正常なカイコに見られない交尾前産卵が起きる変異体である。連鎖解析により、この形質を支配する遺伝子を第10染色体のある領域の狭めることができた。また、遺伝的モザイク(mo)遺伝子を用いて、xu20遺伝子の作用についてクローン解析を実施した結果、この遺伝子のfocusは脳ではなく腹部にあると推定された。脳における情報処理を制御する遺伝子の単離と分子機構の解明をめざして、以下(1)(2)(3)のそれぞれの形質を支配する遺伝子を探索した。(1)環境応答遺伝子の解析:カイコの光周反応(胚休眠など)を支配する重要遺伝子Lmの解析と、柞蚕の蛹休眠について、それぞれ解析し、前者については候補遺伝子の機能解析、後者についてはRNA-seqデータの詳細な解析を、それぞれ実施した。(2)営繭行動の変異体(Fl)の解析:「ボカ繭」と呼ばれる繭型は、第7染色体の1遺伝子座Flにより支配されることが分かっている。

この繭型は幼虫の営繭行動の異常によって現れる。Flホモ系統と正常系統を交雑し、ポジショナルクローニングを行った結果、原因領域を第7染色体の約292kbまで絞り込んだ。ここには2つの候補遺伝子があるが、それらはいずれも、Fl系統と正常系統の間でタンパク質コード領域の配列に違いはなかったが、発現パターンの差異によって表現型が現れるのではないかと推察された。(3)生殖行動の変異体(u80)の解析:正常なカイコ雌蛾は、雄蛾との交尾後にはじめて産卵を開始する。これらの行動変化は、交尾により雌体内への送り込まれた有核精子が雌の内部生殖器官の前庭に進行することで起きるとされているが、性行動変化に関わる分子メカニズムの解明は不明である。u80と正常系統(日106)との交雑により、未交尾産卵性の主動遺伝子は第10染色体にあり、第24、25の2本の染色体も影響することが分かった。F2の解析から、第10染色体の特定の領域に原因を絞り込み、そこには7個の遺伝子があることを突き止めた。前年度までに実施したクローン解析の結果から予想される発現組織における発現パターンから、有望な遺伝子を1個に絞ることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。光周反応、営繭行動、および産卵行動、これら脳が支配する行動形質を支配する遺伝子の解明へ向けて、研究が順調に推移している。昆虫遺伝学光周反応、営繭行動、および産卵行動、これら脳が支配する行動形質を支配する遺伝子の解明へ向けて、ポジショナルクローニングによる遺伝子の単離を急ぐほか、次世代シークエンサーを用いたRNA-seqや神経科学的な解析を含めて総合的なアプローチを試みる。従来分子レベルで未同定であったLm遺伝子とxu20遺伝子の両者について、連鎖解析で遺伝子が特定できる可能性が見えてきている。またトランスクリプトーム解析による遺伝子作用の解析も順調に進んでいる。光周反応を支配するLm遺伝子の単離と機能証明へ向けて努力する。xu20遺伝子の単離へ向け、染色体上での位置の絞り込みを行う。食性遺伝子の脳での機能を、RNA-seqのみならず個別遺伝子の機能解析へ深めてゆく。
動物のモ-ビリウイルス病の遺伝子診断と組換えDNAワクチン

牛疫ウイルス(RV)の糖蛋白(H・F)の全塩基配列を決定した。1.塩基配列からH蛋白はN末端をエンベロ-プの中に、C末端を外に出しているユニ-クな構造をもつことが推測された。H蛋白の10ヶ所の領域に対応する合成ペプチド抗体を用いて解析したところ、C末端側がエピト-プを構成しており、膜外に存在する可能性が示唆された。2.F蛋白の塩基配列から、この蛋白がプロテア-ゼによる開裂部位をもち、糖鎖はF2蛋白にのみ3ヶ所付加することが推測された。RV感染細胞をラベルし解析すると、F1、F2に開裂すること、F2は糖が付加しているが、F1には糖鎖が結合していないことが確かめられた。3.H遺伝子をワクチニアウイルスのHA遺伝子領域に組み込んだ組換えDNAワクチンを作成した。ウサギを使ったモデル実験系では、組換えワクチンを接種した個体は全例RVに対する中和抗体を産生し、攻撃試験にたいして臨床的、ウイルス学的、病理学的に完全に防御されることが確認された。イヌジステンパ-ウイルス(CDV)の神経毒性を解析した。4.CDVをin vitroで神経系細胞に順化し、ウイルスが神経毒性を獲得する機序を明らかにすることを試みた。ウイルスを順化すると神経毒性は強くなるが、これは主にウイルスゲノムの変化と糖蛋白の変化によるものであることが示唆された。5.ニホンザル間にCDVの流行が起こり、そのうち一匹がCDV脳炎をおこしたことを証明した。これは霊長類がCDVに自然感染し脳炎を起こすことを示した世界で最初の報告である。6.新世界ザルに属するリスザルがCDVにより激しい脳炎を起こすと共に、全身性痙攣発作を頻発することが明らかになり、ウイルス誘発性"てんかん"のモデルになり得ることが示唆された。牛疫ウイルスの感染に最も重要と考えられる2つのエンベロープ糖蛋白, H蛋白とF蛋白の全塩基配列を決定した.塩基配列から推定されるH蛋白は疎水性アミノ酸配列がN末端にしかなく,シグナルペプチダーゼ認識部位を欠いていた.従ってN末端部の疎水性配列が,シグナルペプチドと膜通過部位の両方を兼ね, C末端が外測に出ているユニークな構造を持つと考えられるので,現在各エピトープに対応する合成ペプチドを作成し,特異抗体を用いてH蛋白の立体構造解析を進めている.またF蛋白は,プロチアーゼによる開裂部位と思われる塩基性アミノ酸配列RRHKRを持ち,開裂後のF_1のN末端になる疎水性アミノ酸配列は,他のモービリウイルスおよび他のパラミキソウイルスと共通していた.糖付加部位はF_2にのみ3ヶ所存在していた.牛疫ウイルス感染細胞をアイソトープラベルし, Fに対するモノクローナル抗体あるいは単特異抗体を用いた免疫沈降法により, F_0からF_1, F_2に開裂すること, F_0とF_2蛋白は糖付加しているがF_1蛋白には糖鎖が結合していないことが確められ,塩基配列から推定された構造と,感染細胞を用いた分析結果とは,よく一致していた.この他にHとF遺伝子をワクチニアウイルスに組込んだベクターワクチンの作成を行なっている. 7.5K蛋白あるいはA型封入体のプロモーターの下流に牛疫ウイルスのH遺伝子を組込んだワクチニアウイルスクローンを得ることが出来たので,現在ウサギを用いてワクチン効果を調べている.両プロモーターとも感染ウサギに対してH蛋白に対する抗体産生を惹起し,牛疫ウイルスウサギ順化株(L株)の攻撃に対して,完全に発症を阻止した.現在F遺伝子あるいはH・F遺伝子を組込んだワクチニアウイルスクローンについても研究を進めている.牛疫ウイルスH遺伝子を組込んだワクチンアウイルスベクターワクチンを作成した。

これはワクチンPウイルスのHA遺伝子領域に牛疫ウイルスのH遺伝子を組込んだもので、プロモーターとしては、7.5K蛋白あるいはA型封入体のプロモーターを用いた。(I)合計14羽の兎を用いて、組換えワクチンアウイルス(RVV)のワクチン効果を検討した。ワクチンを接種した群には全例牛疫ウイルス中和抗体の産生がみられた。ワクチン接種4週間後の攻撃実験では、A型封入体のプロモーターを持つRVVで免疫された1羽で、攻撃後一過性の症状が見られた外は、13羽全てが発症せず耐過した。一方対照群であるワクチンアウイルス接種群(5羽)と無処理群(3羽)では、全例発症し、うち4例が死亡した。対照群の兎リンパ組織からは10^410^5の牛疫ウイルスが分離されたのに対し、ワクチン接種群ではウイルスは全く分離されなかった。(II)(I)でも挿入したH遺伝子は比較的長い非コード領域を持っているため、プロモーター領域は改変し、H蛋白の発現効率が上昇するか否かを検討した。主要な改変は(1)プロモータと開始ユドンの間を短くし、両者間に存在するアウトフレームのATGを除くこと。(2)ATGの直前配列をワクチンアウイルス後期蛋白プロモーター領域にみられる共道配列にすることであった。このように改変すると、前述の様の約10倍の発現量をもつ株が得られた。この株はin vivoにおいても、より低いウイルスカ価で兎に牛疫ウイルスに対する免疫を誘導することができた。現在牛疫ウイルスの改変H遺伝子をHA領域に、F遺伝子をTK遺伝子領域にもつ、二価の組換えワクチンアウイルスを作成中である。1)牛疫ウイルスH遺伝子を組込んだワクチニアウイルスが、ウサギを用いたモデル実験系で、牛疫ウイルスL株の攻撃試験に抵抗性を賦与することが明らかになったので、このワクチン効果をさらにウイルス学的、病理学的に検討した。組換えワクチン接種群は全例無症状に耐過し、攻撃ウイルス接種後3-5日目に採材した個体からは全くウイルスは分離されず、病理組織学的にはリンパ組織に軽度の変性と代償性の活性化がみられた。他方ワクチン非接種群では、胸腺・脾・腸根リンパ節などから高力価のウイルスが分離され、また病理学的には重度のリンパ壊死・腸炎がみられ、ワクチンの有効性が確認された。2)牛疫ウイルスNP遺伝子をクロ-ニングし、バキュロウイルスベクタ-に組込み、大量に発現することができた。組換えバキュロウイルス感染細胞から蛋白を粗抽出し、ラテックス粒子に結合させ急速凝集反応による診断方法の確立をこころみている。緩衝液のモル濃度やpHにより結果が安定しない点に問題を残している。一方発現したNP蛋白の抗原性を5種類の異なるエピト-プを認識しているモノクロ-ナル抗体を用いて調べたところ、組換えバキュロウイルス感染細胞でも、この5種類の抗原決定基が全て発現していることが確認された。3)牛疫ウイルスH蛋白の10領域に対応する合成ペプチドに対する抗体を用いてH蛋白のエピト-プ解析を行ったところ、N末端側の疎水性領域に対する合成ペプチドT9の抗体はウイルス中和能がなく、H蛋白との反応性が低いためエピト-プとはなっておらず、膜内に存在する可能性が高いと考えられた。また親水性領域に対する抗体では抗T2-T7抗体は中和能が高く、抗T1・T8抗体は中和能は低いが免疫沈降でH蛋白と反応することが確認された。
野生食虫類における二糖類消化酵素欠損動物の検索と疾患モデル動物としての育成

1)ヒトにおける遺伝的糖不耐性症のモデル動物を育成する目的で、野生食虫類における二糖類消化酵素欠損動物の検索を行った。その結果、スクラーゼ活性の欠損した個体を発見したがイソマルターゼ、マルターゼ、トレハラーゼの欠損型はみいだせなかった。2)トガリネスミ科ジネスミ亜科2種をみてみるとスンクスでは多良間島産野生個体すべて(13匹)がスクラーゼ活性を欠損していた。スリランカ産、バングラデシュ産、沖縄本島産、徳之島産には他地域では欠損型は見い出せなかった。ニホンジネズミ(2地域4匹)については活性がみられた。3)トガリネズミ科トガリネズミ亜科6種をみてみると北海道東部で採集したオオアシトガリネズミ(1地域7匹)、バイカルトガリネズミ(1地域1匹)、ヒメトガリネズミ(1地域8匹)、本州産のアズミトガリネズミ(1地域2匹)、シントウトガリネズ(2地域5匹)、佐渡島産のサドトガリネズミ(1地域4匹)では測定した全ての個体でスクラーゼの活性が欠損していた。4)分類上論争のある2種では、台湾産モグラジネズミ(1地域3匹)、青森産カワネズミ(1地域2匹)についてはずべての個体にスクラーゼ活性が欠損していた。5)モグラ科4種ではヒミズ(6地域12匹)、ヒメヒミズ(2地域12匹)、アズマモグラ(1地域1匹)、コウベモグラ(1地域6匹)の全ての個体で酵素活性がみられた。6)スクラーゼの酵素活性欠損モデル動物では多良間島産(TR)、ミュータント系(NJ,MI)、長崎産由来のNAGのスンクス各ラインを育成した。(1)小腸刷子縁膜二糖類水解酵素の遺伝的異常または糖に対する遺伝的不耐性症は,ヒトではかなりの症例報告がある.しかしながら,これらの異常を研究する実験動物はいままで育成されておらず,詳細な遺伝学的,分子生物学的研究に不都合を生じていた.そこでモデル動物を育成する目的で,日本産食虫類の中で野生スンクス集団およびそれ以外のトガリネズミ亜科6種,ジネズミ亜科1種,モグラ科3種についても小腸刷子縁膜二糖類水解酵素の活性を測定測定した.(2)その結果,スンクスでは多良間島産野生個体すべてがスクラ-ゼ活性を欠損していた.スリランカ産バングラデシュ産,沖縄本島産,徳之島産には欠損型はみいだせなかった.スンクスのNem:NGAラインの中で家系図を作製したところ,スクラ-ゼ活性の欠損型は常染色体単ー遺伝子によって支配されていることが判明した.(3)本州に生息するトガリネズミ科ジネズミ亜科のニホンジネズミ(2地域4匹)およびモグラ科のヒミズ(6地域12匹),ヒメヒミズ(2地域12匹),アズマモグラ(1地区1匹)では測定したすべての個体でスクラ-ゼの活性が認められた.(4)日本産野生食虫類のうち北海道東部で採集したトガリネズミ科トガリネズミ亜科のオオアシトガリネズミ(1地域7匹),バイカルトガリネズミ(1地域1匹),ヒメトガリネズミ(1地域8匹)および本州産のアズミトガリネズミ(1地域2匹),シントウトガリネズミ(2地域5匹),サドトガリネズミ(1地区4匹)では測定した全ての個体でスクラ-ゼの活性が欠損していた.(5)スンクスはスクラ-ゼ活性欠損という二糖類水解酵素の遺伝的異常をもった最初のモデル動物でありさらに新たなモデル動物の育成の可能性が予測できた.1)前年度にひきつづき日本産野生食虫類における二糖類水消化酵素の活性の有無を、採集地および匹数をふやして検索した。2)モグラ科ではすべて酵素活性をもっていたが、新たに追加したコウベモグラ(愛知県春日井市で採集)は6個体すべてスクラーゼ、イソマルターゼ、マルターゼ、トレハラーゼの酵素活性をもっていた。

3)今泉(1988)の世界哺乳類和名辞典ではトガリネズミ科ジネズミ亜科に分類されている2種、すなわち台湾産モグラジネズミAnourosorexsquamipes(1地域3匹)、青森県カワネズミChim arrogale him alayica(1地域2匹)についてはすべての個体にスクラーゼ活性が欠損していた。2種はトガリネズミ亜科に分類するかジネズミ亜科に分類するか論争のあるモグラジネズミ属およびカワネズミ属の1種であるが、今回のスクラーゼ活性の欠損と言う観点からすると、トガリネズミ亜科に分類する方がよいのではないか、と考えられた。4)スンクスにおいてスクラーゼ活性欠損ライン、TR、NAG,MI,NJを育成した。
高反応性オキセタン誘導体の立体選択的合成法の開発とその反応性に関する研究

高歪みエネルギーと酸素原子を有する3員環化合物(オキシラン)を用いる環開裂反応は、有機化合物を構築する際の重要な一段階として認識されていることは言うまでもない。一方、同様に高い反応性を示すと考えられる4員環化合物(オキセタン誘導体)の合成的利用は、限られたものに留まっているのが現状である。その大きな要因としては、それらオキせタン誘導体の位置及び立体選択性の制御が困難であったことが挙げられる。位置及び立体選択的なオキセタン誘導体の合成法が確立出来れば、現時点で合成上問題とされる点の解決法と成りうる事は明らかである。その観点に基ずき、我々はケテンシリルアセタール類とカルボニル化合物との光反応を設計し、その反応を詳細に検討してきた。本年度は、平成10年度で見いだした研究をさらに発展させる事を目的とし、新規なオキセタン誘導体の位置及び立体選択的合成法の確立に挑戦した。その結果、位置及び立体選択的なオキセタン生成に対する硫黄原子の電子的効果を新たに発見した。すなわち、ビニルスルフィドをカルボニル化合物との光[2+2]環化反応に用いることで、合成化学的に興味深い3-アルキルチオオキセタンの立体選択的合成に成功した。我々が新規に見いだしたこの硫黄原子のオキセタン生成に対する効果は、光[2+2]環化反応におけるbreakthrough的発見であり、今後更なる発展が期待される。高い歪みエネルギーと酸素原子を有する3員環化合物(オキシラン)を鍵中間体として用いる環開裂反応は、有機化合物を構築する際の重要な一段階として認識されていることは言うまでもない。一方、同様に高い反応性を示すと考えられる4員環化合物(オキセタン誘導体)の合成的利用は、限られたものに留まっているのが現状である.その大きな要因としては、それらオキせタン誘導体の位置及び立体選択性の制御が困難であったことが挙げられる。もし、位置及び立体選択的なオキセタン誘導体の合成法が確立出来れば、現時点で合成上問題とされる点の解決法と成りうる事は明らかである。その結果、適切な反応溶媒(低極性溶媒)・ケイ素官能基(立体的に込み合ったもの)の選択により、2-シロキシオキセタンが高い位置及び立体選択性(エキソ体が優先して生成)を持って、効率良く(化学収率80%以上)得られることを見いだした。また、得られた2-シロキシオキセタンが、温和な条件下での加水分解でケイ素官能基の脱離を伴う環開裂反応により、対応するβ-ヒドロキシエステル(アルドール)誘導体を定量的に与えることも見いだした。そのアルドール誘導体の立体化学(トレオ選択的)は、現在までに知られているルイス酸を用いた熱的反応では得ることが困難であり、有機合成化学的に極めて興味深い知見である。
レーザーによる原子力施設の表面除染技術の実用化に関する研究

本研究は、原子力施設内の汚染物質表面にレーザーを照射し、アブレーションにより表面に付着した放射性物質のみを除去するレーザー除染技術を実用化することを目的とし、そのためのレーザーのパルス幅、波長、強度等の最適化、高出力レーザーの長距離伝送技術の確立、飛散物質の回収技術の確立を、実験及びシミュレーションにより行ってきた。レーザーアブレーションによる除染性能の確定のために、融解、蒸発の効果も取り入れ、熱伝導方程式を解いて温度分布を決定し、厚み方向のみの1次元のシミュレーションを行った。本研究では、ミクロパルス幅が20ps、及びミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーを用いて実験及びシミュレーションを行った。ファイバー中の高出力レーザー光の伝送に関し、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーの方が伝送効率が高いことが示された。除染効率、伝送効率の双方を考慮し、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーがより最適である、事を示した。また、飛散物質の回収に関する基礎実験を行い、蒸発した粒子が大気中を数cm飛散する際に凝縮し、110mmの粒径になっていることを見い出した。さらに高速シールドガス等による強力な冷却が不要であり、二次的生成物が極めて少ない事を実証した。飛散物が粒子状であるので制御が可能であり、飛散する放射性物質の回収が効率良く行われる。この時の回収率はほぼ100%近い。回収はフィルターで行うことができ、処理は容易である。プラズマの発生過程からその運動までを取り入れた除染シミュレーシヨンコードも開発した。SUS304の表面に1μml酌室の厚さの酸化被膜を付着した試料に関し、レーザー除染実験とシミュレーションが良い一致を示した。またSUS304の表面に5μmの亜鉛メッキを施した試料に関し、実験とシミュレーションが良い一致を示すことを確認し、酸化被膜の膜厚が5μm100μmの場合のレーザー除染効率等について、シミュレーションにより評価した。その結果、ある一定の膜厚をこえると、除去に必要なレーザーフルエンスの傾向が異なってくることがわかった。用いたレーザーNd:YAGモードロックレーザーで、波長は1064nm、ミクロパルス幅20ps、ミクロパルス間隔11.2ns、マクロパルス幅10μsである。また、レーザーによる酸化被膜等の除染実験とシミュレーションの比較検討を行い、パルス幅等による除染の差違を明らかにした。レーザーアブレーションの際には、プラズマの効果が重要となってくる。本年度は、プラズマによるレーザー光の吸収の効果を取り入れたコードを開発した。今後、プラズマの発生過程からその運動までを正確に取り入れたコードの開発も行う。除染ヘッドの設計には、蒸発した粒子の大きさ、速度等の評価が必要であり、その効果を含んだ新しいシミュレーションコードの開発も現在進行中である。ファイバー中の高出力レーザー光の伝送、集光実験も現在進行中である。本研究は、原子力施設内の汚染物質表面にレーザーを照射し、表面に付着した放射性物質のみを融解、蒸発し除去するレーザーアブレーション除染技術を実用化することを目的としている。そのためのレーザーのパルス幅、波長、強度等の最適化を、実験及びシミュレーションにより行ってきた。レーザーアブレーション除染技術の実用化のためには、(1)レーザーアブレーションによる除染性能の確定、(2)飛散物質の回収技術の確立、(3)高出力レーザーの長距離伝送技術の確立、の3点が重要である。融解、蒸発の効果も取り入れ、熱伝導方程式を解いて温度分布を決定し、厚み方向のみの1次元のシミュレーションを行い、実験と比較することにより、除染性能の確定を行った。また、飛散物質の回収に関する基礎実験を行い、蒸発した粒子が大気中を数cm飛散する際に凝縮し、110μmの粒径になっていることを見い出した。

本年度半ばまでは、ミクロパルス幅が20psのモードロックレーザーを用いて実験を行っていたが、ファイバー中の高出力レーザー光の伝送の際に、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーの方が伝送効率が高いことが分り、本年度後半からは、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーを用いた実験を行っている。プラズマの発生過程からその運動までを正確に取り入れたコードの開発中である。本研究は、原子力施設内の汚染物質表面にレーザーを照射し、アブレーションにより表面に付着した放射性物質のみを除去するレーザー除染技術を実用化することを目的とした。レーザーのパルス幅、波長、強度等の最適化、高出力レーザーの長距離伝送技術の確立、飛散物質の回収技術の確立を、実験及びシミュレーションにより行ってきた。前年度までは、ミクロパルス幅が20psのモードロックレーザーを用いて実験を行っていたが、ファイバー中の高出力レーザー光の伝送の際に、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーの方が伝送効率が高いことが分り、本年は、ミクロパルス幅が100psのモードロックレーザーを用いた除染実験、ファイバーによる長距離伝送実験を行った。レーザーアブレーションによる除染性能の確定のために、融解、蒸発の効果も取り入れ、熱伝導方程式を解いて温度分布を決定し、厚み方向のみの1次元のシミュレーションを行った。本年度は、前年度までに主に評価してきたミクロパルス幅が20psの場合に変わり、ミクロパルス幅が100psの場合のシミュレーションを行い、実験と比較することにより除染性能の確定を行った。また、飛散物質の回収に関する基礎実験を行い、蒸発した粒子が大気中を数cm飛散する際に凝縮し、110μmの粒径になっていることを見い出した。ファイバー中の高出力レーザー光の伝送、集光実験も行った。プラズマの発生過程からその運動までを正確に取り入れたコードも開発した。
非水溶媒を用いた濃度差発電による閉サイクル型エネルギー変換法の研究

100°C以下の温水など、従来、エネルギー回収が困難であった低品質熱源から,熱サイクルに依存せずに電気化学的に高品質エネルギーである電気エネルギーを安定的,連続的に取り出す手法の研究を2年間に渡り行った。試験結果より、溶媒としてメタノール、電解質としてLiClを選択し、6種類のイオン交換膜の両側に通液し、正逆両方向に通電することで発生する起電力の値や、抵抗を求めた。3対から最大10対のイオン交換膜からなる発電セルを組み立て、発電試験を行ない、電流電圧特性と出力密度を求めた。課題としてはアニオン膜の選択性向上やセル抵抗の低減が挙げられる。100°C以下の温水など,従来エネルギー回収が困難であった熱源から電気エネルギーを安定的,連続的に取り出す手法の研究を行った。具体的には沸点の低い有機溶媒に濃度を変えて中性塩を溶解したものを2種類用意し,イオン交換膜を介して接触させるとネルンスト電位と呼ばれている濃淡電位が理論通り発生することを確認した。さらに,両側に電極をおいて電流を取り出すことで,電気化学的な発電ができることを確認した。この結果,低濃度液は濃度が濃くなり,高濃度液は濃度が薄い方向に変化するため,液の一部を廃熱により蒸留再生する。分離した高濃度の中性塩と純溶媒を戻すことにより濃度の再生ができる。このような再生プロセスについては公知技術で実現が可能であるため,本研究では計画書に記述の通り,実施しなかった。このようなプロセスが実現できれば発電所,工場などの廃熱や地熱,温泉排水など,従来活用されていなかった低品質の熱を高品質エネルギーである電力に変換できることになり,新しい再生エネルギーとなり得る点で意義が大きい。以下具体的な成果の概要を述べる。1溶媒と溶質の選定:複数の溶媒及び溶質の候補のなかから,溶媒としてメタノール,溶質として塩化リチウムを選定した。2発電セルの製作と発電試験:耐蝕性に優れた発電用セルの材料としてポリテトラフルオロエチレンを選定し,有効面積5.3cm2のセルを製作した。これにイオン交換膜を2対から6対組み込み,溶液の濃度を各種変更して電流を流さない場合の起電力特性と,電流を流した場合の出力特性を把握した。これにより本研究で選定した系で発電が可能であることを確認した。これは従来報告には見られない成果である。しかし,比較的抵抗が大きいので,28年度は抵抗の低減についての課題にも取り組む予定である。本研究の主要な目的は非水溶媒を用いた濃度差を持つ溶液間での発電部分の原理実証である。27年度は非水溶媒としてメタノール,溶質として塩化リチウムを選定し,塩化リチウムの濃度を種々変えて26対のアニオン交換膜とカチオン交換膜からなる膜対の間に通液した。膜は初年度としては最も一般的なものを使用した。本年度は電流を流さない場合の起電力特性を把握し,高濃度液/低濃度液の濃度比が高いほど起電力が高い値を得た。また膜対当たりの起電力は理論値よりわずかに高い値を得たが,これは両側の電極液の寄与によるものと推定され,膜対数を多くするほど影響は緩和された。この影響を補正して理論起電力と測定起電力を比較すると,膜の性能指標の一つであるイオン選択性は水溶液系の値よりやや低い値になった。続いてガルバノスタットを用いて電流を流して出力特性を計測した。発電出力の濃度依存性や膜対数の依存性に関するデータを取得し,また向流インピーダンス法を用いてセルの電気抵抗の内訳を計測した。これら一連の試験を通じて,27年度の目標である非水溶媒を用いた濃度差発電の原理確認は達成できたものと考える。ただし,電気抵抗の計測結果は直流抵抗が大きいことを示唆するデータであり,28年度は抵抗低減についても試験を行う計画である。100°C以下の温水など、従来、エネルギー回収が困難であった低品質熱源から、熱サイクルに依存せずに電気エネルギーを安定的、連続的に取り出す研究を2年間に渡って実施した。平成27年度は机上検討にて選択した溶媒、溶質の組み合わせて限定的な原理試験を実施したが、平成28年度は膜の種類をカチオン膜3種類,アニオン膜3種類に広げて濃淡電位の計測を行うとともに、選択した膜を用いて濃度差による発電試験を実施した。1濃淡電位の計測方法:新しい方法として,流動条件下で正方向,逆方向に通電を行い,両極に設置した可逆電極の電位差を計測する方法とした。膜なしの計測結果と合わせることにより,電流0Aにおける電位軸との切片が濃淡電位の値となる。本方法が優れている点としては濃淡起電力と同時に電流電圧曲線の傾きにより抵抗が算出できることである。膜の選択性(輸率)については,アニオン膜の選択性が低いことが判明した。これは非水溶媒中の電解質のイオン解離度が小さいことと、アニオン膜の固定電荷がアンモニウム基であり、カチオン膜のスルホ基と比較してイオンとの電荷反発力が弱いことに起因していると推定した。2電解質選択:塩化リチウムに加えて,臭化リチウム,六フッ化リン酸リチウム,フッ化リチウムを供試し,塩化リチウムが最も高い電気伝導率と溶解度を与えたため、溶質として相応しいことが分かった。3濃度差発電試験:アニオン、カチオンそれぞれ3種類の膜から現時点で最適な膜を輸率と抵抗値の計測データより決定し、3対、5対、10対のセルを組み立てて発電試験を行い、電流電圧特性と出力密度特性を得た。

4今後の課題:膜の抵抗低減とアニオン膜の輸率向上が挙げられる。本年度に得た非水溶媒系のデータを、水系のデータと比較することで、さらに性能向上と、プロセスの検討を行っていきたい。100°C以下の温水など、従来、エネルギー回収が困難であった低品質熱源から,熱サイクルに依存せずに電気化学的に高品質エネルギーである電気エネルギーを安定的,連続的に取り出す手法の研究を2年間に渡り行った。試験結果より、溶媒としてメタノール、電解質としてLiClを選択し、6種類のイオン交換膜の両側に通液し、正逆両方向に通電することで発生する起電力の値や、抵抗を求めた。3対から最大10対のイオン交換膜からなる発電セルを組み立て、発電試験を行ない、電流電圧特性と出力密度を求めた。課題としてはアニオン膜の選択性向上やセル抵抗の低減が挙げられる。28年度は計画通りの研究計画を予定している。27年度に計測しなかったイオン交換膜の種類を変更して単膜での起電力測定を行い,膜の種類が起電力特性に及ぼす影響を把握する。続いてスペーサの厚さを変えることで膜間の距離を小さい方に変化させ,溶液抵抗に及ぼす影響を把握する。さらに膜対数を10対程度まで増加し,電極液の影響を低減し,制度の高い出力特性データを得る計画である。これら一連の試験データをもとにプロセスのシミュレーションを行い,全体システムの性能計算を行う予定である。エネルギー変換学会が宿泊を要しない,通勤経路の日帰り出張範囲で開催されたため。本年度の旅費に使用するとともに,さらに差額がある場合には実験を充実するために試薬購入に使用する。
近傍銀河の高角分解能分子ガス観測から探る重い星の形成条件

本研究では、重い星の形成条件の明らかにするために、典型的な棒渦巻銀河を観測対象としている。棒渦巻銀河の腕部では活発に重い星を形成しているのに対して、棒部では顕著なダストレーンが見られ星形成の母胎となる分子ガスが豊富にあると思われるが、重い星の形成は見られない。この星形成の差が生じる原因を突き止めることで、重い星の形成条件の解明に迫っていく。2018年度は本研究の第一段階として、まず、棒部で重い星の形成が見られない極端な棒構造を持つ銀河の棒部・腕部を対象に、星形成の現場である分子雲の性質に違いが見られるのか調べた。そのために、近傍の棒渦巻銀河NGC1300を対象にアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計(ALMA)を用いて、分子ガス輝線CO(1-0)の高角分解能観測を行った。その結果、重い星の形成が見られない極端な棒部において、分子雲を検出することに成功した。さらに、観測した分子雲の性質(分子ガス質量・大きさ・速度・ビリアル比)を求め、腕部の分子雲と比較したところ、これら諸性質に明らかな違いは見つからなかった。このことは、分子雲そのものの性質は重い星の形成の有無とは関係性が無いことを示しており、これまでの先行研究では得られなかった成果である。加えて、棒部には希薄な分子ガスが大量に存在する可能性がわかってきた。これは、腕部に比べて希薄、つまり密度の低い分子ガスの割合が多いことが、棒部の星形成を抑制しているという可能性である。この結果はALMAの観測によって得られた新たな知見である。2018年度は本研究の第一段階として、まず、棒部で重い星の形成が見られない極端な棒構造を持つ銀河の棒部・腕部を対象に、星形成の現場である分子雲の性質に違いが見られるのか調べることを目標の一つとした。この目標に対して、多少の遅れはあったものの、研究は概ね順調に進み、有意義な成果(研究実績の概要参照)が得られた。これは、ALMA望遠鏡に提出した観測提案が無事採択され、高角分解能観測が行われたおかげである。2018年度のもう一つの目標が、シミュレーションとの比較検証を始めることであった。この目標に対しては、まだ検証の途中段階ではあるが、計画は概ね順調に進んでいる。共同研究者に依頼し、NGC1300の重力ポテンシャルを再現するような銀河のモデルを作成してもらうことで、分子雲の時間進化がわかってきたところである。分子雲の性質は観測結果と概ね一致しており、また、棒部では分子雲の衝突速度が腕部に比べて大きいことも明らかになってきた。さらに、棒部では希薄なガスが多いことも示唆されている。今後は、まず、密度の低い分子ガスの割合が多いことが、棒部の星形成を抑制しているという可能性が本当に正しいかどうかを調べる。このために、新たに野辺山45m望遠鏡で観測したデータの解析を進める。また、ALMA望遠鏡を用いたNGC1300の追観測を提案する予定である。さらに、分子雲の運動が星形成抑制と関係しているかどうか調べるために、シミュレーションとの比較検証を継続して行う。特に、シミュレーション結果をもとに、観測された分子雲の衝突速度が棒部と腕部で違いがあるのか調べていく予定である。また、棒部における希薄なガスがどこにどのように分布しているのかも、シミュレーション結果をもとに調べていく。

この目標に対して、多少の遅れはあったものの、研究は概ね順調に進み、有意義な成果(研究実績の概要参照)が得られた。これは、ALMA望遠鏡に提出した観測提案が無事採択され、高角分解能観測が行われたおかげである。2018年度のもう一つの目標が、シミュレーションとの比較検証を始めることであった。この目標に対しては、まだ検証の途中段階ではあるが、計画は概ね順調に進んでいる。共同研究者に依頼し、NGC1300の重力ポテンシャルを再現するような銀河のモデルを作成してもらうことで、分子雲の時間進化がわかってきたところである。分子雲の性質は観測結果と概ね一致しており、また、棒部では分子雲の衝突速度が腕部に比べて大きいことも明らかになってきた。さらに、棒部では希薄なガスが多いことも示唆されている。今後は、まず、密度の低い分子ガスの割合が多いことが、棒部の星形成を抑制しているという可能性が本当に正しいかどうかを調べる。このために、新たに野辺山45m望遠鏡で観測したデータの解析を進める。また、ALMA望遠鏡を用いたNGC1300の追観測を提案する予定である。さらに、分子雲の運動が星形成抑制と関係しているかどうか調べるために、シミュレーションとの比較検証を継続して行う。特に、シミュレーション結果をもとに、観測された分子雲の衝突速度が棒部と腕部で違いがあるのか調べていく予定である。また、棒部における希薄なガスがどこにどのように分布しているのかも、シミュレーション結果をもとに調べていく。
内殻励起を用いたサイト選択的解離の研究-分子ナイフへの応用を目指して-

我々は軟X線を分子のためのナイフとして用い、内殻励起後のサイト選択的解離に基づいて、分子から原子や原子団の切り取りを行うことを目的として研究を行った。軟X線励起の電子-イオン同時計数法、表面・凝縮相用の光電子-オージェ電子同時計数法などを用いて、周辺の環境が異なる2個のケイ素原子を含む分子(例えば、F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3)、N_2O、温室効果を示すCF_3SF_5、蟻酸二量体(HCOOH)_2などの各種内殻励起後のサイト選択的解離の実験を行い、サイト選択性が明瞭に現れる条件を求め、実験結果をab initio分子軌道法などを用いて解釈することを試み、その結果に基づいて、内殻励起を分子のためのナイフとして用いる方法を追求じた。特に、F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3気体のSi2p光イオン化後のサイト選択的解離については光電子(オージェ電子)-光イオン-光イオン三重同時計数溝を用いて、生成するイオンペアのサイト依存性やオージェ終状態依存性を明らかにした。さらに、オージェ終状態の電子配置やサイト澤択的オージェスペクトルをab initio分子軌道法などを用いて求め、実験結果と比較した。イオンペアはイオン化サイト付近の解離によって生成し、サイト選択性はほぼ100%であった。また、オージェ終状態の余剰エネルギーが増加したり、イオン化サイト付近の振動自由度が低くて余剰エネルギーを十分消費できないときには、イオン化サイト付近のみならず分子全体に解離が広がることが分かった。F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3は、Si2p光イオン化によって気相でも凝縮相でも顕著なサイト選択的解離を示したが、Sils光イオン化ではその選択性は減少した。また、N_2Oのようにサイトを直接結合させた分子ではサイト選択性は無視できる程度であづた。軟X線励起の電子-イオン同時計数法、表面・凝縮相用の光電子-オージェ電子同時計数法などを用いて、周辺の環境が異なる2個のケイ素原子を含む分子(例えば、F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3)やN_2Oなどの各種内殻励起後のサイト選択的解離の実験を行い、サイト選択性が明瞭に現れる条件を求め、実験結果をab initio分子軌道法などを用いて解釈することを試み、その結果に基づいて、内殻励起を分子のためのナイフとして用いる方法を追求している。現在気相では、光電子(オージェ電子)-光イオン-光イオン三重同時計数法などを用いてF_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3のより詳細なサイト選択的解離過程の機構を研究している。また、凝縮相では、オージェ-光電子同時計数法を用いて、F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3などのサイト選択的なオージェ過程を研究している。さらにF_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3のオージェ終状態の電子配置やサイト選択的オージェスペクトルをab initio分子軌道法などを用いて求め、気相や凝縮相の実験結果と比較している。そうした成果については来年度の報告書で述べる。

我々は軟X線を分子のためのナイフとして用い、内殻励起後のサイト選択的解離に基づいて、分子から原子や原子団の切り取りを行うことを目的として研究を行った。軟X線励起の電子-イオン同時計数法などを用いて、周辺の環境が異なる2個のケイ素原子を含む分子(例えば、F_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3)、温室効果を示すCF_3SF_5、蟻酸二量体(HCOOH)_2などの各種内殻励起後のサイト選択的解離の実験を行い、サイト選択性が明瞭に現れる条件を求め、実験結果をab initio分子軌道法などを用いて解釈することを試み、その結果に基づいて、内殻励起を分子のためのナイフとして用いる方法を追求してきた。特にF_3SiCH_2CH_2Si(CH_3)_3気体のSi2p光イオン化後のサイト選択的解離については光電子(オージェ電子)-光イオン-光イオン三重同時計数法を用いて、生成するイオンペアのサイト依存性やオージェ終状態依存性を明らかにした。さらに、オージェ終状態の電子配置やサイト選択的オージェスペクトルをab initio分子軌道法などを用いて求め、実験結果と比較した。イオンペアはイオン化サイト付近の解離によって生成し、サイト選択性はほぼ100%であった。また、オージェ終状態の余剰エネルギーが増加したり、イオン化サイト付近の振動自由度が低くて余剰エネルギーを十分消費できないときには、イオン化サイト付近のみならず分子全体に解離が広がることが分かった。
北太平洋渦解像モデルを用いた大気擾乱や潮汐が物質循環・生態系に与える影響の理解

大気擾乱や潮汐混合、海洋の中規模現象が海洋の物理環境変化を通じて、海盆スケールの物質循環・生態系に与える影響を理解するため、植物プランクトンの成長速度を固定した従来の低次生態系(NPZD)モデルと研究協力者が中心に開発した最適な海洋環境(栄養塩や光)に適応した植物プランクトンの成長速度を表現できる低次生態系モデル(Flexible Phytoplankton Functional Type, FlexPFTモデル)を海洋の中規模現象(渦や海洋循環など)が再現できる北太平洋渦解像モデル(OFES)にそれぞれ組み込み、シミュレーションを実施した。モデルの駆動力として、気象庁が提供する55年長期再解析データ(The Japanese 55-year Reanalysis, JRA55)を使用した。モデルで再現される栄養塩や海面クロロフィル、生物生産の時空間分布(水平分布や鉛直分布、季節性)を改善するため、衛星観測データや現場観測データとモデル結果をそれぞれ比較し、二つの低次生態系モデル(NPZDモデルとFlexPFTモデル)におけるパラメータ(成長速度や捕食、死亡、沈降速度など)をチューニングした。その結果、再現される栄養塩やクロロフィルの水平分布、鉛直分布、季節性が、昨年度に比べ改善された。また、二つのモデルで再現される生物生産の時空間分布(季節や亜寒帯域)の違いが、動物プランクトンやデトリタスの時空間分布にも影響することが確認できた。これらの研究成果は、国内外の学会等で発表した。さらに、北太平洋亜熱帯域における栄養塩供給に対する中規模渦の影響を解析した論文を公表した。大気の再解析データを駆動力として作成した海洋の定常場(水温や塩分分布、循環場)を初期値とし、従来の低次生態系(NPZD)モデルと研究協力者が中心に開発した最適な環境(栄養塩や光)に適応した植物プランクトンの成長速度を表現できる低次生態系モデル(FlexPFTモデル)を組み込み、シミュレーションを実施した。シミュレーションした結果と衛星観測データや現場観測データの比較から、それぞれの生態系モデルの再現性を確認し、モデルパラメータのチューニングを実施した。その結果、再現される栄養塩やクロロフィルの時空間分布が、昨年度に比べ改善したことを確認した。また、二つのモデルで再現される生物生産分布の違いが、動物プランクトンやデトリタスの分布の差に影響することを確認した。しかしながら、生態系モデルの再現性を向上させるため、モデルパラメータのチューニングに時間が掛かかり、大気擾乱や潮汐混合の影響を調べるためのシミュレーションが計画通り実施できなかった。二つの低次生態系モデルのパラメータチューニングを実施した結果、改善を確認できたので、大気擾乱と潮汐の影響を含む長期シミュレーションを実施し、二つの低次生態系モデルシミュレーション結果を解析し、その違いを議論する。大気擾乱や潮汐混合が引き起こす海洋環境変化についても同時に解析を進め、その知見を反映させる。さらに、研究計画であげた物質循環・生態系に与える大気擾乱と潮汐の影響をそれぞれ調べるための感度実験を実施する。大気擾乱や潮汐混合、海洋の中規模現象が海洋の物理環境変化を通じて、海盆スケールの物質循環・生態系に与える影響を理解するため、従来の低次生態系(NPZD)モデルと連携研究者が中心に開発した最適な環境(栄養塩や光)に適応した植物プランクトンの成長速度を表現できる低次生態系モデル(Flexible Phytoplankton Functional Type, FlexPFTモデル)を中規模渦が解像できる北太平洋渦解像モデル(OFES)にそれぞれ組み込み、シミュレーションを実施した。研究代表者は、研究計画にあげた感度実験(大気擾乱や潮汐混合の影響がある場合とない場合)を実施する前に、それぞれの生態系モデルの再現性とその違いを確認するため、シミュレーション結果の解析を行った。従来のNPZDモデルでシミュレーションした結果に比べて、栄養塩や光環境に対する生物生産の応答が変化するFlexPFTモデルでシミュレーションした結果の方が、生物生産がより現実に近くなることが確認できた。研究分担者は、潮汐混合のパラメタリゼーションを導入した準全球モデルを用いたシミュレーションを実施した。シミュレーション結果の解析から、多島海における鉛直構造の改善や太平洋における子午面循環の変化、クリル諸島海域における潮汐混合の強化に伴う北太平洋中層水の変化などを確認できた。さらに、黒潮続流域に置いて、物質循環に影響与える渦活動の経年変動の解析も実施した。低次生態系モデルを組み込んだシミュレーションを実施する前に、中規模物理現象が解像できる北太平洋渦解像モデル(OFES)の駆動力として使用するJRA55データの整備(シミュレーションする期間のデータ取得や3時間平均値作成など)を行った。さらに、海洋の定常場(水温や塩分分布、循環場)をJRA55の気候値外力を用いて作成した。作成した海洋の定常場を初期値とし、植物プランクトンの成長速度が異なる二つの低次生態系モデル(NPZDとFlexPFT)を組み込み、シミュレーションを実施した。それぞれの生態系モデルの再現性とその違いを確認するため、シミュレーション結果の解析を行った。