hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
南極に飛来する花粉の起源推定を目的とした花粉1粒ずつのDNA分析

本研究では、南極雪氷に含まれる花粉の起源を推定するために、花粉1粒ずつのDNA分析から種を同定するための手法開発に取り組んだ。開発に際して、ロシアの氷河に含まれていたマツ属花粉を使用した。マツ属花粉は、南極雪氷中で出現頻度が高い(50%以上)花粉である。従来の花粉の同定は、顕微鏡による形態観察によってなされており、マツ属花粉の場合は属レベルまでであっが、本研究により、種の一階級上である亜節レベルでの同定が可能になった。本研究の目的の一つは、南極氷床中のマツ属花粉1粒ずつをDNA分析し、種を同定したのち、その分布域をもとに花粉の起源を推定することにある。従来の花粉の分類は顕微鏡による形態観察をもとにおこなわれていたため、マツ属花粉の場合は、属よりも下の階級で分類することは困難であった。昨年度は予備実験として、ロシアの氷河から採取した雪氷試料をもちいて、そこに含まれるマツ属花粉1粒ずつをPCRし、従来属レベルで留まっていた分類を節レベルでおこなうことを試みた。PCRは、葉緑体DNA上の遺伝子領域(rpoBの一部、149bp)を増幅対象とした。計105粒の花粉で実験をおこなったところ、8粒から塩基配列を取得することができた。マツ属の下位の階級には、2亜属、4節、17亜節、約111種が存在する。本研究で取得した塩基配列は、4つの節(Quinquefoliae・Parrya・Trifoliae・Pinus)のうち、全てQuinquefoliae節のものであった。ベルーハ氷河周辺には現在、Quinquefoliae節に属するシベリアマツ(Pinus sibirica)が分布しており、この一致は、ベルーハ氷河に飛来する花粉が周辺に分布するマツ属起源であることを示唆した。現在、一階級下の亜節までの分類を目指して研究を進めている。マツは種によって分布域が大きく異なるので、亜節での分類が可能となればマツ花粉の起源を少なくとも大陸レベルで推定することが可能となる。本研究では、南極雪氷に含まれる花粉の起源を特定し、それを固体微粒子のマーカーにもちいることによって、南極氷床への物質輸送に関する時系列変化および空間分布の解明を目指している。花粉の起源は、花粉1粒ずつのDNA分析から種を同定し、その植物の分布域をもとに決定する。従来の花粉の同定は、その形態を顕微鏡観察することによって行われており、形態の類似した近縁種の識別は難しく、属あるいは科レベルでの識別に留まる場合が多かった。したがって種まで識別するためには花粉の遺伝情報を調べる必要があった。本研究ではこれまで、花粉1粒ずつをDNA分析し、種同定に必要な塩基配列情報を取得するための手法開発に取り組んできた。本研究ではロシア・アルタイ山脈の氷河試料に含まれるマツ属花粉をもちいて予備実験を進めてきた。これまでの研究成果として、マルチプレックスPCR法を採用し、亜節レベルでの同定が可能になったことが挙げられる。塩基配列の取得率は暫定的な値であるが約35%に達し、先行研究のそれ(数パーセント以下)を大きく凌ぐ結果が得られている。また、興味深いことに、氷河周辺に分布するヨーロッパアカマツ(Pinus sylvestris)と思われるPinus亜節のほかに、北アメリカにのみ分布するAustrales亜節に同定される花粉が検出された。花粉が長距離輸送によってアメリカからアルタイ山脈に飛来した証拠であり、雪試料に含まれる化学物質のデータ等も利用しながら、物質輸送に関する考察を今後進めていく。
交尾体位とオス生殖器形態の協調的な進化に関する研究

進化の過程において、動物の形態と行動は協調的に進化してきたはずだが、そのメカニズムはよくわかっていない。例えば、双翅目昆虫には少なくとも2種類の交尾体位がある。また多くの種で、雄生殖器が回転し、その角度は種によって異なる。そこで、雄生殖器回転と交尾体位の間には何らかの協調性があると考え、それを示すことを目的とした。Myo31DF遺伝子は、I型ミオシンをコードしており、この遺伝子の突然変異体キイロショウジョウバエでは、生殖器の回転方向が逆になる。また、回転が不完全になり、最終的な雄生殖器の向きが「ずれた」雄が頻出することが知られている。このようなMyo31DF突然変異体の雄を用いた交配実験により、生殖器の向きが大きくずれた雄は交尾できず、雄生殖器の適切な向きが交尾成功の前提条件であることが示唆された。これは生殖器回転と交尾体位の間の協調的進化を示唆している。次に、異なる交尾体位においても、雄生殖器の向きが交尾体位の前提条件かを調べた。ネッタイシマカでは、雄生殖器は180度左右ランダムに回転する。また、ネッタイシマカはMyo31DFのオーソログ遺伝子(AAEL012631)を有する。そこでショウジョウバエと同様、この遺伝子が雄生殖器回転で機能していると考え、CRISPR-Cas9法で、独立な2系統のAAEL012631遺伝子突然変異体系統を作製した。これらの蚊の雄生殖器回転における表現型を調べた結果、AAEL012631遺伝子は回転の方向の決定には関与していないことが分かった。しかし、これらの突然変異体では、回転にかかる時間が明らかに伸びたことから、AAEL012631遺伝子は雄生殖器の回転機構に何らかの形で関わっていることが示唆された。また、ネッタイシマカ雄の腹部をCT撮影によって観察した結果、蚊の雄生殖器の回転では体内構造の配置も保存した状態で回転していることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。当研究では、キイロショウジョウバエとネッタイシマカの二種類のモデル双翅目昆虫を使用している。キイロショウジョウバエのMyo31DFK2突然変異体系統では、かなりの頻度で雄生殖器の回転に異常の見られる個体が現れることが知られている。そこで、これらの異常生殖器回転雄を、正常な生殖器を持つ雌と交配させ、その交尾の成功率を調べた。その結果、「90°以上生殖器の向きのずれた雄は交尾できない」ということが示唆された。このことから、雄上位型交尾体位をとるキイロショウジョウバエにとって「適切な雄生殖器の向きが交尾の前提条件である」ということが示唆された。また、求愛・交尾の様子を一時間動画撮影し、雄生殖器のずれによって行動に変化が起こるかどうかを解析した。使用した雌は全て野生型、雄は全てMyo31DFK2であり、生殖器のずれが0°(正常)のものと、180°のものを用いた。まず、生殖器のずれが0°の雄では、90%が観察時間内での交尾に成功していた。一方、180°ずれた生殖器を持つ雄で、交尾に成功したものは一例もなかった。しかし、これら2群での「雌への求愛行動を開始した時間」に有意差はなかった。また、観察時間の最初の10分間で求愛強度(観察時間内に、雄が雌に対する求愛行動に費やした時間の割合)を求めたところ、この値もこれら2群の間での有意差は見られなかった。なお、これらの観察において、本来の交尾体位である雄上位型体位以外の交尾体位をとろうとするペアは一組も見られなかった。以上の結果から、雄生殖器回転の異常は求愛行動には影響しないことが示唆された。ネッタイシマカについて、東京慈恵会医科大学熱帯医学講座で共同研究を行い、Myo31DFK2オーソログであるAAEL012631遺伝子のKO系統をinjection実験にて作出した。現在これらの突然変異体のホモ系統化を行っている。ネッタイシマカについて、AAEL012631KO変異体を作出することが出来た。計画書に記載していたドナープラスミドとは異なる蛍光タンパク質(DsRed)を用いることになった等の変化はあるが、おおむね順調であるといえる。キイロショウジョウバエについては、本年度分は元々計画書に詳細は記載していなかったものの、交尾行動の観察等、当初に想定していたこと以上のことが行えていると判断した。キイロショウジョウバエについて、Myo31DF突然変異体系統と遺伝的背景を均一にしたコントロール系統を作製し、この系統と様々な回転角度のMyo31DF突然変異体系統のオスの交尾行動解析を行ったところ、観察時間内の交尾成功率について、control系統のものは56%、生殖器のずれが45°のMyo31DF突然変異体系統オスでは10%が交尾に成功していた。次に、「メスへの求愛行動を開始した時間」を計測したところ、Myo31DF突然変異体系統の45°ずれたオスもcontrol系統のオスも、Myo31DF突然変異体系統のずれ0°やするずれ180°のオスの結果と比べて有意差はなかった。

また、観察時間の最初の10分間で求愛強度を求めたところ、今のところ原因は不明だが、control系統オスの値は生殖器の向きが正常なMyo31DF突然変異体系統のオスと比べて有意に下がった。しかし、ずれが45°のMyo31DF突然変異体系統オスは、ずれが0°、ずれが180°のものと比べて有意差は見られなかった。なお、これらの観察において、本来の交尾体位であるオス上位型交尾体位以外の交尾体位をとろうとするペアは一組も見られなかった。このことから、「回転角度の変化は、求愛行動や交尾行動には影響しない」ことが示唆された。またネッタイシマカについて、昨年作成し本年度系統化に成功したAAEL012631突然変異体系統について、オス生殖器回転を観察したところ、野生型では羽化24時間後にほぼすべての個体が回転完了していたのに対し、突然変異体系統では約半分が回転が完了していなかった。その後パイロット実験として、羽化後17日のオス個体の生殖器回転の様子を調べたところ、ほぼ100%回転が完了していたことから、「12631-1-1系統への変異は、オス生殖器回転にかかる時間に影響している」ことが考えられる。昨年度の実験で作成したネッタイシマカのMyosin31DF遺伝子のノックアウト突然変異体において、オス生殖器回転の異常が示唆されるデータが得られた。また、ショウジョウバエに関しては、オス生殖器の向きと交尾能力に関するデータの取得をほぼ完了した。また、生殖器の向きが異常なオスの生殖行動を解析したビデオデータの取得も順調に進んでいる。進化の過程において、動物の形態と行動は協調的に進化してきたはずだが、そのメカニズムはよくわかっていない。例えば、双翅目昆虫には少なくとも2種類の交尾体位がある。また多くの種で、雄生殖器が回転し、その角度は種によって異なる。そこで、雄生殖器回転と交尾体位の間には何らかの協調性があると考え、それを示すことを目的とした。Myo31DF遺伝子は、I型ミオシンをコードしており、この遺伝子の突然変異体キイロショウジョウバエでは、生殖器の回転方向が逆になる。また、回転が不完全になり、最終的な雄生殖器の向きが「ずれた」雄が頻出することが知られている。このようなMyo31DF突然変異体の雄を用いた交配実験により、生殖器の向きが大きくずれた雄は交尾できず、雄生殖器の適切な向きが交尾成功の前提条件であることが示唆された。これは生殖器回転と交尾体位の間の協調的進化を示唆している。次に、異なる交尾体位においても、雄生殖器の向きが交尾体位の前提条件かを調べた。ネッタイシマカでは、雄生殖器は180度左右ランダムに回転する。また、ネッタイシマカはMyo31DFのオーソログ遺伝子(AAEL012631)を有する。そこでショウジョウバエと同様、この遺伝子が雄生殖器回転で機能していると考え、CRISPR-Cas9法で、独立な2系統のAAEL012631遺伝子突然変異体系統を作製した。これらの蚊の雄生殖器回転における表現型を調べた結果、AAEL012631遺伝子は回転の方向の決定には関与していないことが分かった。しかし、これらの突然変異体では、回転にかかる時間が明らかに伸びたことから、AAEL012631遺伝子は雄生殖器の回転機構に何らかの形で関わっていることが示唆された。また、ネッタイシマカ雄の腹部をCT撮影によって観察した結果、蚊の雄生殖器の回転では体内構造の配置も保存した状態で回転していることが示唆された。
後脳の基本構造にもとづいたニューロン回路構築

硬骨魚の後脳分節に存在する網様対脊髄路ニューロンを対象にして,その機能的な分化と相互の機能的な結合を電気生理学的・形態学的・分子生物学的に解析した.隣り合う分節には同じ形態学的特徴をもつ相同ニューロンが繰り返される.もっとも大きくなマウスナー(M)細胞とその相同ニューロンは同じように感覚入力を受けながらまったく異なる興奮性を示す.その原因は2つの低閾値型カリウムチャネルがM細胞に特異的に発現すること(J. Neurophysiol. 2014)と,興奮して活動電位を発生した後に自身を強く抑制する反回性抑制回路がM細胞のみに形成されることを見出した.その反回性抑制回路を中継する介在ニューロンも後脳の後部に繰り返されるT型網様体ニューロンの一部であることを明らかにした.M細胞はアセチルコリン作動性ニューロンであるために,ホールセル記録時に体を不動化する目的で通常使用する筋弛緩剤はM細胞のシナプス伝達も阻害し,M細胞とターゲット・ニューロンの結合を生理学的に調べることができない.そこで本研究では,運動指令が出ても筋が収縮しないゼブラフィッシュ変異体(nacre)を電気生理学的実験に用いた.さらに,M細胞と他の網様体脊髄路ニューロンの間には,形態学的相同性を反映したシナプス結合様式が存在し,M細胞を頂点とする機能的なモチーフ回路を形成していることを明らかにした(J. Neurosci. 2014).加えて,M細胞と他の網様体脊髄路ニューロン群との間で形成されるモチーフ回路の中継ニューロンは異なるT型網様体ニューロンに含まれることが示唆された.以上のように,本研究では脳の基本的構造の一つである分節に繰り返される形態学的に相同なニューロン群から,異なる興奮性を持つニューロンが生まれる仕組みと相同ニューロン間の興味深い回路構成を見出した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。硬骨魚の後脳の隣接する分節には、形態や発生時期が似た網様体脊髄路(Reticulospinal neurons, RS)ニューロンが繰り返し存在する。本研究ではそれら相同RSニューロンの機能的な分化と相互のシナプス結合について、以下のような知見を得た。1.M細胞は発生初期には他のRSニューロン群と同じように連続発火を示すが、ゼブラフィッシュが聴覚に応答し始める受精後3日以降発火特性を大きく変えることを見出した。さらにその分子基盤には2つの低閾値型カリウムチャネルの発現が重要であることを明らかにした。M細胞とその相同ニューロンには、低閾値型カリウムチャネルのKv1.1サブユニットが同じように発現するが、その補助サブユニットであるKvβ2が単発発火する時期のM細胞に特異的に発現することを見出し、それら2つのサブユニットの組み合わせがM細胞特有の単発発火に必要であることを示した。アフリカツメガエル卵母細胞を用いた再構成実験の結果、KvβサブユニットはKv1.1チャネルの膜表出を促進させて低閾値型カリウムチャネルを介する外向き流を増大させることを見出し、この外向き流が連続発火を抑圧して単発発火を導くと結論した。2.M細胞と第5、6分節のRSニューロンとのシナプス結合様式をゼブラフィッシュと同じRSニューロン群を持つキンギョで調べ、以下の知見を得た。(1)M細胞からそれらのRSNsへ一方向の結合がある、(2)背側に1対ずつ存在するMiD群への結合は、M細胞から同側のMiD細胞には抑制性、反対側のMiD細胞には興奮性の結合が存在(例外は両側とも抑制性結合を受ける第5分節のMiD2cm)、(3)腹側にクラスターをなして存在するMiVには両側に強い興奮性結合が存在する。以上の結果から、逃避運動を制御するRSニューロン群の回路構成を議論した。硬骨魚の後脳分節に存在する網様対脊髄路ニューロンを対象にして,その機能的な分化と相互の機能的な結合を電気生理学的・形態学的・分子生物学的に解析した.隣り合う分節には同じ形態学的特徴をもつ相同ニューロンが繰り返される.もっとも大きくなマウスナー(M)細胞とその相同ニューロンは同じように感覚入力を受けながらまったく異なる興奮性を示す.その原因は2つの低閾値型カリウムチャネルがM細胞に特異的に発現すること(J. Neurophysiol. 2014)と,興奮して活動電位を発生した後に自身を強く抑制する反回性抑制回路がM細胞のみに形成されることを見出した.その反回性抑制回路を中継する介在ニューロンも後脳の後部に繰り返されるT型網様体ニューロンの一部であることを明らかにした.M細胞はアセチルコリン作動性ニューロンであるために,ホールセル記録時に体を不動化する目的で通常使用する筋弛緩剤はM細胞のシナプス伝達も阻害し,M細胞とターゲット・ニューロンの結合を生理学的に調べることができない.

そこで本研究では,運動指令が出ても筋が収縮しないゼブラフィッシュ変異体(nacre)を電気生理学的実験に用いた.さらに,M細胞と他の網様体脊髄路ニューロンの間には,形態学的相同性を反映したシナプス結合様式が存在し,M細胞を頂点とする機能的なモチーフ回路を形成していることを明らかにした(J. Neurosci. 2014).加えて,M細胞と他の網様体脊髄路ニューロン群との間で形成されるモチーフ回路の中継ニューロンは異なるT型網様体ニューロンに含まれることが示唆された.以上のように,本研究では脳の基本的構造の一つである分節に繰り返される形態学的に相同なニューロン群から,異なる興奮性を持つニューロンが生まれる仕組みと相同ニューロン間の興味深い回路構成を見出した.形態学的に相同で同じ時期に生まれるM細胞とその相同ニューロンのうち、M細胞だけが特異的な単発発火特性を示す分子基盤については長らく謎であったが、発火特性を左右する低閾値型カリウムチャネルのうち、Kv1.1チャネルのαサブユニットについては相同ニューロン間で同じように発現しながら、それを修飾するβサブユニットの特異的な発現がM細胞の興奮性を決定するという知見は、相同ニューロンの機能的分化の分子基盤を明確に示した。さらにもう一つの低閾値型カリウムチャネルであるKv7.4の発現も見出され、M細胞の特別な興奮性については決着がついたと言える。また、ブラインド記録による2細胞同時記録の地道な成果によって、第46分節のRSニューロン間の結合を全て示すことができ、しかも形態学的相同性に従った結合様式を見出し、分節構造に基づいたニューロンの機能的分化と機能的結合の実体を明らかにすることが出来た。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.Kv7.4チャネルの発現がM細胞の発火特性に果たす役割を解析し、論文にまとめる。2.M細胞の膜特性の他に発火特性に大きく寄与する反回性抑制回路について、その介在ニューロンを中心に研究を進める。
ジャワ島出土原人化石の古人類学的研究

本研究の成果は、バンドン地質研究開発センターにおける室内作業によるものとサンギラン地域を中心とする野外調査によるものに大別される。室内作業平成6年度には、バンドン地質研究開発センターにおいて、ピテカントロプス8号頭蓋を各部分に分けて精密復元模型を作成した。さらに、実物標本と比較しながら、模型による復元を行った。また、ピテカントロプス7・8号の実物頭蓋および8号の復元模型、サンギラン出土の他の原人化石について種々の計測データをとった。また、フッ素分析用の測定機器を整備し、後に述べる野外調査にて得られた動物骨資料について予備的な実験を行った。平成7年度は、バンドン地質研究開発センターにおいて、前年度に行った模型による復元結果に基づき、ピテカントロプス8号頭蓋の実物の復元を行った。これにより、本標本に基づく詳細な形態学的分析が可能となった。さらに、ピテカントロプス7・8号頭蓋、新発見の前頭骨、その他の原人化石のレントゲンおよび通常の写真撮影を行うとともに、これらの化石の形態学的な観測を行った。このようにして集めたデータは日本で分析し、論文にまとめて専門紙に投稿した。なお、時間的な制約から、ガジャマダ大学所蔵の標本との比較分析を行うことができなかったが、研究目的全体に対する影響は軽微である。野外調査平成6年度には、ジャワ島中東部の主な人類化石産出遺跡(サンギラン、トリニール、サンブングマチャン、ガンドン、モジョケルト、ワジャク、ブヌン、バチタン、パティアヤム、ミリ、ケドゥンブルブス、ンガゥィ)の現状を視察してまわった。その際、動物化石の採取を行った他、サンギランにおいて人類の前頭骨と大腿骨化石を入手することができた。これらの資料は、バンドン地質研究開発センターに持ち返り、精密模型を作成した。予察段階の判断としては、大腿骨片は比較的新しい時代のものと思われるが、前頭骨片は疑いなく原人のものである。これらの化石の形態学的側面については、現在詳しい分析を行っているところである。また、前頭骨片については、現地において年代測定用の資料を採取し、既にその測定結果が出ている。前述の動物骨の分析結果と合わせて、後日発表する予定である。平成7年度はジャワ島中心部に位置するサンギラン地域にて集中的な調査を行った。この地域は下部上部更新世の地層が連続して露出しており、古くから良質の動物および人類化石を産出する地域として有名である。まず、前年度に入手した標本の出土地点を確認し、さらに発見地点周囲の地形や露頭の分布および地層を調べることによって、化石の出土層位を検討した。また、この他に今まで出土層位の明確でなかった他の3つの人類化石についても、同様の調査を行い、出土層位を明らかにした。これらの成果については、今後インドネシア側の研究者と相談の上で、順次公表していく予定である。さらに、上記の調査の過程で、化石採取に有望と思われる場所を見つけたので、次にその地点で試験的な発掘を行った。この発掘からは、確実な人類化石を発見することはできなかったが、多くの動物化石を採取することができた。これらの資料は、出土層序が明らかな点で価値が高く、今後アジズ上級研究官によって分類学的な研究が行なわれる予定である。また、これらの化石における、微量元素の測定による相対年代推定の研究が現在お茶の水大学の松浦助教授の手によって進行している。

また、前頭骨片については、現地において年代測定用の資料を採取し、既にその測定結果が出ている。前述の動物骨の分析結果と合わせて、後日発表する予定である。平成7年度はジャワ島中心部に位置するサンギラン地域にて集中的な調査を行った。この地域は下部上部更新世の地層が連続して露出しており、古くから良質の動物および人類化石を産出する地域として有名である。まず、前年度に入手した標本の出土地点を確認し、さらに発見地点周囲の地形や露頭の分布および地層を調べることによって、化石の出土層位を検討した。また、この他に今まで出土層位の明確でなかった他の3つの人類化石についても、同様の調査を行い、出土層位を明らかにした。これらの成果については、今後インドネシア側の研究者と相談の上で、順次公表していく予定である。さらに、上記の調査の過程で、化石採取に有望と思われる場所を見つけたので、次にその地点で試験的な発掘を行った。この発掘からは、確実な人類化石を発見することはできなかったが、多くの動物化石を採取することができた。これらの資料は、出土層序が明らかな点で価値が高く、今後アジズ上級研究官によって分類学的な研究が行なわれる予定である。また、これらの化石における、微量元素の測定による相対年代推定の研究が現在お茶の水大学の松浦助教授の手によって進行している。ジャワ原人化石の模型作成・復元・観察・計測などの形態学的研究は、以下のように行われた。まず、頭蓋の復元はピテカントロプス8号について予定通り完成した。また、歯の精密模型も作成した。次に、観察・計測は8号だけでなく、約5点の原人化石資料についても行なった。その結果、8号頭蓋は、きわめてよく膨隆した頬骨と突出しない口蓋を持つために顔面が平坦なこと、また頚の筋肉が化石人骨中最大に発達していることがわかった。歯の大きさについて、時代的変化と関係がありそうなデータが得られ、検討中である。現地での新化石資料の収集に関しては、調査の終了近くになって、好運にもサンギラン地域で前頭骨化石の良好な資料を得ることが出来た。基本的にジャワ原人としての特徴を備えている点は疑いないが、今までの資料と若干違う点がある。たとえば、眼窩上隆起がよく発達しているにもかかわらず鼻根の窪みが弱い点、前頭骨が比較的薄い点などである。詳しい類縁関係に付いては、今後の精査を待って判断したい。サンギラン地域における化石資料の出土層準判定には、化石骨に含まれるフッ素含量が従来から有効な指標として知られていたが、本研究に関連して化石骨の少量・微量成分について、ICP分析により定量を行った結果、多くの元素が年代判定の指標となることが示された。これによって多元素による出土層準判定のための、信頼性の高い基準データが作成された。本年度は、サンギラン地域出土の人類化石のうち、いくつかの標本からそれぞれ数mg程度の試料を採取し、ICP分析を行った結果、その層準関係がより明らかにされた。そうした年代学的成果に基づく考察から、ジャワ原人の進化の様相に関する若干の示唆も得られた。
継続的な運動がマウスの生体防御機構に及ぼす影響

継続的な運動がマウスの生体防御機構、特に免疫機能にどのように影響を及ぼすのか検討した。生後4週齢のICR系雄性マウスを用い、強制走運動群(運動群,N=19)と安静群(対照群,N=21)との2群に区分した。運動負荷は、毎分15mの速度で1日1時間、週5日、12週間にわたって強制走運動を実施した。結果の概要は以下のようであった。1.強制走運動のマウス網内系貪食能に及ぼす影響(1)網内系貪食能について...カーボンクリアランスの血中カーボン半減時間は、対照群が約15分であったのに比し、運動群は約8分であり有意(p<0.01)なカーボンクリアランスの亢進がみられた。さらに貪食指数および訂正貪食指数も運動群が明かに有意(p<0.01)に高値を示した。2.強制走運動のマウス腹腔マクロファージ(Mphi)および脾細胞の種々の免疫学的機能に及ぼす影響(1)腹腔Mphiのラテックス粒子貪食について...各群の50個のMphiが貪食したラテックス粒子数の平均値は、対照群が3.0個に対して運動群は5.9個と有意(p<0.01)に高い値を示し、Mphiの貪食機能の亢進がみられた。(2)腹腔Mphiの酸性ホスファターゼ(APH)活性および乳酸脱水素酵素(LDH)活性について...ライソゾーム酵素のAPH活性は、両群同様な値を示し有意差は認められなかった。しかし、細胞群酵素のLDH活性は、運動群が有意(p<0.01)に高値を示し、Mphiの活性化がみられた。(3)脾細胞のConcanavalin A(Con A)に対する増殖反応性について...Con A刺激に対する脾細胞の増殖能は、対照群に比し運動群が有意(p<0.01)に高値を示した。以上のように、長期継続運動はマウスの免疫機能を増強し、生体防御機能の促進に有用であることが示唆された。
トポロジカル結晶の物理とナノ結晶エンジニアリング

メビウスの帯など新奇な形状を持つトポロジカル結晶中の構造および物性を明らかにするために,メゾ・スケールの現象を理論的に取り扱うための理論構築を行い,さらにそれに基づいて形状や幾何学が問題となるような物理系における新奇物理現象の探求を行った。具体的には,トポロジカル結晶中に生じる電荷密度波のダイナミクスを準粒子というミクロな対象と凝縮体というマクロな対象との相互作用まで含めて正確に扱えるような,時間に依存するギンツブルグ・ランダウ理論の構築を行った。また,高温超伝導体を記述するt-Jモデルに基づいて,メゾ・スケールにおけるゆらぎや界面効果を現象論的なアプローチと微視的理論を用いて解析した。平成24年度はグラフェンなどからなるナノ構造結晶における弾性的な性質および電気的な性質を解析するための基礎理論の構築を行った。1)ナノ結晶中の歪みに関する数値的研究:本年度は弾性理論に基づいて、形状効果が結晶内の歪みにどのような影響を及ぼすかを数値的に調べるための理論構築を行った。具体的には、近年より重要度を増してきているグラフェンの微細な結晶に対して周辺から引っ張りなどの応力が加えられたときに、結晶内部に生じる歪みを等方弾性体のモデルの範囲内で調べた。この問題は、形状に対応する境界条件の下でストレス関数に関する重調和方程式を解く事によって解が求まる事を見出した。実際にいくつかの境界条件の下で方程式を解き、グラフェンの架橋構造における歪みの分布を見出した。本研究は、今後のグラフェン・ナノ構造を用いたデバイス開発のために役立つ事が期待できる。2)微細構造中の電気伝導に関する基礎研究:グラフェンやリングCDWなど、微細結晶中の電気伝導の研究は、基礎物性の探求の観点からも重要性が高い。本年度はグラフェン・ナノ構造中の電気伝導を計算する理論的枠組みについて研究を行った。具体的には、カーブや分岐といった様々な形状を持つグラフェンにおいて、より自由度の高い数値解法を開拓するために、特異値分解という行列操作に基づく新規解析法の開発を行った。この解法によれば、格子系全体をいくつかのブロックに分ける事によってシュレーディンガー方程式を効率的に解く事ができ、従来の方法よりも様々な形状を扱いやすい事が分かった。本年度はこの方法を用いて、穴の開いた、または曲がった形状のグラフェンリボンについて、電気伝導度をランダウアー公式に基づいて計算した。以上の結果に関しては、投稿準備中であるが、物理学会や研究会においては既に発表を行っている。(1)リング結晶における、電荷密度波物性を研究する基礎的な方法として、ギンツブルグ・ランダウ方程式の研究を進めた。本年度は、電荷密度波のダイナミクスを記述する時間に依存するギンツブルグ・ランダウ方程式の導出と、その方程式に基づく電荷密度波ダイナミクスの数値シミュレーションをおこなった。導出においては、特に凖粒子の自由度(局所化学ポテンシャル)を動的な変数とする新しい方程式を、非平衡グリーン関数の方法を用いて導出した。これによって、位相欠陥の運動による凖粒子ー凝縮体間の電荷の移動をより厳密に表現できるようになった。さらに、この方程式を数値計算によって解くことにより、電極付近の位相滑りのダイナミクスを凖粒子の自由度まで含めて明らかにした。これらの成果は、従来の方程式では得られないもので、画期的なものといえる。(2)銅酸化物高温超伝導体における熱的ゆらぎの研究をおこなった。近年、多層系高温超伝導体の研究が進展しており、数原子層の試料も作成されるようになってきている。さらに、電気二重層電界効果トランジスター等、新しい結晶表面の物性測定が可能となってきていることを考慮し、高温超伝導の物性をナノ結晶物性の対象としてクローズアップすることとした。本年度は、従来から知られているt-Jモデルの、特に磁気的な相図に着目し、これまで考慮されてこなかった熱的ゆらぎの効果を考慮する新しい理論構築を行った。その結果、高温伝導体の温度ードーピング率の相図が、より実験と近い形で説明できることが分かった。(1)前年度に引き続き,電荷密度波(CDW)状態のダイナミクスを記述する時間に依存するギンツブルグ・ランダウ(TDGL)理論に関する理論構築およびその理論に基づく数値シミュレーションを進めた。数値シミュレーションに関しては,新規TDGLに基づいてCDWの滑り伝導を再現することに成功し,理論の妥当性に関して一定の確証を得ることが出来た。またその成果は,国際会議(ECSRY2014)において発表を行った。(2)前年度までに,ナノスケールグラフェンにおける電気伝導を計算するformalismを新規に構築したが,今年度はそれに基づいて,グラフェン・ナノ結晶に歪みを力学的に導入した場合の電気伝導度の計算を行った。グラフェン中の歪みは,ディラック電子に擬似磁場を及ぼすことが知られており,電気伝導制御の有力な方法と考えられている。本研究では,歪みに関しては2次元弾性論において用いられる応力関数を重調和方程式を解くことで決定し,その結果を用いて電気伝導度のエネルギー依存性を計算した。今後は実験との比較などを通して,デバイス設計等に活かしていきたい。(3)高温超伝導体に関して,t-Jモデルに基づき新奇界面状態の解析を行った。特に系の表面におけるflux相の出現が,2層系YBCOにおいて実験的に観測されている状態密度のピーク分裂の原因である可能性を指摘し,Kerr効果などの時間反転対称性の破れとの関連性についても考察を行った。

(1)電荷密度波の動的特性に関する研究について,前年度まで継続して進めてきた,「時間に依存するギンツブルグ・ランダウ方程式」の導出に関して,最終的な結論を得ることが出来た。これによって,準粒子と凝縮体の間の粒子数のやり取りを含むような現象(電流電極付近における位相滑りなど)の数値シミュレーションが可能となった。現在は実際にその方程式に基づく数値シミュレーションを行って,種々のトポロジカル結晶中の非線形伝導現象等の解明を進めており,今後の発展に繋がることが期待できる。(2)高温超伝導体における種々の秩序の出現とそのゆらぎについて,前年度までの結果をまとめて国際会議(M2S0215)において発表を行った。ゆらぎを考慮したt-Jモデルにおける反強磁性秩序の相図を明らかにした。また,界面におけるフラックス状態の出現可能性について議論した。(3)リング結晶の多角形化について,数値シミュレーションに基づく計算を進めた。その結果,多角形化が起こる状況を再現することには成功したが,リングの半径や母結晶の弾性定数などの関数として,多角形化の起こり得る領域を明らかにし,相図を得ることは未だ出来ておらず,この点は課題として残った。メビウスの帯など新奇な形状を持つトポロジカル結晶中の構造および物性を明らかにするために,メゾ・スケールの現象を理論的に取り扱うための理論構築を行い,さらにそれに基づいて形状や幾何学が問題となるような物理系における新奇物理現象の探求を行った。具体的には,トポロジカル結晶中に生じる電荷密度波のダイナミクスを準粒子というミクロな対象と凝縮体というマクロな対象との相互作用まで含めて正確に扱えるような,時間に依存するギンツブルグ・ランダウ理論の構築を行った。また,高温超伝導体を記述するt-Jモデルに基づいて,メゾ・スケールにおけるゆらぎや界面効果を現象論的なアプローチと微視的理論を用いて解析した。トポロジカル結晶として,電荷密度波状態を示す物質,およびグラフェン・高温超伝導体などの新奇電子系を想定し,その電子物性評価および新規機能脆材料のデザインに資することを本研究の目的としていた。これまでの研究において,電荷密度波物質のダイナミクスを記述する時間に依存するギンツブルグ・ランダウ方程式の新しい形式に基づく導出およびそれによる数値シミュレーションにおいて,十分な成果を得ている。また,現在残るいくつかの問題点に関しても解決の目処はついている。この手法は,様々な形状のCDWに応用可能であり,トポロジカル結晶における電気伝導の解明に向けての大きな進歩であると考えている。また,グラフェンに関しては,歪みを考慮した上で,十分大きなシステムサイズの系に関して電気伝導度を計算できる手法を新規に構築できたことは,大きな成果であると考えている。この手法は並列計算を用いた拡張が可能であり,今後,さらに大きな系に対する応用を進めていきたいと考えている。また,ナノ結晶における歪みの計算方法に関しても応力関数を重調和方程式で評価する簡便な方法が有効であると分かったことは,ひとつの成果であるといえる。さらに,高温超伝導についてもt-Jモデルの解析を進めて,新奇な界面状態の可能性について解析を行い,時間反転対称性に関連する実験にひとつの解釈を与えたことは大きな成果といえる。
外傷性脳損傷者の前頭葉機能障害のテレリハビリテーション：行動・脳波指標による検討

本研究は,慢性期の外傷性脳損傷(TBI)者を対象に,インターネットを利用したデリバリー型リハビリテーション(テレリハ)による在宅ベースの前頭葉機能リハを実施し,その有効性について行動及び脳波データの両側面から検討することを目的とした.平成30年度は,前頭葉機能のうち,TBI者の社会復帰と密接に関係するワーキングメモリと遂行機能の2つを取り上げ,これらの機能の促進をねらいとした,タブレットパソコンを利用した在宅認知リハプログラムの開発をおこなった(研究1).個々の認知リハプログラムについては,課題要求がわかりやすく,在宅でも取り組みやすいこと,対象者の特性や認知リハの進捗にあわせて難易度が容易に操作できること,即時フィードバックが可能で,興味を持って取り組めること,といった点をもとに選定した結果,ワーキングメモリについては,スタンバーグ課題(言語的,視空間的ワーキングメモリ),神経衰弱課題(言語的,視空間的ワーキングメモリ),Paced visual serial addition test(中央実行系),情報統合課題(中央実行系),遂行機能については,単純反応時間課題(反応性),Go-nogo課題(反応抑制),刺激-反応適合性課題(反応抑制),後出しじゃんけん課題(反応抑制,構えの転換),表情同定・認知課題(社会的認知)の各課題をもとに作成した訓練課題を採用することとした.また,テレリハの実施に先立ち,患者の家族を対象にテレリハ導入に関する予備調査をおこなったところ,テレリハに対するニーズや期待が示された一方,パソコン操作などの技術面の不安,インターネットセキュリティやタブレットパソコンに標準で付属するゲームソフトへの没頭に関する危惧,といった問題の指摘があり,これらの問題点をふまえて訓練プログラムを開発する必要性が確認された.本研究で実施するテレリハプログラムを構成する訓練課題について,研究の開始当初は,そのほとんどを研究代表者が過去に開発した認知課題を再利用することを計画していた.しかし,これらの認知課題について,TBI者が自身で課題操作をおこなった場合のユーザビリティやアクセシビリティに関して細かく検討したところ,修正すべき点が多数発見され,課題によってはプログラムを大きく書き換える必要が生じた.さらに,インターネットに接続されたタブレットパソコンをTBI者に一定期間貸し出すことによって危惧されるセキュリティ上の問題(SNS等への書き込み,有害サイトへのアクセス,勝手にインターネットショッピングをしてしまう,など)や,タブレットパソコンに標準で付属するゲームソフトへの没頭について,患者の家族から複数の指摘がなされ,これらの問題点に対応する必要も生じたため.テレリハプログラム開発にあたっては,適宜,福祉工学の専門家に技術協力を仰ぎ,インターネットセキュリティ上の問題等への対応も含めて,プログラムの完成度の向上をはかる.また,テレリハプログラムを構成する個々の訓練課題のパイロット版を大学生やTBI者に体験してもらい,意見を求めることで,各訓練課題の難易度を適切に設定したり,ユーザビリティやアクセスビリティの向上を促進させる.さらに,本研究で実施するテレリハによる在宅認知リハの効果を測定するための評価課題の開発や,これにあたっての基礎データの収集を促進させるために,実験実施やデータ解析を補助するリサーチアシスタントの雇用を予定している.本研究は,慢性期の外傷性脳損傷(TBI)者を対象に,インターネットを利用したデリバリー型リハビリテーション(テレリハ)による在宅ベースの前頭葉機能リハを実施し,その有効性について行動及び脳波データの両側面から検討することを目的とした.平成30年度は,前頭葉機能のうち,TBI者の社会復帰と密接に関係するワーキングメモリと遂行機能の2つを取り上げ,これらの機能の促進をねらいとした,タブレットパソコンを利用した在宅認知リハプログラムの開発をおこなった(研究1).個々の認知リハプログラムについては,課題要求がわかりやすく,在宅でも取り組みやすいこと,対象者の特性や認知リハの進捗にあわせて難易度が容易に操作できること,即時フィードバックが可能で,興味を持って取り組めること,といった点をもとに選定した結果,ワーキングメモリについては,スタンバーグ課題(言語的,視空間的ワーキングメモリ),神経衰弱課題(言語的,視空間的ワーキングメモリ),Paced visual serial addition test(中央実行系),情報統合課題(中央実行系),遂行機能については,単純反応時間課題(反応性),Go-nogo課題(反応抑制),刺激-反応適合性課題(反応抑制),後出しじゃんけん課題(反応抑制,構えの転換),表情同定・認知課題(社会的認知)の各課題をもとに作成した訓練課題を採用することとした.また,テレリハの実施に先立ち,患者の家族を対象にテレリハ導入に関する予備調査をおこなったところ,テレリハに対するニーズや期待が示された一方,パソコン操作などの技術面の不安,インターネットセキュリティやタブレットパソコンに標準で付属するゲームソフトへの没頭に関する危惧,といった問題の指摘があり,これらの問題点をふまえて訓練プログラムを開発する必要性が確認された.本研究で実施するテレリハプログラムを構成する訓練課題について,研究の開始当初は,そのほとんどを研究代表者が過去に開発した認知課題を再利用することを計画していた.しかし,これらの認知課題について,TBI者が自身で課題操作をおこなった場合のユーザビリティやアクセシビリティに関して細かく検討したところ,修正すべき点が多数発見され,課題によってはプログラムを大きく書き換える必要が生じた.

さらに,インターネットに接続されたタブレットパソコンをTBI者に一定期間貸し出すことによって危惧されるセキュリティ上の問題(SNS等への書き込み,有害サイトへのアクセス,勝手にインターネットショッピングをしてしまう,など)や,タブレットパソコンに標準で付属するゲームソフトへの没頭について,患者の家族から複数の指摘がなされ,これらの問題点に対応する必要も生じたため.テレリハプログラム開発にあたっては,適宜,福祉工学の専門家に技術協力を仰ぎ,インターネットセキュリティ上の問題等への対応も含めて,プログラムの完成度の向上をはかる.また,テレリハプログラムを構成する個々の訓練課題のパイロット版を大学生やTBI者に体験してもらい,意見を求めることで,各訓練課題の難易度を適切に設定したり,ユーザビリティやアクセスビリティの向上を促進させる.さらに,本研究で実施するテレリハによる在宅認知リハの効果を測定するための評価課題の開発や,これにあたっての基礎データの収集を促進させるために,実験実施やデータ解析を補助するリサーチアシスタントの雇用を予定している.<次年度使用額が生じた理由>本研究の開始当初は,初年度(平成30年度)にテレリハで使用するタブレットパソコンを訓練課題開発用も含めて10台程度購入することを予定していた.しかし,タブレットパソコンの軽量・高機能化や低価格化が刻々と進んでいる現状を鑑みると,初年度については訓練課題の開発に最低限必要な台数(2台)のタブレットパソコンのみを購入し,残りについては,訓練課題の開発を終え,テレリハを本格的に実施するタイミングで購入したほうが効率的と考えた.このような理由により,今年度中の購入を控えた約8台分のタブレットパソコンに対する予算が次年度使用額として生じている.<使用計画>訓練課題の開発やパイロット版を用いた予備的な調査を終え,TBI者を対象にしたテレリハによる介入研究を実施する際に,上記の次年度使用額を用いて訓練用のタブレットパソコンを8台程度購入する予定である.
森林生態系のミッシング・シンク -林床ササ群落の役割の定量的評価-

林床ササ群落の有無が、森林生態系の土壌圏炭素(SOC)への蓄積に与える役割を定量的に評価するために、地上部から土壌圏へ供給される炭素量を定量した。ササが有る森林では、溶存有機炭素フラックスは、ササが無い森林より20%程度高い値となった。またRothCモデルを利用してSOCの年々変動をシミュレーションした結果、ササを含む地下部リターを考慮した場合ではSOC蓄積速度は約0.7 tC ha^<-1> y^であった。これらの結果から、SOCの増加に対してササリター、特に地下部のリターの影響が大きいことが明らかとなった。岐阜大学流域圏科学研究センター・高山サイトでの、森林生態系の炭素シーケストレーションに関する詳細な研究の結果、バイオマスプールへの炭素蓄積量は平均で約14%に過ぎないことが明らかとなった。本研究では、高山サイトの炭素蓄積機構対して非生物的なプールの寄与を定量的に明らかにすることを目的としている。本年度は、まず非生物的プールへの蓄積の第一段階としてリター量の定量的評価を開始した。地上部リター量としてリタートラップによる落葉広葉樹の葉のリター生産量と、枯枝や枯死木による大型木質リター(CWD)生産量の継続的な調査を行った。平均的には葉生産として0.8tC ha^<-1>yr^<-1>、CWD生産として1.3tC ha^<-1>yr^<-1>のリター量があった。地下部リターについては、ルートスキャナーによる根の動態の直接的な観測を今年度から開始する。ササリターについては林内に1m^2の林床永久方形区を5個設置して、ササ個体群の動態調査を開始した。20-37竿m^<-2>の個体が存在し、今後葉や竿のリター量を定量的に評価するためのフェノロジー調査を継続していく。一方で、RothCモデルによる土壌圏炭素動態のシミュレーションと蓄積プロセスについての検証を今後行うために、Shirato et al.(2006)の方法に基づいて、高山サイトでのリターについて易分解性と難分解性炭素の質的分析を開始した。ササ(葉・竿とも)ではDPM:RPM=16:84、枯枝ではDPM:RPM=9:91となり、落葉広葉樹の葉のリター(DPM 20-30%)と比べて難分解性成分が多いことが明らかとなった。これらのリターの質的なデータと、野外でのリター生産量の調査から土壌圏炭素動態モデルによるシミュレーションを今後行っていく。非生物的プールへの炭素シーケストレーションに与えるササの影響を明らかにするために、密なササ林床が存在する高山サイト(ササ有区)に加えて、林床ササの存在しない落葉広葉樹林(ササ無区)サイトを、本年度は新たに設置した。両区においてリタートラップによる地上部リター量とリターバックによる分解速度の調査を開始すると共に、地下部の生産量と枯死量の推定に用いるルートスキャナーのための観察用チューブを設置した。さらに両者の土壌炭素(SOC)プール量とその質的な違いについても検討した。地上部の樹木リター量はほぼ同じで、ササ有区の方がササ分(0.27 tC ha^<-1>)だけリター量は多かったが、深度80cmまでのSOCは、ササ有区で381 tC ha^<-1>・ササ無区で386 tcで両区ともに非常に多く、差は無かった。また難分解性炭素構造である芳香族炭素と脂肪族炭素の割合はササの有無に関係なくどちらの土壌も高く、質的特性は互いに類似していることが明らかとなった。これらの結果から、ササの有無がSOCプールへの炭素シーケストレーションに寄与しているというより、黒ボク土という土壌の性質が大きく関与している可能性が示唆された。このため、研究分担者が黒ボク土用に改良したRoth Cモデルを用いたSOC蓄積シミュレーションのために、植物リターの易分解・難分解プールの二つのパラメータの推定を行った。本年度は、高山サイトにおいて主要構成樹種の葉及び枝と、林床ササの葉及び竿リターをサンプリングして、その質的な化学分析を行なった。各種リターの量的データはリタートラップ法により継続的に調査しているので、質と量の実測データを基にして、SOC蓄積に与えるリターの影響についてモデル解析を今後行う。非生物的プールへの炭素シーケストレーションに与えるササの影響を明らかにするために、高山サイト内の2つの比較実験区(ササ区:TSY、ササなし区:TSN、両方とも20m×20m)の炭素量を測定すると共に、土壌炭素蓄積に深く関与する潜在的な溶存有機炭素動態を同時に調べた。両実験区の炭素量はTSYで9.718.7%、TSNで9.715.1%であり、特に0-5cmにおいてTSYで有意に約20%高い値を示した。

また、地上部で生産され得る溶存有機炭素量はTSYで343kgCha^<-1>yr^<-1>、TSNで310kgCha^<-1>yr^<-1>、TSYのほうが約10%高い値を示した。さらに、表層土壌0-5cmで生産され得る溶存有機炭素量は、植物根がある場合では、TSYで約35%高く、植物根がない場合では、両者に有意な差は認められなかった。一方、表層土壌0-5cmで収着し得る溶存有機炭素は、TSYで51.4%、TSNで46.2%であり、両者に有意な差は認められなかった。以上の結果は、高山試験地二次林の林床ササ群落が表層土壌における炭素蓄積量増大(重量ベース)に寄与していることを明確に示している。このプロセスには、特に、地上部リター層および地下部の植物根(バイオマス、ネクロマス)を介して生産される溶存有機炭素量、表層土壌中での収着量が深く関与していることを強く示唆する。さらに野外で実測したリターデータを利用して、黒ボク土改良型のRothCモデルによって、高山サイトでの土壌炭素蓄積速度を解析したところ、地上部と地下部のササリターを土壌へのインプットとして考慮した場合0.7tCha^<-1>yr^<-1>の蓄積速度となり、野外での生態学的調査の結果とよく一致した。高山試験地の冷温帯落葉広葉樹二次林(高山TKYサイト)では、林床ササ群落由来の炭素がネクロマスプールの増大に寄与している可能性がある。今年度はササの有無が地上部からの炭素供給量に与える影響について評価した。調査は二カ所の比較実験区(ササあり区:TSY、ササなし区:TSN)で行った。各実験区において、地上部から土壌圏(リター層および鉱質土壌)へ供給される炭素量をリター(リタートラップ法)、林内雨(ボトル採取法)、鉱質土壌への侵出水(フリーテンションライシメーター法)から定量した。また、表層土壌(0-5cm)の溶存有機物吸着能の違いを室内吸着実験から比較した。TSYおよびTSNにおける地上部リターによる炭素供給量の年間平均値は、樹木およびササの葉のみで比較すると両者の差は比較的小さかった。林内雨の炭素濃度は、TSYおよびTSNにおいて同様の月変動が認められ、また有意では無いものの5月を除いてTSYで常に高い傾向が示された。林内雨の炭素濃度および量から実際にリター層へ沈着してくる炭素量を算出した結果、雨量が多い6月および7月でTSYがより高い傾向を示した。以上の結果は林床ササ群落の存在がリター層への実際の炭素沈着量を継続的に増大させる可能性を示唆した。両サイトでのリター層から鉱質土壌へ供給される侵出水中の溶存有機態炭素濃度および鉱質土壌(0-5cm)の溶存有機態炭素吸着能には有意な差は認められなかった。以上より、地上部から供給される炭素量は全体的に見るとササあり区で比較的多い傾向が示された。また、表層土壌での炭素吸着能はほとんど変わらないことから、ササあり区の表層土壌で炭素がより多い要因の一つとして地上部から供給される炭素量の重要性が示唆された。炭素シーケストレーションに対して、野外では溶存有機炭素の動態を追跡する新たな研究手法の開発に取り組むことによって、土壌炭素蓄積へのササの有無による僅かな違いを定量的に評価する目処がたった。さらに野外で取ったリターデータなどを利用して、モデルによって土壌炭素蓄積速度の解析を行い、実測値とのおおよその一致がみられ、ササリターの寄与について明確になってきた。これらの結果から、最終年度においては、当初の計画通りササの有無が土壌炭素蓄積に与える影響について定量的に評価できる可能性が示唆された。
単純化された走化性方程式系の爆発解の挙動と爆発点に関する研究

本研究は、2次元有界領域上の単純化された走化性方程式系(以後、JL系と記す)の有限時刻で爆発する解の挙動を明らかにすることを目的とした。本研究を計画するに際し、有限時刻で爆発するJL系が持つ特異性の種類はデルタ関数に限られる事、並びに無限時刻で爆発するJL系の解について、特異性の種類がデルタ関数である事そしてその重さが閾値呼ばれる方程式系の係数から定まる値と一致する事が既に示されていた。我々は上記の結果を踏まえて、有限時刻で爆発するJL系の解が持つ特異性の重さは閾値と一致する事を明らかにすることを目的とした。また、JL系の有限時刻で爆発する解を爆発時刻・爆発点の周りでの変数変換を行うことにより、変換前の有限な爆発時刻は無限時刻に変換される。この変換によって得られた解(以後、リスケーリングした解と呼ぶ)を無限時刻で爆発する解と同様の手法で研究することにより以下の様な成果を得た。平成15年度は、JL系の有限時刻爆発解をリスケーリングした解の時刻無限大における挙動を明らかにした。平成16年度は、平成15年度の研究成果を用いて変換前のJL系の球対称な有限時刻爆発解の特異性は、リスケーリングした解が無限時刻爆発解であるならば、その特異性の種類・重さはそれぞれデルタ関数・閾値である事を明らとした。平成16年度平成17年度においては、上記の研究成果を踏まえリスケーリングした球対称解が無限時刻爆発しない場合に重点をおき、変換前の解の持つ特異性を決定する事を計画していたが、当該の研究結果が他の研究者によって得られた。しかしながら、その研究結果は本研究成果を基礎としており、この意味で本研究計画は十分な成果を上げ、当初の目的は達成されたと考えている。我々の研究目的は、走化性方程式系の爆発解の各爆発点におけるデルタ関数の重さが閾値と呼ばれる値と同じ値である事を示す事(以後、解の量子化と呼ぶ)であった。特に、本年度の計画はJager-Luckhaus系(以後、J-L系と呼ぶ)と呼ばれている方程式系の球対称な爆発解に対して、爆発時刻・爆発点の周りでの変数変換、(以後、リスケーリングと呼ぶ)した解の爆発点に現れる特異性を研究する事であった。我々は第1に、リスケーリングされた解が爆発するときは無限時刻で爆発する事を用いて、リスケーリングされた解が無限時刻において原点で量子化を起こす事を示した。第2に、解を空間方向に数回積分したある量の挙動を解析する事により、原点以外でリスケーリングされた解のL1量が無限時刻において0に収束する事を示した。第3に、第1と第2で示した事と比較定理を用いる事で、リスケーリングされた解が爆発するときリスケーリングする前のJ-L系の爆発解が原点で量子化している事を示した。以上が本年度において、本研究で明らかになった事である。これらの事を、研究発表の雑誌論文の欄に記載した論文として発表した。我々の研究目的は、単純化された走化性方程式の爆発解の挙動と爆発点において解が持っている特異性を解明することである。特に、リスケーリングと呼ばれる爆発点・爆発時刻の周りでの変数変換を用いて爆発解の挙動と爆発点における解の特異性を解析すると言う手法を用いて研究することを計画した。この研究により、領域が3次元以上ユークリッド空間の場合に自己相似解と呼ばれる解が存在する事を明らかにした。このことにより、単純化された走化性方程式の爆発解の存在が明らかになった。