hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沈船による油汚染リスク削減を目指した高圧下の深海における油の微生物分解挙動解析

沈船情報を収集するために、まず第2次世界大戦中に日本近海で沈没した船舶を中心に、沈船位置、水深、主要寸法、搭載物、船体折損状況などの情報を収集した。日本近海に沈んだ船舶は、おおよそ1000隻以上存在すると言われているが、現在までに約300隻の沈船データを収集した。1.深海環境下での油分解実験相模湾あるいは東京湾で採取した天然海水に、被分解模擬油としてn-ヘキサデカンあるいはn-デカン、および栄養源としてリン酸とアンモニウム塩を加え、深海を模擬した20MPa、5°Cあるいは25°Cの好気条件で、10日から40日間緩やかに攪拌して分解の進行を調査した。また比較対照のために高圧下で模擬油無添加、および常圧下でも圧力以外同じ条件で実験を行った。所定日数経過後、模擬油と海水の試料に内部標準物質としてn-デカンあるいはn-ヘキサデカンを一定量加え、n-ヘキサンで油分を抽出後、その被分解模擬油と内部標準物質の濃度比をGC/MSで測定し、実験初期条件の場合と比較することにより被分解物質の分解率を求めた。その結果、初期の海水条件に起因すると思われるばらつきはあるものの、高圧下でも約10日間で50%以上の分解率が観測されることがあった。2.微生物コンソーシア解析油分解実験前後の海水中の微生物コンソーシアの変化をPCR-DGGE法(変性ゲル電気泳動法)によって観察した。その結果、各々の実験条件毎に得られるバンド分布に顕著な変化が観察され、それぞれ個別の微生物コンソーシアが発達したと認められる。しかし、分解率と同様に形成される微生物コンソーシアに統一した傾向を見いだしにくく、油分の分解に寄与した微生物を特定するには至っていない。3.沈船情報の収集過去約100年の問に座礁や沈没した総トン数100トン以上の船舶を対象に、遭難日時、遭難原因、遭難地点、遭難時搭載物、遭難時の船体損傷、遭難時死傷者数、沈没地点水深、船舶名、船種、総トン数、寸法、主機械、馬力、速力、搭載燃料、満載貨物量、起工・進水・竣工年月日、船主又は所属、建造所、遭難後対処措置の調査を行い、1206件についてデータベースとして整理した。
北極海海洋炭素循環に寄与する微生物バイオマスの定量的評価

研究対象とした北極海はIPCC報告書でも地球温暖化の影響が最も現れやすいとされる海域であり、近年の急激な海氷減少からも分かる通り、現在、その環境が極めて大きく変化している海域の1つである。こうした急激な変化過程にある北極海における正確な海洋炭素循環プロセスの把握が急務の研究課題となっている。本研究は、海洋原核生物を対象として、その地理的分布・栄養獲得形式を調査し、これまでに報告されているデータも引用しながら海域ごとのバイオマス(炭素量)・炭酸固定量を算出し、表層植物プランクトン生産量に対して古細菌炭酸固定量がどの程度の割合を占めるか明らかにすることを目的とした。2008年から2010年の8月10月、太平洋側北極海で行われた海洋地球研究船「みらい」による北極航海に乗船し、海水試料を採取した。並行して、海洋原核生物の正確な増殖速度及び代謝解明を目的とし、Rotary clean sea water sampler (ROCS)incubation system[ROCS現場培養機](最大稼動可能水深4,500m)を実験に取り入れ、北極海に適応する前段階の場として、静岡県駿河湾を設定しinsitu原核生物増殖速度の測定のための改良と実験実施を行った。CARD-FISH法を用いた海洋古細菌分布と幾つかの統計解析を併せた古細菌分布特徴解析の結果、古細菌分布が北極海水塊構造を反映して存在することが判明した。これまでの研究で、海洋古細菌の炭酸固定はアンモニア酸化によるエネルギー獲得が報告されているが、アンモニア濃度と古細菌細胞密度に関係性は認められず、アンモニア濃度の高い水塊で炭酸固定が活発に行われるとは一概には言えないと考えられた。また、海域ごとにバイオマス試算を行ったところ、原核生物バイオマスは東シベリア海で大きく、クロロフィルデータからも生物活動が活発な海域であると考えられた。一方で、ROCS現場培養機は海水試料採取から基質添加、培養に至るまでの一連の動作を問題なく行うことが出来ることが確認され、今後さらなる活用の場が広げられるだろうと予想された。本研究では、近年の急激な海氷減少からも分かる通り、現在その海洋環境が極めて大きく変化おり、温暖化の影響が最も現れやすいとされる北極海を対象として、北極海海洋炭素循環に古細菌群集バイオマスがどの程度寄与しているかを解明することを目的とした。膨大な体積を占める海洋有光層以深における化学合成独立栄養性の古細菌による炭素固定が、地球規模の炭素貯蔵の役割を持つ可能性を明らかにすることで、海洋細菌を介した炭素循環が地球規模の炭素循環にどの程度関与しているのかを解明する重要な位置付けになると考えられる。2010年8月11月にかけて太平洋側北極海で行われた海洋地球研究船「みらい」MR10-05航海に乗船し、各航海において海洋細菌試料を採取した。北極海水柱海水試料中の細菌群集は、みらい船上にて孔径0.2μmポリカーボネートフィルター上にろ過捕集し、航海終了時まで陸上実験室での分析項目に応じ-20°Cまたは-80°Cで保存した。航海終了後これらのフィルターサンプルについて実験室にて処理を行い、細菌細胞数の計数や細菌の同定等を行った。さらに、採取した海水試料中の古細菌群集構造について、16SrDNA部分塩基配列による系統解析を行った。2008年から現在までに得られた北極海海洋細菌群集の分布解析によると、太平洋側北極海の中でも細菌群集分布に違いがあることが明らかとなっている。特に海洋古細菌群集の分布は、北極海特有の水塊構造や卓越した陸棚海底地形等によって、地理的分布特性を有しており、東シベリア海やチャクチ深海平野、マカロフ海盆を含むシベリア側の海域で古細菌細胞密度の増加が確認された。また、海域により古細菌群集の活性にも違いが存在する可能性が考えられた。膨大な体積を占める海洋有光層以深における化学合成独立栄養性の古細菌による炭酸固定が、地球規模の炭素貯蔵の役割を持つ可能性を明らかにすることで、海洋細菌を介した炭素循環が地球規模の炭素循環にどの程度関与しているのかを解明する重要な位置付けになると考えられる。2008年から2010年の夏季、太平洋側北極海で行われた海洋地球研究船「みらい」による北極航海に乗船し、海洋細菌試料を採取した。並行して、海洋細菌の炭素循環解明には正確な増殖速度及び代謝把握が必須であることから、Rotary clean sea water sampler (ROCS)現場培養機(最大稼動可能水深4,500m)を、実環境における細菌の増殖速度と代謝活性の測定を行うための現場培養機として実験に取り入れ、日本近海の実験場所として静岡県駿河湾を設定し、細菌増殖速度の測定を検討した。CARD-FISH法および古細菌の16S rDNAを用いた系統解析によると、太平洋側北極海の中でも細菌群集分布に違いがあることが明らかとなった。特に海洋古細菌群集の分布は、北極海特有の水塊構造や卓越した陸棚海底地形等によって、地理的分布特性を有しており、シベリア側の海域で古細菌細胞密度の増加が確認された。

一方で、ROCS現場培養機は水深400mの現場環境において、海水試料採取から基質添加、培養に至るまでの一連の動作を問題なく行うことが出来ることが確認された。CARD-FISH法を用いた真正細菌・古細菌の増殖速度算出実験の結果、船上で培養する系よりも現場細菌の増殖速度が遅い可能性が考えられ、さらに詳細に現象を追う必要性があることが分かった。研究対象とした北極海はIPCC報告書でも地球温暖化の影響が最も現れやすいとされる海域であり、近年の急激な海氷減少からも分かる通り、現在、その環境が極めて大きく変化している海域の1つである。こうした急激な変化過程にある北極海における正確な海洋炭素循環プロセスの把握が急務の研究課題となっている。本研究は、海洋原核生物を対象として、その地理的分布・栄養獲得形式を調査し、これまでに報告されているデータも引用しながら海域ごとのバイオマス(炭素量)・炭酸固定量を算出し、表層植物プランクトン生産量に対して古細菌炭酸固定量がどの程度の割合を占めるか明らかにすることを目的とした。2008年から2010年の8月10月、太平洋側北極海で行われた海洋地球研究船「みらい」による北極航海に乗船し、海水試料を採取した。並行して、海洋原核生物の正確な増殖速度及び代謝解明を目的とし、Rotary clean sea water sampler (ROCS)incubation system[ROCS現場培養機](最大稼動可能水深4,500m)を実験に取り入れ、北極海に適応する前段階の場として、静岡県駿河湾を設定しinsitu原核生物増殖速度の測定のための改良と実験実施を行った。CARD-FISH法を用いた海洋古細菌分布と幾つかの統計解析を併せた古細菌分布特徴解析の結果、古細菌分布が北極海水塊構造を反映して存在することが判明した。これまでの研究で、海洋古細菌の炭酸固定はアンモニア酸化によるエネルギー獲得が報告されているが、アンモニア濃度と古細菌細胞密度に関係性は認められず、アンモニア濃度の高い水塊で炭酸固定が活発に行われるとは一概には言えないと考えられた。また、海域ごとにバイオマス試算を行ったところ、原核生物バイオマスは東シベリア海で大きく、クロロフィルデータからも生物活動が活発な海域であると考えられた。一方で、ROCS現場培養機は海水試料採取から基質添加、培養に至るまでの一連の動作を問題なく行うことが出来ることが確認され、今後さらなる活用の場が広げられるだろうと予想された。当初計画していた海洋微生物のRNAを用いたRNA-Sip法による実験系が予定より遅れている。これは海水からの微生物RNA量を確保するのが困難であることに起因する。海水中の微生物量は実験室での培養系とは異なり、生物密度が少ないことから、分析に必要なRNAを抽出するために多くの海水試料が必要となる。時間は必要としたものの、実験手法の確立はなされてきているので、最終年度に実験結果が加えられると考えている。北極海の海洋炭素循環に微生物バイオマスがどの程度寄与しているかを把握するために、これまでに現存している微生物バイオマス量の算出を行った。今後の研究の方向性としては、これまでの研究を継続して実験データを得ることとする。具体的には、第一に海洋深層にも広く分布する微生物の増殖速度を正確に測定するために、ROCS現場培養機を用いてin situの微生物増殖速度の測定を行う。
X線スペクトル観測による銀河団の構造と進化の研究

X線天文衛星「あすか」のデータ解析を行うために、標準のソフトウェアであるXSELECT,XANADUをワークステーションにインストールした。さらに、スペクトル解析に用いる光学的に薄いプラズマからの熱輻射モデルをワークステーションに移植し、XANADUに組み込んだ。これらのソフトウェアを用いて、「あすか」によって得られたVirgo Cluster,Abell496,Abell2440のデータ解析を行った。Virgo Cluster,Abell496はともに中心にX線強度の超過が観測されており、Cooling Flowを持つ銀河団と考えられている。「あすか」によって得られたこれらの銀河団のX線スペクトルは単一温度の光学的に薄い輻射モデルでは表すことができず、少なくとも2つの温度成分が必要であった。銀河団の中心からの距離によりリング上に分類したスペクトルを解析した結果、中心部ほど温度が低くなっていることが明らかになった。今後、さらに詳しい解析を行うことにより、Cooling Flowの温度構造を観測的に求めることができるだろう。Abell2440はX線領域で2つのピークを持つ2重構造を示し、二つの銀河団が合体しつつある状態であると考えられている。このような銀河団のX線観測は銀河団の進化を探る重要な手がかりとなるが、遠方にあって暗いため、これまで十分なX線観測が行われていない。「あすか」により初めて得られたX線スペクトルは光学的に薄いプラズマからの熱輻射モデルで良く表され、銀河団を満たす高温プラズマの温度が約4.5keVで、重元素の存在量が宇宙組成の約0.25倍であることがわかった。温度は規則型銀河団と不規則型銀河団のほぼ中間の値である。今後、二重銀河団のサンプルが増えてくれば銀河団が合体するときの銀河間ガスの加熱の様子が明らかになるだろう。
海洋島玄武岩の地球化学的マルチ分析に基づくマントルの水和・脱水過程の解明

本研究では、二次イオン質量分析計を用いて海洋島玄武岩のメルト包有物の含水量や水素同位体比を高精度に分析することと併せて、同一の微小なメルト包有物から主要元素、微量元素、揮発性成分、鉛同位体比などの分析を行い、それぞれの元素・同位体比同士の関連を明らかにすることにより、水が地球内部をどのように循環しているのかを明らかにすることを目指している。その目的を達成するためには、急冷され、変質を受けていないガラス質のメルト包有物を得る必要がある。メルト包有物の状態が本研究の成否を決めると言っても過言ではないが、海洋島の陸上に噴出して徐冷された溶岩からは、ガラス質のメルト包有物を得ることは困難である。平成30年度においては、海洋研究開発機構の海洋地球研究船「みらい」による南太平洋クック・オーストラル諸島海域への研究航海に乗船参加する機会を得て、同海域のライババエ島沖およびプレジデント・デアーズ・バンク(海山)の海底に噴出した海洋島玄武岩をドレッジによって採取した。航海中に4回ドレッジを行い、合計約250kgの海洋島玄武岩を採取することができ、船上で岩石学的記載を行った。得られた試料の大部分は無斑晶質な玄武岩、または斑晶として含まれるカンラン石が変質している玄武岩であったが、本研究の目的を達するために適した、変質を受けていないガラス質のメルト包有物が含まれていないか探索を行って、鋭意、研究を継続中である。当初の研究計画では、研究の手始めとして、既にアーカイブ試料として保管されている海洋島玄武岩からガラス質のメルト包有物を探し出す、またはヒーティングステージ等を用いて二次鉱物が晶出したメルト包有物を加熱・均質化して分析を開始することになっていた。研究航海への参加という、当初の研究計画にはなかった試料採取を初年度に行うこととなり、それ自体は、よりよい条件の海洋島玄武岩のメルト包有物試料を得る上で重要なステップであったが、分析を開始できていないという点で、研究計画に照らしてやや遅れている。研究航海で採取してきた海洋島玄武岩の試料から新鮮でガラス質なメルト包有物を探し出すことに加え、当初の初年度の研究計画に掲げたアーカイブ試料を活用したメルト包有物の分析をスピードを上げて進める。併せて、当初の2年目の研究計画として掲げた、Rarotonga島への野外調査に出かけて、陸上に噴出した海洋島玄武岩試料から本研究の目的に適したメルト包有物試料を得る可能性を計画通り追究する。
亜熱帯性気候下の河川環境システムの分析に関する基礎調査

温暖多雨の亜熱帯性気候下にある宮崎県の南半分に位置する宮崎県内の5河川と沖縄県内の5河川を調査対象河川として、工改変による河川環境への影響を定量的に評価し、さらに河川環境の復元を予測する手法について検討した。このうち、宮崎県県最南端に位置する千野川においては治水と環境保全を調和させる川づくりが実施された。そこで本研究では、生態系の生息環境が整った区間における生態系の相互作用の検討と、河川改修が進んだ区間での河川改修による河川環境へのインパクトに対する生態系のレスポンスについての継続的なモニタリングを実施して物理環境と生態環境の両面から定量的に計測し、これらの結果から河川環境システムを総合的に評価することとした。その結果、千野川の旧河道の土壌環境は、高位・低位法面と河床堆積面の中間的な性質を保持していたこと、新河道においては、植生は旧河道の種組成を復元していたが次第に外来種が繁茂する傾向にあること、鳥類は9目23科52種が観察されて千野川が水鳥・水辺の鳥にとって良好な採餌場になりつつあること、小型哺乳類はイタチが捕食の場として利用しうる段階まで復元したこと、ホタルの飛翔はこれまでとほぼ同じ数を保持できていて、ホタルは新河道で生活サイクルを完結させていること、などが確認された。しかし、他の河川を加えて千野川の河川環境を総合的に評価した結果、千野川の新河道は、化学的環境に特徴を持ち、日常的な人間活動によって十分に影響を受けた箇所に分類された。また物理的環境は、深掘れが発生したことによって比較的に良くない状態であることなどが判明した。このことから、河川改修による河川環境へのインパクトを受けた河川での環境の形成には、モニタリングを継続して物理的環境を改善するなどのフォローアップが必要であることが分かった。現在、河川環境の評価には、指標としてBODが用いられることが多い。しかし、これだけからでは複合的な河川環境の評価ができない。そこで、河川環境を様々な指標を用いて評価する新しい河川環境の評価方法の確立を検討した。本年度では、亜熱帯性気候下にある宮崎県の南半分に位置する本庄川、清武川、広渡川、千野川の4河川を対象として、物理・化学環境と生態環境の両面から河川環境を定量的に計測し、レーダーチャートで表現することによって、河川の自然環境の多様性や人間活動による河川環境への影響を定量的に評価する手法について検討した。調査項目としては、生態系調査としては、水生生物調査とHIM指標の2種類、物理化学的調査としては、水質調査、景観、流速の3種類を採用した。水生生物の調査結果からは、指標生物による水質階級、Beck-Tsuda法による生物指数、Pantle u.Buck法による生物汚濁指数を求めた。これらの数値データを用いた検討の結果、水生生物による水質階級、生物指数、生物汚濁指数、HIM指標、景観、COD、硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸態リン、流速の10項目でレーダーチャートを描いて、その面積を比較すると、最も円形に近いのが本庄川上流、面積が小さく複雑な形をしているのが千野川旧河道であった。本庄川上流は照葉樹林が分布し自然の多様性が高い地点である。一方、千野川の旧河道は河川改修後、環境が劣化している地点である。基本的に、上流から下流になるにつれて面積が小さく、形が複雑になっていた。また、上流部の人間活動の影響が及ばない箇所では、面積率が70%以上の高い値となった。下流部の人間活動の影響を受けた箇所では、面積率が30%以下の低い値となった。

以上の検討により、本手法を用いることで、河川環境に対する人間活動の影響を総合的に評価できた。河川環境を様々な指標を用いて評価する新しい河川環境の評価方法の確立を昨年度に引き続いて検討した。本年度は、まず、昨年度に検討した物理・化学環境と生態環境の両面からの河川環境の定量的な計測結果について、多変量解析手法を使って客観的に測定項目の河川の自然環境の多様性や人間活動による河川環境への影響への寄与を定量的に評価する手法について検討した。その結果、河川環境の評価には、景観項目と水生生物による汚濁指数が強く寄与することが明らかになった。ついで、評価項目をより普遍的にするために、各項目の測定方法について検討した。その結果、景観項目については、河川環境の評価に寄与が大きいことから、より詳細に表現するための評価基準の設定が必要であり、そのために水辺のゴミの散乱状況と人工構造物の存在状態を加味して景観指数を測定すること、さらに音や水のにおい、水の透明度を測定項目に追加することとした。生物汚濁指数の測定については、専門家による同定が必要で困難を伴うことから、指標生物による水質階級の判定に変更することとし、全国共通の指標生物で判定するのではなく、亜熱帯性気候下で多く生息する水生生物を指標生物として追加することとした。その結果、評価項目は、生態環境面から、水生生物による水質階級とHIM指標の2種類、物理・化学環境面から、水質調査、景観項目の2種類に整理した。水質の測定項目については、COD、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸態リンを測定した。この新しい評価項目の有効性を確認するために、昨年度と同じ宮崎県内の評価結果が自明の4河川について新しい項目で評価した。その結果、昨年度と同じ評価結果が得られ、有効性が確認された。さらに、沖縄本島の5河川の河川環境の評価を試行した。その結果、上流部に人間活動の影響が及ばない県北部の河川では評価が高く、上流部まで人間活動の影響を受けた県南部の河川では評価が低くなった。河川生態環境に配慮した河川改修事業が千野川で実施され、その後の物理的な環境変化に関するモニタリング調査を実施した。開削から約4年経過した後も水路内に当初配置した自然石は現在もほぼ同じ位置にあるとともに、拳大の礫が沈み石の状況で水路内に点在する状況が確認された。また、新河道の低低水路の側岸浸食が発達し、水路自体の深掘れが観測された。側岸浸食や深掘れはホタルの生息環境にとっては必ずしも好ましくないが、ホタルの飛翔は例年観察されている。植生は旧海道と同様に微地形によって分化しており、旧海道の種組成の類似という点では植生タイプの復元に成功していた。しかし個々の種の復元度合いは低かった。セイタカアワダチソウの地下茎は、覆土20cm区で繁茂する傾向がみられ、外来種管理の必要性が示唆された。これらの結果は、表土撒出法は在来種維持と外来種抑制に効果があることを示していた。しかし、時間の経過と共に覆土による肥沃な土壌環境が外来種の繁茂を助長し、表土撒出による植生復元効果を減少させるおそれがあることが示唆された。宮崎県内の環境上の特性が明確な本庄川・清武川・広渡川の3河川を加えて、改修後の千野川の河川環境を総合的に評価した。その結果、千野川の新河道は、化学的環境に特徴を持ち、日常的な人間活動によって十分に影響を受けた箇所に分類された。
関数解析的手法による微分方程式の解の存在とその性質についての研究

Nehari多様体上には汎関数の値を最小にする関数が存在しない場合やPalais-Smale条件が崩れる等、臨界点を求めるのに困難が伴う汎関数が対応する楕円型方程式に対し、正値解や符号変化解の存在やその多重性についての結果を得た。次のNeumann問題に対して、解の多重存在についての結果を得た。ただし、ΩをR^N(N【greater than or equal】5)の有界領域で、その境界∂ΩはC^2の意味で滑らかとし、λ>0とする。2^*=2N/(N-2)である。|f|_<2^*/(2^*-1)が十分小さい任意のf∈L^<N/2>(Ω)に対し、問題(1)は少なくとも4つの解を持ち、少なくともそのうちの1つはsign-changingであることを示した。この定理とほとんど同じ結果がTarantello[Manus.Math.81]によって報告されている。しかし、その証明において、sign-changingな解を求める際に、一般的には成立しないu→∫_Ω|▽u^+|^2dx:H^1(Ω)→Rの微分可能性が使われているという難点がある。この論文では、u→∫_Ω|▽u^+|^2dxの微分可能性を使わなくても、上記の結果が成り立つことを示した。汎関数I:H^1(Ω)→Rを、と定め、∧^-={u∈H^1(Ω):<I'(u),u>=0,<I"(u)u,u><0},∧^-_*={u∈H^1(Ω):u^+,u^-∈∧^-}と置く。このとき、Iu=infI(∧^-_*)を達成する元u∈∧^-_*が存在することを示した。しかし、∧^-の場合と違って∧^-_*はC^1-多様体ではないので、このuがIの臨界点であることはきちんと示す必要があるが、それを解決した。次の楕円型問題に対して、解の多重存在についての結果を得た。ただし、μ>0,N【greater than or equal】3,1<p<(N+2)/(N-2),Q∈C(R^N, R)とする。Q(x)→1(|x|→∞)とし、Qは異なる2点で最大値Mをとるとすると、十分大きなμ>0に対して、(1)は、少なくとも3つの正値解と、少なくとも4つの符号変化する解の組が存在することを示した。この定理と似たものがCao-Noussair[AIHP 13,1996]によって得られているが、彼らの証明は、一般には成立しないu→∫_<RN>|▽u^+|^2dx : H^1(Ω)→Rの微分可能性を使っているというギャップがある。また、と置くと、Cao-Noussairが議論している符号変化する解は、N_*におけるIの極小解に対応するものだけであるが、ここでは、mountain passに対応するエネルギーの高い解の存在も示した。Qの挙動に付加条件をつけて、さらにエネルギーが高い解の存在も示した。つまり、先ほどの解は線に対するmountain passで得られたものであるが、最後の解は、面に対するmountain passで得られたものである。μ>0,N〓3,1<P<(N+2)/(N-2)とする。Q:R^N→Rは、Q(x)>1(x∈R^N)及びQ(x)→1(|x|→∝)を満たし、異なる2点において最大値を取る連続関数とする。Qが適当な条件を満たし、μ>0が十分大きいとき、方程式u∈H^1(R^N),-△u+μu=Q(x)|u|^<p-1>u in R^Nは、複数個の符号変化解を持つことを示した。得られた符号変化解には、極小のエネルギーを持つものだけでなく、mountain passに対応するものも含まれている。ΩはR^N(N〓3)の有界領域とし、2*=2N/(N-2)と置く。p:Ω→(2,2*]はΩのある点で2*を取る変動指数とし、方程式-△u=|u|^<p(x)-2>u in Ω, u=0 on ∂Ωの正値解の存在について論じた。W^<1,2>_0(Ω)からL^<p(・)>(Ω)への埋め込みはコンパクトになることについての十分条件を提示し、その結果として、上記方程式の正値解の存在を示した。
気体状・粒子状のアンモニア態・硝酸態窒素による越境汚染の動態解明

気候影響や環境影響の大きい反応性窒素のうち、量的に重要なアンモニアと硝酸を中心に、中国大陸方面からの越境汚染時の濃度やガス・粒子の分配状態を把握するため、鳥取大学・乾燥地研究センターで2016年2月から2017年10月にかけて高時間分解能での長期連続観測をおこなった。ガス態のNH3やHNO3は春初夏にかけて濃度が高かった。一時間値の風向別解析から、春初夏にかけてのNH3とHNO3の濃度増加は、国内の影響ではなく、越境輸送による可能性が高いと考えられる。粒子態アンモニウム塩は、微小粒子だけでなく、粗大粒子としても春季を中心に越境輸送されてくることがわかった。大気中のアンモニア態窒素と硝酸態窒素について、越境汚染時の濃度やガス・粒子の分配状態を把握するためには、北西風の条件下において日本国内の影響が少ない地点で観測を行う必要がある。本研究では、これまでの予備的観測の結果に加え、電源等の設置条件、作業性や装置メンテナンス等の諸条件を考慮の上、鳥取大学・乾燥地研究センターで観測を行うこととした。初年度(H27年度)は、現有の観測装置であるSO2計、PM10/PM2.5/OBC自動測定・採取装置、アンモニア計の点検・整備を行った。PM10/PM2.5/OBC濃度の測定は、今回のメンテナンスで継続的なデータ取得の信頼性を確保することができた。H28年2月からはSO2計とアンモニア計による観測を乾燥地研究センターで開始した。大陸からの大気汚染物質の流れだしによるPM2.5やSO2の高濃度化やNH3濃度の変化が観測できた。これらの観測項目については、ほぼ順調にデータ取得を開始できた。ガス状・粒子状硝酸を連続濃縮採取する装置は概ね完成したが、既存の検出器とデータ記録部とを連携させて観測を行うには各パーツの接続と制御ソフトの改良・調整が必要であることが判明し、それらの対策を検討した。(長田)H27年度においては、NOyとHNO3の連続観測に必要な装置の製作・準備を行なった。また、鳥取大学乾燥地研究センターにおいて、O3とCO濃度の連続観測を開始するとともに、NOyとHNO3の連続測定装置の設置に必要な基礎工事を完了させた。NOyとHNO3ついては、2016年度初頭より観測を開始する予定である(定永)。本研究で最も重要なアンモニア計による観測などは当初予定通りに開始できたものの、ガス状・粒子状硝酸を測定する装置の稼働は若干遅れている。サンプラーと検出器、記録部とを連携させて観測を行うには、連結部分の改良と調整が必要であり、対策を検討中である。このため、全体の進捗状況としてはやや遅れていると判断した。(長田)研究分担者が担当する測定項目については、ほぼ予定通りに観測を開始できており、データの取得も順調である。(定永)大気中のアンモニア態窒素と硝酸態窒素について、越境汚染時の濃度やガス・粒子の分配状態を把握するために、H27年度から鳥取大学・乾燥地研究センターで分担者(黒崎)の協力を得ながら種々の大気観測を行っている。SO2計とアンモニア計による連続観測をH28年度も継続した。年度当初はアンモニア計がたびたびトラブルに見舞われていた。しかし9月下旬に捕集液に添加する防腐剤を変更してからは、連続して良質のデータを得ている。そのほか、PM2.5、PM10、OBCの各濃度やSO2濃度についても、ほぼ連続してデータを取得できた。45月の黄砂イベントに伴う大陸からの大気汚染物質の流れだしや、夏の海陸風に伴う濃度の日内変化等、興味深い現象が観測できた。また、ガス状・粒子状硝酸を湿式で連続濃縮採取し、大気濃度を測定する装置の稼働試験を行った。硝酸計についてはその結果を踏まえてさらなるハード的な改良を行い、制御ソフトについても改良した。(長田)H27年度末から連続観測を開始したO3、CO濃度に加え、H28年度の初頭から、NOy、HNO3濃度の連続観測を開始した。連続観測自体は大きなトラブルもなく、順調に行えている。O3濃度については、春季に極大、夏季に極小となり、COについては、冬季に極大、夏季に極小となる、典型的な季節変動が見られた。NOyについては、夏季に低濃度、冬季に高濃度となった。HNO3に関しては春季夏季にかけて高濃度、秋季冬季にかけて低濃度であった。また、日中に高くなり、夜間に低くなるHNO3濃度の日内変動は、季節を問わず観測された。HNO3がこのような濃度変動を示す要因としては、紫外線増加に伴い、HNO3の光化学生成反応が促進したことや、温度上昇に伴い、硝酸のガス・粒子分配がガス側に偏ったことが考えられる。(定永)。前年度から継続してH28年度も鳥取大学乾燥地研究センターにおいて大気観測を実施した。トラブルはあったが、データの取得はほぼ順調に進んでいる。H28年度中に完成予定だったガス態・粒子態硝酸濃度計については、サンプル濃縮部と測定部の連結方法を改良したが、制御プログラムの微修正を残す点について、当初の予定よりもやや遅れた感がある。(長田)前年度に開始したO3とCOに加えて、H28年度初頭よりNOyとHNO3の連続観測を開始した。観測データを蓄積し、鳥取におけるこれらの濃度レベルの季節変化および日内変動パターンについて把握できたので、順調に進捗している。(定永)気象データの提供と観測支援を予定通り行った。

(黒崎)本研究では、北西風の条件で日本国内の影響が少ない地点として、鳥取大学・乾燥地研究センターにてH27年度から大気観測を行い、大気中のアンモニア態窒素と硝酸態窒素についてガス・粒子濃度の分配状態に関するデータを取得している。H29年度もアンモニアなどの連続観測を継続した。アンモニア態窒素濃度については、H28年9月からH29年10月まで、良質の連続データを取得できた。PM2.5やPM10、光学的黒色炭素の各濃度やSO2濃度についても、H28年春からほぼ連続してデータを取得できた。1時間毎にテープろ紙へ自動採取したPM2.5と直径2.510ミクロンの粗大粒子サンプルについてのイオン成分分析(NH4+など)も順調に進んだ。観測場所の立地特性を活かして、成分濃度の海陸風に伴う時間変化を解析したところ、日中の海風条件でNH3濃度が高くなる事例がしばしば観測された。海風時に国内の影響がほとんどない条件下での月平均NH3濃度は、56月に最も高かった。アンモニア態窒素のガス・粒子分配と濃度の季節変化に関するデータは、アンモニア態窒素の起源や大気中での粒子化・ガス化を考察する上で重要であり、今後さらに解析を進める予定である。(長田)H29年度においても引き続き、O3、CO、NOy、HNO3の連続観測を行い、順調にデータを取得できた。これらの濃度変動は、観測所周辺の風向によって大きく異なる結果となった。特にHNO3やHNO3/NOy比については、暖候期では海風のときに濃度が高い結果となった。海風のときは鳥取市街地など近傍での人為発生源による影響が小さく、暖候期ではNOyの反応がより進行した気塊が到達すると考えられる。(定永)H29年度も気象データなどを提供するとともに、観測装置のメンテナンスに寄与した(黒崎)気候影響や環境影響の大きい反応性窒素のうち、量的に重要なアンモニアと硝酸を中心に、中国大陸方面からの越境汚染時の濃度やガス・粒子の分配状態を把握するため、鳥取大学・乾燥地研究センターで2016年2月から2017年10月にかけて高時間分解能での長期連続観測をおこなった。ガス態のNH3やHNO3は春初夏にかけて濃度が高かった。一時間値の風向別解析から、春初夏にかけてのNH3とHNO3の濃度増加は、国内の影響ではなく、越境輸送による可能性が高いと考えられる。粒子態アンモニウム塩は、微小粒子だけでなく、粗大粒子としても春季を中心に越境輸送されてくることがわかった。順調に測定できている項目についてはH28年度もH27年度と同様に継続しする。ただし、観測には現地で種々の支援が必要なので、現地の研究協力者はH28年度から分担者として参画してもらい、気象データの提供や装置メンテナンスの補助も含めた支援を得られるようにしたい。ガス状・粒子状硝酸の測定装置については、サンプリングから検出、データ記録部とを連携させて連続観測を行えるように、改良・調整を進める。調整・改良の方針についてはすでに検討が進んでいるので、パーツの追加や制御プログラムの修正等をH28年度に行う予定である。(長田)前年度に開始したO3とCOの連続観測を継続するとともに、H28年度からNOyとHNO3の連続観測を開始する。その後、まずは鳥取におけるこれらの濃度レベルおよび日内変動パターンについて把握する。
脳内生理活性物質の長期効果と情報伝達機構

近年、種々の成長因子やホルモンによる細胞刺激が遺伝子発現を変化させることが知られるようになり、細胞の長期応答との関連において臨床薬理学的な立場からも注目されている。例えば、中枢神経系における化学的情報伝達機構や薬物依存のような応答において、原癌遺伝子が関与することが知られている。本研究では、中枢神経系での各種神経活性物質の細胞内応答を分子生物学、電気生理学、形態学などの多方面から総合的に研究し、遺伝子の変化を含めた神経情報伝達機構の理解を深めることを目的とする。nicotineは、10^<-9M>10^<-4M>の範囲内の用量依存的dexamethasoneの毒性増強作用を抑制し、細胞保護的に働くことを認めた。一方、扁桃核細胞に対するestrogenの作用を検討した結果estrogen単独で、低濃度では細胞保護的に高濃度では用量依存的に細胞毒性を示すことが判明した(鬼頭昭三)。海馬スライス標本を用いた電気生理学的研究により、苔状繊維-CA3錐体細胞シナプスにおける長期増強発展に関与するコリン作動性調節機構を明らかにした(佐藤公道)。アルコール依存症成立に伴う脳内GAB_A受容体の構成変化を検討した。その結果アルコール依存は脳内GABA_A及びGABA_Bの両者に変化を与え、これらの抑制系機能の障害がアルコール禁断症状の発展に関与する可能性が考えられた(栗山欣彌)。脳内生理活性物質の中でも特に、興奮性アミノ酸の長期効果出現メカニズムを遺伝子の転写調節レベルで追求した(米田幸雄)。GABA_A受容体γ_1・γ_2サブユニットのグルタミン酸AMPA型受容体GluR1.2の後根神経節ニューロン及び脊髄後角ニューロンにおけるmRNA発現を検討した(遠山正彌)。神経ペプチドのサブスタンスP(SP)の中枢神経機能の及ぼす影響を検討するため、脳及びグリアグリア細胞由来のU-87 MG細胞を用いてSP受容体発現調節機構を調べた(仲田義啓)。ラット海馬の遺伝子発現に及ぼすペンチレンテトラゾール(PTZ)、カイニン酸(KA)全身的投与の効果を調べた(村木篁)。cycolohexamideによるc-fos mRNAの発現はcenele-fide処置により抑制された(小川紀雄)。キナーゼIVをラットの脳から精製してその性質を調べ、脳に特異的に豊富に分布する多機能性プロティンキナーゼであることを示した(藤澤仁)。(1)ラット海馬におけるin vivo dialysis実験によりミネラルコルチコイドが各種アミノ酸性伝達物質、アセチルコリンの遊離に影響を与えることを見いだした。(2)P1代謝に共役するm1、m3両ムスカリン性アセチルコリン受容体(MusR)刺激のc-fos誘導作用とその機序について研究し、ジアシルグリセロールがPKCの活性化を介して弱いc-fos誘導を引き起こすことを認めた。(3)ホールセル・クランプ記録により、CA3野錐体細胞内のGTP結合タンパク質機能を抑制した状態では、海馬采線維とのシナプスでの長期増強は顕著に抑制されることを認めた。

(4)アルコール依存症モデル動物を用いて、GABA_Aα_1サブユニットmRNAの脳内発現の増加を認めた。(5)NMDAの脳室内投与により、マウス脳細胞核分画抽出液中のAP-1の活性上昇を認めた。(6)GABA_A、ニューロテンシン、グリシン、グルタミン酸などの受容体についてin situ hybridizationにより脳内の個体発生的分布を明らかにした。(7)interleukin-β(IL-1β)をラット側脳室に投与した結果、サブスタンスP受容体およびmRNA量の減少を認めた。(8)ラット脳における遺伝子発現についてnorthern blotting法により検討した。海馬において、けいれん薬ペンチレンテトラゾールは最初期遺伝子c-fosとzif/268の発現を誘導し、これをコレシストキニンが抑制することを見いだした。また、線条体プレプロエンファリン遺伝子及び海馬プレプロコレシストキニン遺伝子の発現が、グルココルチコイドにより調節を受けることを認めた。(9)CCK-8の投与によってcycloheximideによるc-fos mRNA発現が抑制されることを認めた。(10)カイネースIIの活性発現にThr-286の自己燐酸化が重要であることを明らかにした。カイネースIVをラットの脳より精製してその性質を明らかにした。ラット海馬培養神経細胞にdexamethasoneはカイニン酸による細胞毒性を増強させるが、この増強をニコチンが用量依存的に抑制することを認めた(鬼頭)。グリア細胞にLPSを作用させるとチロシン蛋白質のリン酸化を介し、NO合成酵素(NOS)が誘導されることを示した(野村)。苔状線維-CA3野錘体細胞シナプスにおける長期増強がムスカリン性M_1及びM_2受容体によって各々促進的及び抑制的に調節されていることを明らかにした(佐藤)。ラットのアルコール依存形成時には脳内におけるendozepine(diazepam binding inhibitor: DBI)mRNA発現の明らかな上昇を認めた(栗山)。マウス脳核抽出液中の転写制御因子Myc結合活性は、ピロリン酸の添加により濃度依存的に増強された(米田)。脊髄後角でのGABA_A受容体gamma_1、gamma_2サブユニットを発現する細胞は主として投射ニューロンであり、AMPA型受容体G1uR1,2を発現する細胞は主として介在ニューロンであることを明かにした(遠山)。神経ペプチドのサブスタンス(SP)受容体をコードするmRNAの特定部位に対して、アンチセンスDNAを合成し、ヒト脳アストロサイトーマ(U-87MG細胞)に添加した。その結果、SP受容体量の減少が認められた(仲田)。ラット海馬の遺伝子発現に及ぼすペンチレンテトラゾール(PTZ),カイニン酸(KA)全身的投与の効果を調べた。PTZはc-fosのKAはエンケファリンのmRNA量を増加するがコレシストキニン遺伝子の発現はこれらの薬物によって変動しなかった(村木)。
長期間発作が抑制されているにもかかわらず突発性異常波が持続するてんかん患者の検討

近年、てんかんが治癒し得る疾患であるとの認識が一般的となってきたが、一方で長年発作が抑制されていながら脳波でてんかん性異常波(以下I. I. D.)が消失しないてんかん患者も多数認められる。このような患者の臨床像を明らかにし、さらに治療終結が可能と考えられる症例を選別できるかどうか検討するために本研究を行った。発作が少なくとも2年以上抑制されていながら、長期間に渡り脳波でI. I. D.が認められる側頭葉てんかん患者で、本研究について説明を受けたのち同意の得られた10名(男性2名、女性8名)を対象に、ジアゼパム感受性試験を行ない、spike index(単位時間当たりのI. I. D.)が80%以上抑制された抑制群とそれ以下の非抑制群に分け、発作型、初発年齢、発作存続期間、発作抑制期間等の臨床経過やMRI、SPECTの結果を2群間で比較検討した。ジアゼパム感受性試験の結果、抑制群6例、非抑制群4例で、この2群間ではジアゼパム投与前の総I. I. D.、年齢、初発年齢、発作存続期間、発作抑制期間のいずれについても有為差は認められなかった。画像検査の結果については、抑制群でMRI、SPECTともに正常であったものは1例のみで、5例ではMRI、SPECTいずれかの異常所見が認められ、非抑制群では全例でいずれかの異常が認められた。これらのことより、抑制群6例の長期予後は良好な可能性はあるが、減薬開始を判断するのにジアゼパム感受性試験のみでは再発の危険性があることを示唆するものと考えられた。
タンパク質機能発現メカニズム解明のための高強度THzオペランド計測システムの開発

今年度は高SN比をもつ1shot時間波形測定法を開発するため、多チャネル高感度差分増幅測定装置の開発を進めた。時間領域の情報を1shotで取り出す際、多チャネルスペクトル撮像法(回折格子とCCD)、タイムレンズ型スペクトル撮像法(ストレッチャーと高速フォトダイオード)が考えられるが、CCDを用いる手法は簡便に広い時間領域で1shot撮影が可能である一方、バランス検出を用いた差分高感度検出を利用できない。他方、タイムレンズ型のスペクトル撮像法は数GHzを超える超高速ADコンバーターが必要であり、タイムレンズで伸張できるパルス幅の限界のため、1MHz未満の比較的低繰返しの領域で帯域を有効活用することができず、高感度化の妨げとなっていた。そこで多チャネルのリニアアレイディテクタおよび並列差分増幅回路を用いて、高感度な差分スペクトル測定装置の開発を進めた。32チャネルリニア型アレイディテクタと差分増幅回路を組合わせた並列型バランス増幅検出器の開発を行った。当初予定のオペアンプによる差分増幅回路では、実装面積と回路全体の消費電力のため十分な性能が得られなかったが、INA128アンプを用いた増幅回路での実装では、差分信号検出が可能であることがわかった。今後はこれらを多チャネル型高精度のADコンバーターと組合わせることで多チャンネル高感度差分増幅測定装置として動作させる。また、1shot-EOサンプリング法のため、ターゲット形状の最適化を実施し、最大で2倍程度のテラヘルツ強度増強を確認した。準単色なテラヘルツ光の生成試験を実施し準単色化に成功した。特定の振動モードなどを励起する場合には強度をその周波数に合致させることが可能であるため、非常に有用であることがわかった。更にテラヘルツ分光における試料条件決定のために、単色サブテラヘルツ光源を用いた水溶液試料の吸収測定系の整備を進めた。EOサンプリング等は順調でありEO結晶の選定も進められている。タンパク質実験に関しても現在準備中であり来年度可能な状況である。テラヘルツ分光技術の開発とともに、タンパク質実験に向けた準備が進んでいる。来年度は、フィルタリング法及びEOサンプリング等によるタンパク質水溶液の分光実験を行う予定である。物質の複素誘電率の測定を可能とする広帯域時間領域テラヘルツ分光法は、テラヘルツ電場により誘起された結晶の複屈折性の大きさを精密に測定することにより高感度な測定が可能となり、タンパク質の機能発現メカニズム解明のための強力なオペランド計測ツールとして期待できる。一般に複屈折の精密測定は偏光回転の大きさを差分検出することによりなされるが、本研究で必要となるシングルショット電場波形測定において差分の高感度検出を行うことは困難であった。本年度は、シングルショット電場波形測定の高感度化のための測定装置の検討・試作を行い、単一差分検出器において10-6レベルの偏光回転を検出することに成功した。単一差分検出器において最適化された結果を基に32チャンネルリニア型アレイディテクタの差分増幅による高感度シングルショットテラヘルツ電場検出装置の開発を行なっている。また、本研究では小型加速器を用いた高強度テラヘルツ発生及びEO(Electro-Optic)サンプリング法による検出についても行うが、本年度は、EO結晶及びテラヘルツ発生用の媒質の最適化を実施した。結晶としては、ZnTe・GaP・GaSeを試験した。周波数帯域に関しては、GaP・GaSeが優位であったが、信号強度としてはZnTeが最適であった。これらの特徴を生かし、計測ごとに最適な結晶を選定して利用していく。テラヘルツ発生用媒質としては、密度・屈折率の異なる3種類の媒質を試験し、最大強度が得られる媒質としてTOPAS(環状オレフィンコポリマー)であった。シングルショット計測に関しては、レーザー光源の準備を実施し、時間-波長に関して相関を持つ光の生成を実施し評価した。今後はテラヘルツ強度を向上させるとともに、シングルショット計測の実証を行っていく。こららの要素技術開発を融合させ、タンパク質水溶液サンプルのシングルショット計測を目指す。本研究では、タンパク質の水溶液サンプルのテラヘルツ計測を目指すにあたって、計測の高感度化とEO結晶の最適化、及びテラヘルツ発生媒質の最適化といった要素技術開発が重要となるが、おおむね順調に進展している。

今後はこれらを多チャネル型高精度のADコンバーターと組合わせることで多チャンネル高感度差分増幅測定装置として動作させる。また、1shot-EOサンプリング法のため、ターゲット形状の最適化を実施し、最大で2倍程度のテラヘルツ強度増強を確認した。準単色なテラヘルツ光の生成試験を実施し準単色化に成功した。特定の振動モードなどを励起する場合には強度をその周波数に合致させることが可能であるため、非常に有用であることがわかった。更にテラヘルツ分光における試料条件決定のために、単色サブテラヘルツ光源を用いた水溶液試料の吸収測定系の整備を進めた。EOサンプリング等は順調でありEO結晶の選定も進められている。タンパク質実験に関しても現在準備中であり来年度可能な状況である。今後もテラヘルツ波を用いたEOサンプリングにおける計測の高感度化と結晶の最適化、及び発生媒質の最適化による要素技術開発を進め、小型加速器によって生成した高強度テラヘルツ波によるシングルショット計測の実現を目指すとともに、タンパク質水溶液サンプルのオペランド計測の準備を進めていく。テラヘルツ分光技術の開発とともに、タンパク質実験に向けた準備が進んでいる。来年度は、フィルタリング法及びEOサンプリング等によるタンパク質水溶液の分光実験を行う予定である。
光化学系の発現を制御するレドックスセンサーキナーゼに関する研究

Rhodobacter capsulatusのセンサーキナーゼRegBの膜貫通領域をカットしたDNA regB'をPCR法で増幅した。この時、T7 RNAポリメラーゼ系のベクターであるpT7-7に組み込むためregB'の5'末端と3'末端にそれぞれ制限酵素NdeIとXhoIの切断部位を導入するようプライマーを設計した。増幅されたregB'をpT7-7に導入し、大腸菌(C600/pGP1-2)にトランスフォーメションさせ、42°Cの熱ショックでRegB'を発現させた。大腸菌をフレンチプレスで破壊後、10000gで10分、上清をさらに、39000gで1時間遠心し沈澱にRegB'に富む画分を得た。7M尿素でRegB'を可溶化し、DEAEバイオゲルA、ヒドロキシアパタイトにより精製した。精製されたRegB'はタンパク濃度0.3mg/ml、3M尿素、70mMメルカプトエタノール、5mM MgCl_2で室温30分間インキュベート後、透析で尿素を除きリフォールディングした。なお、全ての操作は嫌気下で行い、溶液は予め脱気後、充分窒素を通したものを用いた。リフォールディングされたRegB'に[γ-^<32>P]ATP、[α-^<32>P]ATP、[γ-^<32>P]GTPを加え室温で20分インキュベート後、SDSゲル電気泳動し、オートラジオグラフィーを行ったところ[γ-^<32>P]ATPを用いた時のみRegB'の自己リン酸化が起こった。次いで、レスポンスレギュレーターRegAをRegB'と[γ-^<32>P]ATPとともにインキュベートしたところ、RegB'に依存したRegAのリン酸化が起こり、センサーキナーゼRegBからレスポンスレギュレーターRegAへの情報伝達がリン酸基の転移によって起こることが確認された。リフォールディングされたRegB'を空気中に曝したり、嫌気下で酸化剤にフェリシアン化カリウムを加えると、RegB'の自己リン酸化能は失われた。また、フェリシアン化カリウムをカラム遠心で除去後、嫌気下でDTTとインキュベートするとRegB'の自己リン酸化能の回復が見られたので、RegB'はin vitroでも酸化還元状態を認識していることが解った。
シナプス形成と修復に関する発生薬理学的研究

1.末梢標的器官への神経支配(シナプス形成)機構の分子的基礎ニワトリ胚細胞の培養系を用いて以下の結果を得た。(1)交感神経の標的器官である心筋と平滑筋および標的器官でない骨格筋はともに交感神経線維の成長を促進する化学物質を放出している。(2)心筋、平滑筋由来物質は交感神経の接着を促進するが、骨格筋由来物質は促進しない。(3)交感神経の末端で接触され、交感神経線維の分布を促進する物質が、心筋、平滑筋由来物質に存在する。(4)この物質はSDS-PAGEで370KDaの蛋白である。(5)部分精製した370KDa蛋白に対する抗血清をニワトリに注射したところ、各組織への交感神経の再生が妨げられた。以上の成績より交感神経と標的細胞間のシナプス形成に370KDaの蛋白が重要な仲介役割を果していることが示唆された。2.イオンチャンネルの発達と神経支配骨格筋の膜電位依存性イオンチャンネルの性質や量が生後どの様に変化するのか、変化を制御する因子は何かを調べる目的で、Whole-cell patch-clamp法を用いてマウス指骨格筋単一筋線維から各種のイオン電流を記録した。Ca^<2+>:誕生直後の筋には一過性、持続性の2種のCa電流が観察された。一過性の電流は生後3週間以内に消失し、除神経による影響を受けなかった。持続性の電流は生後増加した。Na^+:誕生直後の筋にはイモ貝毒素(Geographutoxin)感受性、抵抗性の2種のNa電流が観察された。毒素抵抗性電流は生後3週間以内に消失し、除神経により再び出現した。感受性Na電流は生後増加した。K^+:誕生直後は瞬時に活性化されその後減少する成分のみが、12日を過ぎると持続性の成分とゆっくりと活性化される成分が内向き整流電流として観察されるようになった。除神経により後の2成分の発達は抑えられた。骨格筋のイオンチャンネルは生後3週までの間に大きく性質や量を変化させるが、この制御機構は多様である。[1]末梢器官への神経支配を仲介する因子を調べるためニワトリ胚細胞の培養系を用いて以下の成績を得た.(a)コラーゲンゲル中に交感神経節(SG)を埋め,一定の距離の所に第2翼羽開張筋(Exm,交感神経が密に分布している)と骨格筋(Skm,交感神経が分布していない)を置いて神経線維の伸びを調べたが両組織に交感神経は伸びていった.(b)SG細胞はExm条件培養液をコートした培養皿によくくっついたが, Skmで処理した培養皿にはくっつかなかた.この条件培養液の活性は10万g3時間の沈渣に回収された.この物質はDEAEセルローズに吸着し,分子量は2000kダルトン以上であり,活性ドメインは蛋白である.これらの成績から,なぜ交感神経は平滑筋に分布するが骨格筋には分布しないのか,その分子的背景を明らかに出来ると期待される.今後,この物質を同定し,組織分布や発達の過程での変化,薬物による影響等を調べていきたい.[2]発育に伴うイオンチャンネルの変動をWhole cell膜電位電位固定法を用いて調べ以下の知見を得た.

(a)出生直後のマウス骨格筋には一過性および持続性の2種のCaチャンネルが存在し,一過性チャンネルは生後17日までに消失する.単位膜面積あたりの持続性チャンネル電流は生後30日の間に4倍に増加した.(b)膜電位依存性Naチャンネルについてもイモ貝毒素(Geographutoxin)を用いて調べた.出生直後の筋および神経支配のない培養筋にはイモ貝毒素ー感受性, 抵抗性の2種類のチャンネルが同時に存在する.イモ貝毒素抵抗性のチャンネルは発育にともない生後16日までに消失したが,感受性のチャンネルは20日までに15倍に増加した.(c)上記の4種のチャンネルは発達過程で密度,性質に大きな変化を受けるが,そのメカニズムはチャンネる毎に異なることが示唆された.1.交感神経は筋肉内の血管平滑筋には高濃度に分布しているが、骨格筋線維には全く分布していない。神経分布(結合)の特異性のメカニズムを明らかにするため、培養系を用いて神経末端により確認され、その分布に影響を持つ分子の検定法を開発した。骨格筋細胞培養液には交感神経の分布を排除する活性を、心、平滑筋細胞培養液には交感神経の分布を促進する活性を認めた。両活性ともプロナーゼ、トリプシン処理で消失したが、ノイラミニダーゼ、DNA分解酵素処理では残ったことより、両活性分子とも蛋白と考えられる。心筋由来の交感神経の分布を促進する活性物質をヘパリンアフィニティーカラム、DEAEカラムクロマトグラフィーなどで精製し、最終的にSDSーPAGEで370KDaの分子量を持つ単一のバンドを得た。この蛋白の活性はラミニンの100倍以上の値を示した。2.マウス骨格筋より単一筋線維を単離し、whole-cell膜電位固定法を用いて、以下の事柄を明らかにした。(1)誕生直後の骨格筋には一過性、および持続性の2種のca^<++>チャンネルがある。(2)一過性のチャンネルは発達にともない消失し、持続性のチャンネルは増加する。(3)支配神経の切断はこの消失過程に影響を与えない。(4)誕生直後の筋にはイモ貝毒素(Geographutoxin)感受性、非感受性の2種のNa^+チャンネルがある。非感受性のチャンネルは、筋の発達にともない消失し、感受性のチャンネルは増加する。(5)Ca^<++>チャンネルと異なり支配神経の切断は、毒素非感受性Na^+チャンネルの消失を妨げる。またおとなの筋においては非感受性チャンネルを再出現させる。(6)毒素感受性チャンネルの増減も神経の制御を受けているが、この制御のありかたは、発育の段階に応じて抑制から促進にきりかわる。1.培養系で交感神経線維の分布を促進する370KDaの蛋白370Kda蛋白の生体での役割を明らかにするため、部分精製分画を用いて抗血清を作製した。抗血清は培養系で370KDa蛋白による交感神経の密分布を阻害したが、一般の神経線維の成長には影響を及ぼさなかった。孵化直後のニワトリに6ーhydroxydopamineを連続投与すると、血管、心、腎、脾などで交感神経が消失したが、投与をやめると徐々に回復してきた。投与後、抗血清を注射すると交感神経の回復は部分的に阻害された。以上の結果より培養系で交感神経線維の分布を促進する蛋白は生体においても、交感神経が再生し標的器官にシナプスを形成する際に重要な役割を果していることを示している。2.イオンチャンネルの発達と神経支配哺乳類の発達にともなう骨格