hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脂質性情報伝達物質の生体内産生に関わる新規リパーゼの構造と機能

2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)は最近発見された機能性脂質分子であり、カンナビノイドレセプターに対する内因性のリガンドである。2-AGは記憶や免疫作用に関わる可能性が示唆されているが、その生理的意義は未だ明確ではない。ジアシルグリセロール(DG)リパーゼは生体内における2-AG産生酵素の有力な候補である。そこで、カビのDGリパーゼとホモロジーを有するヒト胎児脳由来のESTクローンを基に、5'-RACE法によってヒト脳由来cDNAライブラリーより完全長cDNAを得た。推定されるアミノ酸配列を解析したところ、本クローンはリパーゼの活性中心コンセンサス配列を有する672アミノ酸からなるタンパク質をコードし、N末端側に4つの膜貫通ドメインを有している膜結合型タンパク質であるとが示唆された。この遺伝子は脳や肝臓、胎盤、免疫細胞などの多くの組織で発現していた。本遺伝子をCOS1細胞に発現させたところ、本タンパク質は膜画分に発現した。そのホモジネートを用いてDGリパーゼ活性を測定したところ、コントロールに比べて約24倍の活性上昇が認められ、この活性はDGリパーゼの特異的な阻害剤によって完全に阻害された。以上より、ヒト膜結合型DGリパーゼのクローニングに成功したと考えられる。さらに、本分子のアイソザイムをデータベースにて検索したところ、ホモログと考えられるクローン(KIAA0659)を見いだした。このクローンは完全長でなかったので、キャップサイトハンティング法によって5'-上流部を得た。こうしてこのホモログに関しても完全長の塩基配列を取得した。このクローンもリパーゼの活性中心コンセンサス配列を有し、N末端側に4つの膜貫通ドメインを有している膜結合型タンパク質であることが示唆された。分子サイズは115kDaであった。発現組織を解析したところ、脳に特に多いことが特徴的であった。2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)は最近発見された機能性脂質分子の一つであり、カンナビノイドレセプターに対する内因性のリガンドである。推定されるアミノ酸配列を解析したところ、本クローンはリパーゼの活性中心コンセンサス配列を有する672アミノ酸からなるタンパク質をコードし、N末端側に4つの膜貫通ドメインを有している膜結合型タンパク質であることが示唆された。実際に、本遺伝子をCOS1細胞に発現させたところ、本タンパク質は膜画分に発現した。本酵素の有する特徴的な複数膜貫通ドメインの機能は不明だが、我々は同じく中性脂質代謝に関わる酵素であるコレステロール生合成律速酵素HMG-CoAレダクターゼもまた複数膜貫通ドメインを有し、このドメインがステロールなどの脂質を感知し、その結果、タンパク質の安定性に影響を与え、クオリティーチェックに関わるプロテアーゼによる分解が促進されることも見いだした。DGリパーゼに関しても類似の調節機構が存在する可能性がある。このような調節機構に関しては本酵素の生理的意義とともに今後の課題である。
生体熱工学及び細胞生物学的手法を併用した成熟神経細胞の凍結融解挙動の解明

生体凍結の応用である凍結保存では、細胞や組織の損傷・保存のメカニズムは未だ十分には解明されていない。一方、薬・毒物スクリーニングの発展につながると期待される成熟神経細胞の凍結・融解挙動の研究は未だほとんど行われていない。この背景において、本研究課題では、成熟した神経細胞の凍結・融解挙動、凍結・融解後の細胞の形態変化や生存性について、詳細な情報を得ることを目的とする。本年度は、平成23年度の実験結果から明らかとなった凍結・融解後の形態変化に関して、当該過程における細胞に対する環境因子として、浸透圧ストレスに注目し、それに曝した場合の細胞時系列変化や細胞骨格の変化を調べると共に、凍結・融解後の形態変化との比較・検討を行った。さらに、凍結・融解後の形態変化や生存性に対する、凍結保護物質添加の影響を調べた。具体的には以下のようである。1.NaCl濃度の濃縮・希釈において、神経突起は、高張状態で若干細くなり、希釈過程において数珠状化や短小化が生じた。細胞体は、高張状態で明確に収縮し、希釈過程で再膨張および球状化した。2.代表的な凍結保護物質であるDMSOを10%添加した生理食塩水中においては、DMSOを含まない場合に比べ、氷結晶は微細化し、凍結過程で細胞の脱水・収縮は軽減した。冷却速度が速い場合には、細胞内凍結が観察された。3.DMSOを10%添加した生理食塩水中における凍結・融解後、神経突起の数珠状化・短小化が若干見られるものの、DMSOを含まない場合に比べ、大きく減少した。4.DMSOを10%添加した生理食塩水中においては、DMSOを含まない場合に比べ、凍結・融解後のNeurofilament L(細胞骨格タンパク質)は、数珠状化や湾曲・たわみなどが軽減され、コントロールと同様に、突起に沿って均一に存在していた。5.DMSOを10%添加した生理食塩水中における凍結・融解後、冷却速度が0.53°C/minにおいて最も生存率が高く、より低い、または高い冷却速度においては生存率が減少した。本年度は、まず、平成23年度に見出された、凍結・融解後の特徴的な形態変化に注目し、抗体染色を含めた手法による細胞骨格の観察と定量的検討を行った結果を、日本機械学会2012年度年次大会で発表した。次に、凍結・融解後の形態変化に関して、当該過程における細胞に対する環境因子として、NaCl濃度に起因する浸透圧ストレスに注目し、その影響を解明した結果を、第50回日本伝熱シンポジウムで発表予定である。更に、凍結・融解後の形態変化や生存性に対する凍結保護物質添加の影響、また、形態変化の回復なども調べ、学術雑誌に投稿準備中である。以上の内容は、当初計画では予想しない方向の進展も含まれるが、期待に沿う成果である。また、応用上重要な、成熟神経細胞(神経突起を有する)の凍結・融解挙動の研究は未だほとんど行われていない。この背景において、本研究課題では、成熟した神経細胞の凍結・融解における詳細な情報を得ることを目的とする。本年度は、まず、実験材料である成熟神経細胞(分化型PC12細胞)を安定的に得るための条件(血清濃度)検討を行い、この実験結果を元に細胞分化の反応速度論的モデル化を行った。モデル化は、関連プロセスや手法の定量的評価、設計・最適化などの点から有益である。次に、条件検討によって決定した血清濃度を用いてPC12細胞を分化誘導し、成熟神経細胞に対する凍結実験を行った。結果は以下のようである。1)細胞外凍結では、細胞体は明瞭に脱水・収縮・変形し、神経突起でも脱水・収縮する。細胞内凍結は、細胞体で優先的に発生し、冷却速度の増加に対して、神経突起の根元からかなり離れた位置まで氷結晶の形成が及ぶ。2)凍結・融解後、神経突起に特徴的な形態変化(数珠状化や短小化)が生じた。これらの形態変化は、神経ネットワークの機能に大きな影響があると考えられる。3)免疫細胞化学染色により、凍結・融解後の神経細胞のNeurofilament L(中間径フィラメント)は、数珠状化した突起では数珠状化し、短小化した突起では湾曲やたわみなどによる長さ方向への収縮が見られることを明らかにした。数珠化や短小化の詳細なメカニズムの解明には、今後の更なる検討が必要である。4)凍結・融解後の細胞の生存率は、冷却速度には依存せず、到達温度の低下に対して単調に減少した。本報の実験条件の範囲では、最低到達温度があまり低くないため、細胞外凍結による損傷原因(細胞外凍結による溶液効果、氷結晶からの機械的作用など)が主であると考えられる。

さらに、凍結・融解後の形態変化や生存性に対する、凍結保護物質添加の影響を調べた。具体的には以下のようである。1.NaCl濃度の濃縮・希釈において、神経突起は、高張状態で若干細くなり、希釈過程において数珠状化や短小化が生じた。細胞体は、高張状態で明確に収縮し、希釈過程で再膨張および球状化した。2.代表的な凍結保護物質であるDMSOを10%添加した生理食塩水中においては、DMSOを含まない場合に比べ、氷結晶は微細化し、凍結過程で細胞の脱水・収縮は軽減した。冷却速度が速い場合には、細胞内凍結が観察された。3.DMSOを10%添加した生理食塩水中における凍結・融解後、神経突起の数珠状化・短小化が若干見られるものの、DMSOを含まない場合に比べ、大きく減少した。4.DMSOを10%添加した生理食塩水中においては、DMSOを含まない場合に比べ、凍結・融解後のNeurofilament L(細胞骨格タンパク質)は、数珠状化や湾曲・たわみなどが軽減され、コントロールと同様に、突起に沿って均一に存在していた。5.DMSOを10%添加した生理食塩水中における凍結・融解後、冷却速度が0.53°C/minにおいて最も生存率が高く、より低い、または高い冷却速度においては生存率が減少した。本年度は、まず、1)実験材料(成熟神経細胞)準備の条件検討を行い、その実験結果に基づいて、細胞分化の数学的モデルを提案・展開した。次に、2)生理食塩水中での成熟神経細胞の凍結特性を詳細に解明した。1)に関しては、国内での学会発表(2件)を済ませ、国外での学会発表(発表確定)を予定していると共に、学会誌等への発表が掲載可となっている。また、より発展的な内容を米国機械学会論文集J. of Biomechanical Engineeringに論文投稿する正に直前である。2)に関しては、国内での学会発表(3件)と国外での学会発表を済ませ、現在、日本機械学会論文集とInt. J. of Low Temperature Biology and Medicineへの投稿論文を執筆中である。本年度は、まず、平成23年度に見出された、凍結・融解後の特徴的な形態変化に注目し、抗体染色を含めた手法による細胞骨格の観察と定量的検討を行った結果を、日本機械学会2012年度年次大会で発表した。次に、凍結・融解後の形態変化に関して、当該過程における細胞に対する環境因子として、NaCl濃度に起因する浸透圧ストレスに注目し、その影響を解明した結果を、第50回日本伝熱シンポジウムで発表予定である。更に、凍結・融解後の形態変化や生存性に対する凍結保護物質添加の影響、また、形態変化の回復なども調べ、学術雑誌に投稿準備中である。以上の内容は、当初計画では予想しない方向の進展も含まれるが、期待に沿う成果である。本年度は、主に生理食塩水中の成熟神経細胞に対する凍結・融解挙動、凍結・融解後の形態変化や生存性の検討を行った。今後は、これらの検討項目に対する、凍結保護物質(DMSO)の影響を調べる。また、同時に、細胞死滅様式(アポトーシスとネクローシス)の判別や、細胞膜の電気的興奮性の検討なども行う。さらに、これらの実験結果に基づいた、凍結による成熟神経細胞の損傷・死滅の数学的モデル化の展開を行う。
全大気統合モデルを用いた温室効果ガス増加による超高層大気長期変動の研究

大気中の二酸化炭素などの温室効果ガスの濃度増加が、熱圏・電離圏に及ぼす影響について、全大気領域を含む大気圏ー電離圏結合モデルによる数値シミュレーションにより調べた。熱圏における温度や中性大気密度は、二酸化炭素濃度変化以外にも、惑星波や太陽潮汐波の日々変動、年々変動によっても影響を受けることが分かった。そこで、気象の再解析データを用いて下層大気の状態を変化させる実験や大気中の二酸化炭素濃度を変化させた実験を行うことで、二酸化炭素増加により引き起こされる熱圏の寒冷化や中性大気密度減少に関する精度の高い見積もりを行った。人為起源の二酸化炭素濃度増加が、熱圏・電離圏に及ぼす影響を、我々の研究グループで開発した大気圏-電離圏統合モデル(GAIA)を用いて定量的に調べてみた。まず、二酸化炭素濃度が320ppmv(1960年代の値)の場合と400ppmv(2010年代の値)の場合について、熱圏の大気温度・密度および電離圏の電子密度の違いについて調べてみた。その結果、二酸化炭素濃度の増加に伴い、高度200km以上の大気温度は約12Kの低下、高度200-250kmの電子密度は5-15%の増加となることが明らかとなった。これらの変動と二酸化炭素濃度増加を関連づけるためには」、GAIAの下層大気部分に観測データ(再解析データ)を入れて計算する必要がある。そこで、平成23年度には、2008年から2010年の期間について、再解析データをナッジングした計算を行い、熱圏・電離圏の衛星観測結果と比較し、GAIAモデルの検証を行った。その結果、成層圏突然昇温時の電離圏変動が、観測結果とよく一致していること、また、下層大気起源の潮汐波に伴う電離圏の季節変化についても電離圏観測結果とよく一致し、GAIAモデルが超高層大気変動をよく再現できるという確証を得た。さらに、超高層大気では、太陽活動や地磁気活動などの影響を強く受けることが知られている。したがって、二酸化炭素増加に伴う長期変動を調べるには、太陽活動や地磁気活動などの自然変動に起因して起こる熱圏・電離圏の長期変動を抽出する必要がある。そこで、太陽活動変動影響については、太陽フレアーなど太陽活動の大規模な変動が、超高層大気にどの程度影響を及ぼすかについて、GAIAを用いて調べてみた。一方、地磁気活動に伴う超高層大気変動については、GAIAに、地磁気活動変動を見積もるための改良を行った。人為起源の二酸化炭素濃度増加が熱圏・電離圏に及ぼす影響を,我々の研究グループで開発した大気圏ー電離圏統合モデル(GAIA)を用いて定量的に調べてみた。昨年度までの研究から,成層圏突然昇温の有無が熱圏の平均温度に大きく影響することが明らかになったことを踏まえ,下層大気の年々変動(大気波動の活動度変動)をより詳しく解析したうえで,二酸化炭素濃度変動の影響を見積もることにした。まず,二酸化炭素濃度を固定したうえで,1998年から2013年までの下層大気部分に再解析データを入力した計算をGAIAにより実行した。数値シミュレーション結果を,大気潮汐波や惑星波の年々変動に注目して解析を行った。その結果,熱圏領域において,太陽非同期潮汐波の年々変動の影響は,想像していた以上に大きく,超高層大気の長期変動を調べる際には,十分に注意する必要があることが分かった。以上の結果を踏まえ,二酸化炭素濃度に伴う長期変動か下層大気起源の大気波動の活動度変動に伴う影響なのかをより明確にしたうえで,太陽極小期における二酸化炭素濃度の増加が熱圏大気の年々変動に及ぼす影響を見積もった。定量的な見積もりを正確に行うためには,更なる解析が必要であり,平成26年度も引き続き解析を続けることになった。また,昨年度に引き続き,下層大気起源の潮汐波に伴う熱圏・電離圏の潮汐振動の季節変化についても衛星観測結果(SABERなど)と比較検討を行った。本年度は太陽非同期の潮汐波について比較を行い,おおむねGAIAモデルが太陽非同期潮汐波をよく再現できるという結果を得た。さらに,超高層大気では,地磁気活動などの影響を強く受けることが知られているので,地磁気活動変動を定量的に見積もるための数値モデルの改良を昨年度に引き続き行った。人為起源の二酸化炭素濃度増加が、熱圏・電離圏に及ぼす影響を、我々の研究グループで開発した大気圏ー電離圏統合モデル(GAIA)を用いて定量的に調べてみた。昨年度に得られた二酸化炭素濃度増加の影響が、下層大気の年々変動(特に成層圏突然昇温)に伴う超高層大気変動とどの程度異なるかに焦点を当てて解析を行った。その結果、成層圏突然昇温発生後には、熱圏の平均温度が10-20K程度低下することが分かった。これは、二酸化炭素濃度が320ppmv(1960年代の値)から400ppmv(2010年代の値)に増加した場合の熱圏の平均温度低下量(12K)と同程度であることが分かった。

このように、熱圏大気の長期変動を調べる際には、下層大気変動の影響を十分に考慮する必要があることが分かった。そこで、1980-2000年代の太陽活動極小期について、GAIAによる数値シミュレーションを実行し、解析を行った。その際、成層圏突然昇温が発生した年と発生しない年に場合分けをして解析を行い、下層大気変動に伴う熱圏における大気波動活動度の年々変動の影響を詳細に調べた。その結果、二酸化炭素濃度増加に伴う熱圏大気の長期変動を下層大気変動の影響と分離するには、更なるシミュレーションおよび詳細な解析が必要であることが明らかとなり、平成25年度に引き続き行うことにした。また、下層大気起源の潮汐波に伴う熱圏・電離圏の潮汐振動の季節変化についても衛星観測結果と比較検討を行った。その結果、一部観測結果と不一致する部分が存在するものの、おおむねGAIAモデルが潮汐振動に伴う超高層大気変化をよく再現できるという結果を得た。さらに、超高層大気では、地磁気活動などの影響を強く受けることが知られているので、地磁気活動変動を定量的に見積もるための数値モデルの改良を昨年度に引き続き行った。昨年度までに引き続き,人為起源の二酸化炭素濃度増加が熱圏・電離圏に及ぼす影響を,我々の研究グループで開発した大気圏ー電離圏統合モデル(GAIA)を用いて定量的に調べてみた。昨年度までの研究から,下層大気起源の大気潮汐波や惑星波の年々変動が熱圏の年々変動に大きく影響することが明らかになったことを踏まえ,下層大気の年々変動(大気波動の活動度変動)をより詳しく解析したうえで,二酸化炭素濃度変動の影響を見積もった。具体的には,2007年から2010年までのシミュレーション(太陽活動極小期)を行う際に,二酸化炭素濃度を400ppmv(現在の値)にした実験と,345ppmv(1988年ごろの値)の二通りの実験を行った。さらに,1994年から1997年の太陽極小期についても,二酸化炭素濃度を345ppmvに固定し計算を行った。これらの結果を比較することで,二酸化炭素濃度増加に伴う超往相超高層大気変動及び下層大気に由来する超高層大気変動を区別した。その結果,二酸化炭素濃度が345ppmvから400ppmvに増加する(約15%)ことで,熱圏の平均温度は高度200kmおよび300kmでそれぞれ5Kおよび8K減少することが分かった。ただし,温度の減少幅は,成層圏突然昇温など大気波動の活動度により影響を受けることも明らかとなった。下層大気に用いる再解析データとしてJRA25/JCDASを用いていたが,2014年にJRA25/JCDASは廃止された。そこで,JRA55を用いた長期変動のGAIAシミュレーションが実施できるように改良を行った。比較のため,JRA25/JCDASを用いた場合とJRA55を用いた場合の両方について2012-2013年の計算を行った。比較検討したところ,JRA25/JCDASを用いた結果とJRA55を用いた結果の違いは無視できる範囲であることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。大気力学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度以降に計画していた、中性大気と電離大気の運動量交換過程に関する研究については、E層・F層ダイナモの効果を定量的に見積もった結果を平成23年度中に査読付き論文として発表するなど、予定を上回る成果が得られた。
無電解析出法で作製した半導体金属複合薄膜による光機能性表面の創製

本研究では、まず、分散めっきに適した安定で析出速度の高い無電解めっき浴の選定を行なった。その結果、錯化剤としてコハク酸とリンゴ酸を用いた酸性Ni-Pめっき浴がこの目的に適合することを見出した。次いで、各種半導体微粒子を金属薄膜中に分散した複合膜の作製とその光電気化学特性、光触媒性を検討し、TiO_2微粒子を分散させた場合、光電気化学特性が優れていることを見出した。そこで、無電解Ni-P合金めっき浴中に半導体微粒子のTiO_2を分散させた複合薄膜の作製条件ならびに、膜の表面状態、分散粒子の共析率および光電気化学特性および光触媒性を調べた。まず、表面のSEM観察から、TiO_2微粒子が数μmないし数十μmオーダーで凝集していることが明らかとなった。一方、巨視的にみると、TiO_2粒子が表面に占める割合(表面占有率)は、膜厚とともに増加し、膜厚4μm以上では、約60%で飽和することが分かった。次に、TiO_2を分散した複合膜を作用極とし、0.1M NaOH水溶液電解質中でPtを対極として、紫外光照射し、その光電流を測定した結果、同複合膜において、光照射に伴い光電流が生じることが分かった。同法により、光機能性をもった複合薄膜が得られることが明らかとなった。さらに、浴条件や撹拌,基板の固定方法の作製条件を変えて、膜中の半導体微粒子の共析量と光電流密度の関係を整理すると、両者の間にほほ直線的な関係が認められた。さらに、同膜をメチレンブルー溶液に浸漬させ、紫外線を照射することによりメチレンブルーの分解が観察され、同膜の光触媒性が確認された。各種半導体微粒子を金属薄膜中に分散した複合膜の作製とその光電気化学特性、光触媒性を検討し、新しい光機能表面の創製を目的としている。今年度は、無電解Ni-P合金めっき浴中に半導体微粒子のTiO_2を分散させた複合薄膜の作製条件ならびに、膜の表面状態、分散粒子の共析率および光電気化学特性を調べることを目的として研究を行った。次に、TiO_2を分散した複合膜を作用極とし、0.1MNaOH水溶液電解質中でPtを対極として、紫外光照射し、その光電流を測定した結果、同複合膜において、光照射に伴い光電流が生じることが分かった。また、この光電流-電位曲線から、飽和光電流密度を読み取り、膜厚を変化させて整理すると、上述の膜厚-共析率曲線と類似した傾向を示し、膜厚4μm以上で光電流密度は120μA/cm2の飽和値を示し、同法により、光機能性をもった複合薄膜が得られることが明らかとなった。さらに、浴条件や撹拌,基板の固定方法の作製条件を変えて、膜中の半導体微粒子の共析量と光電流密度の関係を整理すると、両者の間にほぼ直線的な関係が認められた。本研究では、新しい光機能性無電解複合めっき膜の創製を目的として、二酸化チタン微粒子を含む無電解ニッケルめっき膜を作製し、構造解析から微粒子共析機構を検討している。また、複合めっき膜を電極として光電気化学特性を測定するとともに、光触媒活性を評価して特性の向上を図っている。

今年度は、透過電子顕微鏡を用いた複合めっき膜の断面構造観察から、めっき条件と膜中の二酸化チタン微粒子の分散状態との関係を調べ、微粒子の共析機構について詳細に検討した。その結果、めっき浴中の二酸化チタン微粒子の懸濁量が多いほど膜中の微粒子共析量が増加し、析出速度が遅いほど膜厚方向に微粒子が均一に分散することが明らかとなった。これにより、不明な点が多い無電解複合めっきの微粒子共析機構について新たな現象を見出すことができ、二酸化チタン微粒子を多量に含むニッケルめっき膜を作製することに成功した。この複合めっき膜を電極として電解質溶液中で光を照射したときに発生する光電流は、これまで作製したものよりも高い値を示した。また、この複合めっき膜をメチレンブルー溶液中に浸して光を照射すると退色したことから、光触媒活性を有することが確認された。これまで、半導体電極表面に電気化学的に金属微粒子を析出させると太陽電池特性が向上することを論文発表した。また、半導体微粒子を含む無電解ニッケルめっき膜が光触媒活性を有することを第4回関西表面技術フォーラムで発表し、無電解ニッケルめっき膜中への半導体微粒子の析出機構について表面技術協会第107回講演大会で発表した。本研究では、まず、分散めっきに適した安定で析出速度の高い無電解めっき浴の選定を行なった。その結果、錯化剤としてコハク酸とリンゴ酸を用いた酸性Ni-Pめっき浴がこの目的に適合することを見出した。同浴にTiO_2微粒子を懸濁させた浴から任意のTiO_2表面占有率の膜が作製することができたTiO_2微粒子の占有率の増加に応じて、複合めっき膜電極の光電流密度が増大し、最大表面占有率は83%とにおける光電流密度では190μAcm^<-2>を示した。また、同膜をメチレンブルー浸漬させ、紫外線を照射することにより、メチレンブルーの分解が起こり、同膜の光触媒性が確認された。種々の条件で作製した無電解Ni-P/TiO_2複合めっき膜の断面を透過電子顕微鏡によって観察することで、めっき膜中のTiO_2微粒子の分散状態を調べた。その結果、めっき浴中のTiO_2微粒子懸濁量を大幅に増加させること(懸濁量:100gdm^<-3>)によって、その膜内部の共析量を増加させることができた。また、光電流に寄与するTiO_2微粒子には、表面に弱く付着している粒子と、めっき膜の表面近傍に固定されている粒子があることが分かった。弱く付着している粒子は、容易に除去され、綿棒で拭き取ることで、粒子の表面占有率は26%から0.03%まで減少した。一方、複合めっき膜上にNi-Pトップコーティングを施すことにより、めっき膜内の表面近傍に固定されたTiO_2微粒子によって安定に光電流を発生するが明らかとなった。
マクロファージによる異物認識の分子的基盤に関する研究

アミノ酸含有脂質(lipoaminoacid)は百日咳菌や緑膿菌などのグラム陰性病原菌に存在する膜脂質である。Lipoaminoacidの一種であるFlavolipinは日和見感染菌Flavobacterium meningosepticumの膜脂質成分の20%をしめる主要成分であり、マクロファージを活性化してTNF-α等の炎症性サイトカインを誘導する活性を持つことが知られている。これまでにFlavolipinの活性に必要な構造の決定やFlavolipinによる刺激伝達に関わる分子の同定はされていなかったが、唯一、LPS低応答性変異マウスC3H/HeJ由来マクロファージではFlavolipinによる活性化が見られないことが知られていた。そこで、FlavolipinがTLR4・MD-2複合体のリガンドになるか、検討した。TLR4マウスpro-B細胞株Ba/F3にTLR4・MD-2複合体を強制発現させると細胞はFlavolipin刺激に応答してNF-κB活性化が起こるようになることから、LPSやタキソールと同様にFlavolipinはTLR4・MD-2複合体のリガンドであることが明らかになった。このNF-κB活性化はCD14に発現によって、さらに増強された。また、Flavolipinには2カ所の光学活性中心が存在する。TLR4・MD-2複合体による刺激認識においてこの立体構造の重要性を調べるため、それぞれについて光学異性体を合成してTLR4・MD-2発現Ba/F3細胞及びマクロファージ様細胞株J774.1に対する光学異性体の刺激効果を比較検討した。その結果、脂肪酸部位中の光学活性中心がR型であることが異物として認識されるために必要であることがわかった。以上の結果から、Flavolipinの刺激伝達にTLR4・MD-2複合体が関与すること、及びFlavolipinの脂肪酸部位の立体配置がR型であることがマクロファージ活性化に重要であることが明らかになった。
科学教育におけるコンピュータ利用の包括的検証と実施の具体策の提示

本研究は、平成2年度から3年間にわたって実施された、5項目の研究の主題と、研究成果を以下に概説する。研究は合計6回の合宿協議と非公式な会合を通じて実施され、研究の経過を「日本科学教育学会の研究会」等で発表した。1.コンピュータ利用の現状の解析、わが国の教育におけるコンピュータ利用は、各学校へのハードの設置の推進に伴い、ソフトの開発と授業現場での具体的な使用法とに関心が深まっている。これに対する有効な一手法として、「現場教師がコンピュータ言語の知識なしに使えるオーサリングシステム」を開発した。2.北米・英国のコンピュータ利用の調査、北米・英国の利用実態には差異がある。英国ではコンピュータ利用が既に安定期に入っている。しかし、米国ではレーザディスク(LD)の併用されたシステムが実施の段階に入ってきている。本研究班はわが国独自のLD使用のシステムを開発した。また、新しい「ウィンドウ」型のソフトを試用し、幾つかのプログラムを作成した。3.人工知能型ソフトの教育利用の可能性、人工知能型のソフトの教育利用は、エキスパートシステムの構築の形で、化学のデータベースを基に、現場教育へ活用するソフトおよび化学の研究にも適用できるプログラムを開発した。4.コンピュータリテラシーの教材化の具体案の作成、コンピュータリテラシー(CL)の具体案は、研究分担者の実施しているカリキュラムを検討し、CLの共通的な部分を抽出したが、教育目的・学習者の資質・使用可能な施設設備等の背景が一様でないため、統一したカリキュラムは提言できなかった。5.新しい電子機器の教育利用の検討、予算の関係で未解決になった。本研究は、今年度が初年度であり、1.コンピュ-タ利用の現状の解析、2.北米・英国のコンピュ-タ利用の調査.3.人口知能型ソフトの教育利用の可能性,4.コンピュ-タリテラシ-の教材化の具体案の作成,5.新しい電子機器の教育利用の検討の5項目を研究対象とした.研究は2回の合宿協議と2回の全体会議および非公式な会合を通じて実施され、研究の途中経過を年度末に開催される「日本科学教育学会の研究会」で発表することができた(研究発表参照).1.わが国の教育におけるコンピュ-タ利用は,各学校へのハ-ドの設置が推進され、ソフトの開発と授業現場での使用法とが依然として残されているが,今回現場教師がコンピュ-タ言語の知識なしに使えるオ-サリングシステムを開発し,これを幾つかの学会で発表した.2.北米・英国の利用実態には差異があり,英国は以前のような勢いがなく一種の安定期に入っているが,米国ではレ-ザディスク(LD)の併用されたシステムが試作から実施の段階に入ってきている.今回米国から化学教育用のLDを取り寄せ,それを試用した.このためLD用のプレ-ヤを設備備品で購入した.3.人口知能型のソフトの教育利用についてはエキスパ-トシステムの活用の形で,化学のデ-タベ-スを基に,現場教育へ活用するソフトを開発した.4.コンピュ-タリテラシ-(CL)の具体案は,研究分担者の実施しているカリキュラムを検討し,CLの共通的な部分を抽出することを試みたが,教育目的・生徒の資質・使用可能な施設設備等の要因が一様でないため,一本のカリキュラムを提案するには至らなかった.しかし.CL教育の理念は「情報処理教育」のそれと一致していることが研究班内で合意された.5.前項2.で述べたように,新電子機器の活用にLDが用いられた.以上,初年度としては充分の研究成果が得られたと思っている.本研究は、1.コンピュ-タ利用の現状の解析,2.北米・英国のコンピュ-タ利用の調査、3.人工知能型ソフトの教育利用の可能性.4.コンピュ-タリテラシ-の教材化の具体案の作成.5.新しい電子機器の教育利用の検討の5項目を研究対象としている.

研究は3回の合宿協議と非公式な会合を通じて実施され、研究の経過を「日本科学教育学会の研究会」等で発表した.(別項「研究発表」参照)1.わが国の教育におけるコンピュ-タ利用は、各学校へのハ-ドの設置の推進に伴い、ソフトの開発と授業現場での具体的な使用法とに関心が深まっている.これに対する有効な一手法といて、「現場教師がコンピュ-タ言語の知識なしに使えるオ-サンリングシステム」を開発した.2.北米英国の利用実態には差異がある.英国ではコンピュ-タ利用が既に安定期に入っている.しかし、米国ではレ-ザディスク(LD)の併用されたシステムが実施の段階に入ってきている.今年度はわが国独自のLD使用のシステムを開発した.また、新しい「ウィンドウ」型のソフトを試用し、幾つかのプログラムを作成した.3.人工知能型のソフトの教育利用は、エキスパ-トシステムの構築の形で、化学のデ-タベ-スを基に、現場教育へ活用するソフトおよび化学の研究にも適用できるプログラムを開発した.4.コンピュ-タリテラシ-(CL)の具体案は、研究分担者の実施しているカリキュラムを検討し、CLの共通的な部分を抽出したが、教育目的・学習者の資質・使用可能な施設設備等の背景が一様できないため、統一したカリキュラムは提言できなかった.しかし、ハ-ド面の進歩が著しく、CL教育の内容は言語教育や操作の訓練ではなく、コンピュ-タ内のロジックの理解であり、コンセプトの把握のされ方に帰結するような変わってきたことが明かとなった以上、本年度も充分の研究成果が得られたと信じている.本年度の研究は、平成3年度までの成果を踏まえて実施された。研究は主として合宿協議と非公式な会合を通じて実施され、研究の経過を「日本科学教育学会の研究会」等で発表した。1.コンピュータ利用の現状の解析、沖縄における実施の状況を視察し、学校におけるコンピュータ利用の実状を理解した、ソフトの開発と授業現場での具体的な使用法には各研究者が指導・助言を与え、現場との意見交換が行われた。2.北米・英国のコンピュータ利用の調査、研究分担者の数名が、北米に出張する機会があったので、米国の利用実態を調査し、米国ではレーザディスク(LD)の併用されたシステムが実施の段階に入ってきていること、人工知能型のソフトの開発は低沌していること等の情報を得た。これを受けて、本研究班は「ウインドウ」型のソフトを利用したLD使用のシステムを開発した。3.人工知能型ソフトの教育利用の可能性、人工知能型のソフトの教育利用は、米国でも沈滞気味であるが、本研究班は、エキスパートシステムの構築の形で、化学のデータベースを基に、現場教育へ活用するソフトおよび化学の研究にも適用できるプログラムを開発した。4.コンピュータリテラシーの教材化の具体案の作成、前年度までに収集したコンピュータリテラシー(CL)の具体案を、研究分担者の所属する学校現場で試用した。5.新しい電子機器の教育利用の検討、当初の要求予算が認められず具体的な試作をするには至らなかった。
アレルギー反応増悪化に関わる新規化学物質受容機構の解明

代表者はm-キシレンをマウス皮膚に塗布した場合に皮膚上皮組織でのthymic stromal lymphopoietin (TSLP)の産生が強く誘導されることを見いだし、その化学物質受容機序について解析した。まず、m-キシレンの受容蛋白をm-キシレン-アフィニティービーズにより分画し、同定した。そのうちの1つについて、Western blot法でリガンドへの特異的結合を確認した。またTSLPの恒常的に産生する上皮細胞株において、TSLPの産生にはERKが大きく関与していることが示唆された。申請者は生活環境中に存在する化学物質、特にキシレン、1,2,4-トリメチルベンゼンは皮膚の上皮細胞であるケラチノサイトからのthymic stromal lymphopoietin(TSLP)の産生を誘導する作用があり、アレルギーの発症、増悪化を誘発することを明らかにしている.本研究では、ケラチノサイトがどのような機序でこれらの化学物質を認識し、どのような細胞内シグナル伝達機構がTSLP産生に関与しているか、生理的な刺激の場合とどのように異なるのかを明らかにすることを目的とした。まず第1に、さらに様々な化学物質のTSLP産生誘導活性を解析した結果、中鎖脂肪酸にも強いTSLP産生誘導活性があることを見いだし、疎水性の高い分子を認識していることが示唆された。第2に、1,3-ジメチルアニリン、ならびにアニリンのアミノ基にリンカーを結合し、不溶性ビーズと結合させたアフィニティー担体を合成し、マウス皮膚タンパクからベンゼン-アフィニティー担体には結合せず、m-キシレン-アフィニティー担体に結合するタンパク質を分画し、これまで、2種の異なる分子量をもつ候補タンパクを見いだしている。現在、これらのタンパクの同定を試みている。第3に、TSLP遺伝子のプロモーター領域を含むレポータージーンアッセイ系を構築した。現在、化学物質によるTSLP産生に必要なシスドメインが、生理的な刺激物質によるTSLP産生の場合と異なるかどうか解析中である。第4として、既にTSLPを恒常的に産生する細胞を発見しており、通常の細胞とキナーゼ活性化の相違を網羅的に解析した。その結果、TSLPを恒常的に産生する細胞では、p44/42MAP kinase,p38 MAPkinase並びにc-Jun N-terminal kinaseの活性化が亢進していることを明らかした。今後さらに化学物質の結合タンパク質の同定、このタンパクにより特異的に誘導されるシグナル伝達系を明らかにする予定である。近年、アレルギーの誘発に大きく関与するサイトカインとして上皮細胞が産生するthymic stromal lymphopoietin(TSLP)が注目されている。申請者は生活環境中に存在する化学物質のうちm-キシレン、1,2,4-トリメチルベンゼンをマウス皮膚に塗布した場合に皮膚上皮組織でのTSLPの産生が強く誘導されることを見いだし、さらにTSLP産生を介してアレルギーの発症、増悪化を誘発する作用を示すことを明らかにした。本研究では、上皮細胞におけるこれらの化学物質の受容機構を明らかにすることを目的とした。平成22年度ではm-キシレン-アフィニティービーズを調製し、m-キシレンに選択的に結合するタンパク質を検出した。本年度は、この結合タンパク質を2次元電気泳動で分画し、検出された十数個のタンパク質を質量分析装置にて同定した。同定されたタンパク質の一つに、TSLPの産生が増大しているアトピー性皮膚炎患者皮膚組織において発現量が低下していることが報告されているタンパク質があった。本タンパク質に対する特異抗体を用いて、m-キシレン-アフィニティービーズ及びコントロールビーズの結合タンパク質をWestern blot法により解析したところ、本タンパク質がリガンドに特異的に結合していることを確認した。現在、m-キシレンが本タンパク質の活性を阻害するかどうか検討中である。またTSLPの恒常的に産生する上皮細胞株(特許出願済)および通常の上皮細胞(PAM212)にヒトTSLPのプロモーター領域(-4.3kBp)を組み込んだレポータージーン(理研玉利博士より供与)を導入したが、両細胞においてレポーターの発現に顕著な差は認められなかった。用いたプロモーター領域外に本細胞での恒常的TSLP産生制御部位がある可能性が考えられた。また本細胞では各種MAPキナーゼの阻害薬の効果を検討したところ、特にERKが本細胞のTSLP産生に大きく関与していることが示唆された。
情報通信ネットワークの新しい性能評価法に関する総合的研究

情報通信ネットワークの新しい性能評価法に関して、基本的な研究および応用的な研究を行った。研究自体は個人あるいは少人数のグループベースで行い、月1回の月例会と年1回のシンポジウムの場で情報交換と研究成果の検討を行った。情報通信ネットワークは急速に変容しており、研究の内容も当初予定していたものとは多少違う方向で行わざるを得なかった。研究計画であげたテーマは次の4つであり、それぞれの研究の進展状況は以下の通りである。1.入力過程の研究長期依存性(long-range dependence)のある入力過程の研究と複数の入力がある待ち行列の解析が中心であった。そのなかで特筆すべきひとつの結果は、バッファの溢れ率に着目した場合、長期依存的であるかどうかよりも、ピーク時の入力過程の挙動が本質的であることが示されたことである。2.極限的状況の研究マルコフ性あるいは大偏差値理論を用いて、客数分布の裾が幾何的に減少することがかなり広い範囲のケースについて証明された。3.混雑伝播の研究ネットワークの多様性のため、研究が進展しなかった。4.コントロールの研究ATMネットワークを中心に多くの研究がなされ、いくつもの新しい考え方が提案された。とくに移動体通信に関するものや料金によるコントロールの研究が始まり、新たな研究の芽が生まれた。本年度は、3ヶ年計画の初年度であるため、主として情報通信ネットワークの性能評価に関わる諸問題を議論し、問題の整理を行うことを目標に活動を行った。具体的には、ほぼ毎月1回(5月から2月まで計8回、3月4月も開催予定)、OR学会待ち行列研究部会と共催で研究会を開催し、最新の研究成果の発表と学界の研究動向について情報を交換した。また、1月2022日に鎌倉市においてシンポジウムを開催し、100名を超える参加者が48編の研究報告を中心に議論を行った。また12月910日には、葉山町において海外からの研究者を含め20名が集まり、確率過程モデルの側からの検討を行った。各研究項目ごとの検討状況の概要は以下の通りである。1.入力過程の研究この項目については、多くの実りある研究が報告された。とくに、相関のある入力過程、long-range dependentな入力過程、MPEG2による入力過程などのモデル化と、それらの入力過程をもつ待ち行列モデルにおいて行列長があるthresholdを超える確率に対する評価法の研究に大きな進展が見られた。2.極限的状況の研究上記1.と関連して、相関のある入力過程をもつ待ち行列モデルを用いた議論に一定の進展はあったが、世界的に見てもこの分野の研究がほとんど成されていないことが判明した。3.混雑伝播の研究、これについても、新しい研究成果はほとんど見あたらなかった。4.コントロールの研究ATMネットワークを中心に、具体的なコントロールの提案がいくつか成された。また、理論的なモデル解析もいくつか行われた。本年度は、3ケ年計画の2年日であるため、各研究者が分担してそれぞれのテーマについて研究を進めた。また、研究成果を相互に検討し合う場として、ほぼ毎月1回(5月から2月まで計7回、3月も開催予定)、研究会を開催した。また、11月21日にはワークショップQueueing Theory and its App1icationsを開催した。さらに1月1921日に京都市においてシンポジウムを開催し、研究報告を中心に活発な議論を行った。各研究項目ごとの進捗状況は以下の通りである。1.入力過程の研究この項目については、昨年から引き続いて研究が進み、相関のある入力過程、long-range dependentな入力過程、MPEG2による入力過程などのモデル化と、それらの入力過程をもつ待ち行列モデルの漸近的評価の研究に大きな進展が見られた。2.極限的状況の研究上記1.と関連して、相関のある入力過程をもつ待ち行列モデルを用いた議論に一定の進展はあったが、世界的に見てもこの分野の研究がほとんど成されていないこともあり、まだ成果は十分とはいえない。さらに研究を進める必要がある。3.混雑伝播の研究これも2.と同様である。ただ、故障復旧については一定の進展があった。

4.コントロールの研究ATMネットワーク、生産型システムを中心に、具体的なコントロールの提案がいくつか成され、また理論的なモデル解析も一部行われた。本年度は、3ヶ年計画の最終年にあたるため、各研究項目においてこれまでの研究成果をとりまとめるとともに研究をさらに深めることに努力した。研究を深める部分については主として個人ベースで行われたが、研究チームとしてはほぼ毎月1回(4月から2月まで計9回)、日本OR学会待ち行列研究部会と共催で研究会を開催し、最新の研究成果の発表と学界の研究動向について情報を交換し、また1月2325日に浜松市においてシンポジウムを開催した。調査検討した成果の一部は日本OR学会の機関誌『オペレーションズ・リサーチ』に特集や連載講座として掲載しており、また今後、日本応用数理学会機関誌『応用数理』に掲載する予定である。当初検討した情報通信ネットワークにおける4つの性能評価問題に関しては、予定通り成果が挙がったものとそうでないものとがある。また、当初予定していなかった移動体通信についての研究が開始されたのも特筆に値する。1.入力過程の研究世界的にlong-range dependenceのある入力過程の研究が進み、それを肯定するというよりはむしろ、有限期間の性能評価、別な言い方をすると非定常な解析、への流れが加速した。研究成果そのものはまだ多くないが、新しい流れが見えたことは大きな収穫である。2.極限的状況の研究大偏差値理論を用いた客数分布の裾の研究が大いに進展した。しかし、その他の極限的状況の研究はあまり進展しなかった。3.混雑伝播の研究直列型モデルの研究に一定の進展があった。4.コントロールの研究ATMネットワークを中心に多くの研究がなされた。
途上国の技術蓄積と産業進化

1.研究成果この研究では、韓国半導体産業における技術蓄積プロセスを分析することによって、一般的に後発国のキャッチアップと産業進化過程を明らかにしようと試みた。主な研究成果をまとめると次のようである。第一に、韓国の半導体メーカーはライセンシングによる技術導入以外に、アメリカ現地法人での研究開発および技術情報の収集、在米韓国人研究者・技術者の獲得、OEM生産、資本財の輸入などさまざまなチャネルを通じて技術情報を獲得した。このような多様なチャネルを介した技術の獲得が韓国の半導体技術の吸収・改良と産業発展に大きな貢献を果たした。第二に、韓国の半導体メーカーは、開発と量産をほぼ同時進行的に進めながら導入技術を消化・吸収した。具体的な方法としては、生産と研究開発部門のメンバーからなるプロジェクト・チームが構成され、それを通じて集団的に問題を解決していった。韓国企業はこのようなプロセスを通じて技術学習を速め、半導体技術を蓄積してきた。2.今後の研究課題今後の研究の展開における焦点は、後発国の技術蓄積プロセスに関する以上のような研究成果を踏まえ、それを産業発展の戦略と結び付けて理論構築をするところにある。
ゼブラフィッシュ視物質発現調節遺伝子の探索による脊椎動物色覚進化の解明

動物が色覚を獲得するためには、異なる吸収波長を有する視物質遺伝子の獲得及び、細胞種特異的な視物質遺伝子の発現制御機構の獲得が少なくとも必要である。ゼブラフィッシュを用い以下の研究を行った。1)緑型及び青型視物質の吸収波長の進化変遷ゼブラフィッシュの4種類の緑型視物質遺伝子の祖先型視物質を最尤法により推定し、複数の点変異を導入することにより作成した。それらの吸収波長を測定した結果、遺伝子重複が生じるごとに、一方の視物質の吸収光特性が短波長側へシフトしたことを明らかにした。さらに、吸収波長の変化に効果をおよぼす複数のアミノ酸置換を同定した。ゼブラフィッシュの青型視物質の短波長シフトに効果をおよぼす複数のアミノ酸置換を同定した。2)緑型視物質の発現制御領域の探索緑型視物質遺伝子の領域を含む約85kbのゲノム領域を有するPACクローンを用いた。緑型1視物質遺伝子の上流領域をGreen fluorescence protein(GFP)レポーター遺伝子と結合させたコンストラクト、及びPACクローンの制限酵素断片を混合し、ゼブラフィッシュ胚へ共導入した。その結果、最終的に緑型1視物質遺伝子上流約15kbに存在する0.5kbの制限酵素断片を加えた時にGFPが眼球で発現することを明らかにした。この0.5kb領域に既知の転写制御モチーフ配列は見出せなかった。さらに、トランスジェニックゼブラフィッシュの作成と解析から、この領域が緑型1視物質遺伝子の複錐体細胞特異的な発現を誘導するのに必要であることを明らかにした。1.視物質遺伝子の機能解析ゼブラフィッシュの9種類の視物質を培養細胞を用いて生合成し吸収光波長を測定した。その結果4種類の緑型及び2種類の赤型視物質の最大吸収波長(λmax)が互いに異なることを見出した(緑型467、476、488、505nm、赤型558、548nm)。また、桿体型、紫外線型、青型視物質のλmaxはそれぞれ501、355、416nmであった。桿体型とλmaxが505nm緑型を除く他の視物質は、他の脊椎動物で報告されている同じ型の標準的な視物質より短波長側にシフトしたλmaxを示していた。次に、各遺伝子の眼球における発現量の相対値をリアルタイムRT-PCRで定量した。各遺伝子間のRT (Reverse Transcription)効率の相違を、濃度既知のRNAから各遺伝子の相対的なRT効率を求めることにより補正した。その結果、青型及び紫外線型とλmaxが476nmの緑型視物質遺伝子が眼球における錐体視物質遺伝子の発現の大部分を占めることが明らかになった。これらの結果はゼブラフィッシュ網膜の光感受性が短波長側にシフトしているという過去の報告と一致しており、河川沼沢の光環境でのコントラスト強化への適応と考えることができる。2.緑型視物質遺伝子の発現制御解析緑型視物質遺伝子の領域を含む約100kbのゲノム領域を有するPACクローンを用いた。緑型視物質遺伝子の上流領域をGreen fluorescence protein (GFP)レポーター遺伝子に結合させたクローンを作成し、PACクローンの様々な領域の断片と共にゼブラフィッシュ受精卵に共導入した。GFPの発現を指標に4種類存在する緑型視物質遺伝子の中で少なくも1種類の遺伝子の発現を制御していると思われるエンハンサー領域約500bpを特定した。
低気圧の多様性に関する高解像領域モデルによる理想化実験

地球上には熱帯低気圧(台風やハリケーンの総称)、温帯低気圧、ハイブリッド低気圧(複数のメカニズムが影響)など、実に様々な低気圧が形成していることが衛星画像や天気図からもわかる。このような低気圧の多様性を理解するため、低気圧の気候学的な分布を解析した上で、低気圧の発達と環境場との関係を高解像度の数値モデルによる理想化実験で調べた。この結果、気候学的な低気圧の発達や性質は単純化した環境場でも説明できることが確認された。また、亜熱帯は熱帯低気圧の発達にとっても温帯低気圧の発達にとっても中途半端な環境場であること、海洋の西部はハイブリッド型の低気圧が発達しやすい環境であることなどが示された。本課題の目的に掲げた理想化実験のテーマは2つあり、第1のテーマは「熱帯低気圧と温帯低気圧との間でのグレーゾーンでの低気圧の性質」、第2のテーマは「多様なメソ低気圧(水平スケール数百km)を作る環境場の役割」である。第1のテーマに関しては、前年度に現実の大気データから熱帯低気圧や温帯低気圧の環境場を解析することに成功したので、本年度はその環境場のデータを使用して気象庁非静力学モデルによる理想化実験を行った。海面水温の高い熱帯域の環境場では、台風のように眼やスパイラルバンドを伴う低気圧が、気温の南北勾配が大きい温帯の環境場では、温暖前線・寒冷前線を持つような低気圧が発達することを確認できた。さらに、低気圧が発達し難い亜熱帯の環境場は、熱帯の環境場に近いにも拘らず、水平風の鉛直シアが強いことが低気圧の発達の阻害要因になっていることも感度実験により明らかにした。全体として、熱帯・亜熱帯・温帯の低気圧の分布における、鉛直シア(水平温度勾配)の大きな役割が確認できた。一方で、亜熱帯域の下降流や低湿度も低気圧の抑制に影響している可能性があるため、これらの効果も理想化実験で切り分けて行く予定である。第2のテーマに関しては、日本海上に発達するメソ低気圧であるポーラーロウの研究に取り組むため、平成24年5月にオスロで開催されたポーラーロウのワークショップに参加し、最新の研究動向を把握するとともに、イギリスやドイツの低気圧の研究者と協力して研究を進める準備を進めた。前年度に引き続き「熱帯低気圧と温帯低気圧との間のグレーゾーン」のテーマに関する理想化実験を進めた。特に低気圧が発達し難い亜熱帯と比較することで、低気圧が発達しやすい熱帯と温帯の特徴がクリアになってきた。前年度には鉛直シアの影響を調べたが、今年度はそれ以外の要因として、温度の影響もあること、湿度の影響は小さいことを確認した。また、より信頼できる結果を得るため、実験設定の改良も行った。数値実験は数日もの長さの積分時間で行うため、初期に与えた環境場が変化してしまうという問題がある。そこで、環境場を維持するスキームをモデルに導入した。また、モデルの領域を広げて側面境界の影響を小さくした。初期に与える擾乱も何通りかを試し、実験結果に与える影響を調べた。メソスケール低気圧の理想化実験で与える環境場を調べるために、日本周辺に発生した事例のサンプルを収集した。また、4th International Summit on Hurricanes and Climate Changeなどの国際会議に参加し、地中海のメソスケール低気圧であるmedicaneや高緯度のメソスケール低気圧であるポーラーロウに関する最新の研究の情報を収集した。また、理想化実験を検証するために行っている低気圧の現実事例の統計に関する研究の成果を、国内外の学会で発表した。この研究は2014年にアメリカ気象学会のJournal of Climate誌にも掲載された。本課題の目的に掲げた理想化実験のテーマは2つあり、第1のテーマは「熱帯低気圧と温帯低気圧との間のグレーゾーンでの低気圧の性質」、第2のテーマは「多様なメソ低気圧(水平スケール数百km)を作る環境場の役割」である。平成23年度は第1のテーマに関する準備段階として、現実の大気データ(JRA25/JCDAS再解析)を用いて、低気圧の統計データを作成した。まず、低気圧の経路を検出するプログラムを修得するため、イギリスのReading大学に約1ヶ月間滞在し、開発者のK.I.Hodges博士に直接教わることができた。次に低気圧の種類を客観的に判別するため、低気圧の構造を解析するアルゴリズム(Hart,2003)を組み込んだ。これらの解析ツールのを利用して、過去30年間に発生した低気圧の位置・強度・種類などの統計データを作成することができた。この低気圧の統計データセットを利用して、熱帯低気圧や温帯低気圧の発達しやすい場所の環境場(大きなスケールでの渦度、海面水温、気温の水平勾配など)を解析し、低気圧の発達に関わる可能性がある要因を見つけ出すことができた。

特に、低気圧が発達しやすい熱帯や温帯の環境場を、低気圧が発達しにくい亜熱帯の環境場と比較することで、複数の環境場の要因が影響していることを定量的に確認した。この環境場の情報を用いて、平成24年度以降は低気圧の理想化実験を行うことができる。また、気象庁で現業予報のために開発された領域非静力学モデル(JMANHM)を、本課題での単純化した実験に使用するための改良も完了した。以上の通り、本年度は研究実施計画に記した内容を予定通り実現することができた。台風や温帯低気圧などの様々な低気圧の包括的な理解を目指した本課題では、4年の期間を通して、熱帯・亜熱帯・温帯の環境場における低気圧の発達のしやすさに関して、研究成果を上げることができた。期間の前半では、現実大気における低気圧の気候学的な分布を解析し、低気圧の発達が熱帯と温帯では活発であり亜熱帯では不活発である特徴を確認した上で、その分布が環境場とよく対応していることを定量的に示した。この結果は2014年にアメリカ気象学会のJournal of Climate誌に掲載された。熱帯・亜熱帯・温帯における低気圧の発達のコントラストをよりクリアに理解するため、期間の後半では、単純化した環境場において低気圧が発達できるかどうかを検証する理想化実験を行った。5つの環境場のパラメータ(東西風・気温・湿度・コリオリパラメータ・海面と大気の温度差)だけを与える理想化実験を行った結果、熱帯の環境場を与えた実験では熱帯低気圧が、温帯の環境場を与えた実験では温帯低気圧が、それぞれ外力なしに発達できることが確認できた。一方で亜熱帯の環境場を与えた実験では、いずれのタイプの低気圧も発達できないことも実証された。環境場のパラメータの効果を個々に切り分ける感度実験を行なったところ、亜熱帯の環境場は、熱帯低気圧にとっては温度が低く東西風の鉛直シアが強いために発達が難しく、温帯低気圧にとっては鉛直シアとコリオリパラメータが小さいことで発達が難しいことが明らかになった。また、熱帯温帯の30地点もの環境場を与えた実験を行なうことで、この結果が十分に信頼できることも確かめられた。この研究は国内外の学会で多くの研究者から助言をもらうことで改良を進め、最終年度にアメリカ気象学会のJournal of Atmospheric Science誌に投稿した(現在、minor revisionの査読結果を受け、改稿中)。気象学本課題の第1テーマである「熱帯低気圧と温帯低気圧との間のグレーゾーンでの低気圧の性質」における理想化実験を実施し、その結果を平成24年の日本気象学会の春季大会で発表した。特に鉛直シアが熱帯・亜熱帯・温帯の低気圧の分布に大きな影響を与えていることを確認できた。学会での他の研究者からのアドバイスを受け、様々な環境場要因に対する低気圧の発達メカニズムをより包括的に解析できるよう、さらなる実験を進めている。本研究の第1のテーマである「熱帯低気圧と温帯低気圧との間のグレーゾーン」に関しては、すでに研究成果も得られ、また、研究を進めるにつれて新たなテーマも生み出されている。より信頼できる結果を得るための、実験設定の改良や様々な設定での実験も行われている。