hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3種競争拡散系における進行波解の大域的構造について

3種類の生物が拡散によって移動し,同じ餌を求めてお互いに競争する系を考える.これらは3変数の反応-拡散方程式系として記述される.ここでは,第1種と第2種は動きが遅く,第3種だけが速く移動できるものと仮定する.第1種と第3種,あるいは第2種と第3種が共存している状況に,残りの種が侵入したとき,それぞれの種はどの様な時空間パターンを取るであろうか.この時空間パターンと生物学的パラメータ(例えば,種間競争係数など)とのかかわりを数学的に考察した.第1種と第3種の共存解は安定で,かつ第2種と第3種の共存解も安定,つまり双安定な状況で,フロント進行波解を特異摂動法を利用して構成し,その安定性を調べた.さらに,その解があるパラメータに関して大域的に存在する事も示した.次に「一次元的な生息領域で,第1種と第3種が安定に共存している状況に,両側からある程度の量の第2種が侵入した時どうなるか」を考察した.これには2つの場合がある.一つは,侵入種(第2種)が勝って,第2種と第3種の定数定常解に落ち着く.他の場合は,侵入種をブロックし,3種共存の安定な局在定常解(パルス定常解)に落ち着く.以上のことを特異摂動法,分岐理論を利用して数学的に示した.さらに,時定数を小さくすることによって,進行波解の枝にヒステリシスが生じ,進行波解が多重に存在することを示し,それらの安定性も調べた.さらにパルス定常解に関しても,次定数を小さくしていくと,安定から不安定に変化することを示した.さらに,空間2次元領域(無限に長い長方形領域)における1次元進行波解の安定性についても考察した.ある条件が満たされている時は1次元進行波解は安定であるが,その条件が破れると不安定化し,その結果界面は複雑な形状を取る.3種類の生物が拡散によって移動し,同じ餌を求めてお互いに競争する系を考える.これらは3変数の反応-拡散方程式系として記述される.ここでは,第1種と第2種は動きが遅く,第3種だけが速く移動できるものと仮定する.第1種と第3種,あるいは第2種と第3種が共存している状況に,残りの種が侵入したとき,それぞれの種はどの様な時空間パターンを取るであろうか.この時空間パターンと生物学的パラメータ(例えば,種間競争係数など)とのかかわりを数学的に考察した.第1種と第3種の共存解は安定で,かつ第2種と第3種の共存解も安定,つまり双安定な状況で,フロント進行波解を特異摂動法を利用して構成し,その安定性を調べた.さらに,その解があるパラメータに関して大域的に存在する事も示した.次に「一次元的な生息領域で,第1種と第3種が安定に共存している状況に,両側からある程度の量の第2種が侵入した時どうなるか」を考察した.これには2つの場合がある.一つは,侵入種(第2種)が勝って,第2種と第3種の定数定常解に落ち着く.他の場合は,侵入種をブロックし,3種共存の安定な局在定常解(パルス定常解)に落ち着く.以上のことを特異摂動法,分岐理論を利用して数学的に示した.さらに,時定数を小さくすることによって,進行波解の枝にヒステリシスが生じ,進行波解が多重に存在することを示し,それらの安定性も調べた.さらにパルス定常解に関しても,次定数を小さくしていくと,安定から不安定に変化することを示した.さらに,空間2次元領域(無限に長い長方形領域)における1次元進行波解の安定性についても考察した.ある条件が満たされている時は1次元進行波解は安定であるが,その条件が破れると不安定化し,その結果界面は複雑な形状を取る.3種類の生物が拡散によって移動し,同じ餌を求めてお互いに競争する系を考える.これらは3変数の反応-拡散方程式系として記述される.ここでは,第1種と第2種は動きが遅く,第3種だけが速く移動できるものと仮定する.第1種と第3種,あるいは第2種と第3種が共存している状況に,残りの種が侵入したとき,それぞれの種はどの様な時空間パターンを取るであろうか.この時空間パターンと生物学的パラメータ(例えば,種間競争係数など)とのかかわりを数学的に考察した.まず,第1種と第3種の共存解は安定で,かつ第2種と第3種の共存解も安定であるようなパラメータの存在範囲を4つの領域に分け,この双安定な状況で,フロント進行波解を特異摂動法を利用して構成し,その安定性を調べた.さらに,その解があるパラメータに関して大域的に存在する事も示した.次に「一次元的な生息領域で,第1種と第3種が安定に共存している状況に,両側からある程度の量の第2種が侵入した時どうなるか」を考察した.これには2つの場合がある.一つは,侵入種(第2種)が勝って,第2種と第3種の定数定常解に落ち着く.他の場合は,侵入種をブロックし,3種共存の安定な局在平衡解(パルス定常解)に落ち着く.以上のことを特異摂動法,分岐理論を利用して数学的に示した.さらに,時定数を小さくすることによって,進行波解の枝にヒステリシスが生じ,安定な進行波解が多重存在することを数値的に検証した.この部分の理論的な解析や解の大域的解構造を明らかにすることが来年度のテーマである.

前年度に引き続き3変数の反応-拡散方程式系の進行波解の諸性質について考察した.最初の2変数に時定数を導入し,時定数を小さくすることによって,進行波解の枝にヒステリシスが生じ,進行波解が多重に存在することを示し,それらの安定性も調べた.さらにパルス定常解に関しても,次定数を小さくしていくと,安定から不安定に変化することを示した.これには,2つのタイプの不安定化があり,一つは実固有値が負から正に変化する静的分岐であり,もう一つは2つの共役な複素固有値が虚軸を横切る動的分岐(Hopf分岐)である.しかし,どちらの分岐が最初に起こるかは,厳密には示せていない,数値計算によると静的分岐が先に起こり,安定なパルス進行波解が分岐しているようである.さらに,空間2次元領域(無限に長い長方形領域)における1次元進行波解の安定性についても考察した.ある条件が満たされている時は1次元進行波解は安定であるが,その条件が破れると不安定化し,その結果界面は複雑な形状を取る.また,上記で示した安定な1次元進行波解が両側から衝突するとどうなるかについても考察した.界面の挙動を記述する方程式に関しては現在考察中である.上記の数学的結果と実際の生態学における現象の関係については今後の課題である.複雑な界面の動きに関する数値シュミレーションを行い,購入したノートパソコンに動画ファイルとして保存し,それをもとに多くの研究集会の機会を利用して内外の研究者と意見交換を行った.
分子シャペロンの一次元組織化による刺激応答性チューブ状バイオコンテナーの開拓

本研究でシャベロニンタンパク質であるGroELを遺伝子操作と化学修飾により光に応答するGroELタンパク質を人工的に創出した。スビロピランという光応答性の分子を構造内に有するこのGroELは2価金属の存在下、超分子的に集合し、長いナノチューブを形成する。ATPの結合によりGro肌は機械的な構造変化をするため、このような機械的な動きによって超分子的に形成されている配位結合が切断される。筒状Gro肌は様々なタンパク質を空孔内に取り入れることができることからGroELナノチューブは有力な生体適合性のあるDDSとして期待されている。最初にGroELの空孔内に薬剤になるようなタンパク質の導入を試み、タンパク質を取り込んだままGroELナノチューブの形成が可能かを調べた。実際に、ナノチューブの形成はゲストが取り込まれたままでお可能であることがわかった。また、単体のGroELはATPによってゲストを放出するが、ゲストを内包するナノチューブはGroELユニットの分子機械的な性質を維持できるかについて調べた。驚くべくことに、ナノチューブにATPを添加するとナノチューブは解離すると同時に内包したゲストタンパク質も外部に放出する。これはバイオユニットのGroELの優れた機能と超分子化学を用いた絶妙なデザインの相乗効果である。細胞内のATP濃度は細胞外の濃度に比べてやく1000倍に高い。ATP応答性を持つGroELナノチューブは細胞の外と中の環境を区別し、細胞内のみに選択的にゲストを放出することができると期待される。実際に、がん細胞を使った詳細に調べた結果GroELナノチューブはこのような優れた性能を持つこともわかった。具体的には、表面をボロン酸で修飾したナノチューブは実際に細胞内取り込まれ細胞内の薬物デリバリーが可能になった。一方で、担ガンマウスを用いてナノチューブの体内蓄積を調べた結果、癌組織に多くのナノチューブが蓄積することを確認した。本研究でシャペロニンタンパク質であるGroELを遺伝子操作と化学修飾により光に応答するGroELタンパク質を人工的に創出した。スピロピランという光応答性の分子を構造内に有するこのGroELは2価金属の存在下、超分子的に集合し、長いナノチューブを形成する。ATPの結合によりGroELは機械的な構造変化をするため、このような機械的な動きによって超分子的に形成されている配位結合が切断される。筒状GroELは様々なタンパク質を空孔内に取り入れることができることからGroELナノチューブは有力な生体適合性のあるDDSとして期待されている。実際に、詳細に調べた結果GroELナノチューブはこのような優れた性能を持つこともわかった。筒状Gro

肌は様々なタンパク質を空孔内に取り入れることができることからGroELナノチューブは有力な生体適合性のあるDDSとして期待されている。最初にGroELの空孔内に薬剤になるようなタンパク質の導入を試み、タンパク質を取り込んだままGroELナノチューブの形成が可能かを調べた。実際に、ナノチューブの形成はゲストが取り込まれたままでお可能であることがわかった。また、単体のGroELはATPによってゲストを放出するが、ゲストを内包するナノチューブはGroELユニットの分子機械的な性質を維持できるかについて調べた。驚くべくことに、ナノチューブにATPを添加するとナノチューブは解離すると同時に内包したゲストタンパク質も外部に放出する。これはバイオユニットのGroELの優れた機能と超分子化学を用いた絶妙なデザインの相乗効果である。細胞内のATP濃度は細胞外の濃度に比べてやく1000倍に高い。ATP応答性を持つGroELナノチューブは細胞の外と中の環境を区別し、細胞内のみに選択的にゲストを放出することができると期待される。実際に、がん細胞を使った詳細に調べた結果GroELナノチューブはこのような優れた性能を持つこともわかった。具体的には、表面をボロン酸で修飾したナノチューブは実際に細胞内取り込まれ細胞内の薬物デリバリーが可能になった。一方で、担ガンマウスを用いてナノチューブの体内蓄積を調べた結果、癌組織に多くのナノチューブが蓄積することを確認した。申請者は薬品を目的の疾患のみに運び、効かせることで副作用の少ない治療の開発(ドラッグデリバリーシステム)を行っている。申請者は体内のデリバリーシグナルとして疾患部位特異的に存在するATP分子の濃度に着目し、従来よりもシャープかつ汎用のあるデリバリーシステムを開発を目指している。この目的を達成するため申請者は細胞内に広く存在するGroELというATP応答性タンパク質を使用し、GroELを一次元に集合させ、ナノチューブを得ることに成功した。このナノチューブが内部に様々なゲストを内包し、ATP応答性の自己解離によりゲストを放出できる。更に、ゲストの放出はATPの高濃度存在下のみに行われるため、ナノチューブは癌などの疾患のみに薬剤を放出できると期待される。癌細胞治療には同時に多数のペプチドやタンパク質薬剤の投与がより効果的であると考えられているから、将来的にはタンパク質薬剤と例えばMRI剤になるナノ粒子を同時ナノチューブに取り込むリアルタイムで薬の効果が観測できるDDSとしてGroELナノチューブの応用を考えている。また、実際にナノチューブの細胞内導入を達成するためナノチューブの表面を様々なシグナル分子を導入する予定である。一方で、ナノチューブの体内蓄積や疾患部位蓄積の調査をし、場合によって部位得的な蓄積の実現のためナノチューブを新たにデザインし直すことも考えている。
災害の被災者の精神的回復過程に寄与する諸要因の研究

本研究では、災害が被災者の精神健康に及ぼす影響、トラウマと外傷後ストレス障害(PTSD)の関連性、被災者の心のケアに関するガイドラインなどを検討した。主要な結果は、以下に示す通りである。(1)北海道南西沖地震から6年2ヵ月後の被災者の精神健康状態についてGHQ28を用いて分析した結果、精神障害のおそれのある6点以上のハイリスク者は全対象者の54.6%であった。この結果は、「コミュニティ全体を崩壊させ、深刻な喪失体験をもたらす中心的災害は長期間にわたって被災者の有病率が高い」との仮説を支持していた。(2)トラウマは単回性トラウマと反復性トラウマに分類される。前者は大震災などに一度だけ巻き込まれたような体験を意味し、後者は身体的暴力などを繰り返し受けた体験を意味している。このトラウマの違いは、その後に発症する単純性PTSDや複雑性PTSDに関連していることを考察した。ただし、PTSDの診断基準(DSM-IV)には課題が残されており、基準の表現や関連障害との位置づけが不明確であることを指摘した。(3)被災者や支援活動をするスタッフに発症する可能性のあるPTSDを予防するためにはデブリーフィングの実施が有効であると言本研究では、災害が被災者の精神健康に及ぼす影響、トラウマと外傷後ストレス障害(PTSD)の関連性、被災者の心のケアに関するガイドラインなどを検討した。(3)被災者や支援活動をするスタッフに発症する可能性のあるPTSDを予防するためにはデブリーフィングの実施が有効であると言本研究では被災者の精神健康とその精神的回復過程、精神的問題の治療法、被災者を精神的に支援するボランティアの育成プログラム等に焦点をあてながら、以下の問題を具体的に検討することを目的とした。その結果、平成9年度には以下のような結果が得られた。1.北海道南西沖地震及び阪神・淡路大震災による被災者の精神健康については実態調査を実施し、調査結果の整理、コンピュータへのデータの入力等を行った。そして、北海道南西沖地震から4年3カ月後及び阪神・淡路大震災から2年3カ月後の被災者の精神健康状態を分析し、精神的に危機的状態にあるハイリスク者の判定や被災者の精神的回復過程に寄与する要因について統計学的な検討を試みている。2.災害を体験した被災者や事件の被害者、さらに災害現場で支援活動をするスタッフがさらされる急性ストレス障害及び災害後に発症する可能性の高いPTSD(Post Traumatic Stress Disorder)を予防するためにはディブリーフィング(debriefing)が有効であることが指摘されている。このディブリーフィングを効果的に実施するための方法論について検討を進めている。3.災害による精神的問題の治療法に関しては国内及び国外等の豊富な研究資料を精力的に収集し、日本語への翻訳や重要な治療成果について整理する作業を進めているところであり、被災者のPTDSの特徴やその治療法の有効性について詳細に吟味している。4.被災者を精神的に支援するボランティアの育成プログラムについては被災者の心のケア活動に参加した人々がそのボランティア活動をどのように捉え、自己評価しているかを分析しながら、被災者の心のケアに関する研修プログラムの内容の充実について検討している。本研究では災害による被災者の精神健康状態、トラウマと外傷後ストレス障害(PTSD)、被災者の心のケアに関するガイドラインなどに焦点をあてながら、以下の問題を具体的に検討した。(1)北海道南西沖地震から4年3カ月後の被災者の精神健康状態についてGHQ28を用いて分析した結果、精神障害のおそれのあるハイリスク者は全対象者の57%で、一般成人を対象とする調査結果の14%を大きく上回っており、精神健康状態への悪影響が長期化していた。(2)阪神・淡路大震災と北海道南西沖地震から2年3カ月後の被災者の精神健康状態を比較したところ、前者のハイリスク者は72%、後者は68%であり、都市型災害であっても漁村型災害であっても共に高い比率であった。この結果は、コミュニティ全体を崩壊させ、深刻な喪失体験をもたらす「中心的災害」は長期間にわたって被災者の有病率が高いことを裏付けていた。(3)トラウマは単回性トラウマと反復性トラウマに分類される。(4)被災者や支援活動をするスタッフに発症する可能性のあるPTSDを予防するためにはディブリーフィングの実施が有効であると言われている。

しかし、その効果については研究知見が分かれており、その理由として、各研究における統制群の有無や測定尺度の問題など、研究方法に関する諸問題があることを明らかにした。(5)災害への対応は4段階に大別することができる。平常時の段階は災害に対する具体的な対策を準備する段階である。災害時の段階は災害が発生したときに、災害対応計画に即して効果的に対処する段階である。災害後の段階は長期的な心のケア対策などを継続することにより、人生の再建を図る段階である。そして、フィードバックの段階は災害を体験することによって得られた貴重な教訓を生かすための段階であり、災害対応計画をより実践的で有効なものへと修正していく必要があることを考察した。本研究では、コミュニティ全体を崩壊させ、生命の危機や家族の死をともなう深刻な喪失体験をもたらす中心的災害に襲われた被災者の精神健康度を調べるために、日本人向けに標準化されたGHQ28を使用し、6年2ヵ月が経過した時点で実態調査を行うことにより、災害の精神健康への影響について意見の一致をみていない問題を検討することを目的とした。本研究では見解を大きく分ける要因として、(1)災害がコミュニティに及ぼす影響の範囲と(2)研究の対象者の違いを指摘し、「コミュニティ全体を崩壊させ、生命の危機や家族の死をともなう深刻な喪失体験をもたらす中心的災害は、被災者の精神健康に長期的影響を及ぼし、長期間にわたって精神的症状の有訴率が高い」との仮説を検討した。分析の結果、精神障害を有するおそれのある事例であると判定する閾値点を6点以上とする中川・大坊(1985)の判定基準では、北海道南西沖地震から6年2ヵ月が経過した時点では54.6%となっていた。これに対して、福西(1990)の研究によれば、ハイリスク者の判別には7点以上が有効であることを指摘している。この判定基準にしたがってハイリスク者を算出すると、50.6%がハイリスク者であった。このように、ハイリスク者の比率はいずれの判定基準においても50%を超えており、日本人の一般成人を対象とするGHQ28に関する調査結果(中川・大坊,1985:福西,1990)の14%を考慮すると、北海道南西沖地震による被災者のハイリスク者の出現率は6年2ヵ月後も一般成人の数値を大きく上回っていた。この6年2ヵ月後の結果は、本研究の仮説を支持していると言える。以上の結果は、北海道南西沖地震から6年2ヵ月が経過した時点においても災害が被災者の精神健康に長期的な悪影響を及ぼしていることを示しており、被災地域の再建に対して有効に寄与する生活復興対策の充実があらためて求められていると考える。
循環腫瘍DNAを用いた膵癌の術前治療の新規効果判定法と予後予測

近年、進行膵癌に対する術前治療が注目されているが、その効果を予測するバイオマーカーは存在しない。本研究は膵癌術前治療患者の新規の効果判定法をcirculating tumor DNA (ctDNA)の測定を用いて開発するものである。当初計画ではctDNAの測定は外部に委託する計画としていたが、解析機器の使用が施設内で可能となったことから、初年度は施設内でctDNAの測定をする環境を確立し、予備実験を行った。膵癌細胞株由来のDNAを用いた検討では、0.01%の低濃度の遺伝子変異の検出が可能であることを確認した。また、高感度な測定法であるがゆえに一定のfalse positiveは認めることから、野生型DNAの測定を繰り返し適切な検出限界を設定した。進行膵癌患者と対照患者の血液検体からcell freeDNAを抽出し、臨床検体においてもctDNAの検出に成功した。現在、院内倫理委員会の承認を得て前向きに膵癌術前化学療法患者の経時的な血液検体を収集しており、現時点で対照症例の血液検体も含めて計120症例、200検体が収集された。本研究は平成30年度の科学研究費助成事業若手研究に採用され、平成32年までの計4年間の計画で研究を進める。外部委託に頼ることなく施設内でctDNAの測定が施行可能となったため症例数をさらに増やして検討し、ctDNAを応用した術前治療の効果判定、効果予測のための新規バイオマーカーの有用性と経時的なctDNA測定を用いたサーベイランス有用性を検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
安定同位体比解析による沿岸域生態系の健全性の定義に関する研究

各灘沿岸域生態系の一次生産構造特性把握のための安定同位体比解析を行う地点を総計20点選択した。その結果、瀬戸内海の豊後水道、伊予灘、周防灘、広島湾、安芸灘、燧灘、備讃瀬戸、播磨灘、大阪湾の9つの灘において、窒素の安定同位体比については、西から中央部にかけて徐々に大きな値となり(重くなり)、中央部から大阪湾にかけて重い値で安定している。一方、炭素同位体比は逆に、西側が重く、中央部で軽くなり(小さくなり)、大阪湾へかけて東に行くに従い、再び重くなっていた。また、POMについては、窒素の安定同位体比について、西から中央部にかけて徐々に重くなり、中央部から大阪湾にかけて、動物プランクトンよりは重い値で安定している。一方、炭素同位体比も同様に、西側が重く、中央部で軽くなり、大阪湾へかけて東に行くに従い軽い値のまま安定している。陸域からの流入は、備讃瀬戸、播磨灘、大阪湾に集中している。更に、大阪湾では高いクロロフィルa量が見られた。これらのことから、POM、動物プランクトンの安定同位体比のデータを解析すると、窒素同位体比については、瀬戸内海中央部から東側の大阪湾にかけて、同位体比が重い方に偏っていることから、排水を多く含む陸域からの窒素源流入の影響を推測することができる。西側に関しては、その軽い同位体比から、豊後水道を経由した外洋水由来の影栄養塩類流入の影響が推測される。しかし、POMの炭素同位体比は、瀬戸内海中央部から東側の大阪湾にかけて、同位体比が重い方に偏っていることから、陸上植物など陸域の生産物の影響は少ないと考えられる。また、クロロフィルa濃度から高い一次生産速度が推定されることから、二酸化炭素の濃度が低下し、同位対比が重い方へ変化したとも考えられる。各灘沿岸域生態系の一次生産構造特性把握のための安定同位体比解析を行う地点を総計20点程度、水質調査地点より選択した。また、この水質調査時期にあわせて各灘において試料採集を行い、安定同位体比解析を行った。平成18年度は、8月、10月、2月において各灘調査を行った。POM、動物プランクトン、シラスを安定同位体比解析対象としている。ただし、冬期は荒天の日が多く、全ての地点での採集をおこなうことはできなかった。現在、POM及び動物プランクトンについて8月調査分の分析が終わっている。その結果、瀬戸内海の豊後水道、伊予灘、周防灘、広島湾、安芸灘、燧灘、備讃瀬戸、播磨灘、大阪湾の9つの灘において、窒素の安定同位体ついては、西から中央部にかけて徐々に重くなり、中央部から大阪湾にかけて重い値で安定している。一方、炭素同位体比は逆に、西側が重く、中央部で軽くなり、大阪湾へかけて東に行くに従い、再び重くなっていた。また、POMについては、窒素の安定同位体ついては、西から中央部にかけて徐々に重くなり、中央部から大阪湾にかけて、動物プランクトンよりは重い値で安定している。淡水の流入はほとんどが、備讃瀬戸、播磨灘、大阪湾に集中している。更に、大阪湾ではかなり高いクロロフィル量の分布が見られた。これらのことから、POM、動物プランクトンの安定同位対比のデータを解析すると、窒素同位対比については、瀬戸内海中央部から東側の大阪湾にかけて、同位体比が重い方に偏っていることから、陸域からの窒素源流入の影響を推測することができる。西側に関しては、その軽い同位体比から、豊後水道を経由した外洋水由来の影栄養塩類流入の響が推測される。しかし、POMの炭素同位体比に関しては、瀬戸内海中央部から東側の大阪湾にかけて、同位体比が重い方に偏っていることから、陸域の生産物の影響は少ないと考えられる。また、クロロフィル濃度がかなり高く高い一次生産速度が推定されることから、二酸化炭素の濃度が低下し、同位対比が重い方へ変化したとも考えられる。

西側に関しては、その軽い同位体比から、豊後水道を経由した外洋水由来の影栄養塩類流入の影響が推測される。しかし、POMの炭素同位体比は、瀬戸内海中央部から東側の大阪湾にかけて、同位体比が重い方に偏っていることから、陸上植物など陸域の生産物の影響は少ないと考えられる。また、クロロフィルa濃度から高い一次生産速度が推定されることから、二酸化炭素の濃度が低下し、同位対比が重い方へ変化したとも考えられる。
早期外国語教育のインプット量が音声習得に与える長期的・短期的影響

週1、2時間程度の限られた英語のインプットが長期的音声習得にどのような影響を及ぼすかを調査した。3歳から8歳の間に週数時間程度の英語学習を開始した大学生と、中学校から学習を開始した大学生の/l, r/の識別能力を比較した。1)ノイズや話者に関わらず、早期学習者よりも、中学校から英語学習を開始した者の方が、/l, r/との識別能力に優れていた。2)音声識別能力が高かった中学校から英語学習を開始した者は、a)大学に於ける英語授業で、教師やクラスメートと英語で積極的なコミュニケーションを図り、b)クラス以外での音声英語の使用量も多く、c)一般に英語力も高いことが判明した。日本国内での幼児期・児童期の週数時間の限られた英語のインプットが、音声知覚にどのような長期的な影響を及ぼすかを、日本人英語話者にとって困難とされる/l/と/r/の聴取実験により検証した。早期の限られて音声インプットでも、成人になってからの聞き取りに有益である(Larson-Hall 2008)という結果がある一方、普通の状況での聞き取りでは早期英語学習には何の影響もないが、ノイズ下での聞き取りでは早期学習者が有利になる(Lin et al. 2004)という先行研究があり、限られたインプットでの早期英語学習が後の音素知覚にどのような影響を及ぼすかは、未だ明らかではない。さらに、ノイズのみならず、英語学習者は、話者の違いにも大きな影響を受けやすいとされている(Bent, Kewley-Port, Ferguson, 2010)。そこで、本研究では/l/と/r/の音素識別テストをノイズがある悪条件下で行い、さらに様々な話者が発話した音声を聞かせ、音素識別能力を多角的に調査した。語中に/l/と/r/を含む無意味語(例:ala, ara)を使い、6人の話者の音声を、SNR比0 dBと8 dBのノイズと合成し、それぞれの無意味語をAAB, ABA等の順で聞かせ、その中から違った音素を含む語を一つ選択させた。英語母語話者10名、早期学習者25名、中学校からの学習者25名が聴取者として参加した。結果は、早期学習者が有利だという先行研究に反して、中学校から英語学習を開始した大学生のほうが、/l/と/r/の音素識別能力が統計的に高いことが判明した。さらに、早期学習者は、中学校から学習を開始した者と同様に、ノイズや話者の違いに大きな影響を受けていた。この結果は、限られた英語のインプットでは、早期英語学習を行っても、音素識別に利益をもたらさない可能性があることを示唆している。公立小学校での外国語(英語)活動の基礎研究として、週1、2時間程度の限られた英語のインプットが長期的音声習得にどのような影響を及ぼすかを調査した(e.g., Larson-Hall 2008; Lin etal. 2004)。複数の話者が発音したノイズを伴った英語音声の識別能力に関して、3歳から8歳の間に週数時間程度の英語学習を開始した大学生と、中学校から学習を開始した大学生とを比較した。日本人英語学習者にとって困難とされる/l/と/r/を選び、6人の異なった話者が発話した[ara], [ala]の無意味語と、話し声からなるノイズを合成し(SNRs = 8 dB and 0 dB)、識別能力を測定するために聴取実験を行った。さらに、過去の英語学習経験がどのように影響するかを調べるために、学習開始時期から現在までの英語歴について詳細なアンケート調査を行った。次のような結果が得られた。2)早期学習者のみで見ると、学習開始年齢よりも、学習期間の方が、識別能力を予測するには大切な要因であった。とくに、早期学習期間が4年以上になると、成人になってからの音声識別能力に効果があると思われる。3)音声識別能力が高かった中学から英語学習を開始した者は、中学校や高校での英語学習経験よりも、大学での経験の方が、音声識別能力とより密接な関係があった。具体的には、a)英語の授業中の教師やクラスメートとの英語でのコミュニケーション量とb)クラス以外での音声英語の使用量が大切な要因として挙げられた。英語を外国語として早期から教育している他国での調査でも同じような結果が報告されているのも注目に値する(Garcia Lecumberri & Gallardo 2003; Munoz2011)。

公立小学校での外国語(英語)活動を踏まえて、「児童の音声に対する柔軟な適応力」とは何かを、臨界期説では未だ明らかにされていない問題を解明する。すなわち、幼児期・児童期の限られたインプットが、音声習得にどのような長期的な影響を及ぼすかを、母音・子音・プロソディーの生成・知覚・聴取の各実験により探る。今年度は、先行研究の問題点を探り、リサーチ・デザインを立て、予備実験による妥当性・信頼性の確認を行った。日本のような外国語環境に於ける限られたインプットでも早期英語教育は聞取りに有利であるという先行研究(Larson-Hall 2008)がある一方、そのような限られたインプットでは、早期英語学習が聞取りに有利になることはないとしながらも、ノイズを伴った状況では早期英語学習者のほうがより正確な聞取りができると報告されている(Lin et al. 2004)。一般的に、ノイズや他の人の話し声の中では、外国語話者の音素識別能力は、母語話者に比べて、著しく劣ることが指摘されている。そこで、本研究では、理想的な状況と悪条件下での英語音素識別能力に関して、3歳から8歳の間に、週2、3時間の英語学習を開始した大学生と、中学生から英語学習を開始した大学生とを比較した。日本人英語学習者にとって識別が困難とされている緊張母音・弛緩母音(beat, bitの母音)と接近音( [l, r, w])を選び、語頭に各音素を含む単音節の3語を使い、それぞれのペアーの語をAAB, ABA等の順で聞かせ、その中から違った音素を含む単語を一つ選択させた。まだパイロットの段階であるが、どちらのグループも理想的な状況での音素識別能力には差がないが、悪条件下では早期学習者のほうが有利な傾向が見られた。この結果から、限られたインプットでも早期学習者のほうが、ノイズに影響されにくい音声範疇を確立していると言えそうである。第二言語習得本年度後期は主任の任務も終わり、昨年度よりもエフォート率を上げることができ、研究補助者の協力もあり、予定通りに研究が進んでいる。聴取実験だけでなく、主に小学校から英語学習を開始した大学生と中学校から開始した大学生の過去の英語学習歴を詳細に調べ、音声識別能力がどんな要因と関わっているかを導き出せたのは、今年度の大きな成果だと思われる。また、数回の国際学会に参加して、英語を外国語として教育している国の研究者と議論した末、日本のように限れたインプットしか得られない状況での早期英語教育と音声習得の関係が、この研究とほぼ同じような結果が出ていることを受け、最近の様々な研究を支持できるデーターを示すことができたと思われる。前期は学科主任の任務と震災の影響があり、期待していたエフォート率を達成することが少し困難だったが、後期からほぼ予定通りに進んでいる。今年は最終年度であると同時に、夏から1年間在外研究になるので、エフォート率を上げ、次の三点に目標を絞って、研究を続行する。1)米国西海岸の一方向日本語イマージョン教育(インプットは主に教師からの一方向)と双方向日本語イマージョン教育(インプットは教師と日本語を母語とするクラスメートからの両方向)の児童を対象にし、音声生成と知覚の短期的影響を調べる。2)日本語イマージョン教育の小学校を卒業し、その後中学校・高等学校で日本語のインプット量が減少した大学生を対象にし、音声能力がどの程度維持されているかを検証し、長期的影響にも焦点を当てる。最後に、3)過年度のテーマであった早期外国語教育での限られたインプット量(週2、3時間程度)の音声習得への影響について論文をまとめて、応用言語学か第二言語習得の国際学術誌に投稿する予定である。最終年度であるため、研究成果の総まとめとして、国際応用言語学会で発表する予定である。
惑星衝突を伴う３次元コア形成シミュレーション

本研究では、地球型惑星の中心核(コア)形成時における物質分化の様子を明らかにするために、自己重力下での自由境界表面をともなうストークス流の計算により3次元コア形成シミュレーションを行い、問題解決の糸口を探るものである。特に惑星衝突によりマグマポンドとして溶融し分化されるプロセスに注目し、それらが惑星内部構造を岩石塑性流動の時間スケールでどのように変化させるのかを調査した。その結果、マグマポンドの形成を逃れた領域が火星サイズの初期惑星に起因する物質的異常領域を初期地球の深部に持ち込みうる可能性を見出した。さらにコア形成に伴う熱進化計算を実現可能にするための移流陰解法の開発に成功した。本研究課題では、地球型惑星の中心核(コア)形成時におけるグローバルスケールでのダイナミクスを調べる。具体的には地球の構成要素を、シリケイトと金属が未分化な物質と分化が進みそれぞれに富んだ物質との計3種類に分け、ストークス流れのシミュレーションを行った。自由境界表面を扱った3次元シミュレーションである事、そして惑星衝突による物質の付加を考慮に入れた点が既存の研究にはない特徴である。中規模惑星衝突による惑星成長を計算したところ、ジャイアントインパクト直前の状態において惑星内部の構造が必ずしも一様とはならなかった。これは、隕石衝突による直接的な溶融・分化を逃れる層が地球深部にマントル対流の初期条件として存在しうる可能性を示している。さらに、シミュレーション結果との定量的な比較により、それらが深部マグマオーシャン仮説やバサルトのリサイクル仮説と共に、地震学・地球化学から提唱されている地球深部の成分異常領域の形成過程仮説となり得ることを見いだした。上記の取り組みに加えて本年度は、コア形成と熱進化の関係を明らかにする事を目的として熱対流を解くためのシミュレーションコードの改良を行った。この問題の困難な点は、物質移動に伴う物質境界表面の振動が時間積分を数値的に硬くしてしまい、陽解法で解を得るためには非常に小さな時間幅が必要になる点である。そこで、物質移動を非線形要素とみなして定常解を求める事で、移流陰解法を実現し大きな時間幅による数値積分を可能にすることを試みた。いくつかの数値実験の結果、開発した手法はCPU時間を削減するのに効果的であることが分かった。本研究課題では、地球型惑星の中心核(コア)形成時におけるグローバルスケールでの金属層形成過程を調べている。具体的には地球形成時の基礎構成物質を、金属の分化の進んでいない原始惑星起因の物質と、惑星衝突により分化したシリケイト(マントル)と金属(コア)に富む層の3種類に分けて、固有の粘性・密度を与えたストークス流れのシミュレーションを行う。本年度はまず1マグマオーシャンや多数のマグマポンドの形成を経験した後のコア形成モデルの再現を行った。これにより、古くはElsasser 1963等が提唱したコア・プロトコア間の反転シナリオの再現が3次元シミュレーションが行えた。また、新しく提案する計算モデルとして2ジャイアントインパクト以前の中規模惑星衝突による原始惑星物質の消失の評価計算に挑戦した。隕石衝突の理論モデル計算により、衝突毎にシリケイトと金属の層が表層に付加される事で、惑星サイズが成長する効果を取り入れた。このような計算によって、衝突毎に形成される金属層が中央に落ち込み、同時に中央の物質が外に押し出される様子が再現できる。結果を解析したところ、現在の地球半径の0.8倍程度成長した初期地球の内部構造が必ずしも一様ではなく、コアを覆う分厚いマントルの層が形成される事を見出した。そしてこれらが、N体問題等で提案されている隕石パラメータの範疇においてロバストに形成されうることが分かった。これらに基づき、隕石衝突による衝撃による直接的な溶融分化プロセスを逃れる領域が、CMB上に形成されうる可能性(シナリオ)を提唱した。さらに、現実的なレオロジーを用いたシミュレーション行うために3エネルギー方程式と状態変数に依存する粘性応力の導入のためのモデル開発を行い、コア形成時の物質的なものだけでなく温度場の不均質性をも評価できるシミュレーションコードを作成した。本研究では、隕石衝突に伴う惑星サイズの成長を考慮した3次元ストークス流れのコア形成シミュレーションを実施し、惑星衝突による溶融・分化過程により中心核形成において、地球深部に初期惑星起源の不均質層が持ち込まれる可能性を示した。しかしながら、これまでシミュレーションの初期条件となる火星サイズの惑星の内部構造に対する調査研究が不十分であり、初期惑星がコアを形成していた場合を考慮していなかった。そこで平成26年度は、シミュレーションの結果得られる不均質層が、初期惑星の上層部に起因することを示し、初期惑星がコアを形成していたとしても作業仮説が定性的に大きく変化しないことを示した。また平成25年度には熱対流を伴う計算に取り掛かったが、自由表面にかかわる数値振動と、その解決に必要な計算コストの増加が大きな問題となった。そこで平成25年度から移流陰解法の開発に着手した。

平成26年度は、移流陰解法のメインとなる大規模非線形ソルバーの改善、さらに移流陰解法の時間積分の精度改善を行った。具体的には、Jacobian free Newton Krylov(JFNK)法とPicard法による前処理を適切に切り替える事で収束性を改善し、これまでの時間積分法として2次精度かつL-stableなTR-BDF2法を導入した。また移流陰解法をmarker in cell (MIC)法に適応させるために、非線形ソルバー内の残差評価に一次的にオイラー法を使用する半陰解法を開発し、計算コストを削減する事を提案した。そして、いくつかの数値実験を通して計算コスト・精度の評価を行うことで、開発したMICを用いたストークス流れの移流陰解法の効果を検証した。計算地球科学惑星成長に伴う内部構造の変化については、実際に隕石衝突をモデル化したプロダクトランを行い、それから得られた知見を基に地球深部異常領域の形成過程に対する仮説を立てる事を達成している。現在、それらの結果と他の仮説との整合性も議論した論文が査読中である。一方で平成24年度では熱対流をうまく解くための手法がないという課題があったが、平成25年度はそれに対する回答として非線形ソルバーを用いた移流陰解法を開発し2次元での予備数値実験により、その有効性を見いだすことに成功している。このことから平成26年度において、熱対流計算が可能になる事が見込まれる。これらの手法開発の成果は学会発表を経て、ETHの共著者と共に論文執筆に取り掛かっている。一方で申請書に記載した同位体モデルの実装は、技術的な困難が多く課題として残っている。研究実績の概要の記載に基づくと、1マグマオーシャン直後を初期値にし2隕石衝突を伴い成長する計算に対しては、本年度初頭にシミュレーションの可視化に必要な環境等を整備したうえで、プロダクトランを行い、当初の計画目標を達成している。3の項目に対しては、計画に沿ってエネルギー方程式の新しいモジュールの実装を終えたが、数値計算手法として数値振動などの問題に直面しているため、それらの問題を解決するための部分的陰解法の導入などの手法研究が次年度の課題として残っている。平成26年度は引き続き、出力される膨大なデータを処理するためのポストプロセス環境を整えつつ、平成25年度に開発した移流陰解法の3次元で実装しプロダクトランを行う。特に隕石衝突により地球内部に持ち込まれる熱異常領域の進化をシミュレーションする事で、マントル対流の開始にどのような影響があるのかを数値的に再現する。また同位体追跡を可能にするトレーサー技術の開発にも取り組む本年度に引き続き、シミュレーションのポストプロセスに必要な環境を適宜整えつつ、現在グリッドサイズが128x128x128を中心に行っているプロダクトランを、256x256x256-512x512x512に引き上げて計算を行う。モデル開発として、計算中の数値振動を抑えて長い時間ステップを可能にするような部分的陰解法や、同位体追跡を可能にするトレーサーの手法開発に取り組む。
エクソソーム分泌を制御する因子の同定とその治療応用

本研究の目的はエクソソームの分泌を制御するmiRNAおよびその標的遺伝子を明らかにすることで、新規のがん治療へと繋げることである。およそ2000種類のmiRNA mimicが搭載されたmiRNAライブラリと以前、開発したエクソソーム測定技術(Yoshioka Y et al., 2014)を用いたスクリーニングを行った。スクリーニングとバリデーションの結果、miR-194がエクソソームの分泌抑制に働いていることを明らかにした。miR-194は複数の報告でがん抑制的に働くことが示されており、がん細胞において発現が低下することでエクソソーム分泌を促進し、がん悪性化に働いている可能性が示唆された。次いで、miR-194の標的遺伝子の探索を行った。エクソソーム分泌を抑制するmiRNAを乳がん細胞株および前立腺がん細胞株に導入後、RNAを抽出し、mRNAのマイクロアレイを行い、発現が変動する遺伝子を網羅的に解析した。また、in silicoデータベースを用いてmiR-194の結合部位の有無および3'UTRアッセイによる検証と遺伝子の発現抑制効果を解析した。その結果、最終的にエクソソームの分泌を抑制する遺伝子としてNAPGに着目した。NAPGは乳がん、前立腺がんのみならず、各種腫瘍組織で発現が亢進していることがOncomineデータベースを用いた解析より明らかになり、実際に大腸がん、膵臓がん、メラノーマの細胞株において、NAPGの発現抑制によってエクソソームの分泌が減少した。以上より、エクソソーム分泌に関与する新規遺伝子を明らかにし、今後はその詳細な分子メカニズムを明らかにする。本年度はエクソソームの分泌を抑制するmicroRNA(miRNA)の探索を目的とし、およそ2000種類のmiRNA mimicが搭載されたmiRNAライブラリと以前、開発したエクソソーム測定技術を用いたスクリーニングを行った。スクリーニングには乳がん細胞株MDA-MB-231LNと前立腺がん細胞株PC3MLを用いて培養上清中に存在する、エクソソームマーカーCD9もしくはCD63が陽性のエクソソーム量を測定した。さらに細胞増殖能についてもMTS法により測定を行い、細胞増殖への影響は少ないが、エクソソームの分泌量を低下させるmiRNAを候補とした。その結果、複数の候補miRNAが選定された。これら候補miRNAについて、miRNA mimicを用いて、候補miRNAを過剰発現させた後、培養上清を回収し、超遠心法にてエクソソームを回収した。回収したエクソソームの粒子数をNanoSight tracking systemで解析し、miR-194がエクソソームの分泌抑制に働いていることを明らかにした。以上の結果は、大規模なmiRNAの機能的スクリーニングと研究代表者が以前開発したエクソソーム測定技術を組み合わせることで、エクソソームの分泌を制御するmiRNAの存在を示し、エクソソーム分泌の新たなメカニズムを明らかにした。また、これら研究成果は新規がん悪性化メカニズムの解明に繋がると考えられる。本年度は計画通り、エクソソームの分泌を抑制するmiRNAを同定することができた。最終的には1種類のmiRNAに着目することとなり、当初予定していた数とは少なくなったが順調に研究は進展していると判断できる。本年度は、前年度に同定したエクソソーム分泌を抑制するmiRNA、miR-194の標的遺伝子の探索を行った。

また、miRNAをがん細胞へ導入後、発現が抑制された遺伝子のうち、in silicoデータベースでmiR-194の結合部位が3'UTRに存在するかも調べた。これら結果から6種類の候補標的遺伝子を挙げ、それぞれの遺伝子に対するsiRNAを使用して、乳がん細胞と前立腺がん細胞におけるエクソソームの分泌抑制効果を検証した。その結果、エクソソームの分泌を抑制した遺伝子としてNAPGに着目した。NAPGがmiR-194の標的遺伝子であるか、3'UTRアッセイによる検証および遺伝子の発現抑制効果を解析した。その結果、NAPGがmiR-194の標的遺伝子であることを明らかにした。さらに乳がん細胞株、乳腺上皮細胞株、前立腺がん細胞株、前立腺上皮細胞株におけるNAPGの発現を解析した結果、がん細胞株でNAPGの発現が亢進していた。また、Oncomineデータベースを用いて腫瘍組織でのNAPGの発現を解析した結果、乳がん、前立腺がんのみならず、各種腫瘍組織で発現が亢進していることが明らかとなった。以上の結果から、miR-194によるエクソソーム分泌抑制効果の一部は標的遺伝子NAPGが担い、がん細胞でのエクソソーム分泌亢進に寄与している可能性を示した。本年度は計画通り、エクソソーム分泌を抑制するmiRNAの標的遺伝子を同定し、エクソソームの分泌メカニズム解明に近づいたため、概ね順調と言える。来年度は、同定したmiRNAの標的遺伝子を明らかにし、さらに詳細なエクソソーム分泌経路の解明を行う。また、同定したmiRNAの発現および標的遺伝子の発現をがん細胞と非がん細胞で比較して、がん細胞特異的なエクソソーム分泌経路でありうるかも検討する。最終年度は、同定した標的遺伝子の分泌抑制効果が、がんの転移などのがん悪性化メカニズムに寄与するかどうかを検証する。さらにエクソソームの分泌メカニズムを明らかにするため、同定された遺伝子が細胞内のどのような場所でエクソソーム産生に関与するか解析する。例えば、siRNAを導入した細胞に対し、LysoTrackerなどを使用してライソゾームとCD63などのエクソソームマーカーを共染色し、その局在を観察する。その結果、CD63が陽性部位はエクソソーム前駆体が存在するところとして、ライソゾームに蓄積していたら、本研究で同定したESR-Geneはライソゾームでエクソソーム産生もしくは分泌に関与する遺伝子と考えられる。また同様にエンドソームマーカーとの共染色も行い、新規エクソソーム分泌メカニズムを解明する。
ダイオキシン受容体－シトクロームP450異物代謝システムの進化

異物代謝において重要な酵素の一つであるシトクロームP4501(CYP1)ファミリーとその誘導機構の進化を明らかにすることを目的に研究を行った。平成22年度に行った研究からCYP1ファミリーに含まれるCYP1D1遺伝子は鳥類の系統で偽遺伝子化している可能性が示された。しかし、現在ゲノム情報が明らかとなっているのは、ニワトリ、キンカチョウなど新顎類に分類される鳥類種に限定されている。そこでさらにダチョウに着目し、CYP遺伝子の解析を行った。ダチョウは鳥類の系統で最も古くに他の鳥類から分岐した古口蓋類に属しており、ニワトリやキンカチョウの遺伝子データベースと比較することで鳥類が祖先から保持している形質を予想することが期待できる。今回、鳥類における異物代謝酵素の進化を明らかにすることを目的に次世代シークエンサーを用い、ダチョウの肝臓で発現している遺伝子を網羅的に解析した。ダチョウ肝臓のmRNAからはCYP1D1遺伝子の発現は確認されなかったが、CYP1A2、CYP2C23、CYP2C45、CYP2D49、CYP2G19、CYP2W2、CYP2AC1、CYP2AC2、CYP2AF1、CYP3A37の10分子の発現が確認された。CYP2G19、CYP2AF1に関しては、鳥類種によって偽遺伝子化し機能を失っている可能性が示唆された。さらに同定されたCYPのmRNA発現量を比較し、ダチョウではCYP2G19のmRNA発現量が最も高いことや、CYP2C45の発現量はニワトリと同様発現量が高いことを明らかにした。今回の結果から鳥類においてCYP分子種が鳥類種によって偽遺伝子化していること、鳥類に共通して発現量が高いCYP分子種が存在することといったCYP分子種の進化過程が明らかとなった。このことはCYP1ファミリーとその誘導機構の進化に対して新たな知見を加えると考えられる。異物代謝において重要な酵素の一つであるシトクロームP450 1 (CYP1)ファミリーとその誘導機構の進化を明らかにすることを目的に研究を行った。脊椎動物においてCYP1ファミリーは四つのサブファミリー(CYP1A, CYP1B, CYP1C, CYP1D)に分かれる。近年発見されたCYP1D1遺伝子について哺乳類CYP1D1遺伝子の配列情報、染色体上の位置情報からCYP1D1遺伝子の系統推定を行った。解析の結果、類人猿、げっ歯目、食肉目などの系統で独立してCYP1D1は偽遺伝子化しているが、類人猿以外の霊長目、翼手目、長鼻目、有袋類、単孔類などではCYPの機能に関連していると考えられる配列は保存されていることが明らかとなった。基質認識部位における淘汰圧を推定したところ、CYP1A1との分岐後に淘汰圧の指標であるdN/dS比が有意に1より高く、CYP1D1が正の選択によって進化したことが示唆された。またCYPID1の制御に関して、CYP1ファミリーはダイオキシン受容体(AhR)によって転写制御されることが知られている。しかし魚類のCYP1D1はAhRのリガンドによって誘導されなことが報告されている。そこでAhRが結合するXenobiotic Responsive Element (XRE)の探索を哺乳類のCYP1D1遺伝子の上流域で行ったところ、他のCYP1遺伝子の上流域に比べてXREが少ないことが明らかとなった。異物代謝において重要な酵素の一つであ1るシトクロームP450 1(CYP1)ファミリーとその誘導機構の進化を明らかにすることを目的に研究を行った。平成22年度に行った研究からCYP1ファミリーに含まれるCYP1D1遺伝子については類人猿、げっ歯目、食肉目などの系統で独立してCYP1D1は偽遺伝子化しているが、類人猿以外の霊長目、翼手目、長鼻目、有袋類、単孔類などではCYPの機能に関連していると考えられる配列は保存されていることが予想された。そこで哺乳類で機能的CYP1D1遺伝子が発現していると予想されるスローロリス、オオカンガルーについてRT-PCRを行い、実際にCYP1D1のmRNAが発現していることを確認した。またCYP1D1が偽遺伝子化しているか、機能を保持しているかオンラインデータベース情報からは予想できない偶蹄目のカバ・鳥類のダチョウについて次世代シークエンサーを用い、肝臓で発現している遺伝子について網羅的に解析を行った。機能的CYP1D1の有無の他、カバは系統的に鯨類と近縁であり、半水棲という生態をもっている点で異物代謝酵素の役割を知る上で重要な動物となる。またダチョウは鳥類の系統で最も古くに他の鳥類から分岐した古口蓋類に属しており、ニワトリやキンカチョウの遺伝子データベースと比較することで鳥類が祖先から保持している形質を予想することが期待できる。ダチョウ肝臓のmRNAからはCYP1D1遺伝子の発現は確認されなかったが、他の鳥類で偽遺伝子化しているCYP2G遺伝子がダチョウでは発現していることを確認した。

しかし、現在ゲノム情報が明らかとなっているのは、ニワトリ、キンカチョウなど新顎類に分類される鳥類種に限定されている。そこでさらにダチョウに着目し、CYP遺伝子の解析を行った。ダチョウは鳥類の系統で最も古くに他の鳥類から分岐した古口蓋類に属しており、ニワトリやキンカチョウの遺伝子データベースと比較することで鳥類が祖先から保持している形質を予想することが期待できる。今回、鳥類における異物代謝酵素の進化を明らかにすることを目的に次世代シークエンサーを用い、ダチョウの肝臓で発現している遺伝子を網羅的に解析した。ダチョウ肝臓のmRNAからはCYP1D1遺伝子の発現は確認されなかったが、CYP1A2、CYP2C23、CYP2C45、CYP2D49、CYP2G19、CYP2W2、CYP2AC1、CYP2AC2、CYP2AF1、CYP3A37の10分子の発現が確認された。CYP2G19、CYP2AF1に関しては、鳥類種によって偽遺伝子化し機能を失っている可能性が示唆された。さらに同定されたCYPのmRNA発現量を比較し、ダチョウではCYP2G19のmRNA発現量が最も高いことや、CYP2C45の発現量はニワトリと同様発現量が高いことを明らかにした。今回の結果から鳥類においてCYP分子種が鳥類種によって偽遺伝子化していること、鳥類に共通して発現量が高いCYP分子種が存在することといったCYP分子種の進化過程が明らかとなった。このことはCYP1ファミリーとその誘導機構の進化に対して新たな知見を加えると考えられる。異物代謝システムの種差の解明のため、各種哺乳類におけるCYP1ファミリーのクローニングから発現実験を行う予定であった。現在まで哺乳類のCYP1ファミリーのクローニングを行っているが、発現実験までは達成できていない。異物代謝システムの進化を明らかにするため、各種脊椎動物の肝臓に発現している遺伝子を次世代シークエンサーで網羅的に解析する。解析する遺伝子はダイオキシン受容体、シトクロームP450の他、ダイオキシン受容体によって誘導される抱合酵素遺伝子など異物代謝を行うものを中心に行う。鯨類と近縁であり半水棲という特徴を持つカバ、最も古くに他の鳥類と分岐したという系統的特徴を持つダチョウなどを対象に肝臓RNAからcDNAライブラリーを作製し次世代シークエンサーの解析に用いる。
魚群u動における創発的現象の解明

1.水槽実験データの取得および解析小型淡水魚を用いた水槽実験を行い、魚群の各個体の位置に関する時系列データを取得した。また、このデータを処理して種々の統計量を算出した。その結果は、本研究で創案するモデルの正当性を確認するためにシミュレーション結果と比較され、両者は類似の傾向を示すことが確認された。2.魚群行動の数学モデルの作成魚群行動を記述する数学モデルは、多変数の非線形微分方程式なので、一般に理論解析は困難である。しかし、シミュレーションによれば複雑な不連続現象を示すので、それを追求するために2尾または3尾の魚の行動を表す数学モデルを作成した。また、2尾の場合の柔軟な行動を表すために、ゲームの理論に基づく数学モデルを提案した。さらに、魚群は周囲の環境に応じてその群れの構造を適応的に変化させており、そおようなモデルを、遺伝アルゴリズム、ニューラルネットワーク、学習則などを利用して表すことを検討したが、本年度の成果としてまとめるに至らず次年度に継続して考察することとした。シミュレーションによる創発現象の解明上に得られた2尾または3尾の行動モデルを用いてシミュレーションを行ったところ、魚郡が無限平面を遊泳するとき個体間の相互作用により複雑な行動軌跡を創発することを見出した。そこで、特に3尾の群れの行動モデルを解析し、あつモデルパラメータが微小に変化することにより状態空間におけるリミットサイクルが発生または消滅することがわかった。その結果、魚群の行動軌跡は、円軌道から平面を塗りつぶす花模様を描くことがわかった。