hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯周病原性菌由来プロテアーゼによる線維芽細胞の細胞死の発現機序の解明

歯周病原性菌であるPorphyromonas gingivalis (P.gingivalis)が産生するプロテアーゼは,歯周病の発症と進行に深く関与していると考えられているが,その詳細については全く不明な点が多い。申請者は歯周組織の主要な構成細胞であるヒト歯肉線維芽細胞(HGF)培養系を用い,P.gingivalis由来プロテアーゼが歯周病の進展においてどのように病原性を発揮しているかを明らかした。P.gingivalis381株培養上清より,トリプシン様活性を持つプロテアーゼを抽出精製した。そしてP.gingivalis由来プロテアーゼのHGFへのcytotoxic effectsを調べた。その結果,P.gingivalis由来プロテアーゼはHGFを細胞死へと導いた。またこの細胞死は,DNA fragmentationの確認および7A6抗原の発現をFACScanにより確認できた事によりアポトーシスである事が明らかとなった。さらに,P.gingivalis由来プロテアーゼ刺激によりHGFが細胞死へ至る過程において,一時的にHGF細胞膜上に接着分子の発現が増強され,その接着分子へP.gingibalis381株菌体そのものが付着することが確認できた。すなわちプロテアーゼ刺激により,HGF細胞膜上に付着したP.gingivalis菌体数が,プロテアーゼ刺激しないものと比較して増加したという興味深い結果が得られた。以上の結果より,P.gingivalisより産生されるプロテアーゼは,歯周組織の破壊を病態の特徴とする歯周炎において,宿主細胞をアポトーシスという細胞死へ導く重要な因子である事が示された。本研究結果より,P.gingivalisプロテアーゼは,歯周病の発症進展において,歯周炎局所の宿主細胞膜上に接着分子を発現させそこに菌体自らを定着させる。そして歯周炎局所のプロテアーゼ濃度をさらに高め,宿主細胞を死に導き歯周組織を破壊して行くという役割をもつ可能性を示唆した。歯周病原菌であるPorphyromonas gingivalisが産生するプロテアーゼが病原因子として重要視されている。我々はこれまでに,培養系を用いた実験系で,P.gingivalis由来プロテアーゼが,ヒト歯肉線維芽細胞を細胞死へ導くことを明らかにした。本研究では,P.gingivalis由来プロテアーゼによる細胞死の発現機構について検討した。ヒト歯肉線維芽細胞は,健常歯肉よりout growth法により得た。P.gingivalis由来プロテアーゼはP.gingivalis 381株の培養上清より分離し,44kDaの精製プロテアーゼを得た。Conf1uentに達した細胞をP.gingivalis由来プロテアーゼで刺激後,位相差顕微鏡により細胞動体を観察した。細胞死の判定はトリパンブルーによる染色法とMTTアッセイによる細胞致死活性を測定した。細胞死の発現機構は,Ce11 Death Detection ELISAキットを用い,アポトーシスの特徴であるDNAの断片化の有無を確認し,アポトーシス細胞の検出を行った。その結果,プロテアーゼ刺激により,細胞は剥離し丸状を呈し,トリパンブルー染色とMTTアッセイにより致死活性が発現することが確認された。さらにELISA法によるDNA断片化率の上昇,組織化学的検索でアポトーシス細胞が認められたことから,P.gingivalis由来プロテアーゼはヒト歯肉線維芽細胞に対してアポトーシスを引き起こす可能性が考えられた。
ドイツ語における「状態変化」の表現形式―語彙と統語形式の相互関係―

本研究では、コーパス調査を用いて、ドイツ語の使役形式(状態変化動詞、lassen使役構文、使役の機能動詞結合zum ...bringen)のそれぞれの使用実態を調査し、形式間の相互関係を分析した。とりわけ、lassen構文とzum ...bringen構文に埋め込まれる動詞を調査し、両構文がどのような動詞の使役形式として用いられているか、使用頻度も含めた分析を行った。その結果、両構文は、それぞれに含まれる動詞のアスペクト的特性において使用上の相違が観察され、また同じ動詞を含む両構文については、結びつく名詞句(不定詞の意味上の主語)の種類において相違が観察された。ドイツ語の「状態変化」表現には、「ある状態に変化させる」という使役形式と、「ある状態に変化する」という非使役形式がある。使役の表現形式には、状態変化動詞の他動詞構文、lassen構文、使役の機能動詞結合があり、また非使役の表現形式には、状態変化動詞の自動詞構文と再帰構文、非使役の機能動詞結合がある。本研究の目的は、大規模コーパスを用いて、これらの形式および形式間の相互関係を分析し、ドイツ語における「状態変化」の表現形式の全体像を明らかにすることである。初年度の25年度は、分析対象の確定と分析方法の検討を行なった。ここでは、lassen使役構文と使役の機能動詞結合zum...bringenについての研究成果を示す。まず、両形式のコーパスデータに基づき、それぞれによって使役表現を形成する動詞群を抽出し、(1)lassenによってのみ使役形式を形成する動詞、(2)zum ...bringenによってのみ使役形式を形成する動詞、(3)両方の使役形式を形成する動詞、の3つに分類した。(3)については頻度も考慮して分析した結果、lassen構文に現れやすい動詞とzum ...bringen構文に現れやすい動詞の間には、アスペクト的相違の傾向があることが観察された。さらに、動詞platzenの使役形式であるplatzen lassenとzum Platzen bringenを取り上げ、コーパス分析の方法を検討した。その結果、両形式は、結合する名詞の種類において頻度上の相違があることが確認できた。これは、構文分析において「語結合分析」が有効であること、また、形式と意味の関係および形式間の意味的相違(使い分け)は、実際の言語使用における「傾向」、すなわち「頻度」として捉えられることを示唆していると言える。なおこれについては、日本独文学会のシンポジウムで報告し、研究叢書の論文として発表した。本研究の目的は、ドイツ語の使役形式(状態変化動詞、lassen使役構文、使役の機能動詞結合)の使用実態を分析し、形式間の相互関係を明らかにすることである。まず、大量のコーパスデータに基づき、V lassen構文と機能動詞結合zum V bringenがそれぞれどのような動詞の使役形式として用いられているかを調査した。とりわけ、非使役的用法のみの動詞を含む場合を中心に、語彙的使役動詞に代わる分析的使役形式として、(1)V lassenが用いられる場合、(2)zum V bringenが用いられる場合、(3)V lassenとzum V bringenの両者が用いられる場合のそれぞれについて分析を行った。(1)と(2)については、それぞれに含まれる動詞の意味特性(アスペクト的特性)において傾向の相違が観察されている。(3)については、両形式の意味的相違(使い分け)が問題となるが、多義的動詞の場合は、意味用法別にそれぞれ異なる使役形式が使用されることがあり、それは結びつく名詞(不定詞の意味上の主語)の種類においても相違が確認できる。この2つの使役形式は、これまで別々に扱われてきたが、一つの枠組みでデータ分析することにより、使役表現の体系の中でのそれぞれの役割がより明らかになってきたと言える。なお、語結合分析の際は、不定詞の意味上の主語だけでなく、使役構文の主語(人か物か)も対象とし、有生性の観点からも分析を行っている。本研究の目的は、コーパス調査を用いて、ドイツ語の使役形式(状態変化動詞、lassen使役構文、使役の機能動詞結合zum ...bringen)のそれぞれの使用実態を分析し、形式間の相互関係を明らかにすることである。これまで、lassen構文とzum ...bringen構文に含まれる動詞を調査し、それぞれがどのような動詞の使役形式として用いられているか、使用頻度も含めた分析を行った。その結果、両形式は、それぞれに含まれる動詞の意味特性(アスペクト的特性)において使用傾向の相違が観察され、また同じ動詞を含む両形式については、結びつく名詞句(不定詞の意味上の主語)の種類において相違が確認されている。さらに27年度は、両形式の語結合分析において、使役構文の主語および目的語がヒトかモノか、すなわち項の有生性の観点からも分析を行った。その結果、動詞の意味特性によって、両使役形式の使い分けだけでなく、有生物主語・無生物主語の割合にも大きな差があることがわかった。なおこれについては、日本独文学会のシンポジウムにおいて報告し、またその記録として研究叢書に投稿した。これらの2つの使役形式は、これまで別々に扱われてきたが、一つの枠組みで分析することにより、使役表現全体の中でのそれぞれの位置づけがより明確になったと言える。今後の研究の展開としては、日本語の「セル/サセル」との対照分析と、使役構文と結果構文の接点、の2つの方向を考えている。

使役構文と結果構文は、語彙の限界を補う構文形式として共通している。結果構文の最も基本的で重要な問題は、どのような動詞とどのような結果述語の組み合わせが結果構文を形成しうるかであるが、一方結果構文は、コーパスデータの収集が容易でないこともあり、未だ作例中心の理論的議論が中心である。今後の研究では、コーパスを用いた結果構文のデータベースの作成および分析に取り組む予定である。本研究では、コーパス調査を用いて、ドイツ語の使役形式(状態変化動詞、lassen使役構文、使役の機能動詞結合zum ...bringen)のそれぞれの使用実態を調査し、形式間の相互関係を分析した。とりわけ、lassen構文とzum ...bringen構文に埋め込まれる動詞を調査し、両構文がどのような動詞の使役形式として用いられているか、使用頻度も含めた分析を行った。その結果、両構文は、それぞれに含まれる動詞のアスペクト的特性において使用上の相違が観察され、また同じ動詞を含む両構文については、結びつく名詞句(不定詞の意味上の主語)の種類において相違が観察された。これまでの取り組みでは、まず、コーパスに基づき、使役と非使役の対応について動詞、構文、機能動詞結合を一つの枠組みで分析するための方法論を検討した。また、とりわけ非使役的用法のみの動詞を含む分析的使役表現Vlassenとzum V bringenのコーパスデータを大量収集し、名詞も含めてコロケーションを整理した。両使役形式の使い分けを明らかにする上で、まずはそれぞれに含まれる不定詞の種類が問題になるが、それらの動詞は、動作主性動詞と非動作主性動詞が区別され、後者はさらに完了相動詞と非完了相動詞に分けられる。これらの動詞の分布は構文形式によって違いがあることが確認されており、lassen構文に関しては多くの場合、不定詞の意味特性によって構文の意味解釈が異なることが指摘されている。また、使役主が無生物主語の割合も埋め込まれる動詞の意味特性によってかなり差があり、使役構文の意味や使用実態を分析する上で、有生性も重要な観点の一つであると考えられる。現在、無生物主語使役構文についての分析結果をまとめているところである。ドイツ語学以上のように、これまでは、自動詞を含む使役形式を中心に扱ってきたが、使役の概念は相対的なもので、使役形式の中に他動詞(使役動詞)が含まれる場合やlassen構文の中に機能動詞結合が含まれる場合もある。使役表現の全体像を体系的に記述するためには、これらも含めて分析する必要がある。研究方向や分析方法に関して大きな変更はないが、頻度分析の方法については、未だ再検討の余地があると考えている。異なる2つの形式を使用頻度の観点から分析する際、少なくとも次の2つを区別する必要がある。両者が同じ意味を表す場合(表現上のヴァリエーションである場合)は、どちらの形式がより好まれて使用されているか、すなわち使用頻度が問題になる。しかし両者が異なる意味を表す場合は、その使用頻度はそもそもどちらが言語使用上より多く表現の対象になるかを示すものであり、両者の頻度を単純に比較することはできない。Lassen構文とbringen機能動詞結合の場合、埋め込まれる動詞によって、前者の場合も後者の場合もあり、分析の際はその区別が重要である。
回転磁場励磁インピーダンス計測による保温材付配管の外面腐食検査システムの開発

本研究は,電磁気現象を利用して,保温材付配管の局所的な外面腐食を簡便に検査できるシステムを開発することを目的としている.まず,回転磁場を励磁するための電磁石の設計および製作を行い,所定の性能を有することを確認した.次に配管の腐食領域の計測精度を上げるための計測条件について検討を行い,特定の計測条件を見出した.本研究は,電磁気現象を利用して,保温材付配管の局所的な外面腐食を簡便に検査できるシステムを開発することを目的としている.まず,回転磁場を励磁するための電磁石の設計および製作を行い,所定の性能を有することを確認した.次に配管の腐食領域の計測精度を上げるための計測条件について検討を行い,特定の計測条件を見出した.本研究の目的は,代表者がこれまで開発してきた磁気インピーダンス現象を利用した非破壊検査システムを応用し,保温材付配管のような皮膜付構造物の外面腐食を非破壊検査できる手法を開発することである.システムを開発する上での課題は, (1)配管用の各種計測装置および計測方法の開発,(2)腐食位置や腐食面積などの情報を推定するシステムの開発である.そこで,本年度は, (1)配管用の各種計測装置および計測方法の開発として,二次元電磁石と電磁石を載せる台車の設計および製作と配管固定施設の設計と製作を行った.本システム用の電磁石は以下の技術的課題があった.1.配管励磁用のため,磁石を立てる必要があり自重の影響で磁極柱の曲げが生じ,また電磁石上部のみ荷重が負荷されるため磁気性能に影響がでる可能性がある.2.保温材配管へ励磁するため,磁極間に空隙が存在するため磁気性能を高める必要があるが,磁石を大きくすると自重が大きくなり課題1の問題がさらに大きくなる.そこで,高エネルギー加速器で用いられる4極電磁石を参考にして電磁石形状を6角とすることで磁極柱の曲げと電磁石上部の強度を上げることにした.設計の妥当性は, FEMシミュレーションによって確認し,磁気性能と強度バランスのとれた最適形状および寸法を決定した.さらに,電磁石を簡便に真直ぐ移動させるため,台車の車輪を線路上を走るタイプとし, 3mという長さの実験装置ながら電磁石の精度の高い移動を可能になるようにした.本年度は,昨年度開発した回転磁場励磁型インピーダンス計測システムを用いて,以下に示す項目について試験を行った.(1)回転磁場励磁用電磁石の性能試験まず,昨年度開発した試験システムを用いて,電磁石が所定の性能を有しているか磁場分布を計測し,評価を行った,その結果,外部への磁場漏れはほとんど生じておらず,磁極中心付近の磁場は印加電流2A時において100kA/mを記録し所定の性能を有していることを確認した.ただし,配管のインピーダンス変化を起こすには,十分な性能を有しておらず,今後検討が必要であることがわかった.(2)配管の磁気インピーダンスの周波数特性の計測前年度開発した電磁石では磁気インピーダンス効果を発現させることができなかったため,1D電磁石を用いて検討課題としてあげていた腐食(欠陥)領域の計測分解能を高くする技術について検討を行った.具体的には,配管のインピーダンスの周波数特性を計測し,LCR共振を利用したインピーダンス増幅効果が可能か試験した.その結果,共振周波数では磁気インピーダンスの増幅効果は見られなかったが,インピーダンスがピークを持つ周波数領域で磁気インピーダンスの変化量も最大になることが確認された.(3)配管の表面欠陥探索試験回転磁場を模擬するために実際に表面欠陥を施した配管を回転させながらインピーダンスを計測し,(2)で確認した周波数において欠陥の影響により磁気インピーダンスも変化するか検証した.その結果,磁場励磁方向と欠陥の配置位置によって磁気インピーダンスの最大変化量が変化することとその変化量が(2)で確認した増幅効果の高い周波数で最大になることがわかった.よって,回転磁場を用いて円周方向の欠陥位置の計測ができ,最適な計測周波数を選択することによって腐食領域の計測分解能を高くできる可能性が確認された.
環太平洋・極北地域のモンゴロイド集団の免疫遺伝学的研究

世界のヒト白血病ウイルスI型(HTLV-I)、およびB型肝炎ウイルス(HBV)の流行分布から環太平洋地域のモンゴロイド集団の免疫遺伝学的な特性を把握するため、本研究では調査対象地域を北欧、および西北ロシアの極北地域に定めた。1)ノルウェーのオスロ大学、およびトロムセ大学との共同研究として、25年前にノルウェー北部で採取され、オスロ大学で凍結保存されていた800名分(サーメ族400名、非サーメ族の比較対照群400名)の血清の研究利用の許可を得た。平成15年度にはHTLV-Iの血清疫学的検討を行ったが、上記の両群共にHTLV-I抗体の存在を認めず、ノルウェー北部を中心に居住しているサーメ族はHTLV-Iを保有していないと判断した。2)ロシア科学アカデミーの許可のもと、アルハンゲリスク大学との共同研究として、ネネツ自治区の北部海岸地帯の中心に位置するナリヤンマル町の周辺地域で野外調査を実施した。クロスネ地区(気温は零下2040度)において、診療所訪問患者、あるいは診療所周辺居住者の中でInformed Consentを得た対象者約109名から約10ccの血液を採取した。採血した血液は診療所において血漿とBuffy Coatに分離し、全検体をアルハンゲリスク大学の実験室に持ち帰り、まずウイルス学的検索を実施した。HTLV-I、およびB型、C型肝炎ウイルスの感染状況を検索したが、抗HITLV-I抗体は全員陰性、抗HCV抗体は3例、抗HBVS抗体については30例の陽性者(28%)を認めた。HBV抗原は全例が陰性だったのでHBV亜型に関する検索は不可能であった。本研究からノルウェー北部や西北ロシア地域の極北モンゴロイド集団にHTLV-Iの流行は認めず、以前にアジア大陸で実施された研究結果も合わせると、日本列島の日本人以外にHTLV-Iを保有するモンゴロイド集団は認められない。今後もモンゴロイド集団におけるHTLV-Iの流行軌跡を探るため、極北極東地域のグリーンランド東海岸に居住するイヌイット族を対象とした野外調査、および南米アンデス高原砂漠地帯に埋葬されている8000500年前のミイラ集団におけるHTLV-Iの探索が残された課題と考える。世界の諸民族におけるヒト白血病ウイルス(HTLV-I)の流行分布から環太平洋地域のモンゴロイド集団の人類遺伝学的な特性を把握するため、今年度は調査対象を中央アジア、および極北地域に定めた。先ず、ネパール高地(標高4,000m)に散在しているチベット族(シェルパ族)を対象に調査を実施した。国家衛生調査委員会の許可を得たのち、現地で研究協力に対する承諾の得られた103名から採血し、HTLV-I、およびB型、C型肝炎ウイルスの感染状況を検索した。HTLV-IとHCVの抗体は全員陰性で感染者を認めなかった。HBV抗原については2例の陽性者を認め、二年前の中国チベット族の調査による2割陽性と比較して低率だった。次に、ノルウェーのオスロ大学の共同研究者らと協力体制を組み、極北地域のサーメ族を対象にHTLV-Iの流行状況について検索した。

検索対象として、約25年前にノルウェー極北地域で慢性疾患調査のために採取され、現在まで保存されてきた約2,000名分の血清の中から、サーメ人400名とその比較群として非サーメ人380名をランダムに選んだ。倫理的対応としては、ノルウェーの医学倫理審査委員会、血清保存委員会、国立衛生研究所などの許可を得たのち、新聞紙上に地元住民の本研究に対する是非を問いかけ、サーメ族の人たちから間接的な承諾を得た。全検体を日本に持ち込み、HTLV-Iの抗体についてPA法(凝集法)、およびWB法により検索したが全例陰性だった。今回の調査では中央アジアのチベット族、および極北地域のサーメ族ともにHTLV-Iの流行の軌跡を観察しなかった。来年度はアジア極北地域の中で周囲と最も隔離された環境下で居住している北西ロシアのエスキモーを対象に野外調査を計画しており、これらのウイルス学的、免疫遺伝学的情報を包括し、世界のモンゴロイド集団の移動軌跡に関する作業仮設を実証していく。世界の諸民族におけるヒト白血病ウイルス(HTLV-I)、およびB型肝炎ウイルス(HBV)の流行分布から環太平洋地域のモンゴロイド集団の免疫遺伝学的な特性を把握するため、今年度は調査対象地域を西北ロシアの極北地域に定めた。ロシア科学アカデミーの許可のもと、アルハンゲリスク大学のスタッフ6名と共に、ネネツ自治区の北部海岸地帯の中心に位置するナリヤンマル町の周辺地域で調査を実施した。町の中心から約40km東にあるクロスネ地区(気温-2040度)において、診療所訪問患者、あるいは診療所周辺居住者のネネツ族を対象に調査し、Informed Consentを得た対象者約109名から約10ccの血液を採取した。採血した血液は診療所において血漿とBuffy Coatに分離し、ナリヤンマルのホテルの冷凍庫で保存、約3日間の調査を終えて、全検体をアルハンゲリスク大学の実験室に持ち帰った。まず、HTLV-1、およびB型、C型肝炎ウイルスの感染状況を検索した。抗HTLV-1抗体は全員陰性で感染者を認めなかった。しかし、抗HCV抗体は3例、抗HBVs抗体については30例の陽性者(28%)を認めた。しかし、HBV抗原は全例が陰性だったのでHBV亜型に関する検索は不可能であった。今回の西北ロシア地域の野外調査ではサーメ族と同様に極北地域のモンゴロイド集団におけるHTLV-1の流行軌跡を認めなかった。今後は環太平洋地域におけるモンゴロイド集団を対象とした最終野外調査として、極北モンゴロイド移動の最東端とも考えられるグリーンランド東海岸に居住するイヌイット族を対象とした調査研究を計画している。また、獣肉・油脂を中心とした極北地域住民の食生活習慣の適応性について民族疫学的見地から検討するため、極北先住民族から採取したDNAを用い、脂質代謝・輸送に関連する酵素群の遺伝子型の特性について合わせ解析する。
非晶合金の構造とダイナミックス

1.ガラス転移点近傍のダイナミックスの異常性液体の密度の揺らぎの緩和時間はガラス転移点に近づくにつれて非常に長くなる。このような緩和時間の異常性(dynamical slowing down)にともなって、転移点近傍で動的な物性に異常が現れる。我々は簡単な二元合金モデルを用いて長時間分子動力学シミュレ-ションを行う事から過冷液体のslow dynamicsや動的構造およびガラス転移のミクロな機構について考察した。主な結果は、(1)高過冷液体では密度緩和(自己相関関数)がいわゆる引き延ばされた指数関数となる。(2)原子の自己拡散は主としてジャンプ運動による。これらは主に、単原子のジャンプ運動によるものではなく数個ないしは数十個の近傍の原子が連なって協力的に起こる。(3)ノンガウシアンパラメ-タの極大値が通常の液体のそれに比して異常に大きく大きくなる。このことからも原子拡散が単純なブラン運動から予測されるものと大きく異なることが分かる。(4)ノンガウシアンパラメ-タの極大値とその時の時間の値の積とからガラス転移点を見積もる事が出来る。この方法の最大の長所は転移点が中間時間領域の情報から求められることにある。従って、従来の拡散係数などの温度依存性から求める方法では避けられない困難な問題(拡散係数を求めるには長時間の情報を必要とする)が回避できる。(5)(1)で述べた指数の値は温度(密度)の値によって単調に変化する。従って、これはモ-ド結合理論の結果と異なる。2.ガラス転移点近傍のslow dynamicsの理論トラッピング拡散モデルを用いて過冷液体中の原子拡散の理論的考察を行った。3.過冷液体の2体分布関数の理論2体分布関数の積分方程式の近似精度をあげることから、液体はもとより過冷液体、ガラス状態の熱力学的諸性質が従来の近似理供よりもはるかに高い精度での計算が可能となった。これを用いて近距離相互作用(斥力)の型と二成分系の相分離傾向の関係について興味ある結果を得た。二元合金ガラスの構造、特にダイナミックスを明らかにする目的で、二成分ソフトコアモデルの過冷液体及びガラス状態の動的物性を分子動力学シミュレ-ション法により考察した。これにより、合金ガラス状態の安定性、有効-成分近似の妥当性、原子の集団ジャンプ励起、拡散係数の温度依存や密度相関関数の緩和現象にみられる擬似臨界現象及び波数・温度依存性等を明らかにした。ガラスの非平衡状態の特性を明らかにするため、二成分ソフトコアモデルの長時間の分子動力学シミュレ-ションを実行して、過冷速度とガラスの緩和効果も考察した。これらのシミュレ-ションから、ガラス状態での原子集団運動の特性を考察し、音波の伝播速度、減衰係数、および粘性自己相関関数の計算から、ガラス転移点近傍における粘弾性の異常性を論じた。第7回液体・非晶金属国際会議(LAM-7)で,これらの成果を招待講演および一般講演で発表した。一方、液体の統計力学的理論の立場からは、平衡2体分布関数に関する積分方程式の改良を試みて、過冷液体およびガラス転移近傍に於ける2体分布関数の数値解を求めた。一成分ソフトコア模型の計算の結果から明らかにされたこととして、この理論から得られる2体分布関数は、広い温度範囲にわたって極めて正確で、理論と計算機シミュレ-ションの結果とは極めてよい一致を示す。

中でも特に注目すべきことは、ガラス転移点近傍における2体分布関数の第2ピ-クの分裂が明確に得られ、計算機シミュレ-ションの結果と極めてよい一致の傾向が確認されることであろう。更にこの理論は、二成分系にも容易に拡張することが出来る。事実、二成分ソフトコアの計算から、色々な異なる原子サイズ比や成分比について、二成分系の熱力学的特性を論じた。これらの結果は分子動力学シミュレ-ションの結果を大変よく再現する。また、この理論を用いると、シミュレ-ションでは得られない波数kの小さいところの構造因子の振る舞いが正確に計算されるので、原子サイズ比と濃度に依存した相分離の傾向を正確に求めることができる。ガラス転移のダイナミックスを論ずる試みとして、trapping diffusion modelを提案した。この理論により、転移点近傍の異常拡散、非干渉性散乱関数の緩和の特性を明らかにするとともに、ガラス転移の本質はGasussian - Non-Gaussian転移であるとの結論を得た。次年度では、二元合金系の興味ある領域(濃度及び原子サイズ比)について、特に相分離の物性研究を発展させる。また、ガラス転移の動的機構の解明等についての研究を継続して行う。非晶二元合金系の構造とダイナミックスについて以下の考察を行った。1.原子サイズ比、濃度、原子間ポテンシャルと物性特性:液体の2体分布関数の統計理論の近似の改良を試み、MHNCSを導出した。これを用いて非晶二元合金の濃度揺らぎの安定性(相分離)についての考察を行った。主な結論として、相分離傾向を強める主な要因は次の三つに要約出来ることを明らかにした。(1)原子間ポテンシャルの斥力部分が柔らかいこと、(2)原子サイズ比が大きいこと、(3)低温度であること。この他、濃度依存性についての考察も行った。2.原子拡散の機構:二成分ソフトコアモデルの分子動力学シュミレ-ションによって、過冷液体、ガラス転移の動的諸性質について考察を行った。主な結果は、(1)ガラス転移近傍で、平均二乗変位、非干渉性散乱関数、ノンガウシアンパラメ-タ等に異常性(擬似動的臨界現象)が現れる。これらの異常性はガラス転移温度より高温で起こる(見掛けのガラス転移)。(2)ガラス転移点近傍では、原子拡散は主に近接原子の協力的なジャンプ運動によって生じる。3.ガラス転移の動的機構:原子の運動に関する確率方程式(トラッピング拡散モデル)を提唱した。主な結論は、(1)ガラス転移(拡散係数がゼロに転移する)点が存在する。(2)転移点で動的異常性が生じる。(3)以上の結果は時間無限大の極限の特性として得られるものであるが、有限の観測時間に対しては、これらの動的異常性はガラス転移温度より高い温度で既に出現する(見掛けのガラス転移)。これらの結果はMDの結果(2.参照)と極めて良い一致を示す。1.ガラス転移点近傍のダイナミックスの異常性液体の密度の揺らぎの緩和時間はガラス転移点に近づくにつれて非常に長くなる。このような緩和時間の異常性(dynamical slowing down)にともなって、転移点近傍で動的な物性に異常が現れる。
行動を作り出す最小神経回路の構築

神経系の情報処理のしくみを理解する手法として破壊や機能阻害があるが、神経回路を細胞のレベルで解析する際には、神経系に冗長性や並列処理が存在するために細胞破壊の効果が現れない場合がある。そこで、回路をゼロから作っていく合成生物学的アプローチを用いた。シナプス伝達変異体と細胞特異的レスキューを用い、生育不可能なところから生育可能、前進後退運動可能、機械刺激への応答可能と順次再構成に成功した。線虫C.エレガンスは成虫で302個の神経細胞を持ち、その全神経回路の構造が分かっている。しかし、それぞれの行動にはこの一部だけが使われていると推定される。一部分を破壊するような手法では理解に限界がある。そこで、再構成実験を行うことを計画した。本研究では、線虫の全神経回路のうち、生存、前進後退運動、化学走性行動のそれぞれに必要な最小回路の再構成を目指した。unc-64はシナプス小胞の放出に必要なシンタキシンをコードする唯一の遺伝子である。従って、unc-64遺伝子の機能を欠くと化学シナプスの伝達がすべてできなくなると考えられる。unc-64には種々の変異体があるが、完全に機能を欠失した変異体は致死である。この変異体をベースとして、細胞特異的にunc-64を発現させることにより神経回路を再構成することを目指した。まずunc-64のcDNAをRT-PCR法により取得した。unc-64には3つのアイソフォームがあると報告されているが、そのすべてを取得してunc-64変異体に導入し、いずれでも同等に機能回復をできることを確認したので、以下の実験ではunc-64aのcDNAを用いた。先行研究で頭部のコリン作動性神経に発現するunc-17プロモーターと頭部コマンド神経で発現するglr-1プロモーターとで多コピーでunc-64の致死性が回復するとされていたが、確かにこれを確認した。ただし、高発現しすぎると回復が悪いことがわかったので、以下MosSCI法でゲノムに一コピーで挿入することを開始した。unc-17, glr-1プロモーターに加え、GABA作動性神経に発現するunc-47プロモーター、体幹部の運動神経に発現するacr-2プロモーターでそれぞれunc-64aを発現するコンストラクトを作成し、ゲノムに1コピーで導入することにほぼ成功し、これらの組み合わせの作成を進めている。予想はしていたのだが、多コピーでのunc-64 cDNAの導入では回復が不十分であることがわかったので一コピーでのゲノムへの導入とした。MosSCI法によるゲノムへの導入は効率が高くないので、ここでかなりの時間を要した。こういう段階であるので、成果発表には至ってない。しかし、それぞれの行動にはこの一部分だけを使っていると予想されるが、個々の行動にどの程度の神経が必要か、どのような神経回路があれば行動を引き起こせるかは通常の細胞破壊等の方法では容易に知り得ない。そこで、本研究では合成生物学的手法を用いて、線虫の全神経回路のうち生存、前進後退運動、機械刺激への反応、化学走性行動のそれぞれに必要な最小回路の再構成を目指している。このために、シナプス伝達に必須なunc-64を用いている。すなわち、unc-64が欠損した変異体に細胞特異的に正常型unc-64を発現することにより、特定の神経だけシナプス伝達が回復したトランスジェニック株を得る。前年度にunc-64のアイソフォームをテストし、unc-64aのcDNAで回復が起こることが分かり、さらにglr-1, unc-17, unc-47, acr-2の各プロモーターでunc-64aを発現誘導する人工遺伝子を染色体に導入した株を得ていたので、今年度はこれらを掛け合わせることにより、さまざまなプロモーターの組み合わせにて、すなわちさまざまな神経の組み合わせにてunc-64を発現する系統を得た。これらの表現型を調べたところ、unc-17プロモーターによる発現は生存に必須であり、unc-17pとunc-47pでは前進後退がゆっくりながら回復し、unc-17p、unc-47p、acr-2pで前進後退がよく回復するが、機械刺激への応答は回復しなかった。一方、unc-17p、acr-2p、glr-1pでは前進後退も機械刺激応答も回復した。これより、特定の神経回路の再構成により特定の行動を作り出すことができることがわかった。「研究実績の概要」欄に記載したように、特定のプロモーターの組み合わせで特定の行動を回復できた。しかし、問題はこれらのプロモーターでどの神経の機能が回復しているかである。使ったプロモーターはいずれもかなりの数の神経で発現しており、発現細胞を確認するのは簡単ではない。また、unc-64a自体にマーカーがついていなかったため、1コピー挿入株で実際にどの神経で発現が回復しているかが分からない。これを確認する作業に追加の時間が必要である。これまでの化学走性を主に観察する研究により、神経回路には冗長性があり、一個または一種類の神経を破壊しても行動にわずかな影響しかもたらさない場合があることが分かっている。そこで、破壊とは逆の再構成実験を進めてきた。線虫の全神経回路のうち、生存、前進後退運動、化学走性行動のそれぞれに必要な最小回路を再構成することを目指した。

unc-64はシナプス小胞の放出に必要なシンタキシンをコードする唯一の遺伝子である。従って、unc-64遺伝子の機能を欠くと化学シナプスの伝達ができなくなる。unc-64を完全に機能を欠失した変異体は致死である。この変異体をベースとして、細胞特異的にunc-64 aフォームのcDNAを発現させることにより神経回路を再構成することを目指した。頭部のコリン作動性神経に発現するunc-17プロモーター、頭部コマンド神経で発現するglr-1プロモーター、GABA作動性神経に発現するunc-47プロモーター、体幹部の運動神経に発現するacr-2プロモーターでそれぞれunc-64aを発現するコンストラクトを作成し、MosSCI法を用いてゲノムに一コピーで挿入した。unc-17pによる発現で、致死性がなくなり生存できるようになった。さらにunc-47プロモーターでは前進後退運動がゆっくり起こった。さらに、unc-17p, unc-47p, acr-2pでの発現によりかなり前進後退運動が回復した。unc-17p, glr-1p, acr-2pでは前進後退に加え、機会刺激への応答も回復した。しかしここまでで発現細胞が多くなりすぎて、発現部位の確認が難しい状況となった。この段階で化学走性行動は回復していないにもかかわらず、非常に多くの神経への発現が必要であることがわかった。神経系の情報処理のしくみを理解する手法として破壊や機能阻害があるが、神経回路を細胞のレベルで解析する際には、神経系に冗長性や並列処理が存在するために細胞破壊の効果が現れない場合がある。そこで、回路をゼロから作っていく合成生物学的アプローチを用いた。シナプス伝達変異体と細胞特異的レスキューを用い、生育不可能なところから生育可能、前進後退運動可能、機械刺激への応答可能と順次再構成に成功した。作成されたunc-17p::unc-64, glr-1p::unc-64, unc-47p::unc-64, acr-2p::unc-64のゲノム挿入を確認する。これらはほとんどの場合、単独ではunc-64変異の致死性を回復しないので、野生型のバックグラウンドで作成している。今後これをさまざまな組み合わせで掛け合わせ、unc-64バックグラウンドに移すことで、どの組合わせでどの機能が回復するかを調べていく。unc-64aにmCherryを結合した株を作成し、Cre/loxPシステムでの組換えを用いてOn/Offがはっきり切り替わるようにした染色体挿入株を作りなおす。それにより必要な発現神経を同定する。神経科学研究経過欄に記載したように、ゲノムへの挿入に時間がかかり計画より遅れているため。シナプス伝達に必須な遺伝子を欠損する変異体に細胞特異的にその遺伝子を導入することにより、神経回路の再構成の実験を進め、致死性を回復させた上、前進後退行動を行うことができるような回復株も得られた。しかし、必要神経を特定する作業に時間を要したため、これを完了させるために追加の時間が必要である。ゲノム挿入株の組み合わせを行うためにPCRとMultiNA(既存設備)を用いる。
教室談話が日本語学習者のコミュニケーション能力の習得に与える影響に関する縦断的研究

本研究は、教師が構成する教室談話の談話連続のパターンを検証するとともに、そのパターンが日本語学習者のコミュニケーション能力の習得においてどのように影響を与えているかを実証研究するものである。研究費が交付された平成7年度においては、関係文献の収集,データ収集,データのベース化の一部、教師の談話連続パターンの分析と以前のデータの再分析と比較が行われた。その結果、教師の談話連続のパターンはSinclair and Couthard(1975)の談話分析モデルが適当なことが確かめられ、さらに以下の様な新知見があった。1.談話構造に基づく教授ストラテジーの存在Sinclair and Coulthard(1975)では教室談話は5つのレベルからなる階層的な構造、lesson、transaction、exchange、move、actというをもっている。談話連続におけるコアとサポートの区別はtransactionのレベルにおける教授ストラテジーであった。今回の調査では上の階層(レベル)ごとに教授ストラテジーは区別できることが示された。教師による授業への学習者の参加促進ストラテジー、学習者の発話理解および発話促進ストラテジー(exchangeレベル)、学習者の理解を助けるための教師自身の発話ストラテジー(moveおよびactレベル)などが同定された。2.Transactionレベルでの談話連続パターンコア、サポートに加えて、導入活動は、その始めと終わりにboundary exchange、directive exchange、informative exchangeなどからなる開始部と終結部を持つ傾向のあることが明らかになった。これらの発話連続パターンと教授ストラテジーが学習者側のコミュニケーション能力にどのように影響を与えているかを分析するのが次年度以降の課題である。
二核ポリヒドリドクラスターを用いた二酸化炭素の光触媒的還元反応の開発と光挙動研究

多核ポリヒドリドクラスターの光化学では,多核骨格を保った励起種の発生が期待され,昨年度までに光照射条件下における高い反応性を利用した二酸化炭素活性化について報告した.しかしこの方法は,二酸化炭素のC=O二重結合の切断などの特異的な反応は進行するものの,生成したカルボニル配位子と外部基質との反応が困難であることをこれまでに明らかにした.本年度は,錯体上に基質を取り込んだ後,二酸化炭素とのカップリング反応を行う手法を中心に研究した.ルテニウムおよびロジウムからなる二核ポリヒドリド錯体Cp‡Ru(μ-H)3RhCp*(1, Cp*:C5Me5, Cp‡:C5tBu3H2)を8気圧の二酸化炭素雰囲気下,ベンゼン溶媒中で180°Cで反応させたところ, Cp‡Ru(η5-C6H6COOH)(2)が生成した.本反応は化学量論反応ではあるもののC-H切断を伴ったカルボキシル化反応であり,二酸化炭素を利用した官能基化反応における8族と9族金属からなる二核ポリヒドリドクラスターの有用性を示すものである.これまでに二核錯体Cp‡Ru(μ-H)4RuCp‡(3)と含ヘテロ環状化合物との反応で,効率的にsp3性C-H結合が切断されることを明らかにしている.多核錯体3を利用したsp3性C-H結合の直接的官能基化反応を検討したところ,二酸化炭素との反応では有意な結果は得られなかったものの,環状アミンと水との触媒的脱水素カップリング反応が進行することを見出した.種々両論反応を検討し,多金属中心を利用した二段階のC-H結合の切断が鍵反応であることを明らかにした.今後多核錯体上での多段階のC-H切断を利用することで,水のみならず二酸化炭素の取り込みを伴ったC-H結合の触媒的官能基変換に応用できるものと期待される.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。多核ポリヒドリドクラスターの光化学では,多核骨格を保った励起種の発生が期待される.本申請研究では,多核ポリヒドリドクラスターの光照射下における高い反応性と特異な電子状態に着目して,二酸化炭素の活性化について検討した.本年度は二核ルテニウムポリヒドリドクラスターの光反応による二酸化炭素の活性化及び,立体的に嵩高いルテニウムフラグメントを有する新規ポリヒドリドクラスター合成法の開発を行った.ルテニウムからなる二核ポリヒドリド錯体LRu(μ-H)_4RuL (1a:L=Cp*, 1b: L = 1,2,4-tri-tert-butylcyclopentadienyl (Cp‡))は遮光した場合,温和な条件では二酸化炭素に対して反応性を示さない一方, 365 nmの光照射を行うことで1気圧, 0 °Cから室温という温和な条件において二酸化炭素の取り込みが進行することを明らかにした.Cp*を支持配位子に有する錯体1aでは,二酸化炭素がルテニウムヒドリド間への挿入反応が進行し,二酸化炭素がフォルマート錯体を与えた.一方で,立体的に嵩高いCp‡基を支持配位子として用いた場合には, C=O二重結合の切断が起こり,オキソカルボニル錯体を与えた.このような二酸化炭素の配位様式の違いは,ルテニウム周りの反応場の広さに大きく起因しているものと考えられ,支持配位子の嵩高さに応じて二種類の異なる反応が進行した.ルテニウムのみならず, 8族以外の金属を導入した異種,混合配位子型ポリヒドリドクラスターの光反応を検討すべく, 2-propanolと塩基を用いた,簡便かつ効率的合成法の開発を行った.今後は新規に合成した種々二核ポリヒドリド錯体と二酸化炭素との反応を検討する.多核ポリヒドリドクラスターの光化学では,多核骨格を保った励起種の発生が期待され,昨年度までに光照射条件下における高い反応性を利用した二酸化炭素活性化について報告した.本年度は二核ルテニウムポリヒドリドクラスターと二酸化炭素との光反応の反応メカニズムの解明,反応条件下におけるポリヒドリドクラスター再生を目的としたポリヒドリドクラスターの新規合成法の開発を行った.また,二酸化炭素を錯体上へ取り込んだ後に外部基質を取り込む手法とは別に,錯体上に基質を取り込んだ後,二酸化炭素とのカップリング反応を行う手法からも研究を行った.ルテニウムからなる二核ポリヒドリド錯体LRu(μ-H)_4RuL (1a:L=Cp*, 1b:L=1,2,4-tri-tert-butylsyclopentadienyl(Cp‡))と二酸化炭素との反応では,支持配位子の立体的な嵩高さに応じて「Ru-Hへの挿入」と「C=O二重結合の切断」が制御されることをこれまでに報告した.反応機構の解明を目的として二酸化炭素と等電子構造を有する二硫化炭素との反応を検討した. 1と二硫化炭素との反応は,定量的に,「Ru-Hへの挿入」が進行しアリル型ジチオホルマート錯体が得られた.アリル型ジチオホルマート錯体は光照射条件下において更に「C-S結合の切断」がほぼ選択的に進行し,スルフィドチオアルデヒド錯体が得られた.

これらの結果は二酸化炭素との反応においても,二酸化炭素の段階的「Ru-Hへの挿入」と「C=O二重結合の切断」によって反応していることを示唆している.1に対して,テトラヒドロフランや飽和環状アミン類を光照射条件下反応させると, α位のsp3性C-H切断が容易に進行することを見出した.今後はこれらの反応を利用しC-H切断による基質の取り込みと外部の二酸化炭素とのカップリング反応を目指す.本年度は,二核ポリヒドリドクラスターと二酸化炭素との反応機構の理解,触媒化を指向した二核ポリヒドリドクラスターの新規合成法の開発,外部基質とのカップリングを指向した種々C-H活性化反応の開発を目的として研究を行った.二核ポリヒドリドクラスターと二酸化炭素との反応機構の理解に関しては,二核ポリヒドリドクラスターと二硫化炭素との反応を検討することで,二酸化炭素の段階的「Ru-Hへの挿入」と「C=O二重結合の切断」によって反応していることを示した.触媒化を指向した二核ポリヒドリドクラスターの新規合成法の開発に関しては, 2-propanolをヒドリド源及び水素ドナーとして利用した酸化数の変化を伴う新規ポリヒドリドクラスター合成法の開発を行った.外部基質とのカップリングを指向した種々C-H活性化反応の開発に関しては,テトラヒドロフランや飽和環状アミン類を光照射条件下反応させることで, α位のsp3性C-H切断が容易に進行することを見出した.多核ポリヒドリドクラスターの光化学では,多核骨格を保った励起種の発生が期待され,昨年度までに光照射条件下における高い反応性を利用した二酸化炭素活性化について報告した.しかしこの方法は,二酸化炭素のC=O二重結合の切断などの特異的な反応は進行するものの,生成したカルボニル配位子と外部基質との反応が困難であることをこれまでに明らかにした.本年度は,錯体上に基質を取り込んだ後,二酸化炭素とのカップリング反応を行う手法を中心に研究した.ルテニウムおよびロジウムからなる二核ポリヒドリド錯体Cp‡Ru(μ-H)3RhCp*(1, Cp*:C5Me5, Cp‡:C5tBu3H2)を8気圧の二酸化炭素雰囲気下,ベンゼン溶媒中で180°Cで反応させたところ, Cp‡Ru(η5-C6H6COOH)(2)が生成した.本反応は化学量論反応ではあるもののC-H切断を伴ったカルボキシル化反応であり,二酸化炭素を利用した官能基化反応における8族と9族金属からなる二核ポリヒドリドクラスターの有用性を示すものである.これまでに二核錯体Cp‡Ru(μ-H)4RuCp‡(3)と含ヘテロ環状化合物との反応で,効率的にsp3性C-H結合が切断されることを明らかにしている.多核錯体3を利用したsp3性C-H結合の直接的官能基化反応を検討したところ,二酸化炭素との反応では有意な結果は得られなかったものの,環状アミンと水との触媒的脱水素カップリング反応が進行することを見出した.種々両論反応を検討し,多金属中心を利用した二段階のC-H結合の切断が鍵反応であることを明らかにした.今後多核錯体上での多段階のC-H切断を利用することで,水のみならず二酸化炭素の取り込みを伴ったC-H結合の触媒的官能基変換に応用できるものと期待される.本年度は,二核ポリヒドリドクラスターの光化学を利用した二酸化炭素の量論的な分子変換及び,二酸化炭素の活性化に対して有用と考えられる種々二核ポリヒドリドクラスターの合成法の開発を目的として研究を行った.二酸化炭素の量論的な分子変換に関しては,二核ルテニウムポリヒドリドクラスターを用いて二酸化炭素のルテニウムヒドリド間への挿入,二酸化炭素のC=O二重結合の切断を達成した.種々二核ポリヒドリドクラスターの合成に関しては, 2-propanolをヒドリド源とした簡便なヘテロ二核ポリヒドリドクラスターの合成法の開発を行った.
風波乱流場における物質移動機構および乱流構造に関する研究

地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での二酸化炭素を始めとする温暖化物質の交換量を正確に評価する必要がある。そのため、物質の移動速度を表す物質移動係数の海洋での測定はこれまで数多く行われてきた。しかし、それらの測定値には大きなばらつきが見られ、またそれらの測定値を相関することにより得られた現在の物質の移動モデルの信頼性は極めて低いのが現状である。そこで本研究では、風波乱流水槽と呼ばれる実験装置を用いた室内実験を通して、気流によるせん断が働く風波気液界面を通しての二酸化炭素の移動量を精度良く測定することにより、信頼性の高い大気・海洋間の物質の移動モデルを構築することを目的としている。本年度は、これまでに大型および小型の風波乱流水槽において得られた物質移動係数を比較することにより、大きさが異なる装置において測定された物質移動係数を比較する際に如何なるパラメータを用いるべきかについて検討を行った。さらに、室内実験において得られた物質移動係数を海水に対する物質移動係数へと換算し、それらを海洋において得られた物質移動係数と比較することにより、室内実験より得られた物質移動係数を風波乱流場のスケールが大きく異なる海洋へと適用する際に、如何なるパラメータを用いるべきかについての検討を行った。以下に得られた知見を列記する。・大きさの異なる風波水槽において得られた物質移動係数を比較する際には、従来用いられてきた気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、気側一様流速を用いるのが適切である。・室内実験において得られた物質移動係数を海洋へと適用する際にも、気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、外層領域での風速を用いるのが適切である。これらの結果をまとめた博士論文を執筆し、工学博士の学位を取得するとともに、現在は学術雑誌に論文を投稿中である。地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での温暖化物質や熱の交換量を正確に評価する必要がある。そこで、本研究では風波水槽を用いた室内実験を通して、風波気液界面を通しての物質移動量、およびその物質移動機構を明らかにすることで、二酸化炭素を始めとする温暖化物質のより精度の高い物質交換モデルを構築することを目的としている。現在、大気・海洋間を通しての物質移動量を評価する際には、物質移動係数を風速のみで相関した物質移動モデルが用いられている。しかし、物質移動係数を現実の海洋で測定した場合、それらの測定値には非常に大きなばらつきが見られる。そのような測定値のばらつきの原因として、吹送距離の違いが大気・海洋を通しての物質移動に影響を与えている可能性が指摘されている。しかし、吹送距離の違いが風波気液界面を通しての物質移動に与える影響は未だ明らかにされていない。そこで本年度は、吹送距離の異なる風波水槽の上流部と下流部において局所的な物質移動係数を測定することで、風波気液界面を通しての物質移動が吹送距離の違いによってどのように変化するかを調査した。以下に、本年度得られた結果を列記する。●物質移動係数を風速のみで整理した場合、上流域と下流域ではその分布形は異なる。この結果は、物質移動係数を風速のみで相関している現在の物質移動モデルが誤りであることを示している。●波の崩壊を表す無次元パラメータであるR_Bを用いて上流域と下流域での物質移動係数を整理した場合、それらの分布形は比較的よく一致した。しかし、それらの分布形は完全に一致したとは言いがたい。今後は気液界面を通しての物質移動機構をより詳細に明らかにすることで、新たな物質移動モデルを構築する必要があると考えられる。現在、これらの結果に基づいた論文を執筆中である。地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での二酸化炭素を始めとする温暖化物質や熱の交換量を正確に評価する必要がある。そのため、物質や熱の移動抵抗を表す物質移動係数や熱伝達係数の海洋での測定はこれまで数多く行われてきた。しかし、それらの測定値には大きなばらつきが見られ、またそれらの測定値を相関することで得られた現在の物質および熱の移動モデルの信頼性は極めて低いのが現状である。そこで本研究では,風波乱流水槽と呼ばれる実験装置を用いた室内実験を通して、気流によるせん断が働く風波気液界面を通しての二酸化炭素と熱の移動量を精度良く測定することで、信頼性の高い大気・海洋間の物質と熱の移動モデルを構築することを目的としている。本年度は、風が海上を吹いた距離である吹送距離の違いが気液界面を通しての物質や熱の移動にどのような影響を及ぼすかについて調査した。具体的には、風波乱流水槽内の吹送距離の異なる位置において風波気液界面を通しての二酸化炭素および熱の移動量を測定し、それらの値を比較した。また、気液界面を通しての物質移動量を測定するために気流側の界面近傍の乱流シュミット数を測定した。以下に、得られた知見を列記する。・吹送距離の違いによって風波の状態が大きく異なるにも関わらず、物質移動係数を風速に対して整理した場合、物質移動係数は吹送距離の違いによらずほぼ同様の分布を示す。・物質の場合と同様に、熱伝達係数を風速に対して整理した場合も熱伝達係数は吹送距離の違いによらずほぼ同様の分布を示す。・これらの結果は、室内実験で得られた結果を吹送距離の異なる海洋にも適用できる可能性を示唆している。

現在、これらの結果をまとめた論文を執筆中である。地球温暖化の正確な予測を行うためには、地球表面の約7割を占める海洋と大気との間での二酸化炭素を始めとする温暖化物質の交換量を正確に評価する必要がある。そのため、物質の移動速度を表す物質移動係数の海洋での測定はこれまで数多く行われてきた。しかし、それらの測定値には大きなばらつきが見られ、またそれらの測定値を相関することにより得られた現在の物質の移動モデルの信頼性は極めて低いのが現状である。そこで本研究では、風波乱流水槽と呼ばれる実験装置を用いた室内実験を通して、気流によるせん断が働く風波気液界面を通しての二酸化炭素の移動量を精度良く測定することにより、信頼性の高い大気・海洋間の物質の移動モデルを構築することを目的としている。本年度は、これまでに大型および小型の風波乱流水槽において得られた物質移動係数を比較することにより、大きさが異なる装置において測定された物質移動係数を比較する際に如何なるパラメータを用いるべきかについて検討を行った。さらに、室内実験において得られた物質移動係数を海水に対する物質移動係数へと換算し、それらを海洋において得られた物質移動係数と比較することにより、室内実験より得られた物質移動係数を風波乱流場のスケールが大きく異なる海洋へと適用する際に、如何なるパラメータを用いるべきかについての検討を行った。以下に得られた知見を列記する。・大きさの異なる風波水槽において得られた物質移動係数を比較する際には、従来用いられてきた気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、気側一様流速を用いるのが適切である。・室内実験において得られた物質移動係数を海洋へと適用する際にも、気側の摩擦速度、および海面上10mの高さの風速を用いるのは適切ではなく、外層領域での風速を用いるのが適切である。これらの結果をまとめた博士論文を執筆し、工学博士の学位を取得するとともに、現在は学術雑誌に論文を投稿中である。