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棘皮動物の系統進化および遺伝的変異に関する生化学的研究

1.日本産ヒトデ科の普通種である5属5種(キヒトデ、エゾヒトデ、ニッポンヒトデ、ヤツデヒトデ、タコヒトデ)の系統類縁関係をタンパク電気泳動法により調査した。15酵素の分析から31遺伝子座が得られ、各遺伝子座における対立遺伝子頻度のデータより、遺伝的距離を計算し、分子系統樹を作成した。その結果、(1)5種は系統的に大きく3つのグループに分かれる。(2)5種の中で最も近縁関係にあるのがキヒトデとタコヒトデである。(3)次に近縁関係にあるのが、エゾヒトデとニッポンヒトデである(4)一方、ヤツデヒトデは5種の中で最も遠い関係にある。これらの結果は、酵素の抗体を用いた免疫学的研究とよく一致するが、形態学的研究に基づくFisher等の分類体系は支持しなかった。また、分子系統樹より5種の進化のプロセスを推定すると、ヤツデヒトデが最も祖先形に近い種であり、一方、キヒトデとタコヒトデは新しい進化学的起源を有する種であると推定される。また、多腕で特異な形態を示すタコヒトデが、5腕の標準的な外部形態を持つキヒトデータイプのヒトデから進化してきた可能性も示唆された。2.サンショウウニ科2属4種の系統関係を同様の方法により調査した。16酵素30遺伝子座から遺伝距離を求め、分子系統樹を作成した。その結果、(1)サンショウウニとハリサンショウウニが最も近縁である。(2)キタサンショウウニは上記2種とかなり遺伝的に分化している。(3)コシダカウニは最も遠縁である。これらの知見は動物地理学的証拠とよく一致する。3.北日本にごく普通に見られるキタムラサキウニとイトマキヒトデの陸奥湾の浅虫集団と日本海側の深浦集団の計4集団について、2地域集団間の遺伝距離を同様の方法で求めた。その結果、浅虫集団と深浦集団間の遺伝距離から推定した分岐年代は、陸奥湾と津軽海峡の形成時期とほぼ一致した。複数の研究課題を並行して行い、幾つかの有益な知見を得ることができた。今年度の実績報告においては、その中で主要な研究テーマであった、棘皮動物・ヒトデ類の分子系統学的研究の結果について、その概要を以下に述べる。ヒトデ類の中で比較的大きなグループで、現在北方海域で繁栄している叉棘目・ヒトデ科の系統進化に関しては極めて不明な点が多い。そこでこの点を明らかにするため、日本産ヒトデ科の普通種である5属5種(キヒトデ、エゾヒトデ、ニッポンヒトデ、ヤツデヒトデ、タコヒトデ)の系統類縁関係をタンパク電気泳動法によりアイソザイムレベルから調査した。15酵素の分析から31遺伝子座が得られ、各遺伝子座における対立遺伝子頻度のデータより、先ず集団内の遺伝的変異の量を推定した。その結果、ニッポンヒトデが極めて高い遺伝的変異を示した。これは、ニッポンヒトデの集団サイズの大きさに起因するものと推定された。次に5種間の系統類縁関係を知るため、種間の遺伝的距離を計算し、分子系統樹を作成した。その結果、以下のことが明らかになった。(1)5種は系統的に大きく3つのグループに分かれる。

(3)次に近縁関係にあるのが、エゾヒトデとニッポンヒトデである(4)一方、ヤツデヒトデは5種の中で最も遠い関係にある。これらの結果は、酵素の抗体を用いた免疫学的研究とよく一致するが、形態学的研究に基づくFisher等の分類体系は支持しなかった。また、分子系統樹より5種の進化のプロセスを推定すると、ヤツデヒトデが最も祖先形に近い種であり、一方、キヒトデとタコヒトデは新しい進化学的起源を有する種であると推定される。また、多腕で特異な形態を示すタコヒトデが、5腕の標準的な外部形態を持つキヒトデ-タイプのヒトデから進化してきた可能性も示唆された。1.現在、日本近海で普通に見られるホンウニ目・サンショウウニ科には、2属4種が存在する。すなわち、サンショウウニ、キタサンショウウニ、ハリサンショウウニ、コシダカウニの4種である。これら2属4種の系統類縁関係をタンパク電気泳動法によるアイソザイム分析により調査した。16酵素の分析から得られた30遺伝子座のアイソザイム変異から、種間のNeiの遺伝的距離を求め、4種の分子系統樹を作製した。その結果以下のことが判明した。(1)4種の中で、サンショウウニとハリサンショウウニが最も近縁である。(2)一方、サンショウウニと形態的に類似したキタサンショウウニは、上記2種とは系統的に遠縁である。(3)コシダカウニは、4種間で最も離れた関係にある。これらの結果は、従来の形態レベルの知見とは異なるが、動物地理学的証拠とは一致する。分子系統樹と遺伝的距離から推定した分岐年代からこれら4種の進化系路を解明した。北日本にごく普通に見られるキタムラサキウニとイトマキヒトデの陸奥湾の浅虫集団と日本海側の深浦集団の計4集団について、集団内の遺伝的変異と2地域集団間の遺伝的距離をタンパク電気泳動法により求めた。その結果、浅虫集団と深浦集団間の遺伝的距離から推定した分岐年代は、陸奥湾及び津軽海峡の形成時期とほぼ一致した。
江戸時代日本語語源研究の文化史的意義の解明

日本で最初に出版された和語の語源辞書、松永貞徳『和句解』(1662年刊)の研究及び近世に執筆・出版された語源研究書・語源辞書の研究を行った。『和句解』は、見出し語が近世初期に出版された易林本系の節用集(横本『二躰節用集』のグループに属する節用集)から和語を抄出して立項したものであることを証明した。また、『和句解』の語源説に吉田神道の語源説が影響していることを、清原宣賢〈後抄本〉『日本書紀抄』所載の語源説との比較から証明した。また、『和句解』の「日常用語を含めた和語を網羅的に収集して見出し語として立項し、和文の語釈(語源説)を記す」記述形式が、中世の辞書と歌学書の記述形式の総合であると指摘した。江戸時代最初の語源辞書である松永貞徳著『和句解』に関する研究成果を査読付き学術雑誌に発表し、また、『和句解』翻刻出版準備のための索引作成を行った。また、前年度から継続して江戸時代日本語語源研究書のリスト作成と体系化を行った。『和句解』については、前年度以来の研究により、「見出し項目が、寛永期に出版された横本『二躰節用集』におそらく草書本節用集から語彙を補足した現存しない一節用集から抄出されている可能性が高いこと」「語源説や「神語」の概念が、清原宣賢『日本書紀抄』〈後抄本〉の影響下にあること」「『塵添アイノウ鈔』『袖中抄』など中世の知識が『和句解』の語源説に取り込まれていること」を実証し、「『和句解』の「日常生活用語を含めた和語を網羅的に集め、和文の語釈を記す」現代の国語辞書につながる記述形式が、中世の節用集の項目と歌学書の和文の注釈の総合によって形成されたものであるという仮説を提示した。『和句解』の「中世と近世をつなぐ書物」としての文化史的意義を明確にした。また、本研究の過程で、寛永期に刊行された易林本系の『二躰節用集』『真草二行節用集』の系統関係を解明する手がかりとなる指標項目「将(もつて)」(も部)を発見するなどの成果があった。江戸時代語源研究書については、指標となる語(「東・西・南・北・春・夏・秋・冬・文」など)を定め、語源説を集積・比較する作業を行った。その結果、『和句解』に記された『日本書紀抄』の語源説が、貝原益軒の語源辞書『日本釈名』を経由して定説化し、幕末さらに大槻文彦『大言海』まで継承されていることが明らかになった。この現象は、江戸時代のいわゆる堕落史観に起因するものと思われる。江戸時代の小説などに記された語源説については、江戸時代前期噺本の語源説の調査に着手した。日本で最初に出版された和語の総合的語源辞書である松永貞徳『和句解』(1662年刊)の研究と、近世に執筆・出版された語源研究書・語源辞書のリスト作成を行った。『和句解』については、見出し語が近世初期に出版された易林本系の節用集から和語を抄出して立項したものであることを証明した。この節用集は、横本『二躰節用集』のグループに属する節用集に、易林本または草書本(寿閑本も含まれる可能性がある)節用集から語彙を補足した現存しない節用集である可能性が高い。また、『和句解』の語源説は、吉田神道家の語源説(おそらく、吉田兼倶の創作した語源説)が多く取り込まれていることを、清原宣賢〈後抄本〉『日本書紀抄』所載の語源説との比較から証明した。そして、「日常用語を含めた和語を網羅的に収集して見出し語として立項し、和文の語釈(語源説)を記す」記述形式が、中世の辞書と歌学書の記述形式の総合であることを指摘した。近世の語源研究については、『和句解』などに掲載されている近世初期の語源説が、貝原益軒『日本釈名』(1700年刊)などを経由して定説化し、近代の『大言海』に影響を残したことを指摘した。平成25年度は、『和句解』の「見出し語索引」「翻刻」「語源説に援用された知識の注釈」「解説」「本文語句索引」を完成させた。また、「中世・近世の語源説掲載主要文献一覧」の作成を行った。これらの過程で、東京大学総合図書館蔵『和句解』など、翻刻の底本を決定するための出張調査を実施した。なお、これらの成果は、著書『語源辞書松永貞徳『和句解』本文と研究』として、平成26年以降、和泉書院から出版されることが決定している。本研究によって、日本の文化史・辞書史における語源研究の意義の一端が明らかになった。なお、平成25年に実施した、宮津市立前尾記念文庫での資料調査で、『名語記』の紙焼き写真本(巻二巻十)を発見した。

『和句解』は、見出し語が近世初期に出版された易林本系の節用集(横本『二躰節用集』のグループに属する節用集)から和語を抄出して立項したものであることを証明した。また、『和句解』の語源説に吉田神道の語源説が影響していることを、清原宣賢〈後抄本〉『日本書紀抄』所載の語源説との比較から証明した。また、『和句解』の「日常用語を含めた和語を網羅的に収集して見出し語として立項し、和文の語釈(語源説)を記す」記述形式が、中世の辞書と歌学書の記述形式の総合であると指摘した。江戸時代日本語語源研究書のリスト作成に着手した。また、江戸時代最初の語源辞書である松永貞徳著『和句解』の翻刻および研究を実施した。前者については、先行研究書である、前田富祺監修『日本語源大辞典』付録「語源説出典の解説」、小松寿雄ら編『新明解語源辞典』付録「語源関係書目」を参照しつつ、主に承認研修先の京都大学文学部で文献資料の調査を行い、「江戸時代語源研究文献調査票」に記録を取り、必要事項を電子データ(エクセル)に蓄積した。本寂『和語私臆集』などの稀覯の重要文献については、国会図書館・国文学研究資料館で文献調査を行った。既知の江戸時代語源研究書を体系的に整理し、特に重要な資料の性格を明らかにしつつある。後者については、『和句解』の見出し語(和語)が、草書本『節用集』の縮刷本として元和・寛永期に出版されて流布した横本『二躰節用集』に項目を補足した、現存しない未知の『二躰節用集』から抄出されていることを実証した。貞徳が参照したこの『二躰節用集』が、寿閑本系の節用集・『真草二行節用集』諸本でないことは、『和句解』の見出し語の配列から証明された。この成果は「第104回訓点語学会」で口頭発表した。さらに、『和句解』の和語の語源説に、清原宣賢『日本書紀抄』(後抄本)に由来する知識が取り込まれていることが明らかになった。貞徳が、『和句解』を執筆するにあたり、見出し語は同時代の『二躰節用集』から抄出し、語源説は『袖中抄』や宣賢『日本書紀抄』などの中世の和学の成果を取り入れていることがわかった。つまり、本書が、寛永文化の基本的性格である「文化の総合性と啓蒙性」の一産物であることが明確になった。惺窩・貞徳・羅山らによる和語の研究グループの存在が想定される。本書の語源説には、『塵添アイ嚢鈔』と共通する知識も見られるなど、本書が当時の雑学が集積された書物としての価値を持つこともわかった。『和句解』の翻刻と索引がほぼ完成し、語源説引用知識一覧・語源解釈用語一覧の草稿を執筆した。また、研究成果は平成24年12月に査読付きの学術雑誌に発表した。江戸時代語源研究書リストについては、先行論文と文献資料がほぼ集まり、清原宣賢『日本書紀抄』などの中世の和学書に語源説の記されている語を指標語として設定し、江戸時代語源研究書における語源説の展開を調査することで、語源説の動向についてある程度把握することができた。「平成24度研究実施状況報告書(今後の推進方策)」に記した、江戸時代初期の惺窩・貞徳・羅山らによる和語の研究グループの存在の可能性については、新たな手掛かりは得られなかった。今後も留意し継続して資料を集めるべき問題であろう。江戸時代文学に表現された語源説については、『噺本大系』により、近世前期上方の噺本(軽口本)について調査を継続中である。『和句解』の翻刻の草稿は出来上がっており、後は、若干の未解読箇所と、凡例・索引の作成を残すのみである。語源説の典拠も多く見つかっており、『和句解』の基礎研究は順調に進んでいる。『和句解』の編纂方法とその文化史的位置づけについて考察した学術論文の完成は遅れている。「清原宣賢『日本書紀抄』の本書の語源説への影響」という重要な問題が新たに見つかったことや、本書の語源説に取り入れられている逸話や知識の典拠探し(中世の歌学書、『塵添アイ嚢鈔』など)に時間と労力がかかっていることが理由である。ただし、平成24年度中には、完成させて、学術雑誌または学会誌に発表する予定である。
ハプティック・フォース・フィードバックによるフェムトニュートン細胞触診法の研究

触診基礎データの収集、および反力発生のメカニズムの解析を行った。また、発展的な実験として、細胞に粒子を接触させた場合に発生する細胞の歪に着目し、3次元画像を得て解析する実験を行った。1)触診基礎データの収集:種々の細胞に対しての触診実験を行った。触診に用いた細胞は、HUVEC(ヒト血管内皮細胞)、BalV(マウス腎臓細胞)、Hella細胞、である。これらの細胞に対して付着させた粒子を光ピンセットでトラップし、力を印加して弾性計測を試みた。現状として、細胞中の微小な構造からのレーザー光の散乱が強く安定した計測値を得るに至っていない。この問題を解決するためにCCDカメラ上で観測した粒子像から粒子の中心位置を求めて計測する方法を検討し、システムを構築した。2)反力発生のメカニズム:細胞膜や染色体、DNAで発生する反力は未知の内部構造によって発生するものが含まれると考えられるので、触診データの測定結果から試料の内部の構造について推定する手法について検討した。3)細胞の3次元歪の計測:細胞を触診する際に細胞内の構造が微小変位することがこれまでの研究でわかってきたので、細胞膜や細胞内の骨格構造が力印加時に歪む様子を3次元計測する系を構築した。本研究で構築したシステムにマルチピンホール共焦点顕微鏡ユニットを付加し、断層像を得ながら対物レンズを光軸方向に走査することで3次元画像を得るようになっている。力印加方法は、光ピンセットによる方法とガラスマイクロニードルによる方法を試みた。実験によって3μNの力を印加したときに細胞が弾性変形して3μm陥没した状態になり、外力を外したときに変形が元に戻ることを確認した。本研究の目的は、光ピンセットで捕捉した粒子を細胞に接触させて、そのときの反力をハプティック・デバイスによる力覚として術者にフィードバックするシステムを構築し、細胞触診法を確立することである。本年度は、以下の内容について開発および実験を行った。1)基本システムの構築:触針となる粒子を光ピンセットで捕まえて細胞を粒子で「叩く」「押す」「擦る」動作を行い、そのときに発生する力を計測してハプティック・デバイスに力覚として提示する基本システムを構築した。システム構成は、倒立型光学顕微鏡にNd : YAGレーザーの光を入射して粒子を捕まえ、粒子の像をポジションセンシティブディテクタ(PSD)上に結像し、粒子の微動をモニターして発生している力を求めた。2)ナノメートル世界の触針制御/反力計測技術:粒子を対象物に当てた時に働く力を光ピンセット中での粒子の動きとして検出する系を設計試作した。粒子の位置安定性は10ナノメートル、力の検出感度は最低力が17フェムトニュートン、最大力が100ピコニュートン以上を達成した。3)マクロ世界での触覚提示技術:ナノメートル世界で計測した反力をマクロ世界の術者に触覚として提示した。この場合、反力の測定結果はダイナミックレンジが5桁に達するので、この力を術者に自然に感じられるような提示方法を検討した。また粒子の動きをあらかじめモデリングしておき標準的な試料に力を加えた場合との違いを表現できるようなシステムについても検討した。4)触診システムの評価:構築した基本システムを用いて微粒子の操作を行い操作速度を変化させた場合の粘性力の変化や、粒子に発生するブラウン運動の観察を行った。また、粒子をガラス基板上にこすりつけた状態で移動させた場合の力を計測するのに成功した。また、やわらかい物質に対して弾性変形させた場合の力と変位からヤング率を求める計算方法についても検討した。

本研究の目的は、光ピンセットで捕捉した粒子を細胞に接触させて、そのときの反力をハプティック・デバイスによる力覚として術者にフィードバックするシステムを構築し、細胞触診法を確立することである。開発したシステムを用いて様々な試料に対しての接触実験を行って基礎データの収集し、反力発生のメカニズムについて考察した。1)ダブルビームへの拡張:固定されていない細胞や細胞膜の特定部分を触診するために、2本目のレーザー光を入射して2本のレーザービームで光ピンセットして触診できるようにシステムを拡張した。2)触診基礎データの収集:ヒト繊維芽細胞を用いて触診データを取得する実験を行った。現時点では、安定してデータを得るに至らず、次年度の課題としている。また触診時の細胞のモデリングを試みた。マクロ世界での触覚の提示方法について検討した。3)反力発生のメカニズム:細胞膜や染色体、DNAで発生する反力は未知の内部構造によって発生するものが含まれると考えられるので、触診データの測定結果から試料の内部の構造について推定する手法を考案した。細胞の膜骨格構造やそれを支える細胞内の骨格構造についての知見を得る方法について検討した。触診基礎データの収集、および反力発生のメカニズムの解析を行った。また、発展的な実験として、細胞に粒子を接触させた揚合に発生する細胞の歪に着目し、3次元画像を得て解析する実験を行った。1)触診基礎データの収集:種々の細胞に対しての触診実験を行った。触診に用いた細胞は、HUVEC(ヒト血管内皮細胞)、BalV(マウス腎臓細胞)、Hella細胞、である。これらの細胞に対して付着させた粒子を光ピンセットでトラップし、力を印加して弾性計測を試みた。現状として、細胞中の微小な構造からのレーザー光の散乱が強く安定した計測値を得るに至っていない。この問題を解決するためにCCDカメラ上で観測した粒子像から粒子の中心位置を求めて計測する方法を検討し、システムを構築した。2)反力発生のメカニズム:細胞膜や染色体、DNAで発生する反力は未知の内部構造によって発生するものが含まれると考えられるので、触診データの測定結果から試料の内部の構造について推定する手法について検討した。3)細胞の3次元歪の計測:細胞を触診する際に細胞内の構造が微小変位することがこれまでの研究でわかってきたので、細胞膜や細胞内の骨格構造が力印加時に歪む様子を3次元計測する系を構築した。本研究で構築したシステムにマルチピンホール共焦点顕微鏡ユニットを付加し、断層像を得ながら対物レンズを光軸方向に走査することで3次元画像を得るようになっている。力印加方法は、光ピンセットによる方法とガラスマイクロニードルによる方法を試みた。実験によって3μNの力を印加したときに細胞が弾性変形して3μm陥没した状態になり、外力を外したときに変形が元に戻ることを確認した。
退職給付会計の理論的・実証的研究

今年度は、以下の研究実績をあげることができた。第1に、前年から継続している「退職給付関連の財務データベース」を構築した点である。証券市場の株価データと、年金資産・年金負債・年金費用などの基本的データにとどまらず、それぞれの細目に関しても、日経225採用銘柄・東京証券取引所第一部上場企業を対象として、データを収集することができた。それを基にした実証研究では、退職給付債務の株価への効き方は、企業の財務特性によって異なる点が発見された。例えば、退職給付債務が大きくても、保有する有価証券・投資有価証券が大きい企業の場合、ネガティブな影響が相対的に小さいことなどがわかった。すなわち、それらの金融資産によって、積立不足が容易に解消可能な企業の場合、当該要因をも加味する必要がある。第2に、企業価値評価モデルについての整理をすることができた。その成果は、「ディスクロージャー戦略と資本市場」と題して、『一橋ビジネスレビュー』(第51巻第4号)に公表することができた。BSモデル、PLモデル、残余利益モデル、割引キャッシュフローモデルなどの基礎的な考え方、そして退職給付会計ファクターを組み込んだ場合の考え方などを検討した。第3の成果は、退職給付に関して著作『年金会計とストック・オプション』を公刊した点である。「企業年金のディスクロージャー」、「企業年金と企業評価」、「財務諸表分析と企業年金」、「企業年金会計基準の経済的影響」の4つの章を執筆した。この著書は、共著者とともに執筆した退職給付会計に関する包括的な書物であり、新規性も高いものと考えている。平成14年度は主として(1)「各国の会計制度の比較分析」と(2)「ヒアリング調査」、(3)「実証モデルの構築」を研究の中心に据えた.(1)の年金会計基準についていえば、各国の会計基準ごとの歴史的展開(米国基準・英国基準・国際会計基準)、その必然性と偶然性をしつかりとおさえる作業が必要不可欠である。そのために、どのようなプロセスを経て企業年金会計基準が設定されるに至ったのかについて、国ごとに基準を分析した。また、それに対応した会計理論的な研究の分析も行った。特に年金会計に特有の問題、年金資産・年金負債の認識・測定・開示の問題について検討した。わが国では、2001年3月期から、新しい退職給付会計基準が施行されたが、おおむね国外会計基準に対応した内容になっている。また、それに対応して、会計データの入手も可能になり、次年度以降の分析に役立つことが判明している。(2)のヒアリング調査は、年金会計基準が企業財務にどのような影響を与えるのかを調べるために実施した.規模や業種を考慮して、10の年金基金を対象としてヒアリング調査を実施した。その成果として、『年金と経済』2003年2月号に、「厚生年金基金の意思決定に関する「事例研究」」という論文を公表した。(3)の実証モデルについては、Ohlsonモデルをはじめとした、「Value relevanceモデル」を検討した。来年度以降は、残余利益モデル、対数線形回帰モデルなど、複数のモデルを取り上げて、実証段階へとスムーズに移行していく予定である.今年度の研究実績は以下の,3つである.第2に,年金関連の財務データベースの作成をあげることが出来る.上記の実証研究は,小サンプルのものであるが,2001年3月期からは全ての上場企業について,年金負債,年金資産,年金費用などの財務データを入手することが可能となっている.今年度は,その大量のデータを入手するとともに,整理した.これは来年度の本格的な実証研究の基礎となるだろう.第3に上記のデータベースを利用したパイロット・テストがあげられる.株式価値に年金関連データがいかなる影響を及ぼすのかについて,東京証券取引所に上場している企業を対象として,パイロット・テストを実施した.実証モデルについては、Ohlsonモデルをはじめとした「Value relevanceモデル」を検討した。暫定的な結果としては,年金関連データは企業価値に影響を与えている.特に有価証券等の余剰金融資産保有が少ない企業についてみると,年金負債が与えるネガティブな影響が大きいことが分かった.来年度は、残余利益モデルなど,複数のモデルを取り上げて、最終的な実証段階へと移行していく予定であるが,今年度までの準備により,十分に最終的な目標に到達することができそうである.今年度は、以下の研究実績をあげることができた。

「企業年金のディスクロージャー」、「企業年金と企業評価」、「財務諸表分析と企業年金」、「企業年金会計基準の経済的影響」の4つの章を執筆した。この著書は、共著者とともに執筆した退職給付会計に関する包括的な書物であり、新規性も高いものと考えている。
高齢者の老化プロセスの解明と老化防止に関する心理学的研究

I高齢者の知的能力の老化プロセスを以市の手順で明らかにしていった。(1)成人、高齢者の知的能力を測定するための方法(検査)の開発をおこなった。(2)その検査を、16歳から95歳までの約650人の被験者に個別で実施した。(3)そのデ-タについて、問題別、領域別、男女別に詳細な分析をおこなった。(4)その結果、全体の傾向として、10代後半から50代後半にかけては、知的能力に差はみられず、56歳65歳の間、また、76歳85歳の間にそれぞれ1つの区切り、すなわち、顕著な知的能力の衰退がみられた。また、衰退の程度は、問題の性質に応じて、領域に応じて異なることも明らかにされた。(5)そさらに、世代別に知的能力の構造について検討したところ、16歳55歳、56歳75歳、76歳95歳の3年齢群ではそれぞれ異なった構造を持つことが明らかにされた。II知的能力の老化防止のための具体的方略をさぐるために、高齢者の知的能力及び2年後の老化と個人的生活要因がかかわっているかを以下の手順で明らかにしていった。(1)6領域に分けた高齢者の個人的生活経験が、27の要因よりなることが因子分析により明らかにされた。(2)これからの個人的生活経験要因の中で、「キャリア(学歴・職業)」「年齢・退職後の生活」「読書」「新聞」「能動的満足感」が高齢者の知的能力と相関が高かった。(3)2年後の追跡研究によると、知的能力の維持群と衰退群とでは、「個人生活の安定性」「新聞」「TV」などの間で差がみられた。初年度は、高齢者の知的能力の老化のプロセスを解明する当たり、(1)成人・高齢者の知的能力を測定するための方法の研究・開発を進めた。[1]そのために、内外の動向と高齢者の知的能力の特質、及びその衰退に関する研究を収集分析した。[2]その結果、高齢者の知的能力と老化のプロセスを把握するための検査の基本構成としては、流動性知能、結晶性知能、及び記憶能力の測定を主にすることが望ましいとの結論に達し、それらの知能を適切に測定するための下位検査を試作した。[3]それらの下位検査は、<1>語の意味、<2>文章の大意、<3>算数問題、<4>社会的適応、<5>話の記憶、<6>数の順唱、<7>数の逆唱、<8>マトリックス、<9>積木による立体構成、<10>紐による模様の構成、<11>図形模写、<12>図の道の通り方、<13>指の動かし方、<14>手の連続反転、の14である。[4]これらの下位検査を具体化し、標準化のための予備的資料の収集を行った。標準化のための検査は、対象としては、成人優秀群としての大学生から、75歳迄の高齢者を被検査者とし、主として、個人検査によってデータを収集した。それらのデータは、目下解析中である。(2)高齢者の個人的要因の構成を解明するに当たり、[1]文献研究と、ケーススタディを通して、高齢者の過去・現在の個人的経験を問い、老化の要因を把握するための詳細な質問紙の作成を試みた。[2]その質問紙をベースに、面接を通して、必要な資料の収集に着手した。目下、より的確に老化要因を検出するため、資料の収集と項目の分析を繰り返し、継続中である。2年度目(平成元年度)の研究目的の1つは、高齢者の知的能力の老化プロセスの解明であった。このため、1.初年度に開発した高齢者の知的能力の測定法の精緻化をおこなった。

2.その上で、初年度に加えて、検査対象の年令幅を広げ、被検査者数を増やして、更に調査をおこなった。3.そして、パ-ソナルコンピュ-タを用い、解析をおこなった結果、(1)それぞれの年代に特有の知的能力の構造がある。(2)各知的能力は、加齢に伴い、特有の発達パタ-ンを示す。ながのことが明らかにされた。詳細については、さらに、現在解析中である。第二の研究目的は、加齢に伴い、一定の老化のプロセスをたどるにしても、人によってその老化の度合が異なるのは何故なのか、その個人差を規定している心理学的要因を明らかにすることであった。そのために1.高齢者(65歳75歳)を対象に、知能検査と初年度に作成した6領域(個人史、ライフイベント、現在の生活経験、健康状態、生きがい意識、老化意識)から個人的経験を問う質問紙を実施した。2.個人的経験についての質問結果を因子分析したところ、個人的経験6領域は、それぞれ36の因子よりなり、全体として27の因子から構成されることが明らかになった。3.知能検査結果と個人的経験を構成する27の因子得点との関連について分析した結果、個人史領域における「キャリア」、「年齢、退職後の生活」、現在の生活経験領域における「読書」、「新聞」、生きがい意識領域における「能動的満足感」等の因子が知能と関連が深かった。[(1)知的能力の老化プロセスの解明]にあたり、初年度に開発した検査(方法)を、さらに本年度においても多数の被験者に実施した。2年度目の被験者を加え、最終的に、その対象の数は、65歳以上の高齢者300人余、20歳65歳までの成人300人余、合計650人余のデ-タが収集された。そのデ-タについて、問題別、領域別、男女別に詳細な分析をおこない、知的能力の老化プロセスについて明らかにした。具体的には、全体の傾向として、10代後半から50代後半にかけては、知的能力に差はみられず、56歳65歳の間、また、76歳85歳の間にそれぞれ1つの区切り、すなわち、顕著な知的能力の衰退がみられた。また、衰退の程度は、問題の性質に応じて、領域に応じて異なることも明らかにされた。さらに、各世代別に知的能力の構造について検討したところ、16歳55歳、56歳75歳、76歳95歳の3年齢群ではそれぞれ異なった構造を持つことが明らかにされた。[(2)老化防止のための具体的方略]をさぐるために、縦断的デ-タを基にして、知的能力が落ちている群(衰退群)と維持している群(維持群)の2群を設定し、その2群間の個人的経験要因の差を検討した。その結果、[個人的生活の安定性][新聞][TV]などの要因が重要であることが明らかにされた。さらに、本年度は本研究の最終年度であるため、これまでの一連の研究を、「老化プロセスの解明」、「老化防止に関する具体的方略」という観点から、方法、結果等、研究全般について総括した。
赤外磁気光学効果による強相関伝導系物質の低エネルギー励起の研究

本研究の目標であった,赤外シンクロトロン放射光の円偏光成分を使った磁気円偏光二色性の測定手法は,本研究1年目にほぼ完成した。本年度は,温度等の制御精度の向上をめざし,装置の改良を行った。今年度は,アンチモン化セリウム(CeSb)及びビスマス化セリウム(CeBi)の磁気相転移に伴う電子状態の変化を調べた。その結果,どちらの物質でも磁気相転移に伴ってフエルミ準位近傍の電子状態が顕著に変化することが,光のエネルギー0.1-1eVの範囲の磁場下での光反射スペクトル及び磁気円偏光二色性スペクトルで観測された。このエネルギー領域で観測しているのは,価電子帯最上部の配位子のpバンドと,伝動体最下部のCe5dバンド間の吸収であり,光学スペクトルの変化は,それらのバンドが磁気相転移に伴って変化していることを示している。磁気構造が出現することによってエネルギーバンドが折り返されるが,それだけではここで観測された光学スペクトルの変化は説明できない。そこで,価電子帯のpバンドか伝導帯のdバンドが,磁気相転移に伴って大きく動いていることがわかった。このことは,CeSbやCeBiの複雑な磁気相転移を理解する上で重要な情報を与えている。その他,近藤絶縁体と呼ばれる物質の1つである12ほう化イッテルビウム(YbB_<12>)のエネルギーギャップの生成のメカニズムを調べるために,光反射スペクトルの温度変化やYbをLuに置換した物質のスペクトルの置換量依存性の詳細なデータを得た。本年度の目標は、先ず、シンクロトロン放射光の赤外域の円偏光成分を使って、赤外磁気円偏光二色性の実験手法を確立することであった。円偏光した放射光は、計算にほぼ一致して取り出すことができ、それまでに完成していた磁気光学装置と組み合わすことで、赤外磁気円偏光二色性の実験が可能になった。このような実験は、世界で初めて行われたものである。まず、少数キャリア4f電子系のヒ化ガドリニウム(GdAs)の光のエネルギー0.4eVに観測される励気子によるものと思われていた吸収の磁気円偏光二色性を測定した。無偏光の光源を用いた場合、外部磁場を加えることで吸収の線幅が広くなったが、磁気円偏光二色性を測定することで、その吸収の軌道角運動量の違いによる2つの構造に分けることができた。その結果、吸収が励気子によるものであることが明確になり、かつ、磁場に対する応答性から、励気子の空間的な広がりを評価できた。さらに、異常な伝導や磁性が現れる少数キャリア4f電子系の1つであるヒ化イッテルビウム(Yb_4As_3)では、極低温で重い電子特有の緩和時間の極端に長いドル-デ型の吸収が現れることは知られていたが、それに付随して、約30meVにフェルミ準位上に生じる混成ギャップ間の吸収も観測された。その結果は、近藤格子模型で予測されるスペクトルに極めて近いことがわかった。また、この30meVの吸収の磁気円偏光二色性も測定し、磁気異方性が現れているのが観測された。今後、この結果に対する理論の構築が必要であると思われる。
食用植物水翁やTRAM等の抗糖尿病機構の解明と活性成分の分離精製

糖尿病はその予備群も入れると1000万人にもなる国民病である。糖尿病の薬には4種類があるが、β細胞増殖、再生作用のあるものは未だほとんど見つかっていない。これまでにベトナムで食されている水翁やフトモモ科の植物が、ストレプトゾトシン(STZ)により破壊されたβ細胞を再生させる成分があることが示唆されている。これらは直接的に食後血糖コントロールやインスリン分泌に働く作用と、糖吸収関連酵素やインスリンの分泌に関連する酵素(DPP4等)を解して間接的に作用している可能性が考えられる。そこで水翁の抗糖尿病効果のメカニズムを解明するために、水翁がSTZ-糖尿病マウス及びラットの遺伝「子発現に与える影響を調べた。その結果、GLUT2などの糖輸送に関わる遺伝子や、Irs2やIrs4などインスリンのシグナル伝達に関係する遺伝子の発現が水翁を与えた糖尿病ラット及びマウスで上昇した。また、インスリンの転写や膵臓の発生・分化に関わる転写因子(MafA、Ngn3、Pdx1)の発現が上昇した。次にヒト膵臓癌由来細胞株(MIA paca2)を用いて、まずインスリン分泌細胞への分化誘導を行った。続いてin vitroでSTZ糖尿病モデル細胞を作成し、STZで細胞傷害を受けた細胞が水翁によって再生または保護するか検討した。水翁を添加した群とコントロール群の間で生細胞数を確認したところ、有意な差は認められず、水翁にはSTZ傷害を受けた膵β細胞の再生機能は実証できなかった。さらに、これら食材の生理活性効果の要因として抗酸化物質の存在が推測されるため、この活性化合物の単離精製を行った。その結果、水翁およびTramのエチルアセテート、ブタノール、水による抽出画分は、特に高い抗酸化活性をもつことが明らかとなった。メタノール抽出画分では、脂質過酸化抑制活性も高く、特にTramにおいて、その活性が非常に高かった。また、Tramでは強い抗炎症効果も認められ、これらの植物の新たな生理作用が明らかとなった。糖尿病はその予備軍も入れると1000万人にもなる国民病であるが、食事制限と運動及びいくつかの薬を組み合わせた治療が行われる。抗糖尿病食品としてグアバの葉は糖の吸収を抑えることから特定保健用食品として用いられている。しかしながら壊れた膵臓ラングルハンス島β細胞を再生し、インシュリンの生産を元に戻すものは見つかっていない。ストレプトゾトシン(Stz)によって破壊されたβ細胞を食用の水翁が再生し、インシュリンの生産を回復した。さらにPdx1の転写が水翁の投与で約2倍に上昇した。そこでβ細胞再生実験系等を作成し、水翁中のβ細胞再生成分やPdx1転写活性化成分を分離精製する。またTramについても調べることを目的とした。このVoiと呼ばれるフトモモ科の植物の花の芽の抗糖尿病作用を明らかにするために、Stz糖尿病マウスにVoiを食べさせて、膵臓β細胞のインシュリン分泌を免疫染色で観察したところ、Stzで破壊されたβ細胞が、Voi投与群ではインシュリンの生産がおこなわれていたことから、Voiにはβ細胞保護作用がβ細胞再生作用があることなどが認められた。このVoi抽出液の効果を投与したマウスの肝臓などの遺伝子発現をマイクロアレイで分析したところ膵臓β細胞再生にかかわる遺伝子の発現などが上昇していた。そこでβ細胞由来の培養細胞を用いてインシュリン分泌のメカニズムを調べた。β細胞由来MiapaC2細胞にGLP-1,セレン、ニコチンアミドなどのβ細胞分化を起こす成分を添加して、インシュリン発現への効果を調べたが、これらの物質による顕著な発現は10日間の培養時間では認められなかった。そこで、Ztz糖尿病マウスのモデル細胞として、MiaPac2細胞を培養後、β細胞様に分化させ、STZを添加して、細胞増殖への影響を調べた。その結果、抗酸化剤であるNACでは保護されなかった。またVoiを添加することにより、若干細胞増殖の増加がみられたが、Stzによる細胞損傷にはあまり効果が認められなかった。そこでVoiの抗酸化成分を分離、精製を試みた。

水翁を添加した群とコントロール群の間で生細胞数を確認したところ、有意な差は認められず、水翁にはSTZ傷害を受けた膵β細胞の再生機能は実証できなかった。さらに、これら食材の生理活性効果の要因として抗酸化物質の存在が推測されるため、この活性化合物の単離精製を行った。その結果、水翁およびTramのエチルアセテート、ブタノール、水による抽出画分は、特に高い抗酸化活性をもつことが明らかとなった。メタノール抽出画分では、脂質過酸化抑制活性も高く、特にTramにおいて、その活性が非常に高かった。また、Tramでは強い抗炎症効果も認められ、これらの植物の新たな生理作用が明らかとなった。
内分泌細胞におけるカルシウムオシレーションの生理的意義ならびに調節機序

1.ラット副腎髄質細胞におけるカルシウムオシレーション(Ca振動)の発生機序とGABAによる装飾ラット副腎髄質細胞にCa蛍光色素、Fura-2を負荷して細胞内Caイオン濃度(|Ca^<2+>|i)を測定したところ、過半数の細胞が自発性にCa振動を示した。このCa振動は細胞外Ca除去あるいはCaチャネルブロッカーによりすみやかに消失した。さらに副腎髄質細胞ならびにその支配神経終末に存在するγ-aminobutyric acid(GABA)を作用させたところ、一過性の|Ca^<2+>|iの上昇に引き続き持続性のCa振動の抑制が観察された。GABA_A受容体アゴニストであるmuscimolは同様の作用をひき起こし、GABA_B受容体アゴニストであるbaclofenは|Ca^<2+>|iに影響を与えなかった。さらにGABAの|Ca^<2+>|i上昇作用は細胞外のClイオン濃度減少によって増強された。以上の結果よりラット副腎髄質細胞の自発性Ca振動は自発性のCaの流入に強く依存すること、さらにGABAによってGABA_A受容体が活性化し、膜電位がClイオンの平衡電位に近づくことによりCaイオンの流入が抑制されることが示唆された。2.牛副腎髄質細胞におけるPACAPの分泌刺激機序副腎髄質に多量に存在し、カテコルアミン分泌を刺激するPACAPの分泌刺激作用をFura-2法による|Ca^<2+>|i測定、ならびにwhole-cell patch-clamp法による膜電流測定により検討した。PACAPは濃度依存性(1-1000nM)に|Ca^<2+>|iを増加させた。この|Ca^<2+>|iの増加は二相性であり一過性のピークとそれに引き続く持続性のプラトー相であった。細胞外Ca除去によりプラトー相は完全に抑制されたが初期相は影響を受けなかった。この初期相は細胞外Ca除去に細胞内Caストアの枯渇を起こすthapsigarginを組み合わせることにより強く抑制された。さらに膜電位を-80mVに固定してPACAPを作用させるとプラトー相にほぼ一致した時間経過で持続性の内向き電流が観察され、これは細胞外Na除去により強く抑制された。これらの結果からPACAPは細胞内Caストアからの一過性のCa放出とnon-selective cation channelsを介した脱分極による持続性のCa流入を引き起こすことにより|Ca^<2+>|iの増加をもたらすことが示唆された。
園芸作物の新しい栄養診断法の開発

我々人間の場合には、尿や血液などを試料としてかなりの程度厳密な健康診断を成しえる技術が、既に開発され利用されている。本研究は、植物の栄養状態の診断のために、上記人間の場合と類似の方法を開発しようとするものである。すなわち定期的に作物の葉柄や新梢等の組織をサンプリングして、これから汁液を採取し、その中の遊離の無機要素濃度等を測定して、試料採取時点(外観的な異常が発現する以前)での植物体の潜在的な栄養状態を評価する方法を開発しようとするものである。平成4、5年度の2年間で、ルーチンワークとしての試料の採取法、保存法、調整法、分析の条件などはおおむね基準化できた。またトマトなどについては、栽培時期や生育段階での変化、品種間差などについても検討を加え、診断の基礎試料を得ることができた。平成6年度には、冬季に最低気温の影響を検討し、さらに汁液中無機要素濃度の季節間差についても検討した。栽培環境の影響としては、ほかに培養液の無機要素の濃度や欠乏がトマトの生育や汁液中無機要素濃度におよぼす影響、養液栽培の方式が異なる場合のトマトの生育や汁液中無機要素濃度におよぼす用水中の塩類濃度の影響等についても検討した。同時に、実際に栽培を行っている農家の中で成績優秀な者を選定して、1年間にわたって経時的に試料を集め、肥培管理と作物の生育、汁液中の無機要素濃度、果実収量等の関連について調査した。この時、圃場での試料採取位置によるデータのばらつき度合いについても検討した。ほかに、汁液分析による栄養診断技術を苗質の評価や、トマト果実の品質評価に利用することについても検討した。ミツバやバラについても検討し、栄養診断のための汁液中無機要素濃度の適正範囲を提案した。本年度は研究の開始年であるので、主に実験手法を統一するために、試料の採取法、調整法、測定法などを基準化すること、ならびに対象器官ないしは部位を決定するために、試料の調整法と分析の条件についてさまざまな検討を行った。なおトマトについては、品種間差を検討するために、大果日本系、同欧州系、小果日本系それぞれ数種を供試して比較した。その結果、(1)汁液中無機要素濃度の日変化は少ないので、試料の採取についは時刻への厳密な配慮は不要であること、(2)汁液抽出後に重金属元素の沈殿を防ぐため、抽出後直ちに抽出液に少量の塩酸を添加して酸性にする必要があること、(3)試料は採取後34日間であれば常温でも汁液中無機要素濃度は安定であること、(4)葉柄と水を1:3で混合して汁液抽出液とすると、この中の微量要素の濃度はかなり低く、原子吸光法による分析では精度があまり高くないこと、(5)イオンクロマトグラムを利用した分析では、抽出液の精製に手間がかかること、陰イオンの中ではPの分析が不調であること、などが理解された。またトマトの葉と葉柄を比べると、(1)汁液中の無機要素濃度はかなり異なり、(2)培養液中の無機要素濃度の変化に敏感に反応するするのは葉柄のほうであることがわかった。さらに、部位別に葉柄の汁液中無機要素濃度を分析したところ、元素によって部位別の濃度がかなり異なり、NO_3、Ca、Mgなどは上部で濃度が低く、下部で高くなるが、Kは部位別の濃度差が少ないことなどがわかった。トマトの品種間差は、それぞれのグルーブ内では小さかったものの、グループ間では有意であった。まず第一に、初年度に結論の出なかった資料の調整法と分析の条件を統一した。その後、各担当者はそれぞれの研究を行い、次のような成果を得た。

池田:要素欠乏処理がトマトの汁液中無機要素濃度に及ぼす影響について検討した結果、汁液中無機要素濃度は下位よりも上位で低下が速く、NやPでは濃度低下が速いのにKでは遅いなど、要素によって変化の速度が異なった。篠原:汁液分解によるトマトセル成型苗の苗質評価法について検討し、汁液分析が苗の栄養診断および品質評価に利用できることを確認した。糠谷:ロックウール栽培した温室メロンの生育と汁液中無機要素濃度の経時的変化にちいて検討し、NO-_3-N,PおよびKでは施用栽培液濃度の差が葉柄汁液中無機要素濃度の差として現れたが、果実品質との関係は明かではなかった。寺林:トマト果実品質と植物体汁液中無機要素濃度との関係を検討するために、【.encircled1.】施用窒素量(硝酸態窒素濃度)を異にしたところ、汁液中のNO_3-N濃度には違いがみとめられたが、果実品質には違いがみとめられなかった。【.encircled2.】土壌水分状態を異にした(施用量一定)ところ、第3果房成熟期ころになって、水分によるNO_3-N,K,Ca,Mg濃度の差が認められるようになったが、Pでは濃度差が認められなかった。また、果実品質と汁液中無機要素濃度との関係は明瞭ではなかった。【.encircled3.】培養液濃度を異にしてトマトを水耕したところ、果実品質の違いはこれまでの実験同様に認められたが、汁液中無機要素濃度と果実品質との関係では明瞭ではなかった。犬伏:栽培方式の異なる3戸の農家空、定期的にトマト葉柄をサンプリングして汁液中無機要素濃度を調査した結果、PやMgなどでは培養液の濃度変化に判って汁液中の濃度も変化しやすいことがわかった。また、トマトの生育段階別各無機要素の汁液中好適濃度を試算した。平成5年度までの2年間で、試料の採取法、保存法、調整法、分析の条件などはおおむねルーチンワークとして基準化できた。また、トマトなどについては、栽培時期や生育段階での変化、品種間差などについても検討を加え、診断の基礎資料を得ることができた。本年度は、冬季に最低気温の影響を検討し、さらに汁液中無機要素濃度の季節間差についても検討した。栽培環境の影響としては、ほかに培養液の無機要素の濃度や欠乏がトマトの生育や汁液中無機要素濃度におよぼす影響、養液栽培の方式が異なる場合のトマトの生育におよぼす用水中の塩類濃度の影響等についても検討した。同時に、実際に栽培を行っている農家の中で成績優秀なものを選定して、1年間にわたって経時的に試料を集め、肥培管理と作物の生育、汁液中の無機要素濃度、果実収量等の関連について調査した。この時、圃場での試料採取位置によるデータのばらつき度合いについても調査したが、培地中の培養液の組成や濃度よりも汁液中の無機要素濃度のほうがばらつき度合いは小さかった。汁液分析による栄養診断技術を苗質の評価や、トマト果実の品質評価に利用することについても検討した。以上の結果に基づいて、診断についてのおおまかな基準を作成した。
革新的な重力 N 体問題向け数値積分法の開発と系外惑星系への応用

N体問題は多くの保存量を持ち,その運動方程式は時間可逆性を持つ.しかしながら,全ての保存量と時間可逆性を保つ数値解法は今まで知られていなかった.そのため,研究代表者はMikkolaのシンプレクティック数値積分法(LogH)とスケーリング変換を組合せることで,全保存量のみ及び双方を保つ解法を提案した.前者は高速な陽解法であるが,再現できない周期解が多くある.それに対して,後者は2次の解法に過ぎないが,ほとんどの周期解が再現可能である.後者は陰解法であるため,前者の陽解法より1ステップ当たりの計算量が増加するものの,8次の陽的シンプレクティック数値積分法よりは少なくて済んでいる.N体問題の特殊例として,主星-伴星-惑星系,2惑星系を示す3体問題がある.この平衡点は,内側にある惑星が安定して運動できる領域を決定する.一方,この惑星が実際に持つ運動領域は3体問題の保存量で決まる.そのため,この領域が安定した運動可能領域に含まれれば,内側の惑星は必ずしも周期的ではないものの安定した運動を続けることができる.後者の解法は全ての保存量を保つだけでなく,3体問題の平衡点を持つことも証明されている.したがって,この解法は,非周期軌道を持つ惑星の運動領域と安定運動可能領域の双方を正確に再現できている.LogH法を含む従来の数値解法,前者の解法では3体問題の周期軌道すら再現できないことがあったが,後者の解法では非周期軌道の存在領域も正確に求めることができる.この解法によって,極めて正確かつ長時間にわたる惑星軌道の再現,及び,その軌道が持つ安定性評価が可能となった.N個の質点が互いに重力を及ぼす一般N体問題(GNBP)の運動は微分方程式で記述され,その運動範囲は複数の保存量によって制限されている.しかしながら,保存量の数はGNBPの軌道を一意的に定めるには不十分である.そのため,数値積分法で近似的にそれらの軌道を計算する他ない.様々な数値積分法の中で,GNBPが持つ全ての保存量を保つものとして,Greenspanの方法(EMI)が知られているが,それは平衡解軌道すら再現できない.それらの平衡解軌道を再現する数値積分法を,研究代表者は提案したが,N=3,4の場合に限られる.また,この解法は角運動量を保てない.今年度は,上記の数値積分法を一般のNに拡張し,得られた解法(d-GNBP)が平衡解軌道を再現できることを解析的に明らかにした.さらに,可変時間ステップを持つシンプレクティック数値積分法(LHA)も,平衡解軌道を厳密に保つことも示した.しかしながら,d-GNBPは角運動量,LHAはエネルギーを保てないので,双方とも長時間にわたって一部の周期軌道を正確には再現できない.この問題を解決するために,面積保存性を保ちつつ,エネルギー保存性を再現するスケール変換とLHAを組み合わせることで,GNBPが持つ全ての保存量と面積保存性を保つ陽的な数値解法(mc-LHA)を構成した.EMIやd-GNBPでは計算できない周期軌道を,mc-LHAは短い計算時間で正確に再現する.今までは,保存量,面積保存性を保たない数値解法で得られた結果に基づいて,惑星系の軌道安定性の議論を行ってきた.そのため,軌道が不安定になった場合,その原因が元の物理的性質によるものであるのか,数値誤差によるものであるのかを明確に判別できなかった.高速かつ高精度なmc-LHAを用いて惑星系の軌道計算を行うことで,正確な軌道安定性の評価ができるようになると期待される.平成28年度の研究計画は,(i)研究代表者が開発した数値解法(d-GNBP)を元に,一般重力N体問題(GNBP)の全保存量を保つ改良版d-GNBPを構成する.(ii)d-GNBPと改良版d-GNBPが(1+n)体問題の平衡解を保つことを証明する.(iii)d-GNBPと改良版d-GNBPが平衡解以外に解析的に与えられる3体問題の二等辺三角形解を持つことを解析的に示す.(iv)汎用的な数値解法では再現できない(平衡解軌道を除く)周期軌道をd-GNBPと改良版d-GNBPが再現できることを数値的に確認する.の4点であった.改良版d-GNBPを構成する代わりに,可変時間刻み幅を持つシンプレクティック数値積分法とスケール変換を組み合わせることで,全保存量を保つ数値解法(mc-LHA)を実現した.さらにd-GNBPと異なりmc-LHAは高速な解法であるので,計画(i)以上のものを達成している.また,d-GNBPとmc-LHAが平衡解を持つことを証明し,数値的に多くの周期軌道を再現できることを示したので,計画(ii),(iv)と同等なものも達成済みである.なお,計画(ii)の一部の結果は既に論文として掲載されている.改良版d-GNBPをmc-LHAに入れ替えた形で,計画(i),(ii),(iv)の内容を含む論文も現在投稿中である.計画(iii)のみ未達成であるが,mc-LHAが元の二等辺三角形解と同じ範囲を運動することを,解析的に確認した.計画(i),(ii),(iv)の達成によって,平成29年度以降に行う系外惑星の軌道計算の基盤は整った.したがって,進捗状況を「(2)おおむね順調に進展している」と評価した.

Mikkolaが提案した可変時間ステップを持つシンプレクティック数値積分法(LogH)が一般N体問題の平衡解軌道を持つことを証明し,それを高精度化することで,多くの安定周期解と全ての保存量を高精度に保つことを示した(論文Minesaki, Y. 2018, ApJ, 857, 92).同じ平衡解軌道を持つことを示した,昨年度提案の高精度差分法(d-GNBP)とは異なり,LogHは陽解法である.そのため,惑星軌道の極めて長時間にわたる変化を見るにはd-GNBPよりLogHの方が適している.LogHは二重星系内を公転する単独惑星の運動を記述する一般3体問題(G3BP)へも適用可能である.G3BP向けのSundman曲面に基づいた安定性基準をLuk'yanovは示したが,その基準は「最小質量を持つ質点が,残り2質点のうちの1つの周りを永久に公転し続ける」ためのものである.それに対して,研究代表者は同じSundman曲面から,「指定された時間区間,最小質点が別の1質点の周りだけを公転する(S型軌道を持つ)」ための条件を導出した.その条件に基づく新しい安定性基準をLogHによる計算結果が満足すれば,連星系内にある惑星のS型軌道が大域的に安定である.数値計算結果を用いて系外惑星の大域安定性を判定する方法は,惑星質量を無視したHill曲面に基づいたものしかなかった.しかしながら,数千万--数億年にわたっては,系外惑星が恒星に及ぼす重力を無視できない可能性がある.惑星質量を考慮したG3BP向けのSundman曲面に基づいた安定性基準と高精度なLogH法を組合せることで,連星系内で惑星が持つ軌道の長時間かつ正確な安定性評価が可能となった.一般N体問題(GNBP)が持つ任意の軌道を,精度良く数値解法で再現する必要条件は,(a)全ての保存量を保ち,(b)平衡解軌道を含む周期軌道を再現することである.さらにGNBPの軌道を長時間にわたり,高精度で計算するには,(c)陽解法である必要がある.平成28年度に,性質(a), (b)を満たす数値解法として(i)昨年度に研究代表者が提案した,拘束系向けエネルギー保存差分,全ての性質(a)--(c)を満たす解法として(ii) Mikkolaの可変時間ステップを持つシンプレクティック数値積分法(LogH)とスケール変換を組み合わせたものを提案した.しかしながら,解法(i)は陰解法,解法(ii)はスケール変換のため,計算時間が増大してしまう.そのため解法(i), (ii)は,数千万--数十億年にわたる系外惑星の軌道進化を計算するのには向かない.このような状況のため,平成29年度は,性質(a)--(c)の全てを持つ解法を探すか,構成するために時間を割かざる得なくなった.幸いLogHの高次化することで,これら全ての性質(a)--(c)を高精度で満たすことを示すことができた(論文Minesaki, Y. 2018, ApJ, 857, 92)ため,LogHの計算結果とSundman曲面に基づいた安定性基準とを組合せることで,連星系内で惑星が持つ軌道の長時間かつ正確な安定性評価が可能であることも明らかになった.しかしながら,高次LogHを用いた数値計算結果に基づいて,実在する系外惑星の軌道安定性を確定するには至っていない.そのため,進捗状況は「やや遅れている」ものと判断した.N体問題は多くの保存量を持ち,その運動方程式は時間可逆性を持つ.しかしながら,全ての保存量と時間可逆性を保つ数値解法は今まで知られていなかった.