hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MEMSセンサを用いた自由飛行中の流れ計測によるトンボの飛行メカニズムの解明

本年度は研究目標のうち前年度で確立したMEMS圧力差センサを実際の昆虫に取り付け計測する方法を用いて,クロアゲハの離陸時の翼面圧力差分布を明らかにした.前翅の翼長方向の3点,後翅の1点を差圧センサの取り付け位置とした.チョウの翼面の圧力差を計測するため,MEMSプロセスによってピエゾ抵抗型カンチレバーを用いた差圧センサを試作し,フレキシブル配線を用いることでクロアゲハの翼面への配置を可能とした.センサは-50+50Paの計測レンジで感度はΔR/R=1.6×10^<-4>×ΔPとなり,また分解能0.1Paである.さらに直径50μm,長さ25mmのAu線を用いて有線で圧力差計測を行う実験セットアップを構築した.Au線を含めたセンサの総重量は約35mgであり,クロアゲハの重量の10%以下となった.この値はクロアゲハが摂取するエサの重量に比べ軽い.差圧センサを取り付けたクロアゲハを用いて離陸時の圧力差計測を行う実験セットアップを構築し,実際に8匹のクロアゲハで4点の圧力差分布を計測した.計測した結果から離陸時における翼面で発生する空気力を明らかにした.圧力差は羽ばたき運動に同期し,打ち上げでは負の圧力差,打ち下ろしでは正の圧力差が発生していた.また圧力差は前翅の翼端の点で最も大きく,次いで前翅の翼中心の点で大きかった.また後翅の中心の点では前翅の翼付け根近くでの大きさと同程度の圧力差が発生し,羽ばたき1ストローク中に圧力差の2つのピークが観察された.クロアゲハに働く力に対して翼面の各点で発生する圧力差の比率を求め,前翅の翼長方向に対して,比率は翼付け根からの距離のほぼ2乗に比例することを確認した.また翼長方向において圧力差に位相差は観察されなかった.このことから翼面の発生する圧力差は翼付け根からの距離に応じた,羽ばたき運動による翼面の速度に大きく起因していることが確認できた.本年度は研究目標のうち,昆虫型羽ばたき機の翼面に取り付けるためのMEMS圧力センサを設計・製作し,性能を評価した.圧力センサとしてMEMS技術を用いて,微小なピエゾ抵抗カンチレバーを製作した.センサを翼面の任意の場所に貼り付け,上面と下面の圧力差によって発生する機械的な歪みから圧力差を計測する.ピエゾ抵抗型のセンサを用いる利点として他の差圧センサに比べ,定圧から周波数1kHz程度の高周波の圧力変動を計測できることが挙げられる.またカンチレバータイプにすることで機械的変位が発生しやすくなるため,従来のダイヤフラムタイプに比べ,センシティビティが高くなる利点がある.超薄型であるため,羽ばたき翼等加速運動を行うものに取り付けた場合でも,質量が小さいため,センサ自身のイナーシャルフォースによる応答がほぼ無視できる.センサチップの大きさは1.5mm×1.5mm×0.3mm,20mgとなるように製作した.圧力に対する感度は2.9×10^<-4>Pa^<-1>であった,また圧力に対する応答は定圧から4kHzまで計測可能であった.昆虫型の翼面に製作したセンサを貼り付け,羽ばたき運動中の翼面に発生する圧力差を計測するシステムの構築を行っている.翼幅60mmのチョウを規範とした翼面に3点センサを取り付け,羽ばたき周波数10Hzで翼を羽ばたかせた.その結果,圧力差は羽ばたき運動に同期して発生しており,翼の根元から遠ければ遠いほど大きい差圧が計測されることが確認できた.また製作したセンサを用いて,翼面の圧力差を計測できるだけでなく,距離センサに応用する研究も行った.音源から超音波を発信し,音源とセンサの距離の測定を実現した.本年度は研究目標のうち前年度で試作したMEMS圧力差センサを実際の昆虫に取り付け計測する方法を確立した.昆虫サイズの翼面に取り付けても運動に干渉しない小さいサイズの差圧センサをMEMS技術を用いて製作することで,翼面上に発生する力の計測が可能となる.差圧センサを搭載したクロアゲハの羽ばたき運動中の翼面における圧力差を計測することで,直接的に翼面で発生する空気力を観測した.センサは-50+50Paの計測レンジで感度は△R/R=1.3×10^<-4>×△Pとなり,また分解能0.2Paであり,羽ばたき翼面上に発生する圧力差を計測するための性能を十分満たしていたと言える.センサまわりの総重量およびセンサの大きさは4mgおよび1.0mm×1.0mm×0.3mmであり,クロアゲハの翼重量114mgおよび翼長60mmに対して十分に軽く小さいため翅の変形や翅まわりの流れに影響を与えることなく圧力差を計測できた.翼面に直接差圧センサを取り付けたことで,ある特定の位置における翼面に発生する空気力を計測できることを示した.計測結果から,離陸時や自由飛翔時において,最大で自重を支える力の10倍程度の空気力が打ち下ろし始め及び打ち上げ始めに発生していることが得られた.また製作したセンサを用いて,翼面の圧力差を計測できるだけでなく,距離方向センサに応用する研究も行った.音源から超音波を発信し,音源の位置情報の測定を実現した.

さらにセンサに使用しているピエゾ抵抗型カンチレバーの光に対するノイズを除去する研究を行った.光補償抵抗を取り付けることで光ノイズが80%の除去を実現した.本年度は研究目標のうち前年度で確立したMEMS圧力差センサを実際の昆虫に取り付け計測する方法を用いて,クロアゲハの離陸時の翼面圧力差分布を明らかにした.前翅の翼長方向の3点,後翅の1点を差圧センサの取り付け位置とした.チョウの翼面の圧力差を計測するため,MEMSプロセスによってピエゾ抵抗型カンチレバーを用いた差圧センサを試作し,フレキシブル配線を用いることでクロアゲハの翼面への配置を可能とした.センサは-50+50Paの計測レンジで感度はΔR/R=1.6×10^<-4>×ΔPとなり,また分解能0.1Paである.さらに直径50μm,長さ25mmのAu線を用いて有線で圧力差計測を行う実験セットアップを構築した.Au線を含めたセンサの総重量は約35mgであり,クロアゲハの重量の10%以下となった.この値はクロアゲハが摂取するエサの重量に比べ軽い.差圧センサを取り付けたクロアゲハを用いて離陸時の圧力差計測を行う実験セットアップを構築し,実際に8匹のクロアゲハで4点の圧力差分布を計測した.計測した結果から離陸時における翼面で発生する空気力を明らかにした.圧力差は羽ばたき運動に同期し,打ち上げでは負の圧力差,打ち下ろしでは正の圧力差が発生していた.また圧力差は前翅の翼端の点で最も大きく,次いで前翅の翼中心の点で大きかった.また後翅の中心の点では前翅の翼付け根近くでの大きさと同程度の圧力差が発生し,羽ばたき1ストローク中に圧力差の2つのピークが観察された.クロアゲハに働く力に対して翼面の各点で発生する圧力差の比率を求め,前翅の翼長方向に対して,比率は翼付け根からの距離のほぼ2乗に比例することを確認した.また翼長方向において圧力差に位相差は観察されなかった.このことから翼面の発生する圧力差は翼付け根からの距離に応じた,羽ばたき運動による翼面の速度に大きく起因していることが確認できた.
数学教育における高次思考能力の形成過程の分析と構造化数学カリキュラムの開発研究

1.児童生徒の高次思考能力の形成過程の実証的分析と授業実践(1)統計問題に対する基礎的理解力-構成力・解釈力の比較調査:統計テスト問題に対する児童生徒の問題解決過程の分析から,問題を数学的に考え,作り上げていく構成力育成が極めて重要であることが明らかになった。(2)小学校求積課題に対する問題解決過程の分析:3水準の異なる課題特性をもつ問題に対する児童の解決過程から,手順的公式運用-組み合わせ的な等積変形手順運用-高次概念変換運用(図形の性質利用)間に大きなギャップがあることが判明し,数学的知識の運用(推論・思考力)の重要性が明らかにされた。(3)定常的問題-非定常的問題に対する問題解決能力:皆無に近いアルゴリズム的思考の分野に挑戦し,思考能力を定義し,定常-非定常的テスト問題を試作実施し,教科書にない非定常的問題の正答率は極めて低く,数学学力との相関も低い。モデル構成力育成を基盤にした数学カリキュラムの設計論に大きな意義を得た。2.高次思考能力育成のための数学カリキュラム開発とデータベース化(1)数学の「よさ」を感得させる中学校数学カリキュラムの開発と授業実践:より高次の数学学習に関与するスキーマの指導モデルの開発を目指し,数学概念の「よさ」を感得させるカリキュラムを開発し,授業実践を行った。評価の結果,高次のスキーマ指導モデルの設計論の具体的提案と生徒の理解特性が明らかになった。(2)数学の帰納的学習を支援する電子テキストの設計と開発:また,データベース化されたデータの具体的な利用方法として,高校数学において帰納的学習理論に基づく数学カリキュラムの設計と,Mathematicaを利用した電子テキストを開発した。1.児童生徒の高次思考能力の形成過程の実証的分析と授業実践(1)統計間題に対する基礎的理解力-構成力・解釈力の比較調査:統計テスト問題に対する児童生徒の問題解決過程の分析から,特に後者の能力の低さが明示され,理解中心の教育から問題を数学的に考え,作り上げていく構成力育成が極めて大切であることが明らかにされた。(2)小学校求積課題に対する問題解決過程の分析:3水準の異なる課題特性をもつ問題に対する児童の解決過程から,手順的公式運用-組み合わせ的な等積変形手順運用-高次概念変換運用(図形の性質利用)間に大きなギャップがあることが判明し,数学概念の理解よりも数学的知識の運用(推論・思考力)の重要性が明らかにされた。(3)定常的問題-非定常的問題に対する問題解決能力・皆無に近いアルゴリズム的思考の分野に挑戦し,思考能力の定義し,定常-非定常的テスト問題を試作実施し,教科書にない非定常的問題の正答率は極めて低く,数学学力との相関も低い。2.高次思考能力育成のための数学カリキュラム開発とデータベース化(1)高次思考能力を必要とする算数数学問題の課題分析:(a)課題内容に基づく課題特性(日常的思考に左右されやすい特性),(b)数学的基本概念・知識操作による課題特性,(C)数学的問題解決法にかわる課題特性(多段階の推論,非明示の関係の推論,高次・上位の数学概念変換)、(d)定常的-高次思考力課題特性(機械的-数学のよさが分かる課題),(e)問題解決過程に基づく課題特性(日常思考に基づく逐次近似解法-うまい解き方-数学的一般化解法)など,データベース化の課題特性・属性分析の基礎固めを行った。(2)帰納学習に基づくMathematicaを用いた数学カリキュラム開発1.高次思考育成のための数学カリキュラム開発と教材のデータベース化

(1)数学の「よさ」を感得させるカリキュラムの開発:中学校1年次「文字と式」の単元を対象に,文字式の「よさ」の分析を行い,数学学習における高次スキーマの獲得を支援するカリキュラムの開発を行った。(2)帰納的学習モデルを組み込んだ電子テキストの拡張と課題特性の分析:昨年度に帰納的な指導モデルの設計を行い,実現した「電子テキスト」をさらに改良するため,高次思考能力問題の課題特性分析を中心に行った。分析の結果に基づき,課題の電子テキスト化を図った。2.高次思考能力の育成を図る授業実践と児童生徒の高次思考能力の形成過程の実証的分析(1)文字式の「よさ」を感得させる授業実践:文字式のよさの感得を目的としたカリキュラムに基づいて,授業実践を行い,「よさ」の形成過程の分析を行った。その結果,(1)伝統的な方法による指導群よりも,よさ指導群の方が高い割合で文字式の意義を理解していること,(2)よさ指導群においても,3ヵ月後によさの理解を保持している群と,そうでない群とに分かれること,が明らかになった。(2)課題特性に基づく生徒の高次思考能力の分析:数学的変換,パターンファインディングの2つの課題における,生徒の高次思考能力の分析を行った。その結果,(1)高次思考課題においても,標準課題においても,ポイントとなる推論には差が認められないこと,(2)高次思考を意図した課題も単純な方略(帰納的解法)によって解決する生徒の割合が高い,という2点が明らかになった。これは今後の高次思考能力育成のための教材開発に対する具体的な示唆となるものである。
超対称フローが導く数値超対称性の新展開

超対称性グラディエントフロー法の基礎理論を確立し、それをスーパーコンピュータを用いた数値シミュレーションに応用することで、初期宇宙の段階で存在していた超対称性が破れて現在の宇宙が出来あがったメカニズムの解明を目指している。本研究は、最も単純な超対称模型における超対称フロー法の確立から始め、様々な物質が存在する場合や超対称性が高い場合に手法を拡張していく。それらを用いて、ミクロな物質の状態を数値計算し、超弦理論が予言する微視的世界での重力の性質を数値的に解き明かしていくことも目標としている。
定量的質量分析イメージング技術の確立による硫化水素依存性虚血脳病態制御機能の解明

硫化水素(H2S)は、血管拡張作用や心筋保護作用、海馬の長期増強などの生理機能を有するガス分子として注目されている。本研究では、H2Sの蛍光プローブを用い、H2Sを初め、種々のチオール化合物の定量系を確立した。この手法でH2Sを分解するミトコンドリア膜タンパク質sulfide quinonereductase-likeをノックダウンしたマウスの心組織中のチオール類を定量した結果、H2Sのみならず、Cys-SH、GSSH、HmCysが野生型に比べ有意な増加が認められた。これらの結果はH2Sの生理機能の解明にはH2Sのみならず過硫化化合物を含むチオール類の網羅的検討が必須であることを示唆する。本研究では、酸化ストレスに対する硫化水素(H2S)の応答メカニズムを、含硫アミノ酸代謝調節の観点から明らかにすることを目的とする。H2Sはガス状分子のH2Sとイオン状のHS-の平衡状態で存在しているが、チオールの蛍光プローブとして知られるmonobromobimane (mBBr)は、HS-と反応することによりSDB (sulphide dibimane)を産生する。これを利用し、昨年度は組織中のH2Sを定量する系を確立した。しかし、H2Sは生体内でフリーの状態に留まらず、システイン(Cys)、ホモシステイン(HmCys)、還元型グルタチオン(GSH)、亜硫酸(H2SO3)と反応し、硫黄原子を付加することによってジスルフィド(R-S-S-H)を形成することが近年報告されている。よってH2Sの産生量を検討するにはこれらのジスルフィドも同時に定量することが必須であると考え検討を行った。その結果、Cys、HmCys、GSH、H2SO3とこれらのジスルフィド分子は各1モルに対してmBBr 1モルと反応し、それぞれ別々の分子を産生することがわかった。よって、質量分析装置を駆使し、これらを同時に定量する系を構築した。この方法を用いて、定常酸素濃度条件(21%)と低酸素濃度条件(6%)それぞれで飼育したマウスから摘出した脳組織抽出液中のチオール類を定量した結果、SDBには有意な差はみられなかったが、CysとCysのジスルフィド、そして亜硫酸のジスルフィドであるチオ硫酸(H2S2O3)は定常酸素濃度条件に比べて低酸素濃度条件で有意に増加した。よって今後硫酸代謝を検討するにあたり、H2Sのみならずこれらのチオール、ジスルフィドも含めて系統的に検討を行う必要があることがわかった。これを利用し、組織中のH2Sを定量する方法を確立した。この方法を用いて、定常酸素濃度条件(20%)と低酸素濃度条件(8%)それぞれで飼育したマウスから摘出した脳組織中のH2Sを定量したところ、低酸素濃度条件下でH2Sの有意な増加が認められた。この結果は、低酸素濃度条件ではヘムオキシゲナーゼ-1の酸素添加反応活性が低下し、一酸化炭素産生量が低下することによって、含硫アミノ酸代謝酵素であるCBS (cystathionine beta-synthase)の活性阻害がはずれ、含硫アミノ酸代謝が活性化することによって硫化水素の産生量が上昇するという我々の作業仮説に矛盾しない。そこで次に、CBSノックアウトマウスについても同様の手法で低酸素条件下での脳のH2S産生量について検討を行うため、まず定常酸素分圧下で、野生型とCBS KOマウスでの比較を行ったが、脳組織中のH2S濃度に有意な差は認められなかった。脳では部位ごとにCBSの発現量が異なり、特に小脳で発現が高いことが知られている。そこで、マウスの脳を部位ごとに分け、大脳、小脳それぞれでH2Sを定量した結果、大脳(3.74pmol/mg tissue)に比べて小脳(5.43pmol/mg tissue)でH2Sが多く検出された。よって今後は、CBS KOマウスについては小脳で硫化水素産生量の検討を行う予定である。本研究では、酸化ストレスに対する硫化水素(H2S)の応答メカニズムを、含流アミノ酸代謝調節の観点から明らかにすることを目的とする。

平成25年度までの成果として、チオールの蛍光プローブとして知られるmonobromobimaneを利用し、H2S、システイン(Cys)、システインパースルフィド(Cys-SH)、ホモシステイン(HmCys)、ホモシステインパースルフィド(HmCys-SH)、還元型グルタチオン(GSH)、還元型グルタチオンパースルフィド(GSSH)を定量する系を確立した。この方法を用いて、定常酸素濃度条件(21%)と低酸素濃度条件(6%)それぞれで飼育したマウスから摘出した脳組織抽出液中のチオール類を定量した結果、H2Sは有意な差が得られなかったが、CysとCys-SHは定常酸素濃度条件に比べて低酸素濃度条件で有意に増加した。これらの結果から、硫酸代謝を検討するにあたり、H2Sのみならずジスルフィドを含めたチオール類の系統的検討が必須であることがわかった。最終年度は、マウスを用いた検討を行った。SQR (sulfide quinone reductase-like)は硫化水素を細胞内で分解するミトコンドリア膜タンパク質である。SQRをノックダウンしたマウスは心筋におけるミトコンドリアの損傷による心不全の障害を引き起こす。そこでSQRノックダウンマウスを高含硫化合物モデルと捉え、心臓組織中のチオール類の定量を行ったところ、H2Sのみならず、Cys-SH、GSSH、HmCysが野生型に比べて有意に増加していることが確認出来た。今後は、低含硫化合物モデルと考えられるcystathionine&#61485;beta-synthaseをノックアウトしたマウスも併用してチオール類の参加ストレスに対する役割について検討を続ける予定である。代謝生化学本研究では、低酸素濃度条件では、ヘムオキシゲナーゼ1の酸素添加反応活性が低下し、一酸化炭素産生量が低下することによって含硫アミノ酸代謝酵素であるCBS (cystathionine beta-synthase)の活性阻害がはずれ、含硫アミノ酸代謝が活性化することによって硫化水素の産生量が上昇するという仮説のもと、まずそれを証明するための手段として脳組織抽出液中のH2Sの定量法の確立を目指している。昨年度は脳組織中のH2Sを定量する際のmBBrと脳組織抽出液との反応条件として、タンパク質を除去する前にmBBrを反応させるよりも、除タンパクし、水溶性の低分子代謝物のみを含むサンプルにmBBrを添加した方が、鉄硫黄クラスター中の硫黄やタンパク質に結合している硫黄由来のH2Sも含めた「存在量の過大評価」をする危険性がなくなることがわかった。さらに今年度は、フリーのH2Sのみならず、Cys、HmCys、GSH、H2SO3、さらにこれらチオールにH2S由来の硫黄原子が付加して産生されるジスルフィドも質量分析の手法を用いて同時に定量する方法を確立した。当初の予定であったH2Sのみならず、チオール類、さらにジスルフィドも含め硫黄代謝を系統的に定量・検討することになったため、測定系の確立に予想以上の時間を費やしてしまい、本プロジェクトの進捗状況は予定よりもやや遅れているが、それにより、より正確に組織中のH2Sの量を検討することが可能となった。次年度はこの手法を用いてマウスの脳を用いた検討を精力的に行う予定である。今年度、CBS KOマウスの低酸素濃度条件下での脳のH2S産生量について検討を行う計画であったが、これまで脳組織中のH2S測定は全脳を使用していたが、CBS KOマウスについては小脳をサンプルとして検討を行う必要があることがわかった。サンプリング部位の検討により全脳では検出されない僅かな差が、CBSを高発現している小脳に限って測定することにより検出可能となることが期待される。さらにH2S
デジタルハンドシミュレータを用いたグリップデザインシステム

(1)手の寸法を計測するためのアプリケーション開発:タブレットPCを用いた手の寸法計測方法について検討した.本研究で活用予定の筋骨格モデルシミュレーションソフトウェア(AnyBody)およびデジタルヒューマンプロットフォームソフトウェア(以降DhaibaWorks)では,指の関節寸法を参考にして個別のハンドモデルを生成可能であることがわかった.そこで,指関節の寸法を計測するためのタブレットPC用のアプリケーションを開発した.この計測アプリケーションは,タブレットPCに搭載されたカメラで掌を撮影し,寸法計測するものである.撮影した掌画像をもとに上記アプリケーションとの関節位置を合致させるための20個の関節リンクが表示され,関節リンク部を撮影画像の関節位置に合わせることにより指関節の寸法を算出する.この方法により寸法計測が可能となった.(2)デジタルハンドと把持姿勢動作のマッチング:DhaibaWorksと小型モーションセンサ(以降Leap Motion)を用いて把持姿勢のマッチング方法について検討した.Leap Motionによる姿勢生成は,従来の赤外線カメラ方式のモーションキャプチャと異なり,対象物へのマーカー張り付け等の必要がなく手軽に把持姿勢が計測可能である.今後は,3D-CADで作製したグリップモデルとデジタルハンドモデルとの干渉チェックを行う方法について検討していく予定である.(3)把持操作に関する動的な評価:これまでの研究で開発した圧力分布可視化システムを用いてグリップを把持した際の圧力データを取得する方法について検討した.上記システムで取得できるテキストデータは圧力センサの電圧値であるため,圧力(ニュートン)に変換する方法について検討した.手の寸法を計測するためのアプリケーション開発について,計画通り実施することができた.アプリケーション画面では,指関節の位置指定を容易に行うための拡大プレビュー画面表示やタップ位置を推測するための十字ライン表示等を搭載した.上記内容について,日本デザイン学会第66回研究発表大会で報告する.本年度に開発した指関節寸法計測アプリケーションを活用し,多様な手サイズに対応した把持シミュレーションを行う方法について検討する.また,把持時に手先にかかる圧力を計測し,圧力情報を用いた筋活動のシミュレーションを行い,グリップデザインシステムの構築を進める.グリップデザインシステムについては,ある程度構築した段階で,三木工業協同組合(鋸や鑿,鉋,鏝,小刀等の製造業で構成された組合)の会員企業に対して成果発表会を開催し,企業からの意見をフィードバックした改善を行う.兵庫県内の企業が開発した利器工匠具の把持シミュレーションについて検討した.シミュレーションツールとして,産業技術総合研究所が開発した人体機能モデル(Dhaib aWorks)を用いた.製品の把持姿勢を計測する方法として,小型モーションセンサ(Leap Motionコントローラ,以降Leap)を用いた.Leapによる姿勢生成は「カメラのセッティング」や「対象物へのマーカー張り付け」の必要がなく手軽に把持姿勢が計測可能である.その反面,「計測精度が低い箇所がある」「Leapと手の距離の違いにより計測精度が変わる」等の問題があった.そこで,Leapよりも計測精度の高いモーションキャプチャ(OptiTrack、VENUS3D)で把持姿勢を計測し,計測時の姿勢データを参考にしながらLeapによる計測で最適な距離や角度について検証した.具体的には,モーションキャプチャと同等の姿勢計測が可能な「Leapと手との距離」「Leapと手の角度」について検討した.Leapによる表示角度について,基準面から130°回転させることにより把持姿勢が画面で確認しやすくなることがわかった.上記の検討結果をもとに,把持姿勢の再現性を高くするためのDhaibaWorksプラグインを作成した.作成したプラグインにより,最適な距離と角度に手を置いた際にハンドモデルが表示されるよう調整しているため,使用者は感覚的に最適な場所に手を移動して把持姿勢を計測することが可能となった.さらに、生成した把持姿勢から「製品の手との接触領域」「接触重心」「把握クオリティ(力の凸包とトルクの凸包)」を算出して製品比較する方法についても検討した.当初の計画では来年以降に予定していた製品の把持シミュレーションについて,今年度に前倒しして実施することができた.把持シミュレーションの方法は,計画ではモーションキャプチャを使用することを予定していたが,モーションキャプチャよりも簡易に計測できるモーションコントローラ(Leap Motionコントローラ)を用いた計測方法を提案することができた.この方法を用いて把持姿勢を計測することにより,モーションキャプチャによる把持姿勢計測よりも被験者への負担を少なくなることが期待できる.(1)手の寸法を計測するためのアプリケーション開発:タブレットPCを用いた手の寸法計測方法について検討した.本研究で活用予定の筋骨格モデルシミュレーションソフトウェア(AnyBody)およびデジタルヒューマンプロットフォームソフトウェア(以降DhaibaWorks)では,指の関節寸法を参考にして個別のハンドモデルを生成可能であることがわかった.そこで,指関節の寸法を計測するためのタブレットPC用のアプリケーションを開発した.この計測アプリケーションは,タブレットPCに搭載されたカメラで掌を撮影し,寸法計測するものである.撮影した掌画像をもとに上記アプリケーションとの関節位置を合致させるための20個の関節リンクが表示され,関節リンク部を撮影画像の関節位置に合わせることにより指関節の寸法を算出する.この方法により寸法計測が可能となった.(2)デジタルハンドと把持姿勢動作のマッチング:DhaibaWorksと小型モーションセンサ(以降Leap Motion)を用いて把持姿勢のマッチング方法について検討した.Leap Motionによる姿勢生成は,従来の赤外線カメラ方式のモーションキャプチャと異なり,対象物へのマーカー張り付け等の必要がなく手軽に把持姿勢が計測可能である.今後は,3D-CADで作製したグリップモデルとデジタルハンドモデルとの干渉チェックを行う方法について検討していく予定である.

(3)把持操作に関する動的な評価:これまでの研究で開発した圧力分布可視化システムを用いてグリップを把持した際の圧力データを取得する方法について検討した.上記システムで取得できるテキストデータは圧力センサの電圧値であるため,圧力(ニュートン)に変換する方法について検討した.手の寸法を計測するためのアプリケーション開発について,計画通り実施することができた.アプリケーション画面では,指関節の位置指定を容易に行うための拡大プレビュー画面表示やタップ位置を推測するための十字ライン表示等を搭載した.上記内容について,日本デザイン学会第66回研究発表大会で報告する.モーションコントローラを用いて把持姿勢を簡易に計測できるようになったため,今後は把持時に手先にかかる圧力分布を計測し,圧力情報を用いた筋活動シミュレーションを行う予定である.また,把持シミュレーションに使用したDhaiba Worksを活用し,多様な手サイズに対応した把持シミュレーションを行う方法についても検討する予定である.本年度に開発した指関節寸法計測アプリケーションを活用し,多様な手サイズに対応した把持シミュレーションを行う方法について検討する.また,把持時に手先にかかる圧力を計測し,圧力情報を用いた筋活動のシミュレーションを行い,グリップデザインシステムの構築を進める.グリップデザインシステムについては,ある程度構築した段階で,三木工業協同組合(鋸や鑿,鉋,鏝,小刀等の製造業で構成された組合)の会員企業に対して成果発表会を開催し,企業からの意見をフィードバックした改善を行う.今年度に来年度実施予定の研究を行ったため,今年度に執行予定していた委託費を来年度に使用することとなったため.今年度計画していた国際学会での研究発表を来年度に変更したため.
自然観光資源の持続的管理に資する政策手法の実証分析：間接的手法に着目して

本研究は、自然観光資源の持続的管理に資する政策手法の実証分析を行い、自然環境の保全と地域の持続的発展の両立に貢献することを目的とした。とりわけ、その実態がほとんど知られていない自主ルールの承認(沖振法に基づく保全利用協定等)やエコツアーガイドの認定(屋久島等)、入域環境税の徴収(沖縄県伊是名村等)といった間接的政策手法に着目し、フィールド調査の結果を学術論文や学会発表の形で公表した。また、研究成果を一般誌での連載や講演会、委員会などを通じて広く社会に還元することを心掛けた。本研究から「いかに政策手法が選択されるのか」という点に関心を持ち、官僚制や取引費用など新たな視点を得るにいたった。本年は沖縄振興特別措置法に定められる保全利用協定を事例として、間接的政策手法のうち、「自主ルールの承認」に着目した研究を行った。その成果として、9月に環境経済・政策学会(於京都大学)において「ソフトローで自然観光資源を守ることはできるか?-沖縄振興特措法に基づく保全利用協定を対象とした環境ガバナンスの研究」と題する口頭発表を行い、討論者や参加者から有益な助言を得ることができた。また、二年目に実施する予定であったガイド認定制の研究を前倒しして開始し、屋久島とハワイ(オアフ島)にて聞取り調査及び資料収集を行った。屋久島では、1998年以来、模索されてきたガイド認定制が紆余曲折を経て2015年に合意された。資料収集によって、その内容(認定の条件や行政と協議会の役割分担、費用負担など)について情報を得ることが出来た。また、ハワイでは、ガイド事業の認定を行っているハワイエコツーリズム協会の理事長や理事、ハワイ大学教授らを交えたワークショップを実施し、日本とハワイにおけるエコツーリズムの現状に関する情報交換を行うなど、二年目以降の調査に対する人脈形成を行うことが出来た。本研究のもう一つの目的である社会実装に関しては、「奄美・琉球」の世界遺産登録を目指している徳之島町が実施するエコツーリズム講習会の講師として講演を行なった。また、一般向け雑誌である『グリーン・パワー』に連載している「自然環境政策の最先端を探る」においてもエコツーリズムを取り上げるなど、研究で得た知を社会に還元するよう努めた。一年目の主たる目的としていた保全利用協定の調査及び学会での口頭発表を行った。また、二年目の調査対象であったガイド認定制については、前倒しして開始することができた。一方、一年目に想定していた保全利用協定に関する論文執筆には、更なるデータの取得が必要である。とりわけ、本事例が有し得る理論面に対する含意を導くためには、まとまった文献調査が求められるため、引き続き、努力する。本研究のもう一つの目的である社会実装については、委員会等で助言、提言するにとどまらず、住民に近い立場で講演を行ったり、一般向けの雑誌で事例を紹介するなど、所期の成果をあげることができた。引き続き、鋭意努力を行う。本年の成果は次の三点である。第一に、2016年6月に実施された環境法の国際会議(於リュブリャナ大学)において、日本のラムサール条約登録湿地の利用に関する自主ルールの策定過程と実施構造について発表を行った。日本では、厳格な規制と監視に基づくコマンドアンドコントロール(=直接規制)型の政策ではなく、関係行政機関を含む利害関係者が策定する緩やかな自主ルール(協定や申し合わせを含む)が、協議会等の仕組みを通じて策定され、関係者の了解(時に暗黙の了解)を得ることで、実施されていることを論じた。座長やパネリストから有益な助言を得ることができた。次に、2016年8月から2017年1月の半年に渡り、月刊誌『グリーン・パワー』に「エコツーリズム・マネジメント」と題して、研究の成果を発表した。日本における自然観光資源管理の特徴として、行政部門における資源の少なさと権限の弱さが挙げられるが、一方で、沖縄県の保全利用協定や国立公園におけるマイカー規制や利用調整地区制度、事業者による自発的なガイド認定制など、公私協働を前提とした先進的な仕組みが数多くあることを論じた。ただし、行政資源の観点から「安上がり」な制度ではあるものの、必ずしも効果的な制度とはいいがたい点を指摘した。最後に、講演会や会議を通じた社会への還元が挙げられる。2016年8月、2017年3月に徳之島町において持続的なエコツーリズムに関する講演を行った。また、2017年2月には、鹿児島県の主催する会議において、奄美大島における利用調整の在り方に対する助言を行った。本年は想定外の仕事が入ったため、当初予定していたガイド認定制に関する調査を実施することができなかった。また、保全利用協定に関する研究をジャーナルに投稿する予定であったが、遅れている。一方、実績欄に記した通り、1国際会議での発表、2月刊誌での研究成果の公表、3講演会や会議を通じた社会への還元、を行うことができた。最終年度となる2017年度は、遅れを取り戻すべく努力する。最終年度は、沖縄県伊是名村、伊平屋村で実施されている環境協力税の制定経緯と税収の推移、使途内訳に関するデータを収集した。入域者に対する課税は環境負荷を抑制するとともに環境対策費用を創出する点で「二重の配当」が期待される経済的手法の一つであるが、その制定経緯を分析した結果、合意形成や政策実施にかかる「取引費用」の多寡が、環境税導入の可否に影響することを確認した。

本調査結果は、ジャーナルへの投稿を準備中であり、H30-32年度の科研費(基盤C)を新たに得るにあたり、重要な発見となった。本研究では、自然観光資源の管理に資する間接的手法を選択する際の合意形成過程や実施構造に着目して研究を行ってきた。当初は法制度や入域者数の増減といった目に見えやすい情報やデータに着目して研究を開始したが、研究を進めるにあたって、むしろ、政策手法を選択する実質的な裁量権者である行政官のインセンティブ構造や専門性、また、地域における試行錯誤の歴史から生じているインフォーマルな制度や組織が、政策手法の選択に影響していると考えるようになった。そこで、当初の予定から多少外れるが、国立公園等の自然保護区を管理している環境省自然保護官のインセンティブ構造や専門性に関する研究を行政学の観点から推進した。その成果は日本行政学会の『年報行政研究53』(2018)に掲載された。また、自然観光資源が集中的に所在する国立公園制度を深く考察することを目的に「国立公園行政史の研究」を『國立公園』誌に五回にわたり連載した。これら基礎研究は一見、遠回りではあるが、自然観光資源の管理における政策手法の実証分析を行うにあたり、非常に有益であった。また、研究で得た成果は、『グリーン・パワー』誌の連載や各種講演会、委員会等で、社会に還元することが出来た。現在着手している論文投稿を行うことで当初の目的達成となるので引き続き努力する。本研究は、自然観光資源の持続的管理に資する政策手法の実証分析を行い、自然環境の保全と地域の持続的発展の両立に貢献することを目的とした。とりわけ、その実態がほとんど知られていない自主ルールの承認(沖振法に基づく保全利用協定等)やエコツアーガイドの認定(屋久島等)、入域環境税の徴収(沖縄県伊是名村等)といった間接的政策手法に着目し、フィールド調査の結果を学術論文や学会発表の形で公表した。また、研究成果を一般誌での連載や講演会、委員会などを通じて広く社会に還元することを心掛けた。本研究から「いかに政策手法が選択されるのか」という点に関心を持ち、官僚制や取引費用など新たな視点を得るにいたった。二年目となる本年は、当初の予定通り、ガイド認定制に着目して、更なる情報収集、データ取得を行う。とりわけ、認定に生じる費用や公私協働の構造、政府のコントロール性に関する比較分析を実施する。認定制には、政府が一元的に実施するケース(許可制)、民間が実施する認定制を政府が推奨・支援を行うケース(協調モデル)、民間が付加価値創出として実施するケース(市場モデル)があり、それぞれのケースを類型化したうえで、取引費用や実効性に関する実証的なデータを得ることが求められる。屋久島とハワイを引き続き調査対象地とし、ハワイ大学の研究者との共同研究も視野に推進する。屋久島には八月、ハワイには九月に長期滞在できるよう日程を確保している。また、一年目に研究対象とした保全利用協定(自主ルールの承認)についても、引き続き、データの取得につとめ、文献調査を強化したうえで、学会誌に投稿できるよう努める。社会実装については、引き続き、講演会や委員会、一般向けの雑誌やメディアを通じて積極的に発信する。最終年となる2017年度は、当初予定通り、経済的手法(環境税の徴収)を中心に調査を行う。
テーラ渦カオス混合の解析と血液濾過装置および動・植物細胞バイオリアクタへの可能性

【低アスペクト比Taylor渦カオス混合に対する解析】TVF (Taylor Vortex Flow)微生物培養装置の撹搾混合状態を解析した.装置対象寸法はΓ(アスペクト比)=1.0,回転Reynolds数(Re)は20000程度である.半径比η=0.375とした.固液混合相の乱流遷移状態はUVP測定装置によって計測した.この結果高Re数でも主渦はその原型を保持しており,UVPの結果でも再確認された.主渦内部は複雑で渦の分裂,融合を繰り返し,装置底部のエクストラ渦が大きく発達する様相を呈しており,微生物撹拝の実験と整合性のあるデータが取れつつある.【Taylor渦濾過装置】濾過実験ではΓ=3とし,ナイロン粒子(平均粒子径約77μm,比重1.2)を使用した.η=0.375である.回転フィルターによる圧損低減効果の大きい実験結果が得られたが,低確率で生じる流体の不安定現象に起因したケークの異常堆積についてはその原因を明らかにすることはできなかった.この現象は高速回転でも低頻度ながら発生することは事実であり,カオス混合との関連性に起因すると思われる.今後は,より計測精度を向上させて,流れと固体粒子の挙動(大きさ,濃度)を測定する必要がある.コンピュータを用いた粒子-流体挙動の解析はTVFの実験で観察される一定軌道を周回する粒子群を再現させることができた.より定量的な実験に展開し,TVF撹拌混合解析の精度をアップさせる.本解析は固気体混合(例えば高炉内粒子モデルや食品粉体・混練関連)でも基本的に応用できると考えられる.【Taylor渦型微生物バイオリアクター】スピルリナ藻体(微生物)は沈殿するReynolds数領域が狭いことが判明した.このためTVFの高速回転による藻体細胞破壊率の検証を優先させた.この結果,Re=40000程度までは細胞壁の弱いスピルリナでも殆ど細胞破壊することはなかった.現在細胞破壊率の測定に対して,吸光スペクトル法(定量測定)も含めた複数の測定法を考案中であり,確度の高い測定データの取得を目指す.【低アスペクト比Taylor渦カオス混合に対する解析】TVF (Taylor Vortex Flow)微生物培養装置の撹搾混合状態を解析した.装置対象寸法はΓ(アスペクト比)=1.0,回転Reynolds数(Re)は20000程度である.半径比η=0.375とした.固液混合相の乱流遷移状態はUVP測定装置によって計測した.この結果高Re数でも主渦はその原型を保持しており,UVPの結果でも再確認された.主渦内部は複雑で渦の分裂,融合を繰り返し,装置底部のエクストラ渦が大きく発達する様相を呈しており,微生物撹拝の実験と整合性のあるデータが取れつつある.【Taylor渦濾過装置】濾過実験ではΓ=3とし,ナイロン粒子(平均粒子径約77μm,比重1.2)を使用した.η=0.375である.回転フィルターによる圧損低減効果の大きい実験結果が得られたが,低確率で生じる流体の不安定現象に起因したケークの異常堆積についてはその原因を明らかにすることはできなかった.この現象は高速回転でも低頻度ながら発生することは事実であり,カオス混合との関連性に起因すると思われる.今後は,より計測精度を向上させて,流れと固体粒子の挙動(大きさ,濃度)を測定する必要がある.コンピュータを用いた粒子-流体挙動の解析はTVFの実験で観察される一定軌道を周回する粒子群を再現させることができた.より定量的な実験に展開し,TVF撹拌混合解析の精度をアップさせる.本解析は固気体混合(例えば高炉内粒子モデルや食品粉体・混練関連)でも基本的に応用できると考えられる.【Taylor渦型微生物バイオリアクター】スピルリナ藻体(微生物)は沈殿するReynolds数領域が狭いことが判明した.このためTVFの高速回転による藻体細胞破壊率の検証を優先させた.この結果,Re=40000程度までは細胞壁の弱いスピルリナでも殆ど細胞破壊することはなかった.現在細胞破壊率の測定に対して,吸光スペクトル法(定量測定)も含めた複数の測定法を考案中であり,確度の高い測定データの取得を目指す.【低アスペクト比Taylor渦カオス混合に対する解析】アスペクト比(Γ)の低い場合では,上下境界端近傍に存在する境界層(Ekman境界層)の影響を受けて多様な渦モードが発生する.今回は,微生物培養装置への適用を目的に,Γ=1.0として,回転Reynolds数を20,000程度まで上昇させ,固液混合相の乱流遷移をUVP測定装置によって計測する実験を試みた.この結果,主渦内部ではカスケード的な渦の分裂,融合を繰り返し,回転Reynolds数とともにより高周波化するが,主モードにおけるTaylor渦の原型はあまり変わらず,上下対象渦の一方が押しつぶされてExtra渦になる巨視的な現象は,低Reynolds数からの繰り返しパターンとして観察された.【Taylor渦濾過装置】濾過実験ではΓ=3とし,ナイロン粒子(平均粒子径約77μm,比重1.2)を使用した.これより,内円筒の回転速度(Reynolds数)が増加するにしたがって,槽内の濃度をあまり低下させることなく,すなわち内円筒フィルターに付着する粒子量を少なくさせ,圧損をあまり高めることなく濾過ができることが確認された.

これらの結果から,回転フィルターによる圧損低減効果は大きいと言える.しかし,目下この現象は安定ではないことが判明した.すなわち,カオス混合との関連性があるためか,約5%の頻度で回転速度がかなり速いにも関わらず,内円筒フィルターに堆積する粒子量が異常に多くなる場合が観察された.Taylor渦中に置かれた粒子群は時間経過とともに外周のある定位置軌道に集まる現象が数値解析などの結果によって指摘されている.この現象が顕著に生じているところに,カオス混合の影響が出ると,不安定濾過になる可能性があると予想される.今回外周のある定軌道を周回する粒子群が存在することを実験的に確認することができた.これがカオス混合とどのように関連付けられるのか,今後の課題である.ただし,現在の計測実験では精査することが難しく,パルサーレシーバーあるいは超音波ドップラ流速計,レーザ流速計等による,より高度な計測が必要になるものと思われる.現在,グラニュラーフィルターや,高炉モデル等,可視化計測用の実験装置が比較的簡単にできる固気系モデルで計測実験を実施している.【低アスペクト比Taylor渦カオス混合に対する解析】2005年度に引き続き,TVF (Taylor Vortex Flow)微生物培養装置の撹拌混合状態を解析した.装置対象寸法はΓ(アスペクト比)=1.0,回転Reynolds数(Re)は20,000程度である.また半径比η=0.375とした.固液混合相の乱流遷移状態はUVP測定装置によって計測した.この結果,Re=20000でも主渦は1個でその原型は平均流速として再確認された.主渦の内部は複雑で渦の分裂,融合を繰り返した.高Reynolds数においては,装置底部のエクストラ渦が大きく発達する様相を呈しており,微生物撹拌の実験と整合性のあるデータが取れつつある.濾過実験ではΓ=3とし,ナイロン粒子(平均粒子径約77μm,比重1.2)を使用した.η=0.375である.前年度と同様,回転フィルターによる圧損低減効果の大きい実験結果が得られたが,低確率で生じる流体の不安定現象に起因したケークの異常堆積については,その原因を明確にすることはできなかった.この現象は高速回転にしても低頻度ながら発生することは事実であり,やはりカオス混合との関連性があると思われる.今後は,より計測精度を向上させて,流れと固体粒子の挙動(大きさ,濃度)を測定する必要があると思われる.コンピュータを用いた粒子-流体挙動の解析はTVFの実験で観察されるリミットサイクル(粒子群がある一定の軌道に集まってくる現象)を再現させることができた.今後は粒子の大きさや質量によるより定量的な実験に展開し,TVF撹拌混合解析の精度をアップさせる.本解析は固気体混合(例えば高炉内粒子モデルや食品粉体・混練関連)でも基本的に応用できると考えられる.【Taylor渦型微生物バイオリアクター】スピルリナ藻体(微生物)は沈殿するReynolds数領域が狭いことが判明した.このためTVFの高速回転による藻体細胞破壊率の検証を優先させた.この結果,Re=40000程度までは細胞壁の弱いスピルリナでも殆ど細胞破壊することはなかった.現在細胞破壊率の測定に対して,吸光スペクトル法(定量測定)も含めた複数の測定法を考案中であり,確度の高い測定データの取得を目指す.
マウスモデルを用いた大腸がん転移の分子機序解明と予防・治療標的の同定

1HNRNPLLの下流標的分子および発現制御機構の解明HNRNPLLのスプライシング標的遺伝子CTNND1 (p120 cateninをコード)についてヒト大腸がん細胞株を用いて検討し、HNRNPLLがエクソン20(エクソンB)のinclusionを促進することを見出した。エクソン20は核外移行シグナル配列(NES)を内包し、エクソン20を含むアイソフォーム3ABの一部が核に局在する一方、エクソン20を含まないアイソフォーム3Aは核に局在しないことを確認した。また、大腸がん臨床検体の浸潤先端においてp120 cateninが核に局在するがん細胞が一部存在することを見出した。一方、HNRNPLLの転写調節機構については、関与する転写因子の候補を7つ同定した。shRNAまたはsiRNAによるノックダウン効率が不十分であったため、CRISPR-Cas9システムを用いてノックアウト細胞を作成中である。2新規大腸がん自然転移モデルを用いたマルチオミクス解析による転移機構の解明大腸がん自然転移モデルであるvillin-CreERT2;Ctnnb+/loxEX3;Kras+/LSLG12D;Trp53lox/lox;Smad4lox/lox複合変異マウス(VCKPSマウス)の原発巣と肝転移巣、および周辺の腸管正常部と肝臓正常部を用いて、比較定量プロテオーム解析とサイトカインアレイ解析を実施し、大腸がん原発巣と転移巣で発現が上昇しているタンパクを複数同定した。特にプロテオーム解析で同定したFHL2やHMGA2は、その発現が大腸がん患者の予後や転移と相関することが既に報告されており、臨床検体を用いた解析によりこれらの発現が肝転移巣で上昇していることを確認できた。この結果は我々の大腸がん自然転移モデルの臨床的妥当性を担保するものであり、引き続き同定したタンパクの転移における役割を検証する。HNRNPLLの下流標的因子について、CTNND1のエクソン20の有無がp120 cateninの細胞内局在に影響を与えることを見出した。HNRNPLLの発現調節因子については、7つの候補分子を得てそれらの役割を検証中である。shRNAまたはsiRNAによるノックダウン効率が不十分だったことは予定外であったが、CRISPR-Cas9システムを用いてノックアウト細胞を作成中である。大腸がん自然転移モデルの解析について、大腸がん臨床検体を用いた解析でその発現が原発巣と比較して肝転移巣で上昇していることを確認できた。p120 cateninの核内での機能と核移行機序を調べるため、質量分析によるp120 catenin結合タンパクの同定を試みる。HNRNPLLの発現調節因子については、CRISPR-Cas9システムを用いてノックアウト細胞を作成するとともに、レポーター遺伝子アッセイ、qRT-PCRなどによりHNRNPLLの転写調節への関与を検証する。また、Hnrnpllのコンディショナルノックアウトマウスについても、ベクターが完成したので作出を推進する。大腸がん自然転移モデルを用いた解析については、発現変化を確認した転移制御分子候補の役割解明をさらに進める。具体的には、大腸がん細胞株や大腸がんモデルマウスに由来するオルガノイドを用いたノックダウン・強制発現実験、レーザーマイクロダイセクション・免疫染色を用いた発現細胞の同定などを行う。また、翻訳後修飾が変化する因子についても、その同定と機能解析を推進する。

大腸がん自然転移モデルの解析について、大腸がん臨床検体を用いた解析でその発現が原発巣と比較して肝転移巣で上昇していることを確認できた。p120 cateninの核内での機能と核移行機序を調べるため、質量分析によるp120 catenin結合タンパクの同定を試みる。HNRNPLLの発現調節因子については、CRISPR-Cas9システムを用いてノックアウト細胞を作成するとともに、レポーター遺伝子アッセイ、qRT-PCRなどによりHNRNPLLの転写調節への関与を検証する。また、Hnrnpllのコンディショナルノックアウトマウスについても、ベクターが完成したので作出を推進する。大腸がん自然転移モデルを用いた解析については、発現変化を確認した転移制御分子候補の役割解明をさらに進める。具体的には、大腸がん細胞株や大腸がんモデルマウスに由来するオルガノイドを用いたノックダウン・強制発現実験、レーザーマイクロダイセクション・免疫染色を用いた発現細胞の同定などを行う。また、翻訳後修飾が変化する因子についても、その同定と機能解析を推進する。
共生ウイルスとテラトサイトが作る寄主環境の調節機構の解析

寄主は、体内に侵入した寄生バチの卵などの異物に対して細胞性免疫応答により排除しようとする。寄主体内でハチが発育するには、寄主の免疫応答を逃れる必要がある。つまり、卵とともに寄主に注入される共生ウイルス(PDV)と毒液(V)および卵が孵化し幼虫になる時にテラトサイトと呼ばれる細胞が、寄主の細胞性免疫の制御およびハチ幼虫の養分を寄主を傷つけずに手に入れる働きを持つことがわかってきている。本研究では、2種類のハチを同時に寄生させたり、片方を寄生させ、もう一方のPDVとVを人工的に注入することでハチの発育への影響を明らかにした。また天敵としての利用の際に起こる多重寄生の不都合な点についても示した。つまり、卵とともに寄主に注入される共生ウイルス(PDV)やウイルス様タンパク質(VLP)と毒液(V)および卵が孵化し幼虫になる時にテラトサイトと呼ばれる細胞が、寄主の細胞性免疫の制御およびハチ幼虫の養分を寄主を傷つけずに手に入れる働きを持つことがわかってきている。本研究では、2種類のハチを同時に寄生させたり、片方を寄生させ、もう一方のPDVとVを人工的に注入することでどのようにハチの発育が影響を受けるかを明らかにした。また圃場で天敵としてうまく利用する場合に起こる多重寄生についての不都合な点についても示した。Coteia ruficrus(Cr)が寄主の5令に産卵した場合、非常に低い寄生成功率10%前後であるのに対し、カリヤコマユバチCotesia kariyai(Ck)のPDV+Vを同時に注入することで、寄生成功率が70%近くまで上昇することがわかった。これはCrが5令寄主に寄生できないのは、寄主の生体防御反応を制御出来ないことが原因であることがわかった。またMeteorus pulchricornisの持つVLP(virus like particle)は毒性が高く、他の寄生蜂が寄生しても最終的にはMpが寄主から脱出してくる。このハチは同種寄生でも一匹しか生き残らないことから生理的ストレスが存在することを明らかにしたが、そのストレスタンパクの精製には至らなかった。特にMpの寄生後4,5日目のテラトサイトからは、VLPにコードされている細胞性免疫応答を抑制するMp17およびtrypsin様タンパク質の生産により、テラトサイトによる寄主脂肪体の局所的分解がカリヤコマユバチの場合と同様に行われていることを証明した。内部寄生蜂2種を同じ寄主に同時あるいは違った時期に寄生させることで寄生バチの幼虫期における種間競争を明らかにするために、Cotesia kariyai(Ck)、Cotesia ruficrus(Cr), Meteorus plucricornis(Mp)の3種寄生バチを使ってそれぞれの組み合わせでどれが脱出してくるかを検討、さらに解剖することで幼虫同士が大あごでかみ合うphysical combatを確認した。多寄生バチは、大あごの発達が貧弱なために相手に攻撃をしない事を予測していたがCkはかなり攻撃的でCrはほとんど脱出してこなかった。ただ同時寄生の場合は、お互いに寄主資源をshareすることが出来るようであった。またMpは、大きなあごを幼虫期に持っていることから同時に多寄生が寄生した場合は、ほとんどMpが脱出してきた。このあたりの結果を踏まえたReviewをAnnual Review of Entomologyに投稿し受理された(Ann Rev. Entomol.58, 333-352, 2013)。今回でphysical combatは明らかになった事から、さらに生理的stressを作ることで相手の発生を抑制する機構を解明するためにそれぞれの蜂のポリドナウイルスとテラトサイトを相互に入れ替えることでそれぞれの要因の制御機構を明らかにしている。ただ今回、寄主がウイルスに感染してコロニーが大打撃を受け現在立て直し中である。注した寄主がほとんど死亡してしまう事態なので生理的ストレスの解明は進んでいない。寄生蜂間の物理的排除に関しては、ほぼ確定が出来たが、Cotesia kariyai(Ck)またはCotesia ruficrus(Cr)のポリドナウイルス(PDV)あるはMeteorus pulchricornis (Mp)のvirus like particle (VLP)が作る生理的ストレスの解析はタンパクレベルで行っているところ。当初の予定ではCkあるいはCrが寄生している寄主にMpのVLPを注入することで脂肪体や血球で発現しているPDVの違いを調べるところだったが、C. ruficrusが現在絶滅してしまったので、九州に採集に行ってコロニーの立て直しから行う。今後は生理的ストレスの解析を行う。

主に計画としては寄生バチ3種の幼虫とテラトサイトやPDVまたはVLPを相互入れ替えして制御している主要因を明らかにしていく。特に寄生出来ない終齢でもC. kariyai(Ck)のPDVでの制御により寄生成功率がかなり上昇する事を見つけたが、その原因を明らかにし、Ckがなぜ他の蜂に比べて終齢まで寄生できるようになったかの原因遺伝子までを特定する。最初の予測ではMpのVLPが他の寄生バチの発育を抑制すると思っていたが、Ckに対してはほとんど抑制効果がない事がわかったので、Mp-VLPの抑制効果を見るためにはCrのコロニー復活が必須である。寄主の5令や6令に寄生可能する原因となっていいるCkがもつ寄主制御要因を明らかにし、その寄主環境を作るPDVの遺伝子を明らかする予定なので、タンパク分析のための試薬やクローニング、RNA抽出、プライマー作成など消耗品を多く購入する