hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
木材細胞壁模倣多糖類マトリックス中でのリグニンの形成とその構造決定因子の解明

この結果より、グルコマンナンにはキシランのようなモノリグノールを多糖類マトリックスに誘導する機能に乏しいことが示唆された。極微量生成した重合物の分析を現在試みている。また、本年度も本課題で購入した光散乱検出器を用いて、b-O-4結合のみからなるリグニン高分子モデルの溶液物性を解析した。alpha位がカルボニルの合成中間体は、ポリスチレンと同様の溶液挙動を示したが、その還元体で目的とする高分子モデルは、ポリスチレンと同じ流体力学半径でも高分子量を示すようになり、分子がコンパクトな構造になることが示唆された。この結果は、リグニンが溶液中でコンパクトな構造を取っているという、1960年代の研究を支持するものと考える。今後は、コンパクトな構造を示す原因を解明し、木材から単離したリグニンの構造に反映するよう、NMRなどで分析を進める。最後に、昨年度モノリグノールの多糖類マトリックス中における分布を観察するのに有用であった同位体顕微鏡を用いて、実際の樹木中での外部から投与した重水素化モノリグノールの移動を観察した。その結果、形成層付近とリグニンが堆積する古い細胞の壁孔縁で観察されるという、これまで報告されていない現象が示された。当初予定していた、ヘミセルロースがリグニンの形成に及ぼす効果が、本年度グルコマンナンを用いることで、キシランとの違いが明確になり、第1の目的がほぼ達成された状況である。さらに、リグニンモデル高分子を用いた溶液構造の解析より、リグニンの構造と溶液中での簿王純度との関係も解明されつつあり、現状況を維持しつつ来年度の研究が進行すれば、申請時の目的が達成できると考えられるためである。昨年度の研究から、未精製グルコマンナン(GM)が存在する多糖類マトリックス中では、脱水素重合物(DHP)の形成量がキシランが存在する時より、少ないことが示された。この理由を解明するために、2つの実験を行った。一つは、GMに混在していたキシランによってDHPが生成したという仮定に基づき、キシランが混在しないGMを再調製し、DHPの形成を行った。その結果、DHPの形成量はさらに減少し、GMがDHP形成の阻害剤として機能することが明示された。この理由がGMまたはキシランとリグニン重合酵素であるHRPとの相互作用に因ると仮定して、その相互作用を解析した。結果として、キシランはHRPと相互作用するが、GMは相互作用しないとの示唆を得た。未精製GMを含有する多糖類マトリックス中に形成したDHPの構造を、免疫蛍光標識法により観測した。その結果、8-5'、8-8'と8-O-4'の単位間結合がDHPに存在することが明確になった。これまでのリグニン分析法では、多糖類に強固に結合したリグニンの構造解析は不可能であったが、本研究の複数の抗体を用いる標識法で、可視化が可能となった。最後に、DHPの分子量を光散乱検出器を備えたサイズ排除クロマトグラフ(SEC)を用いて測定することにしたが、先ず、リグニンの構造と分子量との関係を明らかにするために、8-O-4'結合のみから成るリグニン高分子モデルを用いて、分子量測定を行った。その結果、分子量とSECの保持時間との関係において、このモデル化合物は、標品となるポリスチレン(PS)に近い挙動を示した。
半永久電気分極処理生体骨を用いた骨折および骨欠損治療の開発

先行研究にて、われわれは無機結晶成分の電気的特性に着目し、人工骨生体材料の電気分極技術を開発し、電気分極処理人工骨の生体内での骨形成能促進を報告してきた。また、高温処理のため技術上困難であった生体骨に対する電気分極処理についても、常温環境下での手法を確立し、生体骨の電気的特性を担う成分について報告してきた。本研究では、電気分極処理した生体骨の動物モデルへの同種骨移植実験を行い、生体内での骨形成への影響を明らかにすることを目的としている。2018年度では、創外固定器を用いた小動物の大腿骨全周性欠損モデルを作製から開始した。当教室で既に作製ノウハウのあるマウス左大腿骨欠損モデルで実験を開始したが、移植骨の大きさや形状の問題から分極処理が困難であり、また、移植実験を行う際の創外固定器の固定力不足といった問題があった。先行論文を参考にして動物種をラットに変更することとし、ラット用創外固定器を設計図から低コストで再作製した。創外固定器を用いて、12週齢雄性のSDラット左大腿骨全周性骨欠損モデルを確立した。ラットの大腿骨骨幹部から4mmの移植骨を採取し、採取した移植骨に常温短時間での電気分極処理を行い、骨の荷電を熱刺激脱分極後蓄積電荷量測定で確認した。電気分極処理した移植骨を先述のラット左大腿骨全周性骨欠損モデルに移植し、術後3週時点で単純X線像、μCT、組織標本検査で骨形成や転位の大きさを確認した。生体骨の荷電では、骨内の無機成分において特に大きな荷電を認めた。単純X線像では早期の仮骨形成を、μCTでは移植骨片の転位抑制傾向を示した。また、組織像においても骨形成が促進される傾向を認めた。当初予定していたマウスモデルでは分極処理および移植時の骨片の固定性といった問題点ががあり、実験続行は不可能であると判断した。代替案として、ラットの使用を計画し、ラットからの移植骨採取、移植骨への電気分極処理およびその荷電の確認を施行することができた。また、実験モデルとしてもSDラット左大腿骨全周性骨欠損モデルを開発し、当初の予定の範囲内で同種骨移植実験を施行することができた。術後評価についても、単純X線像では分極処理骨移植群で仮骨形成が早期になり、組織像ではVillanueva Goldner染色にて分極処理骨移植群で骨形成が促進される傾向にあることを確認した。今後は同実験モデルでの長期観察群においても、単純X線像、μCT像、組織学的検査を施行し、3週観察群との比較にて移植早期と後期での組織学的所見の変化についても考察し、報告していく予定である。観察予定としては6週、8週、12週などを予定しているが、長期の創外固定ピン留置にともなう感染や個体の局所安静遵守不可能による移植骨の転位への影響についても検討を重ねていく必要があると考える。また、次年度は3週・6週観察群ともにN数を増やして、データ解析を継続する予定である。

術後評価についても、単純X線像では分極処理骨移植群で仮骨形成が早期になり、組織像ではVillanueva Goldner染色にて分極処理骨移植群で骨形成が促進される傾向にあることを確認した。今後は同実験モデルでの長期観察群においても、単純X線像、μCT像、組織学的検査を施行し、3週観察群との比較にて移植早期と後期での組織学的所見の変化についても考察し、報告していく予定である。観察予定としては6週、8週、12週などを予定しているが、長期の創外固定ピン留置にともなう感染や個体の局所安静遵守不可能による移植骨の転位への影響についても検討を重ねていく必要があると考える。また、次年度は3週・6週観察群ともにN数を増やして、データ解析を継続する予定である。今年度当初、マウス大腿骨全周性骨欠損モデルによる実験を予定していたが、移植骨片の固定性不良および分極処理時の破損率の高さから、余儀なく動物種を変更することとした。ラット大腿骨全周性骨欠損モデルへの変更にあたり、創外固定器の新規作成コストやランニングコスト(創外固定ピンの購入、創外固定器のメンテナンス)、および動物そのものの購入額が増加したたため、前倒し申請を行った。その後、関連施設でのμCT施行が可能となったため外注検査費用のコストカットがk能となり、前倒し申請当初の予定より使用額が減少し、次年度使用額が生じた。次年度使用額は次年度経費とあわせて、主に追加実験用のラット購入に充てる予定である。
大洋での海山崩壊に伴う岩屑なだれの流動・堆積機構-鈴鹿山脈美濃帯ペルム系の研究-

美濃帯南部に広がるペルム海山の山体崩壊に伴う岩屑流堆積物の流動・移動機構の解明を目的として、岩屑流堆積物の広がり、地域ごとの産状の違い、玄武岩の化学組成の違いについて調査を行った。岩屑流堆積物の広がりは、当初、鈴鹿山脈北部に限られると考えられていたが、広範囲に地表踏査を行った結果、鈴鹿山脈の東側に多数のクリッペが認められ養老山地まで追跡されることが分かった。これにより、岩屑流堆積物は、東西約30km、南北約60km広がっていることが判明した。これから推測される崩壊した海山の高さは、海底から約6000m程度であったことが推測される。岩屑流堆積物の産状は、海洋性岩石の様々なブロックが、基本的には、地域差、大きさに関わりなく基質に支持された構造を持っている特徴を普遍的に示す。ただ、岩屑流堆積物内の流山のブロックの大きさ、密度は、南から北に行くほど大きくなっている。特に、最北部では、kmサイズの石灰岩ブロックが集合して一つの流山を形成している場合が多く、その場合、流山内のkmサイズのブロツク同士がスタイロライト面で接しているのが観察される。また、流山を指示している、火山砕屑粒子も北部より南部が細流になる傾向がある。これらの事から、岩屑流は北部で発生し、南方に広がっていったことが考えられる。これらの事から、陸上の岩屑流と類似のメカニズムで、水中でも岩屑流が流動・移動していったものと思われる。玄武岩類の化学分析は、メジャー・マイナーエレメント伴に、XRFを用い十数カ所で行った。その結果、すべてホットスポット起源であることが判明した。本研究計画に沿って2年間の調査を行い、ほぼ本研究の目的を達した。他に課題としていた岩屑流の堆積場は、研究期限後半に、証明できると思われる露頭を発見したが、降雪期に入り細かな野外調査が出来ず、結論が出なかった。美濃帯南部の鈴鹿山脈地域には,玄武岩海山,その頂部・斜面の石灰岩,海山周辺の海洋底のチャートを起源とするブロックと,玄武岩火山砕屑物の基質からなる岩屑なだれの堆積物が広く分布している.この岩屑なだれは,ペルム紀に大洋領域で起こった海山の山体崩壊に伴い発生したと考えられている.本研究の目的は,海山崩壊に伴う岩屑なだれの流動・堆積機構を,その変形・堆積構造に基づき,解明することにある.本年度の当初計画に従って以下の成果を上げた.1.研究地域北部の霊仙山から,御池岳,藤原岳,龍ヶ岳の約35kmの長さに及ぶ鈴鹿山脈脊梁部分とその周辺部分を,野外踏査した.その結果,多賀市東方の鞍掛峠付近において.泥質チャート上位にあるほぼ平行であるが不規則な境界面で,玄武岩と石灰岩の岩屑なだれ堆積物が累重していることが確認された.但し,露頭が横幅50m,高さ30mあり,境界部分が高さ約15m程度のところにあり,積雪期に向かうために,精密な観察が出来なかった.計画としては,来年春に境界部分の再調査を行う予定である.2.明らかに上位に石灰岩が累重する玄武岩の化学分析を,九州大学大学院比較社会文化研究科のXRFでおこなった.玄武岩から石灰岩への整合の認定は,境界部分の岩相に他の岩相の粒子が混じり合っていること,その量が境界に向かって多くなっていること,境界部では2つの岩相が細互層していることした.これらに該当する整合部分は,調査地域の十数カ所の露頭において認定でき,その内2つの露頭の玄武岩については,ホットスポット起源であるという結果が得られた.3.美濃帯との比較研究のために,九州中央部に分布する秩父最南部の三宝山帯の調査を行った.三宝山帯においても,鈴鹿山脈と同様に玄武岩砕屑岩基質中に石灰岩が混じっている混在岩相が確認できた.美濃帯南部に広がるペルム海山の山体崩壊に伴う岩屑流堆積物の流動・移動機構の解明を目的として、岩屑流堆積物の広がり、地域ごとの産状の違い、玄武岩の化学組成の違いについて調査を行った。

玄武岩類の化学分析は、メジャー・マイナーエレメント伴に、XRFを用い十数カ所で行った。その結果、すべてホットスポット起源であることが判明した。本研究計画に沿って2年間の調査を行い、ほぼ本研究の目的を達した。他に課題としていた岩屑流の堆積場は、研究期限後半に、証明できると思われる露頭を発見したが、降雪期に入り細かな野外調査が出来ず、結論が出なかった。
日本の森林植生帯の分布構造の検証と気候変動への脆弱性評価

日本の森林植生は,亜高山帯常緑針葉樹林,冷温帯落葉広葉樹林,中間温帯林,モミ・ツガ林,常緑広葉樹林,亜熱帯林に区分され,各植生帯の境界は温量指数(暖かさ・寒さの指数)に良く対応することが明らかにされている。しかし,日本の森林植生帯研究では,モミ・ツガ林の気候的な位置づけが明確にされておらず,また各植生帯の分布と気候条件の関係について,統計解析などによる客観的な評価も行われていない。本研究の目的は,高解像度の植生図と最新の分布予測モデルをもとに,日本の森林植生帯の分布構造の検証を行うことである。解析データには,環境省の自然環境基礎調査(第67回)の四国地方の1/25,000植生図を使用した。凡例をもとに,6つの自然植生(常緑広葉樹林,暖温帯針葉樹林,冷温帯針葉樹林,落葉広葉樹林,亜高山帯広葉樹林,亜高山帯針葉樹林)を抽出し,3次メッシュごとの分布データを作成した。植生図とデジタル標高モデル,メッシュ気候値(暖かさの指数,最寒月の月最低気温の平均値,夏期降水量,冬期降水量)を重ね合わせ,多項ロジットモデル(ソフトマックス回帰)により,植生分布モデルを構築した。解析の結果,暖かさの指数と最寒月の月最低気温の平均値のレンジの組み合わせでは,暖温帯・冷温帯針葉樹林の分布確率は常緑広葉樹林や冷温体落葉広葉樹林の分布確率よりも小さかった。しかし,夏期降水量が多い地域では,暖温帯・冷温帯針葉樹林の分布確率が上昇することが明らかとなった。検証データによる正答率は62.55%で,地形要素を加えても精度はそれほど改善されなかった。このことから,森林植生帯の広域分布は,大部分が気候要因で説明されるものの,局所的な要因(例えば,複雑な山岳地形)も影響している可能性が示唆された。以上のことから,暖温帯・冷温帯針葉樹林は,太平洋沿岸の降水量の多い地域に位置づけられる植生帯であることが明らかとなった。申請書の研究計画の予定通り,1年目の計画はすべて実行し,高解像度植生図をもとにした植生分布予測モデルが得られた。植生図が整備されていない地域についても,植生図の解析を進めた。植生分布予測モデルの結果として,植生学会・日本生態学会にて発表した。現在,植生分布予測モデルの結果について執筆作業を進めている。本年度は,植物分布データベースをもとに植物群落分布予測モデルを構築する。以上の結果と植生分布予測モデルの結果を比較する。また,本年度中に前年度の結果を投稿する。アルバイト雇用の開始時期が遅れたため,次年度使用額が生じた。本年度は,4月より継続して雇用を実施しているので,予定通り使用する計画である。
堆肥発酵熱発生メカニズム解明のための生物化学的アプローチ

本年度は,昨年度検討した堆肥内部の発酵状態推定モデル作成に必要な,堆肥による空気加温を一種の熱交換過程とみなした堆肥と空気間の伝熱係数の検討をおこなった。通常の熱交換過程における伝熱係数は,伝熱面積当たりで算出するが,堆肥原料においては原料内部の伝熱面積の算出が難しいことから,堆肥原料容積に,空隙率(Free Air Space; FAS)を乗じた伝熱体積を母数として伝熱係数を求めた。430Lの吸引通気式堆肥化装置で乳牛ふんとオガクズの混合物を堆肥化した条件において発生熱量,空気授受熱量,堆肥授受熱量を求めて,堆肥-空気間の伝熱係数を算出した結果,堆肥化過程を通して伝熱係数が一定ではなく,発生した熱量が原料加温に用いられなくなると高くなることが明らかになった。また,堆肥原料を通過して加温された空気の温度と伝熱係数の相関は有意(p<0.01)な二次関数で示されることが明らかになった。このとき,堆肥原料温度が60°C,排気温度が40°C程度で安定し,堆肥化による原料温度変化が小さい時期(定常状態)における伝熱係数は,2030kJ/(m3 K)程度であった。昨年度までの検討では,発酵停滞状態の再現を目指した堆肥化装置の試作と,発酵熱の利用による発酵停滞状態の解消法を検討していた。上記の試験において堆肥化初期において有機物の分解による熱発生よりも通気による原料加温が示唆された。そのため,現有の堆肥化装置に入気を加温する構造を付与する構造として,さらにモデル作成の検討を重ねることとした。本年度は,既有の実験室規模堆肥化装置(10L)を用いて,土壌用酸化還元電位(ORP)計により堆肥原料の酸化還元電位を直接測定できる測定系を構築した。土壌用酸化還元電位のセンサ部をスポンジ様資材で覆うなどの条件を検討した結果,センサを直接原料に埋設することによって測定可能であることが明らかになった。また,これにより,乳牛ふんを用いた一般的な堆肥化条件において,既往の研究で知られている37°Cと55°Cの微生物活性が高まる温度域において,酸化還元電位が急上昇することが確認された。また,堆肥化過程における熱発生速度を用いた既往の研究,4050°Cの温度域で熱発生が停滞することが示されているが,本酸化還元電位測定手法では,当該温度域においても酸化還元電位の急上昇はみられないものの,37°Cと同水準の酸化状態が観察された。一方,堆肥原料温度が65°Cのピークに達するとほぼ同時に,酸化還元電位もピークに達し,その後,温度及び酸化還元電位が低下した。つまり,65°Cを超過すると活性が低下し,酸化状態が停滞もしくは緩和されることが明らかになった。一方,通気開始直後,温度上昇が始まるまでに一時的な還元状態が観察され,局時的な嫌気条件になっている可能性が示唆された。また,微生物活性測定装置を用いて,堆肥由来微生物の測定条件を検討した結果,家畜ふんから作製した抽出培地に,堆肥化過程の原料から採取した微生物を接種することにより測定することとし,その調整方法を検討した。今年度は,当初計画通り土壌用ORP計を用いた堆肥化過程における原料の酸化還元電位の推移を直接測定できる測定系を構築した。それに加えて,次年度に先駆け,特定条件において,既往の研究で知られている微生物活性の高まる温度域での酸化還元電位の変化を明らかにした。また,堆肥由来微生物による有機物の分解に関して,測定条件を明らかにしたものの,微生物によるふん尿分解に伴う熱発生の解明にはまだ至っていない。以上より,全体を総括して,「(2)おおむね順調に進展している。」と評価した。本年度は,昨年度構築した土壌葉酸か還元電位(ORP)計による堆肥化過程の電位測定を試みた。しかし,センサ本体やセンサ内部の電解液が堆肥化による温度上昇によって不具合が起こることが明らかとなり,センサの埋設法や保護方法について検討が必要であることが判明した。また,本年度から,連続式堆肥化施設で起こる新規の原料投入による短時間の発酵停滞状態を故意に再現するための堆肥化装置の選定をおこなった。今年度市販2装置について調査をおこなったが,排気状態のモニタリングや密閉程度などが条件に合わなかったため,装置の試作も視野に入れつつ,引き続き市販装置の選定をおこない,市販装置での発酵停滞状態の再現を目指し,その改善方法の検討をおこなう予定である。これに加えて,密閉型堆肥化装置など,堆肥化促進のために供給された空気が堆肥原料により加温され,外気で希釈されず排気として系外に排出される条件において,堆肥により加温される工程を一種の熱交換過程とみなして,堆肥内部の発酵状態を推定するモデルを検討した。具体的には,堆肥の初期条件及び入気の状態及び排気の状態から,堆肥化過程におけるリアルタイムの原料温度等を推定する手法である。このモデル作成のためには,堆肥と空気間の伝熱係数の算定が必要であることが明らかになった。堆肥原料の酸化還元電位については,使用電極の問題点を抽出できた。また,連続式堆肥化装置については,市販装置の選定が完了していないが,平行して,堆肥による原料加温と熱の排出過程の熱交換モデルの検討を始めており,新たな知見の蓄積や,連続式堆肥化装置での解析を効率化できる可能性がある。以上より,全体を総括して,「(2)概ね順調に進展している。」と評価した。

本年度は,昨年度検討した堆肥内部の発酵状態推定モデル作成に必要な,堆肥による空気加温を一種の熱交換過程とみなした堆肥と空気間の伝熱係数の検討をおこなった。通常の熱交換過程における伝熱係数は,伝熱面積当たりで算出するが,堆肥原料においては原料内部の伝熱面積の算出が難しいことから,堆肥原料容積に,空隙率(Free Air Space; FAS)を乗じた伝熱体積を母数として伝熱係数を求めた。430Lの吸引通気式堆肥化装置で乳牛ふんとオガクズの混合物を堆肥化した条件において発生熱量,空気授受熱量,堆肥授受熱量を求めて,堆肥-空気間の伝熱係数を算出した結果,堆肥化過程を通して伝熱係数が一定ではなく,発生した熱量が原料加温に用いられなくなると高くなることが明らかになった。また,堆肥原料を通過して加温された空気の温度と伝熱係数の相関は有意(p<0.01)な二次関数で示されることが明らかになった。このとき,堆肥原料温度が60°C,排気温度が40°C程度で安定し,堆肥化による原料温度変化が小さい時期(定常状態)における伝熱係数は,2030kJ/(m3 K)程度であった。昨年度までの検討では,発酵停滞状態の再現を目指した堆肥化装置の試作と,発酵熱の利用による発酵停滞状態の解消法を検討していた。上記の試験において堆肥化初期において有機物の分解による熱発生よりも通気による原料加温が示唆された。そのため,現有の堆肥化装置に入気を加温する構造を付与する構造として,さらにモデル作成の検討を重ねることとした。次年度は当初計画通り,異なる堆肥化条件における堆肥化過程における原料の酸化還元電位を測定するとともに,発生するガスや熱も継時的に測定することで,堆肥原料の酸化還元状態が堆肥発酵熱の発生に及ぼす影響を明らかにする。次年度は,堆肥原料の酸化還元電位の保護や埋設法を検討し,堆肥化初期過程の酸化還元電位を測定するとともに,連続式堆肥化装置での原料投入による原料温度の停滞の再現とその緩和について検討する。また,堆肥原料の総括伝熱係数の測定により,熱交換モデルの構築を目指す。当初予算には,微生物活性測定装置のレンタルを予定していたが,申請後所内予算により購入できたため,レンタル費用(300千円)および測定用器具の一部(150千円)を科研費により手当てせずに良くなったため,必要経費が未使用となった。(理由)本年度,新規の堆肥原料投入による堆肥原料温度の低下を再現するため,市販の連続式堆肥化装置の購入を予定していた。しかし,市販堆肥化装置2機種について調査したところ装置の密閉程度など試験を実施するための条件を満たさなかった。そのため,市販装置の購入を翌年度に繰り越したため,装置の購入費用(800千円)が未使用となった。装置試作を視野に入れて,試作部品を一部購入したが(約400千円),装置購入費用が未使用となった。(使用計画)次年度は,引き続き市販装置の選定を進め,条件を満たすものの購入費用として使用する。微生物のふん中有機物分解による発熱特性については,まだ明らかになっていない部分があるため,追加の試験研究費として使用する他,連続式堆肥化装置の購入補助として使用する。
超（亜）臨界流体技術を用いた油脂からのバイオ軽油創製の試み

油脂の加水分解と水素添加を同時に行う目的で、Pd/C触媒及び水素存在下の亜臨界水中(270°C/5MPa)で油脂を処理し、高収率で飽和脂肪酸が得られることを示した。次に、得られた飽和脂肪酸をPd/C及び水素存在下で脱炭酸反応(300°C/1MPa)させ、高収率で飽和炭化水素が得られることを示した。得られた炭化水素の炭素数分布は油脂の脂肪酸組成に対応しており、各種油脂原料を組み合わせることでバイオ軽油としての炭化水素の炭素数分布を制御できることが明らかになった。水素雰囲気下、無触媒亜臨界水処理(270°C、11.5MPa、油脂:水=体積比1:1)にて1時間ナタネ油を加水分解し、約90 wt%の脂肪酸が得られたが、水素添加は進行しなかった。一方、Pd/C触媒(油脂に対し5wt%)を用いた場合、加水分解反応は40分で平衡に達し、10分以内に不飽和脂肪酸への水素添加が完了した。その結果、飽和脂肪酸のステアリン酸とパルミチン酸(モル比;94.1:5.9、油脂ベース収率78.5wt%)と副産物としてのグリセリン及びグリセリド中間体が得られた。これらの飽和脂肪酸は、水素雰囲気、Pd/C触媒(油脂に対し50wt%)存在下脱炭酸反応(300°C、2.0MPa、2時間)により、直鎖飽和炭化水素のn-ヘプタデカン及びn-ペンタデカン(モル比91.7:6.1、油脂ベース収率76.7wt%)へと変換された。以上のことより、本研究で提案したプロセス(亜臨界水下での水素添加・脱炭酸処理)によって、ナタネ油からバイオ軽油が製造されることが示された。菜種油1.09ml、Pd/C触媒(油脂に対し5wt%)及び水3mlを5mlバッチ型反応器に入れ、H2雰囲気下で270°C、初期圧力5MPaの亜臨界水処理を行ったところ、原料の二重結合が水素添加されることが確認され、トリグリセリドの加水分解と水素添加が同時進行することを明らかにした。すなわち、菜種油の加水分解は時間の経過と共に進行し、60分で約90wt%の飽和脂肪酸が得られた。主成分のトリグリセリドは炭素数16、18、20の飽和・不飽和の脂肪酸で構成されているが、水素添加により飽和脂肪酸(パルミチン酸、ステアリン酸及びアラキジン酸;モル比:4.6:91.2:1.9)が得られた。これらは菜種油の飽和脂肪酸を構成する脂肪酸類の合計モル分率(炭素数16:18:20=4.5:94.0:1.5)とほぼ等量であった。上記の条件のもと、亜臨界水/水素添加処理で得られた生成物をH2雰囲気下300°C、初期圧力1MPaで脱炭酸処理したところ、飽和脂肪酸に対応する直鎖飽和炭化水素、n-ヘプタデカン、n-ペンタデカン及びn-ノナデカン(モル比;4.6:93.3:2.1)がバイオ軽油として得られ、原料の脂肪酸組成とほぼ等量であることが明らかとなった。また、処理過程で残ったグリセリド類も脱炭酸処理中に炭化水素に変換されていた。これら一連のプロセスのスケールアップを目的に、100mlバッチ型反応器を用いて同様の実験を行い、同様の結果を得た。得られたバイオ軽油に対する燃料品質の評価について、密度、動粘度、引火点、流動点、目詰まり点、酸価及びヨウ素価などを測定し、化石資源由来の軽油の燃料特性と比較検討した。なお、クルカス油や廃油についても、それらの脂肪酸組成に見合ったバイオ軽油が得られることより、軽油代替としてふさわしい油脂類の絞り込みを検討した。バイオマス化学原料油脂ナタネ油を用い超臨界水による加水分解で種々の脂肪酸及びグリセリンを副産物として得ることができ、その最適処理条件を明らかにした。得られた種々脂肪酸の水素添加と脱炭酸処理をも完成させ、バイオ軽油相当量製造の最適処理条件を明らかにした。副産物としてのグリセリンの中性エステル(炭素ジアルキル)との反応についても検討を加え、有価物としてグリセロールカーボネートが得られることを明らかにした。得られたバイオ軽油について、その燃料特性について現在評価を進めている。平成26年度は、25年度に得られたナタネ油からの成果をもとに、油脂資源を替えて25年度と同様の研究を行う。1)原料油脂:原料油脂として、現在バイオディーゼル原料として世界的に注目されているナンヨウアブラギリ(Jatropha curcas)の実より抽出したクルカス油など種々の樹木からの油脂類や廃油を実験に供する。クルカス油などの抽出にはヘキサン抽出を行う。得られたそれぞれの油脂に対し、その収率、化学組成(トリグリセリド及び遊離脂肪酸)、油脂以外の不純物の比較を行う。

2)超(亜)臨界水を用いた油脂の加水分解:クルカス油や廃油などの油脂類を用いて実験を行う。すなわち、平成25年度に明らかにした最適処理条件で超臨界水を用い、効率的に加水分解する。得られた種々の脂肪酸及び副産物としてグリセリンを得る。3)種々脂肪酸の水素添加と脱炭酸処理:上記の加水分解で得られた種々の脂肪酸を炭化水素の溶媒中で平成25年度に明らかにした最適処理条件(溶媒種、脂肪酸とのモル比、水素添加比及び脱炭酸触媒と添加量)にて水素添加及び脱炭酸処理を行う。◇副産物の利用:副産物のグリセリンに対しては、平成25年度と同様、中性エステルとして、炭酸ジメチルなどの溶媒を用い、グリセロールカーボネートへの変換を行う。◇高品位バイオ軽油創製のために燃料品質評価:廃油やクルカス油から得られたバイオ軽油に対し、その品質評価を行い、高品位のバイオ軽油を得る方策を明らかにする。そのために密度、動粘度、引火点、流動点、セタン価、発熱量、酸化安定性などを測定し、バイオ軽油燃料としての燃料特性評価を行う。その結果を基に、どの種の油脂類からも高品位のバイオ軽油を得る可能性を明らかにする。
治療応用を目指したヒトES・iPS細胞からの効率的心筋分化誘導法の確立

Chemical Biologyを用い、ES細胞から心筋を効率的に分化誘導する化合物、誘導心筋細胞を増殖させる化合物を同定した。心筋増殖化合物は、4つの異なるシグナル伝達系に作用する7化合物を同定し、synergistic effectにより、ほぼ増殖することのないマウスES細胞由来心筋細胞を最大で14倍まで増殖させることを見出した(論文投稿準備中、特許申請中)。また、ヒトiPS細胞からの効率的な心筋分化誘導法を開発し、同分化系を用いることで心筋細胞を30-70%の効率で分化誘導することが可能となった。さらに細胞表面マーカーを同定し、FACSあるいはMACSを用いて95%以上まで純化することに成功した(論文投稿中、特許申請中)。本研究では、治療応用を目指したヒトES・iPS細胞からの効率的心筋分化誘導法の確立を目指した研究を実施し、治療応用を目指す上でのハードルであった、低い分化誘導効率、純度の高い心筋を得られないという問題に対して、誘導効率の向上と純化法の開発という両面からアプローチし、問題の解決を果たした。本研究成果により、ヒトiPS細胞由来心筋細胞の移植といった、治療応用研究が実施可能となり、本研究室において引き続き同研究に取り組んでいる。Es細胞およびiPS細胞(ESC/iPSC)を用いた心臓再生治療を実現させるため本研究を進めており、最終的な治療応用を実現する上で障壁となっているヒトESC/iPSCの低い心筋分化効率を改善させるため、新規生理活性物質の同定を目指している。まず、マウスESCを基本的な分化モデルとした効率的なスクリーニング系の立ち上げを行った。癌特別研究領域支援班よりキナーゼ阻害剤ライブラリーの供与を受け、スクリーニングを実施した。これまでに当研究室において既に心筋分化促進物質として同定しているサイクロスポリンA(CsA)が同ライブラリー内でも再現良く検出できることを確認した。さらに10化合物において心筋分化促進効果を認めたが、いずれもCsAより強い活性は認められなかった。3化合物がCsAと相加的な作用を有していることを見出しており、現在さらなる解析を行っている。次に、早稲田大学中尾洋一准教授より海洋無脊椎動物抽出物ライブラリーの供与を受け、同様のスクリーニングを実施した。未分画サンプル約800のうち、6サンプルにおいて心筋分化促進効果を見出した。2サンプルは精製を行い、同一の分子量を持つ化合物であり、現在、最終的な構造決定を行っている。また、残りの4サンプルについても分画・精製を行い、構造決定を進めている。また、マウスESC由来の心筋(ESCM)を用いて心筋増殖を促進する化合物の探索を行った。既に心筋の増殖への関与の知られる2種類の阻害剤に加えて、新たに2種類の化合物が心筋の増殖を促進することを見出した。ESCMは分化後早期にその増殖能が失われるが、これらの化合物の投与により心筋を2-3倍に増殖し、さらに組み合わせることによって、5倍以上に増殖させることが可能である。現在これらの化合物の分子標的を同定し、下流のシグナル経路の解析を行っている。本年度の研究によりマウスES細胞からの心筋の分化・増殖を促進させる複数の化合物を同定した。これらの化合物はヒトiPS細胞からの心筋分化・増殖にも関与しているという結果が示唆されており、ESC/iPSCを用いた心臓再生治療実現において重要な結果であると考えられる。
単一種のマングローブの植林による生態系と景観の改変の実態把握と改善法の開発

マングローブの植林には、多くの場合、潜在的優占種であるかどうかにかかわらず、Rhizophora属の種が利用される。本研究では、R. Stylosaが長期間植林され続けた、フィリピン、セブ市沖の島において、植林もしくは自然のマングローブ林の個体数、他種の混在率等を調べ、他の報告と共に整理した。その結果、生存率が高い場合には、ほぼR.属の種で占められる単一種の林が作られること、30-50年後には、1000-2000本/haの密度に収束すること等が明らかになった。また、R.属の種以外の植林を行う場合には、予め、溶解性のポットで育成、その後、地面に植えることで高い生存率が得られることがわかった。平成27年度は、フィリピン中部セブ市の沖にあるオランゴ島南部の湾およびバナコン島において観測を行った。なお、バナコン島では60年前からマングローブ植林が行われ、マングローブ植林のモデル地区とされている島であり、オランゴ島では、30年前から植林が行われている。いずれの島においても、植林は、胎生種子を25cmの間隔で極めて密に行われた。観測では、まず、ヘリコプターで、全体の概況を把握、その後、踏査によって、地形や冠水頻度等の特性に合わせた地域割を行った。次に、植林された林および自然のマングローブ林に区分け、ドローンによって樹木の詳細な分布を把握した。次に、それぞれの場所において、コドラートを設け、その中の樹木を、種ごと、成木、幼木に分けて数え、種の分布およびその密度を求めた。これにより、以下が明らかになった。オランゴ島南湾では、南部に冠水頻度の高い石灰岩の基盤が広がり、北部は風化土砂が堆積、比高が高く冠水頻度は低い。植林は南部、境界部に限られていた。一方、バナコン島では、大半が冠水頻度の高い場所であった。冠水頻度の高い場所では、植林されたRhizophora stylosaの優占度が最も高く、ついで、元々の優占種である、Avicennia marina、Sonneratia albaの順であった。比高の高い場所では、元々の優占種の他に、Osbornia等の低木が優占していた。植林された群落では、ほぼR.stylosaのみが高い密度で生育していた。また、個体密度は、初期には個体同士の間隔が広く十分な日射があるものの、10年程度の間に密生、日照不足から、その後は個体密度は徐々に減少、50-60年程度の間に、1000-2000ind/haの密度に収束する。さらに、他の樹種の侵入は極度に制限され、一旦密に植林されれば、60年経過しても単一種の群落が保たれることがわかった。観測の対象としているオランゴ島、バナコン島共、自然林の中に植林されたマングローブ林が散々しており、この見分けが極めて困難なことが予想された。しかし、地元のNPOの人の案内を仰ぐことで、この点を解決でき、100を超えるコドラートの設置が可能になった。この点は、研究を進展させるのに大きく役立った。また、対象としたバナコン島がフィリピンだけでなく、世界的に見て植林が最初に行われた場所であること、また、植林されたマングローブの生存率が極めて高いことが判明、現在世界で得られる最長の植林後の経過時間を経た状態を把握できた。これにより、文献調査等から得られるより新しい植林場所との比較が容易になり、世界各国の植林されたマングローブ林の個体数の観測結果と合わせることにより、個体数変化の予測を可能にした。セブ市沖に位置するオランゴ島、バナコン島では、単一種Rhizophora stylosaによって植林が行われ、植林後の生存率が極めて高いことから、極めて密なマングローブ林が形成されている。前年度まで、25cm間隔で植林が行われる、植林の方法自体に問題があるという前提の下、密に植えられたマングローブ林の有する問題点の究明を行ってきた。他方、植林場所によっては、植林されたマングローブの苗木の大部分が枯死してしまうところも多い。こうしたことから、植林後の生存率の差をもたらす原因の解明、また、生存率の予測自体が重要な要素になっていると考えた。こうした背景の下、平成29年度には、マングローブ種の生育にとって、好ましい環境の把握を求めることに費やした。従来、こうした植物の生育環境は、植えた後に定期的に行われる、生存率や生長量についてモニタリングによって得られる。ところが、特にマングローブの場合、生長が遅いことから、この結果を得るために数年-10年程度の長いモニタリング期間が必要になる。こうした生態学的手法に代わる、より短時間で評価が可能になる手法を開発する必要がある。このため、マングローブの樹木個体が、環境からストレスを受けた場合に、そのストレス強度に応じて細胞内に発生する活性酸素量を用いて、環境ストレス強度を評価、その高低によって、生存率の評価を行うことを考えた。活性酸素としては、最も多くの組織で発生する過酸化水素を利用することとした。現地で、様々な環境傾度の下に生育するRhizophora stylosaの葉のサンプルを採取、過酸化水素濃度を測定した。その結果、平均潮位からの比高には負の効果が、日射量との間には正の効果といった、明瞭な傾向が得られた。

こうした結果から、過酸化水素濃度は極めて適切な指標となり得ることが得られた。前年度まで、植林されたマングローブの生存率が高い場合、植林にはRhizophora stylosaが用いられる場合が多く、単一種のマングローブ林が形成されることや、その弊害、他の種の植林法の開発などを目的として研究を進めてきた。その結果、一旦、単一種のマングローブ林が形成してしまうと、他種の侵入は大きく阻害されること、Rhizophora属の場合、60年程度を経ても、2000個体/haに落ち着き、多様性の低い、極めて密で一様なマングローブ林が形成されること、その下では、景観が損なわれるだけでなく、個々の個体は大きなストレスを受けており、樹高は高いものの細く、高潮災害等には、必ずしも有効に機能し難いこと等の結果が得られた。こうした状況を回避すべきことはいうまでもない。ところが、植林後の生存率の予測が極めて難しいことから、現実の場では、こうした植林は計画段階で不可能であることが明らかになった。そのため、平成29年度には、この状況を克服する技術の開発を行った。従来、こうした植物群落の生長予測には、長期間をかけて、個体数や生長量をモニタリングすることが行われる。ところが、特にマングローブの場合、生長が遅く、これには非常に長い期間を必要とする。これに対し、本研究では、マングローブ個体(葉)に含まれる活性酸素量を測定するだけで、その個体が環境から受けているストレスの強度の評価手法の開発を行った。現地で、比高傾度に沿って生えているRhizophora stylosa個体の葉のサンプル、また、一日のうちで日射量の異なる時期のサンプルに対して適用したところ、極めて明瞭な傾向が得られた。以上より、極めて新しい手法を開発できた。マングローブ林は津波や高潮災害を軽減する可能性があることから、近年、活発に植林されてきている。ところが、その多くは、常に種子が手に入りやすいこと、植えやすいこと、植林後の生存率が高いこと等の理由からRhizophora種の単独種が密に植えられることから、生長後は単一種の均一な林が形成され、生態系に極めて悪い影響を与える。本研究では、こうした植林法による弊害を明らかにし、また、あるべき植林法を開発、地元に還元することを試みたものである。研究は、60年前からRhizophora stylosaの植林が行われた、フィリピン中部セブ近郊のサンゴ礁由来のオランゴ島、バナコン島を対象に観測を行った。その結果、以下のような点が明らかになった。まず、これらの島では植林後、その多くが生存、50-60年後においても、2000本/ha程度の密な林が形成される。一旦こうした林が形成されると、樹冠自体が重なり合うために光が入り難くく、他種の侵入は不可能になる。そのため、それ以降年代を重ねても多様性が高まることはない。また、そうした林を構成する樹幹は極めて細く弱い。また、遠景では地面に平行な樹冠が形成され、景観上の弊害も極めて大きい。そこで、植林法の効率的な開発を行った。まず、Avicennia marinaにおいて、通常の種子のみを直接植えるだけでは高い生存率を得られなかったが、まず、ポットに植えて苗の状態で現地に植え替えることで、その後の高い生存率を得た。また、Rhizophora stylosaであっても、密に植えるのではなく、不規則で大きい間隔で植林を行うことで、自然なマングローブ林が形成できることがわかった。こうした結果は、実際に現地に還元されて初めて意味を持つものである。
乳歯歯根膜の生理的機能に関する分子生物学的研究

ヒト乳歯および永久歯歯根膜組織由来線維芽細胞(それぞれHPLF-D,HPLF-P),ヒト歯槽骨由来骨芽細胞(hOB),またヒト歯肉由来線維芽細胞(hGF)におけるosteoprotegerin(OPG), receptor activator nuclear kappaB ligand(RANKL)さらにmacrophagecolony stimulatingfactor(M-CSF)のmRNAの発現レベルをRT-PCR法により比較検討した。上記4種類の培養細胞は定常状態でOPGの遺伝子を発現しており,細胞間でそのmRNAレベルに大きな差は認められなかった。また,すべての細胞でM-CSFのmRNA発現が認められ,いずれの細胞においても分泌型M-CSFのmRNAレベルが高かった。一方,hGFを除くHPLF-P,HPLF-DおよびhOBにおいてRANKLの遺伝子発現が認められたが,各細胞間で有意な差があり,そのmRNAレベルは1α,25 dihydroxyvitamin D_3(D_3)添加により濃度依存的に上昇した。RANKLのmRNAレベルはHPLF-PよりもHPLF-Dで高い傾を示し,hOBとほぼ同様な発現が認められた。これらの結果から以下のことが示唆された。1)歯周組織においては破骨細胞の分化に関与する因子のうちM-CSFとOPGのmRNAで一定のレベルで発現している。2)歯周組織における破骨細胞の分化誘導には,骨芽細胞および歯根膜細胞の産生するRANKLが最も重要な因子である。3)D_3に代表される骨代謝因子によりRANKLの発現量が上昇することで,破骨細胞あるいは破歯細胞の分化が誘導される。4)破骨細胞(あるいは破歯細胞)の分化誘導に対する骨吸収因子の影響は,永久歯歯根膜に比較して乳歯歯根膜細胞においてを強く受けており,その効果は骨芽細胞と同程度である。Control cultureにおいてはOPG mRNAの発現レベルはHPLF-PではHPLF-Dよりもわずかに高く,hOBおよびhGFとほぼ同程度であり,D_3の添加による著明な変化は認められなかった。一方RANKL mRNAの発現レベルはHPLF-Pに比較してhOBとHPLF-Dで高く,D_3の添加により濃度依存的に上昇したが,hGFにおける発現は認められなかった。一方,Dexの添加群におけるRANKLおよびOPGのmRNA発現には著明な変化は認められなかった。したがって,OPGに対するRANKLの発現量の割合(RANKL/OPG)はHPLF-Pに比較してHPLF-Dで高く,D_3の添加により濃度依存的に上昇した。以上の結果から,乳歯歯根膜の線維芽細胞は骨芽細胞と同様にRANKLとOPGの発現を介して破骨細胞形成を調節することにより,歯槽骨吸収,歯根吸収の調節において重要な役割を果たし,その作用は活性型vitamin D_3により促進されることが示唆された。以上の結果から,OPGに対するRANKLの発現量の割合(RANKL/OPG)はHPLF-Pに比較してHPLF-Dで高く,D_3の添加により濃度依存的に上昇した。乳歯歯根膜の線維芽細胞はRANKL, OPGさらにM-CSFの発現を介して歯槽骨吸収,歯根吸収の調節において重要な役割を果たし,その作用は活性型vitamin D_3、により促進されることが示唆された。またM-CSFの発現レベルとRANKL/OPGの発現レベルの割合から、HPLF-DはHPLF-Pに比較して破骨細胞の分化誘導能が高く,D_3によりその作用が増強されることが示唆された。ヒト乳歯および永久歯歯根膜組織

由来線維芽細胞(それぞれHPLF-D, HPLF-P),歯槽骨由来骨芽細胞(hOB),また歯肉由来線維芽細胞(hGF)における,OPG, RANKLさらにmacrophagecolony stimulatingfactor (M-CSF)のmRNAの発現レベルに対する,活性型vitamin D_3(D_3),およびdexamethasone (Dex)の効果について比較検討した。OPG, RANKLおよびM-CSFのmRNA量は,GAPDHのmRNA発現量に対する相対的なレベルとして比較を行った。歯周組織由来の培養細胞はいずれもOPGの遺伝子を発現しており,細胞間でそのmRNAレベルに大きな差は認められなかった。また,各細胞はM-CSFの遺伝子を発現していたが,いずれの細胞においても,膜結合型M-CSFに比較し分泌型のmRNAレベルが極めて高かった。一方,hGFにおいてはRANKLのmRNA発現は認められず,HPLF, HPLF-YおよびhOBにおけるRANKLのmRNAレベルはDex添加による影響を受けなかったのに対し,D_3添加により濃度依存的に上昇した。RANKLのmRNAレベルはHPLFよりもHPLF-Yで高い傾向を示し,hOBとほぼ同様な発現が認められた。これらの結果から,1)歯周組織を構成する細胞は破骨細胞の分化誘導因子のうちM-CSFとOPGを一定のレベルで発現している。2)歯周組織における破骨細胞の分化誘導には,骨芽細胞および歯根膜細胞の産生するRANKLが最も重要な因子であり,D_3に代表される骨代謝因子によりそ発現量が上昇することで,破骨細胞の分化が誘導される。3)骨吸収因子の存在下において乳歯歯根膜細胞の破骨細胞分化誘導能は永久歯歯根膜に比較して高く,その効果は骨芽細胞と同程度であることが示唆された。
軟体動物の貝殻基質タンパク質の機能解析とその古生物学的応用

ダーマトポンティンはヒラマキガイ(腹足綱有肺類)の主要貝殻タンパク質である。有肺類の計8種の外套膜(殻形成に関わる器官)からダーマトポンティン遺伝子を同定し、2つのタイプが存在することを明らかにした。各組織での発現を調べた結果、タイプ1のみが貝殻タンパク質であることが示唆された。系統解析を行った結果、祖先的有肺類はダーマトポンティンを1種類だけもっており、その後各系統で独立に遺伝子重複が起きたことが示唆された。RNAi法によりモノアラガイ(腹足綱有肺類)のダーマトポンティンの機能解析を行った。RNA発現は低下したが、貝殻の成長には変化が見られなかった。抗原抗体反応の結果、外套膜外液(貝殻が形成される場)中のダーマトポンティン(タンパク質)のは変化していなかった。従って、RNAの発現は低下しているが外套膜外液中のタンパク質は残存しているため、貝殼が正常に形成されたことが示唆された。アコヤガイ(二枚貝綱)の貝殻は、外層が炭酸カルシウムの多形の一つであるカルサイト、内層が別の多形であるアラゴナイトで出来ている。アコヤガイの外套膜(貝殻形成に関与する器官)からアスパラギン酸に富む超酸性タンパク質アスペインを同定し一次構造を決定した。発現解析により貝殻外層のカルサイト形成にアスペインが関与していることが示唆された。アスペイン断片を合成し、in vitroで結晶成長実験を行ったところ、アスペインが結晶多形の制御に関与していることが示唆された。メガイアワビの外套膜から2種類の炭酸脱水酵素を同定し、その1つが主要貝殻基質タンパク質であることを明らかにした。既に同定されている軟体動物の3つの炭酸脱水酵素と系統解析を行った結果、炭酸脱水酵素は二枚貝と巻貝で独立に貝殻貝殻基質タンパク質に使い回されたこと、特徴的な繰り返し配列も二枚貝と巻貝で独立に進化したことが示唆された。軟体動物の殻内タンパク質の機能解析を行うため、殻内タンパク質遺伝子の塩基配列および殻内たんぱく質の一次構造の決定を行った。種は、入手・飼育の容易さから日本産のメガイアワビを選定し、その外套膜(殻を形成する組織)由来のcDNAから遺伝子ハンティングを行った。その結果、オーストラリアのウスヒラアワビで同定された殻内タンパク質であるPerlucin、Perlustrinは、メガイアワビでは各々2つのタイプがあることが明らかとなった。系統解析の結果、Perlucinではメガイアワビとウスヒラアワビが分岐した後に、Perlnstrinではメガイアワビとウスヒラアワビが分岐する前に遺伝子重複が起きて2つ目のタイプが生じたことが示唆された。ヒラマキガイで同定された殻内タンパク質であるDermatopontinもメガイアワビで同定されたが、系統解析およびRT-PCRによる発現解析の結果、メガイアワビでは殻内タンパク質ではないことが示唆された。アコヤガイで同定された殻内タンパク質であるNacreinは、メガイアワビでは2つのタイプがあることが明らかとなり、RT-PCRによる発現解析の結果、メガイアワビにおいても殻体形成への関与が示唆された。さらに、メガイアワビの殻体から抽出した水溶性タンパク質の1つについて、エドマン分解によりN末端アミノ酸配列を決定し、不溶性有機質については質量分析によりコラーゲンの部分配列が推定された。

また、インジェクションにより死亡したり殻形成が阻害されないこと、テトラサイクリンが殻に取り込まれ殻成長の指標として使用できることなどを確認する、機能阻害実験(RNAi)のための基礎実験を行った。今年度は遺伝子ハンティングも継続しつつ、構造の分かった遺伝子から順次、機能阻害実験(RNAi)を開始する予定である。RNAi法によりモノアラガイ(腹足綱有肺亜綱)のダーマトポンティンの機能解析を行った。2本鎖RNA注入後4-8日にはRNA発現の有意な低下が観測された。一方、貝殻の成長速度には有意に変化せず、明確な構造の変化もなかった。抗原抗体反応により外套膜外液(貝殻が形成される場)中のダーマトポンティン(タンパク質)は変化していなかった。従って、RNAの発現は低下しているが外套膜外液中のタンパク質は残存しているため、貝殻が正常に形成されたことが示唆された。アコヤガイ(二枚貝綱)の貝殻は、外層が炭酸カルシウムの多形の一つであるカルサイト、内層が別の多形であるアラゴナイトで出来ている。アコヤガイの外套膜(貝殻形成に関与する器官)からアスパラギン酸に富む超酸性タンパク質アスペインを同定し一次構造を決定した。発現解析により貝殻外層のカルサイト形成にアスペインが関与していることが示唆された。アスペイン断片を合成し、invitroで結晶成長実験を行ったところ、アスパラギン酸に富んだ部分がカルサイト形成を促進することが観察され、アスペインが結晶多形の制御に関与していることが示唆された。メガイアワビの外套膜から2種類の炭酸脱水酵素を同定し、一次構造を決定した。さらに、そのうちのーつが主要貝殻基質タンパク質であることを明らかにした。既に同定されている軟体動物の外套膜の3つの炭酸脱水酵素と系統解析を行った結果、炭酸脱水酵素は二枚貝と巻貝で独立に貝殻貝殻基質タンパク質に使い回しされたこと、アスパラギンとグリシンに富む特徴的な繰り返し配列も二枚貝と巻貝で独立に進化したことが示唆された。
露出型柱脚の性能に着目した鋼構造ブレース付骨組の耐震性能評価

既存屋内運動場を想定した引張ブレース付露出型柱脚の繰り返し載荷実験行い,現実的な柱脚の応力状態を再現した上でRC基礎立上部の抵抗機構を含めた側方破壊を伴うせん断抵抗能力について検討した.実験結果より,既往の側方破壊耐力評価式は,端あき距離が小さい柱脚に対して適用できることを示した.また,応力方向に対して,後方となるアンカーボルト群のせん断耐力が側方破壊耐力に比べて十分に大きい場合では,側方破壊後も安定して耐力が上昇し,柱脚RC基礎部の最大せん断耐力は後方アンカーボルトの局所的なせん断耐力と立上部の有効抵抗領域内に配した鉄筋の累加強度となり,十分な耐力を発揮することが可能であることを示した.また,柱脚とブレースを接合するガセットプレート部の溶接部耐力に関する検討を行った.前年度に行った実験結果から明らかとなった耐力算定上の第一ボルトから30度の範囲の溶接を有効とする接合部耐力を算定する方法の一般性を検証するために,有限要素解析によるパラメトリックスタディーを行い,耐力算定上の有効溶接長は,ブレース材軸に対して対称となるような整形なガセットプレートの場合では、第一ボルトから30度の範囲における溶接長と概ね一致することを示した.一方,柱側、梁側それぞれの溶接部重心位置とブレース材軸との偏心距離が異なる場合には,偏心距離に応じた曲げモーメントのつり合いを考慮して評価する必要があることを示した.そこで柱梁側溶接部とブレース材軸との偏心距離を考慮した有効溶接長の修正法を提案し,解析結果を適切に評価できることを示した.本研究課題はブレース付露出型柱脚(以下,ブレース付柱脚)の基本的力学特性を明らかにするものである.本研究ではラーメン構造の柱脚に比べてブレース付柱脚が大きなせん断力・引張力が作用することに着目して,柱脚部の耐力と剛性について検討する.研究初年度である本年度は,まず代表的なブレース構造である鉄骨造体育館について耐震診断判定資料に基づいた調査と地震被害のデータベースを作成しブレース付柱脚の問題点について分析した.その結果,アンカーボルトを定着する鉄筋コンクリート基礎側のせん断抵抗能力が不十分である場合が多く,ブレース軸力に伴う引張力・せん断力によって側方破壊に至る可能性があることを指摘した.そこでブレース付柱脚の側方破壊耐力の評価を行うために,アンカーボルト単体の要素実験と既往の実験結果のデータベース分析を行い,既往の耐力評価式の適用性を明らかにするともに,アンカーボルト周辺の鉄筋による耐力への寄与効果を把握した.この基礎資料に基づき,今後,コンクリート側の破壊によって支配される柱脚部の耐力評価を行う予定である.その他として,先に述べた鉄骨造体育館の耐震判定資料に基づく調査ではガセットプレートとH形柱の溶接部のディテールと周辺状況についても分析し,抽出した溶接部の破断耐力へ影響を及ぼすと考えられる接合ディテールを反映させた引張載荷実験を実施した.その実験結果と既往の有効溶接長と溶接の耐力の考えに基づいた耐力評価式を比較・検討し,その適用性を検証した.さらに,柱側のみにしか溶接されず大きな偏心曲げを受ける場合の耐力評価式を提案し,実験結果を適切に評価できることを確認した.既存屋内運動場を想定した引張ブレース付露出型柱脚の繰り返し載荷実験行い,現実的な柱脚の応力状態を再現した上でRC基礎立上部の抵抗機構を含めた側方破壊を伴うせん断抵抗能力について検討した.実験結果より,既往の側方破壊耐力評価式は,端あき距離が小さい柱脚に対して適用できることを示した.また,応力方向に対して,後方となるアンカーボルト群のせん断耐力が側方破壊耐力に比べて十分に大きい場合では,側方破壊後も安定して耐力が上昇し,柱脚RC基礎部の最大せん断耐力は後方アンカーボルトの局所的なせん断耐力と立上部の有効抵抗領域内に配した鉄筋の累加強度となり,十分な耐力を発揮することが可能であることを示した.また,柱脚とブレースを接合するガセットプレート部の溶接部耐力に関する検討を行った.前年度に行った実験結果から明らかとなった耐力算定上の第一ボルトから30度の範囲の溶接を有効とする接合部耐力を算定する方法の一般性を検証するために,有限要素解析によるパラメトリックスタディーを行い,耐力算定上の有効溶接長は,ブレース材軸に対して対称となるような整形なガセットプレートの場合では、第一ボルトから30度の範囲における溶接長と概ね一致することを示した.一方,柱側、梁側それぞれの溶接部重心位置とブレース材軸との偏心距離が異なる場合には,偏心距離に応じた曲げモーメントのつり合いを考慮して評価する必要があることを示した.そこで柱梁側溶接部とブレース材軸との偏心距離を考慮した有効溶接長の修正法を提案し,解析結果を適切に評価できることを示した.