hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
IT革命下における金融システムの変貌

このうち、(2)の手数料収入の収益化については、多くの大手金融機関が土曜日のATM利用料徴収に踏み切る一方、手数料無料を打ち出すところも現れ、戦略的競争がまさに活発化してきたところである。そこで、14年度は銀行の戦略的価格付けについてとくに集中して研究を行ってきた。3.中央銀行の役割の変化IT革命が進展する中での日本銀行のマネタリー・ポリシーおよびプルーデンス・ポリシーについて包括的な検討を行った。具体的には、日本銀行の金融政策の効果と限界、金融機関の不良債権問題、金融機関の新しいビジネスモデルへの取組み、政府の資本注入と日本銀行の「最後の貸し手」機能について分析し、その成果の一部については中国の東北財経大学において発表した。IT革命が進展する中で金融システムは大きな変貌を遂げてきたが、本研究はそうした金融システムの変化を多元的に捉え、分析しようとするユニークな試みである。本研究は3年間にわたるプロジェクトであり、最終年度の平成15年度の研究実績は以下のとおりである。1.金融市場構造の変化IT革命の下、日本の金融システムで起こりつつある市場構造変化として、新たに公社化された郵便貯金の問題と、銀行システムの脆弱性という2つのテーマを取り上げ、理論的な分析を行った。これらの研究から、金融システムの制度設計における郵便貯金の位置付けや、最適な銀行救済政策の実行可能性に関する研究成果が得られた。2.金融機関の経営形態の多様化本研究では「ATM手数料収入の収益化」を取り上げ、ATM手数料をめぐる戦略的価格設定に間題を絞り、理論モデルの整理を行った。とくに、競合する金融機関がある場合、金融機関は「ATMネットワークを他の金融機関と形成するのか、しないのか」、そして「ATM利用料金をどう設定するのか(他行の顧客による利用がある場合には、その利用に対してどのくらいの追加的課金をするのか)」という問題について先行研究が示してきた条件を整理した。3.中央銀行の役割の変化中央銀行の「最後の貸し手」機能について、理論的原点であるバジョット原則の重要論点を検討するとともに、日本銀行の考え方および新日本銀行法における「最後の貸し手」機能の位置付けについて考察し、その成果を取りまとめた。また、中央銀行のプルーデンス・ポリシー研究の一環として、日本の金融システムにっいて、不良債権問題、金融機関の収益力強化、資本市場の役割拡充等に関して分析し、その成果を中国の東北財経大学において発表した。
多機能性ジピリン元素ブロックの創出

昨年度、アミンとジブロモジピリンをパラジウム触媒存在下で反応させると、窒素で架橋されたジブロモテトラピロール誘導体が生成することを見いだした。今年度は、このジブロモテトラピロール亜鉛錯体の反応性を検討した。ジブロモテトラピロール亜鉛錯体に塩化ニッケルと金属亜鉛から得られる低原子価ニッケルを作用させると、アザコロール亜鉛錯体が収率よく得られた。また、得られたアザコロール亜鉛錯体にトリフルオロ酢酸を作用させると定量的にアザコロールフリーベースが得られた。これまで、アザコロールについてはニッケル錯体のみ合成が報告されていたが、亜鉛錯体およびフリーベースの合成に初めて成功した。アザコロールニッケル錯体はまったく蛍光性をもたないが、亜鉛錯体およびフリーベースは蛍光性であり、一般的なポルフィリンと同程度の量子収率を示した。また、電気化学測定も行い、アザコロール亜鉛錯体およびフリーベースが高い電子供与性をもつことを明らかにした。以上の特性からアザコロール亜鉛錯体およびフリーベースの太陽電池材料としての利用が期待できるので、現在検討中である。また、アミノ基をもつボロンジピリン(BODIPY)を酸化するとピラジン縮環BODIPY三量体が得れれることを見いだした。今年度はさらにα位にフェニル基をもつBODIPYの酸化反応について検討した。その結果、アゾ架橋BODIPY二量体を得ることに成功した。さらに反応を繰り返すことによりアゾ架橋BODIPY4量体の合成に成功した。X線結晶構造解析からこれらのオリゴマーが高い平面性をもつことを明らかにし、分子軌道計算の結果も合わせると分子全体に共役が効果的に広がっていることがわかった。実際、これらのオリゴマーの吸収スペクトルは顕著に長波長シフトしており、4量体では近赤外領域に強い吸収をもつことが明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。BODOPYは強い蛍光を発する色素としてよく知られている。一方、我々は、アミノ基をもつパイ共役化合物を酸化するとピラジン環が生成し、二量化することを見いだしている。今回、2位にアミノ基をもつBODOPYをDDQによって酸化すると、ピラジン環が生成することによって二量化し、さらにもう一分子のアミノBODOPYが付加することによって、一挙に縮環型三量体が収率よく得られることを見いだした。X線解析により、この縮環型二量体部分が高い平面性をもつことを見いだした。さらに、この三量体はピラジンによる縮環構造のため共役が有効に拡張しており、強い近赤外吸収をもつことを明らかにした。このため、この縮環型三量体は近赤外吸収色素として利用できる可能性がある。一方、アミノ基をもつポルフィリンを酸化すると螺旋型にねじれた縮環二量体が得られることを発見し、そのねじれ角が120°にも達することをX線解析から明らかにした。また、導入する置換基の立体障害によってパイ電子系のねじれの大きさを制御できることが分かった。また、既にジピリンニッケル錯体の低原子価ニッケルを用いたホモカップリング反応によりノルコロールニッケル錯体が得られることを見いだし報告している。今回、ジピリンパラジウム錯体のホモカップリング反応により安定な反芳香族化合物であるオクタフィリンパラジウム二核錯体だけが高選択的に合成できることを見いだした。さらに、そのねじれた8の字型構造を明らかにした。

アミノ基をもつポルフィリンの酸化により大きくパイ共役系がねじれた二量体が得られるという予想外の発見があった。これにより、通常の平面π電子系とは異なるねじれたπ電子系に特異的な物性や機能性が明らかになる可能性がある。今後は、ジピリン金属錯体のパラジウム触媒によるカップリング反応によりヘリセン型の元素ブロックの創成を進める。また、縮環BODIPYについてはさらなるオリゴマー化を行い、その物性・機能性の研究を行う。
ポストCCAとしてのキトサン金属塩系木材防腐剤の実用化

本研究では,ポストCCAとして申請者らが開発したキトサン金属塩(主にCCS)による実大材への注入処理標準施工法の確立,浸潤度の迅速な計測法の開発,薬剤浸透性の改善,ならびに注入処理材の実用的耐朽性能の評価等について検討し,CCSの毒性についても予備的に検討した。得られた成果の概要は次のとおりである。(1)簡易画像計測システムの開発により,浸潤度を迅速に定量的に計測できるようになった。(2)スギ,ベイマツ,ベイツガの正角材を,常法の減圧・加圧注入処理法で注入した場合,ベイマツで約25%,スギやベイツガでは80-90%とCCA3号と同程度の浸潤度を示したが,ベイマツは目標値の約70%しか注入できなかった。(3)5回繰り返し使用後の薬剤有効成分の残存率から,CCSはCCA3号と同程度の安定性が認められた。(4)PEG変性キトサン銅塩(MCCS)ならびに低分子キトサン銅塩(CCS2)の浸透性能について,CCSは相対浸潤度K値が0.5以下であったが,CCS2とMCCSはいずれも1.0,0.8と高く,高い浸透性を示した。ただし,CCS2はCCSより固着性能が劣っていた。(5)CCS注入処理杭の野外(鹿児島県吹上浜国有林内のシロアリ生息地)埋設試験では,シロアリおよび腐朽菌類による目視被害は6年間ほとんど認められなかった。低濃度処理杭は6年目でも外見上健全な状態を示したが,杭表面から約数mm深さまで分野壁孔壁孔膜が分解消失しており,仮道管壁も1mm深さ以内でのみ微細な劣化が観察された。標準濃度処理杭では表面から1mm深さのところでさえ劣化は皆無であった。(6)銅元素は杭試験体の極表面(0.5mm深さ以内)と放射組織中だけに存在し,しかも放射組織中の銅元素は杭試験体中央部にまで浸透していた。薬剤のこのような選択的浸透固着が,長期間の耐朽性を付与したものと考えた。(7)ペースト状のCCSを,1000,1500,3000ppmの各レベルで23匹(3000ppmレベルのみ11匹)のラットに経口投与し,急性毒性試験を行った。いずれの濃度レベルにおいても,1匹を除いた全てのラットにおいて,23週間以内では,健康状態に異常は全く観察されなかった。なお,1匹は投与3日目で死亡したが,剖検検査の結果,投与時の咽頭の傷が原因で窒息死したようであり,投与薬剤が胃腸内に残存していたものの,肝臓,肺,腎臓は肉眼的に正常であった。

ポストCCA木材防腐剤として申請者らが開発したキトサン金属塩(銅系と亜鉛系)薬剤はJISやJWPASで規定された性能試験では極めて優れた性能のあることが認められたが、これをさらに実用化するためには更に解決しなければならない幾つかの問題点がある。その一つが薬剤浸潤度の正確で迅速な評価である。とくに実大寸法材中での薬剤の浸潤度の測定は実用化を図るうえでは重要である。本年度はこの点について、まず浸潤度測定専用の簡易画像計測システムを開発した。本システムは、処理現場において計測することを想定したため、小型で安価なシステムの構築を試みた。その概要は、小型のCCDカメラと画像入力装置を用いて画像データをノート型パソコンに取り込み、取り込まれた画像を市販の一般画像計測ソフト(Win Roof)で計測できるようにした。なお、本研究では測定試料数が多いため、画像データ保存用に専用メモリカード(画素数640H*480Vを230フレーム保存)を用いた。このシステム用いることによって、浸潤度の定量化が著しく容易に行えるようになった。次に、実大材による最適処理方法(標準施工法)を確立するための幾つかの予備実験を行った。浸潤度ならびに薬剤吸収量、処理薬剤の安定性と処理条件の関係について、スギ、ベイマツ、ベイツガの正角材を用いて調べた。減圧・加圧注入処理した場合、ベイマツで約25%、スギやベイツガでは8090%と、CCA3号と同程度の浸潤度を示した。薬剤の浸透していた部分では、スギとベイツガでは銅元素は1kg/m^3以上、亜鉛元素も2kg/m^3以上の薬剤吸収量が確認されたが、ベイマツでは目標値の約70%しか含有していなかった。さらに、薬剤の安定性については5回繰り返し使用後の有効成分残存率はCCA3号と同程度の安定性のあることが分かった。ポストCCA木材防腐剤として申請者らが開発したキトサン金属塩系薬剤(CCSとCZS)は実験室レベルの薬剤性能試験では極めて優れていることが確認されたが、これをさらに実用化するためには解決しなければならない問題点が幾つかある。まず、実大材における薬剤の浸潤度(浸透性)の改善である。次に、実用上必要で充分な処理効果があるかどうかの判定、すなわち褐色腐朽菌とシロアリに対する防腐効力の実用的な評価である。本年度はCCSを用いてこの2点について検討した。まず、これまでに使ってきた高分子キトサン銅塩(CCS1)の浸透性を改善するために、PEGで変性処理した変性キトサン銅塩(MCCS)、ならびにCCS1を生成中に副産物として得られる低分子化キトサン銅塩(CCS2)の浸透性能と実大材中への浸潤度について、CCS1lと比較した。ここではJIS A-9201の薬剤吸収量のかわりに薬剤浸潤度を用いて、浸透性を評価した。CCS1は開放木口面から20mmと80mmにおける浸潤度の比を示すK値が0.5以下であったのに対して、CCS2とMCCSのK値はいずれも1.0、0.8と非常に高く、高い浸透性が認められた。ただし、CCS2はCCS1より木材中での固着性能が劣る点は問題である。また、実大材での浸潤度は樹種によっても異なった。スギやベイツガの辺材では全く問題なかったが、ベイマツでは浸潤度が悪く、さらに改善を要する。次に、CCS薬剤で処理した木材の実用的な防腐効力については、既報のとおり、CCS成分は褐色腐朽菌のオオウズラタケおよびシロアリに対して金属元素を木材中に1kg/m^3以上吸収させることによって、充分な防腐効力を発現することができた。また、CCS処理木材の野外暴露試験では5年間を経過した現時点においても、シロアリおよび菌類による被害はほとんど認められず、極めて安定した効力の発現が確認されている。(1)キトサン金属塩(CCS)の毒性試験を実施する予定であったが、試験経費が高価で、配分経費内で実施することは困難と判断し、本年度は本学部獣医学科解剖学研究室の協力を得て、可能な範囲の予備実験を行った。
超伝導密度汎関数理論の開発と応用

超伝導密度汎関数理論に関わる以下の方法論開発を行った。(1)k-meshのサイズについて収束のよい電子格子相互作用の計算法。(2)スピン軌道相互作用を考慮した電子格子相互作用の評価法。(3)奇パリティの超伝導の不安定性の評価法。これらを使ってBiS2系超伝導体、トポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープした場合およびトポロジカル超伝導体Bi2Se3にCuをドープした場合の超伝導の解析を行った。また、高圧下の硫化水素の超伝導を解析するため、ゼロ点振動、フォノンの非調和性、遅延効果、バーテックス補正を考慮したMigdal-Eliashberg理論に基づく第一原理計算法の開発と応用も行った。本研究課題では、超伝導転移温度の非経験的定量計算の方法論開発とその適用を行うことを目的とする。本研究課題の開始とほぼ同時期に150GPa程度の高圧下において硫化水素が200K以上の超伝導転移温度を示すことが報告された。この転移温度はこれまでの銅酸化物高温超伝導体の記録を塗り替えるもので非常に興味深い。高圧下で硫化水素がどのような構造をとるかは難しい問題であるが、有力なシナリオとして、H3SとSに分解することが提案されている。特にIm-3m構造のH3Sはフェルミ面近傍にvan Hove特異点があり、これが他の硫化水素の構造にはない際立った特徴となっている。このような電子状態の場合、通常の計算で採用されるconstant DOS近似は当然正当化されず、Migdal近似を無条件に仮定することもできない。すなわち、通常は考慮しない高次の電子格子散乱(vertex補正)が転移温度の定量評価に影響を与えうる。また、遅延効果を考慮する際、遮蔽クーロン相互作用の周波数依存性が重要な役割を果たす可能性もある。さらに、系が構造相転移近傍にあることから非調和フォノンの効果も正確に考慮する必要がある。水素の質量が軽いことから、零点振動が電子状態に与える影響も無視できない。そこでこれらの効果をすべて第一原理的に考慮した計算を行った。それぞれの効果は10Kから60K程度の影響を与える。250GPa程度の高圧領域で、転移温度の実験値が160K程度である領域について、計算値約170Kを得た。一方、140GPa程度の圧力を想定してH2Sについて同様の計算をしたところ、転移温度は約45Kと評価され、実験との非常によい一致をみた。フォノンを媒介とする超伝導については、半世紀も前から金属水素において高い転移温度が実現する可能性が理論計算によって提案されていた。しかしながら、計算で想定されている圧力が非常に大きなものであったため、実験で実現可能な圧力領域で実際に超伝導が観測されることについては多くの研究者が懐疑的であったし、ましてや銅酸化物高温超伝導体の記録を塗り替えることは研究課題申請時には全く想定外のことであった。研究課題開始時におけるこの非常事態において、これまで開発してきたコードの蓄積をうまく活用し、経験的なパラメータを導入しない計算としては最も精度の高い計算を短期間で実行し、この分野の研究をリードできたと考えている。たとえば、計算を進めるに従って零点振動、非調和フォノンなど計画の段階では想定していなかった効果が重要になることが明らかになったが、半年程度の時間でこれらの効果を取り入れた計算を完遂することができた。vertex補正については、方法論の改善を通してさらに精度を高めて行く必要があるが、最初のステップの計算を世界にさきがけて示すことができた。現在のところ、研究は軽い元素の超伝導体の計算に重点がおかれ、スピン軌道相互作用が重要になる重い元素が含まれる超伝導体の計算は相対的に優先度が下がっているが、硫化水素における高温超伝導の発見が数十年に一度の歴史的な事件であることをふまえれば妥当な判断であると考えている。本研究課題では、超伝導転移温度の非経験的定量計算の方法論開発とその応用を行うことを目標としている。本研究の開始とほぼ同時期に150GPa程度の高圧下において硫化水素が200Kを越える温度で超伝導転移を起こすことが報告された。前年度までの研究により、硫化水素の超伝導転移温度の実験値を精密に再現する方法論の開発を行ったので、今年度は硫化水素を越える物質の探索を行った。候補物質として、100GPa程度の高圧下で実現されると予想される、水素がソーダライト状のカゴ構造を作り、その空隙にCaやYが入るCaH6やYH6を調べた。これらの物質の電子状態は系の高い対称性を反映し、非常に簡単なモデルで記述されることがわかった。すなわち、水素のs軌道、CaあるいはYのd軌道の合計11軌道を考慮すれば超伝導に関わる電子状態はほぼ正確に再現できる。d軌道のレベルの高さによって、水素のs軌道が作る状態密度のvan Hove特異点に由来するピークの位置が変化する。YH6の場合はこの状態密度のピークがフェルミレベル直上に来るため、CaH6に比べて超伝導に有利な状況が実現していることがわかった。この知見に基づき、水素のカゴ構造の中にいれる原子の種類を変えることで状態密度の位置の制御を試みた。YからCdまでの4d遷移金属、LaおよびLuの計算を系統的に行った。その結果、RhやPdは水素の状態密度が極めて高くなり、超伝導不安定性を高める状況が実現するが、エンタルピーは高くなってしまうことがわかった。

一方、Laはf軌道の自由度も絡みあうことでエンタルピーが低いまま、状態密度も高くなる有望な物質であることがわかった。また、硫化水素については低温相と高温相の間をつなぐ構造の予測も行い、実験だけでは解釈が難しい温度-圧力相図における特異な振る舞いに対する理解にひとつの有望なシナリオを提案した。銅酸化物高温超伝導体の転移温度の記録が塗り替えられるという歴史的な非常事態において、前年度は高圧下の硫化水素の特殊事情を正確に考慮した第一原理計算法を確立し、世界にさきがけて精密な計算を行った。今年度はそこでの成果に基づいて未知物質の探索とその精密な超伝導転移温度予測を試みている。ソーダライト状のカゴ型物質CaH6およびYH6は初期の研究では硫化水素を越える転移温度が予測されるなど混乱が続いていたが、本研究により低エネルギーフォノンの寄与が過大評価されているなどの問題が明らかになった。一方、電子状態が非常に簡単な模型で記述されることがわかったため、空隙にどのような元素をつめればフェルミレベルにおける水素の状態密度を高めることができるかについて系統的な物質探索が可能になった。今年度までの研究で硫化水素よりも低い圧力で他の構造よりもエンタルピーが低くなる傾向があり、かつ転移温度が高くなる可能性が高い物質が見つかっている。高圧下の水素化合物の超伝導においては、これまでの高温超伝導体の研究と異なり、理論計算の役割が非常に高く、新超伝導体の予言につなげられる可能性があると考えている。硫化水素については、低温相と高温相の間をつなぐ構造の予測も行い、実験だけでは解釈が難しい温度-圧力相図における特異な振る舞いに対する理解にひとつの有望なシナリオを提案した。研究課題の開始と同時期に硫化水素の高温超伝導が報告されたため、計算対象が軽元素物質に偏っているが、スピン軌道相互作用が重要となる系の方法論開発も進めている。遮蔽C相互作用の取り扱いに課題が残るがフォノンが関わる部分については定式化がおわり、具体的な応用が始まっている。鉛などの重い元素において、スピン軌道相互作用はフォノンの振動数や電子格子結合定数に大きな影響を与える。実際、鉛の場合には転移温度が数十%も増強される。今年度は、超伝導密度汎関数理論をドープされたトポロジカル絶縁体やトポロジカル結晶絶縁体に適用すべく、スピン軌道相互作用の影響を取り込んだ方法論の開発に取り組んだ。さらに、トポロジカル超伝導の可能性を第一原理的に調べるため、奇パリティの超伝導の不安定性を偶パリティの超伝導の不安定性と独立に調べる方法論を開発した。この方法を活用して、Inをドープしたトポロジカル結晶絶縁体SnTeやCuをドープしたトポロジカル絶縁体Bi2Se3の超伝導を第一原理的に調べた。これらの物質については、実験的にトポロジカル超伝導の可能性が指摘されており、また過去の第一原理計算においても電子格子相互作用の波数依存性によって奇パリティの超伝導を誘起する可能性があることが提案されている。本研究の解析によれば、ドープされたSnTeの場合にはトポロジカルに自明な偶パリティの超伝導が優勢で、実験の転移温度がほぼ正確に再現されるのに対し、ドープされたBi2Se3においてはフォノンを媒介とする従来型の超伝導では実験で観測されている超伝導転移温度は再現されず、非従来型の非自明な超伝導ギャップが実現している可能性が明らかになった。
紀伊半島の神経難病多発地域住民の遺伝素因と環境要因の解析

紀伊半島の風土病として従来から有名な筋萎縮性側索硬化症(ALS)とパーキンソン痴呆複合(PDC)の実態と病因の解明に取り組んだ.紀伊半島に多発するALSとPDCの原因はいまだに不明であるが,環境因子(カルシウム代謝/重金属代謝異常説)と遺伝素因の関与が推定されている.多発地区が位置する三重県南勢町の構成地区のうち,穂原地区(人口1500人)だけが多発地区で,隣接の五ヶ所地区(人口3700人)では発症がみられていない.我々は,ALS/PDCの多発地区住民と非多発地区住民においてカルシウム代謝を比較検討した.また,ALS/PDC発症者において,中枢神経系にアルツハイマー神経原性変化が多発するという点で類似する進行性核上性麻痺(progressive supranuclear palsy;PSP)の危険因子であるタウ遺伝子多型を検討した.カルシウム代謝については,多発地区住民と非多発地区住民において,血清カルシウム,リン,マグネシウム,アルミニウム,アルカリフォスファターゼ,副甲状腺ホルモン,ビタミンDを測定したが,両地区住民間に差はなかった.タウ遺伝子多型については,ALS/PDC発症者13例(ALS4例,ALS+dementia1例,PDC6例,ALS+PDC2例)と健常日本人517名のタウ遺伝子多型を決定した.全例がPSPの危険因子である11リピートのホモ接合子を有していたが,健常日本人においても,95%以上が11リピートのホモ接合子を有するので有意差はなかった.したがって,現在までの研究では,ALS/PDCの発症要因として,カルシウム代謝異常やタウ遺伝子多型の関与は確認されなかった.紀伊半島の風土病として従来から有名な筋萎縮性側索硬化症(ALS)とパーキンソン痴呆複合(PDC)の実態と病因の解明に取り組んだ.紀伊半島に多発するALSとPDCの原因はいまだに不明であるが,環境因子(カルシウム代謝/重金属代謝異常説)と遺伝素因の関与が推定されている.多発地区が位置する三重県南勢町の構成地区のうち,穂原地区(人口1500人)だけが多発地区で,隣接の五ヶ所地区(人口3700人)では発症がみられていない.我々は,ALS/PDCの多発地区住民と非多発地区住民においてカルシウム代謝を比較検討した.また,ALS/PDC発症者において,中枢神経系にアルツハイマー神経原性変化が多発するという点で類似する進行性核上性麻痺(progressive supranuclear palsy;PSP)の危険因子であるタウ遺伝子多型を検討した.カルシウム代謝については,多発地区住民と非多発地区住民において,血清カルシウム,リン,マグネシウム,アルミニウム,アルカリフォスファターゼ,副甲状腺ホルモン,ビタミンDを測定したが,両地区住民間に差はなかった.タウ遺伝子多型については,ALS/PDC発症者13例(ALS4例,ALS+dementia1例,PDC6例,ALS+PDC2例)と健常日本人517名のタウ遺伝子多型を決定した.全例がPSPの危険因子である11リピートのホモ接合子を有していたが,健常日本人においても,95%以上が11リピートのホモ接合子を有するので有意差はなかった.したがって,現在までの研究では,ALS/PDCの発症要因として,カルシウム代謝異常やタウ遺伝子多型の関与は確認されなかった.
原子間力顕微鏡による量子ドットを介した共鳴トンネル効果の研究

1.InAs自己形成量子ドットのサイズ・密度の高精度制御分子線結晶成長法によるGaAs(001)基板上へのInAs自己形成量子ドット成長条件をコントロールすることによって、量子ドットの大きさおよび密度を広範囲に精度良く制御できる技術を開発した。具体的には形成されたInAsドットの直径を15から45nm、密度を10^8cm^<-2>台から10^<11>cm^<-2>台の間で制御することが可能になった。2.単一の量子ドットを含む共鳴トンネルダイオード(RTD)の製作とその電流・電圧特性の測定1の技術を用いて、密度が10^8cm^<-2>台の低密度InAs量子ドットを作製したのち、その上にGaAsバリア層と金属薄膜を形成し電子線微細加工を用いて0.25μm^2の大きさにパターニングしてマイクロRTDを製作した。このRTDの有効面積に含まれる量子ドットの数は平均0.12個であるため、原子間力顕微鏡の導電性探針を電極に接触させて電流・電圧特性を測定することにより単一量子ドットの特性を評価することができる。実際、このようにして得られた温度130Kでの電流・電圧特性には電圧0.5V付近で顕著なコンダクダンスの減少が観測された。これは単一量子ドットを介した共鳴トンネルによるものと考えられる。3.二重量子ドット構造による単一量子ドットの電流電圧特性の測定GaAs障壁層を挟んで二層のInAsドット層を形成すると各ドットが上下に整列することが知られている。また、表面側のドット上ではポテンシャルが低下していて電流が流れやすいことを我々は見い出している。これらの効果を組み合わせて、表面側のドットをナノサイズの電極として利用し内部のドットを介して流れる電流の特性を2と同様にして測定した結果、共鳴トンネル効果によるものと思われるコンダクタンス変化がより顕著に見られた。1.単一の量子ドットを含む共鳴トンネルダイオード(RTD)の製作とその電流・電圧特性の測定2の技術を用いて、密度が10^8cm^<-2>台の低密度InAs量子ドットを作製したのち、その上にGaAsバリア層と金属薄膜を形成し電子線微細加工を用いて0.5μm^2の大きさにパターニングしてマイクロRTDを製作した。実際、このようにして得られた温度130゚Kでの電流・電圧特性には電圧0.5V付近で顕著なコンダクダンスの減少が観測された。2.InAs自己形成量子ドットのサイズ・密度の高精度制御分子線結晶成長法によるGaAs(001)基板上へのInAs自己形成量子ドット成長条件をコントロールすることによって、量子ドットの大きさおよび密度を広範囲に精度良く制御できる技術を開発した。具体的には成長温度を410から530°C、InAs供給量を1.8から3.0MLの範囲でそれぞれ±5°Cおよび±10%の精度で制御し、また熱処理を組み合わせることによって、形成されたInAsドットの平均直径を15から45nm、密度を10^8cm^<-2>台から10^<11>cm^<-2>台の間で制御することが可能になった。3.InAs自己形成量子ドットの表面ポテンシャル測定走査Maxwell応力顕微鏡を用いてInAs量子ドットの表面ポテンシャルを直接測定し、直径が100nm程度のドット表面では周囲に比べて50mV程度ポテンシャルが低下していることを見い出した。

1.InAs自己形成量子ドットのサイズ・密度の高精度制御分子線結晶成長法によるGaAs(OO1)基板上へのInAs自己形成量子ドット成長条件をコントロールすることによって、量子ドットの大きさおよび密度を広範囲に精度良く制御できる技術を開発した。具体的には形成されたInAsドットの直径を15から45nm、密度を10^8cm^<-2>台から10^<11>cm^<-2>台の間で制御することが可能になった。2.単一の量ドットを含む共鳴トンネルダイオード(RTD)の整作とその電流・電圧特性の測定1の技術を用いて、密度が10^8cm^<-2>台の低密度InAs量子ドットを作製したのち、その上にGaAsバリア層と金属薄膜を形成し電子線微細加工を用いて0.25μm^2の大きさにパターニングしてマイクロRTDを製作した。このRTDの有効面積に含まれる量子ドットの数は平均0.12個であるため、原子間力顕微鏡の導電性探針を電極に接触させて電流・電圧特性を測定することにより単一量子ドットの特性を評価することができる。実際、このようにして得られた温度130Kでの電流・電圧特性には電圧0.5V付近で顕著なコンダクダンスの減少が観測された。これが単一量子ドットを介した共鳴トンネルによることを確認するために表面のショヅトキバリア中に埋め込まれたInAsドットのポテンシャル構造構造をモデル化して電流密度の電圧依存性を理論計算してシミュレーションを行ったところ、実験とよく一致する結果が得られた。3.二重量ドット構造による単一量子ドットの電流電圧特性の測定GaAs障壁層を挟んで二層のInAsドット層を形成すると各ドットが上下に整列することが知られている。また、表面側のドット上ではポテンシャルが低下していて電流が流れやすいことを我々は見い出している。これらの効果を組み合わせて、表面側のドットをナノサイズの電極として利用し内部のドットを介して流れる電流の特性を2と同様にして測定した結果、上記2と同様な共鳴トンネル効果によるコンダクタンス変化がより顕著に見らた。
自立的増殖能を獲得した癌細胞株を用いた分泌性プロテアーゼ産生調節機構の解析

1,自立的増殖可能な細胞株の樹立:細胞成長因子類を一切必要としない細胞株は、血清要求性のヒト由来の親株から、アミノ酸と塩類から成る合成培地で、各々数カ月から1年間程度培養を続けることにより選抜した。樹立の過程では、血清を培養液から除去するとすぐに死滅するもの、あるいは1カ月ほどのあいだに徐々に死滅するものなど、血清に対する要求性についていくつかのパターンが在った。最終的に、胃癌、大腸癌、卵巣癌、肺癌由来の癌細胞株などから、血清や細胞成長因子を全く必要とせず増殖可能な細胞株合計31株を1年半で樹立した。2,自立的増殖可能を獲得した細胞株におけるプロテアーゼやプロテアーゼインヒビターの分泌や遺伝子発現の検討:上記の細胞株を用い、ザイモグラフィーでプロテアーゼ活性をリバースザイモグラフィーでプロテアーゼインヒビター活性を、ノーザンブロットによりプロテアーゼ遺伝子の発現を調べた。その結果、悪性胃癌細胞株でトリプシン様のプロテアーゼ活性が検出され、この蛋白質がトリプシノーゲン1であることを同定し、血清非要求性の自立的に増殖する細胞株では、親株の血清要求性の株よりも遺伝子の発現が増加していることを見い出した。3,トリプシン遺伝子の発現を調節している因子類の解析:この悪性胃癌細胞株を用いて、血清や種々の細胞成長因子類がどのようにトリプシノーゲン1遺伝子の発現を調節しているのかを調べたところ、血清やフォルボールエステルあるいはTNFなどがこの遺伝子の発現を抑制的に調節していることを明らかにした。4,他の癌細胞株におけるトリプシノーゲン1の発現と無血清下における遺伝子発現の変化についての検討:この悪性胃癌細胞株ばかりでなく、複数種の胃癌や大腸癌細胞株においてトリプシノーゲン遺伝子の発現を見い出した。しかし、血清成分によりその遺伝子発現が抑制されるものは胃癌由来の2株のみであった。ヒト胃癌細胞株から分泌されているトリプシン様酵素を精製し、構造決定したところ、トリプシノーゲン1であることが判明した(Biochem.J.303:187)。またこの細胞から無血清で増殖する細胞株を樹立し、その性質を解析している過程でトリプシノーゲン遺伝子の発現が、血清やサイトカインなどにより抑制的に発現が調節されていることを見出し報告した(生化学会(大阪)、Chiba International Symposium on Cancer(Chiba))。ヒト卵巣癌細胞株の無血清培養上精中に分泌されるプロテアーゼとインヒビターの同定を行い、癌細胞の悪性度とプロテアーゼの亢進との相関を明らかにした(Jap.J.Cancer Res.in press)。また、特に悪性度の高い粘液腺腫由来の癌細胞株が宿主の正常細胞に働きかけ、メタロプロテアーゼの分泌を促進している機構を明らかにした(Clin.& Exp.Meta.in press)。樹立の過程では、血清を培養液から除去するとすぐに死滅するもの、あるいは1ヶ月ほどのあいだに徐々に死滅するものなど、血清に対する要求性についていくつかのパターンが在った。

2,自立的増殖可能を獲得した細胞株におけるプロテアーゼやプロテアーゼインヒビターの分泌や遺伝子発現の検討:上記の細胞株を用い、ザイモグラフィーでプロテアーゼ活性をリバースザイモグラフィーでプロテアーゼインヒビター活性を、ノーザンブロットによりプロテアーゼ遺伝子の発現を調べた。その結果、悪性胃癌細胞株でトリプシン様のプロテアーゼ活性が検出され、この蛋白質がトリプシノーゲン1であることを同定し、血清非要求性の自立的に増殖する細胞株では、親株の血清要求性の株よりも遺伝子の発現が増加していることを見い出した。3,トリプシン遺伝子の発現を調節している因子類の解析:この悪性胃癌細胞株を用いて、血清や種々の細胞成長因子類がどのようにトリプシノーゲン1遺伝子の発現を調節しているのかを調べたところ、血清やフォルボールエステルあるいはTNFなどがこの遺伝子の発現を抑制的に調節していることを明らにした。4,他の細胞株におけるトリプシノーゲン1の発現と無血清下における遺伝子発現の変化についての検討:この悪性胃癌細胞株ばかりでなく、複数種の胃癌や大腸癌細胞株においてトリプシノーゲン遺伝子の発現を見い出した。しかし、血清成分によりその遺伝子発現が抑制されるものは胃癌由来の2株のみであった。
適切な染色体分配を保障するセントロメア構造基盤の解明

染色体の均等分配は、細胞が次世代へと正しい遺伝情報を継承するために必須であるが、均等分配を保障する分子メカニズムについては未解明の点が多い。また、多くのがん細胞は染色体不安定性と呼ばれる高頻度の分配異常を示し、この性質が細胞のがん化やがんの悪性化を促進することが示唆されている。しかしながら、染色体不安定性をもたらす分子機構については明らかとなっていない。本研究において我々は、分裂期キナーゼAurora BがSGO1のセントロメア局在を促進し、均等分配を保障する分子機構を明らかにした。また、染色体不安定性が、SGO1の局在異常によってもたらされる可能性を見出した。染色体分配異常を高頻度に示す種々のがん細胞株において、シュゴシンタンパク質SGO1および染色体パッセンジャー複合体(CPC)のインナーセントロメア局在レベルが低下していることを見出した。その原因を探索した結果、SGO1のインナーセントロメアにおける足場タンパク質として知られているコヒーシンおよびHP1αの局在レベルの低下が観察された。これらの因子の局在を人工的に促進した結果、SGO1-CPCの局在の亢進および染色体分配異常の抑圧が観察されたことから、がん細胞の染色体不安定性がインナーセントロメア機能の低下により引き起こされる可能性が示唆された。また、CPC構成因子の1つAurora Bキナーゼが、SGO1を直接的にリン酸化することによりSGO1とHP1αの相互作用を促進することを見出した。リン酸化部位をアラニンに置換した非リン酸化型SGO1変異体を発現する細胞は、局在の減少および染色体分配不安定性を示した。これらの研究成果により、分裂期におけるインナーセントロメア形成の分子基盤の一端が解明された。細胞分裂時における染色体の均等分配は、遺伝情報の正確な継承に不可欠である。染色体接着保護因子Sgo1は分裂期においてセントロメアへと局在化し、姉妹染色分体の接着維持を通じて均等分配に必須の役割を果たす。これまで、Sgo1の発現抑制による染色体分配異常や、腫瘍形成の促進が報告されている。しかしながら、Sgo1の制御機構については未解明の点が多い。分裂期キナーゼAurora Bは、その活性を通じてSgo1の局在を制御することが知られているものの、基質を含めた分子機構については不明である。その分子機構を明らかにするために、Aurora BがSgo1を直接的にリン酸化することでセントロメア局在を促進する可能性について検討した。in vitroにおいてリン酸化アッセイを行った結果、Sgo1はAurora Bのよい基質となることを見出した。報告されているAurora Bの標的配列をもとに、種々のSgo1の非リン酸化型変異体を作製した結果、主要なリン酸化部位の同定に至った。同定されたリン酸化部位に対する抗リン酸化特異的抗体を用いた解析から、in vitroにおいて見出されたリン酸化部位は細胞内においても実際にリン酸化されていることが確認された。非リン酸化型のアラニン置換変異体の細胞内局在を観察するため、GFP標識を行った野生型および変異型Sgo1をHeLa細胞に発現した結果、興味深いことに変異型Sgo1が局在異常を示すことが明らかとなった。また、変異型Sgo1発現細胞は染色体維持機能が弱まっていること、また、染色体分配異常を高頻度に示すことが明らかとなった。以上より、Aurora BによるSgo1の直接的なリン酸化が、Sgo1のセントロメア局在および適切な染色体分配を促進することが明らかとなった。平成25年度は、Sgo1の局在制御機構を解明する上で最も重要な課題であったAurora Bの基質(Sgo1自身)およびそのリン酸化部位の同定にいたった。また、in vitroで同定されたリン酸化部位が実際に細胞内でもリン酸化されていることを確認した。さらに、非リン酸化型変異体の解析により、同定されたリン酸化部位がSgo1のセントロメア局在に必要であることも示すことができた。現在は、Sgo1とそのセントロメアにおける足場となるタンパク質との相互作用に関して、リン酸化が結合を促進する可能性について検討を行っている。研究は計画通りに進行しているといえる。計画に従いSgo1のリン酸化が足場タンパク質との相互作用を促進する。はじめに、Sgo1および既知のインナーセントロメアタンパク質のリコンビナントタンパク質を大腸菌から精製する。それぞれの因子についてin vitroリン酸化反応を行い、Aurora Bの基質を決定する。つづいて、決定された基質のAurora Bによるリン酸化が、Sgo1との相互作用を促進する可能性についてin vitroプルダウンアッセイにより検討を行う。Sgo1が基質であった場合、他のインナーセントロメアタンパク質とのプルダウンアッセイを行う。

Aurora Bによるリン酸化が相互作用を促進する結果が見られた場合には、リン酸化部位の同定を行い、非リン酸化型変異体では相互作用の促進が起こらないことを確認する。また、相互作用の解析は、酵母ツーハイブリッド法によっても行い、基質分子の非リン酸化型変異体による相互作用の減少及びリン酸化模倣型タンパク質による相互作用の増大が見られるかについての検討を行う。次に、上記の解析において見られた相互作用の促進機構が細胞内でも同様に起きているかを検討する。Aurora B阻害剤あり/なしの細胞抽出液を用いてSgo1の免疫沈降を行い、ウェスタンブロッティングにより共沈降物に相互作用因子が含まれているかを解析する。該当なし
地理空間情報システムを利用した大規模仮想自然環境表示技術の構築

日本全国の森林をリアルタイムに表示するための一連の手法を構築した。第一に、環境省の提供する植生調査結果に含まれる約200種の樹木を自動生成するために、樹形データベースを構築し、様々な樹木を自動生成することを可能にした。第二に、大規模森林の可視化を行うために、樹木生成および表示高速化のための並列計算手法を構築し、全国の任意の地点の森林をリアルタイムに表示することを可能にした。平成21年度は研究実施計画に示した以下の3点について研究を実施した.1.森林を構成する様々な樹種を自動生成するための、樹形データベースの構築環境省が公表する植生調査に関するGISデータに含まれる191種の樹木について,樹形データベースの構築を行った。データベース作成のために,新たに樹形編集ツールおよび階層ベイズモデルに基づく分析手法を構築し,それぞれの樹木の自動生成を可能にした。本手法により日本に自生する代表的な樹種をその特徴に応じて自動生成することが実現できた。本手法について情報処理学会グラフィクスとCAD研究会第138回発表会において成果の発表を行った。2. 3次元樹木形状を任意の複雑さ(頂点数)へと簡略化する手法の構築多量の樹木を高速に表示するために、新たに高効率なビルボードを用いた樹木形状の簡略化および表示手法を構築した。本手法により個々に形の異なる約4万本の樹木を実時間表示することを可能とし、大規模森林表示の基礎技術を構築した。本手法について情報処理学会グラフィクスとCAD研究会第136回発表会において成果の発表を行った。3.植生区分に対応する樹種を任意の比率・密度で表示できるツールの実装植生調査データおよび地形(標高)データを分析し、任意の樹種、自然度および地形に応じた樹木配置を自動的に行う手法を構築し、森林表示の前段階のシステムを実装した。・大規模森林のリアルタイム表示を実現させるための手法を構築本手法の特徴は,全国規模の植生図から実物と同等の樹木数をもつ森林を動的かつ高速に生成する点にある.森林の生成を動的に行うことで,事前に膨大な数の樹木を生成および保存しておく必要がなくなり,どのような規模の森林であっても可視化が可能となる.本年度は以下の3種の手法について研究を行い、様々なスケールの森林をシームレスに表示するアプリケーションを実装した。(a)樹木を構成する枝の位相情報を枝コードと呼ばれる効率的な表現へ変換することで、形状を自動生成する際の枝同士の順序性を排除し、GPUによる樹木の並列生成を実現した。また、枝コードを枝の太さの順に並べ替えたリストを用いて、森林生成の高速性を損ねずに樹形の詳細度を動的に変更できる手法を構築した。(b)約315万の群落から構成される植生図を前処理により植生ブロックに分割して扱うことで、高速な植生情報の読み出しを可能にした。検索に要する時間は0.3ms以下であり,十分に短い時間で探索できることを確認した。(c)植生調査に含まれる自然度とノイズ関数を組み合わせることで、地域の特性に応じた樹木の自動配置および植生境界を自動生成した。生成された植生境界は自然界に見られるような入り組んだ形状および飛び地のような小規模の森林等が表現され、実物に近い結果を得ることができた。以上の3手法を融合させることで、全国規模の森林情報に基づき約一千万ポリゴンから構成される森林を24fps以上のフレームレートで描画できるソフトウエアを実現した。本成果を論文およびHPを通じて公表した。
重力波天体の即時精密X線分光観測に向けた基盤構築

宇宙突発現象を理解するため、X線精密分光によるフォローアップを行い、源の情報を得るのが有効である。そのため、既存の計画(DIOS衛星)を用いた概念設計を行こなった。現在の宇宙に存在する通常物質の半分以上が、温度約100万度で低密度の中高温銀河間物質として宇宙の大構造に沿って分布すると考えられるが、大部分が未検出でダークバリオンと呼ばれている。赤方偏移した酸素の輝線を分光で探査するDIOS衛星で、2020年ごろに調査する予定であった。そこで、精密分光と高速姿勢変更の両方の実現に向けた研究を行った。一つ目は、ASTRO-H衛星のカロリーメータを用いた精密分光観測の宇宙実証。これは実際に宇宙での半導体カロリメータの動作実証と、50mKまで冷却するシステムの軌道上の動作確認まで至った。ただし、運用は1ヶ月で終了したため、精密分光の即時観測の実証までは至らなかった。2つ目は、DIOS衛星による重力波源の系統観測に向けたファスト-リポインティング機能の設計として、様々な通信方法を検討した。地上局を用いる場合の設置コストなどを考えると、今度は主流となるであろう宇宙間通信が最も低コストで、突発天体のアップ/ダウンリンクを達成できる可能性が高いことがわかった。現在運用中のイリジウム衛星を用いた場合、数時間に数回の頻度で通信ができることから、突発現象が発見されてから、数時間で衛星に信号を送れることができる。技術的には、米国や、日本でもイリジウム衛星を用いた通信の実証試験を始めている。低軌道地球周回衛星の枠組みは、2020-2030年代に桁で増強される見通しのため、今後も宇宙間通信方式が主流になるであろう。他、基礎となる超電導検出器のレート耐性も実験的に調べた。DIOS計画は、衛星規模を拡大し、より細かな空間構造まで見れる計画として再定義する見込みであり、本結果は重要なインプットとなる。28年度が最終年度であるため、記入しない。突発的なX線増光現象を素早く捉え、衛星で瞬時に観測することで、重力波現象のような希少なイベントの正体にいち早く迫る事が可能となる。必ずしも最先端の検出器を搭載した衛星でなくても、素早さがあれば、大発見に繋がる可能性があるという意味で、多様な衛星に有用な機能であるが、これまでは衛星地上間通信の困難さから、日本の科学衛星では仕組みとして確立していない。これを、既存の将来衛星DIOS(ダークバリオン探査衛星)をモデルケースとして、様々な手法の検討を行った。DIOS衛星としては、X線望遠鏡を拡大し高速姿勢制御を導入することで、銀河間高温ガスを放射と吸収の両方から観測し、領域の密度と体積を解くことに役立つ。検討した結果、1. NASAのリレー衛星は極めて高価で、専用の受信機が必要であること、2. JAXAの地上局は15周回(高度550km想定)のうち10回はどこかの局でコマンドが打てるが、即時性のためには予約が必要な事、3.商用のS-band, X-bandは運営維持経費がかかる事、4.商用のVHF, UHF帯であれば安価だが、科学衛星の多くは赤道軌道でないため(高度約500km,傾斜角約30度)、地上局が大量に必要になることがわかった。これをもとに、今回はイリジウム衛星通信の適用可能性を検討した。結果、ハードウェアのサイズ、重量、宇宙実績、電力などは超小型衛星で実績があることから、十分可能性があることがわかった。高度が高くなるほど、イリジウム衛星が該当衛星を囲むビームサイズが小さくなり、可視時間が短くなる事が難しい点であるが、1日あたりの可視回数は約25分に1回程度で、約40秒の可視時間が現れる。通信可能なイリジウム衛星の数はほぼ常に1機だけであるが、姿勢情報だけをuplinkすることは原理上は可能なことがわかった。現実的なオプションとして、高速姿勢制御を実現する上で、ボトルネックの箇所は衛星へのアップリンク手法であると判断し、様々なオプションの中からイリジウム衛星に焦点を絞り、検討が進んだ点で、概ね順調という判断としたい。運用方法の工夫は必要であるが、原理的には実現できる可能性が高いと考えている。全世界に衛星の軌道要素は公開されており、それを用いてイリジウム衛星とDIOSとのコンタクト時間を予測し(軌道要素が1日で更新されれば、精度は1日で数秒程度。更新頻度が下がればその分精度も下がる)、DIOS衛星はそのタイミングで何度かイリジウム衛星と通信しデータ取得を行う。この場合、内之浦などで、通常衛星運用を行いつつ、突発天体が発生した時のみイリジウム通信を行うことになる。様々な衛星の姿勢や運用状況のなかで、安全に姿勢変更を行い、観測し、もとに戻せるかが肝要であり、アルゴリズム等の間違いによっては衛星に致命傷を追わせる可能性もあるため、周到な設計と、それを検証する試験方法の考案も不可欠である。時間的制約は、550kmの高度の場合、約40秒しか可視時間がなく、高度600kmではさらに2割程度は減る可能性があるため、その時間内にデータ受信が可能かどうか、数秒の精度で、イリジウムと衛星のコンタクトを予言し、異常なく通信ができるかどうかが検討事項になる。

その他、電波関係の免許の取得に時間がかかる可能性があるなど、手続き上の懸念もあるが、日本の超小型衛星EGGが先行して実証を試みているために、免許関係の問題は解決方法が示されると期待できる。他、米国や、フランスもイリジウム衛星をもちいた通信を検討しており、国際的な枠組みで情報共有をすることも必携である。宇宙突発現象を理解するため、X線精密分光によるフォローアップを行い、源の情報を得るのが有効である。そのため、既存の計画(DIOS衛星)を用いた概念設計を行こなった。現在の宇宙に存在する通常物質の半分以上が、温度約100万度で低密度の中高温銀河間物質として宇宙の大構造に沿って分布すると考えられるが、大部分が未検出でダークバリオンと呼ばれている。赤方偏移した酸素の輝線を分光で探査するDIOS衛星で、2020年ごろに調査する予定であった。そこで、精密分光と高速姿勢変更の両方の実現に向けた研究を行った。一つ目は、ASTRO-H衛星のカロリーメータを用いた精密分光観測の宇宙実証。これは実際に宇宙での半導体カロリメータの動作実証と、50mKまで冷却するシステムの軌道上の動作確認まで至った。ただし、運用は1ヶ月で終了したため、精密分光の即時観測の実証までは至らなかった。2つ目は、DIOS衛星による重力波源の系統観測に向けたファスト-リポインティング機能の設計として、様々な通信方法を検討した。地上局を用いる場合の設置コストなどを考えると、今度は主流となるであろう宇宙間通信が最も低コストで、突発天体のアップ/ダウンリンクを達成できる可能性が高いことがわかった。現在運用中のイリジウム衛星を用いた場合、数時間に数回の頻度で通信ができることから、突発現象が発見されてから、数時間で衛星に信号を送れることができる。技術的には、米国や、日本でもイリジウム衛星を用いた通信の実証試験を始めている。低軌道地球周回衛星の枠組みは、2020-2030年代に桁で増強される見通しのため、今後も宇宙間通信方式が主流になるであろう。他、基礎となる超電導検出器のレート耐性も実験的に調べた。DIOS計画は、衛星規模を拡大し、より細かな空間構造まで見れる計画として再定義する見込みであり、本結果は重要なインプットとなる。今後は、超小型衛星の枠組みではなく、小型衛星のシステムにイリジウムモジュールを如何にして組込み、価格も安く抑え、検証や試験がやりやすい方策を見いだすことが必要である。具体的に必要なリソースの定量的な評価を進め、計算だけでなく、実機を用いた評価、あるいは、他開発者による実機を用いた試験結果を精査する必要がある。特に、送信から受信にかかる時間と、エラー率を押さえることと、エラーが起きても衛星に問題を引き起こさないシステムの検討を進める。通信システムに頼るだけのはリスクも高いため、バックアップのプランを考える事も重要である。そのため、このような通信を強化する軸ではなく、自立的に突発現象を発見し、姿勢変更を行う簡便な枠組みを検討することも進める。歴史的には、自立的に同定し、姿勢変更をする手法で成功した例は多いため、2020年代の技術で何がどこまで可能になるか検討を進める意義は大きいと考える。その際、重量、電力、サイズなどをどこまでコンパクトに収められるかが重要となる。また、新規開発項目を極力減らす努力も必要であり、既存の検出器や、過去の検出器のフライトスペア品など、日本に限らず世界から情報を収集し、実現可能性を検討する。
着葉分布の不均一性の評価:林冠構造の複雑さは森林のガス代謝にどの程度影響するか?

林冠内の葉の分布状態は森林内の微気象、ガス代謝機能、幹の形を決定する重要な要素である.葉は林冠内で不均一に分布している。クラスター構造の形成やギャップモザイクは林冠構造をより複雑にしている.しかしながら,測定の難しさから成木の葉の三次元分布に関する研究は少なく、葉のクラスター形成に関してほとんど解明されていない。本研究では、着葉分布の不均一さを定量的に評価し,樹種間,発達ステージ間での違いを知ることと、林冠の着葉分布の不均一さがガス代謝機能へ及ぼす影響を知ることを目的とした。1.スギ人工林の葉のクラスター構造を定量化し、年齢に伴って樹冠内の葉分布が不均一になりクラスター化するかどうかを調べた。78年、88年生の老齢スギは20年の弱齢スギ、40年の壮齢スギに比較して、葉分布は不均一であり、葉クラスターが細分化していた。これらの着葉の不均一性は樹冠内のギャップ率と強い関係があった。2.タブノキとスダジイ樹冠の葉の三次元分布を調べ、両者の葉クラスターの構造を比較した。スダジイはコンパクトな葉クラスター構造を示し、シュート構造が関与している可能性があった。3.ブナ樹冠の葉の二次元分布を調べ、その着葉密度分布パラメータを用いて樹冠内の光の時空変化や単木の蒸散速度・光合成速度を推定するモデルを作成した。4.ギャップモザイク構造は林冠構造の複雑性の重要な要因である。ギャップモザイク構造が林床の光環境および稚樹の光合成速度に及ぼす影響を予測するモデルを作成した。ギャップモザイク構造は林床稚樹の光合成速度の水平分布や稚樹のニッチの広がりに大きく影響した。林冠内の葉の分布状態は森林の生産力やガス代謝機能を評価するための重要な要素である.葉は樹冠レベルでも林冠レベルでもきわめて不均一に分布しており,葉が集中的に分布するクラスター構造の形成は林冠構造をより複雑なものにしている.しかしながら,測定の難しさから葉の三次元分布に関する研究は国内外ともに少なく,とくにクラスター構造に結び付けた葉分布の定量的解析はなされていない.このため、現実に近い林冠構造をモデル内に再構築できず、森林のガス代謝を評価するモデルでは,着葉分布の不均一さを無視して組み立てられる場合が多い.本研究では1)量葉分布の不均一さを定量的に評価し,樹種間,発達ステージ間,林分タイプ間での違いを知ることと、2)森林の炭素代謝機能を考える場合,着葉分布はどこまで単純化できるのかを明らかにすることにねらいを絞って研究中である.本年度はブナ林と照葉樹林を対象に研究を行った。新潟県苗場山ブナ二次林において、9m×5.6m×高さ21mの森林空間を0.25m×0.25m×0.2mの立体セルに区切り、それぞれのセルの葉面積密度を測定した。また林冠内を表面からの深さによって4層に分け、それぞれの層から4-7本のシュートを採取し、シュートの受光効率SPAR(φ)を測定した。ほとんどの葉は林冠表面から3m以内の深さまでに分布した。着葉層内では葉面積密度が高いセルが小さな集中班を形成しながら、分布する傾向が見られた。SPAR(φ)は林冠表層ほど小さく、シュートごとのクラスター化が上層ほど激しいことを示した。照葉樹林の林冠構成種であるスダジイとタブノキについて同様の手法を用いて、葉面積密度の分布を測定した。