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化学反応のゆらぎと協同現象としての細胞現象の理論生物物理

これまで,シグナル伝達系における反応ゆらぎとシグナル増幅の関係に関する研究を進めてきた。その結果は,gain-fluctuation relationとしてまとめることが出来た。本年度はその結果を,細胞性粘菌の走化性シグナル伝達系に適用した。細胞性粘菌は,cAMPの濃度勾配を感じて,濃度の高い方へ向かって運動をする(走化性)。細胞の走化性の正確さを調べた実験によると,それは濃度勾配の大きさや,濃度の絶対値に依存していた。走化性の正確さはcAMPの濃度とともに上昇し,ある濃度で最大値を示し,さらにcAMPの濃度が上昇すると,正確さは逆に減少する。その結果を定量的に説明するために,走化性シグナル伝達系のシグナルとノイズの比,SN比を数理的求めた。実際のパラメータを代入すると,それは実験結果と見事に一致した。このことから,細胞の振る舞いには確かにシグナル伝達系における反応のノイズとその伝搬を考慮に入れる必要があることを示している。この理論を用いると,レセプターの数などのさまざまな生化学パラメータが変化したときに走化性の正確さがどのように変化するかを予言することが出来る。従って,ある変異株で走化性の効率が野生株に比較して変化したときに,どの生化学パラメータに変化があったのかを予測することが出来る。細胞内の生化学反応に伴う、成分の濃度の時間的揺らぎに関する基礎的な理論を確立した。特に、シグナル伝達系においては、アロステリック反応など微小なシグナルを増幅するための化学反応が多数ある。本研究では、シグナルを増幅するための反応は不可避的に大きなノイズを生成することを理論的に示した。特に、(1)シグナルの増幅率と生成するゆらぎの分散の大きさの間には比例関係がある,また、(2)シグナルにノイズが含まれると、そのノイズも増幅される。ノイズの増幅率は、シグナルの増幅率とシグナルに含まれるノイズを平均化する作用の大きさの積で与えられる、ことを理論的に示した。これらの理論から得られる結果から、これまでの遺伝子発現に関するゆらぎの実験をうまく解釈することが出来る。シグナル伝達系は通常、カスケードを形成している。ある反応で生成されたノイズはそのカスケードを伝達する。本研究の結果から、伝達されるノイズの特性時間はカスケードを伝達するにつれて長くなっていくことが分かる。従って、もしもカスケード全体で微小シグナルを増幅しているとすると、シグナル伝達系の最下流では上流から伝わるノイズによって遅い揺らぎが生まれていることが示唆された。この理論によって、最近のバクテリアのランダムな運動に関する実験をうまく説明することが出来る。これらの結果から、アロステリック効果を含む反応などシグナル増幅率の大きい反応は、場合にっては大きなノイズを作るために使われていて、その結果、行動の多様性を生み出している可能性が示唆される。前年度に確立したシグナル伝達型の成分の濃度の時間的ゆらぎに関する基礎理論を用いて、細胞性粘菌の走化性シグナル伝達型におけるゆらぎの問題を理論的に考察した(出版準備中)。これは、走化性シグナルが反応のイズによって制限されているという考え方の元で、シグナルの「質」を定量化したものである。シグナル強度を変えていくとシグナルの質も変化する。細胞性粘菌の実験によって得られたパラメータを用いると、シグナルの質の変化は、走化性の精度を測定した実験結果に良く合致した。これは、実際のシグナル伝達型がノイズによって制限されていることを間接的に示している。また、複数のタンパク質や遺伝子が互いに協調して働いて、システムとしてどのように構造・形態形成や機能発現が実現しているかを理解することはこれからの生物学の大きな課題である。そのためには、比較的小規模のネットワークを理解して、さらに、複数の小規模ネットワークがクロストークによって協同的に働いてより規模の大きいネットワークの機能を理解していく、というのが一つの方法であろう。本研究では、フィードフォーワードループと呼ばれる比較的小規模のネットワークのクロストークによって、時間的に一過性の応答や空間的にストライプパタンを形成するネットワークの基礎理論を確立した。これによって、発生のパタン形成やシグナル伝達型の応答のある種の現象をネットワークの観点から統一的に理解することができるようになる。
GO期特異的に形成されるp27巨大複合体の解析

GO期特異的に形成されるp27巨大複合体構成因子の同定・機能解析を目標として本研究を行った。p27は細胞増殖の抑制を引き起こす負の調節因子であり、GO期から細胞周期に再進入する際にタンパク質分解により発現量が急速に減少する、重要な鍵分子である。このp27のSer10部位をAlaに置換した非リン酸化型ノックインマウスを作製・解析したところ、本来非常に安定であるGO期にp27タンパク質が不安定化し、p27発現量が低下することが明らかとなった。予備実験の結果、GO期にp27は巨大な複合体を形成すること、その巨大複合体の形成は増殖シグナルであるPI3キナーゼ活性によって阻害されることが明らかとなり、その結果p27が不安定化することが示唆された。本研究ではこのGO期特異的なp27の巨大複合体プロテオミクスを行い、その構成因子を明らかにすることを試みた。まず293T細胞にFLAGタグを付加したp27を発現させ、PI3Kインヒビター処理により細胞周期を停止させた細胞に特異的に結合する分子群を、抗FLAG抗体カラムを用いて濃縮し、p27複合体プロテオミクスを行った。その結果、30種類弱のタンパク質をPI3Kインヒビター存在下のp27結合分子として同定することに成功した。残念ながらこれらp27結合分子の多くは既知であり、残りの結合因子について解析した結果、これらの中にもGO期においてp27と複合体を形成する分子群を見出すことは出来なかった。そこで癌細胞株の使用を止め、GO期に停止させた正常細胞を用いてその細胞抽出液をサイズ分画後、高分子分画に存在する内在性p27の複合体解析を試みた。この高分子分画に含まれるp27結合分子をSDS-PAGE後に銀染色したところ、特異的な5本のバンドが存在することが明らかとなり、これら5つの構成因子を同定中である。当初の目的は達成されていないが、方法に関しては確立しており、複合体の構成因子も可視化出来ているため、まもなく同定出来ると考えている。その後は機能解析まで進める予定である。p27は細胞周期の進行に必要なサイクリン・サイクリン依存性キナーゼ(CDK)複合体に結合し、その活性を阻害することによって細胞増殖の抑制を引き起こす負の調節因子であり、GO期から細胞周期に再進入する際にタンパク質分解により発現量が急速に減少する、重要な鍵分子である。このp27のSer10部位をAlaに置換した非リン酸化型ノックインマウスを作製・解析したところ、本来非常に安定であるはずのGO期にp27タンパク質が不安定化し、p27発現量が低下することが明らかとなった。そこでGO期におけるp27の制御機構を明らかにするために予備実験を行ったところ、GO期においてのみp27はサイクリン・CDK複合体のみでは説明できない巨大な複合体を形成していることが明らかとなった。また、このp27巨大複合体の形成は増殖シグナルであるPI3キナーゼ活性によって阻害され、p27が不安定化することもわかってきた。本研究ではGO期特異的に形成されるp27巨大複合体プロテオミクスを行い、その構成因子を明らかにすることを試みた。まず293T細胞にFLAGタグを付加したp27を発現させ、通常の増殖状態においた細胞とPI3Kインヒビター処理した細胞について、抗FLAG抗体カラムを用いてp27複合体を濃縮し、p27複合体プロテオミクスを行った。その結果、30種類弱のタンパク質をPI3Kインヒビター存在下のp27結合因子として同定することに成功した。これらp27結合因子は既に報告されている既知分子も含んでいたが、新規分子も多くみられたため、いくつかの分子に関してはcDNAをクローニングし、発現ベクターを作製した。現在それらがp27巨大複合体の構成因子として複合体に含まれるかどうか確認中である。また、正常細胞を用いたp27複合体プロテオミクスも同時進行中である。

残念ながらこれらp27結合分子の多くは既知であり、残りの結合因子について解析した結果、これらの中にもGO期においてp27と複合体を形成する分子群を見出すことは出来なかった。そこで癌細胞株の使用を止め、GO期に停止させた正常細胞を用いてその細胞抽出液をサイズ分画後、高分子分画に存在する内在性p27の複合体解析を試みた。この高分子分画に含まれるp27結合分子をSDS-PAGE後に銀染色したところ、特異的な5本のバンドが存在することが明らかとなり、これら5つの構成因子を同定中である。当初の目的は達成されていないが、方法に関しては確立しており、複合体の構成因子も可視化出来ているため、まもなく同定出来ると考えている。その後は機能解析まで進める予定である。
定常流人工心臓の実現のための試験的総合的研究

実験目的に従い、重症心不全患者の治療と救命のための抗血栓性と耐久性に優れた定常流人工心臓を開発するとともに、その治療への応用の際に不可欠な定常流循環を適用した生体の病態生理を動物実験で検討した。装置の開発については、抗血栓性の向上のために、コンデュイットの内面への抗血栓性材料としての抗血栓性ポリウレタンの使用とともに、血液ポンプ内の血液の鬱滞部の解消を図った。ポンプの構造として、インペラの中心潅流孔の直径を拡大することで、インペラ周囲の連続的な血液潅流量を増加させることができ、回転中のインペラを支えるスラスト受け部の形状を流線に沿うように改良し、血液の同部への鬱滞を解消した。耐久性の向上では、インペラの中心潅流孔の拡大によってスラスト力を低減させることができた。また体内埋込のために、ポンプ本体の小型化、腐食と体液の侵入の防止のための改良を行った。体外設置型左心バイパスとしては、最長381日、体内埋込型として40日の連続運転が可能で、優れた生体内性能を示した。病態生理学的研究に関しては、先ず、拍動流と定常流の切換えによる病態の観察を行った。即ち、人工心臓を用いて山羊の体循環を拍動流状態と定常流状態に切り換え、カラードマイクロスフェア法による各臓器組織血流分布、プロスタグランディン系、エンドセリンなどの変化を観察した。またレーザ組織血流計による腎表面の血流動態を観察するとともに、腎交感神経活動を記録解析した。その結果、一過性に変化するものもあるが、ほとんどのパラメータは体循環の定常流化後数分間で、拍動流時と差が無くなることが明らかとなった。次いで、長期定常流左心バイパスが大動脈壁に与える影響を、形態および力学的特性の面から検討し、定常流群の下行大動脈では壁厚の減少、平滑筋の減少、平滑筋細胞の分類では、収縮性が低いと考えられる形態を有する細胞の比率の増加などを認めた。実験目的に従って、重症心不全患者の治療と救命のための抗血栓性と耐久性に優れた定常流人工心臓を開発するとともに、その治療への応用の際に不可欠な定常流循環を適用した生体の病態生理を動物実験で検討した。装置の開発については、抗血栓性の向上のために、コンデュイットの内面への抗血栓材料としての東洋紡績社製抗血栓性ポリウレタンTM-3の使用とともに、血液ポンプ内の血液の鬱滞部の解消を図った。ポンプの構造として、インペラの中心灌流孔の直径を4mmから5mmに拡大することで、インペラ周囲の連続的な血液灌流量を約1.5倍に増加させることができ、回転中のインペラを支えるスラスト受け部の形状を流線に沿うように改良し血液の同部への鬱滞を解消した。耐久性の向上では、インペラの中心灌流孔の拡大によってスラスト力を低減させることができた。体内埋め込みのため改良では、磁気結合のための磁石材質と寸法の変更などにより、軸方向の短縮ができた。In vitroおよび動物実験による評価では、in vitro溶血試験によって、改良したポンプの溶血が大幅に軽減したことが明らかとなった。以上の結果、成山羊を用いた体外設置左心バイパスとして遠心ポンプを装着し、200日間の連続運転を実現した。病態生理学的研究に関しては、拍動流と定常流の切換えによる病態の観察を行った。

即ち、人工心臓を用いて山羊の体循環を拍動流状態と定常流状態に切り換え、カラードマイクロスフェア法による各臓器組織血流分布、プロスタグランディン系、エンドセリンなどの変化を観察した。またレーザ組織血流計による腎表面の血流動態を観察するとともに、腎交感神経活動を記録解析した。その結果、一過性に変化するものもあるが、ほとんどのパラメータは体循環の定常流化後数分間で、拍動流時と差が無くなることが明らかとなった。成山羊に対して、改良した遠心ポンプを体外設置式の左房脱血大動脈送血の左心バイパスとして装着し、長期慢性動物実験を行った。抗凝血薬としてワ-ファリンを経口投与し、プロトロンビン時間を50%前後に維持し管理した。その結果、単独の遠心ポンプによる現時点での世界最長生存記録となる381日の生存が実現され、開発中のポンプの生体内での優れた抗血栓性と耐久性が実現された。また、ポンプ各部に体内埋め込みのための耐水性を付与する改良を施し、左房脱血大動脈送血の左心バイパスとして左胸腔内埋め込みを行い、体内埋め込み実験を開始した。病態生理学的な解析については、定常流左心バイパスによる脈圧の減少が長期間持続した場合、大動脈壁にいかなる変化がもたらされるかについて、主として研究した。実験は定常流群、拍動流群、対照群について、摘出した胸部大動脈に対して、1)壁厚の計測、2)光顕による構成成分(平滑筋細胞、エラスチン、コラーゲン)の体積比の算出、3)透過電顕による平滑筋細胞の形態の観察、を行った。その結果、1)壁厚は、拍動流群では平均2.3mm、対照群では平均2.4mmであったのに対し、定常流群では平均1.4mmと著明な減少を認めた。2)構成成分のうち平滑筋の占める割合は、拍動流群では47%、対照群では50%であったのに対し、定常流群では38%と有意な平滑筋構成比率の減少を認めた。3)平滑筋細胞の形態の観察では、収縮力が減弱したと考えられる細胞の割合が、拍動流群では3%、対照群では5%であったのに対し、定常流群では67%と著明に増加しており、平滑筋の収縮力の減弱が示唆された。ポンプの改良については、主として、体内完全埋込を目指して研究を進めた。ポンプ本体の大きさを、最大直径72mm、モータ部から血液室上面までの長さ100mmに小型化し、ステンレス製ケーシングと防水のためのOリングの採用により、腐食と体液の侵入を防止した。このポンプを体重66kgの成山羊に左開胸下に、左房下行大動脈間に装着した左心バイパスとして胸腔内に埋め込んだ。また、ポンプはステンレス製の金具を用いて肋骨に固定し、術後は抗凝血療法とし、経口的にワ-ファリンを投与し、プロトロンビン時間を50%前後に維持した。その結果、実験動物は左心耳の脱血管挿入部周囲からの出血によって死亡するまで40日間生存した。バイパス流量は47L/minの間を維持することができ、ポンプ周囲の温度は、体温と比較して2°C程度の上昇であった。ポンプは繊維化したカプセルで覆われており、周辺の組織の壊死や胸膜の癒着などは観察されず、またマクロファージの浸潤や異物巨細胞の出現なども軽度であった。ポンプのモータ部への体液の侵入も認められなかった。定常流循環の病態生理学的な検討では、主として、長期定常流左心バイパスが大動脈壁に与える影響を、形態および力学的特性の面から検討した。成山羊19頭を用い、5頭に定常流左心バイパスを32-381日間、他の7頭に拍動流左心バイパスを34-130日間施行し、無処置の7頭を対照群として検討を行った。その結果、定常流群の下行大動脈では壁厚の減少を認め、組織構成成分における平滑筋の減少とエラスチンの増加を認めた。
フザリウム病原菌の無性胞子形成に関与する遺伝子クラスターの同定

Fusarium oxysporumは、小型胞子、大型胞子および厚膜胞子の3種の無性胞子を形成する。研究代表者のグループは、形質転換ベクターを用いた遺伝子タギング法によって、メロンつる割病菌(F. oxysporum f. sp. melonis)から胞子形成変異株を分離し、変異株のひとつから小型胞子および大型胞子の形成に不可欠なREN1遺伝子を同定した。さらに、REN1の隣接領域(約30kb)から7個の推定読み枠(ORF1ORF7)を検出した。本研究では、これら読み枠の胞子形成における機能を解析し、胞子形成遺伝子クラスターの同定を目指した。メロンつる割病菌の全RNAを鋳型としたRI-PCRによって、すべてのORFが転写されていることを確認した。2.Fusarium属の他種菌における各ORFの分布解析Fusarium属の他種菌における7つのORFの分布をDNAゲルブロット解析によって調査し、これらORFの相同配列がFusarium属菌に広く分布することを明らかにした。3.推定読み枠の変異株の分離酵母の細胞周期制御因子または機能未知タンパク質とそれぞれ相同性が認められた2つのORFについて、部位特異的遺伝子破壊法によって変異株を作出した。変異株の胞子形成を観察したところ、小型胞子および大型胞子の形成数の減少、大型胞子の小型化、微妙な形態異常などが観察された。したがって、これらORFは本菌の胞子形成に量的に関与する遺伝子であることが明らかとなり、REN1の隣接領域は胞子形成遺伝子クラスターであると推定された。
戦中・戦後期における科学的精神と反文明的思考の関係：シュルレアリスムとその周辺

本研究は「いかなる条件のもとで科学的知は魔術や民間伝承といった反文明的思考に結びつくのか」、「1930年代から戦後までという、特殊な時代において科学的精神はいかなる変容をとげていくのか」といった問題に取り組みつつ、シュルレアリスムとその周辺を例に「20世紀の知識人や科学者がいかに戦争とモラルという問題に直面したのか」という問いに答えようとするものである。本研究はまた、原子爆弾やアウシュヴィッツといった、非人間的な時代を経た世界に対して、これらの知識人がどのような文明観を抱くことになるのか、といった今日の私たちにも無縁ではない普遍的な問題にも通じている。
貯水池水の強制循環による水質改善工法の研究

(1)神田は、低温かつ貧酸素の底層水を揚水し、水面から散布することによって表層水質を改善する工法に関して水理実験を行った。当初、曝気効果までを評価する予定であったが、最終的には底層水を塩水によって代替させた実験を行った。次元解析的に支配パラメーターを導出して、種々の水理条件のもとで得られた実験結果を整理した。これより、散布水塊の効率的に拡散・混合が生じる散布水量や「ノズル-水面」間の距離等を明らかにした。(2)箟は、成層化した池内の水を鉛直方向に強制循環させ密度成層を破壊することによって水質改善を図る内部循環工法について検討を行った。水塊が躍層に衝突することによって誘起される鉛直混合量や衝突水塊の拡散量を実験的に定式化し、水質構造の変遷過程を予測する半経験的解析法を提案した。(3)道奥は上水専用貯水池において水温・流速の自動観測を行い、内部変動過程と水質変化との関連性について実証的研究を行った。自然の擾乱外力として風の応力に着目し、風速・風向と内部振動特性との関連性を検討した。種々の統計解析を行い、風速と内部変動強度や内部波のモード構造との関連性を明らかにした。また、現地観測を通じ、本研究で検討されている各循環工法の実現可能性についても検討した。(4)村岡は、風洞水槽による吹送密度流の実験を行い、風応力が底層水の鉛直輸送に果たす役割を検討した。その中で、底層水の鉛直循環に果たす内部セーシュ(湧昇)と鉛直連行の各々の効果を定量的に評価した。また、水域周辺の地形や水辺構造物によって風を制御し、水質環境の改善を図る方法についても検討した。(5)中辻は、任意の地形を有する密度成層水域の三次元数値解析モデルを構築し、貯水池や内湾を対象としたケーススタディーによってモデルの有用性を確認した。また、数値解析結果の可視化手法を確立し、各種循環工法を採用した場合の水塊挙動を合理的に再現できるようにした。神田は底層水散水工法を模擬するための水理実験装置を製作した.次に水理計測法を確立し実験装置を良好に稼働させるために各種予備的実験を行った.まず,制御が比較的容易な塩分濃度成層場における散水循環工法の実験を行った.流速計測などにまだ不備があるが,流況と鉛直循環特性に関して定性的な知見を得た.水温成層の実験を行うためにデ-タロガ-を購入し,熱電対による多点水温計測法を確立した.実験は現在進行中である.箟は内部循環工法に関する水理実験を行い,混合則を実験的に定式化することを試みている.道奥は噴水による散水ならびにポンプ船による内部循環を試験的に実施している建設省直轄の貯水池に出向き,現地実験の成果や問題点などに関する情報を収集した.また神戸市内の上水用貯水池において水温,流速に関する現地観測を1年間継続し,資料の収集・解析を行った.村岡は風洞水槽を用いて風による密度成層の応答・混合特性を実験的に調査した.内部セ-シュなど各種モ-ドの内部振動成分についても検討を加え,強制的な循環工法にともなう流動によって池内の水温場が如何に応答するかを考えるための基礎的知見を得た.

中辻は貯水池と類似した閉鎖性水域である江田島湾において水温,熱収支の現地観測を行った.水温構造を予測するための鉛直一次元数値モデルの構築も併行し,観測から得られた渦動拡散係数などのデ-タをもとにして閉鎖水域内の流動を予測する解析手法の確立を図っている.底層水散水工法に関しては流速を精度よく計測することが困難であり水温成層での水理実験が当初の計画より遅れ気味である.数値予測手法については三次元モデルを現在検討中である.今後の研究成果の進捗に応じて次年度は研究計画の軌道修正を随時加えながら研究を進め,完結する予定である.(1)神田は、底層水の水面散布による表層水質の混合機構を実験的に解明し、その水質改善効果を検討した。表層から散布する流量・水面とノズル間の距離を変化させて混合水塊の密度流的拡散過程を計測し、散布水塊の拡散幅や貫入水深の経時変化を無次元表示した。拡散特性に関する実験式は、実貯水池へスケールアップし応用することが可能である。(2)箟は躍層界面へ水塊を衝突させ密度成層を破壊することによって水質を改善する工法(内部循環工法)について実験的検討を行った。支配パラメーターを用いて衝突水塊の拡がり特性。鉛直混合量などを実験的に定式化した。この実験式に基づいて、循環水量と密度成層度から密度構造の変遷過程を予測する手法を開発した。(3)道奥は貯水池の水温・流速変動に関する現地観測を行い、内部変動過程と水質変化との関連性について実証的に検討を行った。特に、風の応力にともなう密度場の振動モードを統計解析し、風速の増加とともに内部波の鉛直モード構造が高次に移行することなどを明らかにした。また、内部波動論を背景として、ある一点の観測時系列から水域全体の水温変動を解析的に記述し、実測結果との良い一致を得た。(4)村岡は風洞水槽を用いて風応力が作用する場合の密度成層場の強制循環過程と鉛直混合過程に関する水理実験を行った。底層水質の上方への輸送という観点から見た場合、鉛直混合のみならず吹送流にともなう底層水の湧昇過程もまた重要であることがわかり、湧昇量と鉛直混合量の双方を総合的に評価することによってはじめて水質環境を論ずることができることを明らかにした。(5)中辻は、三次元数値解析モデルを構築し、密度成層化した貯水池や内湾などにおける水塊挙動を数値的に予測した。さらに数値解析結果の物理的考察を容易ならしめるための数値的可視化手法を確立し、解析結果を明快に表示した。
超高次元データに関する統計的推定原理確立と大規模データマイニングへの適用

次元の呪い効果を分析し、超高次元データが中心から[r,r+ε]の距離に分布する「球面集中効果」、超高次元空間の局所に確率が集中する「確率密度集中効果」、超高次元データが広大な体積内に分布する「スパース化効果」等を特徴付けし、前者2効果を打ち消す人工的歪みをデータ・状態分布に与える高精度、ロバストな推定法を提案した。初年度は、(1-1)各次元の呪い現象を洗い出し、その相互関係の整理、類型化を行う研究と、(1-2)次元の呪いの各発生機構の解明と数理的特徴づけを行う研究に取り組んだ。(1-1)各次元の呪い現象の洗い出しとそれらの相互関係の整理、類型化現状では個別に知られている各種次元の呪いに関する知見を収集し、それらを原因に基づき類型化することに取り組んだ。その結果、「統計的大数の法則に基づくデータ間距離の均一化」と「超高次元空間の性質に基づくデータ分布の偏り」に類型化した。(1-2)次元の呪いの根本的な各発生機構の解明と数理的特徴づけ超高次元ないしは次元d→∞の極限における任意の確率密度関数とそれに従うデータ分布の数理的な挙動を調べる方法論を検討した。この結果、高階微分可能な確率密度関数について、その展開近似によりd→∞の極限における挙動を調べる方法を定式化した。さらに、(2-1)次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立に取り組んだ。(2-1)次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立(1-1)及び(1-2)で解明された2つの次元の呪いの発生機構や数理的特徴により、これらの効果が影響する統計的推定過程を明らかにし、これらを克服する一般的統計的推定原理を検討した。現状ではまだ検討途上の段階であるが、超高次元空間において定義する距離の性質が一定の条件を満たす時に、上記2つの次元の呪いを軽減しうる場合があることの示唆を得た。平成23年度は、初年度で実施した(1-1)各次元の呪い現象の洗い出しとそれらの相互関係の整理、類型化、及び(1-2)次元の呪いの根本的な各発生機構の解明と数理的特徴づけ、(2-1)次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立の研究成果を受け、引き続き研究計画の項目である(2)次元の呪い克服原理の探求における(2-1)次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の更なる確立に取り組むと共に、(2-2)他の次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立にも取り組んだ。(2-1)次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立(1-1)及び(1-2)で解明された2つの次元の呪いの発生機構や数理的特徴に基づいて、初年度に明らかにした統計的推定過程を基に、これら次元の呪いを克服する一般的統計的推定原理を検討した。具体的には球面集中現象に起因する統計的推定の性能劣化に対して、分類やクラスタリング性能を改善する最適化手法を検討した。また、確率密度の差異が大きくなることに起因する統計的推定の性能劣化に対して、プロポーザル分布に基づく重み付きデータサンプリング手法を検討した。数値実験を通じこれらの手法によって、高次元データに関する統計的推定や機械学習の精度が大幅に改善することを確認した。(2-2)他の次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立(1-1)及び(1-2)で解明された他の次元の呪いの発生機構や数理的特徴に基づいて、これら次元の呪いを克服する一般的統計的推定原理を検討した。具体的には、予測問題において性能を最大化する次元を選択する問題を、劣モジュラ最大化問題として定式化した。そして、それをグローバル最適化する手法を検討した。数値実験を通じて、高次元のデータによる予測問題において、予測性能を最大にする最適な次元組合せを選択可能であることを確認した。以上により、数千次元以上で高精度、ロバスト、低計算量な統計的推定原理の確立の見通しを得た。高次元事例ベクトルXiの下でのある情報Yの確からしさp(Y|Xi)から、ベイズ推定によってYの下でのXの期待値EY(X)を推定する場合に、次元の呪いを軽減する方法としてプロポーザル分布を用いるIEP(intensive and extensive proposal)手法を提案した。この手法では実データから大まかに予想されるベイス推定分布p(X|Y)の中心付近と裾野に人工データを付加して、実データの球面集中現象とスパース化現象を緩和した新たなプロポーザル分布q(X)に従うデータを生成する。ただし、新たなデータに元データ分布を反映させるため、新たなデータの各事例をw(Xi)=p(Xi)/q(XI)によって重み付ける。これにより、Yの下での事例Xiの確率をp(Xi|Y)=w(Xi)p(Y|Xi)/Σw(Xi)p(Y|Xi)によって重み付き推定し、それを基にEY(X)= ΣXip(Xi|Y)を得る。IEP手法を粒子フィルタに適用することで、本質次元が非常に高いカオスダイナミクスを有する系の観測ベクトルYの系列から、系の高次元状態ベクトルを高精度にベイス推定する。

本提案手法を、東太平洋の巨視的な海洋波動に関する人工衛星リモートセンシング時系列データを対象として、波高の高精度予測推定を行った。これは海面の2次元的広がりを持つセンシングデータであり、観測ベクトルY(t)は200次元、波動の状態ベクトルは400次元である。2次元の広がりを持つ海洋波動は、システム方程式としてKadomtsev-Petviashvili equationに従うことが知られている。これに標準的PFと上記IEPを適用したマージナル推定値の精度を比較した結果、計算時間にはそれほど大きな違いをもたらさずに、提案手法が高次元データに対して標準的PFよりも遥かに高い精度を達成することを示した。研究計画項目(2-2)他の次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立におおいて、当初、問題をグローバル最適に解くことまでは想定していなかった。しかし、研究の進捗において、最新の離散問題最適化手法を取り入れることで、最大性能の引き出す原理の見通しを得た。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初研究計画に掲げたように、更に次元の呪いを克服する一般的な統計的推定原理の確立を目指した検討を進める。そして、確立した各統計的推定原理を研究計画項目(3)大規模データマイニング問題へ適用するための(3-1)効率的実装アルゴリズムの開発と(3-2)重要な大規模問題への適用実験を進める。これによって、本研究で確立した原理の応用検証を行い、現実社会の問題解決への道筋を示す。これら研究においては、統計数理研究所の連携研究者など他専門分野の研究者との一層緊密な連携を図り、より広範な問題へ対応可能な原理の確立と検証を推進する。
分子生物学的手法を用いた抗癌剤感受性試験

抗癌剤に対するnon-responderの早期の抽出は重要である。本研究は治療早期に癌化学療法の効果を予測しうるassayの開発を目的とした。【方法と対象】化学療法開始早期の細胞死の指標としてgadd153,p21,c-junのmRNA発現レベルを用いた。【結果】(in vitro)ヒト胃癌細胞株TMK-1,MKN-45,MKN-74、3種全てにおいて,増殖阻害の明確でない早期(抗癌剤曝露後24時間)での各遺伝子発現レベルは、後期(抗癌剤曝露後72時間後)の増殖阻害効果を予測し、各々のcut off値を算定しえた。TMK-1の高濃度5-FUでは,gadd153で18.5倍,p21で39.3倍,c-junで2.2倍で、低濃度ではいずれも遺伝子発現は対象群の0.6-1.5倍にとどまった。(in vivo)ヒト胃癌細胞株TMK-1をnude mouseに皮下移植し腫瘍を作成したmodelにおいて、in vitroと同様に,腫瘍増殖抑制を認めた高濃度5-FU, CDDPでは、薬剤投与後48時間でのgadd153,p21,c-junの発現増強を認めた。更に、ヒト検体を用いた各遺伝発現の検討を行い、同一胃癌腫瘍内、同一正常胃粘膜内における発現のばらつきが小さいこと、個人間の胃癌腫瘍内、正常粘膜内における発現のばらつきが小さいこと(GAPDHとの比が1.0近傍)を確認した。また、実際に術前化学療法を受けた11例について、遺伝子発現(治療後早期での内視鏡による生検組織を用いて)と臨床効果が相関することが強く示唆された。本研究によって本アッセイの臨床応用の可能性が強く示唆された。I.化学療法開始直後に反応する分子マーカーの抽出化学療法開始早期に細胞死に先立ち変化を来たす遺伝子の候補としてgadd153 (DNA damage inducible gene),p21,c-junを採用した。in vitroではヒト胃癌細胞株TMK-1,MKN-45,MKN-74を,低濃度高濃度5-FU,CDDPにそれぞれ曝露後,real time RT-PCRを用いて経時的に各遺伝子のmessenger RNA (mRNA)の発現を定量した。抗腫瘍効果はMTT assayを用いて判定し、無治療群を対照群とし治療群との比を求めた。in vivoではヒト胃癌細胞株TMK-1をヌードマウス背部皮下に移植し腫瘍を作成した後,低容量高容量の5-FU,CDDPを腹腔内投与した。薬剤投与後48時間に皮下腫瘍を回収し,m-RNAを同様に定量した。また、それぞれの薬剤濃度による抗腫瘍効果は薬剤投与後21日目に評価した。(1)RNAの抽出とcDNAの合成RNA抽出に際しては,TRIZOLまたはSepasol-RNAI中に検体を加え,Polytronを用いて5秒間,15,000gで二回ホモジナイズした。クロロフォルムを添加し,15,000gで10分間遠沈し,RNAを含む液体を採取する。細胞の全RNAをイソプロパノールで沈降し,70%エタノールで洗浄し,DEPC処理水内に懸濁した。RNAを1.5unitのDNaseIで処理後,再度TRIZOL/クロロフォルムにより抽出し,エタノールで沈降し,DEPC処理水に溶解する。RNeasy Mini Kit (QIAGEN Hilden, Germany)を用いて,低分子のヌクレオチドを除去した。cDNAの合成はreverse Super Script Choice System (Invitrogen Corp., Carlsbad, CA)を用いて行う。

cRNAはcDNAをテンプレートとして,MEGAscript T7 kit (Ambion, Austin, TX)を用いて合成した。オリゴヌクレオチドマイクロアレイ(HuGeneFL array, Affymetrix, Santa Clara, CA)を用いて腫瘍部および健常部の遺伝子発現を解析する。オリゴヌクレオチドマイクロチップのハイブリダイゼーションは,cRNAを含む溶液[40mM Tris-acetic acid (pH8.1), 100mMpotassium acetate,30mMmagnesium acetate]中で95oC,35分処理してRNAを変性させた後,200μlの溶媒[0.1M 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) (pH6.7), 1M NaCl, 0.01% polyoxylene (10) octylphenyl ether, 20μg herring sperm DNA, 100μg acetylated bovine serum albumin, 10μg fragmented cRNA, biotinylated-control oligonucleotides, biotin-5'-CTGAACGGTAGCATCTTGAC-3']中,45°Cで12時間行った。ハイブリダイゼーションの反応後、チップをMES緩衝溶液[0.01M MES (pH6.7), 0.1M NaCl, 0.001% polyoxylene (10) octylphenyl ether buffer]で洗浄し,ビオチン化抗streptavidin抗体と反応させ,streptavidin R-Phycoerythrin (Molecular Probes)染色によりシグナルを増強させた。それぞれのpixelのシグナルをレーザースキャナー(Affymetrix)に取り込み,個々のcDNAの発現をAffymetrix GeneChip ver.3.3およびAffymetrix Microarray Suite ver.4.0 softwareにより算出した。クラスタリング解析はEISEN cluster program (EISEN et al., 1998 PNAS 95;14863)を用いて行った。ゲル電気泳動により腫瘍部,非腫瘍部より採取した標本のRNAの状態を確認後,検索の対象を選択した。まず,全ての検体を対象としてチップ上の全遺伝子でクラスタリングを施行し,EISENクラスタリングプログラムによって形成されたクラスターは抗癌剤感受性との相関は検討した。さらに個々のmRNAの発現レベルについて腫瘍部での発現レベルより非腫瘍部の発現レベルを差し引いた値を用いてクラスタリングを行った。さらに非腫瘍部検体におけるmRNAレベルの平均値を算出し,この値で腫瘍部検体のmRNAレベルを補正しクラスタリングを行った。
キモタイプによるモノテルペン合成酵素遺伝子およびプロモーター領域の変異解析

針葉樹におけるモノテルペン生合成の制御機構の解明に向け,ヒノキにおける4種類のモノテルペンキモタイプ(5S,37S,55S,70S)の針葉からcDNA-PCRライブラリを作製し,筆者らによって単離されたグランドファーモノテルペン合成酵素遺伝子等との相同性を基にスクリーニングを行い,モノテルペン合成酵素遺伝子と推定されるcDNAを単離した。その後55Sキモタイプから得られたcDNAを大腸菌内で発現させ,生成物をガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフ質量分析計を用いて分析を行ったところ,本酵素は15種類のモノテルペン成分の生成を触媒することが明らかとなった。それらの主要成分はリモネン,ボルネオールおよびγ-テルピネンであったため,本遺伝子をヒノキリモネン/ボルネオール合成酵素遺伝子(co1)と命名し,日本産針葉樹およびヒノキ科植物から初めて得られたモノテルペン合成酵素遺伝子として日本DNAデータバンク(DDBJ)に登録した(Accession number : AB120957)。キモタイプごとのco1の塩基配列を調査したところ,5Sから得られたco1が他のキモタイプと大きく異なり,中間部の塩基配列が約50%欠落しており,酵素活性が見られなかった。37Sおよび70Sから得られたco1は,55sから得られたco1とアミノ酸配列において4から6個の差異が見られた。各キモタイプからゲノムDNAを抽出し,co1のゲノム遺伝子のクローニングを試みた結果,モノテルペン合成酵素遺伝子と推定される新規のDNA断片が得られた。本DNA断片はイントロン領域を含んでいると推定され,本DNA断片の推定イントロン領域の挿入部位をAbies grandisのリモネン合成酵素遺伝子と比較したところ,ほぼ一致していた。現在,得られた断片および新規のcDNA,ゲノム遺伝子,および調節領域のクローニングを行っている。それらの主要成分はリモネン,ボルネオールおよびγ-テルピネンであったため,本遺伝子をヒノキリモネン/ボルネオール合成酵素遺伝子(col)と命名し,日本DNAデータバンク(DDBJ)に登録した(Accession number:AB120957)。キモタイプごとのcolの塩基配列を調査したところ,5Sから得られたcolが他のキモタイプと大きく異なり,中間部の塩基配列が約50%欠落していた。アミノ末端にプラスチドターゲティングサイトが付随していたので,この酵素もプラスチドまで運ばれるものと推定されるが,カルボキシル末端側に含まれる推定活性部位の一部も欠落しているため,触媒能を持たず他のモノテルペン合成酵素に対して阻害的に働くことが推察された。5Sキモタイプは他のキモタイプに比べてモノテルペシ組成において非常に特異的であり,今回得られたcol遺伝子(5S)の特異性がそのモノテルペン組成に影響を与えている可能性がある。現在,55S以外のキモタイプのcolの発現,同定および他のモノテルペン合成酵素遺伝子のスクリーニングを引き続き行っている。また,来年度のゲノムDNAの研究によりさらなる詳細が明らかになるであろう。
マイクロ起振器と統計学的信号処理による構造物の簡易損傷検出手法の開発

構造物の損傷を簡単かつ高精度に検出することを目標に,可搬型で超小型の起振器(マイクロ起振器)を用いた損傷検出手法の開発を行った.精度を悪化させる原因は,解析モデルと計測データに含まれる誤差である.まず,統計学的信号処理手法によって,誤差を除去する手法を提案した.また,誤差の状況下で良い推定精度を得るための,最適計器配置の決定手法を提案した.さらに,少ないセンサで損傷を検出するための局所損傷検出手法を提案した.構造物の損傷を簡単かつ高精度に検出することを目標に,可搬型で超小型の起振器(マイクロ起振器)を用いた損傷検出手法の開発を行った.精度を悪化させる原因は,解析モデルと計測データに含まれる誤差である.まず,統計学的信号処理手法によって,誤差を除去する手法を提案した.また,誤差の状況下で良い推定精度を得るための,最適計器配置の決定手法を提案した.さらに,少ないセンサで損傷を検出するための局所損傷検出手法を提案した.マイクロ起振器を用いた振動実験による構造物の損傷検出手法の開発に関する研究に取り組んでいる.平成18年度は,計測データに含まれる外乱の影響を除去する手法の開発に取り組んだ.また,開発した手法でノイズを除去することが可能であるのかを数値解析により検証し,さらに,ノイズを除去した振動データを用いて損傷を検出することが可能であるかを数値解析によって検証した.ノイズを除去するための手法として,信号処理における加法的な雑音の除去や,通信分野における混線信号の分離など,近年幅広い応用がなされている「独立成分分析」と呼ばれる手法を採用することとし,この手法を,起振器によって励起された応答だけを抽出する手法に発展させた.一般的な独立成分分析は,複数の源信号が"線形混合"された観測信号の分離手法である.一方,構造物の外力(源信号)と応答(観測信号)の関係は,"デコンボルーション"であるので,独立成分分析をダイレクトに適用することはできない.しかし,観測波形を"時間・周波数変換"すれば,各周波数に対しては外力と応答は線形混合の形となる.このことを利用すれば,独立成分分析の理論を適用できる.これにより,複数の外力を受けた構造物の応答から,起振力による応答を分離できることになる.手法の有用性を検証するため,有限要素法による数値解析により,マイクロ起振器を用いた振動実験を模擬した.起振器以外の外力として,床振動を想定した.このように,マイクロ起振器による調和外力と床振動を同時に受ける構造物の応答を数値解析により算出し,この算出された応答に対して独立成分分析を適用した.そして,提案したノイズ除去手法により起振器による応答を高精度で抽出できることを示した.また,除去された起振応答を用いて構造物の損傷を同定できるかどうかを検証した.マイクロ起振器を用いた振動実験による構造物の損傷検出手法の開発に関する研究に取り組んでいる.平成19年度は,連立方程式の理論誤差に基づき,モデル化誤差と計測ノイズの影響下で精度よい損傷同定結果を得るための最適計器配置および最適起振振動数の決定方法を提案した.マイクロ起振器を用いた同定手法は,振動データ毎に得られる方程式を組み合わせた連立方程式を解くことで部材毎の損傷度を同定する.連立方程式の解に含まれる理論誤差に基づき,理論誤差が小さくなる計器配置・起振振動数を「最適」と見なすこととした.損傷同定の推定誤差の上界は,モデル化誤差,計測ノイズと連立方程式の係数行列の条件数によって与えられるため,モデル化誤差,計測ノイズの存在下で精度よい解を得る為に,条件数が小ざい連立方程式となる計器配置・起振振動数を選択することとした.片持ち梁を用いた数値解析を通して,計器配置と起振振動数が条件数や同定誤差に与える影響を調べた.その結果,適切なデータの数を増やすことで条件数が小さくなることがわかった.条件数が非常に大きな値(ピーク値)を取り,大きな誤差を与える起振振動数があるが,データ数を増やすことで,このような起振振動数の数を減らすことができることがわかった.低い起振振動数と条件数がピーク値をとる起振振動数は,同定誤差が大きいので避けるべきであることがわかった.条件数が下に凸となる起振振動数に対する同定誤差は比較的小さいので,選択するとよいことがわかった.また,十分な数の計測点が得られない場合は,条件数が小さい起振振動数を複数用いてデータを蓄積すれば,起振点数を増やすよりも同定精度が高くなること,隣接した起振振動数を用いる場合は,起振点数を増やすよりも効果が低いことがわかった.数値シミュレーションによって,提案手法の有効性を示すことができた.マイクロ起振器を用いた振動実験による構造物の損傷検出手法の開発に関する研究に取り組んでいる.振動特性に基づく損傷同定手法は,一般に,低次の構造物全体が振動するモードを利用するため,ある部材の局所的な損傷は,全体系の振動特性の変化に影響を及ぼす.ある地点の振動データが損傷によって変化した場合に,その変化を生じさせる損傷の可能性のある部材は構造物全体に及ぶため,損傷を同定するときは,構造物の全要素の剛性低下率が未知数となる.一意な解を得るには,未知数の数よりも多い観測点数が必要なので,高密度観測が必要となり,振動計測に膨大な労力と時間が必要になる.本研究では,このような同定を局所損傷同定と呼び,マイクロ起振器を用いた局所損傷同定の実現可能性について検討を行った.

マイクロ起振器によって,微動よりは高く,超音波よりは低い振動数で構造物を起振し,着目したいエリアの局所振動を励起させ,局所同定を行うことを考えた.提案手法は,十分に高い振動数で起振すれば,局所エリアで計測された応答に,エリア外の損傷が及ぼす影響が無視できる程度に小さくなることに基づいている.4径間連続桁橋モデルを対象とした数値シミュレーションによって,局所損傷同定が可能となる起振振動数について検討を行い,有用性を検証した. 16kHz以上の高振動数で起振すれば,着目した橋脚の応答に,桁や他の橋脚の損傷が及ぼす影響が無視できる程度に小さくなることを確認し,少ない数のセンサで,少ない数の計測で,局所同定が可能となることを確認した.
電気皮膚刺激によって生じた触覚・痛覚の時間的・空間的統合

1)電極の大きさの関数としてパルス電流に対する閾値を測定した。直径30mmの電極を右手下腕の背面にはり、直径2.5mmから30mmの電極を同腕の腹面にはり、背面(+)から腹面(-)に向かって2ミリ秒のパルス電流を流した。上下法を用いて14名の被験者の閾値を求めた。その結果、陰電極の接触面積が大きくなるのにしたがって閾値は小さくなった。他方、腹面側の陰電極を一定にして背面側の陽電極の大きさを変化させたところ、陽電極の接触面積が大きくなるのにしたがって閾値は小さくなった。したがって変化電極が陰陽いずれにかかわらず、電極面積が大きくなるのにともなって閾値が減少したことになる。この結果を確認するために、(A)腹面側を陽極に、背面側を陰極にして同様の実験を行い、(B)パルスの呈示時間を1、10、100ミリ秒に変えて同様の実験を行った。A、Bいずれの結果も最初の実験結果を支持するものであった。2)電極の大きさの関数としてパルス電流(2ミリ秒)に対する主観的強度をマグニテュ-ド推定法を用いて測定した。被験者は24名の成人男子、直径30mmの陽電極を足の甲にはり、直径2.5から30mmまでの6陰電極を右手下腕にランダムにはった。電流は閾値の1.53.3倍の強度をもつ5閾上刺激である。被験者は30刺激(6陰極×5強度)のそれぞれに対してモデュラスのないマグニテュ-ド推定を行った。その結果、(1)マグニテュ-ド推定値を電流のベキ関数として表現したところ、電極面積が小さいときにベキ指数が極端に高くなった。(2)等感度曲線をマグニテュ-ド推定値のデ-タから作成したところ、閾値の近傍では電極面積が大きくなるのにしたがって電流値も小さくなっていったが、閾値の2倍程度の感覚水準では、電極の面積の変化とは無関係に、電流はほぼ一定に保たれた。
旧石器・縄文時代の人類活動と古環境との時間的対応関係に関する研究

考古学における14C年代測定の普及とその高精度化により,旧石器時代から縄文時代の考古遺跡の年代を極めて明瞭に捉えられるようになった。古環境復元のための資料も同様に精度の高い年代が与えられ,人類史と環境史との厳密な時間的対比が可能となりつつある。一方で,高精度化が実現される以前に測定された遺跡・古環境資料も多い。それらは極めて重要な考古学的遺跡,あるいは古環境資料にも関わらず,現在の研究レベルでは年代学的比較研究に耐えない。そこで本研究では,旧石器時代から縄文時代における考古遺跡と古環境の双方が調査された既発掘遺跡出土資料を中心に新たに高精度な14C年代測定を行うことを目的とした。また,既存のデータを集成してデータベースとして公開することも目的の一つとした。今年度は,長崎県泉福寺洞窟で過去に調査され保管されていた縄文時代草創期から早期までの炭化材10点について測定を行った。長崎県泉福寺洞窟の試料は主に縄文時代草創期の隆起線文土器包含層をから押型文土器包含層を中心に実施し,重要な年代が得られた。また,酒々井町墨古沢南I遺跡の後期旧石器時代前半期の炭化材の調査を行い,10点の試料を選定し,年代測定を実施した。後期旧石器時代前半期の環状ブロック群の年代を決定する上で重要な年代が得られた。遺跡発掘調査報告書の放射性炭素年代測定例のデータベースについては,関東・東北までのデータ入力を完成させ,国立歴史民俗博物館ホームページで公開した。今年度は,福井県鳥浜貝塚および埼玉県南鴻沼遺跡の資料調査を中心に分析を行った。福井県鳥浜貝塚では縄文時代前半期の植物利用を明らかにするための研究も同時に行われているが,今年度資料として扱ったのは,縄文時代前期の羽島下層II式に関連する堆積物である。羽島下層II式は鳥浜貝塚の縄文時代前期の人の活動の最初期に位置づけられるが,その明確な暦年代が不明瞭であったこと,また羽島下層II式に先行する可能性がある押引刺突文土器についてはその位置づけが不明瞭であった。そこで,これらの資料が含まれる1980年の80R調査区の資料から,土器付着炭化物と乾燥保存していたオニグルミの試料を採取し,年代測定を実施することにした。一方,南鴻沼遺跡では最近の発掘で低湿地から縄文時代中期から後期の豊富な資料が出土しているが,1982年に報告された採集資料には縄文時代前期の興津式土器およびマガキなどの貝類が含まれていた。これについて,南鴻沼遺跡における縄文時代前期の人の活動を明らかにすることを目的として,興津式土器付着炭化物とマガキについて放射性炭素年代測定を実施した。鳥浜貝塚では,80R2区出土のオニグルミおよび土器付着炭化物の合計14点について放射性炭素年代測定を実施した。オニグルミの試料については層序と年代がよく一致したが,土器付着炭化物についてはばらつきもみられた。来年度,土器付着炭化物の炭素・窒素安定同位体比分析を実施し,これについて検証を進める予定である。南鴻沼遺跡では,興津式の土器付着炭化物1点とマガキ1点の測定を行い,いずれも縄文時代前期に相当する年代を得た。特にマガキが縄文時代前期に位置づけられたことは重要であり,来年度はその厳密な年代的位置づけについて検討を行う予定である。成28年度は,放射性炭素年代測定の再実施が可能な既存資料の探索を行うとともに,34遺跡,20点程度の新たな放射性炭素年代測定を実施する計画を立てた。また,平成29年度以降の測定対象となる資料の調査を併せて行うこととした。これに加え,遺跡発掘調査報告書に掲載されている放射性炭素年代測定例について,時代・地域を問わず悉皆的に調査しこれを集成することとし,28年度は関東地方のデータを中心に集成を行った。すでに発掘調査・報告書の刊行が完了した遺跡での新たな放射性炭素年代測定については,長崎県泉福寺洞窟で過去に調査され保管されていた縄文時代草創期から早期までの炭化材の調査を行い,年代測定可能な試料20点を抽出した。このうちの6点について28年度中に測定を行い,残りは29年度に測定することにした。長崎県泉福寺洞窟の試料は,本年度は主に縄文時代草創期の隆起線文土器包含層を中心に実施したが,福井洞窟で得られた結果とも整合する測定結果が得られた。また,酒々井町墨古沢南I遺跡の後期旧石器時代前半期の炭化材の調査を行い,11点の試料を選定し,年代測定を実施した。また,千葉県墨古沢南I遺跡では,後期旧石器時代前半期の環状ブロック群の年代を決定する上で重要な年代が得られた。また,この時期の古環境を明らかにすることを目的として,過去に印旛沼周辺で採取されたボーリングコアの試料に年代測定が可能な試料がないか,調査をおこなった。遺跡発掘調査報告書の放射性炭素年代測定例のデータベースについては,関東地方の集成,入力が完了した。平成28年度は長崎県泉福寺洞窟および千葉県墨古沢南1遺跡の年代測定を着実に進めることができ,当初から年度あたりに予定していた年代測定実施点数をこなすことができた。また,遺跡出土大型植物遺体の資料についても,直良信夫が収集した東京都北江古田の後期更新世の植物化石や岩手県花泉の植物遺体に新たな年代測定が実施可能な資料があることを調査で確認し,平成29年度以降の調査の見通しを得ることができた。

遺跡での年代測定例のデータベースでは,関東だけで約5000点のデータ入力を完了しており,順調に作業が進んだ。考古学における14C年代測定の普及とその高精度化により,旧石器時代から縄文時代の考古遺跡の年代を極めて明瞭に捉えられるようになった。古環境復元のための資料も同様に精度の高い年代が与えられ,人類史と環境史との厳密な時間的対比が可能となりつつある。一方で,高精度化が実現される以前に測定された遺跡・古環境資料も多い。それらは極めて重要な考古学的遺跡,あるいは古環境資料にも関わらず,現在の研究レベルでは年代学的比較研究に耐えない。そこで本研究では,旧石器時代から縄文時代における考古遺跡と古環境の双方が調査された既発掘遺跡出土資料を中心に新たに高精度な14C年代測定を行うことを目的とした。また,既存のデータを集成してデータベースとして公開することも目的の一つとした。今年度は,長崎県泉福寺洞窟で過去に調査され保管されていた縄文時代草創期から早期までの炭化材10点について測定を行った。長崎県泉福寺洞窟の試料は主に縄文時代草創期の隆起線文土器包含層をから押型文土器包含層を中心に実施し,重要な年代が得られた。また,酒々井町墨古沢南I遺跡の後期旧石器時代前半期の炭化材の調査を行い,10点の試料を選定し,年代測定を実施した。後期旧石器時代前半期の環状ブロック群の年代を決定する上で重要な年代が得られた。遺跡発掘調査報告書の放射性炭素年代測定例のデータベースについては,関東・東北までのデータ入力を完成させ,国立歴史民俗博物館ホームページで公開した。平成28年度は,27年度に測定した鳥浜貝塚遺跡の資料及び南鴻沼遺跡の資料について分析を行い,論文としてまとめる一方,旧石器時代の2つの遺跡について,新たな年代測定の実施を予定している。遺跡の選定はすでに完了しており,順調に試料採取,測定,分析を行うことができると考えている。29年度は同様に,34遺跡の試料の放射性炭素年代測定を実施する予定である。また,発掘調査報告書の放射性炭素年代測定例のデータベースについては,東北地方を中心に入力作業を進める予定である。このほか,平成27・28年度までの研究成果を,日本旧石器学会,日本植生史学会などの関連学会で順次公表していく予定である。消耗品の発注のタイミングと在庫状況が合わず,一部の消耗品の納品が次年度となったため。一部の年代測定関係の消耗品の発注が年度末に間に合わなかったため。28年度に使用予定の消耗品と合わせて発注する予定である。年度当初に未発注分の発注をし,29年度の実験が円滑にすすむようにする。