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水の流れから捉える作物の一斉登熟性の解明

ダイズは、多くの他のマメ科作物と異なり、莢が成熟すると同時に葉が黄化・落葉する一斉登熟性をもつが、莢が先に成熟する「青立ち」株では、機械収穫の際に茎葉の水分による汚粒を発生し、古くから農業上の大きな問題となっており、環境ストレスや生物的ストレスが要因と考えられている。最終年度は、ダイズ子実の成長と貯蔵物質に与える乾燥ストレスの影響について調べた。生殖成長期に乾燥ストレスを受けたダイズ子実では、タンパク質合成関連遺伝子の発現低下が見られた。また、脂質合成関連遺伝子の発現抑制と脂質分解関連遺伝子の発現促進により、脂質が減少し、子実サイズは低下した。さらに、子実の脂質分解の促進に伴い、糖やデンプン含量が増えることを明らかにした。栄養成長期においても、ガラクチノール類を葉に蓄積することが知られているが、登熟種子においても可溶性糖の増大により、適合溶質として子実の乾燥耐性獲得に寄与していることも考えられる。さらに、葉の老化に伴うオートファジー機能が阻害されることも一因となっていることが示唆された。一方、ササゲは緑葉を保ちながら、開花した順に莢が成熟し、ダイズのような一斉登熟性を示さない。乾燥耐性をもつササゲは、アフリカサヘル地域で天水栽培されるが、乾燥ストレス下のササゲは、葉、葉柄、花柄の老化・脱水・脱落が促進されると共に、種子は正常に発達するという特徴をもつ。乾燥ストレス下では、ササゲの葉ではスクロース合成に働くSPS遺伝子の発現抑制およびデンプン分解酵素関連遺伝子の発現増大によりデンプンの分解が進み、可溶化した糖はショ糖輸送体遺伝子の発現促進により葉から花柄に運ばれることを示した。すなわち、乾燥が引き金となり、花柄からも子実への糖の転流が促進されることから、ササゲの長い花柄は、糖の一時的な貯蔵器官として、乾燥に適応する代謝機能を構築していることを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。マメ科作物のうち、ダイズは莢が成熟すると同時に葉が一斉に黄化して落葉する一斉登熟性をもつ。このバランスが崩れると青立ち株が多く発生し、機械収穫の際に茎葉の水分による汚粒を発生し、古くから農業上の問題となっている。1年生作物の子実肥大では、登熟初期にはソースからシンクへ水や糖・アミノ酸が運ばれ、子実への乾物重の増大と植物体全体の脱水が終わるとともに子実は成熟する。本研究では、ダイズの安定した栽培技術を目的とし、一斉登熟性をもたないササゲや他のマメ科作物と比較し、併せて水分生理学的視点から水ストレス下のマメ科作物の登熟過程について、分子生物学的・顕微化学的手法も加えてアプローチする。平成28年度は、摘莢処理により誘導された莢先熟(茎葉には水分を含んでいるが、莢や子実は脱水)個体において、葉の窒素含量が減少し、根の窒素含量が増加することを確認した。この結果から、地上部から地下部へ窒素が輸送されることが示唆された。また、莢先熟の発生に伴い道管出液中のサイトカイニン含量が増加することが明らかとなり、地上部から地下部への窒素の移動により、地下部のサイトカイニン合成が促進され、莢先熟が発生すると考えられた。また、乾燥耐性の高いササゲと比較し、ダイズではABA応答に有意な差があることが確認された。平成28年度は、窒素とサイトカイニンに着目し、莢先熟発生メカニズムの解析を行った。供試材料として、ダイズ(Glycine max (L.) Merr.)品種フクユタカを用いた。本葉展開から4週間は50ppmの窒素とその他栄養素を、その後子実肥大期(R5)までは100ppmの窒素とその他栄養素を週2回処理した。R5から窒素処理として、濃度の異なる窒素施肥を週2回行った。窒素処理後5日おきにサンプリングを行い、収穫期(R8)に収量および莢先熟整合性程度を古屋ら(1992)の方法により判定し、出液中の道管出液中のサイトカイニン含量を測定することができた。また、ダイズとササゲのABA含量を測定し、乾燥応答における変動を確認することができた。

乾燥耐性をもつササゲは、アフリカサヘル地域で天水栽培されるが、乾燥ストレス下のササゲは、葉、葉柄、花柄の老化・脱水・脱落が促進されると共に、種子は正常に発達するという特徴をもつ。乾燥ストレス下では、ササゲの葉ではスクロース合成に働くSPS遺伝子の発現抑制およびデンプン分解酵素関連遺伝子の発現増大によりデンプンの分解が進み、可溶化した糖はショ糖輸送体遺伝子の発現促進により葉から花柄に運ばれることを示した。すなわち、乾燥が引き金となり、花柄からも子実への糖の転流が促進されることから、ササゲの長い花柄は、糖の一時的な貯蔵器官として、乾燥に適応する代謝機能を構築していることを明らかにした。マメ科作物のダイズは開花の時期に拘らず、子実は一斉登熟性をもち、葉茎は水分を失い機械収穫が容易となる特性をもつ。しかし、シンクソースバランスが崩れると、葉茎の水や子実への糖・アミノ酸の正常な転流が阻害され、緑葉のまま子実が成熟する「青立ち」現象を起こし、これには生物的ストレス(虫害)や乾燥ストレスがその引き金となることが知られている。平成29年度では、ダイズの子実肥大期に乾燥ストレスを受けると、主たる貯蔵物質であるタンパク質合成に関連する遺伝子の発現低下が起こること、さらに、脂質合成に関連する遺伝子の発現抑制と脂質分解のキー酵素をコードする遺伝子の発現促進が起こることを明らかにした。またそれに伴い、子実の糖含量の増大が起こり、乾燥ストレス応答が示唆された。さらに、乾燥耐性の高いササゲの乾燥適応機構を調べた。ササゲの乾燥ストレス適応戦略において、ABA合成の律速酵素であるNCEDのプロモーター領域に複数のW-boxが存在し、転写因子であるWRKYが直接結合することが明らかとなった。ササゲの根におけるWRKY発現量は、ダイズのそれより有意に高く、乾燥耐性に寄与していると考えられる。これによりNCEDの発現が促進され、ABAが増加し気孔閉鎖を誘導することで乾燥耐性を獲得していることが示唆された。さらに、ササゲは、ダイズを含む他のマメ科植物に比べ、根のプロリン含量も高く、乾燥ストレス時に適合溶質として働くことが考えられる。また、ササゲは初めて乾燥ストレスを受けると速やかに気孔を閉鎖し、光合成が停止するが、2回目の乾燥に対しては気孔開度を高く保つことで光合成を維持し、成長を続けた。ダイズと異なるこの特異的なストレスメモリー機構には、ABAが深く関与することが示唆された。これまでの2年間で、マメ科作物であるダイズおよびササゲの水・栄養転流の要因や乾燥ストレス応答を明らかにした。ダイズの青立ち個体では、葉の窒素含量が減少し、根の窒素含量が増加することから、葉から根へ窒素が輸送され、これには根のサイトカイニン合成の促進が寄与していることが示唆された。乾燥ストレスはダイズの青立ちを誘導するひとつの要因となっているが、乾燥ストレスにより、主たる貯蔵物質であるタンパク質合成に関連する遺伝子の発現低下が起こり、また、脂質合成に関連する遺伝子の発現抑制と脂質分解のキー酵素をコードする遺伝子の発現促進が起こることを明らかにした。それに伴い、子実の糖含量の増大が起こることがわかった。さらに、ダイズの乾燥耐性賦与を目的とし、アフリカ原産のマメ科作物である乾燥耐性の高いササゲの乾燥適応メカニズムを調べた。他のマメ科作物に比べ、根にプロリンを多く蓄積する性質が明らかになった。
ウルトラファインバブルのスケール防止機能の解明

本年度も人工尿を作成し数か月の通水試験でスケールを作成、剥離試験などを行った。ウルトラファインバブル(UFB、ナノバブル)は水道水中と蒸留水中に発生させ、人工尿と1:1に希釈し通水用の液とした。UFBは蒸留水中に気液混合せん断方式の発生装置で生成した。スケール付着面としてステンレス板(3×6 cm)を流路に設置し、液を循環させた(流速約2 m/min)。初期立ち上げ時は12日後、その後は3、4日間隔で9割程度の水を交換することを約120日間実施した。ステンレス板に付着したスケールを、超音波洗浄機を用いた28 kHzで1分、5分、また、ブラシ1分の強度にて蒸留水中で段階的に剥離し、剥離物を除去量として秤量、洗浄後の板上のスケール剥離面積も計測した。これ以外にも、メカニズム解明のため、塩の溶解速度の測定などを調査した。蒸留水系列での種々の剥離法(強度)での除去量をみると、UFBを添加した場合には、ブラシ洗浄に比べて洗浄強度が弱い短時間の超音波洗浄で大部分が除去でき、脆いスケールであると推察された。ブラシ洗浄後のスケール残さの被覆率を画像解析ソフトで解析してみると、UFB添加系では、スケールをほとんど除去できているのに対し、UFBの無い系では、超音波洗浄、ブラシ洗浄でも約4割のスケールが除去できなかったため、UFBによりスケール付着力が低下することが確認できた。再現性の高い蒸留水で脆化が確認できたため、UFBの効果があることを確認できたことと、他の溶解試験等ではUFBの影響が見られなかったことから、メカニズムの考察も行え、UFBによるスケールのポーラス化、脆化の可能性が高いと結論付けた。28年度は計画通り、UFBによる尿石付着抑制効果・剥離効果として、まず人工尿を用いてのUFB(ウルトラファインバブル=ナノバブル)による尿石付着抑制効果の確認、および尿石付着抑制効果のメカニズム解明を開始した。前者においては調整した人工尿を循環する流れ場を水槽レベルで作成し、実際の配管で用いられるステンレスおよびPVCを素材とした板への尿石付着試験を行った。UFBは週に一度程度、人工尿に混合させ、室温で実験を行った。結果、これまで確立した方法により、尿石と思われる付着物を生成できた。ただ、UFBを用いた系でもUFBなしと同程度のスケールが蓄積してしまった。ただ、これは計画書に記載された予想通り進まない場合の想定内であり、予定していたように水質条件を変更するために硬水(市販の硬水)を用いた検討などを行った。研究代表者の所属変更があったが、落射顕微鏡は異動先(現所属)に使えるものがあったので、それを用いた試験を行った(購入予定であった落射顕微鏡は、予算減額への対応のため購入せず)。観察の結果、生物の蓄積はほとんどな買った。ここでは2種の波長の超音波を用いた剥離によって、2段階の付着強度のスケール量を分画して確認する方法を確立した。UFBのガスの変更を行い、メカニズム解析を行う予定であったが、上のようにUFBの効果がでる条件を探っている段階であるので、ガス変更についてはその添加方法を確立した段階でとどまっている。これに関連しては、ガス種の変更と同様の検討内容を、硬水を使うことで行えているので、進捗に遅延はない。予想の範囲内であるが、UFBの尿石抑制効果が予測するほど高くない状況が発生し、水の条件を変化させたりUFBの導入頻度を変更するなどし、効果の出る条件を模索している。関連して、メカニズム解析についてはさらに、二年度以降も続けて行う事としており、大きな遅れはない。尚、代表者の所属変更があったが、異動先においても予定していた器具はそろっており、現場での試験(実施者は協力者であり、研究代表ではない)の準備は予定通りおこなえる。29年度は計画通り、「UFBによる尿石付着抑制効果」と「尿石剥離促進効果のメカニズム解明」を行い、「付着抑制効果・洗浄効果(実証試験)」については、尿石付着板の設置個所の現地視察や条件の模索等、その準備を行った。「UFBによる尿石付着抑制効果」については、蒸留水に十数種類の試薬を溶解させて調整した人工尿を循環する流れ場を水槽で作成し、実際の配管で用いられるステンレス板への尿石付着試験を行った。UFBは34日に一度程度、人工尿に混合させ、室温で実験を行った。結果、これまで確立した方法により、約3か月の運転で尿石と思われる付着物を生成できた。生成したスケールを超音波及びブラシでこそぎ落として重量や組成を計測した結果、水道水中にナノバブルを発生させた実際に近い系ではバブルを共存させた場合にスケール生成を約半分に抑制できることを明らかにした。一方で、蒸留水中にバブルを発生させて人工尿と混合した系では差が見られず、循環水中に生成する菌の種によって生成量に差が出る可能性を見出した。「尿石剥離促進効果のメカニズム解明」については、初年度にバブル水自体には剥離性への寄与はほとんど無いことを把握し、上述のように本年度の前半の試験で精製するスケールの特性に影響があるとの結果を得たため、生成時にバブルを共存させた場合のスケールのもろさ(これは洗浄除去性に関連する)への影響を検討した。ここでは初期のみUFBを共存する系など、複数の系列を加え、抑制効果や剥離促進効果はないものの、スケールが疎になり洗浄されやすくなる可能性を見出した。

昨年UFBの尿石抑制効果が予測するほど高くない事が判明したが、研究の進捗には影響ない。加えてUFBはスケールを脆く洗浄除去しやすくする効果があることを明らかにしたため、研究の方向性にも変更は無い。本年度も人工尿を作成し数か月の通水試験でスケールを作成、剥離試験などを行った。ウルトラファインバブル(UFB、ナノバブル)は水道水中と蒸留水中に発生させ、人工尿と1:1に希釈し通水用の液とした。UFBは蒸留水中に気液混合せん断方式の発生装置で生成した。スケール付着面としてステンレス板(3×6 cm)を流路に設置し、液を循環させた(流速約2 m/min)。初期立ち上げ時は12日後、その後は3、4日間隔で9割程度の水を交換することを約120日間実施した。ステンレス板に付着したスケールを、超音波洗浄機を用いた28 kHzで1分、5分、また、ブラシ1分の強度にて蒸留水中で段階的に剥離し、剥離物を除去量として秤量、洗浄後の板上のスケール剥離面積も計測した。これ以外にも、メカニズム解明のため、塩の溶解速度の測定などを調査した。蒸留水系列での種々の剥離法(強度)での除去量をみると、UFBを添加した場合には、ブラシ洗浄に比べて洗浄強度が弱い短時間の超音波洗浄で大部分が除去でき、脆いスケールであると推察された。ブラシ洗浄後のスケール残さの被覆率を画像解析ソフトで解析してみると、UFB添加系では、スケールをほとんど除去できているのに対し、UFBの無い系では、超音波洗浄、ブラシ洗浄でも約4割のスケールが除去できなかったため、UFBによりスケール付着力が低下することが確認できた。再現性の高い蒸留水で脆化が確認できたため、UFBの効果があることを確認できたことと、他の溶解試験等ではUFBの影響が見られなかったことから、メカニズムの考察も行え、UFBによるスケールのポーラス化、脆化の可能性が高いと結論付けた。予定通り、UFBのガスを変更しての尿石剥離促進効果の解析を続けて進めるほか、尿石剥離促進効果の確認と、効果があった条件におけるメカニズム解明を行う。ここでは今年度の反省を生かし、2種の水質で同時に試験をする他、UFBの供給頻度を上げて試験を行う。また、予定よりやや先行して実証実験としての付着抑制効果・洗浄効果の確認を29年度より開始する。計画から研究代表者の所属変更があったが、協力予定企業からは引き続き協力を受けられる状況で、協力者が主体的に行うパーキングエリアでの実証試験であるが、共同して実証試験を行える予定である。予定通り、現場での効果確認を行う。初年度にUFBの効果が明確でなかったために、一部解析や学会発表などを次年度に行う事としたため。初年度に予定されていた消耗品の購入や学会発表を行う。
内部構造をもつ生物集団のダイナミクスと群集形成

植物の地理分布動態モデルと,地球環境変化に対応した森林帯分布の変化シミュレーションの結果を論文発表した(Kohyama & Shigesada,1995).そこでまとめた緯度的な一次元分布モデルを,より詳細なスケールの二次元空間分布モデルに拡張する方法について,さらに検討を加えた.植物群集の多種共存が,植物による光資源の空間分布形成によってもたらされることを証明した「森林構造仮説」に基づき,サイズ構造モデルのパラメータ分析を進めた.サイズ構造を持つ植物集団では,最大サイズと繁殖効率のあいだのトレードオフによって共存が可能になる.多種系について,このトレードオフに束縛される種のパッキングの様式を,4種系までについて具体的に分析することによって解明した.また,実際に得られた自然林多種系のデータがこのトレードオフを満足する傾向を示すことを確認した.種間の共存領域は,個体サイズの生長速度の増大に伴って拡大するが,死亡速度や平均的なギャップ回転速度の増大に伴って減少することを認めた.「速い回転速度が多様性に促進的に働く」という説明は,動的平衡系における回転速度に関しては間違っていることがわかった(Kohyama,in press).さらに,おなじモデルによる分析から,(1)進化が必ずモデル系のストックを増大させる方向に生じ,(2)これに伴って排他的に優占する変異種が,あらたにより広い潜在的な共存領域を定義することをみいだした.これは,進化に伴う,生態系機能と生物多様性の非可逆的な増大を示唆する.生態系機能と生物多様性のカップリングを不変モデルとするために,栄養段階をまたがる生態系理論分析を現在進めている.植物の地理分布動態モデルと,地球環境変化に対応した森林帯分布の変化シミュレーションの結果を論文発表した(Kohyama & Shigesada,1995).そこでまとめた緯度的な一次元分布モデルを,より詳細なスケールの二次元空間分布モデルに拡張する方法について,さらに検討を加えた.植物群集の多種共存が,植物による光資源の空間分布形成によってもたらされることを証明した「森林構造仮説」に基づき,サイズ構造モデルのパラメータ分析を進めた.サイズ構造を持つ植物集団では,最大サイズと繁殖効率のあいだのトレードオフによって共存が可能になる.多種系について,このトレードオフに束縛される種のパッキングの様式を,4種系までについて具体的に分析することによって解明した.また,実際に得られた自然林多種系のデータがこのトレードオフを満足する傾向を示すことを確認した.種間の共存領域は,個体サイズの生長速度の増大に伴って拡大するが,死亡速度や平均的なギャップ回転速度の増大に伴って減少することを認めた.「速い回転速度が多様性に促進的に働く」という説明は,動的平衡系における回転速度に関しては間違っていることがわかった(Kohyama,in press).さらに,おなじモデルによる分析から,(1)進化が必ずモデル系のストックを増大させる方向に生じ,(2)これに伴って排他的に優占する変異種が,あらたにより広い潜在的な共存領域を定義することをみいだした.これは,進化に伴う,生態系機能と生物多様性の非可逆的な増大を示唆する.生態系機能と生物多様性のカップリングを不変モデルとするために,栄養段階をまたがる生態系理論分析を現在進めている.固着生活性の生物集団の地理分布動態の基礎モデルを提出した.これは,樹木群集の一方向競争モデルと生物散布の拡散モデルにもとづいている.これによって,従来の個体レベルのモデルでは技術的に実現できなかった,繁殖子の散布過程にもとづいた地理分布動態の分析の道が開けた.現在の地球環境変化シナリオにともなう森林帯の緯度分布の変化についてのシミュレーションをおこなった結果,現存量レベルの変化はタイムラグがないが,緯度方向の森林帯移動は既存の森林帯に妨げられて,数千年間のタイムラグを持った動きになることがわかった.現存量は植生帯の南限で低く,北限で高くなり,現存量が鋸歯状の地理分布を示すことになる.この内容は昨年9月の国際GCTEシンポジウムで発表した(Kohyama & Shigesada,“A size-distribution-based model of forest dynamics overa thermal gradient along latitude",Vegetatio誌に投稿予定).また,機能的な過程(光をめぐる一方向競争など)を組み込んだサイズ構造モデルによって,植物の個体群レベルと群集レベルの機構を統合的に説明されつつある現状を整理した(Kohyama1994).米国を中心に用いられている個体ベースのモデルに比べて,サイズ構造モデルがはるかに理論的な見通しがよく,統合化の牽引的役割を担っている.植物群集の多種共存が,植物による光資源の空間分布形成によってもたらされることを証明し,「森林構造仮説(Forest architecture hypothesis)」を提出した(Kohyama1993).熱帯林で種多様性が高くなるメカニズムも,この仮説から説明できることを指摘した(甲山1993;Kohyama1994).植物の地理分布動態モデルと,地球環境変化に対応した森林帯分布の変化シミュレーションの結果を論文発表した(Kohyama&Shigesada,1995).そこでまとめた緯度的な一次元分布モデルを,より詳細なスケールの二次元空間分布モデルに拡張する方法について,さらに検討を加えた.植物群集の多種共存が,植物による光資源の空間分布形成によってもたらされることを証明した「森林構造仮説」に基づき,サイズ構造モデルのパラメータ分析を進めた.サイズ構造を持つ植物集団では,最大サイズと繁殖効率のあいだのトレードオフによって共存が可能になる.

多種系について,このトレードオフに束縛される種のパッキングの様式を,4種系までについて具体的に分析することによって解明した.また,実際に得られた自然林多種系のデータがこのトレードオフを満足する傾向を示すことを確認した.種間の共存領域は,個体サイズの成長速度の増大に伴って拡大するが,死亡速度や平均的なギャップ回転速度の増大に伴って減少することを認めた.「速い回転速度が多様性に促進的に働く」という説明は,動的平衡系における回転速度に関しては間違っていることがわかった(Kohyama、in press).さらに,おなじモデルによる分析から,(1)進化が必ずモデル系のストックを増大させる方向に生じ,(2)これに伴って排他的に優占する変異種が,あらたにより広い潜在的な共存領域を定義することをみいだした.これは,進化に伴う,生態系機能と生物多様性の非可逆的な増大を示唆する.生態系機能と生物多様性のカップリングを不変モデルとするために,栄養段階をまたがる生態系理論分析を現在進めている.
タンパク質と水の分子間相互作用と振動ダイナミクスの協同性

赤外領域における超高速レーザー技術に関する最近の進歩に伴い,赤外領域の2次元赤外スペクトルが精度良く測定できるようになって来ており,その理論的解析法にも関心が急速に深まってきている。そこで本年度は,溶媒運動の動的効果を取り入れた2次元赤外スペクトルの計算法を考案し,解析プログラムを開発するとともに,ペプチド基類似の性質をもつ液体であるN,N-ジメチルホルムアミドのアミドIバンドを対象にして,実際の計算をおこなった。まず,分子パラメーターの妥当性を検討するために,時間領域の表式を用いて偏光ラマンスペクトルを計算したところ,ラマンノンコインシデンス効果の大きさやバンドの非対称性といった点において,実験との良い一致を得た。したがって,振動ハミルトニアンの構築に用いた分子パラメーターは,十分に妥当であると結論づけられた。そこで,これを用いて2次元赤外スペクトルを計算した結果,(1)2次元赤外スペクトルの2つの振動数軸に対応する2つの時間間隔における振動励起波動関数がrephasingの関係にあるときには,実部における正のピーク位置や,虚部における正バンドの強度の対称性に,分子間の振動カップリングの効果を見ることができること,(2)偏光条件をzzzzとしたスペクトルとzxxzとしたスペクトルの差(S_<zzzz>-3S_<zxxz>)をとることにより,その効果をさらに明確に見ることができること,(3)2つの時間間隔における振動励起波動関数がnon-rephasingの関係にあるときにも,振動カップリングの効果を見ることはできるが,rephasingの場合ほど明確ではないこと,が明らかとなった。タンパク質の振動スペクトル,特にアミドIバンドが,その構造や周辺分子との相互作用に敏感であることは,古くから知られているが,現在のところ,溶媒を含む構造・ダイナミクスのデータから振動スペクトルを完全に予測できるレベルにまでは至っていない。周辺の水分子と相互作用したタンパク質の振動ダイナミクスが,電子的な面とメカニカルな面の両方の意味で協同性をもっているために,部分ごとの振動ダイナミクスの単なる集合として見なすことはできないことが,その理由の1つと考えられる。そこで,この協同性に由来する諸性質を明らかにし,構造とスペクトルの関係をさらに明確にするために,ペプチド基のモデル分子の1つであるN-メチルアセトアミドのクラスターを対象に,理論的解析を行った。その結果,分子間静電相互作用に与る静電場が,協同効果を説明するのに十分な程度に増大していることが,明らかとなった。そして,この静電場の増大が起こるメカニズムとしては,以下の3つのファクターが重要であることが分かった。(1)各分子が最近接分子から直接受ける電場は,水素結合鎖が長くなるに従い数パーセント増大する。これは,水素結合鎖が長くなるに従って水素結合長が若干短くなるためである。電場の増大の程度は,双極子間相互作用を仮定したモデルで定量的に説明できる。(2)トリマー以上の水素結合鎖では,最近接以外の分子から直接受ける電場を考慮する必要がある。このために,各分子が受ける電場の大きさは,最大16%程度増大するが,これは双極子を配列したモデルにより良く説明できる。(3)最大46%程度になる電場増大の残りの部分は,離れた分子どうしに働く静電相互作用における,中間に位置する分子の分極の効果に由来すると考えられる。この因子による電場の増大は,dipole-induced dipole(DID)モデルにより,良く説明できる。
ニューラルネットワークを用いた分光学的カラー画像理解のための並列処理システム-その植生モニターへの広用-

前年度までの研究で、自己組織化ニューラルネットワークによって最適化した広帯域フィルタを実現する光並列処理システムのプロトタイプを作成し、並行して、最適化の計算機シミュレーション植生に及ぼす環境ストレスを分光学的データから見積もるための観測等を行った。これらにより、システム実用化のための基礎的なデータが得られたといえる。1.前年度作成したパッシブ型最適化フィルタシステムは、機械的可動部を含み、システムの小型化に限界があり、また制御方式が複雑である、などの問題がある。問題解決の一方式として、液晶チューナブルフィルタを制御する新方式のパッシブ型システムのプロトタイプを構築した。2.作成したプロトタイプの基本的な動作解析を行い、マンセル色票の分光反射率をデータベースとする最適化フィルタ関数を実現し、スペクトル再生実験を行った。3.前年度までに引き続いて、大学周辺の身近な樹木および草本類の分光反射強度をデータベース化した。、4.植生に対する環境ストレスが分光反射強度に与える影響調査をおこなった。同時に行ったバイオスペックルによる結果と比較検討した。5.研究成果を学術誌に投稿することにより公表した。初年度は、基本システムの確立と、植生モニターによる環境影響調査の両面から研究をすすめた。研究の概要は以下の通りである。●並列処理システムの確立膨大な量のデータからなるマルチスペクトル画像を効率的に処理するために、新たに広帯域フィルタ分光撮像装置を提案し試作および特性解析を行った。これは、対象物をその分光スペクトル分布の違いによって分類するために最適なフィルタ関数をニューラルネットワークによって設計し、書き込み消去可能な広帯域透過形フィルタを実現する装置である。その結果、可視域では一般のカラー画像を対象に4つのフィルタでスペクトル解析を行うことができた。これらの成果は、平成11年1月にフィンランドで開催された光工学国際会議で報告した。●植生モニターのための基礎データ採取および解析秩父山系に群生する針葉樹であるシラビソを人工的に次の2組4種類の環境を用意して生育した。(1)高湿および低湿環境、(2)大気中のオキシダントに対する浄化および非浄化環境。それぞれ生育したシラビソの葉に対して干渉フィルタを通した多重画像撮像と広帯域スペクトル放射計測定を行った。得られたデータを部分空間法およびニューラルネットワークによる分類を行い、樹木が環境によって受ける不可視的なダメージを推定できるとの見通しを得た。●レーザ誘起蛍光法(LIF)の導入植物の光合成活動を直接反映する方法として、レーザ誘起蛍光法(LIF)を導入し、必要な装置の準備等を行った。次年度以降は、ライフサイクルの短い草本類をオープントップチャンバー内で育成し、分光反射率およびレーザ誘起蛍光計測の両面から測定と解析を行う予定である。初年度に引き続き、並列処理システムの確立と、植生の分光学的モニタリングを行った。・分光学的カラー画像理解のためのフィルタ関数の最適化を行い、これを次の2つの方法で物理的に実現した。(1)スペクトル合成光源、(2)書き換え自在透過型フィルタ。前者は最適化したフィルタ関数に相当する光源を合成する方法で、実験室内で光源を用意できる環境において適用可能である。この研究に関しては、アメリカ光学会論文集、J.Opt.Soc.Am.に掲載された。後者はパッシブな光源に適用可能であり、野外観測への応用が考えられる。・初年度に引き続き、大気汚染が植生に与える影響を、植物の葉の分光反射率を可視から近赤の帯域(4001000nm)で測定することで調べた。埼玉県南部地域に発生するオキシダントの影響を調べるために、浄化および非浄化雰囲気中で生育したハツカダイコンの測定を継続的に行った。また、オゾン暴露実験も行った。これらの実験により、可視部とともに、近赤外域の分光反射特性に、大気環境が有意に影響していることが明らかになった。・現在、書き換え自在フィルタの実現法として、液晶チューナブルフィルタを使用した新しいシステムを構築し、実験を進めている。このシステムは高精度化がきたいされており、今度、植生モニタリングに実際に摘要していく実験を展開していく予定である。

これらにより、システム実用化のための基礎的なデータが得られたといえる。1.前年度作成したパッシブ型最適化フィルタシステムは、機械的可動部を含み、システムの小型化に限界があり、また制御方式が複雑である、などの問題がある。問題解決の一方式として、液晶チューナブルフィルタを制御する新方式のパッシブ型システムのプロトタイプを構築した。2.作成したプロトタイプの基本的な動作解析を行い、マンセル色票の分光反射率をデータベースとする最適化フィルタ関数を実現し、スペクトル再生実験を行った。3.前年度までに引き続いて、大学周辺の身近な樹木および草本類の分光反射度をデータベース化した。4.植生に対する環境ストレスが分光反射強度に与える影響調査をおこなった。同時に行ったバイオスぺックルによる結果と比較検討した。5.研究成果を学術誌に投稿することにより公表した。
肥満に伴う肝発癌に寄与する脂肪酸組成の同定とその機序の解明

各種脂肪酸が肝発癌に与える影響を解析するために、トランス脂肪酸、オレイン酸、パルミチン酸高含有高脂肪食を用いてマウスを飼育し、脂質代謝の観点から検討を行った。高トランス脂肪酸食群は、他の脂肪酸食群に比べ肝臓内での脂肪量の増加がみられ、脂肪合成に関与する因子や、蓄積に関与する因子の増加がみられた。また、脂肪酸代謝と酸化ストレス産生に関与するミトコンドリアのβ酸化、ペルオキシゾームのβ酸化、小胞体のω酸化に関わる因子の測定を行ったところ、ω酸化に関わる因子において増加がみられ、これらの因子が肝発癌に関与していると考えられた。各種脂肪酸(トランス脂肪酸,パルミチン酸,オレイン酸)の高含有高脂肪食と通常食でマウスを飼育し、経時的な肝臓内の変化、血清中の変化についての解析を行った。血液生化学検査では、通常食群と高脂肪食群では差がみられたが、各脂肪酸高含有食群ではあまり差が見られなかった。肝臓における酸化ストレス産生を確認するために、免疫染色とELISAを用いて、組織学的な検討と蛋白レベルで解析を行った。各群で3ヵ月, 6ヵ月, 12ヵ月と年齢とともにか増加し、さらに脂肪酸の組成の違いにより変化が見られ、トランス脂肪酸高含有群では最も酸化ストレスが増加していた。また、それらの肝臓を用いた組織学的な検討では、トランス脂肪酸高含有群では腫瘍性病変、発がんの増加や肝臓内の炎症の増加がみられた。発がんの原因検索の一つとして12ヵ月のマウスの肝臓で、酸化ストレスに関連した因子の変化について確認を行ったところ、酸化ストレスの代謝に変化が見られた。さらに酸化ストレス産生亢進に関与する因子を確認するために、脂肪酸代謝に注目をし、3ヵ月、6ヵ月のマウスの肝臓を用いて脂肪酸の取り込み、合成、蓄積、放出、代謝に関係する因子の解析をRT-PCRをもちいて行った。その結果、脂肪酸の放出に関連する因子については変化が見られなかったが、取り込み、合成、蓄積、代謝に関連するマーカーの変化が見られ、これらの異常が酸化ストレスの産生亢進に関与している原因の一つと考えられた。生活習慣の変化と共に急増している生活習慣病の発症には、様々な原因が報告されている。その最も重要な因子の一つとして食習慣が挙げられる。過剰な食事量、間食、夜食は、代謝性疾患を増悪させる。また、食事内容、特に脂肪の過剰摂取は、エネルギー源として直接脂肪を蓄積するだけでなく、脂肪毒性による膵臓でのインスリン分泌の低下や、肝臓、骨格筋、脂肪組織のインスリン抵抗性を誘導する。さらに脂肪酸組成の違いは、代謝や免疫能に影響を与える。我々は、高脂肪食の脂肪酸組成に注目し、トランス脂肪酸、パルミチン酸、オレイン酸高含有高脂肪食をそれぞれマウスに給餌し、肝臓での発癌の違いについて観察した。その結果トランス脂肪酸高含有高脂肪食で最も高率に肝発癌することが確認できた。さらに、脂肪肝の程度、肝臓の酸化ストレスの産生量、肝線維化が他の高脂肪酸高含有食よりトランス脂肪酸高含有高脂肪食強いことが確認できた。そのメカニズムとして、肝臓での脂肪酸合成に関わるfatty acid synthaseの発現増加と肝臓での脂肪蓄積に関わるGlycerol-3-phosphate acyltransferase1の発現増加がみられ、これらの因子がトランス脂肪酸高含有高脂肪食における脂肪蓄積の原因と考えられた。さらに、酸化ストレス産生のメカニズム解明のために、脂肪酸代謝に注目し実験を行ったところ、β酸化に関わる因子は各脂肪酸群で差はみられなかったが、ω酸化に関わる因子が、高トランス脂肪酸高含有高脂肪食群で亢進していることが確認された。これらの結果から、トランス脂肪酸は、脂肪合成、脂肪蓄積により脂肪肝を悪化させ、さらにω酸化を誘導することにより肝臓内での酸化ストレスを亢進させ、肝線維化、発癌に寄与するという脂肪酸代謝による新規の肝発癌メカニズムを明らかにした。代謝学予想された肝臓内の組織学的な変化を確認し、その後メカニズムの解析を行い適切な結果が得られているため。RNAレベルで確認された結果をもとに蛋白レベルで解析を行う予定。また、それらが脂肪酸の直接的な影響であるかどうかを確認するため、培養細胞に脂肪酸を添加して観察を行う予定。ほぼ予定通り予算を使用したが、3498円の次年度使用額が生じた。試薬を購入予定であったが、期限までに試薬が届かなかったためその金額を次年度使用額とした。次年度使用額は26年度に試薬代として用いる予定
地殻の発達過程のモデリング

この基盤研究は、岩石・鉱物・地球化学・流体力学などのデータをもとに、地殻深部を構成する岩石の形成過程やその運動過程を検討するためのモデルの構築を目指して展開した。研究グループは天然の岩石に記録されている物理現象を精密に"読みとる班"とモデリング班で構成した。読みとり班は地殻物質が記録している温度・圧力・変形・時間履歴を解析し、次の様なことが分かった。1)三波川変成帯では岩石が沈み込む経路に地域差があること、変成岩体の上昇方向は沈み込み帯に平行で、通説とは異なっていたことが判った。2)阿武隈帯と領家帯では、高温部で部分溶融が広範に起こっていることが指摘され、SHRIMP年代測定法などで原岩年代の問題に進展を見た。この研究中に、高変成度部からセクト構造をもつざくろ石が多数見つかった。高変成度部地域におけるセクト構造ざくろ石の形成と岩石組織が片状から片麻状に変化する理由は部分溶融のためと提案された。領家帯の熱源が沈み込んだ海嶺だという通説は否定された。3)超高圧変成作用の研究では、中国蘇魯地方で花崗岩が超高圧変成岩に変化した例、超高圧変成岩が地表に上昇する際に中圧型変成岩に変化した例が見つかった。その結果、蘇魯地方の中圧型片麻岩の一部(あるいは大部分)は超高圧変成岩から変化したこと、超高圧変成岩体はマントルから地殻浅部へ急速に上昇した事などが明らかになった。4)EPMAを用いた造岩鉱物の2次元元素分布解析により、表面平衡による結晶成長が主と考えられていた変成岩中の鉱物に非可逆的な結晶成長で形成された例が多数見つかった。また、鉱物内部の元素拡散が低温では無視できると考えられていたざくろ石でも主要元素の分布が内部拡散により改変された例が見つかり、安易なインバージョンによる温度圧力経路の推進に警告を与えた。5)上記の研究から沈み込み帯深部のキネマチクスが明らかになり、各現象を定量的にモデル化する際の制約条件が求められた。これらの結果を踏まえて、モデリング班は多成分・多次元系の地質現象を定量的にモデル化するときの指針を提案した。今年度は岩石学的な過程をどうやれば物理学的科学として定量的な検討に耐えるものに発展できるかの討議を中心とした。そのため7月19日九州大学で小人数の会を開き、当面の課題の集約を行った。それに基づき11月21、22、23の3日間福岡において討論集会を開いた。集中的に討論された課題は:1)累帯構造から何を読み取れるか、2)変成岩の造岩鉱物学、3)Gibbsの方法による温度圧力履歴の定量化、4)ミグマタイトの生成における流体の役割、5)変成帯の温度構造の新知見などであった。わが国におけるミグマタイト成因論には理論的な問題があることと同じく構造地質学的研究が国際的水準に達していないという指摘が研究会後の総括で指摘された。

これらの成果は第3年度の終わる頃Journal of Metamorphic Geologyに日本の変成帯という仮題で特集号を印刷することを研究集会に参加した当該雑誌の編集主幹,Michael Brown教授と合意している。また沈み込帯内部での熱伝導、反応拡散系の岩石の組織解析への適用などの問題は3月東京で開く小討論会で検討する予定である。なお本総合研究でおこなった個別に発表された研究は1996年に月刊地球の特集号で国内の研究者に紹介する予定である。今年度は10月10、11、12の3日間愛知県伊良湖休暇村での討論会を中心として活動した。伊良湖研究集会は“高圧変成作用の温度・圧力・変形履歴のモデリング"を主題として開いた。総研メンバーをはじめ、非メンバー、院生を含めて約80名が出席した。スライドを中心にした岩石組織の討論4、講演は“超高圧変成作用・テクトニクス・高温変成作用・変成岩年代学・その他"講演18、ポスター討論25の他に来日中のW.G.Ernst教授に特別講演を御願いした。ポスター発表者は各5分間ポスターの概要を講演した(これは評判がよかった)。微細組織からの変成作用の温度履歴の読みかた、変成帯のエクスヒューメイションのモデルの討論が盛んであった。とくに後者については定量的モデル化の必要性が強調された。参加者の宿舎がであったので、昼間の発表についての自由討論が夜更けまで続いた。またErnst教授との討論を期待し大半の発表は英語でなされ、特に院生が積極的に英語で発表したのは印象てきであった。昨年度と今年度の総研の成果のはなるべく公開の専門誌に発表する計画である。そのため今まで総研で発表された成果を中心に月刊地球の特別号“地殻下部過程のモデリング(鳥海光弘編集)"(1996年2月)を発行した他、小松正幸代表の総研の共に成果の一部を坂野・Wallis・小松編集の“Mctamorphic geology of Japanese islands,new views"特集号を、Journal of Metamorphic Geologyに発表する予定で、同誌編集部と次の日程を約束した。1996年6月原稿締切、1997・12月査読終了、1997年秋印刷。また変成作用研究の定量化については1996年度中に地学雑誌の特集号(坂野・鳥海・広井編集)を作ることに同誌の編集部と了解に達している。この基盤研究は、岩石・鉱物・地球化学・流体力学などのデータをもとに、地殻深部を構成する岩石の形成過程やその運動過程を検討するためのモデルの構築を目指して展開した。研究グループは天然の岩石に記録されている物理現象を精密に"読みとり班"とモデリング班で構成した。読みとり班は地殻物質が記録している温度・圧力・変形・時間履歴を解析し、次の様なことが分かった。1)三波川変成帯では岩石が沈み込む経路に地域差があること、変成岩体の上昇方向は沈み込み帯に平行で、通説とは異なっていたことが判った。2)阿武隈帯と領家帯では、高温部で部分溶融が広範に起こっていることが指摘され、SHRIMP年代測定法などで原岩年代の問題に進展を見た。この研究中に、高変成度部からセクト構造をもつざくろ石が多数見つかった。高変成度部地域におけるセクト構造ざくろ石の形成と岩石組織が片状から片麻状に変化する理由は部分溶融のためと提案された。領家帯の熱源が沈み込んだ海嶺だという通説は否定された。3)超高圧変成作用の研究では、中国蘇魯地方で花崗岩が超高圧変成岩に変化した例、超高圧変成岩が地表に上昇する際に中圧型変成岩に変化した例が見つかった。
仏教史の時代区分とブッダ観の変遷

本研究の端緒は、日本のみに通用している〈原始仏教〉という呼称に対し、三枝が異議を唱えて、〈初期仏教〉の命名を提案した1970年代に遡る。その後、拙著『初期仏教の思想』(1978)にそれを論じ、同『ヴァスバンドゥ』(1983)には、インド仏教史を、初期・中期・後期と三分割する私案を公刊した。1986年の日本印度学仏教学会の学術大会ならびに学会誌35-1に、三枝は「インド仏教史の時代区分」を発表して、上掲の三分割を一部修訂して論述したさいに、「上の時代区分のいわば宗教哲学的根拠の一つとしてのブッダ観の変貌」を付言した。本研究はこの問題を最も詳細に探究した。その成果は1988年暮にまとめて、拙稿「インド仏教史の時代区分とブッダ観の展開」(『東洋学術研究』28-1、1989年2月)に掲載した。その要点は次のとおり。インド仏教史を、初期(釈尊から根本分裂ないしAsoka王までの150200年間)、中期(紀元320年にGupta王朝成立までの約550年間)、後期(13世紀初め仏教衰滅までの約900年間)と、三分割する。この三分割は、西洋哲学史やインド史などの三分割と通じ合う。そしてそれはまた、ブッダ観の展開とも符号する。すなわち、初期仏教には、仏の色身と法身との別が明瞭でなく、釈迦仏の俤が濃い。中期に、まず部派の繁栄があり、釈迦仏の理念(Idee)化が進み、やがて超人化・神格化が見られる。遅れて初期大乗が興ると、この理念は理想(Ideal)化され、また二身説の仏身論が確立する。後期仏教では、超越化=理想化の仏を一転して内在化させ、如来蔵・仏性思想が栄える(これは西洋哲学のカントからシュライエルマッハー以降の神観念の展開によく類似する)と同時に、三身説の仏身論が完成する。このようにして、インド仏教史の三分割が裏づけられる。
分光学的その場計測法を用いたリグニンの超臨界水処理における反応機構の解明

本年度は超臨界水条件下で利用可能な蛍光分光装置の立ち上げを行った。ナノ秒パルスレーザーと波長変換用の非線形光学素子を用いて、266nmの励起光パルスを生成し、超臨界水用セル内の試料に入射した。試料より放出された蛍光をレンズを用いて分光器内に集光し、特定波長の蛍光を光電子増倍管により検出し、オシロスコープに信号として取り込んだ。各波長における蛍光強度を測定することにより、蛍光スペクトルを取得した。グアイアコールをリグニンモデル物質として、圧力25MPaにおいて、室温から400°Cまでの温度範囲において蛍光スペクトル測定を行った。その結果、温度上昇とともに、室温で観測される300nm付近のピーク強度が減少するとともに、より長波長側の350nm付近に新しいピークが出現することを新たに見いだした。新たに出現したピークの帰属については現在検討中であるが、二量化反応などにより平衡が移動し、高温水中では別の化学種として存在している可能性がある。これは従来の生成物分析による反応解析では得られない情報であり、超臨界水のような特異反応場においてその場計測を行うことの重要性を示すものである。詳細なスペクトル解析を行うためには、蛍光スペクトルのS/N比を改善することが必要であると考え、強度の安定性に優れるキセノンランプへ光源を変更した。さらに、光源、分光器およびオシロスコープをパソコン上から制御することにより、1分程度の短時間で自動的に蛍光スペクトルを取得するスペクトル測定装置を新たに作製した。この装置を利用して、種々の蛍光物質について測定を行い、270nmから600nmの広い波長領域においてスペクトル解析に十分な精度の蛍光スペクトルを得られることを確認した。
急性期蛋白SAAの分子修飾と炎症ベクトルの研究

炎症が増悪方向なのか、鎮静方向なのかは炎症マーカーの測定値だけでは判断できない。そこで、急性期蛋白SAAの1HDLから遊離した断片ペプチドの検出、ならびに2SAA分子内アミノ酸側鎖修飾の解析が、炎症のベクトルの診断に有用との仮説を立て、これを検証する。12とも検出、解析には質量分析をまず用いるが、血清・体液試料からSAAを効率よく抽出することが鍵となる。また1の臨床検査への応用のために当該ペプチドを検出するイムノアッセイを確立することもポイントとなる。
分光技術を用いた捕食寄生者による甲虫の体色進化の実証

生物の体色は色覚を持つ動物と関わることで進化する.しかし,色覚の発達した脊椎動物の捕食対象とならない小さい昆虫も多様な体色を持っている.一方で捕食寄生性の昆虫は視覚で宿主となる昆虫を探索する.そのため,昆虫の体色は捕食寄生性昆虫からの淘汰によって進化したのかもしれない.北海道固有の昆虫オオルリオサムシとアイヌキンオサムシの体色は北海道北部では一様に赤いが,南部では地理的変異が大きい.またしばしば体内から寄生バエの幼虫が得られる.2種は北海道北部では寄生バエからの淘汰により赤い体色を維持しているが,南部ではその淘汰が弱く,体色が多様化していると予想される.そこで2種の系統と体色の関係ならびに寄生者群集の地理的分布を調査した.次世代シーケンサーを用いた分子系統解析を行ったところ,オオルリオサムシは渡島半島から石狩低地帯に辿り着いた後に北海道北部と東部(日高地域)へ分布を拡大していた.一方,アイヌキンオサムシは日高地域から石狩低地帯に辿り着いた後に北海道北部と渡島半島へ分布を拡大していた.こうした系統分岐と分光計測のデータを組み合わせると,2種のオサムシは体色とその多型頻度を変化させながら系統分岐を繰り返しており,北海道北部に分布を拡大した系統で赤い体色への進化(収斂)が起きたことが明らかとなった.またオサムシから得られた寄生者のDNAバーコーディングを行ったところ,3種(ヤドリバエ科Zaira cinerae,ハナバエ科sp.,シリボソクロバチ科sp.)に分類された.興味深いことに,石狩低地帯より北ではヤドリバエ科が,南ではハナバエ科がオサムシを宿主として利用していた.これらの結果により,もともと異なる体色であったオオルリオサムシとアイヌキンオサムシが,北海道北部でZ. cineraeからの淘汰圧を受けることで,よく似た体色へと進化したことを示唆された.生物の色は明るい環境で他の生物に見られることで進化する.これまで小動物の体色変異は視覚の発達した脊椎動物,主に鳥類からの捕食圧(淘汰)によって説明されてきた.しかし,この理論では,昆虫全体の体色の多様性を説明できない.まず,昆虫では体色の集団内多型が珍しくない.このことは体色への淘汰が弱いことを示唆する.体色への淘汰は暗い環境で減少するだろう.そのため,体色の集団内変異と生息環境の明るさ(放射照度)の関係を明らかにする必要がある.次に,小さく,堅い外骨格をもつ甲虫は脊椎動物の餌になりにくいと予想される.一方,甲虫を含め,多くの昆虫は捕食寄生性の昆虫(ハエ,ハチ)の宿主となり,これらの捕食寄生者も視覚を頼りに対象に接近する.甲虫の体色進化を研究するうえでは,脊椎動物だけではなく,捕食寄生者による淘汰も考慮する必要がある.本研究は光環境,捕食者,寄生者に着目して,甲虫オサムシの体色進化メカニズムの解明を目的としている.オサムシの多くは夜行性で暗い体色であるが,高緯度地域では体色の種間,種内変異が大きくなる.北海道に分布するオオルリオサムシとアイヌキンオサムシの体色は,北海道北部では赤色に収斂するが,南部では大きい変異を示す.オサムシに対する脊椎動物の捕食圧は弱く,北海道北部ではオサムシの生息環境が明るい,あるいは捕食寄生者が多いと予想される.さらに2種の近縁種が樺太に分布することから,北海道北部の集団が祖先的と考えられる.そこでオオルリオサムシとアイヌキンオサムシを対象として1.捕食者の特定,2.体色と系統の関係2.体色と放射照度の関係,3.体色と寄生率の関係を調査する.本研究により,捕食寄生者への隠蔽色としての体色進化が実証できれば,視覚を頼りに行動すると考えられがちな昆虫において視覚の重要性が示され,昆虫間の情報伝達において新たな視点が確立されることが期待される.平成28年度はオサムシの捕食者を特定するため, 6月と9月に北海道支笏湖周辺の森林において,オサムシの生体130個体を用いて捕食者の観察を行った.その結果,8個体が夜間にタヌキとアライグマによって捕食され,1個体が昼間にカラスに捕食された.予想通り,オサムシへの脊椎動物からの捕食圧は弱いと判断できる.またオサムシの体色と捕食圧には有意な関係は検出されなかった.これは捕食されたオサムシの個体数が少ないことも原因の1つであるが,やはり主要な捕食者が夜行性で色覚の退化した哺乳類食肉目であるためと考えられる.一方で,平成28年度は放射照度を計測するための機器(校正光源)を入手し,使い方を習得するのに時間を要した.また別の研究費(笹川科学研究助成)の採択されたことにより,夏に九州でのミミズの採集と飼育実験も行った.そのため,北海道各地でオオルリオサムシとアイヌキンオサムシを採集し,体色変異と系統,放射照度,寄生率の関係を調べることはできなかった.その代わり,2種の産地情報を北海道大学博物館や道内外の専門家から集め,採集地の選定を行ってきた.

これらの種は地理的な分布が限定的であり,特に道南(渡島半島)ではその傾向が強い.標本や採集経験者からの情報を得られたことで平成29年度以降は効率的に採集を行うことができる.また,採集予定地の一部(大千軒岳)は自然保護地区であるため,行政(上川町)に採集許可を申請中である.生物の体色は色覚を持つ動物と関わることで進化する.しかし,色覚の発達した脊椎動物の捕食対象とならない小さい昆虫も多様な体色を持っている.一方でハエ類も色覚を持ち,捕食寄生性のハエは他の昆虫に産卵し,幼虫は宿主の体内で成長する.昆虫の体色はこの寄生バエに対する隠蔽色として進化したのかもしれない.北海道に固有の昆虫オオルリオサムシとアイヌキンオサムシの体色は北海道北部では一様に赤いが,南部では地理的変異が大きい.またしばしば体内から寄生バエの幼虫が得られる.これらの姉妹種が樺太に分布することから,2種は北海道北部では寄生バエからの淘汰により赤い体色を維持していたが,南部に分布を拡大したことでその淘汰が弱まり,体色が多様化したと予想される.本研究ではこの予想を確かめるために,オオルリオサムシとアイヌキンオサムシの体色と系統の関係ならびに体色と寄生率の関係を明らかにする.平成29年度は体色の分光測定と分子系統解析のために北海道各地で2種を採集した.採集は6月から9月に行い,北海道北部と北海道南部の高山帯では採集できたが,北海道南部の低標高では採集できなかった.採集時期が低標高集団の活動時期より遅かったと考えられる.続いて,オサムシの寄生バエの分類群を特定するために,これまでに得られた寄生バエの幼虫と卵からDNAを抽出し,COI遺伝子の塩基配列に基づくDNAバーコーディング(既存の塩基配列との照合)を行った.オサムシの寄生バエは2種確認され,1種はヤドリバエ科(Zaira cinerae),もう1種はヤドリバエ科もしくはハナバエ科(該当種なし)であった.ヤドリバエ科もハナバエ科も成虫は送粉者と言われている.花に来るハエ類を採集することでオサムシの寄生バエを生け捕りにして,オサムシへの産卵行動を観察できるかもしれない.さらにオサムシが送粉者を環境中に供給している可能性も示唆された.本研究の調査項目の中で達成に時間がかかるのは,北海道全域でのオオルリオサムシとアイヌキンオサムシの採集,そしてオサムシの寄生バエの生け捕りである.平成29年度ではこの2つを達成することはできなかったが,大きく前進させることはできた.平成29年度にオサムシを採集できなかった地点があったのは,オサムシの活動時期が短く,また地点ごとに異なっていたためである.しかし複数の地点で採集を行ったことで,オオルリオサムシの活動のピークは高標高では6月から7月まで,低標高では4月末あるいは5月までと推定された.アイヌキンオサムシは概ね高標高に分布し,活動のピークは7月末から8月半ばと推定された.この情報をもとに平成30年度はより効率のよい採集を行うことができる.またオサムシの寄生バエを生け捕りにするには,それを採集,同定できなければならないが,その姿形と生態(活動環境など)は不明であった.これまで野外で採集したオサムシから寄生バエを得ようと試みてきたが失敗が続いている.しかし平成29年度に行ったDNAバーコーディングにより,オサムシの寄生バエは送粉者である可能性が高いことが明らかとなった.オサムシの生息地の花に来るハエ類を採集することで,オサムシの寄生バエを捕獲できるかもしれない.さらに寄生バエの成虫を花粉や花蜜で,そして幼虫をオサムシで生育させる,すなわち寄生バエを人工繁殖させることができれば,今後の寄生バエを用いた行動実験を飛躍的に進めることができる.生物の体色は色覚を持つ動物と関わることで進化する.しかし,色覚の発達した脊椎動物の捕食対象とならない小さい昆虫も多様な体色を持っている.一方で捕食寄生性の昆虫は視覚で宿主となる昆虫を探索する.そのため,昆虫の体色は捕食寄生性昆虫からの淘汰によって進化したのかもしれない.