hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CO2湧出口における造礁サンゴからソフトコーラルへの群集シフト

昨年度,CO2湧出口と湧出口近く,湧出口から離れたコントロールポイントと,サンゴ礁外などの地点に,実験区を設けて,底生生物を除去して岩盤の露出した裸地を作ったので,その裸地における底生生物の分布を定量的に観察して,底生生物の移入と定着,遷移の状況を明らかにした.その結果,CO2濃度勾配により加入する生物の差異が認められた.湧出口に近い北側ほどCO2濃度が高い傾向が継続していることを確認した一方,調査地域全体としては,2016年に活発に起こっていたCO2の湧出が2017年7月に一度弱くなり,その後再度活発になり,2018年ふたたび減少していることが明らかになった.その結果,これまでソフトコーラルが卓越していたコドラートに,一部のサンゴが加入していることが,定点調査の結果から明らかになった.水温,塩分,溶存酸素,濁度などの連続計測は,定点において引き続き実施して,季節と潮位によるCO2濃度分布の差異を明らかにした.CO2計測により湧出量が全体に減少していることを明らかにした.pH計測については,簡易で安価な現場型pHロガーの本格的な測定にむけて,電極性能の確認と検出電極表面での微量成分の濃縮について検討し,実用化試験のために現地に設置し,その結果に基づいて性能評価を行った.また,CO2湧出口近くの堆積物を採取して,その環境DNAを用いた生物多様性解析をおこない,サンゴ礁海域とは異なるDNAの分布を確認した.海況悪化によって,当初予定していた渡島ができないことがあったが,代替の調査日に実施することができた.CO2の湧出が弱くなっているので,本年度それに伴う生物群集遷移を評価する.研究最終年度の本年度は,これまでにフィールド調査と実験で得られた成果をまとめて,CO2湧出が環境条件と生物分布に与える影響を明らかにして,将来の酸性化によるサンゴ礁生態系への応答を予想する.とくに本研究期間中に,自然のCO2湧出が減少してきたことが明らかになったため,それまでの生物分布が遷移する現象を見出したので,その結果をまとめ,造礁サンゴが生育できる酸性化の閾値を定義するとともに,酸性化に強いサンゴと弱いサンゴを分類して,将来の酸性化シナリオに沿った,サンゴ群集の遷移を予想する.また,他のCO2湧出海域との本研究における硫黄鳥島の共通性と差異について,まとめる.本研究の目的は,硫黄鳥島のCO2湧出口において造礁サンゴがソフトコーラルに空間的にシフトしている要因を,高CO2に対する造礁サンゴとソフトコーラルの,加入と成長(代謝)の差異によって説明して,その閾値を求め,将来の酸性化によるサンゴ礁群集の変化を予測することである.研究初年度の平成28年度は,湧出口とその周辺の地形,底質と生物相を面的に把握するために,ドローンによる空撮と,測線沿いに直接観察による調査を実施した.その結果,CO2湧出口から周辺にかけて,生物相が漸移的に変化していることが明らかになった.また,2016年8月と10月の調査では,造礁サンゴとソフトコーラルが,大規模に白化していることが確認された.これは,同年夏の琉球列島全域で起こった白化が,硫黄鳥島でも起こったことを確認したもので,今後の推移を継続的におっていくことで,CO2の濃度勾配に対して,造礁サンゴとソフトコーラルの回復過程の差異を明らかにすることができる.また,CO2湧出口から周辺にかけて,CO2濃度などの物理化学的性質が,空間的にどのように変化しているのかを明らかにするために,アルカリ度,全炭酸,栄養塩,懸濁態炭素・窒素,溶存炭素・窒素,クロロフィル測定のための試料を採取して,分析を行った.さらに,水質の時系列変化を記録するために,塩分,水温,pH,溶存酸素,濁度の連続計測を開始した.現場移植実験を行うための架台を設置して,連続観測を開始した.CO2湧出口とCO2の影響を受けない海域との間で,移植実験を行うために,移植架台を設置した.研究初年度として,現地に渡島して調査を実施するための基本的な準備を行うことができた.白化というイベントがあったが,CO2濃度の異なる海域で,造礁サンゴとソフトコーラルの白化からの回復の差異を明らかにすることによって,群集シフトの時間的な差異を明らかにすることができる.硫黄鳥島のサンゴ類が,昨年の白化からの回復していることをコドラート調査およびライントランゼクト調査から確認した.さらに加入と定着試験のために,CO2湧出口と湧出口近く,湧出口から離れたコントロールポイントの3点に,実験区を設けて,底生生物を除去して岩盤の露出した裸地を作った.この裸地を用いて底生生物の移入と定着,遷移の観察を開始した.定点においては,水温,塩分,溶存酸素,濁度などの連続計測を開始した.

また,海水試料を採取して,CO2湧出量の空間的時間的変化と,群集代謝による応答を評価した.湧出口に近い北側ほどCO2濃度が高い傾向が継続していることを確認した一方,調査地域全体としては,2016年に活発に起こっていたCO2の湧出が2017年7月に一度弱くなり,その後再度活発になっていることがわかった.また,夜間の採水調査を初めて実施し,昼間よりも高いCO2濃度を観測した.低潮位と夜間の主に呼吸による生物活動に因るものだと考えられる.pH計測については,簡易で安価な現場型pHロガーの本格的な測定にむけて,電極性能の確認と検出電極表面での微量成分の濃縮について検討し,実用化試験のために現地に設置した.また,CO2湧出口近くの堆積物を採取して,その環境DNAを用いた生物多様性解析をおこない,サンゴ礁海域とは異なるDNAの分布を確認した.これはソフトコーラルによるものと推測される.今後,より広い範囲で堆積物を採取し,湧出あり/なしの生物多様性を比較する.海況悪化によって,当初予定していた渡島ができないことがあったが,代替の調査日に実施することができた.CO2の湧出が弱くなっている可能性があるので,本年度その計測と評価を行う.昨年度,CO2湧出口と湧出口近く,湧出口から離れたコントロールポイントと,サンゴ礁外などの地点に,実験区を設けて,底生生物を除去して岩盤の露出した裸地を作ったので,その裸地における底生生物の分布を定量的に観察して,底生生物の移入と定着,遷移の状況を明らかにした.その結果,CO2濃度勾配により加入する生物の差異が認められた.湧出口に近い北側ほどCO2濃度が高い傾向が継続していることを確認した一方,調査地域全体としては,2016年に活発に起こっていたCO2の湧出が2017年7月に一度弱くなり,その後再度活発になり,2018年ふたたび減少していることが明らかになった.その結果,これまでソフトコーラルが卓越していたコドラートに,一部のサンゴが加入していることが,定点調査の結果から明らかになった.水温,塩分,溶存酸素,濁度などの連続計測は,定点において引き続き実施して,季節と潮位によるCO2濃度分布の差異を明らかにした.CO2計測により湧出量が全体に減少していることを明らかにした.pH計測については,簡易で安価な現場型pHロガーの本格的な測定にむけて,電極性能の確認と検出電極表面での微量成分の濃縮について検討し,実用化試験のために現地に設置し,その結果に基づいて性能評価を行った.また,CO2湧出口近くの堆積物を採取して,その環境DNAを用いた生物多様性解析をおこない,サンゴ礁海域とは異なるDNAの分布を確認した.海況悪化によって,当初予定していた渡島ができないことがあったが,代替の調査日に実施することができた.CO2の湧出が弱くなっているので,本年度それに伴う生物群集遷移を評価する.本年度は,主に硫黄鳥島の現地における観測と試料採集,実験を行う.年度内に3回の調査を予定している.1)群集調査:CO2湧出口とそこから離れた5測線に沿って,方形枠(コドラート)によって底生生物の分布を記載する.永久コドラートを設置して,生物の経年変化を追跡する.マルチコプターにより空撮を行って,底生生物の分布を面的に把握する.ソフトコーラルと砂を採取して,高CO2海域と低CO2海域での,底生生物相の差異を明らかにする.着底基盤を設置して,ソフトコーラルと造礁サンゴの加入率を調査する.2)環境条件の観測:pH,水温,濁度,塩分を,長期的にモニタリングする.CO2計によってCO2濃度の時間空間的変化を明らかにするとともに,適宜採水して炭酸系(全炭酸,アルカリ度),栄養塩濃度を計測して,CO2湧出口とその周辺の物理化学条件の時空変動を明らかにする.3)群集分布と環境条件を比較して,CO2濃度が群集構成に与える影響を評価する.4)現場実験:現地に移植架台を設置して,高CO2海域とコントロールとの間で,ソフトコーラルと造礁サンゴの移植実験を行って,CO2濃度が成長速度に与える影響を評価する.
３次元積層によるヘテロジニアスマルチコアプロセッサの仮想化と資源管理の研究

本研究は,次世代の計算機システムとして期待されているワイヤレス積層ヘテロジニアスマルチコアプロセッサの電力性能と処理性能の最適化を目標として,(1)積層チップの種類の違いに対応した省電力制御手法,(2)積層チップ間の無線データ通信性能を考慮したタスク並列制御手法の確立を目標としている.本年度は,昨年度までに提案した(1)(2)について,積層プロセッサの実チップおよびプロトタイプ環境を用いた性能評価を行った.(1)について,積層プロセッサの実チップ上でTOPPERS OSを稼働させ,昨年度までに実現された積層プロセッサの電力制御機構をOSから利用可能にした.これにより,OSによる積層プロセッサの電力制御を可能にした.加えて,実際に実チップの省電力制御を行った時のアプリケーションの消費エネルギーを測定し,供給電圧とクロックの動作周波数を適切に設定することでエネルギー効率を向上できることを明らかにした.(2)について,昨年度までに提案した積層アクセラレータの並列制御方式を一般的なアプリケーションに適用するため,並列処理アプリケーションのデータフローの実行時解析を行うOpenCLライブラリを提案,実装した.これにより,OpenCL APIで実装されたアプリケーションに提案方式を適用可能であることを示した.更に,複数の積層アクセラレータを用いた並列処理に対する提案手法の効果を明らかにするため,マルチコアアクセラレータをFPGA上に実装し,提案するOpenCLライブラリと並列制御方式によるパイプライン並列処理の評価を行った.その結果,提案手法は従来の制御方式と比較して処理性能を2.2倍向上することを明らかにした.これらの研究成果はワイヤレス積層プロセッサの実用化に大きく寄与するものであり,ポストムーア時代における高性能かつ省電力な計算機システムの実現に役立つと期待できる.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,次世代の計算機アーキテクチャとして期待されているワイヤレス積層ヘテロジニアスマルチコアプロセッサの電力性能と処理性能の最適化を目標として,(1)積層チップの種類の違いに対応した省電力制御手法,(2)積層チップ間の無線データ通信性能を考慮したタスク並列制御手法の確立を目指すものである.今年度は(1)(2)の資源管理手法の確立に向けて,積層プロセッサに搭載されるホストCPUとアクセラレータの実チップの基礎性能評価,各資源管理手法の初期提案を行った.(1)の実現のため,まず細粒度パワーゲーティングと呼ばれる省電力機能を搭載した積層プロセッサのホストCPUを対象として,システムソフトウェアがチップの省電力機能をユーザやプログラムから隠蔽して制御する省電力制御手法を提案した.次に,SOTBと呼ばれる省電力技術を搭載した積層ホストCPUの電力性能を解析し,SOTBに適した制御アルゴリズムを提案,これを同様にシステムソフトウェアから制御する手法を検討した.これにより,省電力機能の異なるチップが積層された場合でも適用可能な省電力制御手法を明らかにした.(2)の実現のため,積層アクセラレータを対象に積層枚数やチップの位置が異なる場合の処理性能を評価した.その結果,積層プロセッサでは隣接するチップ間でデータを受け渡しながら処理していくパイプライン並列制御が有効である一方,従来のユーザプロセスによる制御では実行時の頻繁なコンテキストスイッチが性能低下を招くことが明らかになった.そこでカーネルモジュールがユーザプロセスの代わりにパイプライン実行時のアクセラレータ制御を代行するタスク並列制御手法を提案し,提案手法が処理性能向上に有効なことを見積もった.これらの研究成果は本研究課題を進展させるものであり,高い省電力性能と処理性能を両立する次世代プロセッサの実現に大いに貢献すると言える.研究開始当初,申請者は現有する積層プロセッサの実チップやFPGAを用いたシミュレーション環境を用いて研究を進めることを想定していたが,新規開発中であった次期バージョンの積層プロセッサの開発が想定よりも早く進行したことから,異なる省電力機能に対する提案手法の省電力性能の評価や,実測値に基づく正確な処理性能の解析が可能となった.その結果,(1)の省電力制御手法,(2)のタスク並列制御手法の両方において既存手法の課題を明らかにし,それを解決する資源管理手法の初期案を提案するまでに至った.これらの研究成果は論文誌や国際会議のポスターに採録されており,当初の計画を上回るものである.本研究は,次世代の計算機アーキテクチャとして期待されているワイヤレス積層ヘテロジニアスマルチコアプロセッサの電力性能と処理性能の最適化を目標として,(1)積層チップの種類の違いに対応した省電力制御手法,(2)積層チップ間の無線データ通信性能を考慮したタスク並列制御手法の確立を目指している.本年度は,昨年度までに提案した(1)(2)の各手法の基礎案について,実チップを用いた性能評価と積層特性を考慮した最適化方法の検討を進めた.(1)について,昨年度までの成果で各積層チップの電力制御機能の種類に適した省電力制御を行うOSスケジューラを提案した.本年度は提案機構の積層システムへの適用と性能評価を行うため,組み込みOSであるTOPPERSをホストOSとして,提案手法の設計と実CPUチップへの適用方法を検討した.更に,CPU以外の積層チップへの提案手法の適用に向けて,アクセラレータを対象とした省電力制御機構および電力評価環境を構築した.(2)について,昨年度までの成果で複数のアクセラレータを用いたパイプライン並列処理を高速化するOSの資源管理機構を提案した.本年度は提案機構のプロトタイプを汎用OSであるLinuxへ実装し,画像処理アクセラレータの実チップを用いて評価した.その結果,提案機構が従来の資源管理手法と比較して1.66倍の処理性能を向上することを明らかにした.

更に,積層チップの特性であるアーキテクチャの拡張性へ対応するため,種類や開発ベンダの異なるアクセラレータが積層されたヘテロジニアス環境への提案機構の適用方法と,提案機構を用いた並列処理プログラムの開発・実行を可能にする並列演算ライブラリを提案した.以上の成果は,提案手法を積層プロセッサ向けに最適化させる方法を明らかにすると主に,提案手法の実積層システムへの適用方法の確立に向けて本研究を大きく進展させるものである.本年度は,昨年度末に今後の推進方策として提示していた,積層プロセッサのヘテロジニアス特性への提案手法の適用方法の検討,実アプリケーションへの適用方法の検討,および実積層チップを用いた実践的な評価にそれぞれ取り組み,概ね予定通りの成果を挙げることができた.特に(2)のタスク並列制御手法については,提案機構のプロトタイプのLinuxへの実装と実チップを用いた評価,およびヘテロジニアス環境に対する提案機構の適応方法と実アプリケーションの開発環境の提案まで遂行でき,予定通りの進捗が得られた.評価結果は提案手法が処理性能の向上に大きく期待できることを示しており,今後,異種アクセラレータや複数のアクセラレータの実チップを対象とした発展的な評価実験とその結果を踏まえた提案手法の改良を進めることで,更なる研究成果を挙げられると期待できる.(1)の省電力制御手法については,当初に目標としていた,提案機構を搭載したOSの実積層CPUチップ上での稼働と電力評価を行うまでには至らなかったものの,代表的な組み込みOSであるTOPPERSを対象とした提案手法のシステム設計を提案し,TOPPERS OSを積層チップのシミュレーション環境上で稼働することができた.また,CPU以外の実積層チップ(アクセラレータ)を対象とした電力制御・評価環境についても本年度に構築できており,実チップを用いた評価実験やヘテロジニアス環境への適応方法の考案に向けて順調に研究が進んでいる.以上の結果は本研究の最終目標である積層プロセッサ向けの資源管理機構の確立に向けて大きく前進するものであると言える.本研究は,次世代の計算機システムとして期待されているワイヤレス積層ヘテロジニアスマルチコアプロセッサの電力性能と処理性能の最適化を目標として,(1)積層チップの種類の違いに対応した省電力制御手法,(2)積層チップ間の無線データ通信性能を考慮したタスク並列制御手法の確立を目標としている.本年度は,昨年度までに提案した(1)(2)について,積層プロセッサの実チップおよびプロトタイプ環境を用いた性能評価を行った.(1)について,積層プロセッサの実チップ上でTOPPERS OSを稼働させ,昨年度までに実現された積層プロセッサの電力制御機構をOSから利用可能にした.
ヒト由来毒素原性大腸菌が産生する線毛性定着因子の構築に関与する遺伝子群の解析

ヒト由来毒素原性大腸菌(enterotoxigenic Escherichia coli:以下ETECと省略する)が産生する線毛性定着因子CFA/IIIの構築に関与する遺伝子群(以下cofオペロンと省略する)は、既知のmajor pilin遺伝子(cofA)とprepilin peptidase遺伝子(cofP)を含め合計14個の遺伝子(オープンリーディングフレーム:以下orfと省略する)から構成していた。そこで、制限酵素を利用して種々の欠失変異体(遺伝子のノックアウト)を作製後、各遺伝子産物の役割を解析したところ、cofAの上流に位置する。orf1とorf2(AraC familyに属する)はCofAの発現を正調節し、orf3は線毛の長さに関与していることが考えられた。一方、cofAより下流に位置するorf4(minor pilin)とorf6(外膜リポタンパク)は線毛構築に不可欠であることがわかった。現在、他のorfについて解析している。2.生菌ワクチン候補株の作製cofオペロンを非病原性大腸菌(大腸菌HB101)へクローン化を行ったところ、菌体表面上にCFA/III線毛の産生が認められ、且つ、CFA/III産生性ETECと同様に培養細胞Caco-2(大腸癌由来細胞)への付着能があった。現在、このクローン株を使って定着因子をターゲットとしたETEC生菌ワクチン開発および他の抗原遺伝子(ETEC易熱性エンテロトキシンBサブユニットやコレラ毒素Bサブユニットなど)を導入したワクチンデリバリーとしての可能性を検討している。1.CFA/III遺伝子群(cofオペロン)の遺伝学的同定2.生菌ワクチン候補株の作製cofオペロン(約13.8kb)を非病原性大腸菌(大腸菌HB101)へクローン化を行ったところ,菌体表面上にCFA/III線毛の発現が認められ,且つ,CFA/III産生性ETECと同様に培養細胞Caco-2(大腸癌由来細胞)への付着を示した。
脂質が媒介する細胞間情報伝達に着目した神経回路の発生再生機構の研究

神経回路が構築されるためには、神経細胞から伸びた軸索突起が正しい経路を選択することが必要です。軸索の伸長方向を制御する新たな脂質分子リゾホスファチジルグルコシドを発見し、その受容体および細胞内シグナル伝達機構を同定し、脊髄間隔神経回路の構築における機能的意義を解明しました。これまでの研究ではタンパク質が神経回路構築の主役でしたが、本課題は脂質分子による軸策ガイダンスの重要性を明かにしました。脂質が媒介する細胞間情報伝達に着目し、グリア細胞が放出するリゾ脂質が脊髄後根神経節(DRG)神経細胞の軸索ガイダンスを制御する仕組みを解析した。リゾボスファチヂルグルコシド(Lyso-PtdGlc)は、NGF依存性DRG神経細胞(温痛覚を担うTrkA陽性細胞)の軸索を反発するが、NT3依存性DRG神経細胞(固有知覚を担うTrkC陽性細胞)の軸索には影響をおよぼさない。研究代表者らは、Lyso-PtdGlc受容体がGタンパク質共役型受容体(GPCR)であることを証明し、NGF依存性DRG細胞に発現してNT3依存性DRG細胞には発現しないGPCRを網羅的に探索した。約380種類のGPCR遺伝子発現をリアルタイムPCR法により定量し、Lyso-PtdGlc受容体の候補として2種類のGPCR(GPR26とEDG7)を得た。受容体を決定するためには、これらGPCRの発現量を操作したDRG細胞のLyso-PtdGlc応答性を解析する必要がある。よって本年度は、ニワトリ胚DRGへの高効率な遺伝子導入法を確立した。遺伝子組換え技術によりLyso-PtdGlcに特異的な複数のモノクローナル抗体を作製し、TrkA陽性DRG細胞の軸索ガイダンスを指標にして機能阻害活性を検証し、少なくとも1種類の抗Lyso-PtdGlc機能阻害抗体を得た。動物個体レベルでの神経回路構築におけるLyso-PtdGlcの役割を検証するため、ニワトリ胚の髄腔内への抗体注入実験を開始した。抗体の至適注入時期および至適注入量を決定し、その後の神経回路の形態解析法を最適化した。これまでの抗体注入実験で(例数は少ない)、TrkA陽性DRG軸索が脊髄のPtdGlc陽性領域に進入するという異常を発見した。次年度以降も本実験を継続して、脊髄感覚神経回路におけるLyso-PtdGlcの機能を明らかにしていく。脊髄後根神経節(DRG)を実験対象として、リゾリン脂質による軸索ガイダンスの機能的意義および分子メカニズムの研究を継続した。リゾホスファチヂルグルコシド(Lyso-PtdGlc)は、温痛覚を担うDRG神経細胞(TrkA陽性細胞)の軸索を反発するが、固有知覚を担うDRG神経細胞(TrkC陽性細胞)の軸索走行には影響しない。TrkA陽性DRG軸索への反発ガイダンス活性を阻害する抗Lyso-PtdGlc抗体をニワトリ胚の髄腔内へ注入し、脊髄感覚神経回路の形態学的解析を行った。対照群では、DRG神経細胞から伸びる軸索の走行異常は確認されなかった。抗体注入群では、TrkC陽性軸索は正常の走行パターンを示したが、TrkA陽性軸索にはガイダンス異常が検出された。TrkA陽性軸索は、本来はTrkC陽性軸索が走行するLyso-PtdGlc陽性の脊髄背側部白質へ進入していた。このように、脊髄背側部白質のグリア細胞が産生・放出するLyso-PtdGlcが、異種の感覚を担う神経軸索を異なる領域へ投射させる働きを担うことが判明した。また、Lyso-PtdGlcがTrkA陽性軸索を反発するための細胞内メカニズムを研究した。Lyso-PtdGlcの反発活性は成長円錐細胞質のカルシウムイオン(Ca^<2+>)シグナルを必要とすることが判明した。さらに詳細な薬理学的阻害実験を行い、細胞内Ca^<2+>ストア(小胞体)からのCa^<2+>放出は重要ではなく、Cd^<2+>依存性チャンネルを介した細胞外からのCa^<2+>流入がLyso-PtdGlcによる反発性ガイダンスに必須であることを明らかにした。このようなCa^<2+>流入が軸索を反発するメカニズムも解明し、論文に発表した。軸索ガイダンス分子Lysophosphatidylglucoside(LysoPtdGlc)の受容体を同定した。温痛覚を担う脊髄後根神経節神経細胞(TrkA陽性細胞)の軸索が、細胞外培養液中に作製したLysoPtdGlcの濃度勾配により反発されるが、この反発性ガイダンスがGタンパク質共役型受容体(GPCR)のシグナル伝達阻害ペプチドにより消失することから、LysoPtdGlc受容体はGPCRであるとの仮説に基づき網羅的解析を行った。その結果、LysoPtdGlc受容体として細胞内シグナルを生成するGPCRを特定する事に成功した(東北大学の青木淳賢教授との共同研究)。LysoPtdGlcは、野生型マウス由来のTrkA

陽性脊髄後根神経節神経細胞の軸索を反発したが、受容体ノックアウトマウス由来の神経軸索の伸長には影響をおよぼさなかった。さらに、LysoPtdGlcによる反発性ガイダンスを阻害するアンタゴニストを探索した結果、培養液中にアセチル化LysoPtdGlcを添加するとLysoPtdGlcによる反発性ガイダンスが消失することを確認し、アセチル化LysoPtdGlcがアンタゴニストとして機能することを示唆する実験結果を得た(理化学研究所の平林義雄チームリーダーとの共同研究)。アセチル化LysoPtdGlcは生体内の神経組織から検出可能なLysoPtdGlc誘導体であり、生体内でリガンド(LysoPtdGlc)がアンタゴニスト(アセチル型LysoPtdGlc)に変換されるという新たなメカニズムの存在が示唆された。また、Lysophosphatidylinositolによる軸索ガイダンスの細胞内メカニズムを研究し、カルシウムイオンシグナル(特にイノシトール3リン酸受容体からのカルシウムイオン放出)がガイダンスに必要であることを発見した。
接近-回避の動機づけ状態を脳波で判定する新しい手法の開発

本研究の目的は,前頭部で測定する脳波活動の非対称性から,接近と回避の動機づけ状態を判定する新しい方法を開発することであった。背景脳波・プローブ刺激法・定常状態視覚誘発電位を用いて,動画や写真に対する動機づけ状態の評価を試みた。しかし,信頼できる脳波の非対称性パターンは観察されなかった。今回試作した脳波測定-分析システムを用いて,探索的な検討をさらに続ける必要がある。接近ー回避の動機づけ状態の変化を反映する新しい指標と手法を開発するため,2系統の研究を開始した。1つの研究では,動画に対する主観評価と脳波との関連を検討した。映画の予告編映像を視聴しているときに,体性感覚プローブ刺激を提示し,ボタン押し反応を求めた。12本の予告編を用い,それぞれの視聴直後に主観評価を求めた。9項目に対する評定値を主成分分析によって縮約し,興味に関連する合成得点を求めた。脳波は頭皮上34部位から計測した。その結果,興味得点の高い動画を見ているときは,プローブ刺激に対する事象関連電位のP3成分の振幅が小さく,プローブ刺激が提示されない区間におけるアルファ帯域パワーが小さいことが分かった。さらに,重回帰分析により,P3振幅とアルファ帯域パワーは独立して興味得点を予測することが分かった。しかし,体性感覚刺激の処理には本質的に半球差が含まれることから,接近-回避動機づけと関連するといわれる前頭部脳波パワーの左右差を検討するには,この方法は理論的に不向きであることも示唆された。もうひとつの研究として,2つの選択肢が交互に提示される二肢選択場面において脳波を計測する予備実験を開始した。情動価の異なる2種類の写真(快vs.中性,中性vs.不快,快vs.不快)を3秒に1枚ずつ交互に提示したときの脳波を測定した。脳波パワーの左右非対称性指数から写真の情動価を推定することを目指し,データの分析を進めている。さらに,第3年度に予定していた脳波パワーの半球差をオンラインで表示できるソフトウェアシステムの開発を前倒しして行った。平成26年度は,接近-回避の動機づけ状態の指標化に向けて,前年度から継続している2系統の研究を行った。(1)プローブ刺激法を用いることが実験参加者の心理生理状態に与える影響について検討した。プローブ刺激なし条件とプローブ刺激あり条件(動画視聴中に提示されるプローブ刺激に対してボタン押しで反応してもらう)に大学生32名を半数ずつ割り当て,初めて見る新奇動画と見たことのある反復動画を視聴してもらった。その結果,プローブ刺激のない条件では,新奇動画を見ているときに,背景脳波のアルファ帯域パワーと心拍数が低下した。一方,プローブ刺激がある条件では,プローブ刺激に対する事象関連電位(P3成分)の振幅が新奇動画を見ているときに低下したが,背景脳波や心拍数の差は有意でなくなった。この結果は,プローブ刺激法を用いることで動画視聴中の心理生理状態が妨害されることを示している。プローブ刺激法は,接近-回避の動機づけ状態を測定するには適していないことが示唆された。(2)情動価の異なる2つの画像が交互に提示される課題における脳波を分析した。2枚の写真(快vs.中性,中性vs.不快,快vs.不快)を3秒に1枚ずつ交互に提示し,周波数帯域(デルタ,シータ,アルファ)ごとのパワーの時系列変化をComplex Demodulation法を用いて詳細に検討した。その結果,快vs.不快の組み合わせについて,画像提示の約0.5秒以降に不快刺激に対するアルファ帯域パワーが右前頭部で低下する(非対称性指数が低下する)傾向が認められた。しかし,非対称性指数に24 Hzのゆらぎが認められ,測度としての信頼性は低かった。これに加えて,前頭部脳波の左右非対称性に関する既存のデータを再分析し,その神経発生源に関する英語論文を発表した。これまでの2年間の研究から,(1)プローブ刺激法は映像に向けられる注意の程度を測るのに有用であるが,心理生理状態に干渉するため,接近-回避の動機づけ状態の検討には向かないこと,(2)不快画像を見ているときは快画像を見ているときに比べて右前頭部の脳波アルファ帯域パワーが低下する傾向があるが,信号/ノイズ比が低く,結果が安定しないことが示された。そこで,平成27年度は,信号/ノイズ比を高めるために,評価対象の画像を高速で点滅させ,それに対する誘発電位(定常状態視覚誘発電位;steady-state visual evoked potential: SSVEP)を測定する方法を検討した。刺激画像として,接近動機づけを引き起こす程度の異なる2種類の写真(幼児の写真vs.成人の写真)を用いた。2種類の画像を12.5 Hzで点滅させて3秒に1枚ずつランダムな順序で提示した。25人の成人が実験に参加した。脳波は128チャネルで記録し,高速フーリエ変換により刺激提示後2秒間のパワー値を求めた。点滅周波数の12.5 Hzとそのハーモニクス25 Hzにパワーの増大が認められたが,動機づけ状態の違いによる前頭部左右差は認められなかった。本研究では,接近-回避動機づけ状態の新しい測定法を開発するという挑戦的な目標を掲げたが,プローブ刺激法,背景脳波,SSVEPのいずれの方法を使っても,動機づけ状態の方向性と程度を高精度で推定することはできなかった。脳波の左右半球差には安静時にも個人差が存在することが知られているので,今後はその点を考慮した分析法を検討する必要がある。

本研究の目的は,前頭部で測定する脳波活動の非対称性から,接近と回避の動機づけ状態を判定する新しい方法を開発することであった。背景脳波・プローブ刺激法・定常状態視覚誘発電位を用いて,動画や写真に対する動機づけ状態の評価を試みた。しかし,信頼できる脳波の非対称性パターンは観察されなかった。今回試作した脳波測定-分析システムを用いて,探索的な検討をさらに続ける必要がある。プローブ刺激法がもつ潜在的な問題点を実証的に明らかにしたことには価値がある。また,非対称性指数の理解も進んでいる。実験心理学本年度の研究によってプローブ刺激法の問題点が明らかになったので,次年度は視覚刺激の交互提示課題に集中的に取り組むことで目標を達成したい。予定どおり2系統の研究を開始するとともに,第3年度に予定していたソフトウェア開発を前倒しして行ったため。次の2つの方向で進める。(1)プローブ刺激法の利点と欠点を精査して,次の実験を計画する。(2)二肢選択場面における脳波データを分析して,指標と分析法,課題を改善する。
永年性作物における自家不和合性遺伝子型に対応するタンパク質の同定および解析

近年植物の自家不和合性の研究が、生化学的及び分子遺伝学的レベルで急速に進展している。われわれはすでに、微量のタンパク質の分析技術を応用して、ナシの自家不和合性遺伝子に対応するタンパク質がRNaseであることを同定した。これは、経済植物の自家不和合性に関する成果として世界的に注目された(平成3-4年の科学研究費補助金による)この研究を基礎として、平成5年には、花柱タンパク質の電気泳動によりリンゴの自家不和合性遺伝子型の判定を試みた。その結果、従来遺伝子型が不明であったリンゴの自家不和合性に関して、10品種以上の遺伝子型が明らかになった。平成6年度には中国ナシおよび洋ナシもとりあげ、洋ナシに花柱でのRNase発現が欠失した自家和合性品種であることを見出した。また、本研究から派生した研究グループにより、リンゴ品種フジのS-RNaseのcDNAの塩基配列が明らかにされた。以上の成果により、今後主要果樹類を含むバラ科植物の自家不和合性の研究は急速に進む研究は急速に進むものと期待される。なお、チャ樹の自家不和合性の遺伝子の同様の分析は進展しなかった。調査及び予備的な実験の結果、研究が困難である理由が明らかになったので、次年度以降改めてこの問題に取り組む計画である。主要な永年性作物であるバラ科果樹およびチャ樹について、その自家不和合性遺伝子型の同定には長年月を要する。しかし、最近われわれは、ナシの自家不和合性遺伝子に対応する雌ずいタンパク質が、RNaseであることを同定した。この成果に基づいて、平成5年度には花柱のタンパク質の分析により、バラ科果樹およびチャ樹などの自家不和合性遺伝子型の同定を試み、次の結果を得た。(1)ナシの自家不和合性遺伝子型に対するRNaseの多型性を検出し、その抗体を作成した。またこのタンパク質のN末端のアミノ酸配列を決定した。それらは、ナス科植物のペチュニアの自家不和合性タンパク質と50%の相同性を示した。しかし、花粉におけるRNAの抽出・検出はできなかった。(2)リンゴについては、5組合せの品種間不和合性に対応する花柱タンパク質の自家不和合性に対応するタンパク質の同定を試みた。これにより、リンゴにおいて、7種類の対立遺伝子を同定した。世界中でリンゴの自家不和合性遺伝子型は従来分析されていなかった。従来法では、長年月を要するところであるが、一年で遺伝子分析ができたことは成果である。(3)チャ樹についても自家不和合性遺伝子型が埼玉県茶業試験場の長年の研究で明らかにされてきた。その協力を得て既知の遺伝子型に対応する雌ずい内タンパク質の同定を試みたが、自家不和合性に対応するタンパク質は同定されなかった。これは、経済植物の自家不和合性に関する成果として世界的に注目された(平成3-4年の科学研究費補助金による)。この研究を基礎として、平成5年には、花柱タンパク質の電気泳動によりリンゴの自家不和合性遺伝子型の判定を試みた。平成6年度には中国ナシおよび洋ナシもとりあげ、洋ナシに花柱でのRNase発現が欠失した自家和合性品種があることを見出した。また、本研究から派生した研究グループにより、リンゴ品種フジのS-RNaseのcDNAの塩基配列から明らかにされた。以上の成果により、今後主要果樹類を含むバラ科植物の自家不和合性の研究は急速に進むものと期待される。なお、チヤ樹の自家不和合性の遺伝子の同様の分析は進展しなかった。
インクジェットによる細胞瞬間凍結保存法の開発

細胞の凍結保存法は細胞株の長期間維持および輸送において必須の技術である.本研究では,インクジェッ技術を用いて,細胞を数百ピコリットルの微小液滴中に内包し,液体窒素を用いて瞬間凍結することで,凍結保護剤を用いずに細胞を凍結することを試みた.本手法で得られた細胞の生存率は20%程度と従来法と比べ十分でなかったが,液滴をさらに微小にすることで,十分な生存率が得られることが示唆された.細胞の凍結保存法は細胞株の長期間維持および輸送において必須の技術である.本研究では,インクジェッ技術を用いて,細胞を数百ピコリットルの微小液滴中に内包し,液体窒素を用いて瞬間凍結することで,凍結保護剤を用いずに細胞を凍結することを試みた.本手法で得られた細胞の生存率は20%程度と従来法と比べ十分でなかったが,液滴をさらに微小にすることで,十分な生存率が得られることが示唆された.細胞の凍結保存法は細胞株の長期間維持および輸送において必須の技術であり,iPS細胞やES細胞の樹立によりその重要性はさらに増している.具体的な凍結手法としては,緩慢凍結法およびガラス化凍結法が挙げられるが,どちらも氷晶(氷の粒)の生成を抑制するために添加する凍結保護剤の毒性や生成した氷による細胞の破壊などにより,解凍後の生存率は十分ではない.そこで,細胞を1ナノリットルの液滴としてインクジェットヘッドより吐出し冷却することで,瞬間凍結行う.それにより,凍結保護剤を用いずかつ氷の生成を抑えた全く新しい細胞凍結保存法の創出を目指す.インクジェットを用いて細胞を約1 nLの液滴に内包し,液体窒素で冷却した基板上に吐出することで瞬間凍結した.その後,37度の培地に浸漬することで,急速に融解を行い,細胞の生存率を評価した.本手法において,凍結融解した細胞の生存率は約15 %であった.単純に凍結保護剤を用いずに緩慢凍結および融解した場合,ほとんどの細胞は死滅し,その生存率は約2 %であったの対して,生存率が大幅に向上しており,瞬間凍結による凍結保存の可能性を見出せた.しかし,従来の凍結保護剤を用いて凍結保存した場合の細胞生存率は70 %を越えることから,さらなる生存率向上が望まれる.細胞の凍結保存法は細胞株の長期間維持および輸送において必須の技術であり,iPS細胞やES細胞の樹立によりその重要性はさらに増している.本研究では,インクジェット技術を用いて,細胞を1ナノリットル以下の微小液滴中に内包し,液体窒素を用いて瞬間凍結することで,凍結保護剤を用いずかつ氷の生成を抑えた全く新しい細胞凍結保存法の創出を目指した.まず,インクジェットヘッドから吐出された細胞を内包する液滴が,液体窒素で冷却されたガラスプレートに着滴し,瞬間的に凍結されるシステムを構築した.このシステムを用いて,サイズの異なる液滴に細胞を内包し,瞬間凍結することで,その生存率を評価した.マウス繊維芽細胞株3T3を用いて評価した結果,液滴サイズが小さくなるにつれて細胞の生存率が向上することを確認した.また,その様子を高速度カメラで観察し,約1msで液滴が凍結することを確認した.さらに,凍結保護作用があるとされている牛胎児血清の培養液中濃度を高めることで,本凍結法における生存率が向上することも確認できた.最終的に,本瞬間凍結法における生存率は20%程度であった.この生存率は,凍結保護剤を用いた従来法と比べると十分ではないが,液滴を究極的には細胞サイズまで微小にすることで,十分な生存率が得られることが示唆された.バイオエンジニアリング細胞を瞬間凍結するための装置の開発を終え,細胞凍結実験を行っただけでなく,来年度の予定であった細胞の生存率を定量的に評価することができた.一方で,電子顕微鏡を用いた細胞内氷晶の観察および評価は,達成できなかった.これらの点を踏まえて,おおむね順調に進展していると判断した.今年度達成できなかった透過型電子顕微鏡による氷晶サイズの評価に取り組みたい.これに必要な透過型電子顕微鏡およびサンプル調整のための機器の利用の支援していただける機関を模索中である.また,現在の本手法による細胞生存率は15 %程度と低く,十分でない.そこで,液滴サイズをさらに小さくすることで凍結速度の向上や,凍結保護効果のある培地成分(血清や糖など)の濃度を向上させることで,生存率の向上を目指したい.電子顕微鏡による観察を目的とした施設利用費を計上していたが,打ち合わせ段階で止まっており,実際に施設利用費を払うに至らなかった.今年度も引き続き,電子顕微鏡の利用を予定しており,その施設利用費に充当する.
ナノ粒子を用いた太陽光発電パネルの発電効率向上

太陽光パネル表面にシリカナノ粒子を薄く塗布することによって、表面に微細な凹凸を作製し、太陽光の反射を低減し、透過光の増加を図る。また、表面の凹凸により粉塵との付着力を低減し、太陽光パネルの汚れ防止効果による発電効率向上も期待できる。反射防止効果はナノ粒子層の表面粗さに依存し、塗布方法の影響が大きい。実験の結果、基板表面にブラシを置いてスプレーすることにより反射率を減少させ、発電効率を向上させることができた。この方法は既存の太陽光パネルにも簡単に使用でき、実用化が期待できる。比表面積相当径が7nmのシリカナノ粒子をアルコールに投入分散し、ナノ粒子懸濁液を調整した。このナノ粒子分散液を太陽電池パネルの表面ガラス板上にスプレー法で塗布し、本来は数nm程度の凹凸しかないガラス基板上に数十から数百nmの厚さのナノ粒子塗布層を形成し、可視光の波長以下の微細な凹凸を作製した。このような物理的表面改質を行った発電パネルと塗布しないパネルとを比較して、ナノ粒子塗布による発電効率向上効果があるかどうかを実験的に検証した。実験はソーラーシミュレータを使って疑似太陽光を作り、太陽電池パネルに垂直方向に照射して行った。その際に電流-電圧特性を測定して、その特性曲線に内接する最大面積の長方形を描き、その面積から発電できる最大電力を算出して発電効率を求めた。その結果、太陽電池パネルに垂直に光を当てた場合でも微細な凹凸を作製することによって発電効率を最大0.2%向上できることが確認され、ナノ粒子塗布効果があることが明らかとなった。さらなる発電効率の向上を目指して、ナノ粒子塗布後の乾燥方法も検討し、塗布後に基板表面上にブラシや多孔板を置いてブラシの毛や多孔板の下とそれ以外の場所でナノ粒子懸濁液乾燥後のナノ粒子層厚さが異なることを利用して、乾燥後の表面の凹凸をより大きくする検討も行った。走査型プローブ顕微鏡で乾燥後の基板表面の凹凸状態を測定した結果、ブラシを置いて乾燥する方法が最も表面の凹凸が大きくなり、反射が減少して発電効率が0.5%増加することが明らかとなった。ナノ粒子を塗布することによって、粉塵の付着防止効果があることが明らかとなっているので、その効果も含めると屋外での長期間の発電ではさらなる発電効率の向上が期待できる。昨年度の実験結果から1次粒子径が7nmのシリカナノ粒子懸濁液を塗布、乾燥しただけでは基板表面全体にランダムな凹凸構造が作製できるが、これだけでは可視光の十分な反射防止効果と透過率向上による発電効率向上効果が得られなかった。そこで本年度はさらなる可視光の反射防止効果ならびに透過率の向上を目指して規則的な凹凸構造の作製を試みた。ガラス基板上に250mesh(目開き63μm)ならびに795mesh(目開き16μm)のふるいを置き、その上から1次粒子径310nmの酸化スズナノ粒子の懸濁液を塗布し、乾燥する際の粒子の自己組織化によって規則的な凹凸構造をもつナノ粒子膜を作製した。この規則的な凹凸表面構造を持つガラス基板にソーラーシミュレータを用いて可視白色光を照射し、反射率ならびに太陽光発電効率を測定した。その結果、入射角20°ではナノ粒子を塗布しない場合の透過率7%から795meshの篩を使用したナノ粒子塗布膜がある場合には4%まで低減することができた。また、入射角60°ではナノ粒子を塗布しない場合の透過率15%から795meshの篩を使用して規則的な凹凸構造を作製すると9%まで低減することができた。これらのようにナノ粒子塗布による微細な規則的凹凸構造作製は反射光防止という点から大きな効果があることを明らかとなった。残念ながら発電効率はナノ粒子塗布による微細な規則的凹凸構造を作製しても大きな違いはなく、発電効率の大幅な向上はできなかった。しかし、太陽光発電パネルによる反射光で夏場での近隣住宅の室温の急激な上昇などの問題が生じていることを考えれば、発電効率に大きな影響を与えず、反射光を3040%低減できることは実用上大きな効果があると考えられる。事前の予想以上に基板へのナノ粒子塗布方法によって可視光の反射防止効果に大きな差が出る結果となった。そのために最適な塗布方法を検討するのに数多くの実験が必要となり、計画よりも研究の進行がやや遅れる結果となっている。しかし、昨年度の研究によって目の細かい篩を使用してナノ粒子を規則的な構造を持つように塗ることができることが分かったので、今後はこの方法に基づいて研究を加速したい。昨年度までは1次粒子径が7nmのシリカナノ粒子を様々な方法で基板表面に塗布して反射光を防ぎ、透過光を増加させて太陽光発電効率を向上させるための最適な塗布条件を実験的に検討してきた。昨年度は基板表面に網やブラシを置いて分散液を塗布・乾燥する方法を用いると反射光を大幅に減らせることを明らかにしたが、基板表面に網などを置いて塗布し、乾燥後に取り除くという複雑な操作が必要で、取り除く際にナノ粒子が剥がれることがあるなどデータの再現性にも問題があった。そこで今年度は分散液を基板表面に単純に塗布する方法だけに絞り、シリカナノ粒子分散液の濃度を従来よりも高くし、塗布表面の凹凸状態を制御する方法に切り替えた。その結果、入射天頂角が大きい場合に反射防止効果が大きいこと。濃度が高くなるほど基板表面に付着するシリカナノ粒子量が増加し、塗布面の凹凸が増加するために反射防止効果が大きくなる結果となった。

しかし、濃度が高いと場所による塗布量の不均一性が大きくなり、ナノ粒子が剥がれやすくなることが明らかとなり、太陽光発電量の増加に最適な分散液のナノ粒子濃度条件を実験的に明らかする必要があることが分かった。濃度の異なるナノ粒子分散液を塗布・乾燥したガラス基板、屋外に数か月間放置し、雨水や粉塵に曝す実験も行ったが、この場合は濃度が高いほど粉塵付着量が減少するという結果となった。したがって、自然環境による基板の汚れも考慮すると最適なナノ粒子濃度を単純には決定できないことが分かった。これらの結果は発電効率の大幅な向上は得られなかったものの、光害問題にもなってきている太陽光発電パネルからの反射光防止効果が大きく、粉塵付着防止化効果もあることから既存のパネルにも簡単に使用できる方法として有用であると考えられる。太陽光パネル表面にシリカナノ粒子を薄く塗布することによって、表面に微細な凹凸を作製し、太陽光の反射を低減し、透過光の増加を図る。また、表面の凹凸により粉塵との付着力を低減し、太陽光パネルの汚れ防止効果による発電効率向上も期待できる。反射防止効果はナノ粒子層の表面粗さに依存し、塗布方法の影響が大きい。実験の結果、基板表面にブラシを置いてスプレーすることにより反射率を減少させ、発電効率を向上させることができた。この方法は既存の太陽光パネルにも簡単に使用でき、実用化が期待できる。ナノ粒子塗布によってもっとも効果が出にくい真上からの光照射についても光の反射を防ぎ、太陽光発電パネルの発電効率向上が可能であることを実験的に検証したので本研究はおおむね順調に進展していると考える。さらにナノ粒子塗布効果が大きいと考えられる太陽光の入射天頂角が3080度付近での発電効率や反射率、透過率の測定は今年度の課題である。また、さらなる発電効率の向上を図るためには懸濁液へのナノ粒子分散方法の検討や粉塵付着防止効果との相乗作用についてもさらなる検討が必要である。昨年度までの研究で反射防止効果が大きいナノ粒子塗布方法が明らかになったので、今後この塗布方法に基づき、様々な条件下で粉塵付着防止効果や発電効率防止効果について実験的検討を行い、ナノ粒子塗布の有効性を示す研究成果を出せるように努力したい。粉粒体工学発電効率だけでなく、可視光の透過率と反射率も測定したが、反射率は減少するものの透過率は向上していない結果となり、発電効率向上の原因をさらに検討する必要がある。また、特にナノ粒子塗布による反射防止効果が大きいと考えられる疑似太陽光の入射天頂角が5080度付近での発電効率や反射率、透過率の測定を重点的に行う予定である。また、昨年度の実験では発電効率の向上は0.5%程度にとどまり、さらなる発電効率向上のためにはナノ粒子懸濁液の分散状態制御が不可欠である。そのための超音波分散器が必要である。さらにナノ粒子塗布によってガラス基板表面の凹凸が増加することにより、粉塵の付着防止効果があることが期待されるので、今後は、屋外に太陽光発電パネルを放置した場合の汚れによる発電効率の低下に対してナノ粒子塗布がどの程度の粉塵付着防止効果があり、発電効率の低下を防ぐことができるのかを検討する予定である。購入した物品の価格変動などにより、物品費の688円の差が生じた。昨年度の実験結果から塗布方法だけでなく、懸濁液中でのナノ粒子の分散状態を調整することによってナノ粒子塗布層の微細な凹凸状態が変化することが分かった。
食物網構造成立機構の適応的視点からの解明

数理モデリングの手法と食物網のネットワーク解析を組み合わせることで、生物を特徴づける適応的行動の、食物網構造やその個体群動態への影響を研究した。主な成果は以下の通りである:(1)捕食者の適応的採餌や被食者の適応的対捕食者防御によって、食物網における複雑性-安定性の間に成立する関係が質的に変化することを理論的に示した;(2)食物連鎖長とその生態系生産性への反応は適応的採餌の結果として理解が可能であることを理論的に示した;(3)自然食物網は適応的餌選択から予測されるようなネスト構造をもつ栄養モジュールの集合として理解できることを明らかにした;(4)自然生態系における捕食者と被食者の脳サイズにはいくつかの特徴的なパターンが見られることを発見した;(5)カリブ海の食物網は複数の栄養モジュールが、そこでの生物多様性を維持するような規則に従って配置されていることを発見した。複雑な食物網ほど不安定になりやすいことが理論モデルで示されて以来、複雑食物網を安定化するメカニズムや、正の複雑性-安定性関係が成立する理論的メカニズムについて研究が盛んにおこなわれてきた。被食者の捕食者に対する適応的防御行動の有無や、その天敵特異性が、食物網の構造と群集の安定性の間の関係に及ぼす影響について、数理モデルを利用した理論研究をおこなった。適応的防御行動が存在しない場合や、防御行動が存在しても天敵特異性が低い場合には、食物網の潜在的リンク数が増えるに従って、群集の安定性(パーシステンス)は低下する。それに対して、天敵特異的な適応的防御行動が存在するときには、食物網の潜在的リンク数が増えるとともに、群集の安定性は-山形の反応を示した。これは、適応的被食者の存在下で、正の食物網複雑性-安定性関係が成立する可能性を示している。しかし、潜在的リンク数が極端に多い状況では、群集の安定性は極めて低くなってしまうことが予測された。このことは、極めて複雑な食物網では、適応的防御行動の安定化効果はあまり期待できないことを示しているのと同時に、リンク数を減らす効果のある適応的捕食行動の存在下では適応的防御行動の安定化効果が高まることが期待できることを示している。これは、生物の適応的行動が複雑な食物網を安定化する一つのメカニズムの可能性を示唆している。本研究の結果は、査読付き国際誌に投稿論文として掲載された。本研究は、数理モデルと食物網データの解析を通じて、生物の適応的行動やそれを支える形態的特徴を第一原理として、食物網の構造に隠されたパターンやその個体群動態との関連性を説明することを目的としている。この目的達成のため、(課題1)食物連鎖長とその生産性への反応を適応的餌選択に基づいて説明すること、(課題2)さまざまな生物群集ネットワークにおいて見いだされるネスト構造の成立メカニズムを適応的餌選択に基づいて説明すること、(課題3)動物の脳サイズが食物網構造の成立において果たす役割を明らかにすることの3課題を具体的な目標として設定した。これら3つの課題のうち、課題1と3については、すでにすべてのモデリングおよびモデル解析が終了し、その生態学的意義について考察をおこなった。また、これらの研究結果は、学会等で発表するとともに、査読付き国際学術誌へ投稿しており、現在、掲載の可否の決定を待っている(Pro Roy Soc BおよびFunctional Ecology)。課題2については、解析に必要な食物綱データを収集してデータベースの構築をおこない、プレリミナリーな解析をおこなった。その結果、新しい知見を得られる感触を得ている。必要な解析方法が、解析の最終段階にすでにはいっており、2009年度中の投稿をめざして準備を進めている。また、この研究の遂行過程から派生した、カリブ海食物網の安定性評価と安定化機構の解明に関する理論研究の成果が、学会や査読付き学術雑誌において発表された。本研究は、数理モデルと食物網データの解析を通じて、生物の適応的行動やそれを支える形態的特徴を第一原理として、食物網の構造に隠されたパターンを説明することを目的としている。この目的達成のため、(課題1)食物連鎖長とその生産性への反応を適応的餌選択に基づいて説明すること、(課題2)さまざまな生物群集ネットワークにおいて見いだされるネスト構造の成立メカニズムを適応的餌選択に基づいて説明すること、(課題3)動物の脳サイズが食物網構造の成立において果たす役割を明らかにすることを具体的な目標として設定した。

課題1については、食物連鎖長が生態系の生産性を増加させても長くならないメカニズムを生物の適応的餌選択によって理論的に説明し、査読付き国際誌「Proceedings of the Royal Society of London. Series B.」において、二宮氏との共著論文として掲載された。課題3については、脳サイズと動物の餌選択、捕食者-被食者相互作用との関わりをレビューし、さらに、魚における捕食者と被食者の脳サイズの間に成立している関係を世界に先駆けて解析した結果を、査読付き国際誌「Functional Ecology」において発表した。課題2については、予定通り、査読付き国際学術誌「Ecology」に投稿し、現在、改訂中である。また、東北大の河田氏らとともにおこなった、本研究に関わる共同研究の成果が、2010年度にはいってから査読付き国際学術誌「Population Ecology」に論文として発表された。この他にも、物質循環系において、生物群集の種構成が環境の変化に応じて「適応的」に変化する過程を考慮した数理モデルから、微生物群集における生物多様性が植物群集の種多様性におよぼす影響について研究し、現在、査読付き国際学術誌「PNAS」に投稿中である。