hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
北西海岸インディアンの開発人類学的研究

2年度に亘り、合衆国アラスカ州アネット島メトラカトラ・インディアン・コミュニティーとカナダ・ブリティッシュ・コロンビア州プリンス・ルパート市周辺(旧メトラカトラ)に滞在し、参与観察、インタビュー、古文書の収拾に従事、以下の成果を得た。平成10年度には、メトラカトラ・インディアン・コミュニティーの現状把握に主眼をおき、調査者全員で村役場や村議会、水産加工場やサケ類孵化場、インディアン保護局の事務所、教会やダンカンコテイジ(博物館)、学校記念図書館、伝統文化のロング・ハウスなどを調査、またアネット島全体を踏査し開発の状況を掌握した。共同体創設111年を記念して行われた「チムシアン長老小体ポトラッチ」では、来島した7名の世襲首長とともに、チムシアン語で進められた厳粛で友好的な現在のポトラッチを体験して多くの収穫を得た。平成11年度は、調査の分担部分にしたがって、それぞれが独自に調査を行っている。岡田宏明は、主な生業である漁業について、移り変わる経済的状況の中で機敏に対処していく村議会や住民の行動に着目し、それらをまとめた。益子待也は、チムシアン文化がキリスト教と出会い、また他からの文化移入によって再創造されていく様子を分析した。協力者の齋藤玲子は、太平洋沿岸の内海に広がる観光事業に参入していく、共同体の姿を捉えた。岡田淳子は、住民の意識変革や、女性の能力開発がどの様になされてきたかを中心テーマとして内面性を探ると同時に、住民人口の動きや、カナダのメトラカトラとの比較により、社会の開発を浮き彫りにした。なお70年ぶりに3日3晩に亘って行われた「死者の記念ポトラッチ」をビデオに収録できたのは、予期しない収穫であった。1.アンカレッジおよびケチカンで、先住民社会の現状と地方自治体の施策に関して、アラスカ先住民文化センター等の施設を観察し、現地の研究者と情報および意見の交換を行った。2.アネット島メトラカトラ・インディアン・コミュニティーに21日間滞在し、観察と聞きとり調査を実施した。アネット島の住民は、1887年以来、教育に力を注ぎ、住民独自の判断で経済的発展を続けてきた。10数年前からは、チムシアンの伝統的な文化を受けつぎ、伝統と近代の融和にも努めている。3.我々の滞在中に、コミュニティー創設111年を記念し、カナダのB.C.州からチムシアン族の長老を招待し、住民のほとんどが参加して盛大なポトラッチが行われた。チムシアン語の聖歌をはじめ、第4世代の踊り手によるダンスも披露され、30余種にのぼる伝統的な料理が供されるなど、新しいチムシアン文化の創造を感じさせる式典であった。4.最近、木材や水産物の価格の低迷により、経済が低滞傾向にある中で、アネット島の住民は、観光業者の事業とは異なり、文化遺産を活用した町おこしの観光に取組み、好評を拍している。5.住民たちはまた、ケーブル・テレビを利用し情報の伝達に資するなど、他のインディアンの集落と比べて高水準の生活を創出しているが、さらに沿岸警備隊の協力を得て、道路の建設を進めるなど明るい未来を感じさせる。6.チムシアンの故地カナダB.C.州のプリンス・ルパートやオールド・メトラカトラの比較が今後の課題として残されている。1)8月から9月にかけ、2名(岡田淳・岡田宏)が、12月から1月にかけ1名(益子)がアラスカ州アネット島のメトラカトラとB.C.州プリンス・ルパート地区で、昨年に引き続き現地調査を行った。2)メトラカトラでは、3日3晩連続して開かれた慰霊祭、いわゆるメモリアル・ポトラッチに参加することができた。主にチムシアン式、部分的にはキリスト教式に行われたこの重要な儀礼には、コミュニティのほぼ全員が参加した。

この70年ぶりの儀礼をビデオに収めた。3)去年に引き続いての調査で、友人も多く村議会の承認もあって、一般には見られないダンカン関係資料、現在の住民に関する情報などを入手できた。住民の心の動きを知ることができたのは貴重である。4)プリンス・ルパート地区では、アラスカに移住する前のメトラカトラ村とポート・シンプソンを訪れ、1800年代後半の住民に関する洗礼その他の記録を収集した。またプリンス・ルパートの古文書館でも、メトラカトラ村の変遷の実態を知る資料を手にすることができた。5)ポート・シンプソンでは、長老に面接して過去から現在に至る生活の話を聞き、古きよき時代の面影を残した町並みも実見した。6)アンカレッジでは、オープンしたアラスカ先住民文化遺産センターで、アラスカ各地の先住民の伝統芸能と工芸の実演を観察し、アラスカ大学アンカレッジ校の研究者たちと情報・意見を交換した。7)現地協力者P.Schulte教授を招聘し、札幌で研究成果の一部を発表していただき、日本の若い研究協力者には、今年もメトラカトラの観光事業について調査を担当してもらった。
マメ料作物における不定根形成要因の解明ならびに耐湿性との関係の解析

本研究は,マメ科作物間で不定根形成能力の大小を比較するとともに,耐湿性との関連,さらには生理機能との関係を明らかにすることを目的としている.まず,実験系の確立を目的として,Rumex属植物において低酸素環境下での不定根形成能カの大小(発根数と伸長)を検定するるために用いられている実験方法を応用し、マメ科作物間の比較にも適用できるかどうかを確認した.ダイズおよびインゲンマメ幼植物を供試し,ワグネルポット(1/50OOa)を用い,新規に導入した高照度インキュベーター(グロースチャンバー)中において養液栽培(脱気および非脱気ホーグランド液)を行った.不定根の発生数を経時的に調査するとともに,最終的には地上・部重,地下部重および不定根長を調査した.その結果,本実験法が不定根形成能の検定法として有効であることが確認され,不定根の形成は脱気条件によってダイズでは促進されたのに対して,インゲンマメには促進効果が認められないことが明らかになるとともに,脱気条件下における不定根形成能の大小は耐湿性程度の大小と関連のあることが示唆された.さらに,圃場条件下における耐湿性と根系形成の関係を解析するため,ダイズおよびインゲンマメを供試して,無灌漑,間断灌漑および湛水条件下で栽培試験を行った.その結果,養液栽培においては脱気条件下でも生育を継続したインゲンマメは,圃場条件下では湛水,間断灌漑いずれにおいても生育を全うできなかった.一方,ダイズは湛水および間断灌漑下においても生育を継続し,間断灌漑区では無灌漑区の約2倍の不定根を発達させるとともに,無灌漑区に匹敵する収量が得られた.本研究は,マメ科作物間で不定根形成能力の大小を比較するとともに,耐湿性との関連,さらには生理機能との関係を明らかにすることを目的としている.まず,実験系の確立を目的として,Rumex属植物において低酸素環境下での不定根形成能カの大小(発根数と伸長)を検定するるために用いられている実験方法を応用し、マメ科作物間の比較にも適用できるかどうかを確認した.ダイズおよびインゲンマメ幼植物を供試し,ワグネルポット(1/50OOa)を用い,新規に導入した高照度インキュベーター(グロースチャンバー)中において養液栽培(脱気および非脱気ホーグランド液)を行った.不定根の発生数を経時的に調査するとともに,最終的には地上・部重,地下部重および不定根長を調査した.その結果,本実験法が不定根形成能の検定法として有効であることが確認され,不定根の形成は脱気条件によってダイズでは促進されたのに対して,インゲンマメには促進効果が認められないことが明らかになるとともに,脱気条件下における不定根形成能の大小は耐湿性程度の大小と関連のあることが示唆された.さらに,圃場条件下における耐湿性と根系形成の関係を解析するため,ダイズおよびインゲンマメを供試して,無灌漑,間断灌漑および湛水条件下で栽培試験を行った.その結果,養液栽培においては脱気条件下でも生育を継続したインゲンマメは,圃場条件下では湛水,間断灌漑いずれにおいても生育を全うできなかった.一方,ダイズは湛水および間断灌漑下においても生育を継続し,間断灌漑区では無灌漑区の約2倍の不定根を発達させるとともに,無灌漑区に匹敵する収量が得られた.マメ科作物間で不定根形成能力の大小を比較するとともに,耐湿性との関連を明らかにするために,以下の実験を行った.1.実験系の確立Rumex属植物において低酸素環境下での不定根形成能力の大小(発根数と伸長)を検定するために用いられている実験方法を応用し,マメ科作物間の比較にも適用できるかどうかを確認した.ダイズおよびインゲンマメ幼植物を供試し,1/5000aワグネルポットを用い,新規に導入した高照度インキュベーター(グロースチャンバー)中において養液栽培(脱気および非脱気ホーグランド液)を行った.不定根の発生数を経時的に調査するとともに,最終的には地上部重,地下部重および不定根長を調査した.その結果,不定根の形成は脱気条件下で抑制されたが,その程度はダイズに比べ,インゲンマメで大きいことが明らかとなり,本実験法が不定根形成能の検定法として有効であることが確認された.2.不定根形成能のマメ科作物・種間差異ならびに耐湿性程度との関係上記の実験法を用い,種々の夏作マメ科作物の不定根形成能を調査した.その結果,不定根の形成能には明らかに種間差が認められ,脱気条件下における不定根形成能の大小は耐湿性程度の大小(望月ら,2000)と関連のあることが示唆された.しかしながら,必ずしも耐湿性程度とは一致しない場合も認められることから,実験方法の検討,あるいは他の要因についての検討が必要と考えられる.本研究は,マメ科作物間で不定根形成能力の大小を比較するとともに,耐湿性との関連,さらには生理機能との関係を明らかにすることを目的としている.まず,実験系の確立を目的として,以下の実験を行った.Rumex属植物において低酸素環境下での不定根形成能力の大小(発根数と伸長)を検定するために用いられている実験方法を応用し,マメ科作物間の比較にも適用できるかどうかを確認した.

ダイズおよびインゲンマメ幼植物を供試し,1/5000aワグネルポットを用い,新規に導入した高照度インキュベーター(グロースチャンバー)中において養液栽培(脱気および非脱気ホーグランド液)を行った.不定根の発生数を経時的に調査するとともに,最終的には地上部重,地下部重および不定根長を調査した.その結果,不定根の形成は脱気条件下で抑制されたが,その程度はダイズに比べ,インゲンマメで大きいことが明らかとなり,本実験法が不定根形成能の検定法として有効であることが確認された.次に,上記の方法を用いて,不定根形成能のマメ科作物・種間差異ならびに耐湿性程度との関係について以下の実験を行った.種々の夏作マメ科作物の不定根形成能を調査した結果,不定根の形成能には明らかに種間差が認められ,脱気条件下における不定根形成能の大小は耐湿性程度の大小と関連のあることが示唆された.さらに,画像解析法を用いて,根系の量的比較を行うと共に,不定根形成能と植物ホルモンの関係について調査を行った.現在それらの結果を解析中である.
多層格子数値シミュレーションを用いた連星系形成の研究

多くの星は連星や多重星系として誕生することが観測的研究から示唆されている。このことから、連星系や多重星系は、母体となる分子雲コアがその重力収縮の過程で分裂して形成すると言われている。また、分子雲コアは、ほぼビリアル平衡であることも、最近の観測的研究から示唆されている。したがって、ビリアル平衡に近い状態にある分子雲コアが重力収縮の過程で分裂して、連星系や多重星系が形成するというシナリオがもっともらしい。しかし、これまでの理論的では、ビリアル平衡に近い分子雲は分裂しないとされてきた。非常に低温の分子雲のみ分裂することができると言われてきた。しかし、本研究は、ビリアル平衡に近い分子雲コアが分裂するメカニズムを発見し、その物理を数値シミュレーションによって調べた。数値シミュレーションでは、多層格子法を用いて高精度で高解像度を実現した。主要な結果は以下の通りである。1.分子雲が初期に剛体回転している場合には、ほとんど分裂しない。一方、分子雲が初期に微分回転していると、多くの場合、分裂する。分子雲の角速度分布をΩ∝(1+CR^2)^<1/2>とした場合、パラメータCが大きいほど分裂しやすい。2.分裂過程の多くでは、分子雲の中心部に回転しているリング状の高密度部が形成する、リングは重力的に不安定な形状であるため、複数のガス塊に分裂する。したがって、分裂するためには、高密度部がリング状になることが重要である。3.分子雲の回転則がリング形成を制御する。回転則を決めるパラメータCが大きいほど、分子雲の外周部の回転速度は遅くなるため、遠心力は小さくなり、落下速度は大きくなる。中心付近と外周部の速度差により、ガスはリング状になる。これらの結果を用いると、平衡状態に近い分子雲が多くの場合分裂することが示すことができ、さらに高い連星頻度を説明することができる。
Non-centrosomal微小管機能の解明

(研究の内容)非中心体微小管の機能解析。(研究の背景)ゴルジ体は、多くの細胞で、核の周辺部、特に中心体の周りに集まり、これには中心体から発せられる微小管が関与しているといわれている。微小管を破壊するとゴルジ体が分散するからである。しかし、細胞のタイプによってゴルジ体の分布パターンは様々で、たとえば、大腸癌由来の上皮細胞Caco2細胞では、ゴルジ体は中心体とは無関係に分布している。近年私達は、中心体とは独立して微小管重合の起点となるNezhaを発見した。Nezhaは細胞間接着装置と結合するタンパク質として同定されたが、細胞質にも分布する。(研究の内容、意義)細胞質におけるNezhaの役割を解明するため、Caco2細胞においてNezhaのノックダウンを行いその効果を観察した。その結果、微小管の分布が変わると同時に、ゴルジ体の分布が大きく変わった。正常Caco2細胞では中心体微小管が検出されない。しかし、Nezha欠失後、中心体微小管が観察されるようになり、さらに、ゴルジ体の断片化が誘発された。そして、一部のゴルジ断片は新たに形成された中心体の周りに集まるようになった。この変化の背景を理解するため、タイムラプスイメージングによりNezhaとゴルジ体の関係を観察した。興味深いことに、Nezhaはゴルジ体と隣接して存在し、さらに、微小管破壊によって断片化したゴルジ体は、回復過程においてNezhaの周りに集結した。一方、Nezhaの発現量が少ない細胞株では、中心体微小管が優勢で、ゴルジ体は中心体の周りに集まった。しかしNezhaを過剰発現させると、中心体微小管は消えゴルジ体も分散した。以上の結果から、Nezha由来微小管と中心体由来微小管が拮抗することにより、ゴルジの分布パターンが決まることが明らかになった。今論文を投稿中。今論文を投稿中。
ミトコンドリアの遺伝子変異と循環器疾患との病理学的研究

ミトコンドリア(MT)は核遺伝子とは独立した遺伝子を持ち、その変異の蓄積のメカニズムはなお不明である。ラットを用い、心筋、腎皮質、脳実質の組織で加齢的MT遺伝子欠損(del4834bp)を検討すると、その蓄積は老化に伴い起こる。その程度は心筋と脳組織で多く、腎で少ないことから、再生不能細胞で蓄積する。その為、若年と高齢ラットに5/6腎摘を行った後、残存腎組織内MT遺伝子欠損を比較検討した。腎摘ラットは高血圧症を呈し、残存腎組織内の糸球体は代償性肥大と硬化が進行し、間質障害も出現した。チトクローム酸化酵素活性は、対照群の半分以下に減少したが、若年と老齢ラット間には差はなかった。しかし、両年齢ラットの腎皮質内MT遺伝子欠損は、腎摘で増加しなかった。次に2型糖尿病モデル(OLETF)ラットを用いた。OLETFは加齢とともに、NIDDMの病態を呈する。加齢とともに腎内MT遺伝子欠損は増加し、細胞の老化の指標酵素(SA-β-gal)活性も尿細管細胞内に発現した。次に、尿細管障害を起こすCdに着目した。Cdを培養尿細管上皮細胞に添加すると、MT膜ポテンシャルは低下し、アポトーシス誘導された。Cd耐性細胞を長期間培養しても、MT遺伝子欠損は起こらなかった。つまり、培養細胞には生体内とは異なるメカニズムが存在すると考えられた。一方、ラットを長期間Cdに暴露すると、腎尿細管上皮細胞内MTに、数の減少、酸化物の蓄積とともに、老化細胞にみられるSA-β-galが強く発現した。MT遺伝子欠損は加齢とともに出現してきたが、その量はCd投与により有意に増加していた。以上より、腎臓でのMT遺伝子欠損は加齢とともに徐々に蓄積するが、糖尿病やCd中毒など慢性病的環境下で、その欠損の蓄積が加速されることが示された。再生能力を有する組織でのMT遺伝子欠損の蓄積は、再生能力が低下した老化細胞で多くなるという事実から、これからの高齢者社会の中で起こることが予想される老化関連疾患の病因解明に大きな示唆を与える。ミトコンドリアは細胞内エネルギー産生機関とし働き、核の遺伝子とは独立したミトコンドリア遺伝子(mtDNA)を持ち、その遺伝的変異により様々な疾患が起こることが知られ始めている。その変異は加齢的変異または疾患特異的な変異とし研究されてきているものの、変異の増加または蓄積のメカニズムまたは変異部位の特異性などいまだ不明な点も多い。我々は慢性病の場となる循環器系臓器に着目し、動脈硬化症を含め心疾患や腎疾患の成因解明のため、ミトコンドリア遺伝子異常を解明することを本研究の目的とした。初年度(平成13年度)は、まず加齢によるミトコンドリア遺伝子変異を明らかにするため、様々の年齢の雌ウィスターラットから心筋、腎皮質、脳実質の組織を抽出し、加齢的mtDNA変異(del4834bp)を検索した。加齢によるミトコンドリア遺伝子変異の蓄積は何れの臓器でも40週令まではほとんど認められなかったものの、60週令を越えると何れの臓器でも加齢的遺伝子変異の蓄積が出現してきた。その程度は心筋と脳組織で多く、腎皮質では少なかった。さらに年齢が80週令を越えると、様々な遺伝子欠損を伴った変異が認められた。本年度の基礎研究は、加齢はミトコンドリア遺伝子欠損の背景になりうことが示された。しかし、その原因が酸化によるものか、抗酸化系や修復系の機能低下によるものかは分からない。次年度は高血圧、糖尿病、心筋梗塞などの病態下での検索を進め、その成因および加齢による遺伝子変異出現がどのように変化するかを解明していく予定である。

以上より、腎臓でのMT遺伝子欠損は加齢とともに徐々に蓄積するが、糖尿病やCd中毒など慢性病的環境下で、その欠損の蓄積が加速されることが示された。再生能力を有する組織でのMT遺伝子欠損の蓄積は、再生能力が低下した老化細胞で多くなるという事実から、これからの高齢者社会の中で起こることが予想される老化関連疾患の病因解明に大きな示唆を与える。ミトコンドリアは細胞内エネルギー産生器官とし働き、核とは独立したミトコンドリアDNA(mtDNA)を持ち、その遺伝的変異により様々な疾患を起こすと考えられている。その変異は加齢的・疾患特異的な変異とし研究されてきているものの、mtDNA変異の増加・蓄積のメカニズムなどいまだ不明な点も多い。我々は慢性病の中心臓器となる腎臓に着目し、腎性高血圧に伴う硬化などの病理形態的変化とmtDNA変異、特に加齢に伴う欠損(del4834bp)との関係を解明することを本年度の研究の目的とした。その為、若年ラット(8週令)および高齢ラット(60週令)を用い、片腎摘+2/3腎梗塞の処置を施し、高血圧・腎不全の状態下で3ヶ月間飼育し、残存腎組織内mtDNA変異を比較検討した。モデル作成後、両ラット処置群とも、1)血圧は200mmHg前後にまで上昇し、2)腎不全状態を呈し、3)腎組織は糸球体硬化の進行と尿細管上皮細胞の萎縮と尿細管の拡大、間質線維化も進行した。4)ミトコンドリアの主要蛋白であるチトクローム酸化酵素活性は、対照群に比べ処置群で約40%にまで減少していた。しかし、若年と老齢ラット間には大きな差は認められなかった。若年ラットでの腎皮質内mtDNA欠損は微量で、処置により増加しなかった。高齢ラットでは処置前後でmtDNA欠損は増加していたが、加齢による変化と変わらなかった。細胞の再生能不全により発現する物質(SA-β-gal)は、無処置の若年・老齢ラットとも尿細管上皮細胞内にも少量認めたものの両者間に差はなかった。処置群でのSA-β-galは同上皮細胞内に多く発現したが、両群間に差はなかった。以上より、高血圧による腎機能障害のメカニズムに、加齢に伴うmtDNA欠損(del4834bp)は関与しないと考えられた。ミトコンドリアは細胞内エネルギー産生器官として働き、核とは独立したミトコンドリアDNA (mtDNA)を持ち、その遺伝的変異により様々な疾患を起こすと考えられている。我々は慢性病の中心臓器となる腎臓に着目し、腎症を伴う疾患の病理形態的変化とmtDNA変異、特に加齢に伴う欠損(del4834bp)との関係を解明することを目的として研究を行ってきた。そのため最終年度は、2型糖尿病モデル(OLETF)ラットを用い検討を行った。OLETFとその対照ラットLETOを用い、腎病変の進行、ミトコンドリア内チトクローム酸化酵素(COX)、細胞の再生能不全により発現する酵素(SA-β-gal)および腎皮質内mtDNA欠損について検討を行った。OLETFは年齢の進行とともに、血中インスリン濃度は増加し、いわゆるインスリン非依存性糖尿病の病態を示し、腎糸球体内病変、間質障害も増悪し、炎症細胞浸潤、間質線維化も出現した。OLETFは肥満し、血清コレステロール、中性脂肪も明らかに増加し、血清過酸化脂質(MDA)も増加した。
最大正則性原理とその応用

解作用素のR-有界性を示し作用素値フーリエ・マルチプライヤーの定理を適用する手法により最大正則性を証明する方法を発展させた。その応用として、ナビエ・ストークス方程式で表わされる自由境界問題で表面張力を考慮に入れた場合の、任意の初期データに対する時間局所解の一意存在をスケール不変なソボレフ空間において証明した。また、UMDバナッハ空間ではない斉次ベソフ空間において、熱方程式の初期値問題に対する最大正則性を導いた。1. 2次元Hardy空間におけるDrift-Diffusion系の可解性最大正則性を示すための一般論は、UMD(Unconditinal Martingale Differences)なBanach空間に対して成立しておりUMDでないBanach空間に対しては各論的に証明しなければならない。Hardy空間H^1は非回帰的でありUMD空間ではない。H^1空間における最大正則性の斉次版評価を、H^1空間におけるL^p-L^q評価を用いて確立する。2次元Drift-Diffusion系はL_1空間がスケール不変となる臨界空間となるが、L^1ではentoropy汎関数が意味をもたないため、L^1と同じスケール構造を持ちentropy汎関数が意味を持つH^1空間において、任意のデータに対する時間局所可解性と小さいデータに対する時間大域的可解性を証明した。本研究は連携研究者の小川卓克(東北大学)との共同研究である。2.非圧縮性粘性流体の表面張力を考慮に入れた自由境界問題の解析自由境界値問題をラグランジュ座標系で定式化して固定境界に直すと、Navier-Stokes方程式は準線形となる。スケール不変な関数空間でこの非線形問題解くために、線形化方程式に対する最大正則性の定理を利用する。解作用素のR-boundednessを示し、作用素値Fourier-multiplierの定理を適用することによりモデル問題の解の最大正則性を示した。そして、準線形方程式の初期-境界値問題における小さな初期値に対する指数安定な時間大域解の一意存在と任意の初期値に対する時間局所解の一意存在を、線形化問題の最大正則性定理を用いて縮小写像の原理により証明した。(1)水槽内の単一気泡のような単一有界な領域や、海の波のような水平方向に無限な非圧縮性粘性流体に対し、自由境界に表面張力を考慮に入れて、任意の初期データに対する時間局所解の一意存在を早稲田大学の柴田良弘教授との共同研究により示した。Navier-Stokes方程式で記述される自由境界問題を固定境界に直すと、準線形方程式となる。そのため、解析的半群の評価のみでは非線形項を制御できず、最大正則性評価式が必要となる。吉田耕作、加藤敏夫、藤田宏を創始とする日本グループの伝統的手法である解析的半群によるアプローチに加え、WeisとDenk-Hieber-PruessによるR-boundedな作用素の族に対するFourier-multiplierの定理に着目して線形化問題のLp-Lq最大正則性を示した。それをNavier-Stokes方程式の自由境界問題に応用し、Navier-Stokes方程式のスケール不変なLp-Lq関数クラスで解を構成することに成功した。表面張力を考慮に入れると波動効果によりスケール不変な関数クラスであるLp-Lq関数クラスでの解析はより困難であった。1.表面張力を考慮に入れた非圧縮性粘性流体の自由境界問題のLp枠での解析自由境界値問題をラグランジュ座標系で定式化して固定境界に直すと、Navier-Stokes方程式は準線形となる。スケール不変なLp関数空間でこの非線形問題解くために、線形化方程式に対するLp最大正則性の定理を利用する。本年は、特に1相問題及び2相問題の半空間のモデル問題の精密な解析を行いLp最大正則性を証明した。ラプラス・フーリエ変換・逆変換を用いて積分作用素により解を表示する。Stokes方程式の半空間モデル問題に現れるすべての積分作用素の型を分類し、積分作用素のR-有界性を示し、作用素値Fourier-multiplierの定理を適用してすることによりモデル問題の解のLp最大正則性を示した。本研究は柴田(早稲田大学)との共同研究である。さらに、自由境界がグラフで与えられている場合の任意の初期値に対する時間局所解の一意存在を、縮小写像の原理により証明した。2.表面張力を考慮に入れた非圧縮性粘性流体の自由境界問題の非安定性の証明Padula、Massari (Ferrara大学)との共同研究で、天井についた水滴が落ちる現象を、非圧縮性粘性流体の自由境界の非安定性として捉えた。非線形問題に対するエネルギー恒等式から汎関数を構成しこの汎関数が指数増大することを示して解の非安定性を証明するが、エネルギー恒等式で不足する初期表面からの高さ関数を人為的に構成して加えることにより汎関数の指数増大性を示した。この結果、摂動初期エネルギーが負のとき解は非安定であることが証明された。
気管支喘息における気道組織修復機構およびリモデリング病態の解析―マウスモデルを用いた免疫薬理学的検討―

本年度は、昨年度確立したマウス長期抗原暴露による気道リモデリングモデルにおける肥満細胞およびヘルパー2型T細胞(Th2)の役割を検討した。まず、肥満細胞の分化増殖に必須のc-Kit mutantマウスであるW/W^vマウスおよびc-Kit ligand mutantマウスであるSl/Sl^dマウスを用いて対照の+/+マウスと比較検討した。その結果、両マウスともに抗原長期反復暴露により、気道過敏性、気道内好酸球増多、気道上皮における杯細胞の過増生ならびに基底膜下の線維化が観察された。しかし、線維化に関しては、対照マウスに比し肥満細胞欠損マウスにおいて反応の減弱が認められた。そこで、対照マウスの骨髄由来肥満細胞をW/W^vマウスに静脈内投与し、再構築後の反応を検討した。その結果、肥満細胞の移入によりW/W^vマウスで観察された基底膜下の線維化の減弱はほぼ完全に回復した。従って、肥満細胞はアレルギー反応によって生じる基底膜下の線維化に一部関与することが明らかとなった(Clin Exp Allergy, in press)。次いで、抗CD4抗体、抗CD8抗体ならびにIL-4遺伝子欠損マウスを用いて検討した。その結果、抗CD4抗体投与により、上述の喘息様病態形成および気道リモデリングともに、その用量に依存した有意な抑制が認められた。一方、抗CD8抗体投与は、いずれの反応に対しても影響を及ぼさなかった。また、IL-4遺伝子欠損マウスでは、いずれの反応も野生型マウスに比し減弱が認められた。従って、気道リモデリング形成はTh2依存的な反応により生ずることが示唆された(Br J Pharmacol, in press)。以上の成績は、気道リモデリングの病態形成機序の解明に寄与することはもとより、アトピー型気管支端息の治療方針ならびに新規治療薬の開発にも重要な知見であると思われる。今年度は、マウスを用いた抗原長期吸入による気道リモデリングモデルの特徴およびその病態形成の経時的変化について検討した。その結果、抗原濃度を0.01、0.1および1%にして3週間抗原暴露を行うと、その濃度に依存した気道炎症、気道過敏性、上皮杯細胞の過増生、基底膜下の線維化が観察された。また、気管支肺胞洗浄液(BALF)中の好酸球数とBALF中のTGF-beta 1量の増加が良く相関し、上皮杯細胞の過増生あるいは基底膜下の線維化と気道過敏性との間にも有意な相関が認められた(Inflammation Research 2001)。本モデルで観察された上述のパラメーターの変動は、臨床におけるアトピー型喘息患者においても報告されていることから、今後、本モデルを用いて得られる情報は、気管支喘息の病態を理解・解明するためだけでなく、新規治療薬の検索にも寄与すると思われる。また、本モデルを用いて経時的な変化を観察したところ、抗原暴露初期(数日後)において、上皮杯細胞の過増生、炎症性細胞の浸潤および気道過敏性が見られ、それに引き続き基底膜下の線維化が認められた。また、抗原の3週間連日暴露を休止し、その後、経時的にそれぞれのパラメーターの変動を観察したところ、休止約2週間後にはほとんど炎症性細胞の浸潤が見られなくなり、同時に上皮杯細胞の過増生も緩解した。しかし、基底膜下の線維化は、炎症性細胞の浸潤、上皮杯細胞の過増生および気道過敏性がほぼ消失した抗原暴露休止4週間後においても、引き続き同程度認められたことから、上皮杯細胞の過増生に関しては比較的速やかに誘導され、抗原回避とともに消失するが、基底膜下の線維化に関しては、遅発性に生じ、一部、不可逆性を有する病態であることが推察された(Inflammation Research, in press)。以上の成績は、気道リモデリングの病態形成機序の解明に寄与することはもとより、臨床において抗原回避は喘息症状の緩解のみならず、その難治化・重症化に関与すると思われている気道リモデリング形成の抑制においても重要な治療方針であることが示唆された。

従って、気道リモデリング形成はTh2依存的な反応により生ずることが示唆された(Br J Pharmacol, in press)。以上の成績は、気道リモデリングの病態形成機序の解明に寄与することはもとより、アトピー型気管支端息の治療方針ならびに新規治療薬の開発にも重要な知見であると思われる。
大学キャンパスにおける施設環境評価に関する研究

施設管理の現状を複数の大学にヒアリングして、『大学キャンパスにおける施設環境評価手法』を確立し、中国、近畿、関東に位置する5つの大学に適用している。適用により、学生に不満をもたらす根本的要因を定量的に明らかにするとともに、各要因に対する施設特性、および評価者の属性からそれぞれの評価傾向を示し、今後、大学施設環境の改善を検討するうえで有用な知見を得ている。研究背景少子高齢化にともなう18歳人口の減少に伴い大学の受験人口も年々減少している。これにより、大学進学希望者と入学定員が均衡する「全入時代」が目前まで迫っている。このような背景から、各大学では、「教育プログラム」、および「施設環境の充実」による大学総合評価の向上を図ることが、学生を確保するうえで重要課題であると捉えられている。研究目的本研究ではFMに関する研究実績(杉田洋、佐藤隆良、村川三郎、平賀慎、「庁舎におけるFM管理手法に基づいた清掃発注仕様の品質評価に関する研究」日本建築学会計画系論文集、No. 600,161-169,2006年2月)に基づき、大学における総合評価の向上を図る上で必要となる検討事項のなかでも、在学生の視点による施設環境の充実に焦点をあて、「大学施設におけるFM概念に基づいた施設環境評価手法」の提案を行い、その適用可能性について検討することを目的とする。本年度の成果本年度は申請した研究計画に基づき、本手法を確立する上で必要となる大学施設の管理方法に関するヒアリング調査を実施し、その実態を把握している。また申請者らによる既往の研究結果を精査して、施設環境評価項目の再構築を行っている。さらに再構築した評価項目により、中国地方で3大学、近畿地方の1大学、関東圏の1大学にて、大学キャンパスの施設環境評価に関する調査を実施している。少子高齢化にともなう18歳人口の減少に伴い大学の受験人口も年々減少している。本研究では大学における総合評価の向上を図る上で必要となる検討事項のなかでも、在学生の視点による施設環境の充実に焦点をあて、「大学施設におけるFM概念に基づいた施設環境評価手法」の提案を行い、その適用可能性について検討することを目的としている。本年度は、昨年、中国地方で3大学、近畿地方の1大学、関東圏の1大学にて実施した、大学キャンパスの施設環境評価に関する調査結果の分析から、大学キャンパスにおいて、問題視されている項日を重要度・満足度による分析から明らかにした上で、それらの問題項目それぞれに対して実施したヒアリング調査から、各問題項目において両評価に作用する根本的要因を明らかにし、さらに各要因に対する施設特性、および評価者の属性からそれぞれの評価傾向を明らかにしている。また研究過程において、(大学キャンパスにおける屋内休息空間に対する評価に関する研究,環境の管理,67(審査付))、(屋外休息空間の環境評価における評価項目の検討,日本建築学会計画系論文集,633(審査付))、(大学キャンパスにおける屋外移動経路の環境評価手法に関する研究,637(審査付))、(A STUDY ON THE ACTUAL CONDITION OF LABOR-MAN HOURS FOR CLEANING WORK IN GOVERNMENT BUILDINGS, PAQS(口頭))等を発表している。
多角的アプローチによるキセノン二重ベータ崩壊の探索

本研究では、岐阜県飛騨市にある神岡鉱山の地下1,000メートルに設置した大型液体キセノンシンチレーション検出器XMASS-Iを用いて、Xe-136のニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊だけでなくXe-124のニュートリノを伴わない二重電子捕獲等の探索も同時に高感度で行うことで、ニュートリノ質量および右巻きカレントの寄与を識別してニュートリノのマヨラナ粒子性の真髄に迫ろうとしている。これまでに、800日分の観測データを用いてXe-124のニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索を世界最高感度で行ってきたが、Xe-124が環境熱中性子を捕獲した結果生成されるI-125がこの解析の主要なバックグラウンドになることが分かった。そこで平成30年度は、熱中性子を遮蔽するためのホウ素入りシートを検出器周辺に設置するなどの対策を行ってI-125によるバックグラウンドの低減を図るとともに、安定したデータ収集を継続してきた。平成31年2月にXMASS-I検出器を用いた5年間にわたるデータ収集が完了したため、XMASS実験の全データを用いた最終解析を開始した。さらに、ニュートリノを伴わないモードの探索のため、数MeV領域での検出器応答やバックグラウンドのスタディを継続して行ってきた。また、国内外の当該分野の研究者と議論を行って、次世代の大型液体キセノン検出器を用いたさらなる高感度化への道筋を議論してきた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、岐阜県飛騨市にある神岡鉱山の地下1,000メートルに設置した大型液体キセノンシンチレーション検出器XMASSを用いて、136Xeの二重ベータ崩壊だけでなく124Xeの二重電子捕獲等の探索も同時に高感度で行うことで、ニュートリノ質量および右巻きカレントの寄与を識別してニュートリノのマヨラナ粒子性の真髄に迫ろうとしている。本年度は、安定したデータ収集を続けながら、124Xeのニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索を行った。ニュートリノを伴う二重電子捕獲はまだ2つの核種でしか観測されておらず、その半減期を測定することで、原子核行列要素の計算の改善につながると期待されている。本研究以前に、XMASSを用いて124Xeの二重電子捕獲の半減期に対して90%信頼度で4.7E21年以上という世界で最も厳しい制限を与えていたが、今回有効体積の拡張およびデータセットの増大によりさらに高感度で探索を行うことができた。結果については現在論文にまとめている段階である。本年度行った124Xeのニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索は、本研究の計画当初には予定していなかったが、我々が既に取得した2年分のデータを使えば、これまでにつけた半減期への制限を大きく上回る感度の実現が見込まれたため、優先的に進めることになった。そのため、本研究の最終目標であるニュートリノを伴わない崩壊モードの探索については計画がやや遅れてしまった。ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊は素粒子標準理論を超えた現象であり、もし観測されればニュートリノがマヨラナ粒子であることの証拠となり素粒子物理学にとって非常に大きな発見である。本研究は、岐阜県飛騨市にある神岡鉱山の地下1,000メートルに設置した大型液体キセノンシンチレーション検出器XMASSを用いて、136Xeの二重ベータ崩壊だけでなく124Xeの二重電子捕獲等の探索も同時に高感度で行うことで、ニュートリノ質量および右巻きカレントの寄与を識別してニュートリノのマヨラナ粒子性の真髄に迫るものである。本研究では、液体キセノンシンチレーションの発光時間プロファイルを利用したベータ線とそれ以外の粒子識別の手法を新たに開発することで、より高感度の探索を可能にした。また、信号エネルギー領域のバックグラウンド事象の理解が進み、有効体積も前回の解析に比べ8倍に拡張することに成功した。2013年11月から2016年7月までの800日分のデータを用いて、探索を行ったが有意な信号は観測されなかった。そのため、124Xeの二重電子捕獲の半減期に対して90%信頼度で2.1x10^{22}年以上という世界で最も厳しい制限をつけた。また、ニュートリノを伴わないモードの探索のため、数MeV領域での検出器応答やバックグラウンドのスタディを開始した。本年度行ったニュートリノを伴う124Xe二重電子捕獲の探索は、本研究の計画当初には予定していなかったが、我々が既に取得した2年分のデータを使えば、これまでにつけた半減期への制限を大きく上回る感度の実現が見込まれたため、優先的に進めた。本研究の最終目標であるニュートリノを伴わない崩壊モードの探索についてもスタディを進めている。

本研究では、岐阜県飛騨市にある神岡鉱山の地下1,000メートルに設置した大型液体キセノンシンチレーション検出器XMASS-Iを用いて、Xe-136のニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊だけでなくXe-124のニュートリノを伴わない二重電子捕獲等の探索も同時に高感度で行うことで、ニュートリノ質量および右巻きカレントの寄与を識別してニュートリノのマヨラナ粒子性の真髄に迫ろうとしている。これまでに、800日分の観測データを用いてXe-124のニュートリノを伴う二重電子捕獲の探索を世界最高感度で行ってきたが、Xe-124が環境熱中性子を捕獲した結果生成されるI-125がこの解析の主要なバックグラウンドになることが分かった。そこで平成30年度は、熱中性子を遮蔽するためのホウ素入りシートを検出器周辺に設置するなどの対策を行ってI-125によるバックグラウンドの低減を図るとともに、安定したデータ収集を継続してきた。平成31年2月にXMASS-I検出器を用いた5年間にわたるデータ収集が完了したため、XMASS実験の全データを用いた最終解析を開始した。さらに、ニュートリノを伴わないモードの探索のため、数MeV領域での検出器応答やバックグラウンドのスタディを継続して行ってきた。また、国内外の当該分野の研究者と議論を行って、次世代の大型液体キセノン検出器を用いたさらなる高感度化への道筋を議論してきた。今後は、2-3MeVエネルギー領域において全体積で観測されたエネルギースペクトルおよび反応点分布をモンテカルロシミュレーションから期待される分布でフィットすることにより、124Xeおよび136Xeのニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の探索を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
植物プラスチドにおける蛋白質輸送の分子メカニズムの解析

本研究では、プラスチドへの蛋白質輸送を細胞内での蛋白質群の一連の流れ「プロテインフラックス」と捉え、その機能と制御の分子メカニズムおよびその生理的意義を解明することを最終目的とし、プラスチドへ蛋白質を輸送する装置がどのような分子メカニズムによって蛋白質をプラスチド内へと運んでいくのか、さらに、さまざまな分子シャペロンがどのような役割を分担して機能しているのか明らかにすることを目的とする。これまで葉緑体へのタンパク質輸送は、周囲の光環境によらず同様に起こると考えられてきたが、本年度の解析から、ある種の前駆体タンパク質は光照射の有無によって大きく輸送特性が変化することがわかってきた。トウモロコシフェレドキシン(Fd)イソタンパク質のうち、緑葉にも構成的に存在するが主に根で機能する非光合成型のFdIIIは、Dark条件では単離葉緑体内に効率よく取り込まれ成熟体に変換されるのに対し、Light条件では葉緑体内包膜を通過せず前駆体のまま膜間部に蓄積する。このFdIII前駆体の蓄積は、光化学系電子伝達阻害剤DCMUを添加したり、反応系から還元剤DTTを除くと観察されなかった。一方、Dark条件下でも、過酸化水素やジチオールの修飾試薬PAOの添加により葉緑体内への輸送が抑制され前駆体の蓄積が観察された。これらの実験結果は、光照射による光合成電子伝達反応の駆動と、それに伴う葉緑体内のレドックスコンポーネントの酸化還元状態の変化や、付随して生じると考えられる活性酸素種による酸化ストレスによってFdIII前駆体の内包膜の透過が影響を受けることを示している。さらに、シロイヌナズナ・トウモロコシでは、包膜の蛋白質輸送についての変異体の解析も進行中である。
ヘリコバクター・ピロリ菌の細胞死(プログラム死)と持続感染・宿主免疫応答

ピロリ菌固有遺伝子cdrAは細胞分裂抑制作用を有し、胃内感染中に欠損する。そこで、本遺伝子の宿主免疫応答をvitro及びvivo(胃生検組織)でIL-8を測定し解析した。cdrA機能不全株はvitro、vivo共に機能保持株の約半分のIL-8産生量であった。このことは、cdrA機能不全株は宿主免疫応答を減弱し攻撃(排除)を回避することで慢性持続感染維持に貢献している可能性が示唆された。cdrAによるIL-8誘導はNF-κB経路であることも明らかにした。これまでの結果からヘリコバクター・ピロリ菌の増殖・細胞分裂には申請者らが見出したcdrA遺伝子の関与が示唆され、またその現象(形質出現)には細胞分裂に重要なFtsZとの関連性も考えられた。そこで、今年はピロリ菌(26695株とHPK5株)からftsZとcdrAをクローニング後、Hisとの融合蛋白を作製して、ウサギにアジュバントと共に免疫後、FtsZとCdrAの抗体作製を試みた。皮下免疫約3ヶ月後に全採血しIgGを精製後、ウエスタンブロット(WB)にて反応性を検証した。その結果、抗FtsZ抗体、抗CdrA抗体共に特異的に目的蛋白の検出が可能であった。しかし、ピロリ菌株を使用したWBでは抗CdrA抗体の反応性は抗FtsZ抗体の反応性に劣った。その理由は単にCdrA蛋白発現量あるいはcdrA diversityに依存するものか作製抗体自体の問題なのかは不明であり、mRNA解析を実施して作製した抗CdrA抗体の評価と検証を行う。また、増殖・細胞分裂を解析するため、FtsZの菌体内の裏打ち蛋白として重要な機能を有するMinE蛋白との関連性を解析するため、HPK5株のminE破壊株を作製した。HPK5ΔminE株は正常分裂が損なわれフィラメント状の形態を呈した。今後はこの破壊株を用いてFtsZやCdrAの発現および細胞内局在を解析し、さらに、minEとminDのdouble破壊株も作製し細菌アポトーシスについて詳細に解析する。そこで、ピロリ菌株(26695とHPK5)のftsZとcdrAからHis融合蛋白を作製し、ウサギにてFtsZとCdrAのポリクロ抗体を作成した。その特異性をウエスタンブロットにて検証した結果、抗FtsZ抗体、抗CdrA抗体共に特異的に目的蛋白の検出が可能であった。菌株間による解析結果、菌株間のCdrA蛋白発現量に相違を認めた。これは、cdrA diversityに依存(HPK5株cdrAはユニークで、26695株と比較するとゲノム上で近傍遺伝子とfusionしていることが判明)していると推察された。26695株等はHPK5株cdrAと完全一致する蛋白は有していない。さらに、ピロリ菌の細胞増殖・分裂を詳細に解析するため、細胞分裂制御遺伝子・蛋白(MinC,D,E)、FtsZ、CdrAに注目しこれら分子間相互作用や菌体内作用機序の解析を開始した。そこで、先ず各遺伝子機能を確認するためHPK5株で各遺伝子(minC,minD,minE)の破壊株をKmとCm遺伝子挿入により作成した。HPK5ΔminE株はややフィラメント化し、HPK5ΔminC株とHPK5ΔminD株は異常な程にフィラメント化を示したが、3破壊株とも増殖と分裂は野生株同様に行われていた。このことより、ピロリ菌においてはminC,D,E遺伝子(特にminCとminD)は菌体の形態形成(長軸制御)に関与している可能性が示唆された。今後は、double破壊株(minCD,CE,DE)とtriple破壊株(minCDE)を作成しFtsZやCdrAの発現および細胞内局在等についてさらに解析を進める。これまでの結果よりピロリ菌の増殖・細胞分裂には申請者らが見出したcdrA遺伝子が分裂抑制的に作用し破壊株ではその結果、増殖が亢進した。このようなcdrA機能不全は感染動物やヒトにおいて慢性持続感染中に起こる可能性が示唆されていた。そこで、日本と米国で得られた臨床分離株のcdrA保存状況を調べcdrA機能保持株感染者vs機能不全株感染者間で生検組織を使用してIL-8発現量をELISAで解析した。その結果、機能不全株感染者のIL-8誘導量は機能保持株感染者の半分であった。

またcdrAによるIL-8誘導はNF-κB経路であることも明らかにした。また、細胞分裂制御遺伝子(minC,minD,minE)のピロリ菌内での作用を解明する目的で、各遺伝子破壊株およびdouble遺伝子破壊株(ΔminDE)を作成し形態、FtsZ発現・局在をウエスタンや蛍光免疫染色を実施し解析した。結果、全破壊株はフィラメント化(その程度には差を認める)したが、分裂・増殖は野生株と同等であることから、菌体形成(特に長軸)の制御に関与することが判明した。大腸菌で出現するミニ細胞や無核細胞は認めず、大腸菌とその菌体内作用が異なることを示した。また、ΔminE株はコッコイド出現を殆ど認めず、コッコイド形成に必要な遺伝子である可能性が示唆された。また、ΔminDE株は増殖が極めて悪く、溶解やバーストした変性菌が多数出現し、巨大なコッコイドも認めた。FtsZの局在はΔminDEとΔminD株で全く局在せず、細胞質内に分散して観察された。今後は各遺伝子のピロリ菌体内における分子間相互作用の解析が必要である。
北太平洋亜寒帯域の鉄循環および生物生産と海洋酸性化の関わり解明

米国海洋調査船による東部北太平洋亜寒帯域および亜熱帯域における研究航海が翌年度以降に延期されたことから、北海道大学練習船おしょろ丸の北洋航海(7月)において北太平洋亜寒帯の鉄制限海域である高栄養塩低クロロフィル域の植物プランクトン群集を採取し、代表的な珪藻2種を単離して培養株を作成した。天然海水および人工海水から作成した培地を用いて、培養株の基本的な増殖特性を把握するとともに、酸性化影響評価実験で行うバブリングが増殖に及ぼす影響について確認し、本実験を行う準備を整えた。今後、異なる二酸化炭素濃度の標準空気をバブリングすることで培地中のpHを変化させて、フミン様物質およびシデロフォアと錯形成させた有機錯体鉄の植物プランクトンによる利用能を評価する予定である。2017年度の白鳳丸KH-17-3次研究航海で採取した海水試料について、鉄有機配位子の濃度および条件安定度定数を測定したところ、北太平洋亜寒帯域の西側に比べて東側の方の濃度がやや高くなっていた。また、条件安定度定数については東西の海域間で明瞭な違いは認められなかった。得られた結果から、海水中の溶存鉄の99%以上は現場に存在する天然有機鉄配位子と錯形成していることが示唆された。翌年度には、これらの現場海水を用いてpHを変化させた時の植物プランクトンによる鉄利用能の違いについても評価する。鉄循環モデルの構築に向けて、鉄有機配位子の生成・消滅過程を陽に扱うことができる全球モデルCESM2-MARBLを電力中央研究所の大型計算機に導入した。モデルが正しく動作しているか確認するため、多数のアンサンブル計算を実施して、得られた結果が開発元で計算された結果と統計的に違いがないことを確認し、適切な計算結果が得られることを確認した。米国海洋調査船による研究航海が翌年度以降に延期され、現場海域での船上培養実験の実施に遅れを生じている。これを補うために、北太平洋亜寒帯域の鉄制限海域から植物プランクトンを単離して、室内培養実験を進めている。北太平洋の鉄制限海域から単離した植物プランクトンを用いた培養実験を行い、海洋酸性化が、天然およびモデル有機錯体鉄の利用能に及ぼす影響の評価を進める。鉄有機配位子の生成・消滅過程を組み込んだ全球モデルCESM2-MARBLの実行環境は順調に整ったことから、CESM2-MARBLを使用し、酸性化による錯形成の強さの変化を想定した、条件付き安定度定数を変えた感度実験を実施する。また鉄有機配位子の生成・消滅過程に関する論文の投稿を進める。これまでの研究で得られた観測・実験データの解析を完了させるとともに、鉄有機配位子特性などに関するパラメータを見直したモデル計算結果に基づき、将来の海洋酸性化が北太平洋亜寒帯域における植物プランクトンの群集組成や生産性に及ぼす影響を総合的に予測評価する。北緯47度に沿った東西の観測線を含む北太平洋亜寒帯域で鉛直各層採水を行い、溶存鉄、鉄有機配位子、フミン様物質などの測定試料を採取した。また、鉄が一次生産の主な制限要因となっている北太平洋亜寒帯域の西部と東部の2測点において、鉄の化学的な存在形態の違いが植物プランクトン群集の増殖に及ぼす影響を調べるための船上培養実験を実施した。その結果、植物プランクトン細胞由来物質、多糖類、腐植物質のモデル配位子として用いたガロカテキン、グルクロン酸、スワニー川フルボ酸とそれぞれ錯形成させた鉄は、無機鉄と同様の植物プランクトン増殖促進効果を示すことが分かった。一方、シデロフォアのモデル配位子として用いたデスフェリオキサミンBと錯形成した鉄の利用に関しては、東部の植物プランクトン群集では7日間の実験期間を通して増殖が認められなかったのに対して、西部では培養開始後5から7日の間に緩やかな増殖が確認されたことから、北太平洋亜寒帯域の東西において植物プランクトン群集によるシデロフォア鉄の利用能に違いがあることを見出した。今後、東西海域の植物プランクトン種組成の違いも考慮しつつ、シデロフォア鉄に対する増殖応答が異なった原因について解析を行う必要がある。鉄循環モデルに関しては、海洋生態系モデル(BEC)を用いて鉛直1次元の計算を行うことで、鉄を取り込む植物プランクトンの動態のシミュレーションを行った。従来のBECでは珪藻を一種のジェネリックな種として表現していたが、円心目と羽状目の珪藻に分ける事で、栄養塩環境によって円心目、羽状目珪藻、またはその他の小型の植物プランクトンが支配的になる様子を再現することができた。現状の環境における植物プランクトン動態の再現性が向上したことで、酸性化時の応答をより正しく計算できるようになった。平成29年68月の白鳳丸KH-17-3次研究航海において、計画通りに北太平洋亜寒帯域の海水試料を採取することができ、鉄有機配位子の違いが植物プランクトンの増殖応答に及ぼす影響を評価するための船上培養実験においても、シデロフォア鉄の利用に関する北太平洋の東西の植物プランクトン群集の違いを見出すことができた。また、モデルによる研究についても、北太平洋亜寒帯域の基礎生産の主たる担い手である珪藻の再現を高度化することができ、鉄循環と生物生産の酸性化応答を調べるための改良が順調に進んでいる。さらに、平成30年度以降に計画している米国海洋調査船による東部北太平洋の研究航海について、米国側研究協力者と具体的な観測・実験内容を協議することができた。

米国海洋調査船による東部北太平洋亜寒帯域および亜熱帯域における研究航海が翌年度以降に延期されたことから、北海道大学練習船おしょろ丸の北洋航海(7月)において北太平洋亜寒帯の鉄制限海域である高栄養塩低クロロフィル域の植物プランクトン群集を採取し、代表的な珪藻2種を単離して培養株を作成した。天然海水および人工海水から作成した培地を用いて、培養株の基本的な増殖特性を把握するとともに、酸性化影響評価実験で行うバブリングが増殖に及ぼす影響について確認し、本実験を行う準備を整えた。今後、異なる二酸化炭素濃度の標準空気をバブリングすることで培地中のpHを変化させて、フミン様物質およびシデロフォアと錯形成させた有機錯体鉄の植物プランクトンによる利用能を評価する予定である。2017年度の白鳳丸KH-17-3次研究航海で採取した海水試料について、鉄有機配位子の濃度および条件安定度定数を測定したところ、北太平洋亜寒帯域の西側に比べて東側の方の濃度がやや高くなっていた。また、条件安定度定数については東西の海域間で明瞭な違いは認められなかった。得られた結果から、海水中の溶存鉄の99%以上は現場に存在する天然有機鉄配位子と錯形成していることが示唆された。翌年度には、これらの現場海水を用いてpHを変化させた時の植物プランクトンによる鉄利用能の違いについても評価する。鉄循環モデルの構築に向けて、鉄有機配位子の生成・消滅過程を陽に扱うことができる全球モデルCESM2-MARBLを電力中央研究所の大型計算機に導入した。モデルが正しく動作しているか確認するため、多数のアンサンブル計算を実施して、得られた結果が開発元で計算された結果と統計的に違いがないことを確認し、適切な計算結果が得られることを確認した。米国海洋調査船による研究航海が翌年度以降に延期され、現場海域での船上培養実験の実施に遅れを生じている。これを補うために、北太平洋亜寒帯域の鉄制限海域から植物プランクトンを単離して、室内培養実験を進めている。平成29年度の北太平洋航海で採取した海水試料について、鉄有機配位子の測定を進め、海域間の鉄有機配位子の特性の違いを解析する。平成29年度の船上培養実験結果に基づき、平成30年夏季に予定されている米国海洋調査船による東部北太平洋の研究航海の実験計画を策定するが、もし申請中の航海が採択されなかった場合は、北太平洋から採取する植物プランクトンを用いた室内培養実験により研究を進められるよう準備する。モデル研究については、平成29年度に作成したモデルで3次元の計算を行うとともに、酸性化時の鉄利用可能性の変化を調べるため、鉄の有機配位子の循環を計算することのできるモデルを導入する。また、酸性化の指標となるpHと鉄の生物利用可能性を関連付ける定式化を検討する。北太平洋の鉄制限海域から単離した植物プランクトンを用いた培養実験を行い、海洋酸性化が、天然およびモデル有機錯体鉄の利用能に及ぼす影響の評価を進める。鉄有機配位子の生成・消滅過程を組み込んだ全球モデルCESM2-MARBLの実行環境は順調に整ったことから、CESM2-MARBLを使用し、酸性化による錯形成の強さの変化を想定した、条件付き安定度定数を変えた感度実験を実施する。また鉄有機配位子の生成・消滅過程に関する論文の投稿を進める。