hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プラズマ電位の二次元計測による構造形成と乱流輸送に関する研究

大型ヘリカル装置(LHD)において、重イオンビームプローブ(HIBP)を用いて二次元電位計測を行うための改良をまず行った。二次元計測の実施にはプローブビームのエネルギーを変更しビーム軌道を調整する必要がある。これを自動的に実施するPCベースのシステムを開発した。このシステムを適用することによって、電位の二次元平衡電位分布の計測に成功した。電位揺動に関しては、MHD由来の200 kHzの揺動について、磁気プローブの信号との相関解析によりS/N比を向上することによって電位揺動振幅及び位相の二次元分布計測に成功した。乱流由来の揺動に関してはS/N比は不十分であり、更なる向上が望まれる。大型ヘリカル装置(LHD)において、重イオンビームプローブ(HIBP)装置を用いて二次元電位計測のためのシステムを構築した。HIBPで二次元計測を行うために、プローブビームのエネルギーを変更する必要がある。しかしLHDにおけるHIBPは、ビーム輸送ラインが20m程度と長いため、プローブビームエネルギーを変更するとビームラインの調整が必要となる。この調整にはかなりの時間を要するため、調整手法を自動化して迅速に行うためのシステムを開発した。ビーム輸送ラインには、静電偏向器、Qレンズ等、全部で14個の電源を調整する必要がある。これら全ての電源を一度に自動化することは困難であるため、最終段の2組の静電偏向器について、自動調整システムを構築した。具体的には、ビーム位置検出器であるビーム分布モニタ(BPM)の信号をPCで取り込み、ビーム輸送チェンバの中心位置からのビームのずれを評価し、それを修正するように静電偏向器の電源電圧を変更する。ビームラインの特性を表す輸送行列は、理論的に導出可能である。しかしながら、ビームの幅、BPMの物理的制約や、ビーム収束特性の不確かさ等から理論式をそのまま使用して自動化を行うのは困難であった。そのため、実際の実験で用いるプローブビームエネルギーであらかじめ静電偏向器の特性を取得し、輸送行列を較正実験で得た後に、それを用いて自動調整システムを構築した。Qレンズに関しては、自動最適化は困難なため、システムの調整パラメータからは省いて、マニュアルで設定することにした。以上のような自動調整システムを構築することによって、プローブビームエネルギーを変更するために必要な時間をこれまで20分程度要していたが、3分以内で終了することができるようになった。このシステムをLHDの実験に適用し、プローブビームエネルギーを変更して、電位の二次元分布を計測することに成功した。昨年度、大型ヘリカル装置(LHD)において、重イオンビームプローブ(HIBP)装置を用いて二次元電位計測のためのシステムを構築した。本年度は、システムに改良を加えて、二次元電位計測に適用した。HIBPを用いて電位の二次元計測を行うためには、プローブエネルギーを変更する必要があり、これに伴い20mにも及ぶビーム輸送ラインにおいて、静電偏向器等の電源を調整する必要がある。ビーム輸送ラインの特性を表す輸送行列を、較正実験により得た後に、それを用いて自動調整システムを構築した。この輸送行列を用いることにより、大抵の場合はPCを用いた自動調整システムにより、ビームラインにおけるビームの調整が可能であるが、LHDの磁場配位を外寄せにした場合や、共鳴摂動磁場コイルを使用した時に、意図した通りにビームの調整ができない場合がある。これらの場合に対処するために、最適化のアルゴリズムを検討し、自動最適化システムの改善を試みた。具体的には、PID制御や非線形の最適化手法を取り入れることを検討した。現在の所、アルゴリズムの改良はまだ完了していないが、様々なアルゴリズムをテストして見通しをつけることができた。更に、検討とテストを行い、改良作業を続ける予定である。電位の二次元測定については、アイランド内部の構造について調べるため、共鳴摂動磁場を印加してアイランドをプラズマ中に生成し、電位構造を計測することを試みた。しかしながら、共鳴摂動磁場がビームラインに与える影響により、ビーム調整に想定よりも多く時間がかかり、明確な電位の二次元構造を測定することはできなかった。しかし、アイランド内部で、電位がフラットになる構造も、放電によっては計測されているので、データを詳細に解析する。また、測定時の問題点(自動調整システムの改良するべき点)も明らかとなったので、今後改良作業を進める。重イオンビームプローブ(HIBP)を用いて大型ヘリカル装置(LHD)において、電位の二次元分布計測を行い、実験観測データの解析を行った。今年度は、接線中性粒子ビーム入射時におけるMHD揺動に注目して、解析を進めた。HIBPの電位揺動計測データに関して、S/N比がそれほど良くなかったので、磁気プローブの信号との相関を取ることによって解析を進めた。200kHz周波数帯域において、電位揺動と磁気揺動のデータ間で、充分な大きさの相関が見られた。ショットごとにプローブビームのエネルギーを変えて観測点をスキャンし、磁気プローブの信号を参照信号とすることで、電位揺動の位相の二次元分布を計測することに成功した。実験結果は、m=1ないしm=2の構造を示しており、アルヴェンモードの一種であると考えられ、物理的考察を進めている。また、S/N比の改善のため、イオン源の改良を進めている。今年度の予算で、イオン源本体部、プラズマ放電部とヒートシールドの部分を購入した。

この改良は、予算額と大型ヘリカル装置の実験スケジュールの関係で、本課題研究の終了年度までには充分な結果が得られなかったが、引き続き開発研究を継続し、S/N比を高めてプラズマ中の揺動測定、更に乱流輸送の研究に役立てていく予定である。大型ヘリカル装置(LHD)において、重イオンビームプローブ(HIBP)を用いて二次元電位計測を行うための改良をまず行った。二次元計測の実施にはプローブビームのエネルギーを変更しビーム軌道を調整する必要がある。これを自動的に実施するPCベースのシステムを開発した。このシステムを適用することによって、電位の二次元平衡電位分布の計測に成功した。電位揺動に関しては、MHD由来の200 kHzの揺動について、磁気プローブの信号との相関解析によりS/N比を向上することによって電位揺動振幅及び位相の二次元分布計測に成功した。乱流由来の揺動に関してはS/N比は不十分であり、更なる向上が望まれる。本年度は、昨年度に構築したシステムを用いて、アイランド内部における電位の二次元構造を調べる目的で実験を行った。しかしながら、上に述べたように、共鳴摂動磁場を印加した時の、ビーム輸送ラインにおける自動調整システムの動作が不安定となり、短時間で調整することができなかった。しかし、放電ごとの測定により、アイランド内部における電位のフラット構造が計測されており、おおよその構造を知ることができた。プラズマ計測ビームの最適化において、ビーム中心位置検出にビーム分布モニタ(BPM)を用いているが、LHDの入射ポートに最も近い位置に設置されているBPMが、漏れ磁場の影響下の運転のため信号ノイズが大きくなっている。本年度は、信号アンプのICを交換することで、当初はノイズを低減することができたが、徐々にノイズが増大して最適化に影響を及ぼすようになった。これについては、信号アンプを別途製作し、設置位置をLHD本体から遠ざける等の処置により、改善する予定である。S/N比に関しては、金の負イオン源のトランスを増強し電源の容量を増大することにより、入射ビーム電流を増加させることを試みている。これまでの改良では、入射ビーム電流の増大はそれほど達成できなかったが、これまでよりも電源への負担を減らすことができて、イオン源を安定的に運転することができるようになった。また、フィラメントの寿命を延ばすことが出来て、必要なメンテナンスの回数を減らすことが出来た。更に、改良を進めて、入射ビーム電流を増大させ、電位搖動計測のS/N比の改善に努める。密度搖動及び電位搖動に関して二次元構造を計測し、乱流搖動及び輸送と電位(流れ)に関して物理研究を進める計画である。重イオンビームの自動調整のアルゴリズムを検討し、PCを利用して調整装置を実際に作成した。現状で、2対の静電偏向器の電源電圧をパラメータとして、ビーム輸送ラインの調節が可能となり、LHD実験の放電間隔(3分)で調整できるようになった。LHDの実験にシステムを適用し、放電ごとにプローブビームのエネルギーを変更することによって、電位の二次元分布を計測することに成功した。S/N比の改善による二次元計測の精度の更なる向上が、今後の課題として残されている。プローブビーム自動調整システムを更新するために、PCを購入した。
線維肉腫における自己分泌型運動因子の役割

1.自己分泌型運動因子(AMF)の分離、精製。繊維肉腫細胞の無蛋白培養液か、その産生細胞の運動能を刺激する蛋白因子を分離、精製する方法を確立した。これにより、イオン交換体への吸着様式の異なる2つの分子が得られたが、分子量、等電点が同じで、両者とも百日毒素により阻害され、単一の自己分泌型運動因子(AMF)であり、さらに産生細胞の転移能を増加させる事を見いだした。2.AMFの骨肉腫におけるシグナル伝達系の解明。Cキナーゼの阻害剤であるスタウロポリンとチロシンキナーゼの阻害剤であるゲニスタインは骨肉腫細胞の増殖と非刺激運動能に影響を与えない濃度で、AMFによる刺激運動能を阻害した。Aキナーゼの阻害剤であるH-8はその阻害効果が見られなかった。AMFの細胞表面の受容体である糖蛋白gp78に対するモノクロナール抗体による刺激運動能も、上述のキナーゼ阻害剤に対して同様の反応を示した。以上の結果から、AMF-gp78による運動能の発現に特異的キナーゼの反応が関与することが証明され、キナーゼ阻害剤の転移治療への応用が期待された。3.慢性関節リウマチ(RA)および、悪性腫瘍におけるAMFとその受容体の発現。RA患者の関節液中には、上述の繊維肉腫細胞の運動能を刺激する因子が存在した。抗gp78抗体と拮抗的にgp78に結合する事から、AMFであると考えられる。また、AMF受容体のgp78の発現は、118名の大腸癌患者の生存率と、再発率に明らかな相関関係を見い出した。最後に、今年度の目的であり、かつAMFの遺伝子解析の重要なステップでもあるモノクロナール抗体の作成は、3回試みているが、明らかな抗体産生hybridomaの分離に至らなかった。現在、再度免疫中であるが、今までの実験より想定される融合率を考え、次回は大量の融合細胞を作成する予定である。無蛋白培養株からの自己分泌型運動因子の分離過程が確立された。その生化学的特徴は次のとおりである。1.Gc-4PF細胞の培養液中には、イオン交換樹脂の精製過程で2つに分離される運動刺激活性が確認できた。2.2つの運動因子刺激活性はSDS-PAGE上55キロダルトンで等電点も同じ6.5として確認された。3.2つの運動因子刺激活性は熱不安定で、百日咳毒素によって阻害され、ヒアルロン酸に依存しなかった。4.いずれの運動因子活性も分泌細胞であるGc-4PF細胞の肺転移能を時間に依存的に増加させた。以上の結果から、無蛋白培養株Gc-4PF細胞の培養液中の運動能刺激活性は、単一の自己分泌型運動因子であり、その転移能における役割を直接的に証明した。(Clin.Exp.Metast.誌に印刷中)一方、整形外科領域の代表的な炎症疾患である慢性関節リウマチの関節液中の運動能刺激活性を検索した。1.慢性関節リウマチの関節液中には、自己分泌型運動因子に特異的に反応するGc-4PF細胞の運動能を刺激する活性が認められ、その運動刺激活性は熱不安定性の蛋白であり、百日咳毒素によって阻害され、ヒアルロン酸に依存せず、イオン交換樹脂の結合性も上記に述べた自己分泌型運動因子のそれと一致した。2.慢性関節リウマチの関節液中には、自己分泌型運動因子のレセプターであるgp78に結合する蛋白を認めた。

以上により、慢性関節リウマチの関節液中に、自己分泌型運動因子類似の運動因子活性の存在を証明した。(J.Rheumatol.誌に印刷中)今後、精製された自己分泌型運動因子を用いて、モノクロナール抗体の作成を試みるとともに、転移や、炎症の場で重要な役割を果たしている自己分泌型運動因子の細胞内刺激伝達系の検索を進めたい。自己分泌型運動因子(AMF)の骨肉腫におけるシグナル伝達系の一部が解明された。平成5年度の研究によって確立できた方法で精製、分離したAMFを用いて、キナーゼ阻害剤を使った実験から得られた結果は次のとおりである。1.Cキナーゼの阻害剤であるスタウロポリンとチロシンキナーゼの阻害剤であるゲニスタインは骨肉腫細胞の増殖と非刺激運動能に影響を与えない濃度で、AMFによる刺激運動能を阻害した。2.Aキナーゼの阻害剤であるH-8はその阻害効果が増殖能と刺激運動能で濃度的に分離しなかった。3.AMFの細胞表面の受容体である糖蛋白gp78に対するモノクロナール抗体、3F3Aによる刺激運動能も、上述のキナーゼ阻害剤に対して同様の反応を示した。臨床面から、癌患者の予後とAMF受容体のgp78の発現の相関を調べて見ると、118名の大腸癌患者の生存率と、再発率に明らかな相関関係を見いだした(Cancer掲載)。一方、今年度の目的であったモノクロナール抗体の作成は、3回試みているが、明らかな抗体産生hybridomaの分離に至らなかった。現在、再度免疫中であるが、今までの実験より想定される融合率を考え、次回は大量の融合細胞を作成する予定である。
遺伝子工学的手法を用いたプロテアーゼインヒビターの機能構造の解明

一般にプロテアーゼインヒビターの反応部位近傍の構造は阻害の相手となるプロテアーゼの基質類似構造をしているにもかかわらず、プロテアーゼと強固な複合体を形成し、プロテアーゼ活性を抑える。本研究ではプロテアーゼインヒビターがこのようなユニークな性質を示すための構造的基盤を明らかにするために、放線菌ズブチリシンインヒビター(SSI)を研究材料として用い、遺伝子工学の手法により部位特異的にアミノ酸置換を施し、SSIがプロテアーゼインヒビターとして機能するためにはどのようなアミノ酸あるいは構造的要素が必要であるか調べた。まず、SSIの反応部位近傍に存在するジスルフィド結合を取り除いたところ、ズブチリシンに対する阻害活性がインキュベーション時間の経過と共に低下するという一時阻害の現象を示すことがわかった。そしてこの現象は、ズブチリシンによって変異SSIの反応部位のペプチド結合が切断された中間体を経て分解が進行することであることが明らかになった。また変性温度も20度程低下していた。すなわち反応部位近傍のジスルフィド結合を取り除くとゆらぎが増大し、そのためプロテアーゼによって切断されたペプチド結合が再生されないことが一時阻害の原因であると結論された。反応部位近傍のジスルフィド結合はそのまわりの構造的ゆらぎを抑えることにより、SSIがインヒビターとして機能するために必要な構造なのである。一方反応部位のN末端側に存在するフレキシブルループから2残基を欠失させるとやはり一時阻害を示すようになったが、この場合は反応部材に歪みがかかったことが原因であると考えられた。さらに反応部位から離れ、C末端のカルボキシル基と塩結合しているArg29を置換した場合も一時阻害を示すようになった。この場合は、変異により、プロテアーゼによる非特異的な分解を受け得る変性状態への平衡がずれたためであると考えられた。
酸化物高温超伝導体における磁気秩序のNMRによる研究

酸化物高温超伝導体の磁気秩序を研究するために試料としてYBa_2Cu_3O_<6+x>(YBCO)を選び,主に反強磁性相についてYBCOの酸素濃度を変えた試料(x=0.07,0.11,0.17)を作製して研究を行った。各試料に水素を少量ドープしたYBa_2Cu_3O_<6+x>H_yを作製し、その水素をプローブとしたプロトンNMRとCuサイトのCu NQRを行った。1.Cu(1)サイトの^<63>Cu NQRから、(1)低温領域で、結晶内部に揺動磁場が存在し、その揺動磁場の影響で、T_1^<-1>は40K付近、T_2^<-1>は20K付近でそれぞれ極大を示し、酸素濃度が増加するにつれて極大値が増大することを明らかにした。(2)これは酸素濃度、すなわちホール濃度が増加するにつれて反強磁性の磁気秩序に乱れが生じ、その乱れたCu^<2+>モーメント(staggeredなCu^<2+>モーメント)がホール濃度増加に伴って増加するためと考えられる。この結果は中性子回折の実験結果をとも一致する。2.約20K以下でプロトンNMRの線幅の増大が観測された。これは、上述の乱れたCu^<2+>モーメントによる揺動が低温で凍結されために生じたと考えられるが、その酸素濃度依存性はCu(1)NQRの酸素濃度依存性と異なる傾向を示した。この点については今後検討を要する課題であると考える。3.高温側での緩和機構は複雑で、現在まだどのような緩和機構が主に効いているかを明らかにすることは出来なかった。これらを明らかにするためには、高温領域での緩和機構の酸素濃度依存性を測定する必要がある。4.T_1やフーリェ変換NMRの測定には、今回購入したデジタルオシロスコープを使用し、コンピュータによる自動化測定を行った。これによってT_1測定やフーリェ変換NMR測定の簡易化と精密化を可能にした。酸化物高温超伝導体の磁気秩序を研究するために試料としてYBa_2Cu_3O_<6+X>(YBCO)を選び、主に反強磁性相についてYBCOの酸素濃度を変えた試料(x=0.07,0.11,0.17)を作製して研究を行った。各試料に水素を少量ドープしたYBa_2Cu_3O_<6+X>H_yを作製し、、その水素をプローブとしたプロトンNMRとCuサイトのCu NQRを行った。

これは、上述の乱れたCu^<2+>モーメントによる揺動が低温で凍結されために生じたと考えられるが、その酸素濃度依存性はCu(1) NQRの酸素濃度依存性と異なる傾向を示した。この点については今後検討を要する課題であると考える。T_1の測定には今回購入したデジタルオシロスコープを使用し、コンピュータによる自動化測定を行った。これによってT_1測定の簡易化と精密化を可能にした。酸化物高温超伝導体の磁気秩序を研究するために試料としてYBa_2Cu_3O_<6+x>(YBCO)を選び、主に反強磁性相についてYBCOの酸素濃度を変えた試料(x=0.07,0.11,0.17)を作製して研究を行った。各試料に水素を少量ドープしたYBa_2Cu_3O_<6+x>H_yを作製し、その水素をプローブとしたプロトンNMRとCuサイトのCuNQRを行った。1.Cu(1)サイトの^<63>Cu NQRから、(1)低温領域で、結晶内部に揺動磁場が存在し、その揺動磁場の影響で、Ti^<-1>は40K付近、T_2^<-1>は20K付近でそれぞれ極大を示し、酸素濃度が増加するにつれて極大地が増大することを明らかにした。(2)これは酸素濃度、すなわちホール濃度が増加するにつれて反強磁性の磁気秩序に乱れが生じ、その乱れたCu^<2+>モーメント(staggeredなCu^<2+>モーメント)がホール濃度増加に伴って増加するためと考えられる。この結果は中性子回折の実験結果をとも一致する。2.約20K以下でプロトンNMRの線幅の増大が観測された。これは、上述の乱れたCu^<2+>モーメントによる揺動が低温で凍結されために生じたと考えられるが、その酸素濃度依存性はCu(1)NQRの酸素濃度依存性と異なる傾向を示した。3.高温側での緩和機構は複雑で、現在まだどのような緩和機構が主に効いているかを明らかにすることは出来なかった。これらを明らかにするためには、高温領域での緩和機構の酸素濃度依存性を測定する必要がある。3.T_1やフーリェ変換NMRの測定には、今回購入したデジタルオシロスコープを使用し、コンピュータによる自動化測定を行った。これによってT_1測定やフーリェ変換NMR測定の簡易化と精密化を可能にした。
魚類における水域環境毒物の蓄積排出機構の解明

本年度は、昨年実施したペルフルオクタンスルホン酸(PFOS)のヒラメに対する腹腔内投与試験のサンプルについて、PFOSの濃度分析とヒラメの皮膚および肝臓サンプルのトランスクリプトーム解析を行った。PFOS分析の結果、低濃度投与区(LD区)では、PFOS濃度は2日目の血漿中で最も高い値を示した。一方、高濃度投与区(HD区)では4日目の肝臓で最も高く、血流を循環して肝臓に運ばれてきたPFOSが分解されずに蓄積していると考えられる。この時同時に、体表粘液への排出量が最も高くなった。また興味深いことに、HD区7日目の皮膚において有意に濃度が上昇した。よって、ヒラメ体内におけるPFOSの分布は血液、肝臓、皮膚に集中していること、粘液排出機構がPFOSの体外排出にも関わることがわかった。これらの結果を受けて、皮膚のトランスクリプトーム解析を行ったところ、HD区4日目に比べて7日目に脂質合成/代謝に関わる遺伝子の増加が確認され、このうち1-FABPはPFOSの皮膚への蓄積に直接的に関わる分子候補の一つと考えられた。その他に、ストレス応答遺伝子の増加やエネルギー代謝率の低下、細胞のがん化、免疫、シグナル伝達、脂質代謝関連因子への影響も確認された。また、4日目の全濃度区間での比較からPFOSの体表粘液への排出に関わる分子の探索を試みたところ、イオンチャネルや膜輸送に関するGOの増加を確認した。肝臓のトランスクリプトーム解析についても現在解析を進めており、環境毒性学的に意義のある結果が見込まれている。(抄録なし)本年度の研究では、ヒラメを対象に、トリブチルスズ(TBT)の体内動態と各組織におけるタンパク質の発現変動に及ぼす影響を調べることを目的として、TBTC1の腹腔内投与試験を行った。養殖のヒラメ24尾を購入し、0、500および2,000μgTBT/kg体重を6尾ずつに腹腔内投与した。2日および3日後にそれぞれ3尾ずつから血液および肝臓を採取した。また対照区6尾についても0日目に同様に試料採取した。試料中のTBT濃度をGC/MSを用いて測定した結果、TBTは血漿中に、2000μg/kg体重投与区2日目で肝臓に比べて36倍、3日目では10倍の濃度で検出された。このように肝臓に比べて血漿中にTBTが検出されることはこれまでの報告と一致する。また、TBTの一部は分解され、ジブチルスズ(DBT)として肝臓に蓄積していた。さらに、各試料に含まれるタンパク質を二次元電気泳動により分析した結果、血漿および肝臓サンプルで約270および320個のタンパク質スポットが検出された。血漿においては、2日目の両TBT投与区でコントロール区に比べて35個のスポットが有意に発現変動していた。3日目では発現変動したスポットの数は減少した。また2000μgTBT投与区においては、コントロール区に見られない約50個のスポットが確認された。N末端アミノ酸配列分析の結果、有意に発現変動が見られたスポットには、骨の形成阻害に関わるカテプシンLや脂質の輸送、蓄積に関わる14kDaアポリポタンパク質が含まれ、これらはTBTの毒性と蓄積に関わるものと考えられた。一方、肝臓においては、2日目では8個、3日目では25個のスポットがTBT投与区で有意に発現変動し、TBT投与区で新たに約10個のスポットを確認した。現在、引き続き解析を行っている。本研究は、魚類が持つ体表粘液を介した毒物(自然毒、環境汚染物質および抗生物質)の排出機構を結合タンパク質との関係から解明することを目的とする。本年度の研究では昨年度に引き続き、ヒラメにおけるトリブチルスズ(TBT)の体内動態と各組織におけるタンパク質の発現変動に及ぼす影響を調べた。TBTおよびその代謝産物であるジブチルスズ(DBT)の濃度を測定した結果、低濃度および高濃度投与区ともTBTの代謝が飽和状態にあり、各代謝組織を通過したTBTの大部分が未分解のまま血液中に分配されたことが分かった。低濃度区では特に肝臓で分布率が高く、代謝により血液中への分配が抑えられていた。また、肝臓を含めた組織中の代謝物の比率が低濃度区の3日目に上昇しているのに対し、高濃度区では減少傾向を示し、TBT代謝能の低下が示唆された。その原因として、肝臓においてTBTの主な代謝酵素であるP450の発現阻害が起きていることがリアルタイムPCRにより明らかとなった。さらに、酸化ストレス誘導作用、アポトーシス誘引作用についても確認された一方で、脂質代謝に関わるPPARαの発現が上昇したこと、および、TBTの脂質蓄積作用の重要な因子と予想されているPPARγに変動が見られなかったことは、これまでに報告されている他魚種や哺乳類における影響とは異なっており、さらなる研究が必要であると考えられた。さらに本年度は、新たな水域環境毒物としてペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)の投与試験をヒラメに対して行い、二次元電気泳動法により血漿のプロテオーム解析を行った。現在、各タンパク質スポットの相対量を算出し解析を行っている。また、体表粘液についてはこれまでの研究で二次元電気泳動によるプロテオーム解析が困難であったことから、SDS-PAGEとLC-MS/MSを併用して解析することを現在検討している。

本年度は、昨年実施したペルフルオクタンスルホン酸(PFOS)のヒラメに対する腹腔内投与試験のサンプルについて、PFOSの濃度分析とヒラメの皮膚および肝臓サンプルのトランスクリプトーム解析を行った。PFOS分析の結果、低濃度投与区(LD区)では、PFOS濃度は2日目の血漿中で最も高い値を示した。一方、高濃度投与区(HD区)では4日目の肝臓で最も高く、血流を循環して肝臓に運ばれてきたPFOSが分解されずに蓄積していると考えられる。この時同時に、体表粘液への排出量が最も高くなった。また興味深いことに、HD区7日目の皮膚において有意に濃度が上昇した。よって、ヒラメ体内におけるPFOSの分布は血液、肝臓、皮膚に集中していること、粘液排出機構がPFOSの体外排出にも関わることがわかった。これらの結果を受けて、皮膚のトランスクリプトーム解析を行ったところ、HD区4日目に比べて7日目に脂質合成/代謝に関わる遺伝子の増加が確認され、このうち1-FABPはPFOSの皮膚への蓄積に直接的に関わる分子候補の一つと考えられた。その他に、ストレス応答遺伝子の増加やエネルギー代謝率の低下、細胞のがん化、免疫、シグナル伝達、脂質代謝関連因子への影響も確認された。また、4日目の全濃度区間での比較からPFOSの体表粘液への排出に関わる分子の探索を試みたところ、イオンチャネルや膜輸送に関するGOの増加を確認した。肝臓のトランスクリプトーム解析についても現在解析を進めており、環境毒性学的に意義のある結果が見込まれている。予定通りTBTの腹腔内投与試験を行い、血漿、体表粘液および肝臓などその他の期間を採取した。GC/MS法によりTBT濃度を分析し、血漿、体表粘液、肝臓サンプルにおけるタンパク質の発現変動を二次元電気泳動により調べたが、解析に想像以上の時間がかかり、血漿と肝臓のみの解析にとどまった。また、体表粘液の二次元電気泳動に問題があり、今後、更なる条件検討が必要となっている。予定通りTBTの腹腔内投与試験からヒラメにおけるTBTの体内動態とタンパク質の発現変動に与える影響を調べ、肝臓におけるTBT代謝能の低下にTBTによる薬物代謝酵素の発現抑制、酸化ストレス、アポトーシス誘引などが関わることを明らかにした。また水域環境毒物としてPFOSのヒラメに対する腹腔内投与試験を実施し、血漿のプロテオーム解析を二次元電気泳動により行い、解析を行っている。しかし、本度中に予定していたPFOSの体内動態の解析および体表粘液の二次元電気泳動については現在準備中である。体表粘液の二次元電気泳動の条件検討を行い、解析できるようにする。また、その他の環境毒物の腹腔内投与試験を行い、同様に血液および体表粘液中の各タンパク質の発現変動を二次元電気泳動によって解析し、投与した毒物の濃度をGCまたはLC/MS法によって分析する。これにより、体表粘液中のタンパク質の発現変動と物質の排出率を解析し、物質と結合性のあるタンパク質が排出に関与している可能性を探る。また、肝臓などその他の器官については投与した毒物の蓄積傾向を調べ、毒物の体表粘液への排出と体内各組織への蓄積の関係を解析する。そして、血液と体表粘液に共通して存在するタンパク質のうち、特に血液で発現量が減少している、または体表粘液で発現量が増加しているタンパク質スポットを、硫安分画、ゲルろ過、イオン交換クロマトグラフィーなどの方法により単離、精製する。今後は、PFOSの体内濃度をLC-MS/MSを用いて測定し、血漿、体表粘液、および各組織への蓄積傾向を調べる。また、血漿の二次元電気泳動の解析を完了する。
開放系二酸化炭素増加処理をした落葉広葉樹の被食防衛物質の局在性の解明

ブナとミズナラの光学顕微鏡写真の結果から、高CO_2処理ではブナとミズナラの葉の柵状組織が発達していた。成長と防御はトレードオフの関係であることから防御に投資できる分は限られるために、被食防衛物質は葉の内部全体に均一に分布させるのではなく、重要な器官や組織に分布させる効率のよい防御を行っている。予想では、CO_2濃度が高まると二次代謝産物量が増え、被食防衛物質の量も増加することによって防衛物質を余分に葉内により広く分布させることができると考えていた。ブナでは高CO_2処理区で被食防衛物質が表皮細胞だけでなく、柵状組織にも顕著に局在していたが、これは高CO_2処理によって二次代謝産物が増加し、防御物質をより多く生産することで、葉の全体へ広く局在させることができるようになったためと考えられる。事実、定量分析の結果からは特に縮合タンニン量が高CO_2処理によって増加していたことと対応していた。ミズナラではCO_2処理と窒素付加による局在への影響は見られなかった。しかし、これらの樹種は比較的遷移後期に出現する樹種であり、光合成産物を貯蔵してから翌年以降の成長へ回す特徴を持つ。このため1年目では影響への応答が現れにくいために変化が見られなかったと考えられる。ブナとミズナラでLMAの値が高CO_2処理によって増加する傾向が見られたが、ホオノキとウダイカンバではほとんど差が見られなかった。ブナとミズナラのLMAの増加は、顕微鏡観察の結果から柵状組織の発達に関係していると考えられる。LMAは葉の堅さと対応しているので、ブナとミズナラでは高CO_2処理によって葉の物理的防御が高まったと考えられる。また、窒素付加による影響はほとんど見られなかったが、ブナで施肥区よりも対照区でLMAが高くなる傾向が見られた。開放系大気CO_2増加(FACE)実験によってCO_2付加処理を行っている落葉広葉樹の葉の食害抵抗性を組織化学的に把握する。すなわち、葉のどの部位に被食防衛物質であるフェノールやタンニンが局在するかを明らかにし、実際の食害パターンとの対比から樹林地保全の基礎データを得る。また、それが高CO_2処理によってどの程度変化するかを解明する。得られた組織化学的データに基づき、これまで人工気象室環境下で得られた食害抵抗性のデータを自然条件に当てはめ、樹種ごとの食害回避能力を、植物-昆虫間の生物相互作用の視点から予測する。既設のFACEと対照において食害観察を行う(樹種:ケヤマハンノキ、シラカンバ、ウダイカンバ、ヤチダモ、ミズナラ、ハルニレ、シナノキ、ハリキリ、ブナ、イタヤカエデ)。この際、デジタルカメラによってデータを保存し、食害パターンを類型化する。可能な限り虫害を引き起こす虫の同定・分類を行う。この際、葉温の上昇と食葉者(虫類)の集合が、どのような微気象条件と関係するのかを解析する。一方、落葉広葉樹の場合、貧栄養環境では一般に被食防衛能力が高いことから、既存の土壌分析装置によって土壌環境と葉温上昇による養分移動の評価を行った。この場合、時間的制約から、ブナとミズナラについて検討を行った。ブナでは、光環境によって被食防衛物質の局在パターンが異なっていた。すなわち陽葉では葉の柵状組織周辺に物質が貯まっており、陰葉では表皮細胞付近に貯まっていた。ミズナラでは富栄養条件の材料で被食防衛物質量が多い傾向があった。今後、材料を増やして検討したい。
光学顕微鏡の高倍率水中画像の鮮明化とステレオ表示法に関する研究

光学顕微鏡を用いたステレオ表示法は,焦点深度が浅いといった光学顕微鏡の有する欠点を逆に利用し,画像処理手法とコンピューターグラフィックスの融合により,奥行き方向の情報を含みかつ視野全体に焦点の合った画像を得る方法である。このシステムの基本的な骨格は,画像処理を専門とする研究室との共同研究により大方の完成を見ており,実用化を目指して問題となる点に関して本研究により検討を行った。平成5年度において,画像処理の高速化,レンズの防水法ならびにサンプルの保持方法に関して検討を行った。画像処理の高速化は,本研究にて購入したワークステーションにより実現した。処理速度を従来の約1/3とし,1画像の作成すなわち約50画面の画像取り込みに要する時間を3分弱とすることが出来た。また,使用する対物レンズを水中浸漬が可能なレンズとすることにより,レンズの防水法に関しては解決を図ることができ,これに伴って観察方法をスライドガラス上にシリコンゴムを用いた貯水壁を設け,その中に試料ならびに溶液を投入する方法に変更することにより,サンプル保持に関する問題も解決された。続いて平成6年度には,試料観察に当たっての光量確保ならびにハレーションの除去法に関して検討するとともに,組成の異なる各種混練水を用いた実際のセメント鉱物の水和反応の観察を通して,反応形態の変化と本システムにおいて必要とされる画像処理の速度に関する検討を行った。画像の高倍率化に伴って光量の増加が必要となり,光源を30Wハロゲンランプから50Wハロゲンランプと変更することにより光量の確保を行った。実際の観察画像においては高倍率化によって視野が狭くなるため光量は減少し,極度なハレーションの発生は認められなかった。また,ある程度のハレーションに関しては,画像処理の段階において除去が可能であることが明らかとなった。試料観察を通じて,カルシウムアルミネート系水和物の反応形態の観察に関しては充分な高速化が成されていることが明らかとなったが,カルシウムサルホアルミネート系水和物の反応形態の観察を行うためには,なお一層の画像処理の高速化が必要であることがわかった。光学顕微鏡を用いたステレオ表示法は,次のようなプロセスにより行われる。1.光学顕微鏡からのカラー画像情報をすべてデジタル化し,奥行き方向に必要な画像情報を光学顕微鏡から取出し蓄積を行う。2.奥行き方向のデータから画像の1画素ごとに最も焦点の合っている部分を抽出する。ここでは,物体表面の凹凸,模様,輪郭等がくっきりと映し出される部分では空間周波数が高くなることを利用する。3.抽出された部分を奥行き方向に取り込んだすべての画像で重ね合わせることにより焦点の合っている部分だけを合成し,視野全体に焦点の合った画像を作成する。これらのシステムの基本的な骨格は,画像処理を専門とする研究室との共同研究により大方の完成を見ていた。ただし,光学顕微鏡から取出した画像の蓄積を外部ハードディスクにより行っていたため取り込みに時間を要していたこと,ならびに画像の取り込み段階はパーソナルコンピューターによりすべての制御を行い,画像の処理段階ではワークステーションを使用していたため,データの転送等の面においても時間を要していたこと,などの問題点が挙げられていた。本研究課題において本年度購入したグラフィックス・ワークステーションにより,取り込まれた画像をワークステーション内部のハードディスクに蓄積するとともに処理速度の向上が図られた。そのため、これまで1画面の取り込みで約8秒,1画像の作成すなわち約50画面の取り込みに約7分を要していたものが,約1/3にまで短縮することが出来た。

また,画像転送過程のフォーマット形式と蓄積過程の画像フォーマット形式を合わせることにより,さらに高速な処理が可能になるものと思われ,取り込み画像はワークステーションのディスプレイに瞬時に表示することが可能となったことから,よりリアルタイムなシステムの構築が行えるものと考えている。また,本年度の研究課題となっていたレンズの防水法,サンプルの保時方法については,水中浸漬可能なレンズの使用,スライドガラス上にシリコンゴムを用いた貯水壁の作成によるサンプルの保持などにより解決され,コンピューターとステッピングモーターとの連動に関しては,新たに購入したグラフィックス・ワークステーションとステッピングモーター駆動用のコンピューターとの間に,ステッピングモーター駆動命令の信号の転送ならびに画像転送処理終了の信号の転送過程を組み入れることにより解決された。光学顕微鏡を用いたステレオ表示法は,焦点深度が浅いといった光学顕微鏡の有する欠点を逆に利用し,画像処理手法とコンピューターグラフィックスの融合により,奥行き方向の情報を含みかつ視野全体に焦点の合った画像を得る方法である。このシステムの基本的な骨格は,画像処理を専門とする研究室との共同研究により大方の完成を見ており,また昨年度の研究により,レンズの防水法ならびにサンプルの保持方法,ワークステーション導入による画像処理の高速化に関する問題が解決された。以上の研究成果を受け,本年度は試料観察を行うに際しての問題点を検討するとともに,組成の異なる各種混練水を用いた実際のセメント鉱物の水和反応の観察を通して,反応形態の変化と本システムにおいて必要とされる画像処理の速度に関する検討を行った。画像の高倍率化に伴って光量の増加が必要となり,その際に生ずるハレーションが懸念されたが、実際の観察画像においては高倍率化によって視野が狭くなるため光量は減少し,極度なハレーションの発生は認められなかった。また,ある程度のハレーションに関しては,画像処理の段階において除去が可能であることが明らかとなった。一方,画像処理の高速化によりステージの駆動速度が高速化し,レンズと試料の距離が短いためにステージの駆動に伴って液相中に流れが発生することが予想された。本研究におけるステージの総駆動距離は数10μmであり,その間の時間が約3分である。したがって,平均して毎分1020μmでステージは移動していることとなるが,本研究において実施した全ての観察を通じて,流れによるものと思われる試料の移動は認められなかった。これは,液相と試料の比重差により試料は底部近くにあり,液相の動きの影響を受けにくい状態にあったためと思われる。なお,本研究においては最長12時間の連続観察を行ったが,12時間連続の反射光の照射による液相温度の上昇は1°C未満であり、反射光の連続照射が観察試料の反応に及ぼす影響はないことがわかった。
食品成分からの口腔がん予防活性化合物の探索法確立と単離同定

現在、口腔前癌病変である口腔白板症の治療に有効な薬剤はない。そこで本研究では、食品由来の口腔白板症に対する予防活性化合物のスクリーニングを行った。活性化合物を見出すために天然資源からmRNAプロセシングを阻害する新規化合物を容易に発見するモニタリング方法を確立した。その結果、大豆から抽出したイソフラボン画分はmRNAプロセッシング阻害活性を有することが判明した。さらにフラボノイドであるアピゲニン、ルテオリン、クリシンが強いmRNA成熟阻害活性を有することを見出した。また4-ニトロキノリン1-オキシド(4NQO)を用いた舌前癌病変のラットモデルを用いたところ、アピゲニンは口腔白板症を改善した。食品において抗腫瘍活性を示す化合物の報告がなされているが、有効性が低いなどの理由から実際に臨床応用されているものは少ない。しかし近年抗腫瘍作用の新たなターゲットとして注目されているmRNA成熟過程の阻害活性を指標に探索を行えば、抗腫瘍活性を有する食品化合物を新規に、効率よく発見できる可能性が高い。そこで本研究では、mRNA成熟過程を阻害する化合物を食品の中からin vitroアッセイ系を用いて探索し、白板症などの前がん病変に対して高い発がん抑止力を持つ化合物として抽出後、臨床応用を目標にタブレット形態などに加工してin vivoでの評価試験を展開することを目標としている。現在、食品からの抗腫瘍活性物質の抽出は京都大学生命科学科増田准教授の研究室に名古屋市立大学の大学院生を派遣し実施している。ヒト由来口腔扁平上皮癌細胞株HSC-2,3,4に、イントロンを含むレニラルシフェラーゼ発現ベクターを導入し、安定株を取得し、mRNAスプライシング阻害活性を持つスプライソスタチン(SSA)を用いて評価し、最も良い結果の得られた株を用いてmRNAの成熟阻害活性を持つ化合物の探索を進めている。従って濃度依存的にレニラルシフェラーゼの活性が低下するサンプルを探索している最中である。既にこの機序を利用したアッセイ系は確立しており、抗腫瘍活性を有すると思われる化合物の同定作業も同時に行っている。また発癌剤4-nitroquinoline1-oxide (4NQO)をマウスに経口投与して自然発生的に口腔前癌病変を誘発させる4NQO発癌モデルを名古屋市立大学の大学院生が名古屋市立大学医学研究科附属実験動物研究教育センターで作成している。この動物実験モデルに前述の抽出食品化合物をタブレット形態などに加工して、長期間口腔に滞留する工夫を行い、口腔がんの発症を未然に防ぐ新たな方法を模索する予定である。京都大学への大学院生派遣の手続きやその大学院生の確保が遅れたため、現在おおよそ半年遅れで進んでいるが、その他に問題はない。研究代表者らは4-nitroquinoline 1-oxide誘発ラット舌前癌病変モデルを作製中であり、既に組織学標本では前癌病変の成立を認めている。これを定性、あるいは定量的に評価するために、DNA合成期の有用なマーカーで細胞増殖性の指標であるPCNA(Proliferating Cell Nuclear Antigen)、癌抑制遺伝子の一つでアポトーシスなどの細胞増殖サイクルの抑制を制御する機能を持ち、癌では機能不全に至っていると考えられるP53、細胞内シグナル伝達系を介して活性化される転写因子で多くの癌細胞では恒常的に活性化されているNF-κBなどを用いて、ウエスタンブロッティングによるバンドの違いを比較検討中である。一方、分担者である京都大学の増田准教授らは、安全性が担保されている食品化合物に着目し、抗癌作用の新たなプロセスであるmRNA成熟過程を阻害する化合物の探索に着手している。これまでに食品由来の化合物として緑黄色野菜中のカロチノイド、ニガウリ中の共役リノレン酸、緑茶中のカテキン類、ホウレンソウ中の糖脂質画分、ニンニクやタマネギ中レクチン活性画分、ワサビ中のイソチオシアネートなどには抗腫瘍活性があると報告されているが、増田らはコメ、コムギ、ミソ、大豆などから既に新規化合物を複数見いだしており、フラボン類であるアピゲニンやルテオリンなどが候補に上がっている。これらは下記論文でその一部を報告している。4-nitroquinoline1-oxide誘発ラット舌前癌病変モデルの作製では、当初想定していた期間よりも長い時間が必要であり、現在は4-nitroquinoline 1-oxideの濃度を上げた実験を行っている。また組織学標本では定性、あるいは定量化が難しいため、PCNA、P53、NF-κBなどを用いて、ウエスタンブロッティングによるバンドの違いを比較検討中である。一方、食品からの化合物抽出に関してはフラボン類であるアピゲニンやルテオリンなどが候補に上がっており、引き続き、抗腫瘍活性を検討中である。食品からの化合物の探索においては京都大学生命科学科との共同で行い、mRNA成熟を阻害することで抗腫瘍活性を発揮するアッセイ系を用いた。このアッセイ系は共同研究者の増田が開発した探索系であり、具体的にはイントロンを含むルシフェラーゼを培養腫瘍細胞株に導入する。この細胞のmRNA成熟を食品サンプルが阻害すれば、1ルシフェラーゼ活性が低下する。2mRNA成熟が阻害された結果、mRNAの局在が細胞質から核に移動することをRNA-FISHで観察する。3RT-PCRによりmRNAが前駆体から成熟型への変化が阻害されることを評価する。

このアッセイ系により、様々なフラボノイド類(フラボン、イソフラボン、フラバン、フラバノン、フラボノール、フラバノール、カルコン、アントシアニジン)のmRNA成熟阻害活性を評価した結果、アピゲニン、ルテオリン、クリシンに強いmRNA成熟阻害活性を見出した。また30種類以上のフラボノイドの活性を評価し、構造活性相関解析を行った結果、mRNA成熟阻害活性にはフラボノイドA環の2個のOH基が必要であること、逆にC環のOH基は効果が大きく減弱すること、B環には2個までのOH基が活性に必須であることを見出した。4NQO誘発舌前癌病変モデルの作成では、4NQOをラットに7週間継続して摂取させることで舌に異形成病変ができることを確認した。そこで、このモデルを用いて食品化合物(アピゲニン)の口腔前癌病変への予防効果を評価したところ、一部でアピゲニンの経口投与で異形成病変に対する治療効果が認められた。現在、口腔前癌病変である口腔白板症の治療に有効な薬剤はない。そこで本研究では、食品由来の口腔白板症に対する予防活性化合物のスクリーニングを行った。活性化合物を見出すために天然資源からmRNAプロセシングを阻害する新規化合物を容易に発見するモニタリング方法を確立した。その結果、大豆から抽出したイソフラボン画分はmRNAプロセッシング阻害活性を有することが判明した。さらにフラボノイドであるアピゲニン、ルテオリン、クリシンが強いmRNA成熟阻害活性を有することを見出した。また4-ニトロキノリン1-オキシド(4NQO)を用いた舌前癌病変のラットモデルを用いたところ、アピゲニンは口腔白板症を改善した。引き続き食品からmRNAの成熟阻害の作用機序を利用したアッセイ系により抗腫瘍効果を有する化合物の探索を進める。候補となったサンプルはRNA-FISHを用いてmRNAの局在が核内に局在化するかを観察する。またRT-PCRによるレニラルシフェラーゼmRNAのスプライシング状態の解析を行い、サンプルの作用点がスプライシング段階であるかを判定する。活性の確認された食品成分は有機溶媒を用いた様々な分画や高速液体クロマトグラフィーHPLCによるピークの分取により活性化合物を単離・精製する。精製化合物は液体クロマトグラフ質量分析LC-MassやNMR等のデータから構造を決定する。また、4NQO発癌モデルを用い、0.001%に希釈した4NQOと化合物を交互に120日間経口投与し、病理標本にて対照群と比較して舌前癌病変の面積や癌誘発匹数に違いがあるかを調べる。さらに既に舌前癌病変を発症した4NQO発癌モデルに対する治療効果も検討する。4-nitroquinoline1-oxide誘発ラット舌前癌病変モデルの口腔粘膜にフラボン類であるアピゲニンやルテオリンなどを日常的に接触させ、前癌病変抑制効果や治療効果を組織学的に評価し、またPCNA、P53、NF-κBなどを用いたウエスタンブロッティングによるバンドの違いからもその評価を行う予定である。さらに化合物をタブレットや飲料、ジェル等の形態に加工し、口腔に直接作用させる新規医薬品の開発に繋げたいと考えている。一方、食品からの化合物探索も同時に進める予定であり、コメ、コムギ、ミソ、大豆以外の食品からの化合物抽出を念頭に置きながら研究を実施する。
デジタル・スカイ・サーベイによるクェーサーの吸収線の統計的研究

スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)は、1998年6月にようやくファーストライトを迎え、試験観測に入った.現在は、試験観測の結果を解析して装置や望遠鏡の再整備を行っており、いよいよ4月から南天の観測に入る.このように、予想以上に望遠鏡製作が遅れたので、本課題のSDSSのデータを用いたクェーサーの吸収線の統計的研究は不可能であったが、ケック望遠鏡による高波長分解能観測による金属線吸収系およびハッブル宇宙望遠鏡による低赤方偏移のライマン・アルファ雲の吸収系についての、統計的研究を行い、吸収体の物理的状態やその進化について結果を得た.金属線については、高波長分解能観測結果の解析から、CやSiのイオン化状態と存在量を分離することが可能になり、存在量そのものの時間変化は少なく、すべての吸収線系に共通するが、イオン化状態は宇宙の時間の関数として大きく変化し、それも吸収線ごとに異なる可能性を指摘した.また、ライマン・アルファ吸収線については、宇宙背景紫外線放射の強度と時間変化を考慮しても、低赤方偏移での吸収線の数変化を再現できないことから、(1)紫外線放射の時間変化として、赤方偏移zが1付近にピークがあると考えるか(これまでの通説では、z=2付近にピークがあると考えられている)、(2)ライマン・アルファ雲が互いの重カで融合し数が減少しているとするか(平均の減少時間は約30億年)、のいずれかであらねばならないことを示した.(1)の場合は、銀河の光度変化のモデルと良く一致しており、もしそうなら宇宙背景放射には銀河からの寄与が大きいと考えられる.(2)の場合は、比較的雲の数の減少時間が長く、このような時間スケールで宇宙の構造形成が進んだことを意味する.現時点では、いずれの可能性が大きいが判断できないが、今後のSDSSによる吸収線系のデータで結論を出したい.スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)は、1998年6月にようやくファーストライトを迎え、試験観測に入った.現在は、試験観測の結果を解析して装置や望遠鏡の再整備を行っており、いよいよ4月から南天の観測に入る.このように、予想以上に望遠鏡製作が遅れたので、本課題のSDSSのデータを用いたクェーサーの吸収線の統計的研究は不可能であったが、ケック望遠鏡による高波長分解能観測による金属線吸収系およびハッブル宇宙望遠鏡による低赤方偏移のライマン・アルファ雲の吸収系についての、統計的研究を行い、吸収体の物理的状態やその進化について結果を得た.金属線については、高波長分解能観測結果の解析から、CやSiのイオン化状態と存在量を分離することが可能になり、存在量そのものの時間変化は少なく、すべての吸収線系に共通するが、イオン化状態は宇宙の時間の関数として大きく変化し、それも吸収線ごとに異なる可能性を指摘した.また、ライマン・アルファ吸収線については、宇宙背景紫外線放射の強度と時間変化を考慮しても、低赤方偏移での吸収線の数変化を再現できないことから、(1)紫外線放射の時間変化として、赤方偏移zが1付近にピークがあると考えるか(これまでの通説では、z=2付近にピークがあると考えられている)、(2)ライマン・アルファ雲が互いの重カで融合し数が減少しているとするか(平均の減少時間は約30億年)、のいずれかであらねばならないことを示した.(1)の場合は、銀河の光度変化のモデルと良く一致しており、もしそうなら宇宙背景放射には銀河からの寄与が大きいと考えられる.(2)の場合は、比較的雲の数の減少時間が長く、このような時間スケールで宇宙の構造形成が進んだことを意味する.現時点では、いずれの可能性が大きいが判断できないが、今後のSDSSによる吸収線系のデータで結論を出したい.日米共同研究で推進しているデジタル・スカイ・サーベイ(DSS)は、まだ試験観測段階で科学研究に仕えるデータは出ていない。そこで、(1)テスト用の人工データのシミュレーションを通じて、実際に観測が期待されるクエーサーの吸収線の統計精度を調べる、(2)現存の観測データを用いて、銀河ハロ-の進化と銀河間ガスの進化と背景紫外線輻射との関係を明らかにする研究を行った。(1)については、現在予定されている波長分解能の範囲(R=λ/Δλ=3000)の範囲でも、吸収線系の進化や柱密度分布を十分精度良く議論することができることがわかった。さらに、DSSで得られる10万個のクエーサーのスペクトルから、銀河間雲の進化についてより詳細なモデルを作製できることを示した。(2)については、銀河間ガスのG-Pテストから示唆されている背景紫外線輻射のスペクトルの変化を考慮して、炭素イオンで調べられている銀河ハロ-の物理状態と、ライマン・アルファの森を利用して調べられている銀河間雲の進化を調べた。その結果、銀河ハロ-はかなり早い段階で星形成過程で形成されること、銀河間の雲は、銀河間空間にランダムに分布して素早い進化をする成分と、ゆっくり進化する銀河に付随する成分の2成分が存在することを明らかにした。これらの研究から、背景紫外線輻射の強度変化、スペクトルの時間変化について重要な制限を得た。この知見は、今後、銀河ハロ-および銀河間雲の進化モデルを構築する上で重要な情報となるだろう。これらの研究結果は、いずれもレフェリー付きの欧文報告雑誌に発表し印刷公表されている。実は、デジタル・スカイ・サーベイは専用望遠鏡の主鏡の製作が遅れており、まだ実施されていない。

そこで、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)やケック望遠鏡によるデータを中心にしてクェーサーの吸収線系の研究を行った。まず、HSTによって明らかになったライマン・アルファの吸収線と銀河との相関を説明するために、熱いガスが広がる銀河ハロ-中に存在する雲をモデルに採用し、その安定性解析を行った。その結果、雲は、銀河ポテンシャルの潮汐力成分による破壊と周囲の高温ガスからの熱の流入による蒸発効果のために、10億年以下の寿命しかないことがわかった。つまり、銀河ハロ-中の雲は、この吸収線の良いモデルとはなり得ないのである(この結果は論文として投稿中)。次に、ダ-クマタ-の重力でガスが閉じこめられたミニハロ-・モデルにより、背景紫外線放射を受けた場合に、通常の銀河として収縮する雲、いったん膨張してから収縮して矮小銀河となる雲、膨張したままでライマン・アルファの吸収線系として観測されている雲の、それぞれの臨界質量をシミュレーションによって求めた。併せて、観測によって得られている吸収線系の数分布が、これらの雲のモデルと整合するためには、いかなる質量関数でなければならないか、暗黒物質がどれほど存在しなければならないか、の許容範囲を推定した。この結果は、冷たい暗黒物質のモデルとよく整合することがわかった。これらの結果は、現在論文としてとりまとめている。また、金属の吸収線系において、炭素と珪素の存在比が太陽組成と異なるという指摘があったが、これまでのデータを詳細に検討して光電離モデルと照合した結果、特にそのような元素組成の異常を考えなくても良いことを明らかにした。この結果は、既に出版されている。スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)は、1998年6月にようやくファーストライトを迎え、試験観測に入った.現在は、試験観測の結果を解析して装置や望遠鏡の再整備を行っており、いよいよ4月から南天の観測に入る.このように、予想以上に望遠鏡製作が遅れたので、本課題のSDSSのデータを用いたクェーサーの吸収線の統計的研究は不可能であったが、ケック望遠鏡による高波長分解能観測による金属線吸収系およびハッブル宇宙望遠鏡による低赤方偏移のライマン・アルファ雲の吸収系についての、統計的研究を行い、吸収体の物理的状態やその進化について結果を得た.金属線については、高波長分解能観測結果の解析から、CやSiのイオン化状態と存在量を分離することが可能になり、存在量そのものの時間変化は少なく、すべての吸収線系に共通するが、イオン化状態は宇宙の時間の間数として大きく変化し、それも吸収線ごとに異なる可能性を指摘した.また、ライマン・アルファ吸収線については、宇宙背景紫外線放射の強度と時間変化を考慮しても、低赤方偏移での吸収線の数変化を再現できないことから、(1)紫外線放射の時間変化として、赤方偏移zが1付近にピークがあると考えるか(これまでの通説では、z=2付近にピークがあると考えられている)、(2)ライマン・アルファ雲が互いの重力で融合し数が減少しているとするか(平均の減少時間は約30億年)、のいずれかであらねばならないことを示した.(1)の場合は、銀河の光度変化のモデルと良く一致しており、もしそうなら宇宙背景放射には銀河からの寄与が大きいと考えられる.(2)の場合は、比較的雲の数の減少時間が長く、このような時間スケールで宇宙の構造形成が進んだことを意味する.現時点では、いずれの可能性が大きいが判断できないが、今後のSDSSによる吸収線系のデータで結論を出したい.