過去のNewsの一覧

2019年12月3日

【イベント報告】「データ科学の世界へようこそ」を開催しました（12/1開催）

2019年12月1日、データサイエンス共同利用基盤施設は「データ科学の世界へようこそ」展を、統計数理研究所「子ども見学デー2019」に併催して開催しました。
　展示では、人文学オープンデータ共同利用センターが公開している「日本古典籍データセット」に含まれる『万宝料理秘密箱卵百珍』のデータベースを用いて、江戸時代の卵料理を模型で再現するなど、一般向けに分かりやすく楽しめる研究紹介を行ないました。現物そっくりの卵料理の模型や、レシピの流れを表現したミニチュア人形の料理工場などをきっかけに、当施設の6センターにおけるさまざまなデータ科学の取組みをポスターやパソコンでご覧いただきました。
　立川市恒例の「2019 立川体験スタンプラリー」へも初参加した本展示には、家族連れなど231名の方々にご来場いただき、盛況のうちに終了することができました（人数は併催におけるカウント）。

展示ブース全景

再現した江戸卵料理（模型）

卵料理のミニチュア工場

2019年12月2日

【プレスリリース】オーロラを発生させる高エネルギー電子が大気圏に降り注ぐしくみを解明（2019/12/2）

令和元年12月2日

大学共同利用機関法人情報・システム研究機構国立極地研究所
国立大学法人金沢大学
国立大学法人名古屋大学
国立大学法人東京大学大学院理学系研究科
国立大学法人東北大学
国立大学法人電気通信大学
大学共同利用機関法人情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設

オーロラを発生させる高エネルギー電子が大気圏に降り注ぐしくみを解明
～オゾン層破壊を誘発する原因の謎解きが一歩前進～

　国立極地研究所（所長：中村卓司（なかむらたくじ））の田中良昌特任准教授、西山尚典助教、門倉昭教授を中心とする、金沢大学、名古屋大学宇宙地球環境研究所、東京大学、東北大学、JAXA 宇宙科学研究所、電気通信大学などの研究グループは、地上と衛星の同時観測により、地球周辺の宇宙空間で生まれる電磁波が原因で、南極や北極の上空の深くまで、すなわち成層圏近くまで高エネルギーの電子が降り注いできていることを世界で初めて明らかにしました。成層圏にあるオゾン層の破壊を誘発すると考えられている高エネルギー電子がどのように極域大気に降り込んでくるのか、そのしくみの解明を一歩進めた成果です。
　オーロラは、高度約100～300kmにおける大気の発光現象であり、地球周辺の宇宙空間から磁力線に沿って降り込んでくるエネルギーである数十キロ電子ボルト（keV（注1））以下のエネルギーを持つ電子が極域大気の原子や分子に衝突することによって発生します。さらに高い数百keV以上のエネルギーを持つ電子は、より地上に近い「中間圏（注2）」と呼ばれる高度約50～80kmの大気層まで侵入し、その組成を変化させ、中間圏のすぐ下にあるオゾン層破壊の要因となると考えられています。
　本研究グループは、地球周辺の放射線環境を調査する科学衛星「あらせ」により電磁波を、南極、北極に設置された大型大気レーダー「PANSY（注3）」、「MAARSY（注4）」によりオーロラを、同時に観測しました。その結果、「あらせ」が宇宙空間で電磁波を観測した同時刻に、南北両極では大気レーダーが上空55～80kmからの強い反射エコーを捉えました。これは、宇宙空間で生じた電磁波が、オーロラを光らせるエネルギー数十keV以下の電子だけでなく、より高いエネルギー（数百～数千keV）の電子を南極、北極の上空深くまで降り込ませたことを示しています。

【研究の背景】

　北極や南極の空を美しく彩るオーロラは、高度約100～300kmに現れる大気の発光現象であり、地球の周りの宇宙空間から磁力線に沿って大気圏に降り込んでくるエネルギー約0.1～数十キロ電子ボルト（keV）の電子が極域大気に衝突することによって発生します。さらに高い数百keV以上のエネルギーを持つ電子は、中間圏と呼ばれる高度約50～80kmまで侵入し、窒素酸化物（NOx）や水素酸化物（HOx）などの分子を増加させます。これらの分子は、中間圏のオゾンを破壊すると共に、下降流にのって高度約10～50kmの成層圏まで運ばれ、オゾン層破壊を誘発すると考えられています。また、オゾン層は大気の熱バランスを保つ働きをしているため、高エネルギー電子降り込みによるオゾン層の減少が地球規模の気候変動に影響を与える可能性も指摘されています。そのため、高エネルギー電子の降り込みがいつ、どこで、どのように起こるのかを明らかにするため、国際的な連携による研究が精力的に行われています。
　これまでの研究により、宇宙空間で生じるいくつかの電磁波が高エネルギー電子と相互作用し、電子を散乱して極域大気に降り込ませることがわかっています。例えば、「コーラス（注5）」と呼ばれる周波数が数kHzの電磁波は、エネルギー数十keVの電子と共鳴し、数秒周期で明滅を繰り返す「脈動オーロラ」を引き起こします。また、数Hzの周波数帯の「電磁イオンサイクロトロン波（注6）」は、数百～数千keV前後の高エネルギー電子の降り込みの原因となります。しかし、地上と衛星の同時観測によって宇宙空間の電磁波と極域中間圏の応答を直接比較した研究は、これまで行われていませんでした。

【研究の内容】

　本研究グループは、地球周辺の放射線環境を調査する科学衛星「あらせ」（2016年12月打ち上げ）と、昭和基地（南緯69.00°, 東経39.58°）に設置された南極最大の大気レーダー「PANSY」（Program of the Antarctic Syowa MST/IS radar、図1）、並びに、PANSYと似た緯度経度（北緯69.30°, 東経16.04°）にある北極の大気レーダー「MAARSY」（The Middle Atmosphere Alomar Radar System）による同時観測を実施しました。両レーダーとも、上空に向けて強力な電波を発射し、大気中で散乱され戻ってきたわずかな電波（反射エコー）を検出することで、大気の動き（風）や、電子密度を観測します。本研究では、反射エコーから電子密度の増加、つまり大気層への高エネルギー電子降り込みを検出しました。
　宇宙と地上での観測の結果、「あらせ」が宇宙空間で観測した電磁波と、南北両半球の大気レーダーが捉えた上空55～80kmからの強い反射エコー、つまり高エネルギー電子の降り込みが、同時に発生し、良く似た時間変動をしていることを明らかにしました（図2、図3）。同時刻に、北極のアイスランドでは、脈動オーロラが観測されていました（動画1）。これらの現象の良い相関は、宇宙空間で生じた電磁波が、北極でオーロラを発生させた数十keV以下のエネルギーの電子だけでなく、はるかに高いエネルギー（数百～数千keV）の電子を南北両極の上空深くまで降り込ませ、大気を電離した証拠です。
　これらの現象は、太陽から吹いている高速太陽風の前面が地球に到達した直後に、明け方の時間帯で発生しました。高速太陽風の到来は、(1)地球周辺の地磁気の圧縮、(2)オーロラ爆発、をもたらしました（図4）。(1)は電磁イオンサイクロトロン波を成長させ、(2)は宇宙空間夜側から熱い電子を朝側に運び、コーラスを発生させたと考えられます。これらの電磁波が宇宙空間に存在する高エネルギー電子と相互作用して、南北両極の大気に電子を落とし、上層で脈動オーロラ、下層で中間圏の大気電離を引き起こしたことが明らかになりました。

【今後の展望】

　数百keV以上の高エネルギー電子の地球大気への降り込みは、これまでは激しいオーロラ爆発が頻発する磁気嵐と呼ばれる大規模なイベントのときに発生すると考えられてきました。しかし、本研究は、高速太陽風の到来や単発のオーロラ爆発といった比較的小規模なイベントのときにも、高エネルギー電子が極域中間圏まで降り込んでいることを明らかにしました。特に、オーロラ爆発は、平均して1日に数回と頻繁に発生するため、地球の大気に大きなインパクトを与える可能性があります。今後、小規模なオーロラ現象が、どのくらい高エネルギー電子を降り込ませ、地球の気候変動に影響を与えるのか、定量的に調査することが重要です。


図1：南極昭和基地の大型大気レーダー「PANSY」のアンテナ群	図2：あらせ衛星で観測された地球周辺の宇宙空間の電磁波と、南北極域の大型大気レーダーPANSY、MAARSYで観測された中間圏エコー（2017年3月21日02～07時）

図3： (a) あらせ衛星が観測した電磁波の強度の時間変化 (b) PANSY、MAARSYレーダーが観測した中間圏エコーの強度の時間変化	図4：高エネルギー電子が大気へ降り込む過程のイメージ

【掲載論文】

　“Direct comparison between magnetospheric plasma waves and polar mesosphere winter echoes in both hemispheres”
　Journal of Geophysical Research – Space Physics

◆研究に関する問い合わせ◆

大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
国立極地研究所宙空圏研究グループ特任准教授
田中良昌（たなかよしまさ）
TEL:042-512-9036

◆報道に関する問い合わせ◆

大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
国立極地研究所　広報室
TEL: 042-512-0655 E-mail: kofositu@nipr.ac.jp

大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
本部広報室
TEL:03-6402-6214 E-mail：koho@rois.ac.jp

【注】

注1：電子ボルト
エネルギーの単位でeVと表される。1電子ボルトは1個の電子が1ボルトの電位差で加速されるときのエネルギー。1keV=1000eV。

注2：中間圏
地球の大気の層の一つで、高度約50～90kmに位置する。その下の高度約10～50kmには、オゾン層を含む成層圏がある。

注3：PANSY
昭和基地（南緯69.00˚, 東経39.58˚）に建設された、南極最大の大気レーダー。1045本のアンテナで構成される。上空に向けて強力な電波を発射し、大気中で散乱され戻ってきたわずかな電波（反射エコー）を検出することで、上空500kmまでの大気の風速や電子密度等を観測する。

注4：MAARSY
北極のノルウェー・アンドーヤ（北緯69.30˚, 東経16.04˚）に設置された大型大気レーダー。433本のアンテナから成る。PANSYレーダーと同様の大気観測を行っている。

注5：コーラス
宇宙空間に存在する電磁波の一種で、磁力線に沿った電子のらせん運動を伴う。音声に変換すると鳥のさえずりのように聞こえることから、コーラスと呼ばれる。

注6：電磁イオンサイクロトロン波
宇宙空間に存在する電磁波の一種で、磁力線に沿ったイオンのらせん運動を伴う。

2019年11月13日

【シンポジウム開催報告】「日本文化とAIシンポジウム2019」（2019/11/13）

「日本文化とAIシンポジウム2019　～AIがくずし字を読む時代がやってきた～」開催

　11月11日、情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設人文学オープンデータ共同利用センター（以下CODH、センター長：北本朝展）ならびに同機構国立情報学研究所（所長：喜連川優）、人間文化研究機構国文学研究資料館（館長：ロバート・キャンベル）は、公開イベント「日本文化とAIシンポジウム2019　～AIがくずし字を読む時代がやってきた～」を、東京都千代田区にある一橋講堂で開催しました。
　日本では、古典籍・古文書・古記録などの過去の資料（史料）が千年以上も大切に受け継がれており、数億点規模という、世界でも稀にみる大量の資料が現存しています。その多くが「くずし字」で書かれていますが、現代のほとんどの日本人は「くずし字」で書かれた過去の資料を読めなくなっているため、大量のくずし字をどう読み解くかが喫緊の重要な課題となっており、、今回のシンポジウム開催に至りました。
　CODHらは、独自のくずし字認識アルゴリズムの開発に取り組むとともに、AIに関する多数のコンペティションで世界的に注目を集めているKaggle（カグル）で、10月14日まで「くずし字認識：千年に及ぶ日本の文字文化への扉を開く」と題するコンペティションを開催しました。本シンポジウムの後半には、国内だけでなく、スペインなど海外に居住するこのコンペティションの入賞者が登場し、それぞれ開発したくずし字認識アルゴリズムを解説しました。また、シンポジウム前半では、木簡からくずし字まで、日本の文字文化の研究に取り組む第一線の研究者が最先端研究を紹介する講演やデモなどが行われました。さらに、CODHを中心に開発し、この日に一般公開されたAIくずし字認識サービス「KuroNet」や、ついに100万文字の大台を越え、AIくずし字認識の精度向上にも貢献する「日本古典籍くずし字データセット」（作成：国文学研究資料館、加工・公開：CODH）についても紹介がありました。
　220名を超える来場者で埋まった会場では、熱心にメモを取りながら講演を聴講する参加者の姿が散見されました。また、展示ブースでは、古典籍に見入ったり、「KuroNet」による翻字を体験したりする来場者の姿が見られ、実際にくずし字を読み解く技術がいまどこまで進んでいるのか、その可能性を体感していただくよい機会となりました。

盛況な会場内の様子

◆各種メディアにも取り上げられました。

　NHK WEB：AIで“くずし字”の解読に挑む
　 Yahoo!ニュース：古典・古文書の難読「くずし字」、AIが瞬時に解読…精度90％も

◆開催案内「日本文化とAIシンポジウム2019　～AIがくずし字を読む時代がやってきた～」

2019年11月12日

昨日のシンポジウム「日本文化とAIシンポジウム2019」がメディアに取り上げられました！（2019/11/11開催）

◆NHK WEB「AIで“くずし字”の解読に挑む」

◆Yahoo!ニュース「古典・古文書の難読「くずし字」、AIが瞬時に解読…精度90％も」

◆当サイト記事「日本文化とAIシンポジウム2019　～AIがくずし字を読む時代がやってきた～」

2019年10月28日

【プレスリリース】「昆虫は活性酸素を上手に利用する」（2019/10/28）

令和元年10月28日

昆虫は活性酸素を上手に利用する　～蛹（さなぎ）になるために活性酸素を利用する仕組みを発見～

　国立大学法人東京農工大学大学院連合農学研究科野島陽水（大学院博士課程修了生）と農学研究院生物生産科学部門天竺桂弘子准教授、大学共同利用機関法人情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設ライフサイエンス統合データベースセンターの坊農秀雅特任准教授を中心とする研究グループは、チョウ目に属する昆虫が強いストレスに対峙した場合に、蛹化が早まる現象の分子メカニズムの一端を解明しました。
　チョウ目昆虫であるカイコ (Bombyx mori)は、蛹期に幼虫の体を成虫の体へ“つくりかえる”ために幼虫の体を一旦溶かし、成虫の体をつくります。このプロセスにおいて、カイコは蛹になる前にわざと体内の活性酸素の量を増加させることが明らかになりました。すべての生物に対して悪者であると定義されてきた活性酸素をカイコは蛹になる時に上手に利用していたのです。この成果は昆虫の蛹化の分子メカニズムの解明に役立つだけでなく、昆虫が様々な環境下で生存できる能力を獲得できた理由の解明にも繋がることが期待されます。

　本研究成果は、Scientific Reports（10月11日付）に掲載されました。
　URL：www.nature.com/articles/s41598-019-51163-3

【現状】

　チョウ目昆虫であるカイコガ(Bombyx mori)は、蛹期に幼虫の体を成虫の体へ“つくりかえる”ために幼若ホルモンと脱皮ホルモン・エクダイソンの体液中濃度を変化させ、蛹化のためのスイッチをオンにします。蛹期では体液中へのエクダイソンの分泌に伴って、まず細胞内においてプログラム細胞死の1つであるオートファジーが、続いてアポトーシスが誘導され、自己融解した幼虫組織から材料を得て成虫組織を再構築し、変態します。チョウ目昆虫では紫外線の照射や、飢餓などの強いストレスが幼虫の時期に加わると早期に蛹になることが知られていましたが、その分子メカニズムはよくわかっていませんでした。

【研究体制】

　本研究は東京農工大学および、情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設ライフサイエンス統合データベースセンターで実施されました。

【研究成果】

　本研究チームはまず、紫外線が照射された際と、蛹化の際に、共通の遺伝子発現変動が起こるのではないか、と仮説を立てました。そこで、公開されている遺伝子発現データベースの紫外線照射と蛹化に関するカイコのデータから、共通した発現変動を示す遺伝子群を探索した結果、活性酸素の発生に関与するシグナル経路を発見しました。
　次に、Superoxide dismutase(SOD)の一種である、SOD1とSOD2タンパク質に注目しました。SODは生物がストレスを受けた際に生じる活性酸素を除去する酵素です。カイコの発育過程においてSOD1およびSOD2タンパク質の挙動を観察すると、幼虫から蛹に変化する前にSOD1とSOD2タンパク質の発現が顕著に低下し、その後蛹化が終わると、発現量は回復しました。また、カイコ体内の活性酸素の量を測定すると、蛹化前に増加することが分かりました。そこで、エクダイソンと活性酸素、SOD1とSOD2の関係を調べてみると、エクダイソンによりSODの発現は低下し、活性酸素の量が増加しました。このことから、エクダイソンというスイッチにより活性酸素が増加することで、オートファジーとアポトーシスが誘導され蛹化できると考えられたのです。そこで、蛹化前にカイコ体内のSODの量を増やすために、SODと同じ機能を持つ化合物(SODミミック)をカイコに注射したところ、カイコは蛹化できなくなりました。このことから、カイコが蛹化するためには、SODの発現を低下させ、体内の活性酸素の量を増やす必要があることが分かりました（図１）。

【今後の展開】

　昆虫が組織を融かして体を再構成する奇妙な現象には多くの者が魅了され、現在でもその分子機構を明らかにするために多くの研究が行われています。本研究が更に進展すれば、昆虫が諸刃の剣である活性酸素を蛹化開始の分子機構に組み込み、進化・繁栄してきた理由に迫ることができます。本研究チームが発見した活性酸素を利用する蛹化の分子メカニズムは、昆虫の環境適応戦略の仕組みの解明の一端に役立つことが期待されます。