| 研究課題/領域番号 |
25550080
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 東京海洋大学 |
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研究代表者 |
馬場 凉 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 教授 (70198951)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ミズクラゲ / 運動制御 / 光 / クラゲ被害対策 / 自然共生システム |
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| 研究概要 |
本研究課題では、クラゲの浮遊・遊泳挙動を解明し、これを制御することにより、大量発生したクラゲによる取水トラブルや水産・漁業被害の軽減を目指している。これを達成するために、外部刺激に対するミズクラゲの拍動や体軸の転回といった〈運動要素〉ごとの過渡的な応答変化を詳細に調べ、各種外部刺激の有効性やそれを用いるクラゲの運動制御可能性について検討する。
研究初年度では、これまでの予備的な検討結果を踏まえて様々な検討を行い、以下の主要な成果を得た。
１）固定光源を用いた拍動制御の試み；LEDパネルあるいは自作プログラムで輝度変調させたCRTを光源としてミズクラゲの光応答を検討した。照度3000ルクス程度までの定常光照射に対しては光色によらず再現性のある有意な応答は観察されなかった。しかし、暗状態で約0.4Hzの拍動をするクラゲ個体に対し0.34Hzあるいは0.45Hzといった僅かに周波数シフトした緑色光を照射すると、拍動周波数が変調光の周波数から「逃げる」方向に変化することが観察され、光による拍動制御の可能性が示唆された。
２）ガルバノスキャナを利用したレーザー光照射システムの立ち上げ；ミズクラゲの８つの眼点に対する光刺激応答を検討するため、走査変調照射システムを構築した。制御プログラムを試作し走査系の基本性能を確認するとともに、現在、実験用の櫓を組み立て実照射に向けて調整を続けている。
３）クラゲ浮遊挙動解析法の可能性の検討；本研究における主要な実験解析手法であるデジタルビデオ画像の周波数解析の適用範囲について、新江ノ島水族館にて撮影した高速に拍動するカラージェリーを含む種々のクラゲの拍動画像に対して検討した。
４）以上の他に、実験水槽内と野外の自然環境下での挙動の違いについても検討した。特に、水面での光散乱に妨げられないデータ取得のために野外では偏光フィルターの利用が有効であった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
交付申請書では、研究初年度に以下の３項目を主に実施・検討する計画であった。
１）LEDパネル光源やCRT等を用いて定常的あるいは時間的に変調した光照射を行い、ミズクラゲの応答解析を行う。２）ガルバノ光スキャン装置を構築し、実験用櫓に組み込むとともに実照射に必要な各種調整を行う。３）前項の光ガルバノスキャンシステムを用いて様々な時間的・空間的パターンでレーザー光を照射し、ミズクラゲのモード選択的な運動制御の可能性に関する予備的な検討を始める。
項目１）については、概ね達成でき実験的な様々な知見を得つつある。ただし、光のパルス照射等、時間変調照射に関しては、自作プログラムで輝度変調させたCRTを光源として用いたため、実験的に必ずしも十分な範囲での照射光輝度が得られなかった。これを改善するため、定常光照射機能しか持たなかった現有機器のLEDパネル光源（赤、青、緑の３種類）の電源装置内部の回路に手を加え、外部から関数発生器による変調を可能とすることができるようになった。これにより、高輝度・高照度でさらに精度の高い時間変調や２波長光の位相差付き光照射などが可能となった。
項目２）については、まだ未完成の状態であり、水槽内のクラゲに対する実照射には至っていない。従って、項目３）に関しては未実施である。
計画が遅れたのは、LEDパネル電源回路の改良に時間を要したこともあり、走査変調照射システムの中心をなすガルバノミラー駆動システムのパーツ入手、組み立てと実験用櫓への組み込み、システム構築と調整に予想以上に時間が掛かったためである。
以上のように、光ガルバノスキャンシステムの構築には遅れが出たものの、完成の見通しが着いているので、項目３）は研究２年目に確実に着手可能である。また、LEDパネル光源の高精度変調が可能となったことで、研究全体としては「やや遅れている」との判断とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の今後の推進方策としては、まず、ほぼ完成に近づいたガルバノ光スキャン装置を用いて、ミズクラゲに対して様々な時間的・空間的パターンでレーザー光を打ち込み、モード選択的な運動制御の可能性を探る検討を行う。その際、レーザー光照射パターンとしては当初計画に記したように、実験装置の特性を生かしてミズクラゲの８個の眼点あるいは適当なマーカー点へ「同時に／右（左）回りに／左右非対称に／特定の眼点を追尾しながら／など」のように行う。さらに、遊泳挙動のモード選択的制御の検討では、照射光の照射方向（対重力方向）、波長、強度、変調と位相など、多くのパラメータについて検討が必要である。
研究２年目以降では、レーザー光照射による制御だけでなく、微弱な電気刺激や超音波照射、あるいは光触媒技術を利用した局所的なpH変化、等々の複合刺激による制御可能性もあわせて検討する。これにより、各種外部刺激の組合せの中からミズクラゲの運動制御に有効な制御方法を見出す。それらをクラゲの周囲から様々な時間的・空間的パターンで印加し、それに対するクラゲの運動応答を解析し、運動制御の可能性を検討する。
また、ミズクラゲの外部刺激に対する応答挙動を検討する上で、クラゲの各運動要素の解析のほか、クラゲ周囲の水流を可視化することも有用である。これを実現するために、水中に分散させた多数の微粒子の挙動を画像解析（PIV 法、PTV 法などの粒子追跡・流体計測）によって追跡し、拍動変化や体軸変化に伴うクラゲの微妙な推進力変化を定量的に把握することも検討する。
さらには、ミズクラゲのライフサイクルの制御（例えば、ストロビレーション）の可能性を含め、フィールド実験を実際に行って検討した各種運動制御の有効性を検討する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
主要な理由は、研究実施計画に記した国際学会への参加・発表を見合わせためである。
研究開始当初、当該年度末の2014年2月に米国で開催の国際学会において研究成果発表を予定していたが、光スキャンシステムの構築に予想以上の時間を要する見通しであることが解った。そのため、旅費を減額し、また交付決定額を踏まえて物品費を確保することとしたが、結果的に約15万円の未執行金を残すこととなった。
今年度に生じた次年度使用額は、研究初年度の直接経費交付額のおよそ10%に相当する約15万円である。この次年度繰越金は成果発表のための旅費に補填することをまず検討する。また、次年度の交付決定額が当初申請額の約60%となっているため、旅費以外に不足が予想される物品費および謝金等としても使用する予定である。
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