山下 雅道 略 歴
現住所 東京都八王子市越野40-10 略 歴
生 年 昭和23年2月11日生 宇宙航空研究開発機構 名誉教授
学 歴 昭和41年 東京教育大学附属高等学校卒業 昭和41年 東京大学理科I類入学
昭和46年 東京大学理学部化学科卒業
昭和46年 東京大学大学院理学系研究科修士課程 化学専門課程入学
昭和51年 東京大学大学院理学系研究科博士課程修了 学 位 理学博士
職 歴 昭和51年 東京大学助手 宇宙航空研究所 （原動機部） 昭和54年 同 講師
昭和56年 宇宙科学研究所講師
昭和55年∼昭和58年 米国エール大学研究員 昭和57年 宇宙科学研究所 助教授
（宇宙推進機構学部門、宇宙基地利用研究センター） 平成8年 宇宙科学研究所 教授 （システム研究系）
平成15年 宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究本部 教授 （宇宙環境利用科学研究系）
平成23年 定年退職
平成24年 宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所専任教授 退職
研究歴
化学： 化学反応論（気相高速反応の素過程）
分析化学（エレクトロスプレイによる液体クロマトグラフと 質量分析計のインターフェース、生体物質の質量分析） 物理： 伝熱・流体物理（気体の凝縮素過程、反応性流体と伝熱） 宇宙工学：液体水素・酸素ロケットエンジンの開発（計測系） 生物学：重力生物学、宇宙における生物の行動学
宇宙基地MIRにおけるカエル実験
スペースシャトル（IML-2）, 宇宙プラットフォーム（SFU）での イモリの発生実験
植物の重力適応 宇宙農業
教育歴
東京大学工学部・機械 東京農工大学工学部・機械 東京大学理学部・化学 島根大学
放送大学 上智大学 玉川大学農学部 総合研究大学院大学 室蘭工業大学
山下雅道 研究業績概要
宇宙生物科学を中心として取り組んできているが、研究の分野は化学、物理、工学の基礎お よび応用に広くおよんでいる。とりわけて、化学・伝熱・流体物理は研究経歴のはじめにとり くみ、以降の業績の基盤をなしている。生徒・学生時代には、河川（隅田川）の化学汚染の実 地分析・調査、蒸着白金電極上での電気化学的素過程の実験や活性炭の触媒作用の研究をおこ なった。大学院以降には、反応性流体と輸送過程に関して、次のような研究を実施した。質量 分析法により衝撃波中の気体反応を解析する装置をつくったのを手始めに、化学反応と拡散輸 送過程が重畳する現象について、流通反応管-質量分析計による実験やその計算機実験を実施 し、化学反応をともなう流れやそこでの拡散過程の影響を評価した。その成果をもとに、流体 力学と化学反応の双方が関与する燃焼現象に取り組み、燃焼気中の反応・拡散過程を分子線質 量分析-直接サンプリング法により調べた。窒素酸化物などの公害ガスの生成機構にせまり、一 方自動車用低公害低燃費エンジンの開発に参加し貢献した。
流体化学反応に関する研究の一つとして、ノズルから真空中に断熱的に膨張しながら噴出す る超音速自由噴流を利用し、気体の凝縮の初期素過程を質量分析法により調べた。これは、気 体分子の凝縮の素過程の解明を指向した研究であった。気体分子が会合して安定な二量体や三 量体を生成するには、安定な会合分子系の形成にとって過剰なエネルギーを運び去る第三体分 子の働きが重要であることを、混合気体を用いた実験によって明らかにした。このように、従 来はマクロな現象として扱われてきた伝熱現象を分子レベルで解明する研究の新分野の創設に 関与した。超音速自由噴流が化学反応素過程の研究に有効な手段であることを示し、化学に新 しい実験技術を導入し、クラスターの化学という分野の先駆的な業績をあげた。
超音速自由噴流と凝縮過程の制御の基礎的な知識を応用するものとして、エレクトロスプレ ー・イオン化質量分析法を創始した。この方法によれば、溶存状態にある極性分子を直接イオ ン化することができることを示した。注射針に試料溶液を送りながら高電圧を印加することに より帯電した微細な液滴を気中に分散し、印加した電場による液滴の運動に対向した大気圧の 乾燥気体流によって溶媒分子を蒸発させ、インタクトな溶質分子イオンを生成する。この方法 は、極性の大きな生体分子などのイオンを選択的に高効率で得られることや、分子量が十万に もおよぶ巨大な生体分子でも通常の質量分析計で分析できるなどの特徴を有している。医学や 薬学、生化学の分野での質量分析用イオン源として広く利用され、本研究をともに進めたJohn B. Fenn博士に2002年ノーベル化学賞が授与された。エレクトロスプレー・イオン化質量分析法 の初出論文はYamashita, M., and J.B. Fenn (1984)である。
宇宙工学においては、宇宙科学研究所で宇宙推進機構学部門をかつて担当し、液体水素・酸 素ロケットエンジンの開発において計測系や制御系など一部の研究を分担した。また、機械設 計・工作、アナログおよびデジタル電子回路の製作、機械語ベースを含む計算機プログラミン グ、化学、物理、伝熱工学など多様な経験を活かし、宇宙実験での環境制御工学に関連する経 験を蓄積した。大気球を用いた自由落下法による微小重力生物実験を実施した。この実験で は、生物試料や搭載機器の熱制御を含む装置を開発して用いた。宇宙での生物実験では代表研 究者としていくつかの計画に参加してきた。SFUでのイモリ実験では、人工衛星への実験搭載 において要求される熱、機械、電気的な設計・解析・試験、および生物実験に特有な実験運用 を担当した。自前の生命維持システムにより冬眠状態のイモリから軌道上で産卵させ、宇宙で の初期発生について実験成果を得ることができた。スペースステーションMIRでのカエル実験 では、有人宇宙機への実験搭載について多くを学んだ。スペースシャトルによるIML-2でのイモ リ実験では、他の宇宙実験の経験とあわせ、各国の宇宙実験搭載の取り組み方の違いについて
比較することができた。さらに、いくつかの宇宙実験に参画し、宇宙放射線などの電子機器に 及ぼす影響を評価し、高度な機能をもつ民生機器を宇宙で使用するための指針などを検討し た。
宇宙利用および宇宙生物科学分野では、次のような多くの課題にも取り組んできた。宇宙で の微小重力や広大な真空空間を化学・物理分野の実験資源として活用する計画概念の立案に携 わり、さらに地球周回軌道や月などの天体で得られる資源の工学的な利用の可能性などを検討 し、人類の宇宙活動の将来を構想した。宇宙ステーションにおいて太陽光を船外から船内へと 導入し植物実験などに直接利用するシステムや、太陽発電衛星により光から電力へと変換した うえ地上へエネルギーをマイクロ波などで伝送する場合の生物・生態系への影響評価など、宇 宙利用にかかわるいくつかの工学的な概念研究に参加した。
宇宙生物科学においては、重力の生命現象に与える影響を明らかにすべく、いくつかの研究 を実施してきた。生命現象の最もダイナミックな局面である受精卵の初期発生や細胞分化に重 力がどのような影響を与えるかをイモリによる宇宙実験で確かめた。また動物個体への重力の 生理学的な支配や、行動や生態と重力の関わりを明らかにするために、両生類による実験を進 めてきている。重力や機械的な環境要因により誘起される動物の行動や、重力感受器官および その感受機構を主たる研究の対象としてきた。さらに、植物の重力受容と屈性発現、単細胞原 生動物の細胞生理・行動への重力などの影響を研究してきた。生物は地球上に発生し生命圏を 形成し、巧みにその環境に適応してきている。進化や生態系のなかで生物種の占める位置とそ の適応を、重力感受やこれに関連する行動の側面において明らかにする研究を進めている。こ れらの研究をすすめるにあたり、3D-クリノスタットを開発して、地上で疑似的な微小重力環境 を生成する方法の有効性の検討を多くの研究者と共同して実施してきた。さらに、重力ばかり でなく磁場の生物影響などひろく宇宙での実験を構想し、予備的な実験をおこなってきた。 これらの研究に加えて、宇宙における実験方法論を研究分野のひとつとして確立すべく努力 してきた。科学実験を遠隔で操作したり実験を設計し実行するための概念を検討した。その方 法論を仮想的な実験で検証すべく、いくつかのテストベッド実験の実施に携わった。宇宙実験 で要求される技術や設計要素、あるいは宇宙実験から宇宙システムの構成に要求する事項につ いて、宇宙実験の経験をもとに体系化した。圏外生物学の研究構想をすすめ、人類の宇宙活動 と科学の中軸に圏外生命探査をすえるべく努力してきた。生物の構造や機能を学び、これらを 宇宙システムに組み入れるという概念を検討し、将来の地球・宇宙における人間社会発展の設 計を試みてきた。
宇宙農業および宇宙生命維持環境工学の分野では、人類の宇宙活動の拡大において、その基 盤的工学の対象の一つとなる宇宙での生命現象およびその維持について研究した。従来の宇宙 での生命維持システムは物理化学的過程から構成され、物質の循環についてみると使い捨ての 開放した系となっている。長期のミッションを可能にするには、生命維持系に生物的な要素を 組み入れ、宇宙船内で物質を再生循環することが必要になる。地球上での在来型農業や物質循 環とは異なる評価基準のもとに宇宙農業系を構成するための基礎的研究をおこなった。生命維 持のための再生循環は、まず水にはじまり、二酸化炭素—酸素の変換、さらに無機塩や微量元 素・化学種の循環制御が開発課題となる。先駆的なNa-Kの循環に関する概念検討にも取り組ん だ。閉じた物質循環系の生態学的な安定性やその重力依存性に関する実験的研究に参画した。 火星での圏外生物学探査を念頭において、長期・多人数の火星居住を可能にする宇宙農業概念 について検討をすすめてきた。
Masamichi Yamashita in
ELECTROSPRAY WINGS FOR MOLECULAR ELEPHANTS
Nobel Lecture, December 8, 2002 by JOHN B. FENN
In 1982 (correction 1980), Masamichi Yamashita, a young scientist I had met in Japan, came to
my lab as a postdoc. When he arrived, “Gado” as he preferred to be called, asked for some
suggestions about what he might work on. I mentioned that it might be interesting to take
another look at ESI, but instead of trying to make ions out of big molecules, to explore whether
Dole’s idea would work with molecules of low enough mass for their ions to be analyzed with a
small quadrupole mass spectrometer that had been a detector in some of our molecular beam
experiments. It had an upper limit for mass/charge ratio of only 500 or so. Gado liked the idea
and off he went. Not only was he an extraordinary experimentalist, with sound instincts and
magic hands, he knew everything from the biology of sea urchins to the practice of digital
electronics (already in 1982!). In a relatively short time he assembled what was really the
world’s first ESI Mass Spectrometer from the bits and pieces of molecular beam apparatus in our
precious “junk pile”. (My Scottish heritage of “Waste not, want not” makes it very difficult for
me to throw anything away that might have some conceivable use!)
SPACE EXPERIENCE:
Masamichi Yamashita conducted the "Frogs in Space" experiment onboard the space station
Mir in 1990, which was the first space experiment with animals conducted by Japan. In 1995,
Yamashita also sent Japanese red-bellied newts (Cynops) into orbit in the Space Flyer Unit
(SFU), which was retrieved by the Space Shuttle one year later. The "Space Embryology
Experiment" using Japanese newts on the IML-2 shuttle mission in 1994 was also implemented
by him.
Yamashita has a broad range of professional experience in chemistry, physics and life science,
and hands-on expertise in mechanics, electronics, and thermal engineering. For the missions
cited above, most of the verification tests and safety engineering of the flight hardware was
conducted by him. His technical skills, apropos to this application, include metal cutting and
lathing, circuit design (both analog and digital), sewing experimental kits, soldering and printed
board construction, assembler code programming on computers, machining and assembly of
hardware in various plastics--even amphibian collecting and animal care.
During the flight operational phase of the SFU missions, he acted in the capacity of Flight
Operation Director on the satellite and its payload. His activities included the establishment of
communication links between the ground station, including NASA's Deep Space Network, and
the spacecraft in orbit. Yamashita also coordinated ground operations at the launch and landing
site, with other scientists involved in the experiments.
山下雅道 主要発表リスト
Yamashita, M.; Fluid Dynamical Study of Flow-Tube Reactor, Trans. Jpn. Soc. Aero. Space Sci., 21, 153-161 (1978).
Yamashita, M., T. Sano and S. Kotake; Dimer Formation in Supersonic Free Molecular Jets of Binary Mixtures, Trans. Jpn. Soc. Aero. Space Sci., 21, 165-172 (1978).
Yamashita, M., T. Sano, S. Kotake and J.B. Fenn; Dimer depletion by solute species in free jet expansion, J. Chem. Phys. 75, 5355-5361 (1981).
Yamashita, M., and J.B. Fenn; Electrospray ion source. another variation of free jet theme, J. Phys. Chem., 88, 4451-4459 (1984).
Yamashita, M., and J.B. Fenn; Negative ion production with the electrospray ion source, J. Phys. Chem., 88, 4671-4675 (1984).
Whitehouse, C.M., R.N. Dreyer, M. Yamashita and J.B. Fenn; Electrospray Interface for Liquid Chromatographs and Mass Spectrometers, Anal. Chem., 57, 675-679 (1985).
山下雅道、大矢晴彦、新田慶治、谷田沢道彦；閉鎖生態系-宇宙農業におけるナトリウムとカリウムの循 環、日本航空宇宙学会誌, 33, 288-296 (1985).
Nitta, K., and M. Yamashita; Concept study on the technology of CELSS, Earth-Orient. Appl. Space Technol. 5, 253-263 (1985).
Tanatsugu, N., M. Yamashita and K. Mori; A Conceptual Design of a Solar-Ray Supply System in the Space Station, Space Solar Power Review, 5, 221-230 (1985).
山下雅道；宇宙開発とバイオテクノロジー、精密工学会誌, 54, 450-454 (1988).
栗木恭一、山下雅道；太陽発電衛星計画ーマイクロ波の生物生態への影響はどのようにして評価するの か、宇宙生物科学, 2, 25-36 (1988).
黒谷明美、大矢真弓、最上善広、山下雅道、奥野誠、馬場昭次；原生動物ゾウリムシの遊泳行動と重 力、宇宙科学研究所報告, SP-24, 33-47 (1989).
Yamashita, M., S. Watanabe, T. Mano, N. Matsui, F. Bonde-Petersen, N. Foldager, T. Shoji and H. Sudoh; Telescience Testbed for Physiological Experiments in Space, Microgravity Quarterly, 1, 1-8 (1990).
Izumi-Kurotani, A., M. Yamashita, Y. Kawasaki, T. Kurotani, Y. Mogami, M. Okuno, T. Akiyama, A. Oketa, A. Shiraishi and K. Ueda; Behavior of Japanese Tree Frog under Microgravity, Biol. Sci. Space, 5, 185 (1991). 山下雅道; 宇宙基地と分析化学. ぶんせき, 11: 907-908 (1991).
Yamashita, M.; Automation in Space Life Science. In: Automation in Biotechnology, ( I. Karube ed.) : 337-347 (1991).
山下雅道、黒谷明美；有人宇宙機での生物学実験における船内の汚染対策、クリーンテクノロジー、2-8, 42 (1992).
山下雅道、黒谷明美; 宇宙生物学実験方法論, 人間環境科学, 1, 96-105 (1992).
Benno, Y., A. Izumi-Kurotani and M. Yamashita; Isolation and Identification of Intestinal Bacteria from Japanese Tree Frog (Hyla japonica) with the Special Reference to Anaerobic Bacteria, J. Vet. Med. Sci., 54, 699 (1992). Yamashita, M., S.Watanabe, T.Shoji, A.H. Clarke, H.Suzuki and D.Yanagihara; Telescience Testbed: Operational
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Izumi-Kurotani, A., M. Yamashita and Y. Kawasaki; Space Experiment on Behaviors of Treefrog, Adv. Space Res., 12(1), 263-266 (1992).
井尻憲一、江口星雄、黒谷明美、山下雅道、長岡俊治；イモリ・メダカの微小重力下での行動 その １、パラボリックフライト, 2(3), 46 (1992).
山下雅道、黒谷明美；宇宙ステーション・ミールから帰還したアマガエル、日本航空宇宙学会誌, 41,
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Yamada, M., Y. Takeuchi, H. Kasahara, S. Murakami and M. Yamashita: Plant Growth under Clinostat - Microgravity Condition, Biol. Sci. Space, 7, 116-119 (1993).
Hoson, T., S. Kamisaka, K. Miyamoto, J. Ueda, M. Yamashita and Y. Masuda: Vegetative Growth of Higher Plants on a Three-dimensional Clinostat, Microgravity Sci. Technol., VI/4, 278-281 (1993).
Izumi-Kurotani, A., M. Yamashita, Y. Kawasaki, T. Kurotani, Y. Mogami, M. Okuno, A. Oketa, A. Shiraishi, K. Ueda, R.J. Wassersug and T. Naitoh: Behavior of Japanese Tree Frogs under Microgravity on MIR and in Parabolic Flight, Adv. Space Res., 14, (8), 419-422 (1994).
Kasahara, H., Y. Takeuchi, M. Yamashita and M. Yamada: Effects of simulated microgravity on the germination and elongation of protonemata of Adiantum capillus-veneris, Physiol. Plantarum, 90, 205-209 (1994).
Wassersug, R. J. and山下雅道：宇宙とライフサイエンス、遺伝, 48, 14-17 (1994).
Wiederhold, M.L., M. Yamashita, K. Larsen and M. Asashima; Formation of Otoconia in the Japanese Red-Bellied Newt, Cynops pyrrhogaster, Adv. Space Res., 14(8), 327 (1994).
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Naitoh, T., M. Yamashita, A. Izumi-Kurotani, S. Yokota and R.J. Wassersug; Amplexus in microgravity, Zool. Sci., 12, 113-116 (1995).
Wiederhold, M.L., M. Yamashita, K. Larsen, J.S. Batten, H. Koike and M. Asashima; Development of the otolith organs and semicircular canals in the Japanese Red-Bellied Newt, Cynops Pyrrhogaster, Hearing Res., 84, 41-51 (1995).
Hoson, T., S. Kamisaka, K. Miyamoto, R. Yamamoto, M. Yamashita and Y. Masuda : Automorphosis of maize shoots under simulated microgravity on a three-dimensional clinostat, Physiol. Plantarum, 93, 346-351 (1995).
笹田正明、山下雅道、横田力男、ゼレンチコフ,N.J., ビシェニコフ,V.E., サロマチン,V.S. ラシコフ,A.S.;
“ミール”ステーションにおける放送機器の使用実績、電子情報通信学会論文誌、B-II, J78-B-II, 621 (1995).
山下雅道、黒谷明美、長岡俊治；微小重力下での気泡の挙動：水棲動物実験装置によるイモリのIML-2宇 宙実験、日本マイクログラビティ応用学会誌, 12, 150 (1995).
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