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多細胞化の直接的生存価に関する熱雑音仮説

研究課題

研究課題/領域番号 17657025
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 動物生理・行動
研究機関北海道大学

研究代表者

下澤 楯夫  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10091464)

研究分担者 青沼 仁志  北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (20333643)
西野 浩史  北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80332477)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2005年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード熱雑音 / 信号 / 情報伝送速度 / 淘汰圧 / 加算平均 / 多細胞化 / 進化 / 神経細胞
研究概要

受精卵は卵割を繰り返して単細胞から多細胞へと移行する。受精卵の卵割を、単細胞生物から多細胞へと移行した進化過程のモデルとして扱い、多細胞化が、単細胞に比べて、熱雑音に埋もれた微弱な観測信号の信頼性(情報量)を加算平均化によって改善していることを実証する。
これまでに、コオロギの気流感覚細胞は分子1個の平均運動エネルギー【approximately equal】k_BT(常温で約4×10〜<-21>Joule)に応答できることを実測し、この熱雑音感受性が神経系の基本構造である並列伝送回路の起源であることを示した。
ここで重要なのは、単一分子の熱揺動エネルギーを検出する程の高感度は進化の結果ではなく拘束である、という結論にある。その根拠は、もし細胞がかって低かった感度を上げてk_BT領域に近づいたのなら、自ら熱雑音の中に埋もれて行ったことになり、観測装置としての自殺行為に他ならないからである。時間的空間的に偏った資源環境は、情報伝送速度を上げる向きの淘汰圧として働く。生命誕生前の原始のスープで利用可能なエネルギーは熱揺らぎ幅k_BTの程度であり、このk_BTの程度のエネルギー差を観測して情報(負のエントロピー)に変換する非平衡系が生命である。
生命の起源にとって、k_BTの程度のエネルギー感度は必然である。細胞表面に複数のレセプター分子を並べることも加算平均化になる。観測装置としての細胞が複数結合した加算平均化が生存価を増す。多細胞生物への進化は、単細胞生物に比べて、熱雑音に埋もれた微弱な観測信号の信頼性(情報量)を加算平均化によって改善した例である、ことの情報理論的検証を目的とした。
当初計画は、割球数の増加にともなう膜電位雑音の振幅減少の実測によって、加算平均原理を実証するものであった。しかし膜電位雑音の計測は不安定で卵割前後の比較が困難であった。また代替法として試みた膜電位固定下での電流雑音の計測も不調に終わった。このため、多細胞化の熱雑音仮説の実証は達成できなかったが、その情報論的考察の拡張に寄与した。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (18件)

  • [雑誌論文] Gaseous neuromodulator-related genes expressed in the brain of honeybee Apis mellifera.2007

    • 著者名/発表者名
      Wanatabe T.
    • 雑誌名

      Develp. Neurobiol. (In press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nitric oxide synthase in crayfish walking leg ganglia : segmental differences in chemo-tactile centers argue against a generic role in sensory integration2007

    • 著者名/発表者名
      Ott S. R.
    • 雑誌名

      J. Comp. Neurol. 501

      ページ: 381-399

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 連載解説 : 生物学のための情報論-情報とは何か? 情報量とは何か? 生命現象との関係は何か? -第5回~第6回2006

    • 著者名/発表者名
      下澤楯夫
    • 雑誌名

      比較生理生化学 Vol.23,No.2-Vol.23,No.3

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Experience based agonistic behavior in female crickets, Gryllus bimaculatus2006

    • 著者名/発表者名
      Delago A.
    • 雑誌名

      Zool. Sci. 23

      ページ: 775-783

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] クロコオロギの社会的経験による攻撃行動と回避行動の切り換え2006

    • 著者名/発表者名
      頼経篤史
    • 雑誌名

      第7回(社)計測自動制御学会・システムインテグレーション部門・講演論文集 06 SY 0013

      ページ: 874-875

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Termination profiles of insect chemosensory afferents in the antennal lobe are dependent on their origin on the flagellum.2006

    • 著者名/発表者名
      Nishino H.
    • 雑誌名

      NeuroReport 17. 12

      ページ: 1303-1307

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 昆虫の聴覚器官-その進化-2006

    • 著者名/発表者名
      西野浩史
    • 雑誌名

      比較生理生化学 23・2

      ページ: 84-95

    • NAID

      10025858599

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Pheromone-sensitive glomerule in the primary olfactory centre of ants.2006

    • 著者名/発表者名
      Yamagata N.
    • 雑誌名

      Proc. R. Soc. B 273

      ページ: 2219-2225

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of previous experiences on the agonistic behavior of male crickets Gryllus bimaculatus.2006

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki M.
    • 雑誌名

      Zool. Sci. 23

      ページ: 863-872

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nitric oxide-cGMP signaling is critical for cAMP-dependent long-term memory formation2006

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Y., Unoki S., Aonuma H., Mizunami M.
    • 雑誌名

      Learning & Memory 13(1)

      ページ: 35-44

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] コオロギ集団における多様的振るまいのモデル化2006

    • 著者名/発表者名
      足利 昌俊, 平口 鉄太郎, 佐倉 緑, 青沼 仁志, 太田 順
    • 雑誌名

      自律分散シンポジウム資料 06 SY 0001

      ページ: 189-194

    • NAID

      10022566359

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Sample Size Dependence of Estimation Error of Information Carried by Neuronal Spike Train.2005

    • 著者名/発表者名
      Murakami J.Kidachi T.Haseyama M., Shimozawa T.
    • 雑誌名

      Systems and Computers in Japan Vol36, No.7

      ページ: 84-95

    • NAID

      110003201950

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Biological Insight into Future Technology-what Living cells Tell us. Key note speech,2005

    • 著者名/発表者名
      Shimozawa T.
    • 雑誌名

      Proc. The 3rd Annual International. IEEE EMBS Special Topic Conf. on Microtechnology in Medicine and Biology, Oahu, Hawaii 0-7803-8711-2/05

      ページ: 174-174

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 連載解説:生物学のための情報論 -情報とは何か? 情報量とは何か? 生命現象との関係は何か?- 第1回〜第4回2005

    • 著者名/発表者名
      下澤楯夫
    • 雑誌名

      比較生理生化学 Vol.22,No.1〜Vol.23,No.1

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Dual, multi-layered somatosensory maps formed by antennal tactile and contact chemosensory afferents in an insect brain2005

    • 著者名/発表者名
      Nishino H.Nishikawa M.Yokohari F., Mizunami M.
    • 雑誌名

      Journal of Comparative Neurology 493

      ページ: 291-308

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Discrimination of conspecific individuals via cuticular pheromones by males of the cricket Gryllus bimaculatus2005

    • 著者名/発表者名
      Nagamoto J., Aonuma H., Hisada M.
    • 雑誌名

      Zool.Sci. 22

      ページ: 1079-1088

    • NAID

      110006281703

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Pheromone processing center in the protocerebrum of Bombyx mori2005

    • 著者名/発表者名
      Seki Y., Aonuma H., Kanzaki R.
    • 雑誌名

      J.Comp.Neurol. 481

      ページ: 340-351

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 昆虫の行動決定にかかわる神経機構2005

    • 著者名/発表者名
      青沼 仁志
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌 23(1)

      ページ: 6-10

    • NAID

      10014102833

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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