| Project/Area Number |
17657025
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Exploratory Research
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Animal physiology/Animal behavior
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
下澤 楯夫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10091464)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2005 – 2006
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2006)
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| Budget Amount *help |
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
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| Keywords | 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 |
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| Research Abstract |
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。
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