有殻アメーバの頑健な卵型被殻形成から学ぶ力学的最適化
Publicly Offered Research
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
21H00359
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
野村 真未 山形大学, 理学部, 助教 (40770342)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 有殻アメーバ / 被殻構築 / FIB-SEM / 3Dプリンター / ３Dプリンター / 微細構造 / 元素分析 / 卵型被殻 / セメント物質 |
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| Outline of Research at the Start |
有殻アメーバは細胞外に複数の鱗片から構築された卵型被殻を建築する。この殻の頑健性は鱗片が力学的に最適な位置に配置され、セメント物質によって接着されることで担保されると考えられる。進化の過程で最適化された卵型被殻における鱗片配置の力学特性を明らかにすることは建築学へ新たな知見をもたらしてくれるだろう。しかし、この殻が構築過程のいつ、どのくらい、何によって頑健な構造になるのかはわかっていない。本研究では①卵型被殻の頑健性を定量的に解析し、②セメント物質の構成成分を明らかにする。さらに、③3Dプリンターを用いて卵型被殻の模型を作成し、鱗片の配置とセメント物質の関係が力学的に最適になる条件を探す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
有殻アメーバのポーリネラは細胞外に複数の鱗片から構築された卵型のサステナブル被殻を建築する。この殻の頑健性は鱗片が力学的に最適な位置に配置され、セメント物質によって接着されることで担保されると考えられる。進化の過程で最適化された卵型被殻における鱗片配置の力学特性を明らかにすることは建築学へ新たな知見をもたらしてくれる。しかし、この頑健な被殻の構造すらまだ正確にはわかっていない。そこで、本研究では将来の建築学への応用を念頭に、本年度はFIB-SEMのデータをもとにセグメンテーション解析を行い、さらに3Dプリンターを用いて卵型被殻の模型を作成し、被殻の構造を明らかにすることを目的とした。これまでの研究で我々は集束イオンビーム-走査型電子顕微鏡（FIB-SEM）を用いて卵型被殻の完全3D像の取得に成功していた。そこで、このデータを利用し、3Dプリンターで1万倍に拡大した完全な1つの被殻を印刷した。1つは被殻長軸方向に二分した被殻を印刷し、それを見本模型とした。さらに、一枚一枚の鱗片を個別にセグメンテーションしたものを印刷し、見本模型を見ながら被殻を組み立てた。また、鱗片ごとにセグメンテーションを行ったデータを用いてそれぞれの鱗片の体積と重心を算出し、3次元空間上にどの様に鱗片が配置されているのかを明らかにした。XY平面もしくはXYZ3次元空間に各鱗片の重心をプロットした結果、5枚の花びら状に鱗片の重心が配置されていることが明らかとなった。細胞長軸方向に並ぶ鱗片の重心が一直線上であれば、XY平面二次元プロット上で直線が放射状に伸びるだけであるが、鱗片の重心の配置が花びら状になっているということは各列ちょうど1周ねじれているといえる。つまり、細胞長軸方向に並ぶ鱗片の重心はS字状にずれて配置されていることがわかった。これらの成果について論文投稿準備中である。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
