2017 Fiscal Year Annual Research Report
From Order to Functions in Small Reaction Diffusion System as a Biological Motif
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
25103008
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| Research Institution | Yamaguchi College of Arts |
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Principal Investigator |
櫻井 建成 山口芸術短期大学, 芸術表現学科, 准教授 (60353322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 秀至 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (10401217)
北畑 裕之 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20378532)
澤井 哲 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20500367)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 非平衡系物理学 / 数理物理学 / 生物物理学 / 非線形科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、反応拡散波と界面変形を伴ったアクティブマターの相互依存性から生み出される動的秩序とそれに由来する機能の普遍的性質の解明を目的とした。特に生物の多様な運動形態の理解へ向け、生物と非生物の両方から迫る試みを行った。そこでは反応拡散系とアクティブマターの結合系という新しい枠組みを提案し、細胞ダイナミクスの背後にある物理的な対応を常に意識しつつ理論を発展させた。具体的には、研究期間中に
（１）細胞性粘菌アメーバに着目し、その極性が走化性誘引分子の時間変動成分によって誘起されることを実験的に示し、適応応答する反応拡散系の秩序形成として理解できることを数理的に示した。こうした細胞の形状変化について、アクチンとそれに付随する膜上のイノシトールリン脂質のリン酸化反応の伝播波の二変数興奮系とフェイズフィールドの結合系の振る舞いの詳細をしらべ、細胞端に局在する発火パターンで駆動される特徴的な変形ダイナミクスを明らかにした。
（２）細胞集団では、細胞同士が互いに力を及ぼし合い、形態の変形が起こる（弾性的変形）。同時に、細胞の相互の位置が入れ替わる（塑性変形）ので、長い時間スケールでみると流体的な挙動を示す。更に、細胞分裂などによる変形もある。これらの変形を統合し、組織レベルの変形を記述する連続体モデルの構築と拡張を行った。特に上皮細胞組織の発生現象を念頭に、(a)細胞弾性を記述する自由エネルギーの導出、(b)アクティブ効果をいれることによる、コンバージェントエクステンションの新規メカニズムの発見、(c)細胞分裂やアポトーシスが及ぼす組織変形の定式化を行った。(b)では、発生過程などでよく見られるコンバージェントエクステンションの新規メカニズムを発見した。
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(21 results)
