1999 Fiscal Year Annual Research Report
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11214205
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
松下 貢 中央大学, 理工学部, 教授 (20091746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 正人 広島大学, 理学部, 教授 (70263358)
三村 昌泰 広島大学, 理学部, 教授 (50068128)
香取 眞理 中央大学, 理工学部, 教授 (60202016)
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| Keywords | 成長パターン / パターン形式 / 細菌(バクテリア) / 集落(コロニー) / 枯草菌 / プロテウス菌 / 反応拡散系 |
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| Research Abstract |
我々は細菌集落(コロニー)を生物系に現れる成長パターンの具体例として、その成長実験・観察・解析と成長パターンのモデル化を行っている。細菌は栄養濃度や培地の固さを変えるとそれに応じて多彩な形の集落を形成する。このように特徴的な集落パターンを呈すること自体、細菌達が単純に単細胞的にかつ受動的に生きているのではなくて、何らかの仕方で環境という場と積極的にかつ集団的に相互作用している可能性がある。
我々はこれまでの研究で、大腸菌や枯草菌などごく普通の細菌を寒天平板上で培養したときに、栄養濃度と寒天濃度(培地の固さ)という細菌の成長条件を決める二つのパラメータを変えるだけで、成長する集落のパターンが多様に変化することを見出した。特に、枯草菌について集落パターンの相図を定量的に確立することができた。即ち、自己相似フラクタルなDLA的パターンや、コンパクトなEden的パターン、同心円状パターン、枝分かれが密集したDBM的パターン、一様等方なディスク状パターンといった、5種類の典型的なパターンを呈する領域があることを明らかにしてきた。それぞれのパターンについて、界面成長ダイナミクスの特徴を浮き彫りにすべく、集落形成中の細菌の微視的な振舞いを顕微鏡観察して記録し、解析している。
プロテウス菌は規則的な同心円状集落パターンを作ることで有名である。この菌についても集落パターンの相図を確立し、さらに同心円状集落パターン形成の機構を解明すべく、各種の実験を行ってきた。特に、遊走期は菌密度がある値にまで増加すると始まり、停止期は菌密度がある値にまで減少すると始まることを見出した。即ち、少なくとも巨視的、現象論的には、菌密度に二つの閾値があり、それによって集落の成長先端で周期的な遊走・停止が繰り返され、結果としてきれいな同心円状の集落パターンが得られるということである。
理論的研究の目標としては、栄養場は連続的だとして拡散場とみなしてもよいが、細菌は個の集まりとするような、ハイブリッド・モデルを確立しなければならない。その出発点として、上述の典型的な5種類の集落パターンを再現するような比較的単純な反応拡散方程式で表されるモデルを提案している。
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[Publications] H. Itoh: "Periodic Pattern Formation of Bacterial Colonies"J. Phys. Soc. Jpn.. 68.4. 1436-1443 (1999)
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[Publications] M. Matsushita: "Formation of Colony Patterns by a Bacterial Cell Population"Physica A. 274. 190-199 (1999)
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[Publications] T. Matsuyama: "Dynamic Aspects of the Structured Cell Population in a Swarming Colony of Proteus mirabiles"J. Bacteriol.. 182.2. 385-393 (2000)
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[Publications] S. Kizaki: "Analysis of Canopy-Gap Structures of Forests by Ising-Gibbs States"J. Phys. Soc. Jpn.. 68.8. 2553-2560 (1999)
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[Publications] M. Katori: "Survival Probabilities for Discrete Time Models in One Dimension"J. Stat. Phys.. 99(to appear). (2000)
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[Publications] M. Kimura: "Time Local Existence of a Moving Boundury of the Hele-Shaw Flow with Suction"Eur. J. Appl. Math.. (to appear). (2000)
