2000 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, 講師 (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 / パターン形成 / 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 / クウオーラム・センシング |
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| Research Abstract |
我々は生物系に現れる成長パターンの具体例として細菌集落(コロニー)を取り上げ、その成長の実験・観察・解析と集落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。このことは、単細胞生物の典型といわれている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、多細胞的な生存戦略を取っていることを強く示唆する。
我々はこれまでの研究で、大腸菌や枯草菌、霊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環境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のモルフォロジー・ダイアグラムを定量的に確立し、自己相似フラクタルなDLA的パターンなど、5種類の典型的なパターンを呈することを明らかにしてきた。そしてそれぞれのパターンについて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。本年度は5種類の典型的なパターンの中の同心円状パターンの成長ダイナミクスに重点を置いて研究した。
プロテウス菌は非常に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。この菌についても同心円状集落形成の機構を解明すべく、レプリカ・プリンティングなど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。これは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、結果として同心円状の集落パターンが得られるということを意味する。
以上の観察のモデル化の試みとして、枯草菌に対しては典型的な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た。また、プロテウス菌についても、これまでの観察を基礎にしたモデルを提案している。
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[Publications] M.Mimura: "Reaction-Diffusion Modeling of Bacterial Colony Patterns"Physica A. 282. 283-303 (2000)
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[Publications] H.Itoh: "Periodic Colony Formation of Bacteria due to Their Cell Reproduction and Movement"Prog.Theor.Phys.Suppl.. 139. 139-151 (2000)
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[Publications] J.Wakita: "Periodic Colony Formation by Bacterial Species Bacillus subtilis"J.Phys.Soc.Jpn.. 70・3. 3701-3709 (2001)
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[Publications] M.Katori: "Percolation Transitions and Wetting Transitions in Stochastic Models"Brazilian J.Phys.. 30・1. 83-96 (2000)
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[Publications] M.Mimura: "Dynamics of Travelling Breathers Arising in Reaction-Diffusion Systems-ODE Modelling Approach-"Hiroshima Math.J.. 30. 221-256 (2000)
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[Publications] M.Kimura: "Shape Derivative and Linearization of Moving Boundary Problems"GA Kuto Int.Ser.Math.Sci.Appl.. 13. 167-179 (2000)
