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2014 Fiscal Year Annual Research Report

微生物の運動形態の変化に関する流体数理

Research Project

Project/Area Number 12J02077
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

石本 健太  京都大学, 数理解析研究所, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords微生物 / 低レイノルズ数流れ / 境界要素法 / 精子
Outline of Annual Research Achievements

昨年度から、境界要素法を用いた流体中の微小生物の運動に関する数値計算手法を開発し、その中でも具体的な問題として精子遊泳の研究を行ってきた。境界要素法による数値計算は良い精度を与えるが、一方で計算コストが大きく、精子遊泳のような具体的な生物の問題では多くのパラメータスタディを要するため改善が必要であった。

そこで、本年度はStokes方程式を近似的に解くregularized Stokeslet法に注目し、計算の低コスト化を図った。また、一様な流れのもとで、境界付近の精子が流れの上流に泳ぐという性質(走流性)に関して、regularized Stokeslet法による流体数値シミュレーションを行った。これにより、精子の走流性が流体力学を中心とした力学的な現象であることがわかった。

また、哺乳類精子は受精の際、卵を覆っている透明帯に付着することが知られている。体外受精の際には無数の精子が透明帯に付着するが、精子の遊泳による力のために卵が回転することが古くから知られてきた。しかし、ほとんどの卵の回転方向が(ガラス基板の上側から見たとき)左回転になっていることは長年受精の神秘として生殖生物学者の中で謎とされてきた。そこで、昨年度から研究を行ってきた境界要素法による高精度の数値計算によって精子1匹が卵に及ぼす力の大きさを数値的に求め、多くの精子が付着した卵の運動に関する数理モデルを構築し、解析することで、一方向の卵の回転現象の解明に迫った。その結果、精子の鞭毛運動のもつchiralityと、ガラス基板と卵の間にはたらく流体相互作用からくる複合的な物理学的なダイナミクスであることが分かった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Fluid flow and sperm guidance: a simulation study of hydrodynamic sperm rheotaxis2015

    • Author(s)
      K. Ishimoto and E. A. Gaffney
    • Journal Title

      Journal of the Royal Society Interface

      Volume: N/A Pages: N/A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Swimming efficiency of spherical squirmers: Beyond the Lighthill theory2014

    • Author(s)
      K. Ishimoto and E. A. Gaffney
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 90 Pages: 012704

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.90.012704

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A study of spermatozoan swimming stability near a surface2014

    • Author(s)
      K. Ishimoto and E. A. Gaffney
    • Journal Title

      Journal of Theoretical Biology

      Volume: 360 Pages: 187-199

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2014.06.034

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 座標に基づいた帆立貝定理の証明2014

    • Author(s)
      石本健太、山田道夫
    • Journal Title

      日本流体力学会誌「ながれ」

      Volume: 33 Pages: 237-240

    • Open Access
  • [Presentation] 座標に基づいた帆立貝定理の証明2014

    • Author(s)
      石本健太、山田道夫
    • Organizer
      日本流体力学会年会2014
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2014-09-15 – 2014-09-17
    • Invited
  • [Presentation] 回転する受精卵の数理モデル2014

    • Author(s)
      石本健太、伊川正人、岡部勝
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] The enigma of egg rotation2014

    • Author(s)
      K. Ishimoto, M. Ikawa and M. Okabe
    • Organizer
      12th International Symposium on Spermatology
    • Place of Presentation
      Newcastle City Hall, Newcastle, NSW, Australia
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-14
  • [Presentation] Hydrodynamic spermatozoan swimming stability near boundaries2014

    • Author(s)
      K. Ishimoto and E. A. Gaffney
    • Organizer
      Joint Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology
    • Place of Presentation
      Osaka International Convention Center
    • Year and Date
      2014-07-28 – 2014-08-01
  • [Presentation] Cell-wall hydrodynamic interaction at low Reynolds number2014

    • Author(s)
      K. Ishimoto
    • Organizer
      7th World Congress of Biomechanics
    • Place of Presentation
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center
    • Year and Date
      2014-07-06 – 2014-07-11
    • Invited
  • [Remarks] Home

    • URL

      http://www.kurims.kyoto-u.ac.jp/~ishimoto/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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