巨大アメーバ・粘菌の形状変化に基づく細胞インテリジェンスの創発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650266
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 上田 哲男 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20113524)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中垣 俊之 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (70300887)
• Keywords: 細胞インテリジェンス / 粘菌 / 迷路解法 / 結合振動子 / 収縮リズム / 光形態形成 / 作用スペクトル / フィトクローム

Research Abstract

粘菌は、進化的に初期に生まれた巨大アメーバ様細胞で、裸の原形質の塊とみなせる。しかし、この原始生命体は、単なる分子の集合体ではなく、外界情報を受容し、判断し、適切に応答する、いわば脳的機能を持つインテリジェントな生命システムである。粘菌の特徴を利用して、リズム特性に基づくインテリジェント機能を調べ、以下の成果を得た。
1.粘菌の迷路問題解法における最短コース検出精度の決定。
粘菌は迷路の出口と入口を最短コースで結ぶように管を形成する。どの程度の距離差を判定できるかを、リング状に這わせた粘菌で調べたところ、2%程度の長さの違いを検出していることがわかった。
2.リング状に結合した粘菌振動子系の集団モード解析。
同調した収縮リズムを示す粘菌を3個、4個、5個とリング状に結合して、振動リズムの集団パターンを測定・解析した。それぞれ、回転、一部同相、半周期の3モードが、回転、半周期、部分的同相/逆相、および隣同士が逆位相の4モードが、位相が72°ずれた回転、位相が144°ずれた回転、半周期、部分的な同相のモードが見られ、ホップ分岐の対称性解析の予想と一致した。
3.光誘導フラグメンテーションにおけるフィトクロームの関与。
フラグメント化の光作用スペクトル実験から、UVA紫外光,青色光、遠赤色光が有効で、赤色光は遠赤色光の誘導を阻害した。遠赤色・赤色光の交互照射による差吸収スペクトル実験から、光可逆変換するフィトクロームの存在が証明された。反応動力学モデルにより、光強度-応答曲線を定量的に説明した。

Research Products

• [Publications] T. Nakagaki: "Smart behavior of true slime mold in a labyrinth"Res. Microbiol.. 152. 767-770 (2001)
• [Publications] T. Nakagaki: "Path finding by tube morphogenesis in an amoeboid organism"Biophys. Chem.. 92. 47-52 (2001)
• [Publications] A. Takamatsu: "Spatiotemporal symmetry in rings of coupled biological oscillators of Physarum plasmodial slime mold"Phys. Rev. Lett. 87. 078102-1-078102-4 (2001)
• [Publications] Y. Kakiuchi: "Light irradiation induces fragmentation of the plasmodium, a novel photomorphogenesis in the true slime mold Physarum polycephalum : action spectra and evidence for involvement of the phytochrome"Photochem.Photobiol. 73. 324-329 (2001)
• [Publications] 中垣俊之: "迷路を解く巨大アメーバ細胞:粘菌"生物物理. 41. 244-246 (2001)
• [Publications] 中垣俊之: "迷路を解く単細胞生物"遺伝. 55. 23-25 (2001)
• [Publications] 垣内康孝: "粘菌にみる巨大細胞体制の構築"生物物理. 41. 70-73 (2001)