2004 Fiscal Year Annual Research Report

単細胞生物粘菌による幾何学的パズル問題の解決法と細胞内計算アルゴリズム

Research Project

Project/Area Number	15300098
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)	西浦廉政北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00131277) 小林亮広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60153657) 高木清二北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80372259)
Keywords	真正粘菌 / Physarum / 細胞行動 / 細胞リズム / アメーバ運動 / 結合振動子系 / 細胞インテリジェンス / 自己組織化
Research Abstract	(A)複合刺激に対する粘菌の情報統合アルゴリズムの解明: 誘引・忌避物質による同時刺激による行動応答を実験・解析した。誘引物質の共存下での忌避応答は、閾値濃度以上で忌避・誘引物質の濃度比に比例して高濃度側へずれた。ところが忌避物質に対する膜電位応答は、共存する誘引物質の影響をほとんど受けなかった。したがって、受容膜での相互作用でなく、細胞内情報統合機構に関係した現象といえる。この実験結果を、細胞内のセカンドメッセンジャーの仮想的な行動制御に与る物質への競争的結合モデルにより、定量的に説明することができた。 (B)幾何学的パズル問題解法の基礎としての空間認識能力の解明: 餌場を複数個置いたときに形成される管のパターンを解析した。餌場が2,3,4個と増やしていくと、任意の点を最短距離で結ぶスタイナーの最小木に類似した管の分布パターンと、切断に対するロバスト性を満たす管の分布パターンのいずれもが見られた。粘菌の管形成は、2つの要請を競合的にみたすような形状をとることを明らかにした。 (C)振動位相パターンを説明する数理モデルの構成: 2つの粘菌変形体を細胞融合させた時、あるいは1つの変形体を部分的に切り離した時、グローバルに逆位相領域が新たに形成される。原形質ゾルに対しては、流れに対する流体力学的保存則を考慮し、ゲルには圧力生成機構と硬さパラメータを考慮した、結合振動子モデルを構築した。本モデルにより、上述の実験結果をシミュレーションした。