周期的成長パターンの形成機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15340126
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 松下 貢 中央大学, 理工学部, 教授 (20091746)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松山 東平 新潟大学, 医学部, 助教授 (00047200)
• Keywords: パターン形成 / 周期的成長 / 同心円状パターン / 結晶成長 / バクテリアコロニー / アスコルビン酸 / 枯草菌 / 霊菌

Research Abstract

本研究では周期的な成長の結果として得られる同心円状パターンに注目している。その一例として、アスコルビン酸の結晶成長に見られる同心円状パターンに注目し、その形成機構を解明することを一つの目標にした。そのために、まずメタノール溶液中のアスコルビン酸の濃度と周囲の湿度をパラメータにして、その成長の様子を詳しく観察して、モルフォロジー・ダイヤグラムを確立した。また、溶媒としてのメタノールの役割が副次的であり、周囲の水蒸気が水になってメタノールに入れ替わり溶媒となるために、初めから水を溶媒とする場合に比べ、結晶成長が始まる時間が約1/20に短縮されることがわかった。
バクテリアでは、枯草菌とプロテウス菌は遊走期と停止期とを交互に繰り返して同心円状コロニーを形成する。これについては、プロテウス菌の場合で得られた、遊走期の開始と停止期の開始にそれぞれバクテリアの細胞密度の高低の閾値があるという我々の実験的な仮説が枯草菌の場合についても妥当かどうかを詳しい観察と測定によって調べた。その結果は、枯草菌の場合もプロテウス菌とほぼ同様な結論であった。
霊菌では、寒天培地の栄養濃度とその固さを変えたときに得られるコロニーのパターンが枯草菌の場合のそれと幾分違うことが予備実験でわかっていた。そこでまず、これら二つの量をパラメータとして、霊菌のコロニーパターンのモルフォロジー・ダイヤグラムの確立を目指した。それがようやく完了しつつあり、枯草菌では見られなかった花びら状パターンが観察される領域があることがわかった。また、霊菌の場合でも同心円状コロニーが成長することがはっきりしてきたが、成長の様子はプロテウス菌や枯草菌のように、遊走期と停止期がはっきりしていない。今後はこの同心円状コロニーの成長特性を実験的に明らかにしていかなければならない。

Research Products

• [Publications] N.Kobayashi: "Modelling and Numerical Analysis of the Colony Formation of Bacteria"Journal of the Physical Society of Japan. 72、4. 970-971 (2003)
• [Publications] M.Ito: "Morphological Diversity in Crystal Growth of L-Ascorbic Acid Dissolved in Methanol"Journal of the Physical Society of Japan. 72、6. 1384-1389 (2003)
• [Publications] J.Suda: "Chirality Change in Helical Crystals of Potassium Dichromate"Journal of the Physical Society of Japan. 73,2. 300-302 (2004)
• [Publications] H.Shimada: "Dependence of Local Cell Density on Concentric Ring Colony Formation by Bacterial Species Bacillus subtilis"Journal of the Physical Society of Japan. 73,4(to appear). (2004)