2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02121
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
吉川 研一 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80110823)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 修 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
福田 青郎 立命館大学, 生命科学部, 任期制講師 (30421283)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 生命現象の物理 / 時空間秩序 / 非線形科学 / 非平衡物理 / 自律運動 / 実空間モデル / 数理モデル / 形態形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生命体を非平衡開放系での自律的システムと捉え、生命現象の基盤を物理の視点で解き明かすことを目指す。生命現象の中でも、 １）非平衡ゆらぎが引き起こすマクロな自律運動 (nmからcmスケールへの逆カスケード)、２）DNA（一次元塩基配列）から形態形成（時空間４次元）への物理学、の２つの未解明の問題を中核的な課題として捉え、数理モデルと実空間モデルの研究を有機的・効果的に組み合わせる中で、生命現象の本質に迫ることを目指している。具体的な成果として、フラーレンのトルエン溶液を用いて、溶媒を蒸発させると、自発的にマイクロスケールのラセンや同心状のパターンが生成することを見出し、そのメカニズムについて、溶液の接触角のピン止め効果を取り入れた偏微分方程式を導入して定量的な説明をすることに成功している。また、酵素反応のダイナミックスについて、反応系への入力に時間的な周期性が有る場合には、反応自体にon/off性が現れることを理論的に明らかにしている。このような現象については、今後実際の実験系で検証をすすめていることを予定している。生物の動的な形態形成モデルとして、歯根の自律的な生成について、細胞が上皮と実質部分で細胞分裂することによって、自発的に表れる力学的不安定性が、buding 構造の形成に関して中心的な役割を担うといった理論的なモデルを構築し、実際の実験系での観察結果と良く対応していることを明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
１）非平衡ゆらぎが引き起こすマクロな自律運動 (nmからcmスケールへの逆カスケード)、２）DNA（一次元塩基配列）から形態形成（時空間４次元）への物理学、の２つの未解明の問題を中核的な課題として研究が順調に進展してきている。フラーレン溶液からの、マイクロスケールのらせんや同心円構造の自発的生成については、J. Chem. Phys.に掲載済みである。酵素反応系に対する周期的入力による、出力のon/off性については、Choasに発表済みである。また、歯根の自発的生成についての理論モデルについては、J. Theoretical Biol.に掲載した。
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| Strategy for Future Research Activity |
医科学領域や生命学分野の研究者との共同研究を重視し、理論や再構成系で得られた知見を実際の生体系で検証するなかで、新しい生命観を創出すると共に、臨床医学や生命科学分野への応用展開も位置づける。
１）非平衡ゆらぎが引き起こすマクロな自律運動：プラスチックなどの固形のマイクロ物体を用いて、一定電場やレーザー照射などにより、往復や回転運動などの規則的な自律運動を行う実験系の構築を目指したい。
２）DNA（一次元塩基配列）から形態形成（時空間４次元）への物理学： 高次構造転移に伴い、遺伝子活性がどのように変化するのかといった実験系の確立を目指す。また、分子・細胞・細胞集団という階層間の相互作用を取り入れた、階層包括的な実空間モデルの創出も目指したい。
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[Presentation] Physics of Life2016
Author(s)
Kenichi Yoshikawa
Organizer
Kyoto Winter School 2016, From Materials to Life: Multidisciplinary Challenges
Place of Presentation
京都大学
Year and Date
2016-02-15
Int'l Joint Research / Invited
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