2016 Fiscal Year Annual Research Report
Living Matter as a Super Parallel Autonomous System
| Project/Area Number |
15H02121
|
|---|
| Research Institution | Doshisha University |
|---|
Principal Investigator |
吉川 研一 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80110823)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| 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 |
|---|
| 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、一定の直流電圧印加のもとで、電極間でμmスケールのプラスチックの安定な公転運動を引き起こす実験系を構築することに成功している。ミクロな系では、常にBrown運動によるゆらぎの効果があるが、そのような条件下、定常的な運動を起こすことが可能になったことは、重要な成果であると考えられる。更には、外部からのゆらぎのもと、ミクロな閉鎖系では、自律的に、サイズの異なる物体が空間内でミクロ相分離を起こすことを、理論計算で明らかにした。また、このような理論的な考察に基づき、実験系を設計し、振動盤上で特異的な物体の局在化が可能であることを報告ひている。自律運動系の研究では、気相からの化学的刺激により、走化性をしめす液滴についての研究を論文としてまとめている。一方、DNA関連では、超好熱菌由来の分岐型ポリアミンが、ゲノムDNAの高次構造を特異的に変化させること、更には、２価と３価のポリカチオンが、DNAの高次構造に対して拮抗的な作用を示すことなどを明らかにしている。
|
| 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。自律運動系の研究では、走化性油滴の研究が App.Phys.Lett. に、直流電場下でのミクロモータの研究はJ. Chem. Phys.に掲載されている。また、モデル人工細胞系の研究は、Physica D および、ChemPhysChemに出版済みである。DNA関係では、２価と３価のカチオンのDNAに対する競合作用の論文が J.Chem.Phys.に、好熱菌由来のポリアミンによるDNA高次構造変化の研究が、J.Chem.Phys.に掲載済みとなっている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
医科学領域や生命科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： DNA 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。
|
