2018 Fiscal Year Annual Research Report
Living Matter as a Super Parallel Autonomous System
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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, 研究開発推進機構, 客員教授(嘱託研究員) (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 関西学院大学, 理工学部, 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 / 非平衡科学 / 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。自律運動系の研究成果として、光照射によるミクロな流体ポンプ機能の発現系の構築が挙げられる。これは、臨界点近傍の均質な溶液にレーザを照射すると、相分離が起こりこれにより液体中に圧力勾配が生じる現象に注目して、容器の形状に非対称性を導入すると定常的な一方向流が生じること明らかにした研究である。これに加えて、金属シートに定常的なレーザ照射を行うと、シートが規則的な往復運動を引き起こすことなども明らかにしている。2)の研究課題についても、順調に研究が進展している。細胞に普遍的に存在しているポリアミンに注目して、ゲノムDNAへの作用を、一分子計測により研究をおこなった。その結果、ポリアミンが遺伝子発現を活性化させる効果が、あるが、その濃度が増大すると、発現の完璧な阻害がおこるといった、ポリアミンの作用の二面性を明らかにした。さらにこの2面性は、ポリアミンによるDNAの高次構造転移で説明できることを解明したいる。また、沸点に近い高温条件下で生育している好熱菌に特異的に存在してる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ていることなども明らかにして、論文として報告している。
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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、この二つの主要な研究課題について、順調に研究が進展し、国際誌への発表も着実に行ってきている。本年度は、それに加えて、ミクロ流路を用いたゲノムDNAの引き延ばしによる全長計測の自動化手法の報告や、固形物体の集合体に機械的振動を与えると、進行波(travelling wave)が発生し、これまで溶液中の反応で知られていた現象が、固形物体でも起こることを見出すなど、当初は予想されないような新規性の高い研究成果が得らている。
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| Strategy for Future Research Activity |
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、これらの研究は当初の予想を超える成果が得られてきている。さらには、細胞の集団の3次元自己組織化なども含めて、一層の研究の飛躍を目指したい。
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