2017 Fiscal Year Annual Research Report
Collective motion of bacterial cells in a two-dimensional circular pool
| Project/Area Number |
15K13537
|
|---|
| Research Institution | Chuo University |
|---|
Principal Investigator |
脇田 順一 中央大学, 理工学部, 教授 (30611404)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 集団運動 / 枯草菌 / Vicsekモデル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
寒天平板上に作成した円形プール内にトラップされた枯草菌は、“換算菌体長λ（菌体長とプールの直径の比）”と“菌密度ρ”の違いによって、様々な集団的振る舞いを示す。初年度はλとρを変えたときの様子を詳しく観察し、相図を作成した。この過程で菌集団の振る舞いには6種類の特徴的なパターンが存在し、特にλには菌集団の振る舞いが急激に変化する閾値が2つあることが確認された。この結果は2015年11月に論文発表し、9月開催の日本物理学会と翌年7月開催の統計物理国際会議にて発表した。次年度はλの閾値の1つに着目し、その閾値近傍で菌集団の振る舞いを定量的に表すことを試みた。λが増加するとき、閾値を境に菌集団はランダムな運動からプール壁に沿った反時計回りの回転運動へと変化する。ここではPIV法を用いて菌集団の運動方向を抽出し、その円周方向成分を秩序パラメータQとすることにより、閾値を境にQが0から急激に立ち上がる様子を確認できた。この結果は2017年3月開催の日本物理学会にて発表した。最終年度はρが低密度の極限である1匹の系に着目した。前年度と同じλの閾値近傍で菌単体の振る舞いとQについて調べたところ、ランダムな運動を示す系と反時計回りの回転運動を示す系がλによらず両方観察され、Qの急激な変化は確認されなかった。すなわち、菌単体はプール壁に沿って反時計回りに回転運動する性質をもっていることと、培地の凸凹等環境ノイズの影響が確認された。菌数の増加にともなって菌同士の相互作用頻度が増加し、その結果、λに閾値が現れることから、菌集団の振る舞いには「菌とプール壁の相互作用」と「菌同士の相互作用」、「環境ノイズの影響」の３つの要素が関係していることが明らかになった。この結果は2018年3月開催の日本物理学会にて発表した。集団運動のプロトタイプモデルであるVicsekモデルとの比較は今後の課題である。
|
