2016 Fiscal Year Research-status Report
概日時計における頑健性と可塑性の互恵関係の理論的解析
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15K18512
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
畠山 哲央 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (50733036)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 頑健性 / 可塑性 / 力学系 / 適応 / 理論生物物理学 / システム生物学 / 反応拡散パタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
概日時計は周期の温度・栄養補償性を示す、つまり環境中の温度や栄養状態が変化しても周期はほぼ24時間に頑健に保たれる。同時に、周囲の温度や栄養状態が周期的に変化すると、概日時計の位相はそれに引きこまれる、つまり位相は可塑性を示す。概日時計がどのようにして、周期の頑健性と位相の可塑性を両立させているのかを解き明かすのが本研究の大目標の一つであった。
昨年度までの研究において、異なるメカニズムの概日時計で頑健性と可塑性の互恵性関係が見られること、つまり周期が頑健であればあるほど位相が可塑的になるという関係が見出された。また、互恵性関係が成り立つミニマルなモデルを作成し、互恵性関係がリミットサイクル上の適応現象によって説明可能であることを示した。これにより、適応を介した頑健性において、広い現象において同様の互恵性関係が成り立つ可能性が示唆された。
本年度は、適応メカニズムを反応拡散系に導入することにより、チューリングパタンをはじめとした時空間パタンでも、環境変動に対する波長の頑健性と空間パタンの位相の可塑性の間で互恵性関係が成り立つことを示した。また、時空間パタンの考察から、頑健性と可塑性の互恵性関係には系のスケーリングが重要な役割を果たしていることが示唆された。これは当初の研究計画にはなかった研究であり、大きな進展であると言える。本研究結果はPhysical Review E誌にRapid communicationとして掲載された。
また、頑健性に関わる新たなコンセプトとして、系が定常状態に至るまでの緩和過程の頑健性、dynamics robustnessを提唱し、シグナル伝達系で実際にdynamics robustnessが観察されることを示した。この結果は、PLoS Computational Biology誌に掲載された。
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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
本来、研究計画の2年目に行うはずであった研究計画については、昨年度までにすでに終了し、本年度は頑健性可塑性の互恵性関係というコンセプトを他の生命系に適応するという、本来研究計画になかった研究を行うことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、頑健性可塑性の互恵性関係というコンセプトをさらに幅広い系に適応していくとともに、3年目の研究計画として提案したように進化的見地から頑健性可塑性の互恵性関係を論じることを試みる。
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