Mechanics of walled biological cells explored with macroscale physical models

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01192
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: WADA Hirofumi 立命館大学, 理工学部, 教授 (50456753)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 弾性シェル / 座屈不安定性 / バイオメカニクス

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have investigated mechanics and geometry of a range of thin structures including rods, ribbons, plates and cylindrical shells by combining physical experiments, numerical simulations and analytical theory. The project aimed at obtaining mechanical insights onto the structures and functions of walled biological cells such as bacteria and plant cells. While we were less successful at revealing effects of large turgor pressure on such stiff walled cells, we were able to obtain the major results in the five inter-related projects, the details of which are described separately in this final report.

Free Research Field

メカニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題の主題は、バクテリアや植物細胞の生物学的機能を支える力学的構造についての理解を深めることであった。力学的側面に着目する限り、類似の構造を有するもっと巨視的でありふれた対象を深く調べることには大きな意義がある。本研究では、円筒型の弾性シェルの変形に始まり、弾性リボン、折り紙や切り紙、そしてスナップフィットのような工業デザインの力学的仕組みまで、多岐にわたる系の新たな性質をいくつも明らかにした。これらの成果は、親しみやすい系への我々の理解を直接的に促進しただけでなく、細胞壁をもつ生物の力学デザインを明らかにするための概念的基盤を提供するものである。