Bacterial Chemotaxis Reproduced by Collection of Self-Propelled Objects

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03676
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 末松 信彦 明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (80542274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田切 健太 専修大学, ネットワーク情報学部, 准教授 (20552425) ; 池田 幸太 明治大学, 総合数理学部, 専任准教授 (50553369)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 自己駆動粒子 / 界面化学 / 走化性 / 確率微分方程式

Outline of Annual Research Achievements

これまでに、実験的にバクテリアの走化性を模倣した自己駆動粒子の走化性を実現し、そのメカニズムを説明するために数理モデルの構築を行ってきた。前年度までに、これらの成果をまとめていた内容を、今年度は確率微分方程式の観点から修正し、さらに数理解析を行った。これにより、run-and-tumbleのうち、runの距離のみに着目し、それが位置と移動方向に依存することで走化性を実現できることを示した。
Langevan方程式の導出に際して、縮約の方法が適切であることを確認し、我々の導いた条件が正しいことを確認することができた。これらを踏まえて、論文を作成し、投稿した。いくつかの雑誌で不採択となり、最終的に、Scientific Reportsで採択直前まで進んだ。レビューの過程で、いくつかの指摘を受け、実験データの追加や解析の追加を行うことで、最終的には、粒の運動の解析から必要なパラメータを全て評価することができた。これらの表化パラメータを用いて、理論式に適用し、最終的に得られる確率分布を、実験で得られた粒子の存在確率の分布と比較したところ、定量的にうまく再現できることまで明らかにできた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初、評価が難しいと考えられた物理パラメータも、実験データをうまく変換することで、評価することに成功し、さらにそのパラメータを用いて理論曲線を描いたところ、実験データをよく再現することができた。これらの理由により、当初の計画よりもうまくいっていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、ここまでに得られた成果を投稿した論文を採択までもっていく。さらに、それらを踏まえて、国際会議で発表し、世界に成果を発信する予定である。

Causes of Carryover

論文の採択までに時間がかかり、当初計画していた投稿料の分が良く年度分として発生した。また、国際会議での発表のための旅費も、次年度分として繰り越すことになった。