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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Mathematical model approach for aggregation mechanism of biological species

Research Project

Project/Area Number 26800084
Research InstitutionUniversity of Miyazaki

Principal Investigator

出原 浩史  宮崎大学, 工学部, 准教授 (50515096)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsパターン形成
Outline of Annual Research Achievements

周囲に存在する特定の化学物質の濃度勾配に対して、生物個体が方向性を持った行動を起こす走化性と呼ばれる現象がある。例えば、大腸菌やサルモネラ菌などのバクテリアは、ある化学物質の濃度勾配を感知してその高い方向へと移動する走化性を持つ。そのようなバクテリアを養分を含んだ培地上で培養すると走化性と増殖の効果によって非常に規則正しい複雑なコロニーパターンを形成することはよく知られている。さらにそのコロニーパターンは培地に含まれる養分濃度等に応じて様々に変化する。このようなパターン形成過程やメカニズムを理解するために数理モデルによるアプローチがなされてきた。パターン形成メカニズムを説明するために様々な数理モデルが提唱されているが、その共通の構成要素は走化性と増殖である。
これまで最も単純な走化性と増殖を含む数理モデルの解析を行ってきた。本年度はこれまでのlogistic増殖項ではなく、cubic型の増殖項を持つ走化性-増殖方程式を考察し、増殖項の違いによってパターンダイナミクスにどのような違いが現れるのかを調べた。その結果として、cubic型の増殖項を持つ走化性-増殖方程式はlogistic増殖項を持つそれとは異なるダイナミクスが走化性効果が強い時に見られることがわかった。つまり走化性効果の強さによって生物種が集合しすぎることで絶滅しうることが数値計算から示唆された。これはこれまで知られていなかった新たな現象であり、現在論文を執筆し投稿準備中である。
さらに本研究の応用として、大腸菌のコロニーパターンを記述する新たな数理モデルの構築を考えている。

  • Research Products

    (12 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ローマ第2大学(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      ローマ第2大学
  • [Int'l Joint Research] パリ南大学/モンペリエ大学(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      パリ南大学/モンペリエ大学
  • [Int'l Joint Research] リムリック大学(アイルランド)

    • Country Name
      IRELAND
    • Counterpart Institution
      リムリック大学
  • [Journal Article] Diffusion-driven destabilization of spatially homogeneous limit cycles in reaction-diffusion systems2017

    • Author(s)
      Masataka Kuwamura, Hirofumi Izuhara
    • Journal Title

      Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science

      Volume: 27 Pages: 033112

    • DOI

      10.1063/1.4978924

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Traveling waves in a reaction-diffusion system describing smoldering combustion2017

    • Author(s)
      Ekeoma R. Ijioma, Hirofumi Izuhara, Masayasu Mimura
    • Journal Title

      SIAM Journal on Applied Mathematics

      Volume: 77 Pages: 614-637

    • DOI

      10.1137/16M1089915

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 微小重力環境におけるすす燃焼の数理解析2017

    • Author(s)
      出原浩史
    • Organizer
      数学と現象 in 清里
    • Place of Presentation
      明治大学清里セミナーハウス
    • Year and Date
      2017-01-31 – 2017-01-31
    • Invited
  • [Presentation] Vegetation and desertification in arid and semiarid ecosystems2016

    • Author(s)
      Hirofumi Izuhara
    • Organizer
      Mathematical Biology Workshop for Ecology and Evolutionary Problems
    • Place of Presentation
      NIMS, Daejeon, Korea
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-16
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Traveling wave solutions in a nonlinear system for contact inhibition of cells2016

    • Author(s)
      Hirofumi Izuhara
    • Organizer
      Reaction-Diffusion Systems in Mathematics and Biomedicine A GDRI ReaDiNet Conference in Frejus
    • Place of Presentation
      Villa Clythia, Frejus, France
    • Year and Date
      2016-09-19 – 2016-09-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Vegetation patterns in arid ecosystems2016

    • Author(s)
      Hirofumi Izuhara
    • Organizer
      Patterns and Waves 2016
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2016-08-02 – 2016-08-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A link between microscopic and macroscopic models of self-organized aggregation2016

    • Author(s)
      出原浩史
    • Organizer
      数学と現象 in 奥多摩
    • Place of Presentation
      奥多摩町福祉会館
    • Year and Date
      2016-07-29 – 2016-07-29
    • Invited
  • [Presentation] Traveling waves in a Reaction-diffusion system describing smoldering combustion2016

    • Author(s)
      Hirofumi Izuhara
    • Organizer
      The 11th AIMS International Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications
    • Place of Presentation
      Orlando, USA
    • Year and Date
      2016-07-03 – 2016-07-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] Hirofumi Izuhara's webpage

    • URL

      https://sites.google.com/site/hirofumiizuhara/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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