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細胞集団のフラクタル成長と形態遷移

研究課題

研究課題/領域番号 04452053
研究種目

一般研究(B)

配分区分補助金
研究分野 物性一般
研究機関中央大学

研究代表者

松下 貢  中央大学, 理工学部, 教授 (20091746)

研究分担者 松山 東平  新潟大学, 医学部, 助教授 (00047200)
研究期間 (年度) 1992 – 1993
研究課題ステータス 完了 (1993年度)
配分額 *注記
4,700千円 (直接経費: 4,700千円)
1993年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1992年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
キーワード細菌コロニー / 形態形成 / フラクタル / 自己相似 / 自己アフィン / 形態遷移 / 自己相似性 / 自己アフィン性 / 細胞集落 / パターン形成
研究概要

私たちは最近、大腸菌や枯草菌などごく普通の細菌を寒天板上に培養したときに成長するコロニーのパターンが、栄養濃度と寒天濃度(培地の固さ)という環境を決める二つのパラメータを変えるだけで、多様に変化することを見出した。こうして本研究により、特に枯草菌についてコロニー・パターンの相図を定量的に確立することができた。即ち、細菌コロニーが自己相似フラクタルであるDLAパターンや、全体としてはコンパクトだがパターン界面だけに注目するとそれが荒れていて自己アフィン・フラクタルだと思われるEden的パターン、同心リング状パターン、枝分かれが密集したDBM的パターン、一様等方なディスク状パターンといった、5種類の典型的なパターンを呈する領域があることを明らかにした。また、成長途上のコロニーの顕微鏡観察によって、寒天培地がある程度以上柔らかくなると個々の細菌細胞が寒天培地上を能動的に動き回ることを見出した。この能動的運動がコロニーのパターン変化をトリガーするようである。栄養濃度が低く寒天培地が固めのときには、大腸菌、枯草菌を含む多くの桿菌が栄養の拡散律速による自己相似フラクタルなDLA的コロニーパターンを形成することがわかった。従って、このような環境下ではコロニー形成にDLA機構がかなり普遍的であることが結論される。最も単純なパターンである一様等方なディスク状コロニーについて界面の成長速度、コロニー内の個々の細菌の密度や拡散係数(細菌の動きをブラウン運動とみなして)などを詳しく測定することにより、このようなコロニーの形成が基本的にフィッシャー方程式で記述できることも明らかにした。しかし、Eden的コロニーの自己アフィン性の確認はまだであるし、他の領域のコロニーの形成機構は全く不明で、今後の興味ある課題として残った。

報告書

(3件)
  • 1993 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1992 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (19件)

  • [文献書誌] M.Ohgiwari: "Morphological Changes in Growth Phenomena of Bacterial Colony Patterns" Journal of the Physical Society of Japan. 61. 816-822 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama: "Self-Similar Colony Morphogenesis by Gram-Negative Rods as the Experimental Model of Fractal Growth by a Cell Population" Applied and Environmental Microbiology. 58. 1227-1232 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松下 貢: "バクテリア増殖によるパターン形成" 日本物理学会誌. 47. 441-446 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama: "Fractal Morphogenesis by a Bacterial Cell Population" CRC Critical Reviews in Microbiology. 19. 117-135 (1993)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松下 貢: "細菌集団によるパターン形成" 科学(岩波書店). 64. 104-113 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Wakita: "Experimental Investigation on the Validity of Population Dynamics Approach to Bacterial Colony Formation" Journal of the Physical Society of Japan. 63. 1205-1211 (1994)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松下 貢(編著): "医学・生物学におけるフラクタル" 朝倉書店, 224 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ohgiwari: ", M.Matsushita and T.Matsuyama Morphological Changes in Growth Phenomena of Bacterial Colony Patterns" J.Phys. Soc. Jpn.61. 816-822 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama and M.Matsushita: "Self-Similar Colony Morphogenesis by Gram-Negativ as the Experimental Model of Fractal Growth by a Cell Population" Appl. Environ. Microbiol.58. 1227-1232 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama and M.Matsushita: "Fractal Morphogenesis by a Bacterial Cell Population" CRC Crit. Rev. Microbiol.19. 117-135 (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama, R.M.Harshey and M.Matsushita: "Self-Similar Colony Morphogenesis by Bacteria as the Experimental Model of Fractal Growth by a Cell Population" Fractals. 1. 302-311 (1993)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Wakita, K.Komatsu, A.Nakahara, T.Matsuyama and M.Matsushita: "Experimental Investigation on the Validity of Population Dynmics Approach to Bacterial Colony Formation" J.Phys. Soc. Jpn.63. 1205-1211 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Matsuyama: "Fractal Morphogenesis by a Bacterial Cell Population" CRC Critical Reviews in Microbiology. 19. 117-135 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsuyama: "Self-Similar Colony Morphogenesis by Bacteria as the Experimental Model of Fractal Growth by a Cell Population" Fractals. 1. 302-311 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] 松下 貢: "細菌集団によるパターン形成" 科学(岩波書店). 64. 104-113 (1994)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] J.Wakita: "Experimental Investigation on the Validity of Population Dynamics Approach to Bacterial Colony Formation" Journal OF the Physical Society of Japan. 63. 1205-1211 (1994)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] M.Ohgiwari: "Morphological Changes in Growth Phenomena of Bacteriat Colony Patterns" Journal of Physical Society of Japan. 61. 816-822 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] T.Matsuyama: "SelfーSimitar Colony Morphogenesis by GramーNegative Rods as the Experimental Model of Fractal Growth by a Cell Population" Applied and Environmental Microbiology. 58. 1227-1232 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] 松下 貢: "バクテリア増殖によるパターン形成" 日本物理学会誌. 47. 441-446 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書

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公開日: 1992-04-01   更新日: 2016-04-21  

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