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壁付近・せん断流れ下における繊毛虫遊泳メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17J10331
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関京都大学

研究代表者

大村 拓也  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード生物流体力学 / 微生物遊泳 / 繊毛虫 / せん断流れ / 走流性 / 数値計算 / メカノセンシング / 低レイノルズ / 動物行動学 / 固液境界
研究実績の概要

本年度はまず、前年度に報告者らが明らかにした繊毛虫のスライド運動モデルの一般性を検証した。繊毛虫テトラヒメナ(Tetrahymena pyriformis)の場合、スライド運動は繊毛打による推進力の非対称性、細胞形状の楕円体アスペクト比から説明可能であった。そこで、テトラヒメナよりもアスペクト比の大きい繊毛虫ゾウリムシ(Paramecium caudatum)のスライド運動を観測し、細胞周りの流れ場計測から推進力の非対称性を確認した。さらに数値計算で推進力非対称性と形状アスペクト比を軸としたスライド運動の相図を作成したところ、ゾウリムシのスライド運動のパラメータも本モデルの適用範囲内であることが明らかになった。
次に、せん断流れ下における繊毛虫遊泳運動を調べた。繊毛虫は自然界で安定した生活環境に留まって生存効率を上げるため、外部流れに逆らって泳ぐ性質、正の走流性を持つが、そのメカニズムは明らかになっていない。報告者らはT. pyriformisの走流性に対し、マイクロ流路内と圧力制御ポンプを用いてせん断流れを制御した実験を実施した。結果、細胞はあるせん断力以下で正の走流性を示し、壁面付近を流れに逆らってスライド運動していることを確認した。前述の繊毛虫スライド運動モデルにせん断流れを与えて遊泳運動を計算したところ、実験結果と同様の壁面上を流れに逆らうスライド運動を再現できた。走流性を示すせん断力の閾値も実験と計算でよく一致し、繊毛虫の正の走流性もスライド運動に必要な推進力非対称性、細胞の形状だけで説明可能であることを示した。
また、本年度はドイツのマックスプランク陸生微生物学研究所に長期滞在し、研究活動を行った。本研究計画を実施することで身に着けた流体工学の知見と微生物を扱う実験・画像解析技術を生かし、せん断流れ下におけるバクテリアの定量実験を実施した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 博士論文紹介「実験と数値計算からアプローチする遊泳微生物の行動」2019

    • 著者名/発表者名
      大村拓也
    • 雑誌名

      会誌 "アンサンブル"

      巻: 21.1 ページ: 67-71

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of cellular shape on sliding behavior of ciliates2018

    • 著者名/発表者名
      Nishigami Yukinori、Ohmura Takuya、Taniguchi Atsushi、Nonaka Shigenori、Manabe Junichi、Ishikawa Takuji、Ichikawa Masatoshi
    • 雑誌名

      Communicative & Integrative Biology

      巻: 11 号: 4 ページ: e1506666-e1506666

    • DOI

      10.1080/19420889.2018.1506666

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simple mechanosense and response of cilia motion reveal the intrinsic habits of ciliates2018

    • 著者名/発表者名
      Ohmura Takuya, Nishigami Yukinori, Taniguchi Atsushi, Nonaka Shigenori, Manabe Junichi, Ishikawa Takuji, Ichikawa Masatoshi
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 115 号: 13 ページ: 3231-3236

    • DOI

      10.1073/pnas.1718294115

    • NAID

      120006416185

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 遊泳繊毛虫の走流性2019

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 西上幸範, 市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 物理理論からアプローチする微生物の行動メカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      大村拓也
    • 学会等名
      第6回ヨーロッパ若手日本人研究者交流会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Physical Mechanism behind Sliding Behavior of the Ciliate2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ohmura, Yukinori Nishigami, Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      Physical approaches to understanding microbial life
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Swimming behavior of ciliates in microfluidic flow2018

    • 著者名/発表者名
      T. Ohmura
    • 学会等名
      アクティブマター研究会2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Simple Mechano-Sense and Response of Cilia Motion Reveal the Intrinsic Habits of Ciliates2018

    • 著者名/発表者名
      大村拓也
    • 学会等名
      若手研究会「統計物理学とその周辺」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Anomalous swimming of a ciliary microorganism adjacent to a wall2018

    • 著者名/発表者名
      T. Ohmura, Y. Nishigami, J. Manabe, T. Ishikawa, M. Ichikawa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 実験結果を導入した境界面付近における微生物遊泳への解析的アプローチ2018

    • 著者名/発表者名
      大村拓也
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A ciliate swimming near a wall2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ohmura, Y. Nishigami, J. Manabe, T. Ishikawa, M. Ichikawa
    • 学会等名
      第4回領域研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 壁面付近における繊毛虫遊泳の実験と境界要素法を用いた数値計算2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 西上幸範, 眞鍋準一, 石川拓司, 市川正敏
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Swimming behavior of a ciliate near a wall2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 市川正敏
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] せん断流れ下における繊毛虫遊泳運動2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 西上幸範, 市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 流体力学から迫る繊毛虫遊泳運動2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也
    • 学会等名
      時空間秩序・生命物理研究会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物の行動に対する力学的アプローチ:壁面付近における繊毛虫遊泳2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 西上幸範, 市川正敏, 眞鍋準一, 石川拓司
    • 学会等名
      第7回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 流体力学から解き明かす微生物のふるまい:繊毛虫遊泳運動2017

    • 著者名/発表者名
      大村拓也, 西上幸範, 市川正敏, 眞鍋準一, 石川拓司
    • 学会等名
      生物流体力学における基礎問題と応用問題
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Swimming Behavior of Neutral Squirmer against Non-Slip Boundary2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ohmura, Y. Nishigami, J. Manabe, T. Ishikawa, M. Ichikawa
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] Simple Organisms. Complex Behaviors.

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=TfPRf_zdctw&t=16s

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] プレスリリース:簡単な物理モデルで解き明かす微生物の生存戦略

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/180312_1.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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