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真正粘菌変形体の環境依存の動的ネットワーク形成による適応行動と機能創発

研究課題

研究課題/領域番号 20033019
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関早稲田大学

研究代表者

高松 敦子  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20322670)

研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
6,400千円 (直接経費: 6,400千円)
2009年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2008年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
キーワード真正粘菌 / 結合振動子系 / 複雑ネットワーク / パターン形成
研究概要

真正粘菌変形体(Physarum polycephalum)は多核単細胞のアメーバ様細胞である。細胞の厚みを振動させながら環境中を遣いまわり、環境からの情報を細胞の状態・形態にフィードバックしながら行動する。一見、特異な生物だが、「移動知」という概念から見た場合、生物実験系のモデル生物として最適な生物システムのうちの1つであろう。
この細胞は振動性の細胞であり、どの部分を人工的に切り取ってきても細胞の機能を失うことなく独立な細胞として振動し行動できるので、ほぼ同一の要素が集合した要素集団系(結合振動子系)として捉えることができる。この細胞全体を眺めて見ると管状構造のネットワークで構成されている。管内では原形質流動という往復流動が見られ細胞の部分間、つまり、要素間の相互作用はこの流動を通して行われている。興味深いことに、この細胞は環境の状況に応じてその形態(管ネットワークの形態)と振動周期を著しく変化させる。つまり、管ネットワークの幾何が生物としての機能に大きな影響を与えていることが予想される。
本研究の目的は、管ネットワークのトポロジーと形態に着目し、構成論的手法により、原始的な生物の形態による環境の適応機構を明らかにすることである。具体的には、外部環境に応じて輸送管ネットワーク形態が著しく変化する現象について、(1)環境依存のネットワーク構造の特徴を抽出し、(2)環境適応の観点から生物機能がどのように機能的、効率的になっているかを調べ、粘菌の輸送管ネットワークの適応機構の解明を目指した。真栄養分摂取効率,エサ探索効率,エネルギー消費量,栄養分輸送効率などの指標を計測した結果、正粘菌変形体は、各環境毎に最も適応した輸送管ネットワーク形態をとっていることが明らかとなった。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Synchronization and spatio-temporal patterns in coupled phase oscillators on a weighted planar network2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Kagawa, A.Takamatsu
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 79

      ページ: 46216-46216

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Environment-dependent morphology in plasmodium of true slime mold Physarum polycephalum and a network growth model2009

    • 著者名/発表者名
      A.Takamatsu, E.Takaba, G.Takilawa
    • 雑誌名

      J.Theor.Blol 256

      ページ: 29-44

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Environmentdependent morphology in plasmodium of true slime mold Physarum polycephalum and a network growth model2009

    • 著者名/発表者名
      A. Takamatsu. E. Takaba. G. Takizawa
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology 256

      ページ: 29-44

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Analysis on transportation network in plasmodium of true slime mold2009

    • 著者名/発表者名
      M. Ito, A. Takamatsu, K. Yokotani
    • 学会等名
      6th Asian Biophysics Association Symposium
    • 発表場所
      Hong Kong
    • 年月日
      2009-01-11
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Adaptation by environment-dependent-dynamical network in Physarum2009

    • 著者名/発表者名
      A.Takamatsu, R.Okamoto, M.Ito, T.Gomi
    • 学会等名
      3nd International Symposium on Mobiligence in Awaji
    • 発表場所
      Awaji
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Rail grid optimization by an algorithm biologically inspired from an amoeba-like organism of true slime mold2009

    • 著者名/発表者名
      S.Watanabe, A.Tero, A.Takamatsu, T.Nakagaki
    • 学会等名
      lnternational Symposium on Nonlinear Theory and its Applioations
    • 発表場所
      Hokkaido
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Evironmentdependent morphology in plasmodium of true slime mold Physarum polycephalum2008

    • 著者名/発表者名
      A. Takamatus
    • 学会等名
      Gordon research conference on theoretical biology & biomathematics 2008
    • 発表場所
      III ciocco
    • 年月日
      2008-06-23
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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