生物の集合形成メカニズムに対する数理モデルからの探求

• 研究課題/領域番号: 26800084
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 数学基礎・応用数学
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 出原 浩史 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50515096)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: パターン形成 / 自己組織化 / 数理モデル

研究成果の概要

自然や社会に現れる様々な現象を理解するために、その現象を数理モデルで記述し解析することにより、その現象が現れるメカニズムを明らかにしようという試みが盛んになされてきた。本研究では、生物種の空間的な自発的秩序形成を取り上げ、その中でも走化性－増殖方程式と呼ばれる化学物質をシグナルとして用いる生物種の集合形成メカニズムを理解することを目的とした。理論解析と数値シミュレーションにより、走化性－増殖方程式の集合パターンを示す定常解の大域構造を明らかにすることができた。また、走化性－増殖方程式に含まれる増殖項の違がパターン形成に影響を及ぼすことも明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] ローマ第２大学(イタリア)
• [国際共同研究] パリ南大学/モンペリエ大学(フランス)
• [国際共同研究] リムリック大学(アイルランド)
• [国際共同研究] KAIST(韓国)
• [国際共同研究] パリ南大学/モンペリエ第２大学(フランス)
• [国際共同研究] ローマ第２大学(イタリア)
• [雑誌論文] Diffusion-driven destabilization of spatially homogeneous limit cycles in reaction-diffusion systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Masataka Kuwamura, Hirofumi Izuhara
  • 雑誌名: Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science 巻: 27 号: 3 ページ: 033112-033112
  • DOI: 10.1063/1.4978924
  • NAID: 120006318793
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Traveling waves in a reaction-diffusion system describing smoldering combustion (2017)
  • 著者名/発表者名: Ekeoma R. Ijioma, Hirofumi Izuhara, Masayasu Mimura
  • 雑誌名: SIAM Journal on Applied Mathematics 巻: 77 号: 2 ページ: 614-637
  • DOI: 10.1137/16m1089915
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Turing instability in reaction-diffusion models on complex networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ide, Hirofumi Izuhara, Takuya Machida
  • 雑誌名: Physica A 巻: 457 ページ: 331-347
  • DOI: 10.1016/j.physa.2016.03.055
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Homogenization and fingering instability of a microgravity smoldering combustion problem with radiative heat transfer (2015)
  • 著者名/発表者名: Ekeoma Ijioma, Hirofumi Izuhara, Masayasu Mimura, Toshiyuki Ogawa
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: 162 号: 10 ページ: 4046-4062
  • DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.07.044
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Computational study of nonadiabatic wave patterns in smoldering combustion under microgravity (2015)
  • 著者名/発表者名: Ekeoma Ijioma, Hirofumi Izuhara, Masayasu Mimura, Toshiyuki Ogawa
  • 雑誌名: East Asian Journal on Applied Mathematics 巻: 5 号: 2 ページ: 138-149
  • DOI: 10.4208/eajam.010914.250315a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Traveling wave solutions of a parabolic-hyperbolic system for contact inhibition of cell-growth (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Bertsch, D. Hilhorst, H. Izuhara, M. Mimura and T. Wakasa
  • 雑誌名: European Journal of Applied Mathematics 巻: 26 号: 3 ページ: 325-353
  • DOI: 10.1017/s0956792515000042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stationary solutions for some shadow system of the Keller-Segel model with logistic growth (2015)
  • 著者名/発表者名: Tohru Tsujikawa, Kousuke Kuto, Yasuhito Miyamoto and Hirofumi Izuhara
  • 雑誌名: Discrete and Continuous Dynamical Systems - Series S 巻: 8 号: 5 ページ: 1023-1034
  • DOI: 10.3934/dcdss.2015.8.1023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 微小重力環境におけるすす燃焼の数理解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: 数学と現象 in 清里
  • 発表場所: 明治大学清里セミナーハウス
  • 招待講演
• [学会発表] 集合現象を記述する数理モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: One day workshop "菌類に係るコロニーパターンの形成メカニズムの解明に向けて"
  • 発表場所: 千葉大学（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-02-19
  • 招待講演
• [学会発表] 微小重力環境における燃焼モデルについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: 数学と現象 in 桧原湖
  • 発表場所: 明治大学桧原湖セミナーハウス（福島県那麻郡北塩原村）
  • 年月日: 2016-02-03
  • 招待講演
• [学会発表] Vegetation and desertification in arid and semiarid ecosystems (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: Mathematical Biology Workshop for Ecology and Evolutionary Problems
  • 発表場所: NIMS, Daejeon, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Traveling wave solutions in a nonlinear system for contact inhibition of cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: Reaction-Diffusion Systems in Mathematics and Biomedicine A GDRI ReaDiNet Conference in Frejus
  • 発表場所: Villa Clythia, Frejus, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Traveling waves in a Reaction-diffusion system describing smoldering combustion (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: The 11th AIMS International Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Vegetation patterns in arid ecosystems (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: Patterns and Waves 2016
  • 発表場所: 北海道大学
  • 国際学会
• [学会発表] A link between microscopic and macroscopic models of self-organized aggregation (2016)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: 数学と現象 in 奥多摩
  • 発表場所: 奥多摩町福祉会館
  • 招待講演
• [学会発表] 半乾燥地域における植生パターンの数理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: Turing機構に関連するパターンとダイナミクス
  • 発表場所: 広島大学（広島県東広島市）
  • 年月日: 2015-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] Mathematical models for vegetation in arid ecosystems (2015)
  • 著者名/発表者名: Matthieu Alfaro, Hirofumi Izuhara, Masayasu Mimura
  • 学会等名: ICMMA 2015 Self-Organization Modeling and Analysis
  • 発表場所: 明治大学（東京都中野区）
  • 年月日: 2015-10-28
  • 国際学会
• [学会発表] Vegetation and desertification in arid and semiarid ecosystem (2015)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: MIMS 現象数理学拠点共同研究集会 自然、社会に現れる複雑現象の数理
  • 発表場所: 明治大学（東京都中野区）
  • 年月日: 2015-10-07
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性－増殖方程式におけるパターン形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史, 久藤衡介, 辻川亨
  • 学会等名: 日本数学会2015年度秋季総合分科会・応用数学分科会
  • 発表場所: 京都産業大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Pattern formation in a chemotaxis-growth system (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: 5th CJK & 25th JSMB Meeting
  • 発表場所: 同志社大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-08-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] すす燃焼におけるパターン形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出原浩史
  • 学会等名: 数学と現象 in 伊豆大島
  • 発表場所: 大島町役場（東京都大島町）
  • 年月日: 2015-07-29
  • 招待講演
• [学会発表] Pattern formation in chemotaxis-growth systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: 2015 KAIST CMC Mathematical Biology Conference on Cross-diffusion, chemotaxis, and related problems
  • 発表場所: KAIST（Korea Daejeon）
  • 年月日: 2015-07-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatio-temporal patterns in a chemotaxis-growth system (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: AIMS conference
  • 発表場所: Madrid
  • 年月日: 2014-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] Properties arising in a tumor growth model with contact inhibition of cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Izuhara
  • 学会等名: ReaDiLab conference
  • 発表場所: CIRM Luminy
  • 年月日: 2014-06-04
  • 招待講演
• [備考] Hirofumi Izuhara's webpage
  • URL: https://sites.google.com/site/hirofumiizuhara/
• [備考] https://sites.google.com/site/hirofumiizuhara/