• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

遊泳微生物集団が見せるジオラマ環境への自律応答現象の測定と機構解明

公募研究

研究領域ジオラマ環境で覚醒する原生知能を定式化する細胞行動力学
研究課題/領域番号 22H05678
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関京都大学

研究代表者

市川 正敏  京都大学, 理学研究科, 講師 (40403919)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード遊泳微生物 / マイクロスイマー / 生物対流 / 走流性 / 繊毛 / アクティブマター
研究開始時の研究の概要

本研究はモデル遊泳微生物として単細胞微生物の繊毛虫を用い、自然環境を模したジオラマ環境中での個体分布や運動変化のメカニズムを解明することで、個体の習性や生物対流などのマクロな性質に与える役割を明らかにする。これまでの我々の研究によって、繊毛の自律的機械応答を利用した単細胞レベルでの壁面集積機構が明らかになっている。本研究では、繊毛応答に加えて集団運動レベルで発生する流体力学由来・集団運動由来の非線形現象の実験測定を行うことで、単細胞から生物対流スケールに至る運動ダイナミクスを解明する。この研究を通じて、テトラヒメナや類似の繊毛虫の「行動」や「本能」と見られる性質を構成論的に理解する。

研究実績の概要

本研究はモデル遊泳微生物として単細胞微生物の繊毛虫テトラヒメナを用い、自然環境を模したジオラマ環境中での個体分布や運動の特徴的な変化の計測を行った。計測結果の解析から繊毛虫の環境応答特性を明らかにすることで、遊泳微生物の習性や本能などと解釈される知的な性質のメカニズムを解明することを目標とした。

これまでの研究で細胞密度の多寡にかかわらず、界面にテトラヒメナが集積されることを明らかにしていた。この実験条件を検討することによって、低密度から高密度まで系統的な測定が可能になった。更に、幅広い密度条件に適用可能な全細胞の追跡と、その解析手法を開発した。細胞認識では機械学習による細胞認識法を複数試し、光学系による細胞像の違いと学習モデルとの相性や適用条件を探索している。テトラヒメナの個々の細胞運動と集団での運動の両方を同時に取得し、集団内部での運動状態を明らかにした。このプロセスと得られた結果の一部を邦文誌の論文に報告した。高密度状態の集団について更に検討を重ね、集団内部での非自明な運動相関などを見出した。一方、ジオラマ環境の作成については、走流性など流れに対する応答を計測する実験系の開発と測定を行った。更に、界面形状についても検討し、生物対流の制御が部分的に可能になった。領域内の共同研究においては、細胞運動についてオオアメーバの形状と並進運動を顕微観察し、両者の間の統計則を検討した。その結果、楕円変形と三角形変形が運動方向を制御すると共に、楕円変形が閾値を超えると一方向性の運動へと分岐する事を発見した。さらにこの分岐が非生物の自己駆動液滴と共通の数理的構造を持っている事を明らかにした。以上の結果はいずれも論文準備中、および査読中である。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 自分で泳ぐ粒子たち―繊毛虫の集団運動―2024

    • 著者名/発表者名
      奥山紘平, 市川正敏
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 61 号: 4 ページ: 204-212

    • DOI

      10.4164/sptj.61.204

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • 年月日
      2024-04-10
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of tubulin C-terminal tail on mechanical properties of microtubule2024

    • 著者名/発表者名
      Senjuti Nowroz, Syeda Rubaiya Nasrin, Arif Md Rashedul Kabir, Takefumi Yamashita, Tomoichiro Kusumoto, Junichi Taira, Marie Tani, Masatoshi Ichikawa, Kazuki Sada, Akira Kakugo
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 706 ページ: 149761-149761

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2024.149761

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth of self-integrated atomic quantum wires and junctions of a Mott semiconductor2023

    • 著者名/発表者名
      Asaba Tomoya、Peng Lang、Ono Takahiro、Akutagawa Satoru、Tanaka Ibuki、Murayama Hinako、Suetsugu Shota、Razpopov Aleksandar、Kasahara Yuichi、Terashima Takahito、Kohsaka Yuhki、Shibauchi Takasada、Ichikawa Masatoshi、Valent? Roser、Sasa Shin-ichi、Matsuda Yuji
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 18 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1126/sciadv.abq5561

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Motion of a swimming droplet under external perturbations: A model-based approach2022

    • 著者名/発表者名
      Saori Suda, Tomoharu Suda, Takuya Ohmura, Masatoshi Ichikawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 106 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.106.034610

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simple dynamics underlying the survival behaviors of ciliates2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ohmura, Yukinori Nishigami, Masatoshi Ichikawa
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 19 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0026

    • ISSN
      2189-4779
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Measurement of rheotaxis of ciliates2024

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      Active Matter Workshop 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Emergence of bio mimicry movements of micro swimmers2024

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      Kyoto Winter School 2024 Towards Holistic Understanding of Life
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 繊毛虫テトラヒメナの懸濁液における気液界面への着脱過程の解析2024

    • 著者名/発表者名
      奥山紘平,市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Self-propelled droplets: from model system to living cell2023

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      International workshop: Complex motile matter from single agents to collective behaviors
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transition from straight motion to curvilinear motion of swimming droplet2023

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      Frontiers in nonequilibrium physics: Active matter topology and beyond
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Swimming droplet makes an end to straight motion by increase in size2023

    • 著者名/発表者名
      Saori Suda,Tomoharu Suda,Takuya Ohmura,Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      7th International Soft Matter Conference ISMC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements of motion response and rheotaxis behavior of ciliate Tetrahymena under shear flow in a microfluidic device2023

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa,Takumi Kobayashi
    • 学会等名
      日本流体力学会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 遊泳微生物の走流性について実験上の定義を考える2023

    • 著者名/発表者名
      市川正敏
    • 学会等名
      生物流体力学における境界
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Rheotaxis of ciliates2023

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      Diorama-Ethology Ciliate Workshop
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mesoscale Dynamics in Condensed Suspensions of Microswimmers2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Okuyama
    • 学会等名
      Frontiers in nonequilibrium physics: Active matter,topology and beyond
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mesoscale dynamics in condensed suspensions of microswimmers Tetrahymena pyriformis2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Okuyama,Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics Statphys28
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mesoscale dynamics in condensed suspensions of microswimmers Tetrahymena pyriformis2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Okuyama,Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      The 7th International Soft Matter Conference ISMC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 繊毛虫テトラヒメナ懸濁液の気液界面におけるメゾスケールダイナミクス2023

    • 著者名/発表者名
      奥山紘平,市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Experimental measurement of mesoscale dynamics at air-water interface of suspension of ciliate Tetrahymena2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Okuyama,Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      日本流体力学会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Self-propelled droplet makes an end of straight swimming by a size effect2022

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      9th World Congress of Biomechanics (WCB 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 繊毛虫テトラヒメナの生物対流における個体の遊泳2022

    • 著者名/発表者名
      奥山紘平, 市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 自己推進液滴が形成するクラスターの規則運動2022

    • 著者名/発表者名
      大元隆史, 丸山慶, 市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 遊泳微生物テトラヒメナの脈流への応答2022

    • 著者名/発表者名
      小林琢実, 市川正敏
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 繊毛虫テトラヒメナの高濃度懸濁液における集団遊泳の解析2022

    • 著者名/発表者名
      奥山紘平, 市川正敏
    • 学会等名
      2022 年度研究集会「生物流体力学と生物運動」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 自己推進液滴が形成するクラスターの運動2022

    • 著者名/発表者名
      大元隆史, 丸山慶, 市川正敏
    • 学会等名
      2022 年度研究集会「生物流体力学と生物運動」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 繊毛虫テトラヒメナの脈流応答2022

    • 著者名/発表者名
      小林琢実, 市川正敏
    • 学会等名
      2022 年度研究集会「生物流体力学と生物運動」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] 京大式サイエンスの創り方: 狙ってもできないことがある2022

    • 著者名/発表者名
      京都大学大学院理学研究科MACS教育プログラム実行委員会 (編集)
    • 総ページ数
      317
    • 出版者
      京都大学学術出版会
    • ISBN
      4814004087
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 市川正敏のWEBページ

    • URL

      https://chem.scphys.kyoto-u.ac.jp/ichikawa/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-06-20   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi