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 |
22H05689
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研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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配分区分 | 補助金 |
審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅳ)
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研究機関 | 学習院大学 |
研究代表者 |
鹿毛 あずさ 学習院大学, 理学部, 助教 (10748809)
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研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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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)
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キーワード | クラミドモナス / シャットネラ / 重力走性 / 日周鉛直移動 / 水平顕微鏡 / 広視野顕微鏡 / 実体顕微鏡 / 教師なし機械学習 / 真核生物鞭毛 |
研究開始時の研究の概要 |
微細藻類の遊泳において重力は非常に重要な要素である。自然界では赤潮藻類の日周鉛直移動が有名であり、実験室レベルでは、個体が重力に逆らって泳ぐ負の重力走性、重力走性に駆動された集団運動である生物対流が知られているが、鉛直方向の運動を可視化する研究は少なく、重力走性と日周鉛直移動との関係もわかっていない。本研究はジオラマ環境として鉛直環境を実験室内で再現し、鉛直環境での微細藻類の行動を徹底的に可視化・解析する。得られた軌跡を機械学習の手法で分類し、微細藻類はどのように重力に応答して運動するのか、特に赤潮藻類はどのように日周鉛直移動を行うのかを定量的かつ階層縦断的に明らかにする。
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研究実績の概要 |
本年度は、単細胞緑藻クラミドモナスを材料に、広視野観察系の確立と鉛直遊泳軌跡の分類手法の開発を行った。 従来、ミリメートル以下の視野で鉛直遊泳を記録していたが、より自然界に近い状態での運動を明らかにするため、より広視野での記録を行う必要があった。従来の水平顕微鏡よりも広い視野で観察するため、シグマ光機から発売されている広視野顕微鏡SeMATERASを水平・垂直切り替え機構付きにカスタマイズの上で導入し、組立を行った。一辺数ミリメートルの視野でクラミドモナスなど微細藻類の鉛直遊泳を記録できる系の確立に成功した。 鉛直遊泳の特徴を抽出するため、教師なし機械学習によるクラミドモナス鉛直遊泳軌跡の分類を試みた。軌跡同士の距離行列をdynamic time warping (DTW)法によって算出し、K-means法によってクラスタリングを行った。軌跡全体の方向(上向き・下向き等)によって分類される結果となり、例えば「直線的な軌跡」と「急激にカーブしている軌跡」などの特徴は現れなかった。適切な分類を行うためには、距離行列の算出方法のさらなる検討が必要であると考えられた。 さらに日周鉛直移動の個体レベルでの記録を目指し、原生生物の長時間観察の系を開発した。現在、ゾウリムシを用いて水平方向の長時間挙動を観察している。暗視野実体顕微鏡を用いているため、鉛直遊泳を記録するには多少のハードルがあるが、今後鉛直の系にも適用したいと考えている。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
広視野観察系を確立できたため。軌跡の分類については検討の必要がある。
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今後の研究の推進方策 |
(1) 赤潮藻シャットネラについて、広視野での鉛直遊泳の記録・解析を行う。 (2) 軌跡の分類、特に距離行列の算出方法について検討する。
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