粘菌の代謝ダイナミクスによる記憶・学習

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11837001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 上田 哲男 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20113524)
• 研究分担者: 山田 裕康 北海道大学, 電子科学研究所, 非常勤研究員 (70291937)
• キーワード: 粘菌 / 細胞インテリジェンス / 迷路問題 / 運動リズム / フィトクローム / 光作用スペクトル / 光形態形成 / 記憶現象

研究概要

多核のアメーバ様単細胞である真正粘菌変形体の特徴を利用して、変形体の原形質が示す情報統合や判断という非線型ダイナミクスに基づく"脳"機能を、解明した。
1.粘菌変形体による迷路問題の解法。
粘菌変形体を迷路内に這わす。原形質は細い管状になって迷路内にほぼ均一に分布する。出口と入り口に餌を置く。するとまず行き詰まりとなっている迷路部分から管は消滅し、繋がっている部分の管はより太くなる。2つの経路があると、とりあえず2つは残る。次に、2つのうちより短い経路が残る。最終的に、出口と入り口を最短コースで結ぶ太い管が形成される。このように、粘菌は迷路を解くほどにインテリジェントである。
2.粘菌変形体のサイズ制御と誘導レセプターの発見。
粘菌変形体は低温刺激あるいは光照射により、約5時間後に約8個の核を含む微小な変形体に分裂するフラグメント化現象を見出した。波長300-800nmにおいて、紫外A、青色光、遠赤色光に誘導のピークが、赤色に遠赤色光誘導の阻害ピークがあった。赤色?遠赤色光の誘導・阻害および吸収スペクトルの光可逆変換から、光レセプターの1つはフィトクロームであると結論される。
3.フラグメント化における記憶現象の発見
低温誘導フラグメント化において、刺激の中断、再刺激の実験を行った。1回および2回目の刺激時間の合計が約5時間となるようにフラグメント化が起きた。1回目の刺激の持続時間を知っており、次の応答に役立てているという意味で、記憶がある。

研究成果

• [文献書誌] T.Nakagaki: "Interaction between cell shape and contraction pattern in the Physarum plasmodium."Biophys.Chem. 84. 195-204 (2000)
• [文献書誌] 垣内康孝: "粘菌にみる巨大,細胞体制の構築"生物物理. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Y.Kakiuchi: "Light irradiation induces fragmentation of the plasmodium, a novel photo-morphogenesis in the true slime and Physarum polycephalum."Photochem.Photobiol. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 上田哲男: "バイオミメテックスハンドブック"エヌ・ティー・エス. 1139 (2000)
• [文献書誌] 古家奨: "形の科学辞典"朝倉書店(印刷中). (2001)
• [文献書誌] 上田哲男: "脳の力学系 「脳のフィジックス」"共立出版(印刷中). (2001)
• [文献書誌] 上田哲男: "粘菌、特にその個体性複雑系のバイオフィジックス"共立出版(印刷中). (2001)
• [文献書誌] T.Ueda: "21st Century Studies"山口書店(印刷中). (2001)