| 研究課題/領域番号 |
15K13537
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
脇田 順一 中央大学, 理工学部, 教授 (30611404)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 集団運動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、寒天平板上に作成した円形プール内における枯草菌の集団運動を、統計物理学的な立場から理解することを目的としている。初年度は、“換算菌体長λ（菌体長とプールの直径の比で定義される）”と“菌密度ρ”をパラメータとすることにより、集団運動が6種類のパターンに分類されること、λの値に集団運動の急激な質的変化を引き起こす2つの閾値λ_C1、λ_C2（ただし、λ_C1＜λ_C2）が存在することを確認している。すなわち、λ＜λ_C1のときは個々の菌の運動の方向は比較的ランダムであるのに対して、λ_C1＜λ＜λ_C2のときはプール壁に沿った方向の回転運動、λ＞λ_C2のときは振動的であることを確認している。次年度である平成２８年度は、λ_C1近傍のρが高い条件に着目し、λ＜λ_C1でみられる“turbulent motion”から“λ＞λ_C1”でみられる“two-way rotational motion”への急激な遷移を詳しく観察、解析した。具体的には、まず画像解析によりプール内におけるバクテリアの速度場を求めてから、各場所でバクテリアの速度ベクトルとその場所を通る円（プールと同心円）の接線ベクトルとの内積を計算した。この量を秩序パラメータQとして定義し、λをパラメータとしてQの値がどのように振る舞うかを調べた。その結果、ほぼλ_C1=0.9のときにQの値が0から急激に立ち上がる様子が確認された。これは統計物理学の立場からは相転移を示唆する興味深い結果であると判断している。
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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
次年度の進捗状況に関しては、おおむね計画通りに進展したと考えている。研究結果は、2016年7月に開催されたSTATPHYS 26、および2017年3月に開催された日本物理学会第72回年次大会にて発表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は、λ_C1近傍のρが低い条件にも着目する予定である。すなわち、λ＜λ_C1でみられる“random motion”から“λ＞λ_C1”でみられる“one-way rotational motion”への急激な遷移を詳しく調べる予定である。さらに、菌単体と壁との相互作用と菌同士の相互作用についても調べる予定である。そして、λ_C1近傍でみられる集団運動の急激な変化を再現するモデルを提案したいと考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度購入予定の顕微鏡用培養装置に新機種発売と価格変更があったため、購入を見送った経緯がある。実験の遂行に関しては他の研究用に使用していた培養装置を代用することで対応し、その代わりに光学顕微鏡による観察をPCにタイムラプス記録するためのモジュールを購入した。その結果として、次年度使用額が生じてしまった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
最初に購入を考えていた顕微鏡観察を記録するためのデジタルカメラの購入を予定している。
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