汎ネットワークな生命系の秩序形成

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K00399
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 前橋工科大学
• 研究代表者: 坂田 克己 前橋工科大学, 工学部, 教授 (90545419)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 環境変動と生命秩序 / 生命系ネットワーク / 生命現象の物理 / 状態空間モデル / システムバイオロジー

研究成果の概要

状態変数の時系列プロファイルから状態ゆらぎを定量化する方法を考案した。この方法をダイズの代謝系とヒト単球性細胞の転写系から得た実験データに適用し、環境ストレスに対してそれら生物系において状態ゆらぎの喪失が起きていることを発見した。更に環境ストレスにより誘導される生物系における情報喪失の仮説モデルを提案した。
捕食者-被食者生態系について、捕食者-被食者間の因果関係をベイズネットワークで記述した。捕食者と被食者のバイオマスの時系列の類似度に相当する相互情報量、被食者のバイオマスの時系列における無秩序さに相当するシャノンエントロピーの削減量と環境刺激レベルとの関係性を定式化した。

自由記述の分野

情報科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来は異なる分野（分子生物学、生態学、神経科学）において研究が進められてきた、生命系ネットワーク（転写ネットワーク、食物網、神経網）の生成機構に対し、情報学的モデルによる統一的解釈を目指した。
ネットワークの統一モデルにより、分子生物学、生態学、神経科学、各分野の知見を相互に活用してネットワークを解析することが可能になり、同分野およびネットワーク科学の大いなる発展が期待できる。本研究による成果は、自然界の開放系システムにおける構成要素間の相互作用構造と振る舞いの法則性の記述に拡張できる可能性がある。