| 研究課題/領域番号 |
25630047
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
椎野 勇太 新潟大学, 自然科学系, 助教 (60635134)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | バイオメカニクス / 層位・古生物 / 進化 / 生物物理 / 流体 / 流体工学 / 最適設計 / CFD |
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| 研究実績の概要 |
絶滅腕足動物の殻形態が備えた自動的流水発生機能について，殻モデルと流水実験および流体解析を用いて検討した．特に，初年度に解明したペルム紀前期のパキシルテラ（学名：Pachycyrtella omanensis）の流体力学的特性を題材に，殻の内側で渦流を発生させる形態機能の自律性について考察した．
初年度の研究によって，高速流水環境に適応を遂げたパキシルテラは，安定したロバストな殻内流体を形成する生息姿勢を取っていたことがわかっている．さらに追加実験を通して，殻の開閉具合が異なった場合，流速に応じて渦の回転方向が変化し，低速流水環境下では殻内の渦を加速させるブースト機能，高速流水環境下では減衰させるデブースト機能を遂げることが明らかになった．この機能性によって，いかなる流体環境下においても，安定した渦流を生み出せることが解明された．
パキシルテラの殻形態は，殻の開閉量を調節することによって最適な殻内流体を形成できると考えられる．それでは，殻まわりの流れをどのように感知し，殻の開殻量へとフィードバックできたのだろうか？自動的に形成される渦流は，殻開口部の圧力差による殻内側への流入に起因する．現存する腕足動物をみると，開口部をつくる殻の縁辺部に沿って，物理刺激を受容する剛毛が配列している．つまり，この剛毛が受ける水流を物理刺激として感知し，開閉を司る筋肉収縮へとフィードバックさせていた可能性が導かれる．殻の内面構造を観察すると，パキシルテラの開殻筋肉は太く，高速流体環境下でも精密な開閉を制御できただろう．
本研究は，形態の持つ機能を検討するだけでなく，それらを統合する複合体として絶滅生物を捉えることで，未知なる機能性を成立させるシステムについても理解を深めることに成功しつつある．この試みは，腕足動物以外の生物を理解する上でも重要であり，応用研究の可能性についても提示した．
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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
絶滅生物が備えた奇妙な形態から未知なる機能性を求めることを目的とした本研究は，古生物の備えた機能の検討だけでなく，それを機能デザインへと応用することも考慮した「システム」としての理解を目指している．本年度は，腕足動物の中でもきわめて極端な適応を遂げたパキシルテラを題材に，殻形態の備えた渦流発生機能とその制御システムについて解き明かすことに成功した．また，絶滅生物の形と機能を統合的に理解しようとする取り組みは，他の絶滅生物だけでなく，現存する生物にも十分応用可能であることも立証している．これらの成果を加味すれば，本研究はおおむね順調に進展したといえる．
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| 今後の研究の推進方策 |
二年間の研究成果に基づき，パキシルテラの渦流発生機能について流体解析をすすめる．得られる結果から，渦流形成に関与する流入強度を，殻の開口部に生じる圧力差として見積もる．また渦流の強度として，殻の内側で生じる渦流の回転数を測定する．異なる流速環境下で生じる圧力差と渦流回転数の補完関数を導出し，圧力差の最小化戦略を基に，殻内で最低一回転は渦流が生じる制約を与え，ラグランジュの未定乗数法によって最適解を導出する．
得られた成果は積極的に学会等で公表してゆく．すでに2件の国際学会発表を予定しており，受理される見込みである．また，複数のトピックについて国際学術誌へ投稿する．
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