Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

同期 / 生物リズム / ネットワーク / 同期現象 / 概日リズム

振動と同期に関する研究は世界的に活発に行われているが、未解決問題は山積しており、また、特に生命科学分野からは、日々加速度的に進化する実験技術の向上に伴って新たな課題が次々と出現している。本研究課題の目的は、生命システムにおける振動と同期のメカニズムと役割を解明することである。2021年度は、2020年度に引き続き、マイクロ・スイマーの振動ダイナミクスの記述とエネルギー論に関する研究を進めた。微生物は鞭毛を周期的に動かすことにより遊泳するが、鞭毛が複数あるときは流体を介して鞭毛同士が相互作用し、同期を起こすことが知られているある。微生物のスケールにおいて流体は低レイノルズ数であり、非常によい近似でストークス流れとみなすことができる。こ鞭毛を一次元的に動く質点の往復運動によって記述し、質点間の相互作用はストークス流れが媒介し、それぞれの運動に影響を与える状況を考えた。2021年度は多数の質点を考え、2つの質点が作り出す流れと比較を行った。その結果、多数であると流れの強さが強まることは当然だが、1つの質点が消費するエネルギーに基づいて輸送効率を計算すると、多数であればエネルギー的に得であることを見出した。また、輸送効率の観点で最適な質点間の位相関係を数値的に求め、ウエーブ状の位相関係が得られることがわかった。微生物でみられる多数の鞭毛・繊毛集団のウエーブ状のダイナミクスの機能に関する洞察が得られると考えている。

概日リズム / 結合振動子 / 時系列解析 / SCNニューロン / サーカディアンリズム / 位相方程式 / 位相応答曲線 / 時計遺伝子 / 集団フィードバック制御 / 複雑ネットワーク / 同期

視交叉上核(SCN)におけるニューロン群のネットワークモデルを生理実験に基づいて忠実に構築し,数値解析を行うことにより,哺乳類のサーカディアンリズムの動的メカニズムの理解を目指した。ラットSCNスライス計測データからニューロン間の結合構造を推定し,ネットワークモデルを構築して解析を行ったところ,スライスデータで観測される位相波を再現することが出来た。ニューロン間に位相差を生じる位相波は時差ボケ機構などにおいて重要な役割を果たしていると考えられる。また,概日リズム制御を目標に,電気化学振動子の結合系に対して遅延フィードバックを適用し,クラスター状態の制御が可能であることを確認した。さらには,植物遺伝子発現データの位相応答特性の計測結果に基づいて,特異点摂動から同期状態の制御を試みた。

【研究分担者】
福田弘和	大阪府立大学	生命環境科学研究科	助教	(Kakenデータベース)
池口徹	埼玉大学	大学院・理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
郡宏	お茶の水女子大学	人間創成科学研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
池口徹	埼玉大学	大学院・理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
郡宏	お茶の水女子大学	お茶大アカデミックプロダクション	特任助教	(Kakenデータベース)