原生生物の探索行動を創発する機構の数理モデル

粘菌という原生生物が自ら移動しながら栄養源を獲得するためにどのような戦略をとっているかを明らかにするために、数理モデルを用いた研究を行った。これまでの研究で、粘菌の振る舞いを再現するために様々な角度から数理モデルを提案してきた。もっとも簡略化を行なった確率モデルにおいては、粘菌の先端の運動のみならず、粘菌の後端も動くように設定してあり、限られた通路内を動き回る様子がよく再現されていた。粘菌の厚み振動を伴う微分方程式を用いたモデルでは、粘菌の先端の動きをよく再現できた一方で、後端の動きに関しては洗練されたものとは言い難い状態であった。このモデルでは粘菌はシート状の部分と管状になっている部分の二つから構成されているが、粘菌が後端の原形質を管から回収するための仕組みに改良を加えることにより、より複雑な動きができるようになった。粘菌を用いた実験と、数理モデルを用いたシミュレーションを連携させながら行うというのが本研究の特徴であるが、いままでの粘菌実験は全て枝分かれした狭い通路上における振る舞いを調べたものであり、通路幅についてはあまり問題にしてこなかったという経緯がある。今回提案する数理モデルは二次元のランダムメッシュ上で移動するモデルであるため、通路の幅が粘菌の振る舞いに与える影響、そもそも通路の壁のような障害物を全て取り払った状態における粘菌の振る舞い、についても調べることが可能となった。

粘菌という原生生物が自ら移動しながら栄養源を獲得するためにどのような戦略をとっているかを明らかにするために、数理モデルを用いた研究を行った。これまでの研究で、粘菌の振る舞いを再現するために様々な角度から数理モデルを提案してきた。もっとも簡略化を行なった確率モデルにおいては、粘菌の先端の運動のみならず、粘菌の後端も動くように設定してあり、限られた通路内を動き回る様子がよく再現されていた。粘菌の厚み振動を伴う微分方程式を用いたモデルでは、粘菌の先端の動きをよく再現できた一方で、後端の動きに関しては洗練されたものとは言い難い状態であった。このモデルでは粘菌はシート状の部分と管状になっている部分の二つから構成されているが、粘菌が後端の原形質を管から回収するための仕組みに改良を加えることにより、より複雑な動きができるようになった。粘菌を用いた実験と、数理モデルを用いたシミュレーションを連携させながら行うというのが本研究の特徴であるが、いままでの粘菌実験は全て枝分かれした狭い通路上における振る舞いを調べたものであり、通路幅についてはあまり問題にしてこなかったという経緯がある。今回提案する数理モデルは二次元のランダムメッシュ上で移動するモデルであるため、通路の幅が粘菌の振る舞いに与える影響、そもそも通路の壁のような障害物を全て取り払った状態における粘菌の振る舞い、についても調べることが可能となった。