生物リズム低温停止現象の分岐理論を用いた理解

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生物リズムは低温下など環境条件を変えるとリズム消失が起こることがある。「なぜリズムが見られないのか」という疑問に関して有効な理論が、非線形動力学の分野で知られている分岐理論である。この理論によれば自律振動が見られなくなるタイプの分岐は主に2種類、振幅がゼロになってリズム消失するHopf分岐と周期が無限大になってリズムが停止するSaddle-node on an invariant circle（SNIC）分岐がある。本研究では分岐理論を用いて低温下での「リズムがなくなる」現象を2種類に分類し、理解することを目的としている。これまでに、シアノバクテリア概日リズムはHopf分岐のシナリオでリズムが消失することを示し、リズムがないと考えられてきた低温域でもわずかな昼夜の変化に共鳴してリズムが回復するという現象を見つけて報告した。本年度は主にSNIC分岐と予想されるアフリカツメガエル受精卵の低温環境下での細胞周期の停止に関する研究を進めた。受精卵の初期の卵割は18℃では約30分周期で起こることが知られている。受精卵を冷やすと、13℃で約85分、10℃で約120分と卵割周期が伸びることがわかった。また6℃では一度も卵割しなくなり、8.5℃では一度だけ卵割が起こって停止した。最初の卵割が起こらなくなる臨界温度は6～8.5℃であるが、卵割回数によって臨界温度が異なる結果が得られている。SNIC分岐の理論によると、リズムがなくなる6℃でも適切な刺激を与えると一度だけ卵割が起こる（興奮性を示す）と考えられる。短時間の高温パルス刺激を与えた後6℃に戻すと一度だけ卵割が起こるという予備的な結果が得られた。今後さらにSNIC分岐の理論をもとに細胞周期の振動子としての性質に迫る研究を行い、成果を論文にまとめたい。