Emergence of intelligence by cell shape changes in a giant amoeboid cell of the true slime mold Physarum

真正的粘菌绒泡菌的巨型变形虫细胞通过细胞形状的变化而产生智慧

基本信息

  • 批准号:
    13650266
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2001 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A living cell is an intelligent chemical system which works dynamically by complex chemical reactions. The objective of the present research is to elucidate the cellular organization in terms of molecular synchronization with the aim to propose a new guideline for manufacturing functionality materials. We use a large amoeboid organism, the plasmodium of the true slime mold Physarum polycephalum, and study mechanisms of (1) organization of time order, (2) optimal design of cell shape, and (3) dynamical synchronization by simulation.1. Organization of time orderBy analyzing a long-term changes in the cell shape, 7 oscillatory components are found, periods ranging from a few secnds to 10h. All other oscillatory phenomena, such as cell cycle, morphogenesis, and periodic streaming of protoplasm, agree with the some one of the 7 periodicity. The following geometric progression holds among the periods Ti : Ti+1/Ti=7.5 and Ti+2/Ti+1=2.8 with I=1,2,3.2. Optimal design of transportation vein net … More work :When many food-sources were placed at different locations on the uniformly spreading organism, the protoplasm gathers at the food and veins remained from various networks. Geometry of the network is analyzed statistically, and found that the network geometry meets multiple requirements for effective network ; short total length of tubes, close connection (small number of transit food-sites between any two food-sites) and fault-tolerance against an accidental disconnection of tubes.3. Methematical modeling of the dynamic behavior by the slime moldThe proposed mathematical model is a set of nonlinear partial differential equations which take into account the flow of protoplasm and interaction among chemical oscillations via diffusion and hydrostatic oressure generated by tension generation. This model is successful to simulate typical patterns observed experimentally, as well as the accumulation of attractive locomotion to food-site (favorite site) and mound formation in crowed conditions. Less
活细胞是一种智能化学系统,通过复杂的化学反应动态工作。本研究的目的是阐明分子同步方面的细胞组织,旨在为制造功能材料提出新的指导方针。我们使用一个大的变形虫生物,真正的黏液霉菌多头绒泡菌的原质团,并研究机制(1)组织的时间顺序,(2)最佳设计的细胞形状,(3)动态同步模拟.通过对细胞形态长期变化的分析,发现了7个振荡成分,周期从几秒到10小时不等。其它所有的振荡现象,如细胞周期、形态发生、原生质周期性流动等,都符合这7种周期中的某一种。在周期Ti之间,下列几何级数成立:Ti+1/Ti=7.5和Ti+2/Ti+1=2.8,其中I= 1,2,3.2。交通静脉网的优化设计 ...更多信息 工作:当许多食物源被放置在均匀分布的有机体的不同位置时,原生质聚集在食物处,而静脉则从不同的网络中保留下来。对网络的几何结构进行了统计分析,发现网络的几何结构满足有效网络的多个要求:管道总长度短、紧密连接(任意两个食品站点之间的中转食品站点数量少)和对管道意外断开的容错性.黏菌动力学行为的数学模拟所提出的数学模型是一组非线性偏微分方程,该方程考虑了原生质的流动以及由扩散产生的化学振荡和由张力产生的流体静力振荡之间的相互作用。该模型成功地模拟了实验观察到的典型模式,以及在拥挤条件下吸引性运动到食物点(最喜欢的位置)和土墩形成的积累。少

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
T. Nakagaki: "To be stationary or oscillatory, that is a question?"NIHON JIKAN SEIBUTU GAKKAISI. 8. 32-37 (2002)
T. Nakagaki:“静止还是振荡,这是一个问题?”NIHON JIKAN SEIBUTU GAKKAISI。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
中垣俊之: "粘菌の流路ネットワーク形成と細胞リズム"第17回生体・生理工学シンポジウム論文集. 373-376 (2002)
Toshiyuki Nakagaki:“粘菌中的流道网络形成和细胞节律”第17届生物和生理工程研讨会论文集373-376(2002)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
中垣俊之: "真性粘菌変形体の運動とゾルゲル流路ネットワークの生理"京都大学数理解析研究所講究録. 1305. 1-7 (2003)
中垣俊之:“真正的粘菌变形体的运动和溶胶-凝胶通道网络的生理学”京都大学数学科学研究所Kokyuroku。 1305. 1-7 (2003)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
R. Kobayashi, T. Nakagaki: "Mathematical modeling for movement and morphogenesis in Physarum"KYOTO UNIV. SUURI KAISEKIKEN KOUKYUROKU. 1305. 8-14 (2003)
R. Kobayashi、T. Nakagaki:“绒泡菌运动和形态发生的数学建模”京都大学。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
中垣俊之: "迷路を解く巨大アメーバ細胞:粘菌"生物物理. 41. 244-246 (2001)
Toshiyuki Nakagaki:“巨型阿米巴细胞解决迷宫:粘菌”生物物理学。 41. 244-246 (2001)
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