活動目的・内容

本SGは昨年度に引き続き、生き物のかたちづくりの過程で生じる多様な生命現象を数理モデルで説明できる可能性について議論することを目的とする。そのため、発生現象に関する分野横断的（数理+生物科学）な論文の精読と、実際の胚観察とを併せて実施する。

今年度注目するトピックは組織の「硬さ」や組織にかかる「力」など、物理的な要素が発生現象に与える影響についてである。前期には、脊椎動物の腸内にできるヒダヒダ構造（絨毛）の形成に関する論文¹を精読する。この論文では、腸を覆う筋肉層が腸の形態に物理的な制約を与えることで、絨毛形成が進行することを明らかにしている。この他、2016年度の SG でも扱った腸のルーピング構造形成についての論文²も同時に輪読する。もう一つの重要な活動であるニワトリ胚実習では、腸の絨毛やルーピングの形成過程の観察や実験を行う予定である。

後期には、細胞の集団移動における足場組織の硬さの役割に注目した論文³の輪読を予定している。これに加えて、発生過程における「力」や「硬さ」の役割に関する総説も読み、物理的な要素の測定方法や人工操作法の最新知識を学び、ニワトリ胚実習にも活かしていく予定である。

1: “Villification: How the Gut Gets Its Villi”, Shyer AE. et al., Science, 2013
2: “On the growth and form of the gut”, Savin T. et al., Nature, 2011
3: “Tissue stiffening coordinates morphogenesis by triggering collective cell migration in vivo”, Barriga EH. et al., Nature, 2018.

活動成果・自己評価

本SGの参加学生は学部生のみであったが、全員が数理と生物科学との融合研究に強い興味を抱いており、精力的に題材論文の精読に取り組んだため、SG活動時に活発な議論が飛び交った（図）。加えて、数学・物理の参加教員による論文の数理部分の解説や、数理と生物科学との融合研究に取り組んでいる生命科学系の参加教員らによるコメントもあり、当初の想定以上に深い理解ができた。後期は当初予定していた論文ではなく、聴覚・嗅覚の感覚細胞の感覚器官内分布パターンの形成に関するレビュー ”Differential and Cooperative Cell Adhesion Regulates Cellular Pattern in Sensory Epithelia, Togashi H., Front. Cell Dev. Biol., 2016” を輪読した。この論文では、感覚細胞およびその周囲の細胞との間での細胞接着力の違いが分布パターン形成に寄与していることを解説しており、細胞接着力の強弱の定量性測定や定量的データに基づいたシミュレーションの必要性についての議論が盛り上がった。

ニワトリ胚の観察実習として、前期は腸内のヒダヒダ構造（絨毛）の発生過程を、後期は腸ルーピングおよび内耳の発生過程の観察を行った（図）。実際に自分の手を動かしてみることで、論文の写真からでは分からない、本物の美しさや複雑さなどを感じることができたと思われる。この他、本SGでは、主催/共催含めて5回の外部セミナーを開催した。特にEdouard Hannezo 博士と進藤 麻子博士のセミナーでは、細胞の集団挙動や組織の枝分かれ構造について数理を駆使したアプローチを試みており、数理と生物科学との分野横断的研究の最前線の話を聞くことができた。

参加メンバー