企画名
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生命のダイナミクスを観て（観察）考える（数理） |
参加教員
| 教員名 | 所属 | 職名 |
|---|---|---|
| 高橋 淑子（代表教員） | 生物科学専攻 | 教授 |
| 國府 寛司 | 数学・数理解析専攻 | 教授 |
| 荒木 武昭 | 物理学・宇宙物理学専攻 | 准教授 |
| 稲葉 真史 | 生物科学専攻 | 助教 |
| 平島 剛志 | シンガポール国立大学生理学科 | 特定准教授 |
| 伊丹將人 | サイエンス連携探索センター | 特定助教 |
企画の概要 実施期間・頻度
受精卵から体が作られるとき、細胞はその形を変え（形態形成）、性質を変え（細胞分化）、そして自分の居場所を変えていく（細胞移動）。また近くや遠くの細胞と盛んに連絡をとり合う（細胞間相互作用やネットワーク形成）。このような変化を総称して細胞ダイナミクスと呼ぶ。本SGでは細胞ダイナミクスをテーマにして、その理解を深めるための分野をこえた議論を試みる。まずどのような細胞ダイナミクスがあるのかを観る。次にそのダイナミクスの理解を深めるための数理的アプローチを考える。メカノバイオロジー、神経ネットワーク、オシレーション（心拍、概日リズム、腸蠕動運動などの振動現象）などをキーワードにして、実験科学（Wet）と数理科学（dry）の融合による相乗効果を体感する。論文をじっくり読み込みながら、２−３週間に一度のペースで、教員と学生が一緒になって理解を深める。関連する研究者を外部より招へいし、また半期に一度は実習室で「本物」の胚と向き合う。単位や成績はなし。議論しながら学問をする楽しさを求めたい。
TA雇用の有無
TA/OA有り
その他、特記事項など
可能な限り対面を予定
問い合わせ先
高橋 淑子 yotayota＊develop.zool.kyoto-u.ac.jp
（＊を@に変えてください）
スタディグループへの登録は締め切りました。
関心のある方は macs ＊sci.kyoto-u.ac.jp（＊を@に変えてください）までご連絡ください。
活動報告
活動目的・内容
本企画では多細胞生物でみられる細胞のダイナミクスをテーマとして、その理解を深めるため分野を超えた議論を試みる。具体的には脊椎動物の器官形成（腸ルーピング）や細胞活動による振動現象（心拍）について実際に観察を行い、次にそれらのダイナミクスを深く理解するための数理的アプローチについて考える。分野横断型の研究の有効性、おもしろさを体験する。本年度注目するトピックは、(1) 腸のループ形成と(2)心臓のペースメーカー振動である（右図）。
(1) 腸ループ形成長い腸はループ状に折り畳まれ体の中に収納されている。体内において腸管は腸管膜と呼ばれる薄い膜を介して体壁に繋がれている。本論文では、腸管と腸間膜で伸びやすさが異なることが腸管のループ構造の形成に必要であることを、組織の硬さを定量した実験的手法および弾性体の数理に基づいたシミュレーションから導いている。
Savin, Thierry, et al. "On the growth and form of the gut." Nature 476.7358 (2011): 57-62.
（2） 心臓のペースメーカー振動
心臓が正常に拍動するためには洞房結節のペースメーカーから発生する自律的な活動電位が「波」として特定の経路を辿って伝達されること重要である。活動電位の伝播パターンが異常になると不整脈の原因となることが知られており、本論文ではその仕組みを心筋細胞の培養系と数値シミュレーションを用いて解析している。その結果、周期の遅いペースメーカー周辺で波が崩れ螺旋波が発生し、さらにペースメーカー波と相互作用すると複雑な時空間パターンを生成することが示された。
活動成果・自己評価
前期は、腸ループ論文の輪読・議論を通して、まず腸管のループ構造形成の発生生物的な背景を学び、次に腸管と腸間膜を弾性体と捉えた数理モデルから、両者の「伸びやすさ」の違いが腸管をループ状に変形させることを学んだ。また論文にあったゴムチューブ（腸管）とゴム版（腸管膜）を用いた物理モデルを自分たちで実際に作製し、ゴムの硬さや長さ等に依存してループ構造のパターンが変わることを体験した。後期は、心臓のペースメーカー振動論文の輪読・議論を通して、心臓の電気生理学の基礎を学び、活動電位の動態を近似するフィッツヒュー-南雲モデルを議論し、活動電位が波として空間を伝播する仕組みについて理解を深めた。トリ胚実習では、腸管のループ構造、心臓の拍動とそれに付随するCa2+変化について観察を行った。腸管のループ構造については、トリ胚の解剖が初めての人もおり、顕微鏡を使っての解剖の難しさや、実際の生体の複雑さ美しさを体験してもらえたと思う。心臓のCa2+イメージングについては先端技術を使った研究現場の一端に触れることを目的としたが、生物系を含め数物系の学生も興味深く観察していたことが印象的だった。この他、生物多様性コロキウム（Lee, Shyh-Jye, 国立台湾大学）を共催し、また谷口 俊介氏（筑波大学生命環境系 下田臨海実験センター）に講演していただき、生物科学と数理の分野横断の可能性についての理解を深めた。
[SG2021-3] トリ胚観察実習（腸）（2022年8月5日）（左：実習風景、右：トリ胚の腸）
[SG2021-3] ゴムモデルの作成風景（2022年12月23日）（左：実習風景、右：作製したゴムモデル）
[SG2021-3] ニワトリ胚観察実習（心臓のCa2+イメージング）（2023年2月17日）
SG3報告会資料ダウンロード
参加メンバー
| 氏名 | 所属 | 職名・学年 |
|---|---|---|
| 高橋 淑子（代表教員） | 生物科学専攻 | 教授 |
| 稲葉 真史 | 生物科学専攻 | 助教 |
| 國府 寛司 | 数学・数理解析専攻 | 教授 |
| 荒木 武昭 | 物理学・宇宙物理学専攻 | 准教授 |
| 平島 剛志 | シンガポール国立大学 生理学科 | 特定准教授 |
| 伊丹 將人 | サイエンス連携探索センター | 特定助教 |
| Lee, Shyh-Jye | 国立台湾大学 | 教授 |
| 谷口 俊介 | 筑波大学生命環境系 下田臨海実験センター | 准教授 |
| 位田 稜弥 | 理学部 | B1 |
| 岩井 健人 | 理学部 | B2 |
| 国村 亮太 | 理学部 | B2 |
| 湯淺 礼來 | 理学部 | B2 |
| 中本 那央 | 理学部 | B2 |
| 岸 広登 | 理学部 | B3 |
| 黒須 航太郎 | 理学部 | B3 |
| 島田 草太朗 | 理学部理学 | B3 |
| 小島 悠希 | 理学部 | B3 |
| 宇都宮 翔大 | 理学部 | B4 |
| 木津川 楓輝 | 理学部 | B4 |
| 福島 理 | 物理学・宇宙物理学専攻 | D2 |
| 天野 玲 | 物理学・宇宙物理学専攻 | M1 |
| 松村 大毅 | 物理学・宇宙物理学専攻 | M1 |
| 石田 祐 | 生物科学専攻 | M2 |
