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国立大学法人 電気通信大学

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お知らせ

【ニュースリリース】細菌集団は右には回れない?

2021年06月23日

中根大介助教(基盤理工学専攻)、西坂崇之教授(学習院大学理学部物理学科)らの研究グループは、微生物集団が自発的に渦パターンを形成し、反時計回りに回転しながら巨大化することを発見しました。この成果は米国微生物学会の学術誌 Journal of Bacteriology に掲載されました。

ポイント

  • 土壌細菌が巨大な渦パターンを形成することを発見した
  • 渦パターンは100万個体以上の細菌からなり、必ず反時計回りに回転しながら巨大化した
  • これは細菌がレーダーのように栄養分を感知する新しい戦略なのかもしれない

概要

細菌はもっとも小さく単純な生命体の1つであり、1ミリの1/500ほどの大きさしかありません。小さな培養シャーレの上には日本の人口に匹敵する集団が混み合いながら生活をしています。顕微鏡をつかって眺めてみると、この細菌集団が動き回り、自己組織化することで、様々な模様をつくりだすことがあります。本研究では、土壌にいる細菌が、自身の1000 倍近くの大きさの渦をつくりだし、それらがぐるぐると反時計回りに回転しながら巨大化する様子を捉えることに成功しました。詳しく観察すると、内側にいる細菌は自身で積極的に動くわけではなく、外側にいる⼀部の活発な細菌によって回転させられているようにみられました。この渦は飢餓環境で特徴的にあらわれることから、レーダーのように栄養分を探し出す細菌集団のユニークな生存戦略なのかもしれません。

成果

本研究で注目しているパターン形成は、この細菌で特徴的にみられる表面運動によって駆動することで生じていました。この運動は細菌1匹ではランダムですが、複数の細菌同士がくっつくと滑らかに動き、かつ、左旋回に偏りがみられました。これらが高密度になると、自身の大きさの30 倍程度の小さく均一な渦模様を形成しました。また、さらに時間が経過すると、今度は周囲の渦を取り込みながら成長し、自身の大きさの500倍程度の大きな渦模様を形成しました。前者の小さな渦模様はこれまでに多様な生物でみられる短距離の相互作用によるパターン形成と類似していました。しかし、後者の大きな渦模様および、その際に生じる⼀様な反時計回りの回転はこれまでに報告がありませんでした。さらに細かく観察すると、この大きな渦の中にいる細菌は受動的に回転しており、その周りにいる少数の活発に動く細菌がこの回転の駆動力を生み出しているようにみられました。大きな渦模様の回転は、まわりの栄養分がなくなったときに特徴的にみられるため、この仕組みは微生物がより良い環境をみつけるための生存戦略なのかもしれません。

動画

Collective motion of bacteria
(動画:24秒)

詳細は下記PDFでご確認ください。