木質材料の構造力学的最適化による環境応答戦略の理解
研究代表者:杉山淳司(京都大・生存研・教授)
研究分担者:五十田博(京都大・生存研・教授)

研究協力者:中川貴文(京都大・生存研・准教授)

本計画研究では、サステナブル構造システムの基盤要素である自己進化型素材と空間構造のモデル構築のため、木質材料の構造力学的最適化が樹木の環境応答や構造安定性をどのように制御しているのかを分子レベルで明らかにします。


植物との力学的アナロジーに学ぶ巨大建築構造システム設計
研究代表者:川口健一(東京大・生産技術研・教授)
研究協力者:中楚洋介(東京大・生産技術研・特任講師)

研究分担者:張天昊(東京大・生産技術研・助教)

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本計画研究では、領域内の植物科学研究者と協力し、機械的刺激に対する植物の応答戦略に学び、新しい知見を建築構造システムへ応用することに挑戦します。
・スケールを超えて成り立つ原理の抽出と建築構造システム設計への応用
・構造デザインへの新たな植物モジュールの応用


植物構造システム形成における内生・外生プログラムによる力学的最適化
研究代表者:澤進一郎(熊本大・院・先端科学(理)・教授)
研究分担者:Ali Ferjani(東京学芸大・自然科学・准教授)
研究協力者:大谷順(熊本大・院・先端科学(工)・教授)

研究協力者:吉田祐樹(熊本大・院・先端科学(理)・特任助教)

研究協力者:友部遼(京都大・農・地域環境科学(農)・DC1研究員)

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本研究では、機械刺激が植物の形態形成を制御し、力学的構造最適化を図るしくみを明らかにするために、植物がもつ2つの構造システム形成戦略を読み解きます。


重力情報の変換・出力機構を介した植物の力学的最適化戦略の統合的理解
研究代表者:森田美代(基礎生物学研究所・教授)

研究分担者:橋本美海(名古屋大・生命農・助教)

研究協力者:古谷将彦(基礎生物学研究所・特別訪問研究員)

研究協力者:四方明格基礎生物学研究所・助教)

研究協力者西村岳志(基礎生物学研究所・助教)

研究協力者:川本望基礎生物学研究所・博士研究員)

研究協力者:中村守貴基礎生物学研究所・博士研究員)

 

本計画研究では、重力ベクトルを指標とした植物の力学的構造最適化機構としての重力屈性において、重力情報の入力、変換および出力としての4次元構造システムのしくみを明らかにします。



細胞壁の特殊化から読み解く植物の力学的最適化戦略
研究代表者:出村拓(奈良先端大・先端科学技術・教授)
研究分担者:西谷和彦(神奈川大・理・生物化学・教授)
研究分担者:大谷美沙都(東京大・院・新領域創成科学・准教授)

研究協力者:國枝正(奈良先端大・先端科学技術・助教)

研究協力者:中田未友希(奈良先端大・先端科学技術・助教)

研究協力者:津川暁(奈良先端大・先端科学技術・特任助教)

研究協力者:Yoichiro Watanabe(奈良先端大・先端科学技術・特任助教)

研究協力者:佐野亮輔(奈良先端大・先端科学技術・博士研究員)

研究協力者:久保稔(熊本大・院・先端科学研究・特任教員)

研究協力者:工藤光子(日本科学技術振興財団・事務局長)

研究協力者:細見亮太((株)構造計画研究所)
研究協力者:石塚広一((株)構造計画研究所)
研究協力者:外川文雄((株)構造計画研究所)
研究協力者:岡山信男((株)構造計画研究所)
研究協力者:館野正樹(東京大・院・理・日光植物園・准教授)
研究協力者:高田直樹(森林総合研究所森林バイオ研究センター・主任研究員)

研究協力者:藤本仰一(大阪大・理・准教授)

研究協力者:郷達明(奈良先端大・先端科学技術・助教)

研究協力者:植村知博(お茶の水女子大・理系女性教育共同開発機構・助教)

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本計画研究では、細胞壁の特殊化を構造力学的に読み解くことで、サステナブル構造システムモデルへ投影可能な植物の力学的最適化戦略を抽出します。
・構造力学的アプローチによる細胞壁マイクロドメイン化メカニズムの解明
・重力屈性・あて材形成に見る力学的最適化戦略の解明
・植物器官新生における細胞壁の可塑的制御による力学的最適化の解明


周囲環境応答としての植物成長特性の力学的最適化の柔軟性
研究代表者:藤原徹(東京大・院・農生科・教授)
研究分担者:三輪京子(北大・院・地球環境・准教授)

研究協力者:Mercel Beier(東京大・院・農生科・特任助教

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本計画研究では、植物が複数の異なる環境刺激に対してその形態形成を最適化するしくみを明らかにします。この最適化の機構について、植物の外的な周囲環境要因に対する応答と、内的な細胞壁成分・組成の影響、の2つの側面からアプローチします。


張力センサーを用いた細胞壁-細胞膜インターフェイスの構造力学的研究
研究代表者:豊田正嗣(埼玉大・院・理工准教授)

研究協力者:戸澤 譲(埼玉大・院・理工・教授)

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本計画研究では、細胞壁-細胞膜インターフェイスにおける張力分布/Ca2+シグナルを可視化するイメージング技術を開発し、植物の力学的刺激受容・フィードバック機構を明らかにします。
・細胞壁-細胞膜インターフェイスにおける張力分布/力学的シグナルを可視化するイメージング技術の開発
・植物の力学的刺激受容・フィードバック機構の解明
・植物発サステナブル構造モデルの構築


葉の力学的最適化過程における細胞平面充填の画像計測数理解析
研究代表者:桧垣匠(熊本大・国際先端科学技術研究機構・准教授)

研究協力者:Olivier Hamant(ENS Lyon・仏)

研究協力者:戸田真志(熊本大学・総合情報統括センター・教授)

研究協力者:國田 樹(琉球大学・工学部・助教)

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本計画研究では、異分野融合に基づく画像解析技術を開発するとともに、本技術に基づいた定量解析によって葉表皮組織における細胞壁湾曲形成の構造学的意義を、摂動に応じた葉器官の形態形成との関連から明らかにします。
・外部刺激に応答した葉の力学的最適化過程の画像計測数理解析
・重力応答時の植物構造変化を定量評価する画像解析技術の開発



顕微技術を駆使した計測と制御による細胞構造のしなやかさの高精度解析
研究代表者:細川陽一郎(奈良先端大・物質・教授)
研究分担者:安國良平(奈良先端大・物質・助教)
研究分担者:三村徹郎(神戸大・院・理・教授)

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本計画研究では、細胞壁の構造を明らかにするための原子間力顕微鏡とフェムト秒レーザーを組み合わせた光学システムを開発し、実験データと細胞壁の物理モデルを数値シミュレーションにより照合して細胞壁のしなやかさを理解し、工学、特に建築学への応用を検討します。
・原子間力顕微鏡とフェムト秒レーザーを組み合わせたシステム開発
・細胞壁の非線形弾性特性の計測と数値シミュレーションに基づく評価
・細胞壁のフォースマッピングと数値シミュレーションに基づく評価
・細胞壁の形成における重力応答メカニズムの解明


木質バイオマスの合成・分解プロセスに学ぶ植物構造ユニットの力学的最適化戦略
研究代表者:五十嵐圭日子(東京大・院・農生科・准教授/VTT・招聘教授)
研究協力者:砂川直輝(東京大・院・農生科・博士研究員)

本計画研究では、生合成・生分解プロセスで植物や微生物が用いる植物細胞壁関連酵素の機能解析を行うとともに、植物細胞壁成分をin vitroで合成および構造制御する手法を獲得し、それらを低エネルギーで分解できる系を構築します。


植物体のしなやかさを生み出す非セルロース性細胞壁成分の構造力学的・化学的特性
研究代表者:小竹敬久(埼玉大・院・理工・教授)
研究分担者:石水毅(立命館大・生命科学部・准教授)
研究協力者:曽我康一(大阪市立大・院・理、准教授)
研究協力者:山口雅利(埼玉大・院・理工・准教授)

研究協力者:九鬼寛明(埼玉大・院・理工・博士研究員)

研究協力者:竹中悠人(立命館大・理工・助教)

本計画研究では、AGPとペクチンの分子機能に着目し、
(1) 優れた力学的特性を生む細胞伸展性・形態形成の自律的制御機構の解明
(2)力学的最適解を生む細胞接着の形成・キャンセル制御機構の解明
に取り組みます。また、過重力環境とモデリングを利用して、
(3)重力に抗する植物の動的な体作りの仕組みの解明
に取り組みます。


植物体の姿勢復元力を支配する力学的最適化システム
研究代表者:上田晴子(甲南大・理工・准教授)
研究分担者:岩渕功誠(甲南大・理工・研究員)
研究協力者:飯田秀利(東京学芸大・教育・名誉教授)
研究協力者:豊倉浩一(甲南大・理工・博士研究員)

研究協力者:高木純平(甲南大・理工・特任研究助教)

本計画研究では、以下の2つの研究項目によって、植物の姿勢制御の力学的最適化戦略を解明します。
・屈曲とその復元に伴う花茎の力学的ひずみの変化から探る繊維細胞の役割
・姿勢復元を支えるアクチン束配向の力学的最適化と細胞内運動の関係