動物の模様には２つのタイプ、⽣まれながらに固定されているタイプ（パンダのパターンなど）と、動的に形成されるタイプがあります。動的に決定されるタイプでは、動物の成⻑に伴い、形成因⼦である⾊素細胞が他の⾊素細胞あるいは周辺の細胞との相互作⽤により、⾃⾝のあるべき場所（安定に存在できる場所）を⾒つけ、定住します。このタイプで形成される体表模様の多くは、いわゆる「Turing⽅程式（反応拡散⽅程式）」で⽰される「Turing pattern」となります。我々はゼブラフィッシュを用いて、Turing pattern の形成に関わるパターン形成の分⼦メカニズム解明を⽬指しています。

鰭の先端は、アクチノトリキアと呼ばれる真っ直ぐな、槍状のコラーゲン繊維によって支持されており、それが、骨形成を誘導すると考えられています。したがって、骨の形状と位置がどのように決定されるのかを理解するためには、アクチノトリキアがどこで作られ、どこに配置されるのかを知る必要があります。私たちはこれまでに、アクチノトリキアを「作る」「並べる」「分解する」といった様々な工程に関わる細胞の役割を見出してきました。小さな細胞達がアクチノトリキアというコラーゲンの結晶体を組み上げて、鰭の形を形成していく仕組みについて研究しています。

細胞膜電位は神経や筋⾁のみならずあらゆる細胞に存在しており、近年の研究から形態形成にも関与することがわかってきました。我々はこの新しい形態制御機構の解明を⽬指して、遺伝学的⼿法とライブイメージングに優れたゼブラフィッシュをモデルに研究を進めています。これまでに膜電位を⼈為的に操作する⼿法を開発し、体表模様、⾻の形態、ヒレのサイズなどを⼈為的にコントロールすることに成功しました。 現在はこの⼿法を⽤いて制御のメカニズムを明らかにするとともに、⽣体内での膜電位の動態を観測するためのイメージング⼿法の開発にも取り組んでいます。

昆虫などの外骨格生物は、袋のような形状をしています。一番外側にキチンという固い物質でできた骨格があり、その内側にはキチンを分泌する一層の上皮細胞があります。さらに内側はほぼ液体であり、その中に、内臓が浮いています。体を大きくしようとしても、一番外側に固い骨格があります。そのため、その内側に新しい外骨格を作るしかありませんが、普通にやったのでは、前よりも小さくなってしまいます。そこで、新しい外骨格は、少し「皺」のある状態で作り、脱皮してからその皺を伸ばす、という技を使いました。当然、皺の入れ方により、脱皮後の形態が多少変化することになります。一部の昆虫では、一回の脱皮で、非常に大きく形態が変わります。その場合、脱皮後の新形態を、複雑かつコンパクトに折りたたんだ状態で作ることになりますが、そこにはどんな物理的なロジックが使われているのでしょう。平面を折りたたんで３Dの形を作るのでなく、折り畳みを展開することで３D形態を作るので、逆折り紙とでもいえば良いのでしょうか。この研究では、カブトムシの角とツノゼミの角を例に、３Dの形態を生み出す逆折り紙メソッドに迫ります。