研究室の概要
研究

概日時計とは?

 生物には,脳波や代謝振動などの周期の短いものから,高等動植物の繁殖サイクルなどに見られる周期の長いものに至るまで,多くの振動現象が見られる。このうち,約24時間周期の内因性の生物振動現象は概日(サーカディアン)リズムと呼ばれ,集中的に研究されている。地球上の環境変化との対応性が指摘されている生体リズムとしては,このほか潮汐(サーカタイダル)リズム,一年周期の概年(サーカアニュアル)リズムなどが知られている。

 概日リズムは,外界の温度,光などの環境条件を一定にした連続条件下に移しても約24時間周期で持続する内因性の生物リズムである(自由継続性)。また,明暗サイクルなどの環境周期に同調することができる(光位相同調性)。さらに自由継続周期は温度に比較的影響されにくい(温度補償性)。これらの3条件を満たすことで,概日リズムは地球の自転に伴う環境サイクルへの適応体制として機能していると考えられている。

 では,概日リズムを実現するためには,どのような機構が必要なのだろう?まず,安定な約24時間周期の振動を生み出すための装置が必要である。これを振動体(oscillator)または(概日)時計(circadian clock)と言う。次に,この時計は外界の環境変化に応じて,(ちょうど我々が時計の時刻を調整するように)時刻の調整を受けることから,なんらかの環境センサー(光受容体,温度受容機構)から時計への情報伝達系が存在するはずである。これらを総称して入力系(input)と呼ぶ。また,概日時計によって生じるリズム情報は,出力系(output)と呼ばれる出力経路を介して実際の細胞/個体レベルの生理活性リズムとして実現される。一般に、入力となんらかの因果関係を持ちながら出力を生む機構をシステム(系)と呼ぶ。 電気・機械・情報など工学的なものだけでなく、自然環境、生体活動、細胞機構などもそれぞれシステムである。概日時計機構もシステムの一つであり、細胞システムや生体システムなどより高次なもののサブシステムと見なすことができる。現在,バクテリア,菌類,昆虫類,高等動植物を用いて,世界中で概日時計システムの分子機構の解析が精力的に行われ,急速にその解明が進められつつある。