(重点) * 提出了一个几何框架，用于将叶片运动解析为「旋转轨迹」。此框架能够对运动路径进行定量分析。 * 分析结果显示，叶片有时会沿着偏离最短路径的轨迹移动，并且这种偏离与摆动对最短路径的贡献相关。 * 此研究使用3D Gaussian Splatting点云数据，以被称为「祈祷植物」的马兰塔作为材料进行了实证。 (概要说明) 熊本大学大学院先端科学研究部中田未友希副教授（兼任熊本大学生物环境农学国际研究中心）、高原正裕研究员和安藤直也教授等人，提出了一种几何框架，用于将叶片的三维运动解析为「旋转轨迹」。 植物叶片会随着昼夜节律的开合，或追踪太阳的运动等，展现出多种伴随方向变化的运动。此前，这类叶片运动一直被描述为仰角和方位角等角度的时间串行变化。然而，单独捕捉角度难以掌握叶片实际移动的路径，使得将运动与其机制结合理解成为一个难题。 本研究从叶片的三维形状中，重建了沿着叶片发育轴的正交基底（ONB）*1，并将叶片姿态表示为三维旋转的数学结构——李群SO(3)*2的元素。这使得叶片运动能够在SO(3)上描述和可视化为旋转轨迹。以因昼夜叶片闭合的就眠运动而闻名的「祈祷植物」——孔雀姜（Maranta leuconeura）为材料，分析了改变重力方向后叶片的重新定位过程。结果显示，叶片有时会采取偏离最短路径的迂回轨迹，并且这种迂回程度与摆动贡献率之间存在相关性。尽管本研究是使用智能手机应用程序3D Gaussian Splatting获取三维数据，但该框架原则上可应用于其他植物物种和各种测量方法。 本研究成果已于令和8年（2026年）5月4日（星期一）发表于学术期刊《Plant and Cell Physiology》。 (展望) 未来，通过将「由假说预测的轨迹」与实际测量轨迹进行定量比较，预计将能阐明叶枕的变形机制以及重力、光线等环境刺激的相对贡献。这种通过轨迹比较的方法，提供了解答角度时间串行分析无法提出的问题的途径。 该框架原则上可应用于倾斜仪、三维数字化仪、惯性测量单元（IMU）等各种测量方法获取的数据，预计将扩展到各种叶片运动现象的物种间比较和进化多样性的阐明。此外，SO(3)上的轨迹分析将产生超越植物科学范畴的数学问题，并将与数学科学合作，深化理论研究。 (术语解释) *1 正交基底（ONB: Orthonormal Basis）：在三维空间中，指由三个相互正交且长度均为1的矢量组成的集合。本研究中，沿着叶片先端基部轴（PD轴）、中央侧方轴（ML轴）和表里轴（AdAb轴）方向的单位矢量被定义为右手系ONB，并用作「叶片姿态」的表示。ONB对应于3x3旋转矩阵的列矢量，这使得叶片姿态能够自然地置于三维旋转的数学结构中。 *2 李群SO(3)：一个数学对象，赋予三维空间中「所有旋转的集合」光滑结构和群运算（旋转的合成）。SO(3)的每个元素代表一个单一旋转，叶片姿态（ONB）则作为旋转矩阵对应于SO(3)的元素。在SO(3)上，严格定义了「两个姿态之间的最短路径（测地线）」和「旋转距离」等概念，这使得叶片运动轨迹能够与这些概念进行比较和定量。 (论文信息) 论文名称：A Geometric Framework for 3D Leaf Movement by Orthonormal Bases: A Demonstration in Maranta leuconeura 作者：Miyuki T. Nakata, Shotaro Sakita, Jion Shimoyama, Naoya Ando, Masahiro Takahara 期刊：《Plant and Cell Physiology》 DOI：10.1093/pcp/pcag034 URL：https://academic.oup.com/pcp/article-lookup/doi/10.1093/pcp