2020 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence of functional dynamics in heterogeneously-connected dynamical elements
| Project/Area Number |
18K03471
|
|---|
| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
|---|
Principal Investigator |
柳田 達雄 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (80242262)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中尾 裕也 東京工業大学, 工学院, 教授 (40344048)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | ハミルトン力学 / 緩和現象 / 多時間スケール / 高分子モデル / ビーズスプリングモデル / 準平衡状態 / 非線形ダイナミクス / 非一様エネルギー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
自然界には外乱や環境変化に抗して安定に機能するシステムが多く存在する．例えば，中枢パターン生成神経網では，ニューロン同士の結合構造がリズミック な動物の運動を創生している．また，共有結合・分子結合，分岐やループなどの結合構造による局所運動が生体高分子の機能に関与している．これら機能の創出 には，ヘテロな結合構造とそれにより生成される多スケールダイナミクスが重要な役割を担っていると考えられている．
本年度は，生体高分子を模した具体的な力学モデル(質点がバネでつながったモデルでありビーズスプリングモデルと呼ばれる)の力学的な振る舞いを数値および解析的に研究した．特に，異なる運動の時間スケールをシステムが内包している場合における熱平衡状態への緩和過程を解析した．このような多時間スケールをもつ分子と溶媒粒子が相互作用する場合には，溶媒粒子の運動エネルギーが分子のそれよりも大きくなる状態が長時間維持される準平衡状態を見出し，エネルギー等分配則を適用することにより定量的な予測をし，現在論文投稿中である．
このような，ヘテロな結合構造が生み出す局所的な運動や揺らぎが機能と密接に関係している事がアクトミオシン系などにおいて示唆されており，モデル系で観測された不均一運動も生体分子の機能と密接に関連していると考えられる．
このような多時間スケール分子の高周波の伸長運動モードの励起にともなう新奇な現象を見出した．これは，運動の励起に伴い剛性が動的に創生されるという現象である．特異摂動法により詳細な数理解析による動的剛性の創出に関する学術論文を投稿準備中である．この現象は，多スケールダイナミクスやヘテロなエネルギー励起が生み出す，不均一運動と考えられ，生体分子の機能との関連が強いと考えられる．
|
