2022 Fiscal Year Research-status Report
Search for universality in nonequilibrium cooperative phenomena using adherent cultured cells
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20K14435
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
足立 景亮 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (40849626)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アクティブマター / 非平衡相転移 / 相分離 / 非線形ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞集団のようにエネルギーを利用して自ら運動する要素の集団はアクティブマターと呼ばれ、典型的な非平衡多体系として近年盛んに研究が進められている。本研究課題では、異なる非平衡系の間の関係にも注目することで、非平衡協同現象の普遍的性質の解明に取り組んでいる。
昨年度は、接着細胞集団を単純化したモデルとしてアクティブ格子ガスを考え、細胞の接着基板などによって自己駆動の向きに空間的異方性が生じると協同現象が大きく変化し、密度の長距離にわたる相関や異方的な相分離などが起こりうることを提案した。当該年度は、より自然なモデルとして連続空間を動く粒子のモデルであるアクティブブラウン粒子を考え、空間的異方性がある場合に同様の協同現象の変化が起こるかどうかを調べた。まず、シミュレーションの結果から、アクティブ格子ガスとよく似た性質が現れることがわかり、空間異方性の効果の一般性が示唆された。さらに、アクティブモデルB+と呼ばれるアクティブマターの連続場モデルのシミュレーション・平均場解析を行い、アクティブマター特有のミクロ相分離が異方性によって抑制され、別の非平衡多体系である外場駆動系の引力誘起相分離と同じタイプのマクロ相分離が安定化されることがわかった。
よりマクロな非平衡系として、進化や生態の個体群ダイナミクスを考え、非平衡物理学で発展してきた速度限界の考え方を応用することで、非線形な個体群ダイナミクスにおける速度限界を表す不等式を示した。特に、非線形ダイナミクスに特有の分岐現象の臨界点付近に注目して速度限界不等式を応用することで、臨界点付近で緩和が遅くなる現象（臨界緩和）を特徴づける指数に関する普遍的な不等式を導出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現状では研究実施計画に記していた実験研究を進めることができていないが、シミュレーションや理論解析に基づく研究を発展させることで培養細胞のようなアクティブマターの協同現象に関する理論的提案を行っており、またより一般に非平衡物理学で発展している方法論の適用範囲を拡張することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本研究でシミュレーションなどに基づいて理論的に予言された現象の実験的検証に向けて、どのような実験系が適切かを検討する。また、引き続きアクティブマターの協同現象と結び付けられるような他の非平衡現象との関係を明らかにすることを目指す。
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| Causes of Carryover |
研究計画で予定していた一部の実験を行わなかったこと、および国内や海外での研究会や学会がオンラインで開催されたことで、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、データ解析用のコンピュータの購入費などに充てる予定である。
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