研究課題/領域番号 |
20K14435
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
研究代表者 |
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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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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キーワード | 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 / 臨界現象 / 細胞集団運動 / 非平衡 / 相転移 / 協同現象 / 普遍性 / 培養細胞 |
研究開始時の研究の概要 |
平衡状態では、様々な物質で協同現象として相転移が生じる。一方、非平衡状態の協同現象については、理論的にも実験的にも明らかになっていないことが多い。特に、平衡相転移で現れるような普遍性が非平衡協同現象でも生じるのかどうかという問いは興味深く、非平衡物理の重要な課題である。 本研究では、培養細胞集団を実験系として用い、理論モデルの解析や数値シミュレーションとの比較を行うことで、非平衡現象における普遍性を調べる。特に、接着性細胞である上皮系や間葉系の細胞の集団を用いることで、細胞間相互作用と非平衡性が生み出す非平衡協同現象の解明を目指す。
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研究実績の概要 |
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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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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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今後の研究の推進方策 |
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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