非平衡・等温条件下での化学-機械エネルギー変換:実空間モデル系の構築

平衡から遠く離れた系では、物質・エネルギーの移動が生じ、それに伴い時間的に変動する空間的な秩序状態が生まれる。このような秩序は総称して散逸構造と呼ばれ、広い意味では生命現象も散逸構造の一部といえる。ここで化学-力学エネルギー変換を行う散逸構造を実験的に実現・解析することにより生命現象で見られる運動を理解することを目標として研究を行った。具体的には、大まかに4種の異なる系に関して実験及び解析を行った。1つ目の系としては非平衡な初期条件下で界面張力が空間的に非一様な状態を生成する系,2つめの系として、樟脳-水-空気系およびエステル-塩水-純水系に関して溶質マランゴニ効果が生起する新規な時空間パターンに関して研究を行った。また3つ目の系としては、油・水・界面活性剤からなる系において界面活性剤の非平衡な初期条件を与え、中間相が生成する系を研究した。我々はこの系において油水界面が自発変形することを既に見出しており、また生じる中間相の弾性を仮定することでその機構が説明できることを明らかにしている。最後に4つ目の系とし多数の同一種モータータンパクが自発的に運動し、特徴的な集団運動を示す系に関して数理モデルを構築し数値計算を行うことで、これまで見過ごされていた逆平衡方向の整列相互作用が集団的パターンを形成するための重要な要素であることを見出した。

平衡から遠く離れた系では、物質・エネルギーの移動が生じ、それに伴い時間的に変動する空間的な秩序状態が生まれる。このような秩序は総称して散逸構造と呼ばれ、広い意味では生命現象も散逸構造の一部といえる。ここで化学-力学エネルギー変換を行う散逸構造を実験的に実現・解析することにより生命現象で見られる運動を理解することを目標として研究を行った。具体的には、大まかに4種の異なる系に関して実験及び解析を行った。1つ目の系としては非平衡な初期条件下で界面張力が空間的に非一様な状態を生成する系,2つめの系として、樟脳-水-空気系およびエステル-塩水-純水系に関して溶質マランゴニ効果が生起する新規な時空間パターンに関して研究を行った。また3つ目の系としては、油・水・界面活性剤からなる系において界面活性剤の非平衡な初期条件を与え、中間相が生成する系を研究した。我々はこの系において油水界面が自発変形することを既に見出しており、また生じる中間相の弾性を仮定することでその機構が説明できることを明らかにしている。最後に4つ目の系とし多数の同一種モータータンパクが自発的に運動し、特徴的な集団運動を示す系に関して数理モデルを構築し数値計算を行うことで、これまで見過ごされていた逆平衡方向の整列相互作用が集団的パターンを形成するための重要な要素であることを見出した。