様々な混雑を含む粒子群の挙動の解析と普遍性の解明

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[研究内容]本年度では、混み合いを含む現象について、以下の3つのテーマについて、計算機によるシミュレーション、及び、解析を行った。(1)については、昨年度までに、粒子数密度に応じて、様々な縞状パターンが形成される傾向を見出し、粒子の衝突の繰り返しによって生じるパターンの不安定性を、粒子の運動を加振方向軸上に制限した一次元モデルを用いて解析を行った。その結果、粒子密度が高い場合、混み合いによって、衝突後の粒子間距離が狭くなるため、パターンの不安定化が抑制されることを見出した。これらの結果は、学術雑誌「Physical ReviewE」に掲載された。(2)については、細胞膜上のシグナル伝達が、系を構成する分子の性質や数の依存性について注目し、研究を行った。その結果、平均場的な推測されてなかった、非自明な、シグナル伝達の下流の分子の結合確率依存性が現れた。また、どの場合も、混み合いを利用して、自発的に、特徴的な分子の空間配置構造が形成され、その結果、非常に混み合った状況でもシグナル伝達が行われるメカニズムが明らかになった。これらの結果は、学術雑誌「PLoS One」に掲載が決まっている。(3)については、これまで試験管中の酵素反応の時間発展は反応速度論を基に議論されてきた。そこで細胞内部など、非常に混み合った状況下における反応速度論の正当性を、分子動力学法を用いて、解析した。その結果、分子の密度が高くなると、混み合いによって反応が抑制される可能性が示唆された。[研究の意義]混雑に関する研究は、また、車や人などの身近な渋滞現象に関する研究に対して、生体内などのミクロなスケールの混雑はあまり取り扱われていなかった。これらの現状を踏まえた上で、本研究では、様々な混雑を含む現象の解析を通して、その普遍性を見出し、その結果、あらゆる混雑を含む現象の、科学的・工学的観点においても、より一層深い理解に至ることを目的とする。