非平衡非定常性に駆動される高分子重合過程の数理的研究

非平衡不稳定驱动聚合过程的数学研究

• 批准号: 17J07169
• 负责人: 松原 嘉哉
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07169/
• 关键词: 生命の起源; 高分子重合; エラーカタストロフ; 動的校正; 非平衡駆動; 複雑性

今年度は、昨年度予定していた、高分子重合過程が鋳型配列の進化則や変異に対する頑健性に与える影響について調査した。鋳型高分子の複製におけるエラーカタストロフを防ぐことは、生命の起源研究の最大の問題意識であった。Eigenによって議論されているように、指数関数的に複製する高分子系はエラーカタストロフを避けることができない。そこで、今年度は、重合過程のモデルにおいて、そのエラーカタストロフ問題を考えた。モデルでは、鋳型高分子と基質高分子の複合体形成と乖離を考える。基質高分子は複合体を作っているときに、単量体との重合反応が進行するとする。単量体として2種類を考え、間違った単量体が重合するエラーが起こるとする。ある鋳型配列の情報が正しいマスター配列であると仮定したとき、その配列情報は選択の結果として維持されるか否かがここでの問題である。まず、高分子重合過程のパラメータに依存して、鋳型高分子がsuper-exponentialで成長する場合と、sub-exponentialで成長する領域があることが分かった。また、鋳型分子の配列は長いほど、マスター配列の全配列中の割合が選択の結果として高く保たれ、エラーに対する高い頑健性を示すことが分かった。これは配列が長いほど、エラーカタストロフの起きるエラー率の閾値が小さいEigenのモデルとは対照的である。このように、高分子重合モデルでエラーカタストロフを防げるのは、Hopfieldのモデルに類似した動的校正機構が働くためである。また、鋳型分子複製の正確さと速度にトレードオフ関係があることを明らかにした。上記の結果は現在論文としてまとめている。

Our annual designated は, yesterday し て い た が, polymer overlap process where type match column の evolution does や - different に す seaborne る robust に and え る influence に つ い て survey し た. Casting polymer <s:1> replication におけるエラ カタストロフを カタストロフを prevention of ぐ ぐ と, research on the origin of life <s:1> the greatest <s:1> problem awareness であった. Eigen に よ っ て comment さ れ て い る よ う に, index number of masato に copy す る polymer system は エ ラ ー カ タ ス ト ロ フ を avoid け る こ と が で き な い. そ こ で process, our は, overlapping の モ デ ル に お い て, そ の エ ラ ー カ タ ス ト ロ フ problem を exam え た. The formation of と separation を of casting polymer と matrix polymer <s:1> complex is examined in える. The matrix-polymer <s:1> complex を undergoes って ると ると に に, and the 単 volume と <s:1> overlaps and reverse 応が to するとする. 単 quantity body と し っ て 2 kinds を test between え, spare た 単 quantity body が overlap す る エ ラ ー が up こ る と す る. あ る type where match column is の intelligence が し い マ ス タ ー match column で あ る と 仮 set し た と き, そ の match column intelligence は sentaku の results と し て maintain さ れ る か no か が こ こ で の problem で あ る. ま ず process, polymer overlap の パ ラ メ ー タ に dependent し て, where type polymer が super - an exponential grow で す る と, sub - an exponential grow で す る field が あ る こ と が points か っ た. ま た, where molecular の with long column は い ほ ど, マ ス タ ー match column の is の cut in the whole match column or が sentaku の results と し て high く keep た れ, エ ラ ー に す seaborne る high い operations, sexual を shown す こ と が points か っ た. こ れ は with long column が い ほ ど, エ ラ ー カ タ ス ト ロ フ の up き る エ ラ の ー rate threshold numerical が small さ い Eigen の モ デ ル と は of seaborne で あ る. こ の よ う に, polymer overlap モ デ ル で エ ラ ー カ タ ス ト ロ フ を anti げ る の は, Hopfield の モ デ ル に similar し た dynamic calibration institutions が 働 く た め で あ る. ま た, where molecules replication の right さ と speed に ト レ ー ド オ フ masato is が あ る こ と を Ming ら か に し た. The result of the above is presented in the paper と てまとめて てまとめて る る る.

项目成果

自己複製する鋳型高分子系において複雑な配列が選択される条件

在自我复制模板聚合物系统中选择复杂序列的条件

• 发表时间: 2017
• 作者: 松原嘉哉;金子邦彦
• 通讯作者: 金子邦彦

重合過程が鋳型高分子の進化に及ぼす影響

聚合过程对模板聚合物演化的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 松原嘉哉;竹内信人;金子邦彦
• 通讯作者: 金子邦彦

鋳型複製高分子系における機能分化

模板复制聚合物系统的功能差异

• 发表时间: 2018
• 作者: 松原嘉哉;金子邦彦
• 通讯作者: 金子邦彦

Optimal size for emergence of self-replicating polymer system

自复制聚合物系统出现的最佳尺寸

• DOI: 10.1103/physreve.93.032503
• 发表时间: 2016
• 期刊: Phys. Rev. E
• 作者: 山本昌宏;田口 智也，貝原 俊也，藤井 信忠，國領 大介;西野吉則;伊山修;Y. J. Matsubara and K. Kaneko
• 通讯作者: Y. J. Matsubara and K. Kaneko

Kinetic selection of template polymer with complex sequences

具有复杂序列的模板聚合物的动力学选择

• DOI: 10.1103/physrevlett.121.118101
• 发表时间: 2018
• 期刊: Phys. Rev. Lett.
• 作者: 岡本 晃一;立石 和隆;川元 駿;西田 知句;玉田 薫;船戸 充;川上 養一;岡田裕貴;Y. J. Matsubara and K. Kaneko
• 通讯作者: Y. J. Matsubara and K. Kaneko