生産と技術

第59巻第４号（2007）

学際的計算物理学：学際的計算物理学
菊 池 誠＊

研究室紹介

Interdisciplinary research of physics using computer simulation
Key Words：Interdisciplinary research, bio-molecular motor,
phase transition, criticism of false science●はじめに研究科物理学専攻と大学院生命機能研究科の2研究科の協力講座になっており，大学院生はそれらの研サイバーメディアセンターは旧大型計算機センタ究科から受け入れています．もっとも，実態としてーと旧情報処理研究センターを統合してできたセンは，これまでのところほとんどが物理学専攻の学生ターです．他大学でも同時期に同種のセンターが作です．

られましたが，それらとの大きな違いとして，統合研究内容をひとことでまとめると，「学際計算物に際し，さまざまな研究科からボストを集めていく理学」とでも呼べばいいでしょうか（我々は勝手につかの「研究部門」を作ったことが挙げられます．

そう名乗っています．他に同じ言葉を使っている人我々の部門は大学院理学研究科物理学専攻からのポたちがいるのかどうかは，知りません）．もうちょストで作られました．サイバーメディアセンター内

っと詳しく言うと，統計力学や非線形動力学の理論の位置づけとしては，スーパーコンピューターを含を基礎とし，計算機シミュレーションなどの計算物む研究用計算機システムに関する企画に関わる部門

理学的手法を主として用いて， 物理学と生物学やということになります（運用実務ではありません）．

工学との学際領域の研究に取り組んでいます．中でちなみに，サイバーメディアセンターのスーパーコも生物学と物理学・数理科学との境界領域には力をンピューターはこの一月にNEC−SX8Rを中心とすいれており，大学院生も生物物理学に興味を持ってる新しいシステムに置き換わりましたので，ぜひご志望してくることが多いようです．阪大内には生物利用ください．詳しくはサイバーメディアセンター

物理学の理論研究をやっている研究室がそれほど多のウェブサイトを御覧下さい．

くはないので，そういう分野に進みたい学生の受け宣伝はそのくらいにして，当部門の紹介を．スタ皿になっているという感じでしょうか．

ッフは菊池誠（教授）・時田恵一郎（准教授）の二現在行なっている研究テーマは，タンパク質の折名で，助教のいない（ポストがないので，今後もいり畳みと分子モーターの運動機構解明，大規模生態る予定のない）小さな研究グループです．サイバー系の進化と安定性，ウィルス動態の数理，ニューラメディアセンターには大学院がないので，各教員はルネットワーク，生物以外では高速道路交通流，経それぞれ関係する研究科に兼任として所属していま

済物理学など．また，計算手法の開発も重要な課題

す．我々のグループは，出身母体である大学院理学で，特にモンテカルロシミュレーションの拡張(拡張アンサンブル法)については，以前から精力的に取り組んでいます．以下では，いくつかのテーマに＊Macoto KIKUCHIついて，少し詳しく紹介しましょう．

1958年11月生
東北大学大学院理学研究科物理学専攻博士後期課程修了（1986年）
現在，大阪大学サイバーメディアセンタ
ー大規模計算科学部門（兼）大学院理学研究科物理学専攻（兼）大学院生命機能研究所，教授，理学博士，計算物理学
TEL：06-6850-6840
FAX：06-6850-6111
E-mail：kikuchi@cmc.osaka-u.ac.jp（１）タンパク質の折れ畳みと生体分子モーターの機能タンパク質フォールディングの研究というと，全原子分子動力学による天然構造予測を思い浮かべる向きが多いかもしれません．我々はそうではなく，
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生産と技術第59巻第４号（2007）

タンパク質の機能発現メカニズムの物理的理解を目

ス・ストアの「商品生態系」などがあります．特に指して，格子模型やバネ・ビーズ模型など粗視化さ後者はeconophysicsに対するecophysics的アプローれたモデルを用いて計算機シミュレーションによるチという意味で，我々が勝手にecoeconophysicsと研究を行っています．これらのモデルでは構造予測呼んでいるものです．

はできません．
（３）交通流のモデルと実験

近年，タンパク質折れ畳みの概念的理解が進み，タンパク質では天然構造だけではなく，そこに至る高速道路での渋滞発生について，従来の工学的解ための自由エネルギー構造全体が進化的に最適化さ釈では，「ボトルネックがあるから渋滞が起きる」れたと考える「ファネル描像」が大きな成功を収めことになっていました．しかし，1990年代以降，てきました．我々はタンパク質の機能もまた自由エ我々を含む物理学者による研究が進み，むしろ渋滞ネルギー構造に反映しているはずと考えています．

発生は「密度をパラメータとする動的相転移」と理

特に，アロステリック酵素や生体分子モーターなど，解されるようになりました．もっとも，この点は未機能発現に大きな構造変化・構造ゆらぎを伴うタンだに工学者と意見の一致を見ないところです．

パク質では，その構造ゆらぎは「部分的unfolding−

我々は，国内のさまざまな大学に所属する研究者and−folding」によって実現されというのが，我々たちとひとつの研究グループを構成して，この問題の仮説です．そこで，我々は機能発現メカニズムをに取り組んできました．特に最近のトピックは「ボ理解するために，自由エネルギー景観の特徴を調べトルネックがなくても渋滞は起きる」ことを示すたるという方針で，キネシン・ミオシンなどの分子モめの「サーキット実験」を行なったことです．これーター・タンパク質を研究してきました．計算も大で，渋滞発生は「密度をパラメータとする動的相転変でなかなか確定的な結果が出ないのですが，それ移」であることが実証されたと我々は考えているのでもこれらのタンパクの特徴的な構造ゆらぎを捉えですが，この実験を報告した論文がさまざまな雑誌ることには成功したと考えています．にrejectされており，いまだに日の目を見ていませなお，最近は同様の手法によって，タンパク質のん．この分野の研究者にはだいぶ知れわたり，そろ凝集についても検討しています．これは，アルツハ

そろ「有名な未刊行実験データ」のひとつになりつ

イマーやCJDなどのアミロイド形成を念頭に置いたつあります．なんとかしなくてはなりません．

ものです．
研究以外の面では，昨年度より東工大の学術国際（２）大規模生態系モデルと関連する問題情報センターとの共催で「高校生のためのスーパータンパク質の研究は菊池を中心に行っているのにコンピューティング・コンテスト」というのを行っ対し，時田を中心として「マクロな生命系」の研究ており（一昨年まで，東工大の単独主催），サイバも進めています．興味の対象は多数の種が競争・共ーメディアセンター側では我々の部門が主にこの企存する大規模な生態系の進化です．この分野では近画に関わっています．これを書いている現在，コン年，大規模なフィールド・データも出てきており，テスト準備の真っ最中です．コンピュータに興味を現実の生態系と数理モデルとのかなり詳細な比較が持つ高校生は多いと思いますが，単なるプログラミ可能になってきました．

ングではなく，計算科学(計算機科学ではない)を視

我々のグループではレプリケーター方程式系をも野にいれたプログラミング技術を競う(しかも，スとにしたモデルを用い，それにスピングラスやニューパーコンピューターを使って)という点でユニーーラルネットなどの分野で開拓された数理物理的なクなプログラミング・コンテストです．ここから，手法を応用することによって，生態系のさまざまな将来の計算科学を担う人材が育てばと願っていま性質を理解しつつあります．

す．

また，生態系モデルの考え方を別のシステムに応

また，最近は，社会貢献の一環として「ニセ科学用する研究も行っており，現在のテーマとしては，批判」にも取り組んでおり，巷にあふれる「科学のHIVウイルスと免疫系の競合関係やコンビニエンようで科学ではないもの」についていろいろな機会
2生産と技術第59巻第４号（2007）を捉えて警鐘を鳴らす活動をしています．残念なこいよう（向こうは巧妙ですから），みなさんもお気とに，大学の研究者にも「ニセ科学」に携わっていをつけください．あ，ちなみに血液型性格判断はまる人がいるようです．科学というものをきちんと理ったくのニセ科学です．なぜかこの話題になると理解していないのでしょうか．産学連携が盛んな昨今

性を失う理系研究者が意外に多いので，ここでひとですが，うっかり妙なニセ科学商売に巻き込まれなつ釘を刺しておきます．

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