講演概要

自己組織化（自己集合）は、分子などが自発的に時間的あるいは空間的規則性をもった秩序を形成する現象である。中でも生命系では、エネルギー散逸を伴わない平衡状態として構造化する自己組織化と、エネルギー散逸を伴って構造化する自己組織化の両者が共存し、分子スケールから組織スケールまで広範な時空間スケールでの構造形成を支配している。

例えば、細胞膜は平衡状態として形成する時空間的に静的な自己組織化であり、熱帯魚の縞模様は非平衡定常状態としての自己組織化として有名である。では、両者の境界はどこにあるのか？例えば脳内を満たしている脳脊髄液は一日に4回程度の循環が行われているので、脳内は閉鎖系（平衡系）ではなく開放系（非平衡系）である。では、脳内で形成する細胞膜や、その細胞膜を破壊するアミロイドβ線維は非平衡定常状態としての自己組織化の産物なのか？おそらく世界中の研究者の多くはNoと言うと思う（実際、Noの立場での研究が多数派と思う）。しかし、熱力学的流束と自己組織化速度のバランスによっては、必ずしもNoとは言えないのではないか？

この問いに迫るべく、我々は脳内に近い非平衡条件下でのアミロイドβ自己組織化過程を検証した結果、平衡系で得られる構造・物性とは異なりはするが、いわゆる非平衡系自己組織化とも言い難い自己組織化が進行することを見出した。当日はこの話題を中心に、時間が許せば細胞膜を中心とした分子スケールの自己組織化から、リーゼガング現象に基づいたマクロスケールから宇宙スケールの自己組織化まで、幅広い話題を提供できればと思う。

参考文献

• [1] I.-Adachi, A. et al. Changes in Adsorption, Aggregation, and Diffusion Nature of Amyloid β on a Lipid Membrane in an Open System. Langmuir 41, 3121–3129 (2025).
• [2] Akiho, K. et al. Opposite Roles of Cholesterol and Lanosterol in Lipid Membrane on Amyloid-Beta 42 Peptide Nucleation and Fibril Formation. ACS Chem. Neurosci. 16, 195-202 (2025).
• [3] Yasuda, Y. et al., Chemical Model for Pattern Formation in Rocks via Periodic Precipitation of Iron Oxide Minerals. ACS Earth and Space Chem. 7, 2042-2049 (2023).