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最終更新日:2024年3月15日

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普遍性生物学

生命システムが満たすべき普遍構造を理論物理学の立場から議論する。分子、細胞、個体、生態系という異なる階層間での発展ダイナミクスクの整合性を指導原理として、複製、適応、発生、進化の普遍法則を追及する。人工細胞の複製、細胞の適応、多細胞生物の発生過程、人工的進化などの構成的実験をふまえつつ、複製系の統計法則、生命情報の起源、相互触媒制御による適応、発生現象の安定性、細胞分化の不可逆性、ゆらぎと進化の関係、遺伝子型―表現型対応の安定性の理論を述べ、生命システムを理解するための物理理論の方向性を議論したい。

Through this course, we discuss universal features in biological systems with the aid of concepts in theoretical physics. Based on the consistency principle between different hierarchal layers including molecules, cells, organisms, and ecosystems, we study the dynamic behavior of complex biological systems. The topics include universal laws in replicating cell systems, an origin of biological information, environmental adaptation by complex reaction network, developmental robustness, irreversibility in stem cell differentiation, a relationship between phenotypic fluctuation and evolution.
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時間割/共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
0515088
FSC-PH4E30L1
普遍性生物学
古澤 力
A1 A2
金曜3限
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講義使用言語
日本語、英語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
開講所属
理学部
授業計画
1. 生命システムのマクロ状態理論の可能性: 1-1. 基本的性質:多様性、活動性、ロバストネス、可塑性 1-2. 階層整合性:定常成長系の普遍法則 2. 化学反応から複製細胞へ:生命における「非平衡性」、少数性制御、区画化、成長のマクロ法則と相 3. 細胞の適応:揺らぐ成長系の帰結、ノイズによる環境依存アトラクター選択 4. 細胞ホメオスタシスと適応:触媒量制御、多自由度適応系 5. 細胞の記憶:動的記憶とガラス 6. 細胞分化と発生過程の不可逆性:マクロ現象論、分化多能性の表現、相互作用による内部状態の分岐、分化能の喪失とリプログラミング 7. 進化(I):進化揺動応答関係、ノイズによる分散と遺伝分散の関係、安定性の進化 8. 進化(II):適応進化におけるルシャトリエ原理 、実験的検証 9. 発生―進化対応:  10. 多様性の進化:表現型変化の遺伝的固定、共生、種分化、多様性の進化 11. まとめと展望: 生物普遍性の現象論へ
授業の方法
講義形式/Lecture
成績評価方法
レポート/Reports
教科書
なし
参考書
生命とは何かー複雑系生命科学へ(東大出版会) 普遍生物学: 物理に宿る生命、生命の紡ぐ物理(東大出版会) Life: An Introduction to Complex Systems Biology (Springer)
履修上の注意
生命現象への興味は仮定するが生物学の知識は必要としない。通常の物理以外では力学系を用いるが、高度な知識は必要としない。