生物物理学特論II

生命は分子・細胞・個体といった複数の階層からなる複雑なシステムであり、これらの階層の研究と階層間について異なる物理的な記述がおこなわれている。講義では、生物物理学における理論的な研究とその背景にある物理的基礎を概説する。

分子レベルは若本が担当する。特に細胞内の分子ネットワークに重点をおき、ネットワーク構造に依存してどのように記憶、適応、分化などの性質が細胞に現れるか、具体例をもとに解説する。また、多数の構成分子からなる分子ネットワークのマクロ構造の特性についても概説する。

細胞レベルは岡田が担当する。細胞内では、数えられる程度の個数の分子が熱ゆらぎと同程度のエネルギーで機能する。そのため、確率的な揺らぎや熱揺らぎを無視することができない。このような系における揺らぎと機能の関係を、具体例を通じて概説する。

進化や発生・生態系といったマクロレベルは古澤が担当する．相互作用する分子・細胞・個体といった複雑なシステムがどのようなダイナミクスを生み出すか、構成要素の詳細によらない普遍的な性質としての理解が試みられている。定量実験と理論解析を組み合わせたマクロレベルの生物物理学について概説する。

A living organism is a complex system consisting of many layers such as molecules, cells, and individuals. This lecture series covers recent theoretical research on living systems and the underlying physical principles

The molecular level will be covered by Prof. Wakamoto. This part of the course focuses on intracellular molecular networks. We will discuss how biological properties such as memory, adaptation, and differentiation emerge from specific network structures and designs. Additionally, we will explore the macroscopic features of global intracellular networks.

The cellular level will be handled by Prof. Okada. Inside cells, a countable number of molecules function with energy comparable to thermal fluctuations. Therefore, it is impossible to ignore stochastic fluctuations and thermal fluctuations. The relationship between fluctuations and function in such systems will be outlined through specific examples.

Finally, the macroscopic level, such as ecosystems, multicellular organisms, and evolution, will be covered by Prof. Furusawa. Complex dynamics which emerge from interactions among molecules, cells, and individuals will be discussed. Studies based on both experimental and theoretical approaches to unveil universal phenomena in biological systems will be presented.