LECTURE

【科目名】アドバンスト理科 IIIα  【講義題目】物理学による生命の記述

【開講時限】2023年Sセメ、金曜2限（10:25－12:10）※Aセメは本年度より新規開講する「研究入門」のため開講しません

【講義室】21KOMCEE West K402

【講義形式】オンライン授業等におけるグッドプラクティス総長表彰を受賞しました！（2021年3月）

本オンライン講義は、授業前までに予め録画された講義動画を視聴し、授業時間中にはその内容に関する質疑や学生間での議論・発表を行う反転授業形式で実施しています。併用するSlackでは、授業内容だけでなく、関係する論文やセミナー情報についてもやりとりします。さらに、Slackにはこれまで本講義を受講した約90名の学生も継続して参加しており、横と縦のつながりもできます。

【講義の概要・目標】「生命の神秘」を見たとき、それを物理学で説明できたならば、その「神秘さ」は失われてしまうでしょうか。あるいは、「物質の神秘さ」をもたらすでしょうか。皆さんの答えがそのどちらであったとしても、生命現象の根底には数多くの物理法則が存在しています。例えば、細胞運動ではタンパク質溶液の液体－固体相転移（ゾル―ゲル相転移）やタンパク質の反応拡散波が鍵となっています。また近年、細胞内ではタンパク質や核酸が会合した液滴を形成し、それが膜を持たないオルガネラとして機能することが分かってきました。相分離と呼ばれるこの現象の原理は、ドレッシングにみられる水と油の分離と同じものです。しかし、理論的に記述できる試験菅中での相分離や相転移と細胞内での振る舞いには違いがあり、説明できない点も多く存在します。こうした溝を埋めるべく、生物学と物理学が協力して研究を展開してきています。本講義では、物理学で説明できる（はずの）物質と生物の境界を明確化することで、現在の物理学で説明できる「物質の神秘さ」や説明できない「生命の神秘さ」を味わうことを目指します。そのため、物理学は得意ではないけれど好きな生物学を極めたい、あるいは、生物学は得意ではないけれど物理学を極めたい、という学生さんを歓迎します。異なる視点から議論することで、新たな面白さを知ると共に、（進フリに重要な）自身の興味を明確化できるはずです。

【講義の内容】本講義の前半では、複雑な細胞を物理的に捉えるための見方について説明します。その後、細胞・分子・生物組織とスケールを変えながら、力学や熱力学、統計力学の知識を総動員して、生命を特徴付ける「生物の形、物質の移送、運動」といった現象について物理的に表現します。さらに、物質である人工細胞と生細胞を実際に観察したり、マイクロキャピラリーと呼ばれる非常に細いガラス管やレーザーピンセットを用いて人工細胞を直接操作したりすることによる、生物らしさの体験も行います。

【履修者へのメッセージ】（物理が好きな人）複雑な生命現象や、細胞を構成する柔らかな材料系（ソフトマター）にも、一貫性を追求する 物理学的な面白さがあること、（生物が好きな人）物理学の対象であった物質間の相分離が細胞内において生じるだけでなく生命機能においても重要となることが最近分かるなど、物理学を知ることで生命科学を切り開く新たな視点を得られることを、知って頂きたいです。

【履修者からのメッセージ１】私は入学当初、生物物理についてほとんど何も知りませんでした。その中でこのアドバンスト理科の授業案内を見て、生命現象が物理的に理解できるということに興味をそそられました。授業はただ説明を一方的に聞くものではなく、予め配信される説明動画を見て授業当日は質疑や議論を主に行うもので、一般的な授業よりも主体的に学ぶことができたと思います。この授業を通して、特に私は細胞内相分離に興味を持ち、将来的にも生物物理の分野の研究をしたいと思うようになりました。コロナ下ということでオンライン授業が多いとは思いますが、双方向的に生物物理について知ることのできる、私の一推しの授業です。(2020年Sセメ受講：理科一類1年 増田和俊)

【履修者からのメッセージ２】細胞分裂や分子輸送をはじめとして、「イキモノらしさ」をもたらす現象は様々な物理法則によって支配されています。この授業では、近年注目を集めている相分離や非平衡物理学にフォーカスを当て、生物と非生物を隔てるものを探ります。オンライン授業の特徴を活かし、事前に40分程度の短いビデオで予習した後、授業時間は疑問点の解消や発展的な内容に取り組みます。優三割規定も存在しないため、ストレスなく満足いく学習が可能です。(2020年Sセメ受講：理科一類2年 (2021年4月現在, 理学部物理学科3年) 王方成）

【履修者からのメッセージ３】最初は名前のかっこよさと生物系への興味で参加し、“生物物理”という分野への知識は全くありませんでしたが、講義を通してその分野の面白さを痛感し、生物物理若手の会という生物物理学会の学生団体に参加したり、2022Aセメでは自主的に柳澤研究室にて研究をしたりするようになりました。また、講義を聞いて質問を考え、ディスカッションもするという形式は、講演会･学会などでもすごく役立っています。ぜひ、積極的に参加してください。(2022年Sセメ受講：理科三類１年富澤新太郎）

【参考書】細胞の物理生物学，Rob Phillips 他, 共立出版  [リンク]  （※教科書ではないので購入不要）

【参考サイト】シラバス,  先進科学研究機構のHP