機械工学系 早川雅之 助教らの研究グループは、集団の細胞数が時間とともに変化する「開放系^[1]」において、細胞運動のわずかな偏りから、センチメートルスケールの左右非対称構造が形成されることを発見しました。
　本研究成果は、細胞が持つわずかなキラリティ^[2]が組織・個体レベルの左右非対称性へと発展する仕組みの理解や、開放系における集団パターン形成の原理の解明に貢献すると期待されます。
　近年の物理学・生命科学では、自己駆動する要素（アクティブマター^[3]）間の相互作用から、秩序だった集団運動が生み出される現象が注目されています。さらに、個々の要素がキラリティを持つと、集団的な回転運動や渦などの左右非対称な構造が生じることが示されています。しかし、これまでの多くの研究は要素数が一定に保たれる「閉鎖系^[1]」を対象としてきました。
　今回、共同研究チームは、細胞性粘菌^[4]を用いて、細胞が1カ所から継続的に供給される開放系を構築しました。その結果、細胞集団は供給源の周囲に密度の高い環状領域を形成した後、時計回りに回転するセンチメートルスケールのスパイラル構造を自発的に形成しました。このスパイラル構造の起源は、細胞同士が運動方向をそろえる相互作用と、個々の細胞が持つわずかな時計回りの細胞キラリティによるものであり、これらの性質を取り入れた数理モデルにおいてスパイラル構造が再現されることがシミュレーションで示されました。

細胞性粘菌が形成する時計回りのスパイラル構造

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本研究成果は、2026年10月26日に科学雑誌『Nature Communications』にオンライン掲載されました。

用語解説：
[1] 開放系、閉鎖系
要素の数が変わらないシステムを閉鎖系、変わる系を開放系と呼ぶ。

[2] キラリティ、キラル
キラリティとは、物体が鏡像（鏡に映した像）と完全に重ね合わせることができない性質を指す。例えば私たちの手は、左手と右手で鏡像関係にあり、左右の手を完全に重ね合わせることはできないため、キラリティがある（キラル）といえる。

[3] アクティブマター
エネルギーを消費して運動や力を生成する要素が集まったシステム。鳥や魚の群れといった生物個体の集団だけではなく、細胞集団、アクトミオシンのような細胞骨格や非生物の人工粒子系などに対しても用いられる。

[4] 細胞性粘菌
真核生物であり原生生物界に属する。森林土壌などに生息する。ライフサイクル（生活環）において単細胞期と多細胞期がある。栄養が豊富な環境では単細胞アメーバとして増殖するが、栄養飢餓に陥るとアメーバ細胞が集合して多細胞期が開始する。Dictyostelium discoideum（和名キイロタマホコリカビ）の単細胞アメーバは、哺乳類の白血球細胞と同じようにアメーバ運動するため、細胞運動や走化性のモデル生物として古くから利用されてきた。

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