Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超高層物理学 / プラズマ波動 / 放射線帯 / 粒子加速 / 非線形 / 波動粒子相互作用 / 計算機実験 / 非線形過程 / 電磁波動 / 宇宙プラズマ / 磁気圏 / 非線形現象 / 電子加速 / シミュレーション / プラズマ観測 / 磁気リコネクション / サイクロトロン波 / 計算機シミュレーション

放射線帯変動のモデリングとして、数値グリーン関数を経度方向の変動を含むように拡張し、かつ斜め伝搬コーラス波動による加速散乱機構をテスト粒子計算に取り込むことに成功した。新しいグリーン関数データベースに基づき、斜め伝搬コーラス放射による放射線帯電子の生成と消失の過程を再現することが可能になった。
磁気圏界面における磁気リコネクションイベント付近でのMMS衛星観測データから、非線形波動粒子相互作用の直接証拠である電子のジャイロ位相空間での非一様性を見出した。これは内部磁気圏の文脈で考えられてきた非線形波動成長理論の有効性・普遍性を示す結果であると考えられる。
「あらせ」衛星の観測による内部磁気圏領域のプラズマ波動とで電子加速・散乱に関する研究を進めた．これまでのVan Allen Probes衛星との協調観測結果に加え，地上観測との連携による研究，もしくは数値シミュレーションとの共同研究などを実施し，磁気圏のコーラス波が放射線帯の高エネルギー電子を散乱し，MeV電子を地球の超高層大気にまで降り込ませていることを実証（Miyoshi et al. (2021)）などの成果があがっている．
WPIAの小型化に向けた粒子検出器に対して、TOF(Time of Flight)の機能まで考慮した設計を行い、チップ性能としてより実用に近づいた。一方、小型真空チェンバーをもちいて粒子検出チップの性能評価を行い、改良点の洗い出しを行った。プラズマ波動チップは、オペアンプの改良を行って広帯域化に成功した。試作したピーク材を利用した小型軽量低エネルギーイオン・電子センサーの特性取得実験を行った。その結果５つの入射口のうち、両端の２つの入射口については粒子が通過しないという問題が明らかとなったが、この原因を解明し、問題を解決した改良型のアナライザーを設計製作することが出来た。

蛋白質 / 揺らぎ / 分子動力学シミュレーション / 粗視化モデル / 分子モーター / アクトミオシン / 構造機能相関 / エネルギー変換 / 分子機能 / 動力学 / シミュレーション / 計算機実験 / 理論

これまでの研究で、Goモデルベースの粗視化モデルMD計算により蛋白質の遅い揺らぎをシミュレートし、結果の有効性・信頼性を検証してきた。そして、大幅な計算時間の軽減とともに高精度全原子モデルと同等の結果を得られることを示した(Nat.Comput)。本年度は、(1)これまで使:用してきたGoモデルの:Folding問題に対する応用(Chem.Phys)、そして、(2)モデルの拡張を行った。新たなモデルでは、結晶構造で頻繁にみられ、かつ遅い揺らぎ原因にもなる蛋白質の構造多型性を直接的に粗視化モデルに埋め込む工夫を行った。最も簡単な構造多型として、2つの構造が安定になる粗視化モデルを考案し、このモデルと従来のモデルとが質的な違いを見せるか否かを研究した。その結果、両者間には大きな相違は見られなかた。すなわち天然構造に本来的に備わったダイナミクスに既に構造多型問遷移の情報が埋め込まれていることが示唆された。換言すると、従来のGoタイプの粗視化モデルで蛋自質の構造多型間遷移のような遅い揺らぎも再現できる、ということである。この結果をふまえ、(3)応用として、昨年度来、研究を進めてきた分子モーター・アクトミオシン動作機構に関し、ミオシン側の構造多型間遷移が力発生の直接の原因とするレバーアーム仮説の可否を、Goタイプの粗視化モデルによるミオシンの揺らぎダイナミクス、および摂動に対する応答という観点から検証し、レバーアーム説を否定する結果が得られた。同様の手法で、DNA結合蛋白であるCRPのアロステリック制御機構について研究した(FEBSLett)。本研究の最終目標とした「遅い揺らぎ」とアロステリック構造変化および誘導適合との関わりについては、今後、これらの系の研究をさらに進展させた上で一定の答えに到達できると考える。

【研究分担者】
天野孝伸	東京大学	大学院理学系研究科(理学部)	准教授	(Kakenデータベース)
篠原育	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構	宇宙科学研究所	准教授	(Kakenデータベース)
齋藤義文	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構	宇宙科学研究所	教授	(Kakenデータベース)