Noneq Lab (Tohoku)

東北大理の院試では，外部生向けの「自己推薦入試」があり，筆記なしで選考が行われます（正確な情報はリンク先参照）．生物物理のような学際領域に興味のある人に適していると思いますので，興味のある人はぜひご連絡ください！研究計画書を作る必要があるので，お早めに！ sci.tohoku.ac.jp/juken/graduate…

鳥谷部は4/1に東北大内で異動し，理学研究科物理学専攻で「生命非平衡物理研究室」を主宰します（HPはまだできていません）．

新しい論文が出版されました．ライゲーションによるDNA情報複製がキネティック校正メカニズムを備えていることを実験で示しました． Aoyanagi, Magi, Toyabe, Phys. Rev. Res. 7, 043264 (2025). journals.aps.org/prresearch/abs…

「最適輸送」に関する実験の論文が出版されました． tohoku.ac.jp/japanese/2025/…

How biological motors achieve maximum efficiency phys.org/news/2025-10-b… via @physorg_com

Our new PRL paper was featured in Physics Magazine by APS. It was a joyful and stimulating collaboration with @DavidASivak group. journals.aps.org/prl/abstract/1… How a Molecular Motor Minimizes Energy Waste physics.aps.org/articles/v18/1…

Published: Acceleration of enzymatic reaction-diffusion kinetics by intermediate state journals.aps.org/pre/abstract/1…

Published. Nakayama and Toyabe, Asymmetric enzyme kinetics of F1-ATPase induced by rotation-assisted substrate binding Phys. Rev. Res. 7, 023223 (2025). journals.aps.org/prresearch/abs…

New preprint by Fukuda, Nakayama, and Toyabe! arxiv.org/abs/2505.17130

New paper! Aoyanagi, Magi, Toyabe, Experimental demonstration of kinetic proofreading inherited in ligation-based information replication arxiv.org/abs/2505.08232

この論文では，さらに進めて，分子モーターのように自律的に動く系の効率的な制御について，実験をしました．カナダSimon Fraser大学のDavid Sivak研との共同研究です．比較的長くかかりましたが，形になりほっとしています．

最近，最適制御や最適輸送といった文脈で，有限速度での制御が議論されています．伝統的な熱力学では準静的な制御でないと立ち入った議論ができませんが，有限速度で動かしたときの限界はどこにあり，どのように動かすのかが最も効率的かといったことが議論されています．

これは，トラップがサスペンションとして働いて無駄な速度変化を抑えているためだということが示唆されました．FoF1-ATP合成酵素が進化の過程で効率性を高めてきたと期待すると，Foが実際にF1をどのように回しているのかについて，有用な示唆が得られたと考えています．

この論文では，一定トルクで駆動してF1を回した場合と，回転軸をある角度にトラップし（角度クランプ），そのトラップ角を一定速度で回すことでF1を回した場合を比較しました．その結果，同じスピードでの回転を比較すると，角度クランプの方が回転に必要な仕事が少ないことが分かりました．

生物分子モーターF1はATPを分解しながら1方向にくるくる回りますが，生体内では，別のモーターFoによって逆方向に回されてATPを合成しています．ただ，実際にどのようなトルクによって回されているのか，正確には分かっていません．しかし，どのように回せば効率的かは物理の問題として理解できます．

Submitted: Efficiently driving F1 molecular motor in experiment by suppressing nonequilibrium variation by T. Mishima, D. Gupta, Y. Nakayama, W. C. Wareham, T. Ohyama, D. A. Sivak*, S. Toyabe* arxiv.org/abs/2505.01101 * co-corresponding authors

また，使用したレーザーは，鳥谷部が学生の時に使っていたレーザーでして，指導教員であった佐野雅己さんに退職時に譲っていただきました．制御ソフトは古いWindows用しかなく，どうやってレーザーを動かすのかからスタートしたのですが，何とか論文公開までこぎつけました．

この3月で修士修了の及川君，助教の中山さん，東大の伊藤さん@ito_sosuke，沙川さんとの共著です．著者5人がそれぞれの立場ですべきことをして力を尽くした力作となっていまして，思い入れの強い論文です．

「熱力学系での最適輸送」に関する実験の論文を公開しました． arxiv.org/abs/2503.01200 共著者の伊藤さん@ito_sosukeが専門的な解説をしてくださったので，少しラフな感じで説明します．