私たち生命は、原始地球上で単純な両親媒性分子や高分子などのいわゆるソフトマターと呼ばれる物質群が相互に連携しながら秩序化することにより誕生したと考えられています（図１）。その結果生まれた生命システムは、「個体の領域を膜で囲むことで確保し（細胞）、外部から膜の内側に取り込んだ原料から自らを構成する物質群を合成し（代謝）、それらを使って自らを再生産し（自己生産）、そして再生産された子システムも親システムと同様に再び自己生産する性質を備える（遺伝）」という物質科学から見ると非常に特異な性質を持っています。もちろん、その生命システムを支配するのは物理法則ですが、生命システムをソフトマターの持つ性質を使って構築することは未踏の研究領域です。

図1 生命誕生から多細胞生物への模式図

ソフトマター・生物物理研究室では、この生命システムの鍵となるのが、個体を特徴づける膜の成長・分裂（増殖）と膜の増殖の仕組みをコードして実行する情報高分子が相互に連携することであると考えて研究を進めています。図2は我々の研究室が創成した、膜の上での鋳型重合を利用して膜の構造をコードした高分子と膜の成長・分裂が連携して増殖するモデル生命システム（ミニマルセル）です。このシステムでは外部から高分子の原料と膜分子を供給すると、球状の膜（ベシクル）の上での鋳型重合により膜の構造をコードした高分子がベシクル上に合成されます。次にこの高分子が周囲の膜分子を取り込んでベシクルが成長し、最終的には分裂して子ベシクルを生み出します。この膜上での鋳型重合と膜の成長が連携した自己生産するシステムを非平衡ソフトマター物理学で理解することは、生命を物理で理解する上での大きなヒントを与えます。現在、このミニマルセルをベースにして持続的かつ自律的な増殖をするより進化したミニマルセルの創成に向けて研究を進めており、これらの研究を通して物質から生命が誕生した謎の解明につなげたいと考えています。

図2 AOTベシクル上でのポリアニリン合成と結合したベシクルの成長分裂の模式図と
観察されたベシクルの分裂（写真）