細胞の活動は酵素などナノスケールの分子機械によって支えられている。細胞自体をマイクロスケールの機械ととらえることもできるだろう。また、合目的的な人工マイクロマシン、さらにはナノマシンも開発されている。 こうした「機械」は一般に、機能のサイクルと連動して構造が変化する。言い換えれば、構造が機械の内部状態に依存する。逆に、例えば構造変化が妨げられると機能も停止するというように、外界が構造を介して内部状態に影響を与えることもあるだろう。そうであれば、複数の機械が近接している時、互いの動作に干渉することも想定される。例えば、極めて混雑した膜面上で、分子機械集団の振舞いはどのようになるだろうか。 このような構造と状態が連動した機械の集団的振舞いについて、いったん個々の機械の特性を離れて、抽象化したモデルを用いて考えてみる。まず、簡単な場合として、内部状態が１つの変数（位相）のみで表され、構造（形状）を状態に依存して大きさの変化する円盤（２次元）や球（３次元）とした場合について、その集団的振舞いをシミュレーション（ブラウン分子動力学）により考察した。極めて単純なモデルであるが、機械の密度に依存した相転移的な振舞いや、１つの機械の動作が先行することをトリガーとした動作の変化などが見られた。機械＝酵素のモデルとして化学反応と組み合わせることも容易で、化学的なフィードバックと力学的なフィードバックをあわせたパターン形成なども見られる。機械の大きさによるゆらぎの程度の違いも、振舞いに影響することが示唆された。 今後の課題として、細胞と環境、あるいは細胞同士での力学的な相互作用（例えば、基質の硬さや、細胞同士の「おしくらまんじゅう」）に注目した、細胞集団モデルへの応用の可能性についても議論したい。
[1] Y. Togashi, “Modeling of Nanomachine/Micromachine Crowds: Interplay between the Internal State and Surroundings”, J. Phys. Chem. B 123, 1481-1490 (2019).