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2013年6月27日 (木)

氷の融解が始まる“きっかけ”を分子レベルで解明することに成功

2013年 6月13日
総合研究大学院大学
岡山大学
分子科学研究所
プレスリリース
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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【発表のポイント】
◆成果
 氷が内部から融解する仕組みを、
 コンピュータシミュレーションを
 用いて、分子レベルで詳細に解明する事
 に初めて成功した。
 
◆新規性
 氷の構造の乱れの大きさを測る
 新しい尺度を開発し、氷の融解過程は
 これまで考えられていたような単純な
 経路ではなく、“水素結合ネットワーク
 のからまり”をきっかけとする複雑な
 過程であることを明らかにした。
 
◆意義ならびに将来展望
 固体・液体間の相変化という普遍的
 物理現象の仕組みを分子レベルで
 明らかにしたものであり、様々な物質の
 構造変化を理解する基盤を提供する。
 また、周囲の水を含む蛋白質の構造変化
 の仕組みの解明、さらには、
 その繰り返しである“生命の維持”を
 分子レベルで解明することへ繋がると
 期待される。
 
 
-----
研究結果
 本研究では、氷の構造が乱れる最初の
きっかけから、それが成長して最終的に
大規模な構造の崩壊に至る過程を詳細に
追跡しました。
 
 その結果、氷の融解過程が、これまで
考えられていた、微小な液滴の形成
→液滴の成長→大規模な融解という単純な
経路ではなく、ある種の格子欠陥対の形成
と分離(図4)といった紆余曲折を経た複雑
な過程(図5)を経ないと、融解できない
事を明らかにしました。
 
 水分子同士の水素結合のエネルギーは
非常に強いため、温度による構造の揺らぎ
に誘発されていくつかの欠陥が出来ても、
ほとんどの場合すぐに安定な氷構造へ
戻ってしまいます。
 
 しかし、一旦格子欠陥対が分離すると、
それらの欠陥対を消して、再び完全な氷構造
へ戻すのは困難であり、糸がからまり
なかなか元に戻せないような現象、
“水素結合ネットワークのからまり”が
生じます。
 
 この欠陥対は“消えない欠陥”として
結晶中に存在し続け、さらに、
水素結合ネットワークの組み替えを活性化
する役割も果たす事で、氷の強固な
水素結合ネットワーク構造を崩壊に導く
“きっかけ”になる事を見つけました。
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 「氷が内部から融解する仕組み」ね~
 なかなか複雑なんですね。
 
 この研究成果は、
>“生命の維持”を分子レベルで
>解明することへ繋がる
 
 と言っていますが、どう繋がるのか
素人には良く理解できません。
 
 今後に期待するしかないです。
 どう繋がるのか?

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