【小見山研究室】traverse24 Project
京都大学研究者/ 小見山研四回生 船山 典子×根城 颯介 対談
スタジオ課題で四回生の根城さんが選んだ船山先生の「カイメン」の研究と、根城さんが行ったスタジオ課題についての具体的な話を聞くことで、建築と異領域を掛け合わせることにどんな可能性を見出せるのか、私たちなりに考えてみたいと思います。
――最初に、「カイメン」の研究について簡単に教えてください。
船山 私たちの研究分野である発生生物学とは、生き物の形がどのようにできるのかを研究するものです。専門家としては、動物門としてくくった時に、形のバリエーションがかなり多いというのが面白い。カイメンは動物の中でも、大昔、多細胞動物が進化してきた時代に他のグループと分かれて今に至る種類です。けれども、ちゃんと現存しています。これまであまり複雑な仕組みをもたないと考えられてきましたが、生存戦略的にはかなり優れているんです。枝分かれが早かった分、動物として優れた仕組みを洗練する時間が長かったからだと考えられます。人間のように複雑ではないと思われている動物でも、こんなに形にバリエーションがあるのはなぜか、それが私たちの研究の目的です。詳しくいえば、カイメン動物は４つぐらいに分かれますが、メジャーな綱としては、普通海綿綱というのがあります。現存する種の90％以上はこの大きなグループに入っていて、私たちの研究対象でもあります。
このカイメンの体の一番外側は上皮と呼ばれるすごく薄いシートみたいな多細胞組織でできています。それ自体では形を保てないほど薄く、骨片と呼ばれる骨組みで支えています。骨片は長さが大体200μｍから300μｍくらい、太さは４μｍから太くて13μｍくらいあります。細胞が骨片をたくさん運び、立て、繋げます。そうしてできた骨格によって、体のかたちが決まります。特徴として、いろいろな体のかたちを生み出せます。動物は大体、種ごとのかたちやプロポーションが決まっている。一方植物は、葉っぱや枝のかたちとか数が個体によって全然違いますよね。カイメンは動物でありながら植物みたいに柔軟に成長できて、種の特異的な形はあるけどそのバリエーションがすごく大きいです。
普通、動物は受精卵が分裂していって、徐々に細胞の数を増やしながら徐々に秩序が決まり形をつくっていきます。カイメン動物の場合は数千個の細胞からスタートしても柔軟にちゃんと体をつくることができます。とにかく柔軟だから、研究の中で今まで知られていた動物の形づくりとは全く違う仕組みを見つけられるはずと考え、本当に見つけることが出来ました。
今までの発生生物学の研究では一般的に、前後やその間の位置情報が決まって、それに対応して細胞の変化の仕方が決まるんですけど、カイメンの場合はそうではなく、自律分散システムと呼んでいるシステムが成り立っています。そのシステムでは形をつくる一連の過程がそれぞれの担当に分かれて行われていて、１段階目担当は１段階目を、２段階目担当は２段階目を行います。工場なんかと同じシステムで、生産効率が良いんですね。カイメンの場合には、１本の骨片を立てたり、繋げたり、５段階に分けられるということが分かってきました。そしてその過程で上皮をうまく使っていることも分かってきました。そうして上皮を３次元的に広げながら骨片を継いで骨格を延長して水底に固着しながら周囲の環境に応じて多様な形をつくりあげることに成功しています。
――根城さんがこの研究を選んだ理由を教えてください。
根城 このスタジオ課題は、最初に京都大学でされている面白い研究をみんなで集めようということから始まったのですが、各々いろいろなところから情報をかき集めていました。京都大学研究のお知らせページや、プレスリリースとか、京大先生シアターみたいなところで。一人10個くらいずつ持ち寄って、これってこういう建築に使えそうだよねとか、持ち寄った研究を共有し合ってブレインストーミング的なことを行いました。そんな中で僕はカイメンの研究に出会ったのですが、骨片を柱と梁みたいに組み合わせてつくっていく、まさに建築的な体のつくりかたにまず面白さを感じました。また、宇宙や深海のようなまだ環境があらかじめ分からない場所でも、カイメンの柔軟な体づくりを応用することで、建築を建てられるようになるかもしれないという応用可能性について、船山先生が記事の中で言及されていたのを拝見して、それを建築側の視点からやってみたら面白いのではないかと思ったのが、カイメンを選んだきっかけです。
――今までも異領域の活動に船山先生の研究が応用されることはありましたか。
船山 建築関係の方や都市デザインをやっている方たちに興味を持っていただくことはたまにあります。例えば都市デザインへの応用で、骨片をビルに見立てるといった感じで。それで道をつくるとか、拡張するとかに繋がりそうとかいうコメントをもらうのだけど、お互いあまりピンとこなくて、それでおしまいになることが多いですね。興味はもってもらえて少し反応もあるんだけど、その先は特に進まない。東大の工学系にも知り合いがいるから、色々言ってみたりはしたんです。カイメンの細胞ロボットをつくりたいとか。アルゴリズムを使えばできるんじゃないかと思っていたけど、やっぱり上皮に刺して、そのあと刺したものを動かすというのは、現実的には難しいと言われました。ですので、何か形になったのは今回が初めてです。
――課題を進めていくにあたり、どのような試行錯誤があったのでしょうか。
根城 最初は、カイメンの骨片が膜に刺さって持ち上がる仕組みを素直に建築にしてみようというところから考え始めました。これは初期のスタディです。
まずはポールを刺したシートで空間をつくるところから始めました。カイメンを応用するにあたって骨片の代わりにポールを、上皮の代わりにそのシートを用いて建築の部材に見立て、テントのようなものをつくりました。カイメンの場合、骨片を運ぶ作業員は細胞ですけど、人間が作業員の役割をして、自分が立てたいところにポールを立ててテントを拡張していくという発想です。なんとなく、柔らかくて包まれるような建築をつくりたいなっていうふうに思っていて、まずは普通のテントに近いスケールで考え始めました。テントって普通、あらかじめ形状が決まっているじゃないですか。布の形もポールを刺す位置も固定されていますよね。それをどんな場所でも、例えば、傾いた場所やでこぼこした場所でも立てることができたりとか、もうちょっとあそこ広げたいなって思うところに広げたりして空間を拡張していくイメージで、人の手のつくれるサイズで初めは考えていきました。るとか、拡張するとかに繋がりそうとかいうコメントをもらうのだけど、お互いあまりピンとこなくて、それでおしまいになることが多いですね。興味はもってもらえて少し反応もあるんだけど、その先は特に進まない。東大の工学系にも知り合いがいるから、色々言ってみたりはしたんです。カイメンの細胞ロボットをつくりたいとか。アルゴリズムを使えばできるんじゃないかと思っていたけど、やっぱり上皮に刺して、そのあと刺したものを動かすというのは、現実的には難しいと言われました。ですので、何か形になったのは今回が初めてです。
――カイメンの体を形成する仕組みを建築に応用するにあたり、難しかったことは何ですか。
根城 まず大変だと思ったのがスケールの違いです。カイメンってすごく小さいじゃないですか。カイメンのサイズでは無視できても実際に実現させることを考えると、支える自重や風などの問で、すぐに倒れちゃうんですよね。逆に強度を持たせようとして部材を大きくしすぎても、重すぎて手で刺すことができなくなるし、持ち運びがしにくくなるなと思いました。なので、できるだけ細い部材でつくろうと考えていて、そのためにどれぐらいの細さだったらいけるかなど、実際に1/1のスケールで確かめながら、トライアンドエラーを繰り返してスタディを進めていきました。
実際に海辺でつくってみたりもしたんですけど、この時は風が強くて、ネットが引っ張られて全部倒れてしまうということがありました。基礎をしっかり固めるのが一つ大事だなという気付きがありました。
あとは、カイメンは水中にいて、それを地上でそのまま再現することは不可能に近いという考えから、表面的に真似するのではなくて、原理のところに着目してつくろうという考えに徐々に進んでいきました。
最初は１枚の大きいシートでつくっていたのですが、それだとポールを立てる場所がランダムでどこに立てたらいいか分からなくなったりとか、テントとして綺麗な形が出なかったりしたので、三角形のシートを繋ぎ合わせた巨大なシートをつくって、その頂点にポールを刺せるようにすることで、 刺す位置を分かりやすくして使いやすくするというのと、デザインとしても綺麗にすることを工夫しました。この部分はカイメンとは違うんですけど、自分なりに建築的なアイデアを持ってきてつくったところだと思っています。
――カイメンは骨片を指す場所の選択肢が無限にあって、拡張される形もランダムだけれど、根城さんが建築にした時には、刺せるポイントがある程度絞られた選択式になったということですね。
根城 そうです。選択式にすることで、刺して拡張するという仕組みは変わらないんですけど、より実用的になることを考えていました。
船山 多分カイメンだと、上皮の細胞のパーツが膜といっても細胞なので、刺してもそれに沿って三角の部分を自然に引っ張られてちょっと縦長に形を変えることもできるんだけれど、それはシートでは難しいんだなと、話を聞いて思いました。根城くんの作品は、三角を組み合わせているだけで、それだけで随分と現れる形が綺麗になっているなと感じたし、あと安定度も上がっているのかなと思ったので、なるほどと感心しました。
根城 小見山研の方針で、1/1 のスケールで実際につくってみて確かめるっていうことを必須としていました。小さいサイズの模型だとネットが軽すぎて浮き上がってしまって、実際のかたちが見えてこないんですよね。実寸大でつくってみることで、ネットが自重で下がって綺麗な形が出ることがわかりました。
――船山先生、根城さんの作品をご覧になって、何かコメントはありますか。
船山 カイメンの骨格形成を応用するとしたら、こんな風にしたらもっと良さそうだなって思う点がいくつかあります。
例えば、これは地上だし大きいから、強度を出すために土台にはある程度のフレキシビリティしかなくて、 角度はまず垂直になってしまっています。でもカイメンの場合は、初めは体の端だったら60度ぐらいで、成長するに従って角度が大きくなっていくというようなこともできるんです。設置部分が例えば、ボールジョイントになっていたら、もっとガタガタしたようなところでも、安定した形をつくれるのかなと思いました。
あと、テントの高さをどこまで上げ下げできるかも、今は１パターンですけど、場所に合わせて変更できると面白いと思います。気温が寒くなってきたから低くするとか、柱ごとにその場その場で変えられると良いですよね。
あとは、同じパーツを持っている人たちが持ち寄って繋げられると良いなとも思っていました。例えば私が１セット持っていて、根城くんも１セット持っていて、じゃあピクニックを一緒にやるとすると、シート境界がファスナー的に繋がって複数人で使えるように拡張できるとか。売っているキャンプ用のテントって、２人用と２人用があっても４人用にはならないですよね。そしたら、そのテントをそれぞれが１人用を持っていれば、何人用にも繋げられるってなったら便利だし楽しいと思います。
――カイメン同士も実際に繋がったりするのですか。
船山 そうなんです。カイメン同士が近いところに位置していると、成長してるうちに体が触れて、上皮とかも融合して、大きな個体ができることがあります。カイメン一つ一つでも成立しているけど、近くにいれば合体できるんです。膜の部分が合わさっていく仕組みも現在研究されています。基本的な生物の考え方としては、自分の細胞がそうじゃないかってことなので、自分の細胞だったら、つまり自分と同じ遺伝子情報だったら上皮同士がくっつく、というふうになっています。開いた傷口が閉じるのと同じような仕組みです。
――船山先生のコメントを踏まえ、今後考えてみたいことなどはありますか。
根城 今まで話していたものは、人が作業員となって、自分の意志で好きなところに立てられるという設定を考えていたんですけれど、実際のカイメンは、別に細胞自身がそういう意識を持ってるわけじゃなくて、細かいルールとか、外側の要素、例えば水流などに応答して体をつくっていますよね。そういう原理をもっと応用すれば、例えばコンピューターでどこにどう部材を繋げていくかというルールを決めさえすれば、いろんな環境で自動的にロボットが建ててくれるみたいなことも実現できそうだなっていうことを考えていました。今回は、よりもっと大きなスケールになった時に、人間が建てていくんじゃなかったらどういうふうな建て方があるんだろうとか、どういうふうな形で使えるんだろうかというところも追加で考えました。例えば、膜が都市のビルを覆うほどの大きさになった時に、ビルがもしかしたら骨片の役割を果たして、ビルが新しく建設されるに従って都市の生活の中で気づかないうちに膜が上下してるということが起こったら面白いなと思いました。それが、日射とかをカットしてくれて、都市を少しだけ涼しくしたりできるんじゃないかなということも考えていました。
――今回は人間の手で作るような小さなスケールの部分で具体 的に設計されていましたが、スケールが大きくなった時に、もっ と深く考えてみたいことはありますか。
根城 スケールが大きくなったときに同じルールでどこまで応用可能性があるのかなっていうのを個人的に探求したいです。人の手で建設できるぐらいのサイズだったら割と同じルールでつくれるかもしれないけれど、それがもっと大きくなった時に、刺して持ち上げてみたいな同じルールでつくれるかっていうと、部材の重さとか大きさとかももちろん変わってくるから、おそらく同じルールではつくれないっていうことになってくる。そもそもこのスケールまでしか対応してませんよみたいな話が、生物の仕組みを応用する上ではあると思うんですよね。だから、大きいスケールに応用するときに、部材の接合の詳しいプロセスを模倣するのではなく、カイメンの骨格形成機構を単純な部材をローカルなルールでつなぎ合わせていき膜で空間をつくるというところまで抽象化した上で、部材自体の形を変えたり、組み合わせを変えることで応用できないかなということを探る必要があると思います。
――最後に、建築に異領域を応用することについて、お二人の 意見をお聞かせください。
根城 京都大学の研究を皆で持ち寄ってどうやって建築につなげようか話していた段階で、異領域を建築に応用する方法として３つぐらいのパターンがあるんじゃないかということをみんなで見つけ出しました。
１つは、その生物とか植物の形態とかをそのまま使ったり、仕組みをそのままスケールを拡大したりして使うというやり方。２つ目は材料系の話で、クモの糸とか、セルロースナノファイバーとか、特徴的な性質を持つマテリアルを新しい建築の資材として使うというやり方。３つ目は、直接的に研究内容を利用するのではなく、建築的解釈を行った上でメタファー的に利用を行うというやり方です。例えば、法律の研究をしている人がいて、法律を、建築を生成するルールと置き換えて研究内容を利用してみるといったような取り入れ方です。僕の作品の場合は、１つ目のパターンに当てはまると思います。
カイメンに限らずですが、生物の持つルールや原理を建築に利用するというのはバイオミミクリーとかバイオミメティクスといった話で、建築とも親和性が高いと思います。生物を模倣して、ある目的があり、それを最適にするように形を決めるというのはコンピューターでシュミレーションできる時代だと思います。
また、生物から建築にするときに、生物の場合は自分で動いているから、無限に選択肢があるし、無限の形があるけれど、建築とか都市をつくるうえでは生物のようにおのずと形が決まっていく訳じゃないから、自分で変数を決めたり、ルールをすべて設定しないといけないのが大きく違う部分だと思いましたね。
船山 そうですね。あまり都市レベルで考えたことはないけれど、成長する建物みたいなのができたら良いのになって思ってるんです。今は増築はできるかもしれないけれど、そんなにフレキシブルには変えられないじゃない。本当に人が住むことを考えると色々問題があるのかもしれないけれど、植物でも動物でも、カイメンでもそうだと思うけれど、どんどん形が変化していて、付け足しても安定した形になるみたいな、成長する建物ができたら良いですよね。SFの世界の、水中の建築に植物的なものがあるじゃない。ああいうイメージの。
根城 それこそ、宇宙建築に向けた開発などは進んでいますよね。地上から衛星を折りたたんで宇宙に持っていっていて、宇宙空間で自動的に開くような仕組みの建築も開発されています。また、水中に関しても、水中都市とか水上都市のような発想も、進んでいるプロジェクトとかたくさんあるなって思っていて。そういうところで船山先生がおっしゃったような環境に応じて形を変えていく仕組みは、建築や都市に応用できそうだなと思いました。
船山 人間の知識をもってしたら、これぐらいの深さだったらこのくらいの荷重がかかってとか、これぐらいの水の動きがありそうとかは分かるのかもしれないけれど、過酷な環境だとどんどん条件も変わってくるし、ましてや宇宙なんて想像しきれないじゃない。そんなときに、カイメンの骨格形成的な仕組みだと、この応力がかかったときに、色々細かく何パーセント変更してとかいうようなことをしてなくても、ただ単に物理的な力がかかると、単純に上皮の上がる速度が下がるから、同じところに骨片がいっぱい刺さって繋げられて柱が太くなることで太くなることで強度が保たれる、というように単純なルールでその場に最適化できるから、なんかこう、予想外な状況でも対応できるっていうようなところが応用できればいいのになって。飛行機や衛星が着陸するときでも、地面が想像したよりも柔らかかったりとか、温度や硬さが予想とちがっていたりとか、あるじゃない。そういう時にも、角度を変えて、足場でちゃんと着地できるとか、ノイジーな感じのことが多かったとしても、それにアダプトできるっていう部分は学べても良いんじゃないかって思う。建築の技術がどこまで行けるのかとか、物理的な制約があって、ファンタジーじゃないから難しいとは思うんだけど。考え方として、やっぱり当たり前なんだけど、建築は設計図ありきじゃないですか。絶対それは必要だとは思うんですけど、細かいところはその場で微調整可能みたいな、しかも自律的に微調整可能みたいな仕組みがあったら、未知の環境での予想外の事故みたいなのを避けられるし、発展性があるのかなって思います。
根城 生物が持っている仕組みって案外単純じゃないですか。カイメンにしてもすごく単純だと思います。多分他の生物とか植物も意外と難しいことはやっていなくて、表面的に生物を模倣するのではなく、原理の部分を理解することが建築的な応用につながるのかなと思います。
（画像提供：根城颯介）
船山典子
京都大学理学部理学研究科 生物科学専攻高次情報形成学講座 准教授。
進化発生生物学的に重要なカイメン動物に着目、解析手法をほぼ全て独自に工夫・開発し独自の研究を行っている。カイメン動物の骨格形成機構に着目、細胞が微細なケイ酸質の針（骨片）を産生、ダイナミックに体内を運搬、建て・繋げるという、新しい形態形成機構の存在を発見し、解析を進めている。また、有性・無性生殖、再生、恒常性の維持を行う、カイメン全能性幹細胞を自在に制御する細胞・分子機構の解析を行っている。
