Cover Story：枝分かれの制御：表面積最小化の必要性が、3D物理ネットワークの成長を規定する

樹木の枝から血管網に至るまで、物理的なネットワークは、点と点を結ぶ一次元（1D）の配線と考えられることが多い。この見方では、全体の「配線長」を最小化する必要性が、ネットワークの配置を形作るのに役立つと考えられる。しかし、血管系や脳のコネクトームといった三次元（3D）ネットワークでは、機能的な要件が、長さの最適化という必要性をすぐに上回るはずであり、このことが3Dネットワークの成長の予測を困難にしている。今週号ではA Barabásiたちが、こうした樹状に分岐するネットワークを調べ、それらが成長して進化する過程で、異なる形態の最適化が働いていることを見いだしている。著者たちは、ネットワークを1D配線と見なすのでなく、3Dでのネットワーク形成に伴う材料コストを評価し、これによって枝の太さ、多重の分岐、分岐の角度を考慮できるようになった。彼らは、枝の太さが全体構造をどのように形作るかを理解するために、弦理論におけるファインマンダイアグラムの概念を利用して、これらのネットワークが、各接合部で表面積を最小化するという予測可能な方法で分岐していることを発見した。表紙の画像は、表面積、すなわち必要とされる材料の総量を最小化するように枝が形成された、Barabási–Albertネットワークの3D印刷物を通じて、この概念を表現している。

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