（前頁）＜＜ ＞＞（次頁） (Up) 人工生命の進化実験
～～ 遺伝子ネットワーク進化による平衡断続進化と発生反復現象の発生 ～～
＜ 概要
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１．諸言
これまでの「還元主義的手法」、すなわち現象を単純化した基本法則に分解し、それらの組み合わせによって、現象を理解しようという考え方だけでは、説明できない現象が数多く発見され、これまでとは違った見方から現象を把握しようという研究が行われている。 例えば、個々は単純な決定論的原理で動作する現象であっても、複数の個体が合わさると予測不能（カオス現象）となったり、単なる重ねあわせでは説明できない未知の動作（創発、群知能等）が発生する。
自然界の中で、最も複雑なものの一つとして、生物の進化が挙げられる。 非常に多様な化学的、物理的法則が適応されると同時に、個体の数も膨大で、とても解が求まるとは思えない中で、自然界の生物は、環境に対して、実に上手く適合している様に見える。 しかしながら、生物の器官、形状、能力は、最初から設計者（神）が存在して、それらを設計したのではなく、変化してしまったものを無理やり周りの環境に適合させていったと考える方が自然である。 すなわち、それらの適合は試行錯誤の賜物であって、何者かの意思が働いたわけではない。 例えば、空気中の酸素を効率的に取り込むためには、鳥や恐竜の肺構造の様に「気のう」を持つ方法が非常に効率的であるが、哺乳類は「横隔膜」を発達させることで、「気のう」を用いるよりも効率は落ちるものの、自然界を生き抜く為には必要な能力を得ている。 もしも設計者が最適化を目指すならば、哺乳類の肺にも「気のう」を持たせた方が良かったかもしれない。 しかし、哺乳類は「気のう」発生の種が芽生える前に分岐し、「横隔膜」の種が出来てしまった為、それを発達させるより方法が無かったと考えられる。
ところで、
電子計算機の性能の向上に伴い、これら複雑系を研究するには、不完全ながらもシミュレーションを用いて、（半ば強引に）それらの現象を理解することが可能となった。 この様な状況下にあって、近年、人工生命の研究が盛んに行われている。
電子計算機を用いて与えられた課題を解く方法の一つとして、人工知能を用いる場合がある。 人工知能が用いる方法は、現象を解析し、それを単純なルールに還元し、それらの組み合わせから解を導き出すという 演繹的な方法である。 一方、人工生命に適応される方法は、現象を特徴付ける「単純化した動作原理」を持つ個体を複数準備し、それらを同時に互いに影響を与えながら動作させると、それらの単なる累積では表せない新しい「解」が創発されるという、帰納法的な手法である。
人工生命研究の醍醐味とは、プログラマーが考えたものではない「解」が、「創発」によって求められる ・・・・・・ すなわち、思いもよらない形状や機能を持つ個体が発生するかもしれないという期待である。
あるシステムが、新しい環境におかれた場合に、システム機能を環境に適合させる方法の一つとして、その環境に適合した機能を組み込んだ新システムに作り替える方法が考えられる。 実は、これと同じことを生物は行っている。 つまり、世代の交代である。 個体が残した受精卵（種子）の中にはシステムの設計図である遺伝子が入っており、その遺伝子が変化する時に、運が良ければ環境に多少適合度の増した個体が生まれる。 環境に適合した個体ほどより子孫を残しやすくなるため、世代を重ねるに従って益々、環境に適合した個体が生まれてくる。
人工のシステムでも同じ様に遺伝子の変化により、環境に適合したシステムを構築できないだろうか。
この様な要求に対して、既に「遺伝的アルゴリズム」が考えられ、色々な最適化の問題の解決に用いられている。 しかしながら、「遺伝的アルゴリズム」は、工学的な応用への興味が大きく、実際の生物進化とはかなりかけ離れていると思われる。
ところで、生物の進化を見ると 次のような現象が見られる。
①.たった一個の受精卵が、分裂、分化して、最終的には、非常に複雑な生物個体を造り出す。 各細胞の中に存在する遺伝子は、受精卵から受け継いだものであり、一つの個体内では、同じであるにもかかわらず、異なる機能や形状を持ち、器官を形成する。
②.平衡断続進化（Punctuated
equilibrium）（小さな変化が連続的に発生して大きな変化が起こるのではなく、急激に変化が起こる時期と変化が停滞する時期がある）
③.一度種が分岐すると、元には戻らない。
④.個体発生は系統発生を繰り返す ＝
「反復説」(Recapitulation theory)。（ドイツの生物学者エルンスト・ヘッケルの唱えた仮説。必ず成り立つ訳ではないが、発生過程に進化の痕跡を見て取れることが多い）
⑤.住み分け（異なる環境にそれぞれ適合した生物が住み分けている）
そこで、次のような仮説を立てた。
①.個体が持つ遺伝子はお互いにネットワークを形成し、他の遺伝子の活性化に影響を及ぼす。
②.遺伝子は 細胞の性質に直接影響を及ぼす「発現型」と、他の遺伝子の活性化度合いを調整する「調整型」が存在する。
③.「発現型」遺伝子のオン／オフにより、細胞の分化が起こる。
④.ネットワークの構造や互いの影響度が変化することで、「発現型」遺伝子のオン／オフが変化し、ひいては、個体の形状に大きな変化を生じさせる。
＜仮説＞
生物が進化するとは、この遺伝子ネットワークの進化が重要で、 「遺伝子ネットワーク構造の変化が、上記に説明した「断続平衡進化」や「個体発生は系統発生を反復する」というような事象を発生させるのではないだろうか？」
キーワード：人工生命、遺伝子ネットワーク、シミュレーション、断続平衡進化、反復説、細胞分化、器官形成、細胞分裂、進化
初版：2013/09/22 |