（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 〜〜
４．考察
生物の発生過程で、祖先の進化過程を繰り返す（ドイツの生物学者 エルンスト・ヘッケルの唱えた仮説：=「反復説」(Recapitulation theory) ）ということは良く知られているが、 今回のように、単純なシミュレーションであっても、同様の現象を見ることができた。
この一つの要因として、本シミュレーションの手法では、個体の生存／繁殖確率が、成熟した個体の環境への適合度だけではなく、個体が成長していく課程も含めた環境への適合も考慮に入れている事によると思われる。
つまり、全機能を完成する以前の発生段階においても個体は環境に曝されており、発生の各段階で個体が死亡するような状況を生じるならば、その個体は子孫を残すことができない。
例えば、緑色遺伝子（ＧＲN)に対して、光を検出する遺伝子（ＬＩＴ）からの正の結合が発生した場合、成熟個体では、光に当たることのできる地上の外側細胞だけが緑色に変化し、個体にとって都合が良い様に見える。しかし、発生初期段階では、地面に置かれた種子は光にも曝されており、光を検出する遺伝子（ＬＩＴ）の影響から直ちに緑に変化し、結局水の吸収ができずにその生物は死亡する。 従って、細胞分裂が起こり、根の働きをする部分ができる以前に緑色色素遺伝子（ＧＲN)が活性化してはならない。 このため、光を検出する遺伝子（ＬＩＴ）から、直接緑色遺伝子（ＧＲN)が正の結合を受ける様にネットワークは進化しなかった。 つまり、発生段階でも生存できる経路を通って成熟した個体だけが、子孫を残せる。
そして、そのような発生過程をを通じて生き残ることができる遺伝子ネットワーク構造を見つけるためには、既に獲得している遺伝子ネットワークの構造を大きく張り替えるよりも、現存の遺伝子のネットワークの構造を維持しつつ、新しい結合を付け加える方が容易である。
実際に、今回のシミュレーションでも、 結合の一部分が他に置き換わる事はあっても、その結合の骨子は、保存されている。
この様に、過去に獲得したネットワークに少しずつ結合を付け加えるようにして進化した遺伝子ネットワークは、発生段階で、祖先が辿った進化の過程をくりかえす。
逆に考えると、一度、個体発生システムに取り込まれたネットワーク構造はなかなか捨て去ることができない。
このため、新しい機能を追加するためには、複雑な発生過程を辿らなくてはならなくなる。
今回、根を形成するために、一度地面の上と下で個体が分裂し再度、合体している。 合理的に考えるならば、最初から根を発生させれば良いと思われるが、一度、４１５０世代[D]で獲得した「遺伝子ネットワークの「色」→「色」の結合により細胞の色を変化させる」という「枠」が組み込まれたため、この枠組内で「根」を発生させるには 一度一部の細胞が死ななければならなかったという事と思われる。 自然界においても、個体が積極的に細胞死を利用していることはよく知られている。（例 アポトーシス＝プログラム化された細胞死）
この様に生物は、遺伝子ネットワークの枠組に対しては非常に保守的で、古いものを捨てて新しいものを組み込むよりも、古いものを生かしつつ、それらに修正を加えて進化する。
もう一つ、本シミュレーションで面白いのは、進化の断続性である。 図３．２の系統発生図からもわかるように、個体の形状は徐々に変化するのではなく、分岐点付近で急激に変化している。 これは、個体の形状を決定する遺伝子を、個体の身長、幅等として明示的に組み込んだのではなく、分裂のコントロールという形で、陰に組み込んだことによる。 個体の形状を明示的（陽）に遺伝子に組み込んだ場合には、形状の変化は突然変異発生率と変異の大きさによって、淘汰圧力のかかった方向に一定の大きさで徐々に進行するであろう。
しかし、本シミュレーションのように、細胞分裂のコントロール遺伝子として、陰に組み込んだ場合、コントロールの微妙な変化が個体の形状に大きく影響している。
つまり、コントロール遺伝子がネットワークに組み込まれるまで（組み込まれても発現しないうち）は、個体としての形状にほとんど変化が現れないが、それが遺伝子ネットワーク上で発現するようになった時から、個体は急激に形状を変化させる。例えば、図３．２において、化石[C]が徐々太くなって化石[D]の形状になったのではなく、水平方向成長促進遺伝子（ＨＤ＋）ネットワークに組み込まれた時から急激に[D]のような形に変化している。さらに、[D]は、水平方向成長抑制遺伝子（ＨＤ−）のコントロールが有効に機能し始めた時から急激にその形を変化させ、柱状の形になっている。
これを、個体の形状から見ると、断続的に進化が発生しているように見える。（「断続平衡説」（Punctuated
equilibrium）
）
本シミュレーションでは、生物の住み分け等は発生できなかった。 これは、世界の個体数が圧倒的に小さかった為と思われる。
過去の遺伝子ネットワーク構造を根本的に変更し、革新的変化を遂げた種は、そのネットワーク構造を獲得する以前の種から派生しなければならない。 従って、革新的飛躍を遂げた種を導き出すには、古いネットワーク構造を持つ種も環境の場に生き延びさせておく必要がある。そのためには、一様な環境条件（一様な評価関数）ではなく、 例えば、シミュレーションフィールドに湿地、砂漠を造る等、場所毎に異なった環境条件を設定する必要があると思われる。 この様な多様な環境で 数多くの個体を生息させると、 進化の課程で「住み分け」が発生してくるかもしれない。
５． まとめ
●
遺伝子ネットワークの進化
人工生命個体が持つ遺伝子はネットワークを形成しており、互いの発現を調節している。 このような遺伝子ネットワークを進化させることで、植物の形状が糸状→団塊状→柱状の形状に変化した。 また、個体内の細胞の分化が発生し、根の働きをする器官や、維管束のような器官が発生した。
また、遺伝子ネットワークの進化では、一度有利に働くようになったネットワークの部分は捨てられずに、子孫に受け継がれていく。 子孫の変化は 親から受け継がれたネットワーク構造を大きく壊すのではなく、そのネットワーク構造の枠組みを生かしつつ修正をく加えることで進化を行う。 遺伝子ネットワークの、変化に対する「保守性」が次の断続平衡進化や、個体発生時の進化過程のくりかえしの原因になっている。
●
断続平衡進化
徐々に個体の形状が変化するのではなく、ある時期に急激に形状が変化する現象が現れた。 これは、遺伝子が個体の形状を直接決定しているのではなく、細胞分裂の方向を決定する遺伝子のON/OFF（発現のタイミングも含めて）が遺伝子のネットワークの進化により変化するためである。
●
反復説 ：
個体発生は系統発生を繰り返す
人工生命個体の発生過程（成長過程）で、自らの進化をなぞるような現象が現れた。（ドイツの生物学者エルンスト・ヘッケルの唱えた仮説）。この様な現象が発生したのは、発生（成長）段階も含めて、環境場で生存競争を行わせたためである。
６． 参考文献
１）Mark Ptashne
著
遺伝子スイッチ
(1989)オーム社
２）江口吾郎・鈴木義明・名取俊二著
発生・分化の遺伝子的背景
(1990)東京大学出版会
３）木村資生著
分子進化入門(第７版)
(1990)培風館
４）T.A.Brown
著
分子遺伝学
(1991)東京科学同人
５）塩川光一郎著
分子発生学
(1990)東京大学出版会
６）中原英臣著
ウイルス進化論
(1989)三報社印刷
７）吉永良正著
ウイルスが人間を支配する
(1990)光文社
８）宮田隆著
分子進化学への招待
(1994)講談社
９）木庶佑著
遺伝子が語る生命像
(1994)講談社
１０）今木文雄著
DNAはどのように折り畳まれて動くか
(1996)共立出版
１１）石川統
細胞内共生
(1987)東京大学出版会
１２）金子隆一・中野美鹿
大進化する進化論
(1995)NTT出版
１３）Ellen Thro
著
人工生命
(1994)カットシステム
１４）ルーディ・ラッカー 人口生命研究室
on
Window
(1996)アスキー出版
１５）財団法人
日本情報処理開発協会監修 人工生命の方法
(1995)工業調査会
１６）L・デービス著
遺伝子アルゴリズムハンドブック
(1994)森北出版
１７）北野宏明編
遺伝的アルゴリズム
(1993)産業図書
１８）北野宏明編
進化するコンピューター
(1993)ジャストシステム
１９）ウイリアム・パウンドストーン著
ライフゲームの世界
(1992)日本評論社
２０）クラウス・エメッカ著
マシンの園 人口生命叙説
(1989)産業図書
＜補足＞
プログラムソースダウンロード
本プログラムは DOS V
マシンでTurbo C++（当時のボーランド株式会社製）を使用して開発したものです。
現在のマシンではほぼ確実にコンパイルエラーになると思います。（その殆どの部分は 画面への表示部分）
当時から画面に関する部分は、本体論理とは切り離して制作している習慣があったので、画面以外の計算論理はコンパイル可能かもしれません。
（プアーなプログラムですが、遺伝的アルゴリズムや人工生命シミュレーションの参考にして下さい。
メインがたくさんありますが、これは化石遺伝子を解析したりするための色々なツールも入っている為です。）
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、細胞分化、器官形成、発生、進化
初版：2013/09/28 |