安敦誌


つまらない話など
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フリーランチハンター

今日も、まとまっていないことを書く。ほとんど誰も見ていないとはいえ、まとまっていないことを表に書くのは不誠実だとは思うが、なんとなくリハビリ的に何か書いておきたいので書く。

--

若いころ、私はネオダーウィニズムにはまっていた。自己組織化とかニューラルネットワークとかも好きで、数学的構造が環境に適応して勝手に高度な構造を生み出す仕組みに興味を持っていた。それに比べると、今は随分と平凡な仕事をしている。そんな話はどうでもいいのだけれども、「利己的な遺伝子」以降、ネオダーウィニズムはどういう方向に進んでいるのだろう。最近あまりこの方向を追っていなかったので、最新の状況がわからない。

というわけで最新の研究動向は知らないのだけれど、「利己的な遺伝子」の考え方に慣れてくると、そこに書かれていた遺伝子プールというものの役割がわかるようになる。多細胞の生物種にはだいたい3段階くらいの適応機構があって、まず一番短いスパンだと個体の環境適応がある。これにも食べたら太るというような最短スパンの適応と、成長過程で生育環境に適応するという、やや長いスパンがあるが、このあたりは1段階として考える。

それから、最長期スパンとしては、遺伝子コピーのエラーあたりに起因する突然変異と自然淘汰の累積による進化がある。遺伝子から生物個体が作られるという原理(セントラルドグマ)が提唱される前から、それこそダーウィンの時代から仮説として立てられていた古生物学を説明する原理としてはこのあたりの段階が考えられていた。

そして、その中間的な、数世代から数百世代での環境変化に対する適応がある。真核生物の遺伝子というのは染色体の中に遺伝子対があって、実際に表現型となって個体の機能に強く影響する優性遺伝子と、表現型とはならずにその世代では淘汰圧を受けずに遺伝する劣性遺伝子がある。赤血球凝固血液型のA型とB型のように、どちらも同じ程度に優性という組み合わせもある。

とにかく、最長期スパンのように、遺伝子そのものが新しく発生したり数が増えたりするのではなくて、同じ種の群の中でプールされる遺伝子の種類はほぼ変化しないような短期スパンでも、そこに含まれる遺伝子の比率というのは案外短期間で急激に増減することがある。表現型として表に出る優性遺伝子は、繁殖確率を通じて環境の短期的な変動の影響を比較的素早く反映する。

こういう変化では魚が犬になったりはしないけれども、ラマルクが考えたようにキリンの首の長さが統計的に長くなったり短くなったりという変化は起こりうる。ただし、そういうパラメータ調整のような変化では、やはり馬がキリンになるほど劇的な変化はできない。動脈の逆流を防ぐ弁だとか、そういうブレークスルーが突然変異によって起こらない限り、一定以上の変化はメリットよりデメリットが顕在化して阻害される場合が多い。ただ、有性生殖を行う生物種の場合、数十万年のスパンになるとそういう劇的な変化もかなりの確率で起こるものらしい。

ダーウィンが自分の目で観察したフィンチのくちばしの形状変化は、どちらかというとダーウィニズムによる進化というよりはパラメータ調整による短期スパンの適応段階による分岐のような気がするけれども、地理的要因で遺伝子プールがある程度絶縁されている以上、淘汰による進化の一種ではあったのだろう。

最近は遺伝的アルゴリズムやディープニューラルネットワーク、他にももっと古典的な機械学習理論が研究されているけれども、学習にもヒューリスティックな学習とメタヒューリスティックな学習というのがある。ヒューリスティック学習では、計算モデルは固定されていて、そのパラメータが環境からのフィードバックによる最適化を受けて精度を高めていく。

それに対してメタが付く方の学習は、基盤計算モデルと直接計算モデルの2層構造、あるはそれ以上の多層構造になっていて、基盤計算モデルが直接計算モデル自体をいじりながら学習が進む。ニューラルネットワークではニューロンモデルが直接計算モデルになっていて、学習を通じてシナプスの結合係数をいじって、実質的なネットワークモデルを変えていくことでパターン認識などの学習を行うヒューリスティック学習をする。

ここで、赤ん坊の脳味噌でニューロンが枝を伸ばしながらシナプスを新設していくように、ネットワークトポロジーそのものを組み替えていくような基盤計算モデルがあると、ニューラルネットワークはメタヒューリスティック学習をするようになる。このメタヒューリスティックができるようになると万能的な学習ができるようになるのだが、世の中に銀の弾丸は無いというか、効率まで考えに入れてしまうと、万能な学習モデルは無いという定理が存在する。

ノーフリーランチ定理 - Wikipedia

生物の適応でも個体適応は別として、短期の適応は遺伝子比率を動かすだけのヒューリスティックな学習であり、他方地質学的なスパンの「進化」となると、遺伝子プール内の遺伝子セットそのものが変わっていくメタヒューリスティック学習が行われていると考えることができる。ダーウィンが見た生物の微妙なばらつきの原因というのはたぶんヒューリスティックなものだけれども、そこから連想されたダーウィニズムというのはこのメタヒューリスティックな挙動を予想したものだった。

その後の放射年代測定技術や分子生物学の進歩で、ダーウィニズムはかなり強い傍証を得てネオダーウィニズムになっていくのだけれども、化石にならずに消えていった生物種のことなども推定すると、まだまだ分からないことが多い。これからわかってくることも多いのだろう。

人類が猿っぽい生き物から現代人のように進化するまでに、長く見積もっても300万年程度しかかかっていないらしい。そこにもメタヒューリスティックな進化がかなりあったとは思うけれども、大脳が大きくなるとか、背筋が伸びるとか、そういうあたりはひょっとするとヒューリスティックな変化が主要因なんじゃないかとも思う。

そういうヒューリスティックな、パラメータ調整程度の環境適応で充分に生きていけるほど安定した環境が続く場合、単純な生物からどんどん大型で複雑で長寿命の個体を持つ生物種が分岐してくる。ただし地球の歴史には隕石の衝突や火山の大噴火などによる壊滅的な環境変化が、長スパンで見た場合は定期的にあって、そういう急激な環境変化による大絶滅がおこると、貧しい残存環境では大型生物が選択的に絶滅してしまい、微小生物ほど生き残りやすい。そこで再び環境が安定して来ると、微小生物の多様化による大型生物への進化がやり直されることになる。

昔あった定向進化説というのはだいたいこういう原理だと思っている。進化そのものは大型化も小型化も起こりうる不定向なランダムウォークだが、地球環境の変化は小さい方から大きい方への拡散が目立ちやすくするような傾向を持っていたのだろう。そういう意味でいえば、昆虫自体は非常に長い歴史を持っていても、ハチやアリのような真社会性の生物というのは、案外に人類と同程度の歴史しか持っていないんじゃないかという気もする。

もちろん、ハチやアリのような形をした昆虫は昔からいたのだろうけれども、ハチやアリは個体数の割に繁殖能力を持った個体が少なく、世代交代は基本的に群単位で起こる。群の寿命は女王アリの寿命で規定されていて、結構長い。群からオスアリと女王仕様のメスアリがハネアリになって飛び立って別の群が独立する頻度は、それほど高いものではないらしい。

つまり、遺伝子の交換が起こる世代交代の単位でいうと、一匹の女王アリと少数のオスアリだけが意味のある個体で、働きアリはその従属要素ということになる。雑に言うと、遺伝子から見た場合一つのアリの巣が一つの個体というモデルで説明できる。働きアリは、生殖細胞に対する飛び道具的な体細胞みたいなものということになる。ドーキンスが批判していた群淘汰理論とは前提からして違う。

人類や真社会性のハチやアリ(の巣)というのは、「複雑で長寿命の大型個体を持つ生物」という意味で、似たような存在なのだろうと思う。こういうものが存在するということは、直近の大絶滅以降、比較的安定した地球環境が続いていたという証拠で、ヒトもアリも、その間に急激に進化した生物種なんじゃないかという気がしている。

そしてその進化は、突然変異が駆動するメタヒューリスティックな進化よりも、ヒューリスティックな遺伝子配合比率の調整による適応の度合いが高いのではないかという気もしている。セミなどの長寿命の昆虫も、ひょっとするとそういう部類なのかもしれない。鶴や亀などはどうなのだろうか。

まあ、最近あまり本も読んでいないのでこのあたりがどうなのか詳細は分からないが、あと10年くらいしたらゆっくりと本でも読んでみたいと思う。

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by antonin | 2015-04-17 01:48 | Trackback | Comments(0)
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