機能（生物学）

進化生物学 では、機能とは、自然選択を通じて進化したシステムで何らかの物体またはプロセスが発生した理由です。その理由は通常、クロロフィルが光合成で太陽光のエネルギーを捕らえるのに役立つなど、何らかの結果を達成することです。したがって、それを含む生物は生き残り、繁殖する可能性が高くなります。言い換えると、その機能は生物の適応度を高めます。進化を助ける特性は適応と呼ばれます。他の特性は機能しないスパンドレルである可能性がありますが、これらは後に進化によって新しい機能を果たすために利用される可能性があります。

生物学では、機能はさまざまな方法で定義されています。生理学では、機能とは単に臓器、組織、細胞、または分子が行うことです。

生物学の哲学では、自然淘汰は将来に向けた目標なしに機能するにもかかわらず、機能についての話は必然的に何らかの目的論的目的を示唆する。それでもなお、生物学者は機能の省略形として目的論的言語を頻繁に使用する。現代の生物学の哲学では、生物界における機能について、因果的役割、選択的効果、および目標への貢献という 3 つの主要な説明がある。

生理学において、機能とは、動物の感覚や運動など、生物のシステムによって実行される活動またはプロセスである。 ^[1]形態（それぞれアリストテレスのエルゴンとモルフェ^[2] ）に対する機能の概念は、古代における生物学的説明の中心であった。より近代では、これは1830年のキュヴィエとジョフロワの論争の一部を形成し、キュヴィエは動物の構造はその機能的必要性によって駆動されると主張したが、ジョフロワは各動物の構造は共通の計画から修正されると主張した。^{[3] [4] [5]}

機能はさまざまな方法で定義することができ、^{[6] [7]}適応として、^[8]進化的適応度への貢献として、^[9]動物の行動において、^[10]また、以下で説明するように、生物学の哲学における何らかの因果的役割または目標として定義されることもあります。^[11]

機能的特徴は進化生物学では適応と呼ばれ、特徴が適応的であるかどうかを調べる研究戦略は適応主義と呼ばれています。特徴が機能的であると仮定することは研究に役立つかもしれませんが、生物の特徴の中には非機能的なものもあり、偶発的なスパンドレル、つまり隣接する機能システムの副作用として形成されます。^[8]

自然選択の観点から見ると、生物学的機能は適応度に貢献し、生物が生き残って繁殖する可能性を高めるために存在します。^{[9] [12]}たとえば、植物のクロロフィルの機能は、光合成のために太陽光のエネルギーを捕らえることであり、^{[13]これは}進化の成功に貢献しています。^[14]

動物行動学者 ニコ・ティンバーゲンは、アリストテレスの四原因^[10]に基づいて、生物学者が行動を説明するために尋ねることができる4つの質問を挙げたが、それらはより広い範囲に一般化されている。 1) メカニズム：どのようなメカニズムが動物をそのように行動させるのか？ 2)個体発生：動物の胚発生（学習するのであればその幼少期）におけるどのような発達メカニズムが、行動を引き起こす構造を作り出したのか？ 3) 機能/適応：行動の進化的機能とは何か？ 4) 進化：行動の系統発生とは何か、言い換えれば、動物の進化の歴史の中でいつそれが最初に現れたのか？ これらの質問は相互に依存しており、たとえば、適応機能は胚発生によって制約されている。^{[15] [16] [17] [18]}

機能は、目的論的な意味での目的、つまり目標を達成するための意識的な精神的意図を持つことと同じではありません。生物学の哲学では、進化は将来の「目標」を持たない盲目的なプロセスです。たとえば、木は何らかの目的のために花を咲かせるのではなく、単にそうするように進化したために花を咲かせます。「木は花粉媒介者を引き付けるために花を咲かせる」と言うことは、「目的」が目的を意味する場合は誤りです。機能とは、何かが何をするかを説明するものであり、その「目的」が何であるかを説明するものではありません。しかし、目的論的な言語は、その適用性には異論があるものの、生物学者によって機能を説明する簡略な方法としてよく使用されます。^[11]

^{現代の生物学哲学では、生物界の機能については、因果役割理論、 [20]、}選択効果理論、^[21] 、目標貢献理論の3つの主要な説明がある。^[22]

生物学的機能の因果役割理論は、1975 年のロバート・カミンズによる論文にその起源を遡ることができる。^[20]カミンズは、システムの構成要素の機能的役割を、その構成要素がより大きな包含システムに及ぼす因果効果と定義している。たとえば、心臓は循環器系に血液を送り出すという実際の因果的役割を担っているため、心臓の機能は血液を送り出すことである。この説明は、機能の概念が曖昧すぎるという理由で反論されてきた。たとえば、心臓は音を出すという因果的効果も持つが、音を出すことが心臓の機能であるとは考えないだろう。^{[23] [24]}

生物学的機能の選択効果理論では、生物学的形質の機能は、その形質が選択された機能であるとされており、これはルース・ミリカンが主張している。^[21]たとえば、心臓の機能は血液を送り出すことである。これは、心臓が進化によって選択された動作だからである。言い換えれば、血液を送り出すことが心臓が進化した理由である。この説明は、機能の概念が厳しすぎると批判されてきた。生物学的形質は、選択されていなくても機能を持つことがあるため、どの行動が形質の選択に寄与したかは必ずしも明らかではない。有益な突然変異は、最初は選択されなかったが、機能は持っている。^[25]

目標寄与理論は、Boorse (1977) と同様に、因果役割理論と選択効果理論の中間点を模索している。^[22] Boorse は、生物学的形質の機能を、その形質の生存と繁殖に対する統計的に典型的な因果寄与であると定義している。そのため、たとえば、シマウマの縞模様は捕食者を混乱させることで機能すると言われることがある。シマウマの縞模様のこの役割はシマウマの生存と繁殖に貢献し、捕食者を混乱させることがシマウマの縞模様の機能であると言われるのはそのためである。この説明によれば、形質の特定の因果役割がその機能であるかどうかは、その因果役割がその生物の生存と繁殖に貢献するかどうかによって決まる。^[26]

• 事前適応