偶然性（進化生物学）

進化生物学では、偶然性は進化の結果が特定の系統の歴史によってどのように影響を受けるかを説明します。^[1]

進化は歴史的過程であり、歴史の結果は、その前の相互作用や出来事の詳細に左右される可能性がある。偶然性は、スティーブン・ジェイ・グールドによって特に強調され、特に 1989 年の著書『ワンダフル・ライフ』で強調された。^{[1] [2]}グールドは、「生命のテープ」を遠い過去まで巻き戻すという思考実験を用いて、歴史の小さな変化でさえ、私たちの世界とはまったく異なる進化の結果をもたらすと主張した。グールドの思考実験は、研究室やフィールドでの実際の実験、および自然実験としての現生生物と絶滅生物の研究に影響を与えた。^[1]

これらの研究により、進化における反復性は一般的であることがわかった。特に、反復性を広く定義した場合、および実験で観察可能な時間スケールでは、類似した創始集団の場合に当てはまる。収斂進化は自然界で予想外に広く見られることもわかったが、より多くの遺伝子と発達の偏りを共有する近縁の分類群でより頻繁に発生し、偶然性と収斂の両方が役割を果たしている可能性があることを示している。さらに、形質は、昆虫、翼竜、鳥、コウモリの異なる構造の羽の例のように、より広い記述レベルでは収斂し、より詳細なレベルでは分岐する可能性がある。収斂がどれほど一般的であるかを知るには、同じ選択圧下で形質が進化に失敗した頻度や、既知のすべての生物の中で一度だけ進化した形質についての研究も必要である。^[1]

進化の結果に影響を及ぼす偶然性の例はいくつか特定されている。大腸菌の長期進化実験では、12の集団のうち、クエン酸で生育するという非常に有益な特性を進化させたのは1つだけだったが、凍結した祖先細菌を使用したさらなる実験再現により、この特性には特定の「増強」突然変異が最初に発生することが必要であることが示された。キツツキとアイアイは、木材から甲虫の幼虫を見つけて取り出すという同じ生態学的地位を占めているが、鳥類には指がなく霊長類にはくちばしがないというそれぞれの進化の歴史により、非常に異なる手段（それぞれくちばしと長い指）でそれを行っている。ニュージーランドなどの地球上の孤立した場所のユニークな動植物や、中生代の非鳥類恐竜などの絶滅した系統も、異なる結果をもたらす進化の偶然性の例である。^[1]

『ワンダフル・ライフ』が提起した中心的な問いは、生命が当初現在存在するよりも多様な門に増殖し、その後、確率論的な絶滅という死神によって壊滅したとしたら、人間の知性と優位性の必然性について何が言えるのか、ということである。さらに、グールドは、地球上の生命の進化において歴史的偶然性がどのような役割を果たすのかを問うている。これらの中心的な考えから、グールドは「生命のテープを再生する」という思考実験を提案した。 ^[3]その中心的なエッセンスは、もし私たちが時計を巻き戻して地球上の生命の歴史を何度も再生したら、今日私たちが経験している現実と同じ結果が一貫して見られるだろうか、ということである。^[3]この思考実験の結果には、グールドが詳述した 2 つの解釈が可能である。

「100 個のデザインのうち 10 個が生き残り、多様化すると仮定します。生き残った 10 個が解剖学的に優れていると予測できる場合 (解釈 1)、その 10 個が毎回勝利します。バージェスの排除は、私たちの心地よい人生観を揺るがすものではありません。しかし、生き残った 10 個が幸運の女神の子分、または奇妙な歴史的偶然の恩恵を受けた幸運な受益者である場合 (解釈 2)、テープを再生するたびに、生き残った異なるセットと根本的に異なる歴史が得られます。高校の代数学で順列と組み合わせを計算する方法を思い出すと、100 個のプールから 10 個のアイテムの組み合わせの合計数は、17 兆を超える潜在的な結果を生み出すことがわかります。」 –スティーブン ジェイ グールド

グールドの意見、そして『ワンダフル・ライフ』の中心的な主張は、「生命のテープを再生すると、進化は実際にたどった道とは根本的に異なる道に進むことになる」というものである。 [ ^3]さらに、グールドは、最初から結果を予測することはできないが、生命のテープを再生した後に現れる結果のパターンは、現在の状況と同じくらい解釈可能で論理的であると主張している。^[3]

『ワンダフル・ライフ』の中で、スティーヴン・ジェイ・グールドは、大衆文化における進化の図像学と、進歩の行進が進化論に対する一般の理解に 及ぼす有害な影響について論じています。

グールドは、進歩の歩みは、精神力の増大という進化が、最終的には人間の複雑な脳の発達に至り、進化の自然な結果であるという一般的な解釈につながったと主張している。^[3]そのため、「進化」という用語は、生命が精神力の増大に向かって直線的に進むことや、「人間の必然性と優位性に対する安易な見方」としばしば混同されている。^[3]グールドは、プロの生物学者にとっての進化の定義は「変化する環境への適応」であって進歩ではなく、地球上の生命の構成はむしろ「枝分かれした茂みであり、絶滅の死神によって絶えず刈り込まれており、予測可能な進歩の階段ではない」と主張している。^[3]彼は、社会が「進化」の「教科書的な例」として失敗した系統に執着していることについて論じている。詳しく言うと、私たちは常に「豊富な枝分かれの真の位相から、1本の前進線を探し求めます。この誤った努力の中で、私たちは必然的に、生き残った小枝が1本だけ残っているような、完全に消滅する寸前の枝に引き寄せられます。そして、私たちはこの小枝を、より豊かな祖先の最後のつかみどころではなく、向上の頂点と見なします。」^{[3]グールドは、この点を説明するために}馬の進化を使用しています。ヒラコテリウム（以前はエオヒップスと呼ばれていました）とエクウスの切れ目のないつながりは、単純さから複雑性への明らかな直線的な道を示しています。馬の進化が漸進的進化の標準的な表現となった唯一の理由は、その茂みが極めて不成功だったからです。^[3]グールドは、代わりにコウモリ、レイヨウ、げっ歯類を哺乳類の進化のチャンピオンとして見るべきだと主張している。なぜなら、それらは「力強い茂みの上の何千もの小枝」を私たちに示し、進化的に成功したグループの真の体現だからである。^[3]

グールドは、多様性の増大の円錐で示される進化の従来の見方^[4]は間違っていると主張している。通常、初期の生命は形態が制限されており、この形態の制限から現在存在する動物の多様性への多様化が続くと想定されている。^[3]この円錐は、狭い底部と多数の枝が現在まで外側に広がっている逆さまのクリスマスツリーとして視覚化できる。^[4]しかし、グールドは別の仮説を提示し、生命の歴史は「少数の残存種内での大量絶滅とそれに続く多様化」としてより適切に説明できると述べている。^[4]これは、時間の経過とともに自然淘汰と絶滅レベルのイベントによってますます制約される、解剖学的差異の広い底部を持つピラミッドとして表される。 ^{[3]これは、ブリティッシュコロンビア州の}バージェス頁岩から発掘された化石が、現在よりもはるかに大きな解剖学的差異を持つ古生態系を表しており、カンブリア紀の海に比べて今日存在する門の数が少ないという事実によって証明されています。グールドは、カンブリア爆発の際の生命は、多数の生態学的ニッチが利用可能であったため、今日見られる多様な形態に急速に増殖し、その後、地質学的時間を通じて絶滅レベルのイベントによって激減したという見解を示しています。^[3]彼はまた、絶滅イベント後のグループの生存は、平時のダーウィンの成功の伝統的な概念とは関係がないと指摘しています。^[3]たとえば、

「魚が水中での完璧な状態に適応する能力を磨いたとしても、池が干上がってしまえば魚はみな死んでしまう。しかし、かつては魚の聖職者たちの笑いものだった、汚い老肺魚のバスターは生き延びるかもしれない。それは、曽祖父のヒレの外反母趾が先祖に迫りくる彗星の到来を警告したからではない。バスターとその仲間が生き延びるのは、ずっと昔に別の用途のために進化した特徴が、突然の予測不可能なルールの変化の中で幸運にも生き延びることを可能にしたからかもしれない。そして、もし私たちがバスターの遺産であり、他の何千もの同様の幸運な偶然の結果であるなら、どうして私たちの精神状態を必然的なもの、あるいはあり得るものと見なすことができるだろうか？」 -スティーブン・ジェイ・グールド

結局のところ、進歩の歩みという誤った図像と、多様性の増大という円錐への忠誠心の両方が、進化生物学の傾向についての私たちの考えを誤った方向に導いてきたとグールドは説明しています。

論文「宇宙生物学における代替経路：地球および地球外生命の偶発的および非生体分子的起源の検討と統合」^[5]は、グールドの偶発的概念を生命の起源である生命発生論にまで拡張し、非生体分子化学が地球上の生命の出現に重要な役割を果たした可能性があると提唱している。著者らは、生命以前の環境には、生命の形成に寄与した可能性のある多様な非生体分子化合物が含まれていた可能性が高いと主張している。これは、生命はタンパク質や核酸などの生体分子のみから発生したという従来の見解に異議を唱え、生命の起源はより複雑で多様である可能性を示唆している。

この論文では、「N = 1問題^[6]」についても触れている。これは、すべての生命理論を地球上の生命という単一の例に基づいて構築することの限界を指す。この地球偏向は、地球外生命は地球のような生化学的枠組みに従わなければならないと仮定することで、地球外生命の探索を妨げる可能性がある。著者らは、決定論的プロセスと偶発的プロセスの両方を組み込んだモデルを提案し、さまざまな環境条件下で生命が発生する可能性の範囲を示唆している。生体分子経路と非生体分子経路の両方を含む生命の起源に関するこの幅広い理解は、宇宙生物学と地球外バイオシグネチャーの検出に大きな意味を持つ。

• 推測的進化

• パウエル、ラッセル（2020年2月4日）。偶然性と収束：身体と心の宇宙生物学に向けて。MITプレス。ISBN 978-0-262-35660-2. 2024年6月24日閲覧。
• ロソス、ジョナサン B. (2017 年 8 月 8 日)。あり得ない運命: 運命、偶然、そして進化の未来。ペンギン。ISBN 978-0-399-18493-2. 2024年6月24日閲覧。