「進化の謎を数学で解く」（文芸春秋）を本屋で見つけて読んだので紹介する。原題は「Arrival of the fittest: Solving evolution's greatest puzzle」で、直訳すれば「最適者の到来：進化の最大の謎を解く」ということになる。『我が意を得たり』と思える個所が幾つかあり、まだ著者の主張の詳細は理解できていないが、興味深い考え方を含んでいるように思う。
生物の進化はダーウィンの進化論では十分には説明できないという内容であり、それだけ聞くと大抵の人は『よくみかけるトンデモ本の類だな』と判断すると思う。著者は Andreas Wagner というチューリッヒ大学の進化生物学・環境研究所教授で、ざっと経歴を見たところしっかりした研究歴を持つ人だと思える。訳者は垂水雄二という人で、生物学、進化論翻訳の第一人者として知られているとのこと。あとがきに『タイトルを見たとき怪しげな本かという疑念が横切ったが、読み始めると内容の深さと面白さに圧倒された』と書いている。正直なところ著者の主張の肝心な点が、私自身もう一息理解できず、確信を持っては言えないが、妙な本ではないように思う。
1900 年代初頭、地球の年齢は 2000 万年と計算されていた。1859 年に「種の起源」を出版したダーウィンも、『サー・W・トムソンの計算した地球の年齢が若いことにはとても困惑している』と書き記していた。ランダムな突然変異と自然淘汰によって現在の生物の多様性が生み出されたと解釈するには、2000 万年はあまりに短すぎた。そこに現れたのがラザフォードという物理学者で、放射性物質の半減期という現象を発見し、それを用いて地球の年齢を四十五億年と推定した。誰しもこれだけの時間があれば十分だと考え、かくしてダーウィン説は救われた。
ここで、Wagner さんは、『本当に十分な時間があったのだろうか？』と問いかける。
ハヤブサは驚異的な体のつくりを持つ。強力な筋肉、軽い骨格を備え、時速三百キロを超える速さで、獲物めがけて急降下することができる。特にその眼は、ヒトの眼の五倍以上の解像度を持ち、一キロ先のハトを識別できる。瞬膜と呼ばれる第三のまぶたがあり、高速で獲物を追跡する間も、ワイパーのように動いて眼の水分を保つ。人の眼と比べてより多くの光受容体を持ち、少ない光の中で像を捉えることができる。波長の短い紫外線さえ見ることができる。
これらの能力の一つ一つが、一つの細胞の中の遺伝子に起きた小さな変異が自然淘汰によって保存され、それらが無数に積み重なった結果であることに間違いはないであろう。眼の能力に着目するならば、高解像度に欠かせないのはもちろん透明なレンズであり、クリスタリンという透明なタンパク質である。また、光受容体に欠かせないのはオプシンというタンパク質である。こうした最適なタンパク質を選び取る変異がある生物の細胞内で生じ、その特徴が生存に有利に働き、結果として自然淘汰によって保存されてきたのが、現在のハヤブサという生物種だと考えられる。
ところでそのようなタンパク質は、何百ものアミノ酸が鎖状に連なってできる分子である。アミノ酸にはニ十種類あるので、例えば百個のアミノ酸が連なってできるタンパク質の総数は
$$20^{100}=2^{100}\times 10^{100}=10^{130}$$に上る。もちろんすべてのタンパク質がクリスタリンやオプシンと同じ働きをするとは思えない。おそらく同じ働きをし得るタンパク質はある程度限られたものだろう。もしそうであるなら、自然は突然変異によってそれら特殊なタンパク質を、進化の歴史のどこかで選択したことになる。
原始の地球の化学的状況（と思われるもの）を実験室で再現し、雷に似せた強力な火花を散らしてみると、アミノ酸が生成されることは、前世紀の半ばに既に知られていた。しかし、生命の構成要素であるアミノ酸から単細胞生物への飛躍が、いつどこで起きたのかは、まだよくわかっていない。その時期を十分昔だと考えて 40 億年前としてみよう。
$$40 億年=4\times 10^9\times 365\times 24\times 60^2=1.26\times 10^{17} 秒$$である。一方、生物種の総数は百万種程度だと現在考えられているが、著者は大きく見積もって、一兆（$=10^{12}$ ）という数を上げる。これだけの種が 40 億年の間、毎秒一つのタンパク質を試してきたとすると
$$1.26\times 10^{17} \times 10^{12}=10^{29}$$個のタンパク質が試されてきたことになる。非常に多い数のようだが、$10^{130}$ 個に比すれば微々たるものである。試すべき組み合わせの $10^{100}$ 分の $1$ にも満たない。
よって、2000 万年が 45 億年に伸びたとしても、もし偶然による探索の方法しか自然が持ち合わせていないのであれば、それが十分な時間であったとは決して言えない、と結論せざるを得ない。
つまり、突然変異によって生み出される新機軸（イノベーション）が、自然淘汰によって保存されることには異論の余地がない。しかし、その創出を偶然にゆだねることには無理がある。無知を認める言い逃れに過ぎない。自然に現れている多くの生物学的新機軸は、それらを生み出す自然の原理が必要であることを示している、と著者は確信しているようである。
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