進化の謎を数学で解くArrival of the fittest:Solving evolution’s greatest puzzle

(14)’15文藝春秋 アンドレアス・ワグナー エール大 チューリッヒ大進化生物学環境研究所教授

生命が最適者を発見するのに奇跡は必要ない

自然淘汰の謎を実験とコンピューターの力で解く

エネルギーと生命の構成要素を生産する化学反応(触媒)を試す 工場と部品→進化

生命の始まりは複製より代謝が先 生命は遺伝子に先だって存在

クエン酸回路は熱水噴出孔200気圧で自然発生的につくりだされた可能性が高い

超好熱メタン菌130℃で繁殖できなくなるが生き延びる

  全ての海水が10万年に1回は熱水噴出孔を通過する→これまでに1万回以上通過していることになる

 クエン酸回路は化学反応の自己触媒ネットワーク 代謝活動の始祖の可能性

 RNA(ヌクレオチド)からタンパク質(アミノ酸)に引き継ぐ

代謝の原理①代謝は同じ燃料分子で生存可能

     ②代謝は互いに異なっており少数の反応しか共有していない

     ③生存可能な代謝は、巨大な遺伝子型ネットワークでつながる

マキーソン隕石1969有機分子を含む 

 ①生命の分子が自然発生的に生じる

 ②適切な環境は宇宙の特殊な場所である必要はない

 ③イノベーション

生命は最初の生物となるより以前でさえイノベーションを必要とした 自己触媒的代謝と自己複製因子 ①化学反応の新しい組み合わせ(代謝) 

②他の分子の反応を助けることができる分子(タンパク質) 代謝経路

③複雑な生物を協調させる新しい調節 をつくりだす 遺伝子作用の調整

DNA1000字 46本の染色体 30億文字

大腸菌DNAでさえ450万文字 1/4が違っていることもある

グルコースクエン酸エタノールなどを代謝で取り込めるか否かの組み合わせは25000

20種類のアミノ酸でできるタンパク質も膨大な組み合わせ 100個のアミノ酸で10130

遺伝回路も膨大な組み合わせ

  数が増えるほど距離が近くなる 最適なものを探索する範囲が少なくて済む

 80種類の科学燃料で20% 60種類で30%

  エネルギー貯蔵の規格 ATP

複雑で膨大な解決策が多少の変化で動じない頑強さにつながり、環境変化に対応する新種の候補を用意できる

 生きていくための方策がつねに複数存在する 電子回路も同様

 遺伝子型に突然変異が生じても表現型は影響を受けない

新種を生む原理は技術革新、銀河の形成にもあてはまる