Google検索アルゴリズムで生態系崩壊を予測
写真：Flickr/fusion68k、イラスト：PLOS Computational Biology。サイトトップの画像は海藻を食べるマナティ。画像はWikimedia Commons
生物学者たちは、生態系を破壊する最も効率的な方法を見い出した――Google社の検索アルゴリズムに基づいてだ。
食物網の要になる生物種が絶滅すると、生態系全体の崩壊を引き起こす危険性があるということは、以前から科学者の間では知られていた。だが、種の相互作用は無数ともいえるほど存在するため、どの動物や植物がいちばん重要なのかを推測することは難しい。
[現在の群集生態学では「食物連鎖」という言葉より、食物網という概念の方が現実的なものとして重視されてきている。複数種の餌を食う動物は珍しくなく、また、複数種に食われることもあり得るので、それらを考慮に入れると、関係が入り乱れた複雑な網目(食物網)が描ける。古典的な「食物連鎖」と比べて、連鎖の段階は錯綜し、段階数も非常に数が多くなる]
このほど、コンピューターを活用する生命工学分野の研究者が、生態系崩壊の予測をめぐる問題に、米Google社の検索アルゴリズム『PageRank』を応用し、驚くほど正確なモデルを作りあげた。
「これまでの研究では、食物網の安定性について、失われる種のさまざまな連鎖という観点から見てきたが、もっとも壊滅的な絶滅へと向かう道筋を見いだしたものはない」と、食物網を研究する生物学者である、サンタフェ研究所のJennifer Dunne氏は語る[同氏は論文執筆者には含まれていない]。同氏によれば、生態系研究に合わせて修正したPageRankを使って、食物網のなかのどの種が死に絶えると絶滅の連鎖反応が最大規模になるのかを特定できたという。
「生態系から複数の生物種を取り除いていく際に、生態系を最速で破壊するような方法がわかった場合、それは、種の重要性を順位づけることができるということだ」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の生態学者であるStefano Allesina氏は言う。Allesina氏は、9月4日(米国時間)に『PLoS Computational Biology』に掲載された論文の共同執筆者だ。
Googleアルゴリズムを使ったソリューションでは、種相互の間にある関係の数だけではなく、それらの相対的な重要性も考慮できる。「PageRankでは、重要なウェブサイトからリンクが張られているサイトを重要と判断する。われわれはこの概念を借りて逆転させた。すなわち、重要な種を支える種は重要だと考えたわけだ」とAllesina氏は述べる。言い換えれば、草はガゼルによって食べられるから重要であり、ガゼルはライオンによって食べられるから重要となる。
生態系の崩壊を予測する従来のモデルをPageRankで試してみると、調べた12の食物網のそれぞれにおいて、新しい仮説のほうが従来のモデルよりも優れていることがわかった。
「テストしたすべてのケースで、PageRankのアルゴリズムは、無限とも言える可能性のなかから、実現性のあるもっとも効率的な仮説、あるいはそれに非常に近い仮説を導き出した」とAllesina氏は語る。この場合における「現実性のあるもっとも効率的な仮説」とは、最も少ない数の絶滅種によって生態系全体の崩壊を引き起こす予測を導き出すものを意味する。
従来は食物連鎖の流れを一方向性のものとして見てきたが、PageRankの循環的なアルゴリズムを食物網に適用するためには、終端に位置する種をどう扱うかという問題を解決しなければならなかった。つまり、ライオンを捕食する種はあまりないからといって、ライオンが食物網で重要ではないと意味するわけではない。この問題は、あらゆる生物はその排泄物と死体の腐敗によって食物網に貢献する、という基本概念を導入することによって解決された。この基本概念を、Allesina氏は「ルート・ノード」と名付けている。
「われわれが見いだしたのは、ある種の重要性というものは、そこに流れていく物質の総量と連動しうるということだ。たくさんのものを食べ、自らもたくさんのものの食料になる種は、重要である可能性が高い」。
従来の説では、食物連鎖の下位にいる種の重要性を過小評価しがちだった、とAllesina氏は指摘する。今回の新たな仮説によって、ネットワーク的な見方という、より広い視野から、種の絶滅についての論議が触発されることを期待しているという。
