魚型ロボットで生物の進化を目撃しようとする実験

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生物学者ジョン・ロングは、大昔にいくつかの特徴が進化していった理由を解明するための天才的な方法を考え出した。ロボットを水槽の中に入れて、進化をシミュレーションするのだ。

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なぜ、原始的な脊椎動物は脊椎を発達させたのだろうか? 大昔の首長竜たちが4枚のヒレを用いて中生代の海を泳ぎ、支配していたのに、なぜ現存する脊椎動物の多くは2枚のヒレへと戻ったのだろうか? 動物にモジュール型の、つまり互いに独立した神経システムを発達させた選択的刺激は、どのようなものなのだろうか?

これら、多くの生物学者が時間を費やして研究している疑問に答えるために、米ヴァッサー大学の教授、ジョン・ロングは、特殊な選択をした。生物の代わりにロボットを使って、進化そのものを目の前で再現することに決めたのだ。

ロング氏は10月26日、ジェノヴァの科学フェスティヴァルで次のような内容を発表している。彼とその共同研究者たちは、「研究対象の生物の特質を再現するロボットを開発して、それらを相互作用させる」というのだ。

この相互作用の結果から、彼らは「最も適応したものが生存する原則」に従ってロボットの特質を変更し、この無生物の次の世代が、時間とともにどのように変化していくかを観察する。その結果として、(彼らの主張によると)なぜある変化が進化の大きなゲームのなかで成功を収めたのか、仮説を立てることができる。

ヴァッサー大学の水槽では、ロボット「Madeleine」が泳いでいるのを見ることができる。その形は、ウミガメを思い起こさせる。これは、首長竜が何億年もの間、4枚のヒレで活躍していたにも拘わらず、脊椎動物が2枚のヒレで泳ぐようになった自然選択の誘因を調査するためにつくられた。

「わたしたちはこのロボットの推進装置を、2枚でも4枚でも動くように設計しました」と、ロング氏は『WIRED』に説明した。「そして結果的に、4枚のヒレはより速い加速をもたらすけれど、最高速度は向上せず、2倍のエネルギーを消費する、ということに気づいたのです」。



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ロング氏が研究をしている生物学部の水槽で最も頻繁に泳いでいるのは、「Tadros」だ。非常にシンプルなロボットで、その形は少しオタマジャクシのように見える(ただしそのサイズは巨大で、頭は手の平ほどの直径だ)。

何年もの間、いくつものヴァージョンがつくられ、進化の鍵ともいえる変化──動物界における脊椎の成功──を解明するのに貢献した。同じ水槽の中に「獲物」(Preyro)と「捕食者」(Tadiator)を入れることによって、この変化の理解に進展をもたらしたとロング氏のチームは確信している。

「3つの特徴を遺伝的基礎として、進化できるようにしました。『脊椎の数』と『尾の形状』『捕食者の存在を知覚する感覚』です」と、ロング氏は語る。彼は、2012年刊行の著作『Darwin’s Devices』(邦題:進化する魚型ロボットが僕らに教えてくれること)でその研究を詳細に語っている。

「10世代の進化の間に、Preyroの個体群はより多くの脊椎を発達させました。これは、食糧を得てハンターから逃れる能力が優れていることによって起きた選択が、原始的な脊椎動物における脊椎の進化の考えうる原因だという仮説の(証明にはならないとしても)補強となります」



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いま、Tadrosは非常に野心的な挑戦の準備に備えている。それは、「進化可能性」の研究、つまり、生物が進化する能力そのものの研究だ。

ロング氏と共同研究者たちの仮説は、この能力が、脳のモジュール構造、つまり、動物の中で、特定の神経回路がさまざまな機能(例えば視覚や音を発音する能力)を制御しているという事実と密接に関係しているというものだ。

彼らは2つの「入力ニューロン」と2つの「出力ニューロン」をもつ専用ロボットを開発した。前者は光を検知するセンサー。後者は1つがロボットが航行のために用いる尾の角度を、もう1つが速さを制御する。彼らの仮説は、進化と競争の過程において、光をよりよく受け取るために、Tadrosはこの2つの側面のために独立した回路を発達させるだろうというものだ。

彼は述べる。「モジュール型のシステムが、複雑性の進化の鍵となっているということを前提にしています。このプロジェクトは、生体システムそのものを解明するだけではなく、一般的な進化のシステムの可能性と限界を理解しようとしています」。

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