人間主導の「不自然な生命の進化」の未来

ザトウクジラの歌は人間が作った海の騒音によって変更されましたが、巨大な海の動物も人間の発明に影響を与えました（クレジット：BBC）

地球全体の生物学的適応に関する人間の偶発的な干渉実験

机上の生物学

デビッドファレル（デヴィッド・ファリアー）2022年3月

The World’s First “Living” Robots Just Got an Upgrade, Meet Xenobot 2.0

これらのドキドキするオレンジ色の塊は、ホットプレートに飛び散ったポップコーンのように見えますが、奇妙な方法です。

単一の鼓動するブロブが円を描くようにしっかりと回転しています。ペアは2人でスローダンスをしているようです。

グループを形成するものは、反時計回りに1回回転すると消えます。ポップコーンが互いに衝突するたびに新しい動きが生まれますが、それはかなり規則的であるように見えます。

この短いビデオでポップコーンのように見えるのは、実際にはカエルの細胞でできた人工の有機組織であり、顕微鏡でしか見ることができません。

これは「ゼノボット」として知られる生きたロボットです。

生きているロボットは奇妙な概念のように見えるかもしれませんが、ロボットについての最初の人間の言及は、実際には金属ではなく肉でできています。

ロボットという言葉は、1921年にチェコの劇作家カレルチャペックの戯曲「ロッサムのユニバーサルロボット」で最初に使用されました。

この劇は、英国の作家メアリーシェリーのフランケンシュタインのように、人工人間に対する科学者の願望を反映した思考実験です。
カペックのキャラクター、ローゼンは物議を醸している科学者です。彼は、「自然は生物を合成する方法を1つしか発見していませんが、自然がこれまでに見たことのない、より単純で、より柔軟で、より速い方法があります」と宣言しました。

ショーの別のキャラクターは、「ローゼンが試験管の前に座って、生命の木全体をどのように成長させるかを考えていると想像してみてください」と述べています。

しかし、次の100年間で、ロボットは生体組織ではなく、鋼とワイヤーで作られました。

「工学は生物学よりも速く進んでいます」とタフツ大学の発生生物学者であるダグラス・ブラックイストンは言います。

しかし今、生物学は追いついてきています。ブラックストンは、「ゼノボット」を設計した科学者のチームの一員でした。

彼らが設計した小さな生きているロボットは、カエルのゼノボットの細胞組織から慎重に合成されたため、「ゼノボット」と名付けられました。

最初のゼノボットは2020年の初めに登場しました。これは、心筋細胞でできた2本の短い脚によって推進される皮膚細胞の小さな立方体です。

設計図は、最初にコンピューターアルゴリズムによって設計され、次に研究者によって人工的に合成されたため、エイリアンロボットは自力で歩くことができます。

（偶然の一致で、アフリカツメガエルの学名Xenopusは「奇妙な足」を意味します。）

これらの有機ロボットは、環境内で粒子を動かすために連携することもでき、機械式ロボットとは異なり、怪我をします。

生きているロボットが十分に奇妙であるならば、次世代の生きているロボットはさらに奇妙になるでしょう。

「私があなたの車のすべての部品をランダムに接続すると、結果はひどいものになると思うでしょうが、生物学はそれよりもはるかに柔軟であることがわかりました」とブラックストンは言います。

ブラックストンのチームによって開発されたゼノボットXenobots 2.0は、カエルの胚から抽出された幹細胞から合成され、アルゴリズムに依存せずに独自に開発できます。

これらの細胞は独立して、泳いでいる髪の毛のような繊毛で覆われた、まったく新しい体の構造を発達させ始めました。

これは通常、肺に見られる特徴ですが、生きているロボットの繊毛は、手足をすばやく揺らすようなものであり、ゼノボットが周囲の形の迷路などの環境を泳ぐことを可能にしますが、範囲外ではありません。

実験室の特別な条件のために、カエルの胚の幹細胞は、自然界のようにオタマジャクシに成長するのではなく、両生類自体とはまったく異なる体に成長しました。

それらは自発的に自己組織化し、飛躍的に進化します。

ゼノボットのパフォーマンスをさらに向上させるために、ブラックストンと彼のチームはAIに改良されたデザインを考え出すように依頼しました。

スーパーコンピューターの計算された改善のための青写真は、ビデオゲームのパックマンの形をしたゼノボットであり、大きく開いた口のように見える溝があります。

この第3世代バージョンのゼノボット（Xenobots 3.0）はさらに驚くべきものです。
溝の「大きな口」を使って何百もの幹細胞を食べ、新しいゼノボットを複製することができます（この記事の上部の写真を参照 ）。
言い換えれば、このゼノボットは、自然界で知られているものとは異なり、まったく新しい繁殖方法を進化させました。

次世代のバージョンは、生活環境を設計することで開発できます。「これで、システムへの入力を理解できました。

化学的な手がかり、粘性環境、圧縮などの環境要因がロボット自体の設計を形作るのにどのように役立つかに完全に焦点を合わせています。」

ゼノボットは「不完全な生物」だと彼は言った。ゼノボットは生きているシステムのほとんどの基準を満たしていますが、その生殖メカニズムは「機能的な自己複製」であり、見た目も動作も同じですが、同じではない新しいロボットに組み立てられます。

いずれにせよ、ゼノボットの作成は、人間の圧力の影響に対する惑星の生物界全体の創造的な進化的反応の縮図と見なすことができます。

地球上のすべての生物は、時間の初めから変化に適応するために常に環境と相互作用してきました、そしてそれは生命の進化を推進するこの相互作用です。

しかし、今や人間は地球上のほぼすべての生態環境を絶えず変化する形で支配しているため、地球上の生命の進化の公式に新しい要素が追加され、この新しい要素が私たち人間です。

少なくとも犬が約3万年前に飼いならされて以来、人間は他の動物の手足を形作っています。

今日、農業の工業生産、新種の導入、および都市化、環境汚染、気候変動などの人的要因の複合効果が、地球の種に前例のない自然淘汰圧力を引き起こしています。

私たち人間は、世界中の種の進化に影響を与える最も強力な力になっています。

少なくとも大きくて複雑な生物の場合、進化にはかなり長い時間がかかる可能性があります。

その結果、多くの動物が人間が支配する地球に迅速に適応することを不可能にしました。

地球は現在、人間の介入なしに先史時代の1,000倍の速度で絶滅しています。

しかし、動物に固有のゲノム可塑性により、個々の動物は最適な適応型のボディプランと行動パターンで新しい機会と圧力に直面することができ、短期間に急速な進化を可能にする可能性があります。

このいわゆる微小進化は、ほんの数世代の動物で起こる可能性があります。

おそらく最も有名な例は、英国のコショウの蛾です。

英国産業革命の間、オオシモフリエダカの色は、多くの煙突からの黒い煤と汚染された空気に適応するために、徐々に白から黒に変化しました。

リバプール大学の研究者は、オオシモフリエダカの色が白から黒に変化する原因となった遺伝子変異を指摘し、1819年に発生した可能性があると計算しました。

分離

ポッドキャストの終わり、1878年、蝶の標本の収集家が最初にオオシモフリエダカの色の変化を観察し、進化論の創設者であるチャールズダーウィンに彼の発見を知らせましたが、偉大な男は何の注意も払っていないようでした。

後に、この発見がダーウィンの自然淘汰による進化の見方を証明できることが示唆されたが、実際、オオシモフリエダカの「産業黒化」は自然淘汰による進化の例ではなく、人間の干渉によって引き起こされた微視的な進化である。

しかし、人間の介入はまだ始まったばかりでした。

人間の影響によって引き起こされた動物の特徴の変化は、南極大陸を除くすべての大陸で観察できるようになりました。

今日の米国では、農場から農場へとトラックで運ばれる産業用ハチの巣の働きバチは、野生の親戚よりも3分の1大きく、従順です。

過去100年間で、北米の鳴き鳥は、森林伐採によって断片化された生息地に対応するために、羽の形を変えてきました。

人間の密猟による圧力の下で、ザンビアの象は牙なしで生まれます。オオヒキガエルは、サトウキビのプランテーションに損害を与えていたカブトムシを根絶するために1935年にオーストラリアに導入されました。

しかし、この種が侵入した後、オーストラリアの黒ヘビの口は小さくなりました。

これは、黒ヘビの子孫が、オオヒキガエルの毒で死なないように、ヒキガエルサイズの獲物を飲み込むのを避けることを学び、ヒキガエル自体が始まったためです。

成功として、同じ種類を狩る捕食者自身が苦しんでいます。

パプアニューギニアのウミヘビは、亜鉛で汚染された水域に生息する毒素のために、体を暗くし、脱皮することが多くなります。

ある種の蚊は、ロンドン地下鉄のトンネルにのみ生息するように進化し、その表面のいとこと交尾する能力を失いました。

ニューヨークとシカゴの地下鉄システムに生息する蚊でも、同様の遺伝的多様性の低下が観察されました。

気候温暖化によりヨーロッパ大陸のクロズキンアメリカムシの生息地が拡大するにつれ、鳥はもともと冬にイベリア半島に飛んでいましたが、現在は高緯度で英国に飛んでいます。

ブリティッシュコロンビア大学の進化生物学者であるサラオットーは、「人間のように、生物学的進化の過程をこれほど急速に変えた種はありません。

ダーウィンは「ショックを受けたでしょう！」と述べました。

オットー氏によると、これらの特定の変化の原因は、種の行動の可塑性によるものなのか、亜集団の始まりによるものなのか、そして特定の亜集団がどこから形成され始めたのか、必ずしもすべての人が知っているわけではありません。

しかし、これが遺伝的変化に関連しているという十分な例があり、さらに深いことが起こっていることがわかっています。

「野生に生息し、都市を避けている白鳥は、人間に近い白鳥とは遺伝的に異なります」と彼女は言い、英国に移住したアメリカコガラとイベリアにまだ飛んでいるアメリカコガラの違いは明らかに遺伝的です。

「若い黒い帽子をかぶったウグイスはすでにこの違いを持っ​​ています」と彼女は言いました。

そしてそのような変化は新種の出現の最初のステップです。オットー氏は、「ロンドン地下鉄のトンネルに生息する蚊は、私たちが新しいエコリージョンを形成し、種分化の新しい機会を生み出す可能性がある例です」と付け加えました。

サラ・オットーに、私たち人間が種の生態系に干渉することで種の進化の可能性を減らしているかどうかを尋ねました。

たとえば、地球の土地の36％が現在農業に使用されており、世界中の都市環境はますますそれぞれに似ています。

その他。ある研究によると、人工材料の質量は現在、地球の総バイオマスを超えています。

多くの分析によると、地球上の生命の多様性は、人間の活動のために劇的に減少しています。

オットーはこの見解に同意した。「ある意味で、私たち人間は地球を均質化している。しかし一方で、人間は非常に極端な環境変化を引き起こしている。

都市環境は私たちの農業環境とは完全に異なっている」と彼女は語った。

鉱山の尾鉱池などの高度に汚染された場所は、人間が自然に干渉するもう1つの極端なケースを表しています。

これはすべて私たち人間に由来します。人間が引き起こした種の進化の加速は、絶滅の危機を相殺することはありませんが、私たちと共存する動植物によって定義される世界をもたらすでしょう。

「進化は、止まることなく、私たちに耐えることができる新しい種を生み出し続ける、信じられないほどの創造的なプロセスです」とオットーは言いました。

微生物でさえ、同じ人間の圧力の下で進化してきました。イノベーションを可能にするものもあれば、それを阻害するものもあります。

オットー氏によると、農業用肥料はバクテリアを新しい土壌環境に持ち込むことができる、と同じように、黒海とカスピ海に自生するゼブラムール貝や他の侵入生物がオフサイトの水域に運ばれ、船のバラスト水を通して新しい生活を始める。

微生物学者のマイケル・ギリングスによると、自然界に投入された大量の抗生物質（毎日5億もの抗生物質が豚、牛、羊の糞便に排泄される）は侵入種に似ており、微生物の進化の基本的な速度を加速します。

同時に、哺乳類の王国の均質化は、私たち人間が肉食動物またはペットとして持っている限られた動物の腸内微生物で構成される微生物がますます増えていることを意味します。

自然主義者で自然のプレゼンターであるジリアン・バークは、世界中の動物のコミュニティを観察することに人生を費やしてきました。

私は彼女にどんな変化を観察したか尋ねました。彼女は私に「すべてをお話しします。私はケニアで育ちました。

若い頃、風景は流れていて自然で、山と川がつながっていたのを覚えています。しかし今、空からの風景は正方形と直線です。

人間が私たちの惑星の家を種の進化のための巨大な実験場所に変えたと言っても過言ではありませんか？

バークは私にこう答えました。

「私にとって、この声明は私たちがこの種の実験を行っていることを示しているので重要ですが、私たち人間も実験の一部です。

新しいコロナウイルスのパンデミックは私たちにとって深刻な目覚めの呼びかけです。

人類種の変化を引き起こすのは選択的な圧力になり、ウイルスが広がるほど変異します。

ワクチンは新しい対応物の革新ですが、ウイルスはこう言います。 「。人間自身がこの実験に参加しています。」

バーク氏は、社会的距離を置いている間、ほとんどの人が動物の行動の変化に気付くと付け加えた。

都市部に住む鳴き鳥は、交通騒音やその他の都市騒音に大きな声で反応することを学びました。

彼女は、「しかし、街が封鎖されたとき、人々が本当に感じたのは初めてでした。人々は、「ああ、とても静かで、今では鳥の声が聞こえます」と言いました。

しかし、鳥もそうです。

バークによれば、動物の行動は文化であり、動物の文化は人間の圧力の下で進化します。

ゾウは、ゾウの移動経路などの知識と情報を世代から世代へと受け継いでいると彼女は語った。

しかし、人間の密猟や紛争地域への人間の拡大、気候変動により、ゾウは食料や水を探すことが難しくなり、ゾウの文化の継承も変化しています。

他の動物の文化も人的要因により衰退しています。都市の不協和音は、一部の鳴き鳥が両親と適切に歌うことを学ぶことができないことを意味します。

ザトウクジラは動物界の声の学習者でもあり、各グループは独自のグループソングを歌い、他のグループとの相互作用の結果として複雑な曲が変化します。

しかし、人間の船からの海の騒音は、ザトウクジラの歌声に最大の影響を及ぼし、一部のグループは沈黙し、もはや発声しなくなります。

文化も人類の進化において役割を果たしました。

英国の作家ガイア・ヴィンスが著書 『トランセンデンス』で説明しているように、ツールとテクノロジーの助けを借りて、人間は自らの進化を加速させました。

テクノロジーにより、人間は人体を変えることなく新しい機能を獲得できます。文化を共有する能力により、集団にアクセスできます。

多くの人間の文化的革新は動物から借りているか、動物の能力を複製しようとしています。初期の人間の石器は、捕食者の鋭い歯を模倣していました。

初期の人間の技術は、動物の皮や植物のロープなどの生物の使用でした。人間社会は動物を借りて学ぶことで発展します。

しかし、私たち人間が他の生き物の体や行動をますます模倣する世界に住んでいるのに対し、今では非常に多くの種が地球上の人間が支配する生命に適応することを余儀なくされているのはかなり皮肉です。

生物を模倣する人間の科学は、生体模倣と呼ばれます。

「生物模倣」という言葉を広めた生物学者ジャニン・ベニュスによれば、「人間は動物の天才に囲まれています。

生体工学はこれらの天才から学ぶ新しい分野です。」夏は暖かく、夏は涼しい蟻の巣は人間に影響を与えました。

より効率的なエアコンを設計する。世界最速の列車の1つである日本の新幹線は、カワセミのくちばしの形を模しており、時速299kmの高速に到達することができます。

人間はバイオニック技術を使用して、蚊のくちばしを模倣する細い外科用針、衝撃を吸収するキツツキの頭蓋骨を模倣するフライトレコーダー（飛行機のブラックボックス）、ラッコの皮を模倣する高品質のダイビングスーツ、紙幣の蝶の羽を模倣します。

動物の創意工夫はまた、私たちの最も差し迫った環境問題のいくつかを解決するための新しい方法を提供します。

ザトウクジラのヒレやザトウクジラの羽の凹凸のある表面を模倣する風力タービンのブレードから、ヒマワリのように日々回転することを学ぶソーラーパネルまで、生体模倣技術は人間が再生可能エネルギーを生成するのに役立つ可能性があります。

コンクリートに代わる建築材料は、サンゴが海水からミネラルを吸収して独自の構造を構築する方法を模倣し、建物の基礎や壁に余分な炭素を隔離しながら、海水から将来の都市を「成長」させる可能性があります。

カキなどの天然のろ過摂食動物について学ぶことは、人間が枯渇した海洋生息地を回復するのに役立ちます。

微生物でさえ、人間の生体模倣において役割を果たすことができます。イデオネラサカイエンシスと呼ばれる細菌は、プラスチックのポリエチレンテレフタレート（PET）を分解して消化するように進化しました。

そして、一般的な土壌微生物であるメチルオルブルムextorquensextorquensは、核廃棄物の中で最も危険な2つの半減期であるアメリシウムとキュリウムを凝集させるタンパク質を生成します。

ゼノボットも地球にプラスの影響を与える可能性があります。ロボットという言葉は、強制労働を意味するチェコ語のrobotaに由来します。

未来のゼノボットは、ゴミを片付けるために人間によって送られるかもしれません。バイオロボットは、海洋からマイクロプラスチックを、土壌から汚染物質を取り除くことができます。

特定の波長では緑色に光るが、他の波長では赤色に光る特殊なタンパク質を運ぶゼノボットは、数時間後にさまざまな波長での色応答を「記憶」します。

「ゼノボットを設計して、特定の化学物質を感知することができます。

たとえば、「何か有毒なものを感知したら、泳いでそれを中和する化学物質を放出する」というソフトウェアプログラムのように」と、ブラックストン氏は言います。

ゼノボットロボットが非侵襲的治療を実行したり、原因を探したりできるようにすることとして。

現在の形では、細胞に蓄えられた食物が使い果たされると、ゼノボットは死にます。希望は、彼らが周囲の環境からエネルギーを収穫する能力を自己進化させることができることです。

「医療用皮膚生検の場合、水中の皮膚細胞は生存できず、厳密に制御された細胞培養環境が必要です。同様に、自然界のカエルは皮膚細胞を失うことがよくあります。

しかし、ブラックストンは、将来の生命の進化にいくつかの驚くべき変化を期待しています。

「人間が生物工学、幹細胞生物学、計算生物学で成し遂げたことにより、人間とコンピューターが生命システムを設計する方向にペースを上げるのを見るだろう」と彼は述べた。

パブリック、「テクノロジーが研究室から出て世界に出た直後だけでなく、研究の設計に倫理学者、弁護士、コミュニティのメンバーがもっと関与することを望んでいます。

新世代のエイリアンロボットが示す生命の可塑性は、非常に驚​​くべきものであり、信じられないほどです。

しかし、この見通しは、私たち人間が支配する世界で生き残るために、何千もの動物が自分の体を適応させることを余儀なくされる頻度を思い出させるものでもあります。

人間の介入によって今日の急速に変化する世界に適応できる種は、地球上でいくつありますか？この質問に答えるために、それはまだ見られていません。

しかし、確かなことは、地球全体の生物学的適応に関する人間の偶発的な干渉実験がまだ加速しており、動物の生存の知恵がかつてないほどテストされているということです。

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