進化は愚かである（だが、それでも機能する）

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前のエッセイで、私はこう書いた。

科学は、進化に何ができるかについて、きわめて正確な見解を持っている。そこから一ミリでも進化を高く持ち上げれば、創造論に対抗して「進化の側で戦っている」ことにはならない。ただ科学的に不正確なのである。それで話は終わりだ。

本稿では、さまざまな進化に広く知られている非効率性と限界をいくつか説明する。私は「進化」を複数形で述べている。キツネの進化はウサギの進化と相反する目的で働き、どちらもヘビの進化と話をして、毒牙の作り方を学ぶことはできないからである。

したがって、ここでは進化の限界について話すが、これは創造論をこっそり持ち込もうとしているのではない。標準的な「進化生物学201」である。（方程式を導出せずにはいられないなら583だ。）そのような限界を持つ進化でも、観察された生物学的事実を説明できる。実のところ、事実を理解するにはその限界が必要である。進化の驚異は、それがどれほどうまく機能するかではなく、そもそも機能することだと思い出してほしい。

人間の知性はあまりにも複雑なので、それがどれほど効率的かをうまく計算する方法は誰にもない。自然選択は単純ではないが、人間の脳よりは単純である。そして、かつて存在した最初の最適化過程にふさわしく、それに応じて遅く、非効率である。実際、進化は十分に単純なので、それが正確にどれほど愚かかを計算できる。

進化は遅い。どれほど遅いのか。適応度を3％高める、有益な突然変異があるとしよう。平均すると、この遺伝子を持つ個体は、持たない個体の1.03倍の子を残す。その突然変異がそもそも広がるとして、集団全体へ広がるまでにどれほどかかるだろうか。それは集団の大きさに左右される。適応度を3％高める遺伝子が10万個体の集団へ広がるには、遺伝子プールで固定するまで平均768世代を要する。50万個体の集団なら875世代を要する。一般式は次のとおりである。

固定までの世代数 = 2 ln(N)/s ,

ここでNは集団サイズ、(1 + s)は適応度である。（遺伝子を持つ各個体が、持たない個体の1.03倍の子を残すなら、s = 0.03である。）

したがって、狩猟採集時代の推定値である1,000,000個体の集団なら、1％の優位性をもたらす遺伝子が遺伝子プール全体へ広がるまで、2,763世代を要する。¹

これは驚くべきことではない。遺伝子は、自ら広がるための仕事をすべて自分でしなければならない。遺伝子プールを眺めて、「ふむ、あの遺伝子は急速に広がっているようだ――全員へ配ってやろう」と言える進化の妖精はいない。人間の市場経済では、投資に対して正当に20％の収益を上げている者――とりわけ、その背後に明白で分かりやすい仕組みがある者――は、ほかの投資家から資本をたちまち集められるし、他者も同じ事業を始める。遺伝子は株式市場も銀行も模倣者もなしに広がらなければならない。ヘンリー・フォードが一台の車を作り、それを売り、平均1.01台分の部品を買い、その車を売り、百万台に達するまでこれを続けなければならないようなものである。

ここまでの話はすべて、そもそもその遺伝子が広がることを前提としている。この場合、方程式はもっと単純で、集団サイズにはまったく依存しない。

固定確率 = 2s .

3％の優位性をもたらす突然変異（突然変異としては、かなり途方もなく大きい）が、少なくとも一度の発生で広がる確率は6％である。²突然変異は複数回起こりうるが、集団が百万個体で、一塩基一世代あたりの複製誤り率が10⁻⁸なら、次の機会まで百世代待たなければならないかもしれず、それでも固定する確率は6％にすぎない。

それでも長い目で見れば、進化には、いずれそこへ到達する十分な見込みがある。（これは繰り返し登場する主題となる。）

複雑な適応が進化するには、たいへん長い時間がかかる。まず、それ自体で有利な対立遺伝子Aが現れ、遺伝子プールに固定するまで千世代かかる。その後になって初めて、Aに依存する別の対立遺伝子Bが固定へ向かって増え始める。環境が統計的に確実な傾向として寒い気候をもたらさないかぎり、毛皮は大きな優位性にならない。さて、遺伝子はほかの遺伝子にとっての環境の一部をなす。BがAに依存するなら、遺伝的環境にAが確実に存在しないかぎり、Bは大きな優位性を持たない。

BはAが存在するときに5％の優位性をもたらし、それ以外には何の優位性ももたらさないとしよう。Aがまだ集団内で1％の頻度しかないあいだ、Bが優位性をもたらすのは100回に1回だけである。そのためBの平均的な適応度上の優位性は0.05％であり、Bが固定する確率は0.1％となる。複雑な適応では、まずAが千世代をかけて進化し、次にBがさらに千世代をかけて進化し、その次にA∗がまた千世代をかけて進化する……。そして数百万年後、新しい複雑な適応ができあがる。

しかも、ほかの進化はそれを模倣しない。ヘビの進化が驚異的な新しい毒を発達させても、キツネの進化やライオンの進化の助けにはならない。

これらすべてを、人間のプログラマーと対比してみよう。人間なら、百個の相互依存する部品を持つ新しい複雑な機構を、たった一日の午後で設計できる。そんなことが、いったいどうして可能なのか。私には答えのすべては分からないし、科学にも分かっていないのではないかと思う。人間の脳は進化よりはるかに複雑である。「組合せ的でモジュール化された表現を用いた、目標指向の後ろ向き連鎖」などと言って手を振ることはできるが、それであなたが自分用の人間を設計できるようにはならない。それでも、人間は、後で別の新部品を設計することを見越して新しい部品を設計できる。相互依存する機構に、協調した変更を同時に加えられる。一度のテスト事例を観察して学べる。問題箇所を絞り込み、その解決法を抽象的に考えられる。宇宙線の衝突がよい調整を生み出すのを待つのではなく、どの調整を試す価値があるかに優先順位をつけられる。自然選択の基準から見れば、これはただの魔法である。

人間には、宇宙の予想寿命全体をかけても進化には決してできそうにないことができる。著名な生物学者シンシア・ケニオンは、私も光栄にも出席したある夕食会で、かつてこう述べた。「大学院生一人なら一時間でできるが、進化には十億年かけてもできないことがある」。生物学者の現在最善の知見によれば、進化が完全に回転する車輪を発明したのは、総計で三回だけである。

そして、プログラマーがコード片をインターネットへ投稿するところも忘れてはならない。

確かに、進化の仕事の一部は、ホモ・サピエンスの最高の技術と比べても印象的である。しかし私たちのカンブリア爆発は始まったばかりであり、知識を本格的に蓄積し始めたのは……何年前だろう、四百年ほど前にすぎない。ある面では、生物学はいまだ人間の最高技術をしのぐ。私たちは蝶ほどの大きさの自己複製系を作れない。別の面では、人間の技術は生物学を置き去りにしている。私たちには車輪があり、鋼鉄があり、銃があり、ナイフがあり、先の尖った棒がある。ロケットがあり、トランジスターがあり、原子力発電所がある。十年が過ぎるごとに、その均衡はさらに傾いていく。

だから、もう一度言おう。人間が設計の技法について自然選択から着想を得ようとするのは、高度で現代的な細菌が、最初の不器用な複製子の生化学を真似ようとするようなものである。最初の複製子が今日の競争的な生態系に現れたら、たちまち食べられてしまうだろう。自分の戦略へランダムな点突然変異を加え、3％の改善を採用するまで768回のテスト反復を待とうとする人間の計画者も、同じ運命をたどる。

進化を、その値打ちより一ミリたりとも褒めてはならない。

次回予告：進化を縛る、さらに刺激的な数学的限界！