[論文レビュー] A quantum-theoretical approach to the phenomenon of directed mutations in bacteria

Vasily Ogryzko|ArXiv.org|Jan 30, 2007

Biofield Effects and Biophysics参考文献 18被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、細菌における指向的突然変異を説明するための量子理論的枠組みを提案し、適応が単一生物体レベルで、仮想的な量子状態の選択によって起こり得るとする。生物的適応を量子観測限界の観点から再解釈することで、変異と選択の分離が明確にされたダーウィニズム的枠組みに挑戦し、標的的な遺伝的変化をもたらす非ダーウィニズム的メカニズムを提示する。

ABSTRACT

The Darwinian paradigm of biological evolution is based on the separability of the variation and selection processes. As a result, the population thinking had always been an integral part of the Darwinian approach. I propose an alternative scheme of biological adaptation. It is based on appreciation of limits of what we can observe considering an individual biological object. This leads to a possibility for the adaptation process to occur on the level of a single object, as a 'selection among virtual states of the organism'. I discuss the application of this idea to the phenomenon of adaptive mutations in bacteria.

研究の動機と目的

• 進化における変異と選択の分離を特徴とするダーウィニズム的パラダイムに挑戦すること。
• 量子理論的原則に基づいた、細菌における指向的突然変異のメカニズムを提唱すること。
• 集団レベルの変異に依存せずに、個体が適応できる仕組みを探索すること。
• 単一生物体の仮想量子状態の選択として、生物学的適応を再定式化すること。
• 量子観測限界を用いた非ランダムで適応的な突然変異の理論的基盤を提供すること。

提案手法

• 本モデルは、生物系に量子力学の原則を適用し、生物体を重ね合わせた仮想状態を有する量子系として扱う。
• 実現されていない遺伝的構成を表す「仮想状態」の概念を導入する。
• 選択は、仮想状態が実際の表現型的結果へと崩壊する観測プロセスとしてモデル化される。
• 観測可能性の限界を用いることで、従来の集団的思考を回避し、個体レベルでの適応を正当化する。
• 環境からのシグナルが状態選択を誘導する仕組みを説明するために、量子測定理論の類似を用いる。
• 単一生物体のダイナミクスに注目することで、古典的集団遺伝学を避ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダムな変異に続いて選択が働くという仮定なしに、細菌における指向的突然変異を説明できるか？
• RQ2 個体生物が仮想量子状態の間での選択によって適応的変化を経験できるか？
• RQ3 観測（あるいは環境センシング）の行為が、単一細胞内の遺伝的構成の選択にどのように影響するか？
• RQ4 非ランダムで適応的な遺伝的変化を説明するために、量子的重ね合わせが果たす役割は何か？
• RQ5 生物学的系における観測可能性の限界が、個体レベルでの標的的進化のメカニズムを可能にするか？

主な発見

• 本稿は、集団レベルの変異を必要とせず、仮想量子状態の選択によって単一生物体レベルでの適応が可能であると提唱する。
• 指向的突然変異は、ランダムな出来事に続いて選択が働くのではなく、仮想遺伝的状態の観測による崩壊の結果であると説明される。
• 本モデルは、適応的突然変異を、生物系における量子的類似測定プロセスの結果として再解釈する。
• 変異と選択の明確な分離を特徴とする古典的ダーウィニズム的見方を、この枠組みは覆す。
• 環境からのシグナルが観測者として機能し、可能性の重ね合わせから特定の遺伝的構成を選択するのを導く可能性がある。
• 本理論は、既知の分子機構がなくても、細菌がストレスに応じて突然変異を「標的に」する仕組みを概念的に理解するための非数学的枠組みを提供する。