[論文レビュー] Social Evolution: New Horizons

Octavio Miramontes, Og DeSouza|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2014

Evolutionary Game Theory and Cooperation参考文献 83被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、非線形力学、スケールフリーネットワーク、散逸的自己組織化といった複雑系の原則をダーウィニズムの進化理論に統合する、社会進化に関する画期的な理論を提唱する。協力が生物的システムの物理的・システム的制約の結果として生じるのではなく、それらの制約のおかげで生じることを主張しており、特に異常拡散、空間的構造、社会的ネットワークにおける臨界性といったメカニズムを通じて実現される。主な証拠は古代のシアンオブテリア、人間の移動行動、微生物エコシステムに由来する。

ABSTRACT

Cooperation is a widespread natural phenomenon yet current evolutionary thinking is dominated by the paradigm of selfish competition. Recent advanced in many fronts of Biology and Non-linear Physics are helping to bring cooperation to its proper place. In this contribution, the most important controversies and open research avenues in the field of social evolution are reviewed. It is argued that a novel theory of social evolution must integrate the concepts of the science of Complex Systems with those of the Darwinian tradition. Current gene-centric approaches should be reviewed and com- plemented with evidence from multilevel phenomena (group selection), the constrains given by the non-linear nature of biological dynamical systems and the emergent nature of dissipative phenomena.

研究の動機と目的

• 進化生物学における長年のパラドックスに取り組むこと：協力は至る所に存在するが、利己的競争の理論的優位性のため、理論的分析が不足していること。
• 遺伝子中心のモデルの優位性に挑戦し、多層次元選択、非線形力学、そして出現現象を統合すること。
• 協力を例外的現象ではなく、生物的進化における物理的・システム的制約の根本的結果として位置づけること。
• 空間的構造、異常拡散、スケールフリーネットワークトポロジーが、生物学的および人工的システムにわたる協力をどのように安定化させるかを明らかにすること。
• 特に臨界性と散逸的秩序を含む、複雑系の広範な枠組みの中で社会的進化を位置づけること。

提案手法

• 古くから存在する共同生活の証拠として、化石化したストラトライトとMISS（微生物によって誘導された堆積構造）を分析すること。
• ゲーム理論とエージェントベースモデルを用いて、繰り返しの相互作用と記憶に基づく戦略が協力をどのように安定化させるかを示すこと。
• 空間的およびネットワークモデルを用いて、スケールフリートポロジーと異常拡散が協力性と情報容量をどのように向上させるかを示すこと。
• 社会的システムを非平衡で散逸的構造としてモデル化し、臨界性の縁（秩序-無秩序の相転移）で自己組織化することを示すこと。
• アリの巣、クモザルの採餌行動、人間の狩猟採集民の移動行動を比較することで、協力の普遍的パターンを明らかにすること。
• 非線形力学の概念、特に臨界性と自己組織的臨界性を進化理論に統合し、社会性の出現を説明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自然において協力が広く存在しているにもかかわらず、なぜ進化理論において協力が一貫して軽視されてきたのか？
• RQ2 相手が記憶力や認知能力を持つ場合、協力はデフォルト（裏切り）の脅威に対してもどのように安定するのか？
• RQ3 非線形力学、空間的構造、異常拡散が協力行動の出現に果たす役割は何か？
• RQ4 社会的システムにおけるスケールフリーネットワークトポロジーと臨界性が、協力のレジリエンスと効率性をどの程度向上させるのか？
• RQ5 シアンオブテリアやストラトライトといった古代の協力的システムは、社会進化の包括的理論をどのように啓示するのか？

主な発見

• 34億5000万年前の化石化したストラトライトは、地球の大気を変容させた古代の協力的微生物生活の直接的証拠を示している。
• 34億8000万年前の微生物によって誘導された堆積構造（MISS）は、初期の地球で協力的微生物バイオフィルムがすでに惑星環境を形作っていたことを示している。
• ゲーム理論と繰り返し相互作用モデルは、相手が記憶を持つ場合、協力が記憶に基づく長期的戦略として安定しており、裏切りが長期間にわたり持続不可能であることを示している。
• 人間の狩猟採集民や採餌動物の移動行動における異常拡散パターンは、より高い遭遇頻度を促進し、社会的結束と遺伝的多様性を促進する。
• 社会的および生物学的システムにおけるスケールフリーネットワークトポロジーは、レジリエンスとフラックス効率性を向上させ、複雑な協力の出現を支援する。
• アリの巣や人間の移動集団といった社会的システムは、臨界性（秩序-無秩序の相転移）の近くで動作しており、情報容量と社会的調整性を最大化している。