[論文レビュー] The Twilight of Determinism: At Least in Biophysical Novelties

Amihud Gilead|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2015

Climate Change Communication and Perception参考文献 15被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、生物学的決定論が、特に生物物理学的システムにおいて、マロムとブラウンによる制御された実験で観察された自己決定的で予測不能な柔軟性の発生に伴い衰えつつあると主張している。著者たちは、遺伝的制約が存在しても生物系が決定論的予測から著しく自由であることに着目し、還元主義とシステム生物学を挑戦し、生命科学における機械的説明の限界を再定義している。

ABSTRACT

In the 1990s, Richard Lewontin referred to what appeared to be the twilight of determinism in biology. He pointed out that DNA determines only a little part of life phenomena, which are very complex. In fact, organisms determine the environment and vice versa in a nonlinear way. Very recently, biophysicists, Shimon Marom and Erez Braun, have demonstrated that controlled biophysical systems have shown a relative autonomy and flexibility in response which could not be predicted. Within the boundaries of some restraints, most of them genetic, this freedom from determinism is well maintained. Marom and Braun have challenged not only biophysical determinism but also reverse-engineering, naive reductionism, mechanism, and systems biology.

研究の動機と目的

• 現代生物学における決定論的モデルの崩壊、特に生物物理学的システムにおけるその崩壊を検討すること。
• 最近の実験的発見が、生命科学における還元主義と機械的説明の仮定をどのように挑戦するかを調査すること。
• 制御された生物物理学的システムにおける非予測可能な柔軟応答の理論的生物学への影響を分析すること。
• 生物と環境の間のフィードバックループが生物学的現象における厳密な決定論をどのように揺るがすかを評価すること。
• 生体系に現れる自己決定的自律性を踏まえて、システム生物学とリバースエンジニアリングの基礎を再評価すること。

提案手法

• マロムとブラウンによる制御された生物物理学的システムの実験結果を分析し、非決定論的で柔軟な応答を示す。
• 哲学的および歴史的分析を用いて、20世紀以降の生物学における決定論の変遷をたどる。
• 生物と環境の間の相互作用が非線形性と予測不能性の源であることを検討する。
• 複雑な生物学的行動を説明するにあたり、還元主義的アプローチの限界を評価する。
• 既知の遺伝的・物理的制約のもとでも、予測不能なシステムレベルの挙動が観察されることと、決定論的モデルを対比する。
• レヴィンの遺伝的決定論への批判を概念的出発点として用い、生物学的予測可能性に関する議論を再構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生物物理学的システムが、決定論的予測を凌駆える自律性をどの程度示すのか。
• RQ2 生物と環境のフィードバックループは、生物学における古典的還元主義的・機械的モデルをどのように揺るがすのか。
• RQ3 制御された生物学的システムにおける非予測可能な柔軟性の影響は、システム生物学とリバースエンジニアリングにどのような意味を持つのか。
• RQ4 生物物理学的システムの観察された挙動は、遺伝的決定論の仮定をどのようないびつな形で挑戦するのか。
• RQ5 「決定論の黄昏」という概念は、最近の生物物理学研究における実験的証拠としてどのように現れるのか。

主な発見

• マロムとブラウンの実験によって示された制御された生物物理学的システムは、遺伝的・物理的制約だけからでは予測できない、顕著な柔軟性と自律性を示す。
• 生物と環境の相互作用は、非線形フィードバックループを生じさせ、生物学における決定論的モデルの構築を妨げる。
• 厳密な遺伝的・物理的制約のなかでも、システムは決定論からの自由な状態を示しており、予測可能性の限界を示唆する。
• これらの発見は、リバースエンジニアリングや単純な還元主義が、複雑な生物学的システムを理解する主たる手段として有効であるという仮定を揺るがす。
• 決定論的モデルに依存するシステム生物学は、生物物理学的新規性に観察される自己発生的で予測不能な挙動を十分に捉えることができないことが示された。
• 本論文は、生物学における決定論が完全に放棄されたのではなく、より洗練された文脈依存的枠組みの中で現在も機能していると確認している。