人生とは何でしょうか？チューリングテストが答えを出すかもしれない

現在、科学者たちは生命の定義について意見が一致していません。ほとんどの場合、私たちは生命とは単なる生物に過ぎないと考えているかもしれませんが、特定の基準を使用して生命を定義しようとすると、その定義を覆す例外が必ず現れます。しかし、生命について明確な理解がなければ、他の惑星で生命を探したり、この惑星での生命の最も初期の段階を理解したりすることは本当にできるのでしょうか?

コーネル大学応用数学教授のスティーブン・ストロガッツ氏は、著書『The Joy of Why』の中で、今日の主要な科学的問題について関連する研究者らと議論しています。 「生命とは何か？」というテーマで、ストロガッツ氏はカナダのアルバータ大学の化学教授シェレフ・マンシー氏にインタビューした。マンシー氏の視点は、私たちがこの問題について考える上で役立つかもしれない。

インタビューと記事 |スティーブン・ストロガッツ

コンピレーション | XZ

左：スティーブン・ストロガッツ。右: シェレフ・マンシー

Q: インタビューに応じていただき光栄です。現在の人生観には多くの矛盾がある。どう思いますか？

A: 私の分野では、同僚の中には時々極端な言葉を言う人がいます。たとえば、「生命」という言葉は詩人だけに属する言葉であり、科学者にはそれを使う資格がないと言う人もいます。私はこれに強く反対します。現在、世界中の科学者が何かを構築しようとしていますが、何を構築しようとしているのかさえ言えない状況で、科学はどのように進歩できるのでしょうか?

また、最大の問題は、誰かが人生の定義を提案するたびに、必ず誰かが飛び出して反論する例を挙げることだと思います。生物とみなされても定義を満たさないものもあれば、定義を満たしているように見えても無生物とみなされるものもあります。たとえば、なぜ机は活気がないのでしょうか?答えは通常、テーブルは複製できないため、寿命がない、というものです。しかし、私たちの一般的なラバはどうでしょうか?生殖能力もないので、なぜ生きていると考えられるのでしょうか?

あるいは、一般的な塩の結晶など、反対方向からの例を挙げることもできます。結晶学の分野では、ほとんどの結晶学者が結晶を得る主な方法は、結晶を細かく砕き、その小さな破片を使ってさらに新しい結晶を成長させることです。この現象は再生のように見えるかもしれないが、塩を生命と結びつける人はいないだろう。

Q: では、例外は常に見つかるので、生命にとって必要かつ十分な条件を定義したり、明確な境界を設定したりすることはあまり役に立たないように思えます。しかし、別の観点から見ると、他の惑星で生命の痕跡を見つけたいのであれば、生命の定義が必要です。これについてどう思いますか？

A: 実際、すべてのものは最終的には無秩序な状態に向かう傾向があります。生物学自体は不均衡な化学システムであり、熱力学の第二法則（システムが単一の熱貯蔵庫から熱を吸収し、他の影響を及ぼさずにそれをすべて仕事に変換することは不可能）に似ています。したがって、生物が活力を失うと、ある程度は無秩序な構成要素に戻って崩壊し、それが死と呼ばれるものです。生物は高度に秩序立った状態を永続的に維持できるのでしょうか？答えはもちろんノーです。人生は必ず死で終わり、無秩序な状態に戻ります。

無生物と比べると、生物は移動したり周囲の環境と情報を交換したりといった活動を長期間継続することができます。生物は、不活性になるような無秩序な状態への急速な崩壊を回避するため、長期間生存することができます。では、生物はどのようにしてこの腐敗を避けるのでしょうか?この質問に「代謝」という言葉で答えようとする人もいるかもしれません。これは分子 A が分子 B に変換され、さらに分子 C に変換されることを意味します。しかし、この言葉を使うとき、生物が無秩序から身を守り、この高度に秩序立った状態を長期間維持するためにどのようなトリックを使用するかについては、あまり考えていないようです。

Q: 現在、細胞チューリングテストに関する研究プロジェクトに取り組んでいると聞きました。これは生命の定義とどう関係するのでしょうか?紹介してもらえますか？

A: もちろんです。チューリングテストはもともと人工知能の分野で使用されており、テスト対象（機械または人間）が人間のテスターが尋ねる一連の質問に答えます。人間のテスターが回答が人間からのものか機械からのものか判断できない場合、その機械には人工知能が搭載されていることになります。人生を定義するとき、私たちもそれに従うことができます。携帯電話で遊んでいるとき、友達とチャットしたりテキストメッセージを送ったりしているときに、友達がコンピュータ プログラムに置き換えられたと想像してください。何か異常は見つかりますか？友人と、友人に取って代わるコンピュータ プログラムを区別できない場合は、そのマシンまたはプログラムはテストに合格しており、生きている可能性があります。したがって、チューリングテストは人生を間接的に定義する方法になり得ます。

一方、テストが失敗した場合は、理由が何であれ、プログラムが友人のものと異なることが常に検出され、開発インターフェイスに戻って、より優れたプログラムまたはより優れたマシンを開発する必要があります。

そこで、私にとって、チューリング テストはインスピレーションを与えてくれました。つまり、ある生きた細胞を「模倣者」として扱うのではなく、別の自然の生きた細胞と会話していると「思わせる」ことができる人工細胞を構築できるかどうかです。

Q: 生きた細胞を人工細胞で騙すというのは本当に興味深いアイデアですね。これまでこの方向でどのような仕事をしてきましたか?

A: 私たちは単純な生物、つまり細菌から始めました。細菌において、アシルホモセリンラクトンはシグナル伝達に関与する重要な分子です。その後、研究者らは人工細菌に同じタイプのシグナル伝達分子経路を組み込んで、ホモセリンラクトンを分泌させ、自然界に存在する細菌と通信できるようにした。したがって、私たちの基本的な目標は、同様のアプローチを使用して、同じものを人工細胞で再現することです。

科学は常に私たちが予想するよりも困難であることが証明されています。人工細胞内で特定のシグナル分子を合成して放出することはできますが、放出されたシグナル分子が他の天然細胞に反応を引き起こすことは困難です。なぜ応答しないのかについては、私にも良い答えがありません。

現在、人工細胞で再現された最も成功したシステムは、密度が一定レベルに達すると光を発する天然の発光海洋生物であるビブリオ・フィシェリの発光シグナル伝達経路です。私たちはこのシステムの簡単なテストを実施しました。まず、遺伝子発現コンポーネントを脂質小胞に入れて、細胞内のシグナル伝達経路をある程度模倣しました。次に、発光に必要な密度の半分まで細菌を培養し、不足している天然細胞の半分を補うために人工細胞を追加しました。その結果、すべての天然細胞が光り輝きました。少なくとも視覚的には期待通りの効果が得られたので、これはこれまでで最も満足のいく実験でした。

Q: つまり、これらの細菌の密度が十分に高くなると、人工細胞は細菌の代わりとして機能し、細菌が人工細胞を自分と同じ種類であると認識するように「誘導」し、発光に必要な密度に達したと細菌に思わせることで、天然細菌が光るのです。脂質小胞の中に何が含まれているのかなど、人工細胞について詳しく教えていただけますか？

A: この小胞の中に、シグナル伝達経路のさまざまな分子をコード化できる、私たちが構築した DNA 断片を入れます。さらに、転写と翻訳に必要な要素も配合しており、DNAからRNAへの転写、そしてタンパク質への翻訳を促進し、効果を発揮します。細胞チューリングテストの一環として、遺伝子発現のために大腸菌抽出物からの転写および翻訳要素を使用しました。

Q: 細胞のチューリングテスト実験では、細胞間の情報交換の重要性がわかります。それは人生の重要な特徴とみなせるでしょうか?

A: 私たちが作った人工細胞は分裂して増殖することができません。基本的に、細胞ができることは、周囲の細胞と通信するために「情報」を発したり受け取ったりすることだけです。この情報伝達能力は生命の定義にはあまり登場しませんが、私はそれが有機生命体の重要な特徴であると信じています。生物は単独で現れることはあまりありません。彼らのほとんどは集団で存在しており、それは人間の間のコミュニティに似ています。コミュニティでは、一人一人が一つの生命体であり、これらの生命体が互いにコミュニケーションをとることでコミュニティの安定性を維持しています。したがって、もし私たちが別の惑星で生命を発見したとしても、少なくとも生物学的観点から言えば、たった 1 つの生物や 1 つの細胞だけが見つかるわけではないでしょう。

Q: 人工細胞は分裂も増殖もできないとおっしゃいましたが、長期間機能し続けることができるのでしょうか?

A: 残念ながら、私たちが作る細胞は「使い捨て」と言えます。天然細胞と通信できるのは一度だけであり、それ以上の「会話」はできません。これは、先ほど私が言った、生命は時間の経過の中でも存在し続けるということと大いに関係しています。私は、人工細胞が代謝を通じてこの「社会的」活動を長期間維持できないことに非常に不満を感じていました。人工細胞が生体をよりよく模倣するためには、より長く持続する必要がある。

Q: これらの人工細胞はニューロンと「相互作用」できますか?

A: セルチューリングテストを行う際にこの点を考慮しましたが、可能だと思います。現在、パーキンソン病などの神経変性疾患では、患者のドーパミン産生は加齢とともに徐々に減少します。ドーパミン濃度を感知し、体内のドーパミン濃度が低すぎる場合にドーパミンを合成できる細胞を作成することができれば、これは良い治療法になると思われますが、この目標を達成するにはまだ多くの作業が必要です。

Q: 人工細胞が長期間存在し、がん細胞の存在を感知するなどの「インテリジェント」な機能を実行できる場合、細胞ががん化すると、これらの人工細胞は対応する抗がん剤を合成してがん細胞を排除します。これは美しいビジョンですよね？

A: はい、同様の実験を行いました。私たちは、脳由来神経栄養因子を合成・放出できる人工細胞を構築しました。脳由来神経栄養因子は、その名の通り、未熟な神経細胞から成熟した神経細胞への分化に影響を与える神経栄養因子です。未熟なニューロンを人工細胞と一緒に培養し、細菌が分泌するシグナル分子を加えました。結果は、これらの人工細胞がこのシグナル分子を感知し、特定の物質を合成して放出することで反応し、ある意味で神経幹細胞の分化を誘導できることを示しました。これは簡単なことのように思えますが、実際には結果が出るまでに4、5年かかりました。

実際、生命は自然界で最も複雑な現象の一つであり、成長と生殖、遺伝と進化、情報交換、代謝、死の必然性など、さまざまな特徴も示しています。人生を定義できる単一の属性は存在しないようです。生命に帰せられる属性が広すぎるため、多くの非生物系もこれらの特性を持っているか、あるいは、それらはあまりにも具体的であるため、これらの特定の特性を満たさない反例が常に見つかり、直感的にこの反例は生きているものであると判断できます。したがって、人生の解釈は未解決の問題のままです。

この記事は以下から抜粋したものです:

https://www.quantamagazine.org/what-is-life-20220615/

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