不均衡進化理論

3

依頼論文

不均衡進化理論―日本発の科学理論―
Disparity Theory of Evolution― A scientiﬁc theory originating in Japan ―古澤 滿

FURUSAWA Mitsuru

株式会社ちとせ研究所
Chitose Laboratory Corp. Biotechnology Research Center

要

旨

生物は DNA の複製時に起こる間違い（突然変異）を利用して進化する。変異の中には将来進化に資するものがわずかではあるが存在する。よって，有用変異をより多く取り込むことが進化レースの勝者となる第一条件である。一方変異には有害なものが多い。
従って，有用変異を多数取り込もうとして変異率を上げると死滅する。結局，変異率を非常に低く保ち急速な進化を諦めることが生き残る唯一の手段となる。しかし現実にはキリンの首が短期間に伸びたことや，カンブリア爆発，ヒトの脳の急速な発達等の急速進化の例が知られている。この二律背反する疑問は，今までのようにランダム変異を考えている限りは解けない。本小文では，複製単位レプリコンに注目し，複製によって生じる２匹の娘 DNA 間の変異率を不均衡に保つことにより進化の内的駆動力が生まれ，この二律背反する問題が解決されることを示す。
Abstract
Living things evolve using DNA replication errors (mutations). A small percentage of these mutations can contribute to evolution.
The winner of the evolution race would be an individual who has accumulated more beneficial mutations. On the other hand, there
are many disadvantageous mutations. Therefore, according to the conventional assumption of the random mutation, the only method
for living things to survive would keep lower mutation rates. Thus, they would have no choice but to give up to perform a rapid
evolution. However, the actual examples of rapid evolution can be observed, such as the Cambrian explosion, a rapid evolution of thehuman brain and the quick elongation of giraffe’s neck, etc. This contradiction cannot be resolved as long as we stick to consider the
random mutations. In this communication, we show that this contradiction can be resolved when the fidelity difference between two
daughter DNAs is considered. In other words, the disparity mutagenesis between two daughter DNAs produces an inner driving
force of evolution.

１.

はじめに

年で，折しも第二次世界大戦突入の直前であった。
当時，我が家は東京世田谷の東横線・祐天寺駅の西側にあり，4，5 歳の頃は，雨の日に縁側に座って，水たまりにできる泡

近くには原っぱが沢山あった。近くの友達と ” かくれんぼ ” をが，生まれたり消えたりする様子を何時間もじっと座って眺めしている時，背丈の倍もあるようなヒメジョンが咲く草むらのて居た一面を持っていたそうである。
「この子は，もしかした中に一人で隠れていると，いつの間にかイトトンボがやって来

ら物書きか哲学者になるのでは？」と母は真面目に心配したよて翅を休めるのに度々出会った。よく観察すると，青い目，青うである。父が生理学者だったので，単純に科学者に育てたい

い縞模様の胴体，透き通った翅，なんと憧れのオニヤンマそっと考えていたと推察できる。この様に，一つの現象に集中して

くりではないか！遊んでいるのをすっかり忘れて見とれてい幻想を逞しくする習い性は今も変わっていない。筆者の特技とた。そうだ，きっとイトトンボがオニヤンマになるのだ。生物して，今でも会話をしながら全く別のことを考えることが出来

学的に表現すると，絶対イトトンボがオニヤンマに進化するのる。結果として，時々無関係な話題を急に切り出すことになる。

だ。その進化の様子を実際この目で見てみたい。科学的に表現いいように解釈すれば，この性格はもしかしたら学者に適してすれば進化の加速実験をやってみたいと思った。今から思うと，いたのかも知れない。

これが進化加速実験を最初に夢見た時であった。

ここで，当時の時代背景を読者に理解していただくために，賢明な読者はこの発想が生物学的に誤りであることはとっく

国情の一例を示しておこう。昭和 12 年（1937 年，5 歳）にはにお気付きの事と思う。イトトンボを籠に入れて何年継代して日中戦争が始まり，戦艦大和が呉海軍工廠ドックで起工されたもオニヤンマにはならない。では質問を改めよう。恐らく読者

4を含めて多数の日本人は，サルからヒトが進化したと信じてい2.

岡崎断片の発見

ると想像する。この 2 つの例は，実は本質は同じで，サルをい
くら継代飼育観察していてもヒトにはならない。では，ヒトの1967 年になって，わが国で一大発見があった。岡崎断片の発場合何故誤りに気付かないのか？筆者は例の『進化の行進』と見である［１］。DNA の 2 重螺旋が解けて，それぞれの 1 本の鎖いう名の絵が元凶だと考える。当時の子供の絵本によく見かけを鋳型として新生鎖を合成する。所謂，半保存的複製と呼ばれた，水平に引かれた 1 本の直線上に，左から小さな猿が，次々るワトソンとクリックの 1935 年のモデルと違って，2 重ら線と体が大きなってゴリラ，チンパンジーを経て最後に背が高くが裂けて行く方向と一致して新生鎖が伸びてゆく側は，新生鎖腰が伸びた長足のヒトがそれぞれ歩調を合わせて闊歩しているは連続した一本鎖として合成される（連続鎖合成）。その逆の，

絵である。子供にとってこの絵は興味深く，極めて魅力的であ解ける方向と反対の方向に合成される新生鎖は，先ず切れ切れる。その上，全員が歩調を合わせて一列歩行していのるで，誰の断片（岡崎断片）として合成され，あとでつなぎ合わすといが見てもサルからヒトが生じたと思うのは当然である。この絵

う奇妙なことが起こる（図１）。これは，DNA の 2 本鎖の合成は，比較形態学の教材としては有用であるが，子供用の進化のの方向が逆向きに対合していることと，塩基の鎖の伸長がもっ教材としては有害で誤解を招く。すくなくとも，もっと丁寧なぱら 5ʼ → 3ʼ の一方向に限られていることに原因がある。

説明が必要であったろう。もし進化を描くのなら，陸上競技の

岡崎断片の論文が出たのは筆者が 35 歳の時であったが，100 メートル競走のように，横 1 列に並べて全員が同じ方向にあまり気にも留めず，しかし何か心の底に引っ掛かるものを常一斉に歩いている図のほうがよほど現実に近い。

に感じながら 20 年間の歳月が流れた。その頃，筆者はもう大例に洩れず，筆者も『進化の行進』の罠に陥った一人だが，学にはいなかった。今から思うと，ずっと進化の加速を夢見な罠から脱出するために 20 年を要した。金沢大学 3 回生の時，がら過ごしてきた筆者が，どうして岡崎フラグメントと進化が

理学部地学科の市川渡教授の講義は，「ダーウィン進化を一言結びつかなかったのだろう？不思議でならない。勿論，それにで表現すると，サルとヒトは祖先を同じくする」いう言葉で始気付いた人は世界中一人もいないのも事実である。岡崎断片のまった。この言葉で進化論に関するそれまでの全てのもやもや

発見当初は，不連続鎖は実際に生物が生きていくためには使用は解消した。その時同時に気付いたことだが，この言葉の意味していないダミーと考えられていたようである。筆者がこれには極めて大きい。つまり，地球上の任意の生物を 2 つ選んだ時(a)(b)
気付くには二つの偶然の出来事が必要だった（例えば，カマキリとキリン），この全く異なった 2 種の生物は連続鎖

祖先を同じくするという意味である。逆に言うと，地球上の生

３’

連続鎖
５’

３’

３’

5’

３’
5’

３’

物は共通する単細胞生物から分岐・分化したことを意味する。

不連続鎖

5’

５’

この結論はダーウィンが 1858 年に『種の起源』を発表以来，
未だその根幹は揺らいでいない。この様な長命な学説は自然科学では珍しい。しかし，この進化説は完璧なのだろうか？欠陥はないのだろうか？
若い頃英国で長期間の研究生活の経験がある父の影響か，
３’

それとも敗戦の混乱も影響してか，自分の生き方，哲学，研究

５’

テーマは自分で考え，自分で決めるというのが筆者の信条である。1953 年に発見された DNA を中心に展開された分子生物学
は新しい生命現像の発見に見事に貢献した。生物学にもついに

３’
５’
連続鎖

5’

３’

（図 1）DNA の 2 つの複製様式
出所）著者作成

図1

学問らしい分野がやって来たという印象が強かった。今までの生物学で学問と名付けていいのは分類学と遺伝学ぐらいのもの

3.

大学を辞して企業へだろう。それでも筆者自身は，大学では DNA の研究には一切手を染めなかった。進化の研究に役立ちそうだが，安易に手を筆者が大阪市立大学（現，大阪公立大学）理学部の教員で出せば，結局は『進化の行進』を DNA の塩基配列に置き換え

あった頃は，大学紛争やその後遺症が濃く残り，筆者自身も多るだけで，進化の本質を知るにはもう一工夫も二工夫も要する

忙な日を過ごしていた。50 歳になった頃，（株）第一製薬（現，だろう。一方，研究室のセミナーはできる限り分子生物学に関第一三共）から，東京の中央研究所に新設中の分子生物研究室する論文の紹介を学生に求め，理解できないことはその場で学の室長に勧誘があった。思いっきり環境を変えて見たい気持ち

生に質問した。この分野は結果が明快なので，DNA を中心にがあったので，一も二もなく賛成した。当時は，大学から私企

自分で生物像をどんどん築いていくことが出来た。進化研究へ

業に人材が引き抜かれることが一つの流行となっていた。多くのスイッチの切り替えのための心の準備は常に怠らなかった。

の大学関係の知人から，大学でできない研究が企業で出来る訳

以上，日本発の科学理論である不均衡進化理論の形成過程にがない，と猛反対を受けた。

関する小年時代を含めた自分史を詳述することで，今後の情報

企業では大学のように無駄な会議や雑用が少ないので，考え文化学の研究にあたっての理論構築の参考の一助となることをる時間は十分に作れた。研究室の運営は留学から帰ってきた 3切に願う。

名に委任した。大学とは違って，日常的に分子生物学の情報は

不均衡進化理論

5

有り余るほど集まってきた。数年間は瞬く間に過ぎ去ったが，者の心を引いた。現在もその傾向は続いている。筆者もラマル

落ち着いて進化の問題を考える時間は十分にあった。そして，

ク説に大いに魅力を感じている一人だが，筆者の考えでは，ラ

既成の進化論に対するいくつかの問題点が整理できた。

マルク説は完全に証明されておらず，今の所，ネオ・ダーウィ
ニズムの一人勝ちとなっている。

４.

ネオ・ダーウィニズムに対する疑問

2）ネオ・ダーウィニズム，特に集団遺伝学では，突然変異はゲノムや集団内に確率的に平均して起こると仮定しているよう

上述したように，ダーウィン進化は次のように要約出来る。

に見える。

地球上の全ての生物は共通の単細胞生物から分岐・進化したも突然変異の中には有害や致死変異が必ず存在するから，必然のであり，ランダムな突然変異の結果生じた同一集団内の形質的にこれ以上平均変異率が上がると，エラーカタストロフを起が異なる個体間に働く自然選択圧が進化の原因である。

こし，集団が消滅するという変異の上限界が現れる。この変異

ダーウィンの時代では遺伝の実体は不明だか，メンデルと同の閾値は意外に低く，ほぼ，1 変異 /2 倍体 / 世代とされてい時代のダーウィンは，遺伝を司る因子の突然の変異が直接に形る。ところで，ヒトでは約 70 変異 /2 倍体 / 世代が両親から子質に影響することは理解していた。しかし，変異の実体に関しに伝わる。いま仮に，変異の 3％が致死（又は有害）だとするては，分子生物学の登場を待たねばならなかった。ダーウィンと，” ヒトは一生に少なくとも 2 度死ぬ ” 計算になる。では，が選択圧に気付いたのは家禽や家畜の改良の観察が元になってなぜ我々は存在しているのであろう？ 2 この矛盾を解決るためいるとされる。意外に短い期間に，交配と人為選別を繰り返すに，様々な遺伝学的な考察がなされたが，筆者はどの説明にもと見事な品種が出来る。わずか 15,000 年の間に，チワワとセン

満足していなかった 3] 。どこかに根本的な誤りがあると考える

トバーナードが共通の祖先の野生犬から育種された訳だが，家方が素直であろう。変異はランダムであると誰が測定し，誰が禽や家畜の育種・改良を見てダーウィンは選別・淘汰の力が強どの学会で決めたのであろうか？

[ ][く印象付けられたのである。ダーウィン進化の流れはメンデリ
ズムと統合し，1930 年代に発展した集団遺伝学を基礎として，

5.

進化の謎ときのチャンスが巡ってきた生殖隔離や遺伝的浮動（例えば，どの個体とどの個体が交配するかの偶然性），DNA に生じた突然変異および分子進化の中やがて，不均衡進化理論の発想にとって決定的ともいえる立説などを総合的に取り入れた総合進化説（以後 , ネオ・ダー

チャンスが巡ってきた。筆者を会社に誘ってくれた直属の上司

ウィニズムと呼ぶ）へと発展し現在に至っている。

である本社の重役から，A. コーンバーグ博士の講演会（会場，では，本当にネオ・ダーウィニズムは盤石なコンセプトや

大阪バイオサイエンス，1988 年 10 月 27 日）があるから大阪にファクトの上に立っているのであろうか？大学を辞して以来，一緒に行かないかとの誘いの電話があった。講演会の聴講はあ

時間さえあればこのことを瞑想していた。この思考の過程では，

まり好きな方ではないので，気はすすまなかったが同行するこ進化に関する通俗本には目を通したが，所謂進化の学術書はほとにした。後で知った話だが，東京では一人暮らしだったので，

とんど読まなかった。その理由は著者の学説に引っ張られるのたまには家族団欒の時を持つようにとの重役の温情だった。

を恐れたからである。先ず自分で考えることが何よりも肝要だと信じていた。
ネオ・ダーウィニズムに関する当時の筆者の疑問を以下の 2 項に要約することが出来る。
1）ネオ・ダーウィニズムの最大の疑問点は，生物側に進化を駆動するメカニズムを想定していないことである。

講演は DNA 複製に関する酵素の研究の話で，博士のノーベ
ル賞受賞の対象になった研究の総括で，特に新しい内容はなかった。しかし，その中の一枚のスライドに描かれた DNA 複製フォークのカラーの模式図を見た時，インスピレーションが走った！連続鎖側はすっきりしているが，不連続鎖側はごちゃごちゃしていてとても複雑で，多数の酵素が群がっている。よ

ダーウィニズムは進化の主原因として，変異・遺伝的浮動・く見る図だ。しかしこの時は何故かいつもとは違ったある種の性的隔離・自然選択を主張する。この 4 つの事象はいずれもそ衝撃を感じた。もしかしたら不連続鎖側の変異率の方が高いのの主体は生物体の外にある。変異の原因は変異原物質，電磁波，ではないか？つまり DNA 複製は機械的に非対称構造を持つだ

遺伝物質の複製エラー等であり，遺伝的浮動は集団内でどの個けではなく（図 1右），変異率も非対称，不均衡なのでは？もし，体とどの個体が次世代に子を残すかという偶然性，性的隔離は変異の均衡が破れていると仮定すると，変異の分布地形は左右集団内で変異により交配不能となる偶然性，最後に，自然選択

対称の正規分とは違ったものになるだろう。もしこの発想が正は言うまでもなく外部環境が主役である。

しければ，進化に決定的な影響があるはずである！居ても立っ

そこで，単純な疑問が湧いて来る。進化の駆動力を生む実体ておれず，壇上から退席される博士を止めて，同じ疑問を投げを生物体内に想定せずに，自然の成り行きに任せるだけで，地かけた。
「私には分かりません。論文を書いたら，とりあえず球生命 38 億年の歴史の間に，単細胞生物からヒトが進化出来原稿を送ってください」というのが博士の答えだった。1 周間たのだろうか？ダーウィンの説に対して，ラマルクは進化の要足らずで原稿を書き上げ，博士に Fax した。直ぐに返って来た

因を生物体内に求めた。よく知られているように，『用不用説』

返事の内容は，「やはり理解できません。時間がもったいないと『獲得形質の遺伝』で代表されるラマルク説は，明らかに進から，できるだけ早く専門誌に投稿を薦めます。
」とあった。

化の駆動力を生物体内に求めたものであり，過去に多くの研究

時を同じくして，新技術開発事業団（現，新技術事業団）の

6

ERATO（創造科学技術推進事業。現，戦略的創造研究推進事を考えると分かり易い。例えば，連続鎖の変異率＝ 0，不連続業）から，『古澤発生遺伝子プロジェクト』の総括責任者の打鎖の変異率＝ 2/ 複製とする。図 2b に示すように，変異の入診があり，快くお受けした。これも全く予期せぬラッキーな事らない野生型は集団の中に永久に残る。一方，変異が蓄積した柄だった。実働は 1989 年から 5 年間で，計 15 億円を上限とDNA の数は集団内に増えていく。最も注目すべきは，一度現する当時としては個人対象の研究費としては超大型プロジェク

れた遺伝子型はその存在が永久に担保される点である。環境がトである。研究方向と内容は総括責任者に一任されるが，若い

変わらなければ，もとの野生型（変異数 0）で生きていけるし，研究者を自由に育てるのが主目的である。従って，総括責任者

環境が変われれば，沢山準備されている変異株の中からベストの大学等で進行中の研究の拡大延長は歓迎されない。企業でのフィットが選抜され，新しい野生株として子孫を残すことが出

業務時間以外と土・日は，つくば市にあるプロジェクトの研究来る。新しい野生型は図の右側へとジャンプしながら移動して所で自由に研究するという条件で会社と合意した。これで進化いく訳である。やがて新種の誕生につながるかも知れない。正

研究を行う時間と研究費用は十分準備できた。本来の ERATOに不滅の戦略と言える。そして，種間の形質の区別は，現在観の目的とは少し離れるが，筆者も一研究者として進化研究に没られるようにはっきりしたものになる。

頭することになった。大学を辞してよかったと思ったのは実感

以上のように，『変わらないこと』（遺伝）と『変わること』

だったが，歳は既に 56，世間ではそろそろ退職後の事を考え（進化）の二律背反する性質を同時にもつ生物の不可思議な特る年齢になっていた。

性は，DNA 分子そのものに内在していて，複製とカップリン
グすることによって具現化すると結論付けられる。

6.

投稿論文の要旨

3）一方，従来から信じられている均衡変異の場合はどうであろうか？最も単純化された典型的な均衡モデルを図 2 a に進化の不均衡理論の最初の論文は Nature 誌に投稿した。図（2）示す。複製ごとに生ずる 2 匹の娘 DNA にそれぞれ別の位置にに示した簡単な DNA の変異系譜の図を中心に，要旨をまとめ１個の変異が入るとする。図で明らかなように，世代数に応じた短論文である。

て DAN 分子に変異が加算される。しかも，1 匹とて同じ変異(a)を持っている DNA は存在しない。つまり，この集団を構成す(b)

る個体の遺伝子型はてんでばらばらである。この状態は変異の

複製開始点

複製開始点

閾値を超したケースを示す。複製を繰り返していくと，更に変異が蓄積し，そのなかには必ずある確率で致死遺伝子が存在す
変異

1

連続鎖

るから，いずれ集団は消滅する運明にある。これが従来の平均

1
2

2

不連続鎖

変異を想定した場合の所謂エラーカタストロフの状態である。
1
3

集団が安全に生き延びていくためには，エラーの頻度を低く保

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ち，常に集団内に変異 0 の野生型の存在を保証しておかねばならない。言い換えると，変異の閾値を超してはならないので，

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（図 2）均衡変異モデル（a）と不均衡変異モデル（b）

進化の速度は非常に遅いことになる。種と種の間の区別ははっきりしないものになる。キリンの首が急に延びたことや，環境の激変の後に起こる生物の急速な進化を上手く説明できない。
筆者は以上 3 点がダーウィン進化の最大の弱点だと思う。

[4 ]出所）Furusawa, M. ＆ Doi（1992） を元に筆者作成
投稿の結果は，こちらの期待に反して惨憺たるものであった。
論文の中で，最も強調したのは以下の 3 点である。

Nature 誌や Science 誌を含めて 2 年以上にわたって投稿を繰り1）DNA の連続鎖不 / 連続鎖複製様式は，知られている限り，返したが，全て却下された。一般に新説は受け入れ難いのはよ

例外なく全ての生物のゲノムの複製に使われている。経済市場

く承知していたが，問題は拒絶の理由が曖昧な点であり全く取でもそうだが，同じ目的に使われる機械なら，構造が簡単で安り着く島も無かった。そうする内に，ある査読者から次の様な価で壊れにくい方が市場に残る。これは経済の鉄則である。理メールが入った。
「どこか間違っている。本論文の結論は熱力論上は図 1 左に示すように，DNAの両端から連続鎖で複製すれ学の基本法則に悖る」。これを翻訳すると，『沸騰水の中に，氷ばこの目的にかなう。しかし現実は違う。一方の端から無理矢の塊が何時までも浮いていることなどありえない。
』となるだ

理に 2 本の新生鎖を同時に合成する。その結果，連続鎖と不連

ろうか。つまり，系全体の平均情報エントロピーが限界を超し続鎖を用いた非対称性で不均衡な複製様式が採られている（図ている状況で，正常な情報エントロピーが何時までも保たれる

1 右）。この様に生物のこの世界ではコストの高い方法が有利で訳がない，という意味と解釈できる。熱力学と情報科学のアナあり，経済学の理に反する。これには進化的な未知の理由があ

ロジーは理解できるが，両者は同一ではないという内容の返事

るに違いない。

を出したが，それっきり応答は途切れたままだ。また，別のコ2）もし仮に，連続鎖と不連続鎖で複製された 2 つの娘 DNA

メントでは「著者達はこの研究を長年続けているが，世界中のの間に変異率の差あればどうなるか？こういう場合は極端な例進化学者で信用している者は誰もいない。
」という返事の書き

不均衡進化理論

ようもないものもあった。

7の別々の抗生物質を含む寒天培地を準備し，徐々に抗生物資

論文受理まで，ごく限られた研究者を除いて不均衡変異理の濃度を上げていく。すると，寒天上に抗生物質が結晶を生じ論に関しては口外していなかった。富士通の土居洋文博士のる過飽和の状態でも大きなコロニーを作った。得られた超抗生協力で数理部分を強化し，やっと 1992 年になって最初の論文

物質耐性菌は選択圧に使用しなかった他の抗生物質には殆どが Journal of Theoretical Biology（理論生物学誌）に発表さ耐性を示さなかった。つまり選択圧特異的に適応進化したと[4]れた 。これも一筋縄ではいかなかった。投稿後しばらくして，言える［ 6 ］。真核生物である実験酵母でも不均衡ミューテーター

編集長から「査読者は全員反対だが，私は受理したい。それにはを作成し，温度耐性株を短期間で取得することができた。徐々

図の数を少し減らしてほしい」という直々の電話が入り，一もに温度を上げていき，最終的に 40 ℃でもかろうじて増殖する

二もなく了承した。実に，発想以来，既に 3 年近くが経ってい株を得た。遺伝解析の結果，新しい遺伝子を同定するこ［ 7］た。この雑誌は派手ではないが，理論生物学の中でも最も伝統とが出来たある英国の国際学術誌の一つであり，今でも時々投稿している。

テーターを使って，進化の加速を試みた研究がある。その結。真核生物であるマラリア病原中の不均衡ミュー果，実際に存在する抗マラリア薬抵抗性変異遺伝子を持つ株が7.

生きている生物の進化の加速：不均衡ミューテーター[ ]取得された 8 。これらの結果は，我々の方法が自然界のやり方に沿って進化を加速しているように見える。これらの実績の上読者の中には，たしか子供のころからの夢であった進化の加に立って，我々は 2003 年に，（株）ネオ・モルガン研究所（現，速について触れていないではないか？と疑問を持つ方もいると（株）ちとせ研究所）を設立し現在に至っている。

思う。そのことに言及した論文は 1998 年まで待たねばならな

上に述べたような研究は真の進化加速実験にみえるが，よく

［６］

いが

考えると実はそうではない。例えイトトンボとオニヤンマが分，実は，図2b から進化加速実験の可能性を容易に演繹岐した時の動物が目の前にいたとしても，そしてその動物を不することが出来る。
不連続鎖の変異率を遺伝子操作によって一方的に上げること

均衡ミューテーター化したとしても，子供のころ夢見たように，ができればその目的は達せられる。幸いヒトなどの真核生物で目の前でオニヤンマを進化させることはできない。何故なら，は，連続鎖は Polεで，不連続鎖は Polδで別々の遺伝子産物

次の変異がゲノム DNA のどの位置に入るかは誰も知らないか

により複製される。しかも，この二つの遺伝子は全生物でよくらである。不連続鎖に変異を導入することが出来ても，将来ど保存されているので，全真核生物で共通の手法が使用できる。

の位置に変異が入るかはだれも予想しコントールできる問題でPol δタンパク質のドメイン（タンパク質分子の一部）であるはない。それに，環境の問題もある。ダーウィンが指摘するよ

塩基のミスマッチを除去する活性の中心を担う 1 〜 2 個のアミ

うに，進化の方向は環境によって大きく影響される。

ノ酸をアラニンに置換するだけで目的を達することが出来る。

生物が情報理論に従う限り，情報の影響は初期値によって影

このドメインは DNA 複製時に起こる間違った塩基の取り込み響される。図３のように a, b 2 つの異なる変異が同じ形質を持をチェックする第一ステップである。この時大切なことは，遺つ同一種の別個体に，a → b，と b → a のように逆の順に入っ

伝子操作によって可能な限り DNA 複製活性を傷つけないことた場合はどうなるか？右端の 2 個体の遺伝子組成は全く同じだである。何故なら，Pol δ本体の DNA 合成機能を壊してしまが，形質は異なるという一見奇妙なことが起こり得る。つまり，

うと，DNA の複製そのものが損傷されるからである。この操DNA が全く同じでも 2 匹の形質（外形も含む）は異なる。即

作により，変異率は 1 桁〜 2 桁上昇する。

ち種が違うこともあり得る。DNA の解析だけに頼ると，とんでもない間違いを犯す可能性がある［ 9］。結局，どのような手段

大腸菌では様子が違っていて，両鎖は同じ酵素で複製されるが，ミスマッチを除く酵素

は別の遺伝子にコードされてを用いても進化は二度と正確に再現できないが，進化の加速実いる。この遺伝子の活性を除けば，複雑な方の不連続鎖に更に験は，その生物の進化能力を知ること，さらに，新しく入った多くの変異を導入することが出来る。この様に不均衡に変異が変異の形質に与える直接の影響を知る上で，大いに魅力ある実入る変異体を disparity mutator（不均衡ミューテーター）と呼験系であることは確かであろう。また有効な育種技術であるこぶことにした[ 5]とは言を待たない。

。変異率が高い変異体の存在（ミューテーター）

は以前から知られていたが，高変異にも関わらず，何故，エラーカタストロフを起こさないのか理由は不明であった。即ち，a

これまでミューテーターと呼ばれていた変異体は，全て不均衡baミューテーターであると考えると上手く説明できる。
適当な環境を選んで不均衡ミューテーターを飼育し，所望の形質を得たらミューテーター遺伝子を野生型に戻せば進化実験は完成する。新しい育種法の完成である。この時，不均衡変異
化しても複製速度が落ちない事が肝要である。何故なら進化はb

時間ではなく，複製回数に依存するからである。

b（図 3）遺伝情報と形質の関係

次に，不均衡ミューテーターを使った進化加速の実例を示そう。大 腸菌の不均衡ミューテーターであるa出所）古澤滿『不均衡進化論』筑摩書房を参考に筆者作成を，5 種類図3

8突然変異と表現型の関係は，日銀総裁が同じ内容のコメントを何時出すかによって為替レートが大いに異なることに喩える

3 名含まれている。国内では 10 名余の生物学者と機会を見つけては議論をしている。

ことができる。この場合，総裁のコメントを突然変異に，コメ

最近になって，全く予測も期待もしていななかった事態が起ントが出た時の経済状況や為替レートを形質の初期値に，コメこった。再び文科系の話に戻るが，筑摩書房の高 1 の国語の教ントの結果に反応して最終的に決まった為替レートは，新しく科書の教師用読本（2022 年から 4 年間）に不均衡進化理論が獲得した表現型に対応する。この様に，生物が情報理論に従う

紹介された。理科や生物関連の書物ならいざ知らず，国語の教限り「同じ情報でも，その結果は系の初期値によって異なる」

師用読本に採用されるとは夢にも想わなかった。その掲載の趣という情報理論の基本法則に従う。

旨は以下の如くである。生物進化における突然変異と社会における科学の役割について論じる中で，「変異としての科学」が8.

不均衡進化理論の評価

疎んじられていること，これに対して，システムとしての科学のみが強調され，「無駄」が許容されないわが国の現実に警鐘

これほど賛否がはっきり分かれる学説も珍しい。1992 年，本説を鳴らしている。高校生が教科書本文の勉強を終了した後で，を最初に論文に発表した時，先ずポジティブに反応したのは文より発展的な学習としてこのような資料を利用すれば学びの更科系の人，特に報道関係者だった。新聞や雑誌テレビにも取りなる発展と進化に結びつくだろうとしている。このような視点上げられた。文科系の中でもノンフィクション作家最相葉月氏はがるとは筆者も全く気付いていなかった。嘗てダーウィン進化

特筆に値する。最初は別の用事で第一製薬の筆者の居室で会っ論は，「” 生存競争” の結果生物は進化する」と言う一面だけをたのだが，研究内容の理解力の高さには驚かされた。東京工業

取り挙げて，為政者に利用された経緯がある。不均衡進化理論

大学の非常勤講師をしていた彼女に『禁断の不均衡進化説―進の研究成果がこのような形で教育の場に取り挙げられたことは化を加速する』という演題で特別講義を依頼された（2015年 6 月

心外の喜びという他はない。

（２）
15 日）
。現在も交流は続いている。

公の場で最初に発表したのは 1991 年 10 月 31 日，論文受理

9.

不均衡進化理論を応用した遺伝アルゴリズムの開発の報告を受けた後で，未だ論文は出版されていなかった。
『古澤発生遺伝子プロジェクト』のコンサルタントであった大石道種は集団として進化する。集団の各構成員は複製によって増夫博士の紹介で，野村総合研究所の総会での講演であった。大殖する。そこで我々は，2 本鎖 DNA の複製のメカニズムに進

石博士は，筆者がプロジェクトの研究を話すものと思っていた化の謎が潜んでいることを踏まえて，進化方程式を立てること

ようで，一寸驚かれた様子だった。反応は極めて良かった。そに挑戦した。共同研究者である藤原一朗博士の専門は液体や溶

こでは，出席者が講演者に感想を手紙で送る習わしがあり，そ液の構造や熱力学量のシミュレーションである。博士には，生の中の一通の短文の手紙に，「量子力学の発見の時と同じよう物学の知識に捉われず自分の土俵で研究を進めるよう求めた。

な感動を覚えた」というのがあった。身に余る出来事であった

そして出来上がってきたのが，遺伝情報をマトリックス（格子）ので今も鮮明に覚えている。社長始め，他の出席者の方々からで表現するというアイデアであった。世界初の 2 次元 DNA 型

も賛辞を頂いた。後で聞いた話だが，野村総研には物理系を含遺伝アルゴリズム (GA) の誕生だ［10］。各遺伝子はマトリックス

む数理系出身の方が多いそうである。京大基研短期研究会（国

上に点で表し，染色体はその点が密着して並んだ折れ線として際会議）『量子力学とカオス：基礎的問題からナノサイエンス表現され，別の次元には各遺伝子の適応値が表現される。つままで』に招待され講演をしたこともある（3）。この様に，発表当り，この GA を使うと，理論上無限数の遺伝情報の表現が可能

初は研究者の中でも特に物理系の研究者が興味を示したが，生となる。更に変異による細胞死を折れ線（遺伝子相互作用）の物系の研究者の反応は一部の人を除いてきわめて鈍かった。

切断として表現できるので，生体の内部選択圧も反映できる。

研究発表以来今日に至る 33 年簡に，講演，講義，セミナー，

変異率等の条件を変えてシミュレーションを行い，最終的に座談会，学会発表等を含めて，国外で計 21 回，国内で 160 回

シミュレーションで得られたグラフと解が極めてよく一致するの発表を行ってきた。ほとんど全てが招待されたもので，参加

2 つの微分方程式（均衡変異の場合と，不均衡変異の場合）を者の大多数は生物学者で一部物理系の研究者も含んでいる。

立てることが出来た［11］。不均衡変異の場合を示す。

一応理解が得られ，ある程度討論はできたと感じている。問題は論文投稿である。審査員の約半数に頭から拒否される状態が今も続いている。恐らく審査員の大部分は生物系の研究者であこの方程式の特徴は 3 つある。

ると想像すると，今でもなお，上述した例の『熱力学の問題』

1）進化は時間の関数ではなく，世代数（ ）の函数である。

が残っているように思う。更に，ランダムな変異と変異の平均（これは重要な問題で，普通，進化は時間の関数と捉えられ値という集団遺伝学の考え方からの脱却が困難なようにも思ているが，いくら時間が経過しても複製しなければ進化しなう。我々の努力の至らぬところと深く反省している。
勿論，生物学者で不均衡進化理論の強力な支持者も国内外にいことを意味する。
）
2）変数は，連続鎖の変異率（）と不連続鎖の変異率（いるのも事実である。ここで個人名を挙げるのは差し控えるが，の 2 つである。

故人を含めて海外に約 10 名，その中にはノーベル賞受賞者も（理論的には両鎖間の変異率の差が問題となる。
））

不均衡進化理論

3）どちらかの鎖の変異率が十分小さい限り，トータルの平均変異率がいくら大きくても集団の絶滅はない。つまり，変異

9

形質の安定化維持が可能となる［14］。
以上ここに挙げた 2 点は，ネオ・ダーウィニズムにおいてはの閾値は消滅する。

今までに指摘されたことのない点で，今後の検証の結果が待た

尚，

れる。

は 1 変異による死亡率で定数（0.45）， は積分定数である。
10. 複製と変異のカップリングは新しい進化像，生命像へと導く
この式から，生物は連続鎖と不連続鎖の情報エントロピーの[]差（カルバック＝ライブラ情報量）12 をエンジンとして利用し生命の特徴は複製することである。複製とは，全く同じものて，能動的に進化を駆動していると表現できる。進化は生物にを作るという意味である。複製は専ら DNA が一義的に制御す

とってどちらかと言うと受け身の現象であると捉えているダーる。しかし DNA が全く同じものを複製しても意味がない。何ウィン進化に対して，生物自身が進化を駆動する内部エンジン

故なら進化できないからである。複製時には，細胞内にある割を持っていることになる。両者は全く違う立場であることは明合で存在する塩基の互変異体を必ず間違って新生鎖に取り込白である。経済学では，我々が不均衡変異を考えた 40 年も前む。つまり，互変異体は量子化学の問題だから複製する限り変に，既に情報エントロピーの差という概念を提出している。筆

異を避けることは出来ない。
『赤の女王』ではないが，我々は者はこの事実を全く知らなかった。筆者は経済学は全くの門外

生まれたら最期，走り（＝進化し）続けなければならない運命

漢なので，以前当該誌に執筆した村舘靖之博士との共著論文の

を持つ。

［13］

中の文章をそのまま以下に記す。“ 不均衡進化理論の非常

DNA の複製は明確な複製開始点（）から両側に同時に始に優れた点は，進化のメカニズムをラ ンダムな変異と自然選まる。ヒトの場合，1 本の染色体当たり 2 桁以上の数の ori が択に丸投げするのではなく，進化の原理 を不均衡変異の導入，ある。隣のつまりカオスの縁 (the edge of chaos) に おける情報エントロ

終わる。この複製単位をレプリコンと呼ぶ。レプリコンと変異ピーの差（カルバック＝ライブラ情報量）を連続鎖と不連続鎖をカップリングさせると新しい進化の景色が見えてくる。

から伸びて来た新生鎖が出会うところで複製はの間に導入することで説明している点である。つまり不連続鎖生物のゲノムはレプリコンの集合体として捉えることが出来に優先的に不均衡変異が導入されることで，保守に対応する連る。従ってゲノム全体の進化はレプリコンに還元して考えるこ

続鎖に対して情報エントロピーの差を生み出し，これが保持さとが出来る。1）全ての遺伝子はいずれかのレプリコンに所属れることが生命系の永続条件になるという。不均衡変異モデルするから，必ず連続鎖 / 不連続鎖方式で複製する。2）遺伝子の特徴は「元本保証と多様性拡大」および「系としての変異のの染色体上の移動，ある特定の最大容量を有意に上げ，進化を駆動すること」であり，このよ
うに一見矛盾する 2 つの事象を同時に実現することができる。

の使用・不使用，さらに，の位置の変化は遺伝子の連続鎖 / 不連続鎖複製様式に影響しない。

不均衡動学も需要と供給の不均衡に着目しているが，不均衡

図 2ｂはある 1 つのレプリコンを表す。大腸菌ではレプリコ

進化理論のように，情報エントロピーの差に遡ってまで，不均

ンは 1 個で，約 3,000 個の遺伝子が，ヒトでは 1 つのレプリコ衡現象を説明してはいない。情報を持っているものとそうではンに数個の遺伝子が載っていると考えられる。全てのレプリコないものの非対称性については説明しているが，情報エントロ

ンにおいて，連続鎖の変異率が 0，不連続鎖の変異率が 2 とすピーの差（カルバック＝ライブラ情報量）について着目していると，ゲノム上の全ての遺伝子の野生型（変異 0）は集団内にる点では，不均衡進化理論の優れた点といえる。”

確実に担保されることになる。この状態は理論上，不連続鎖の変異率がいくら上昇しても成り立つ。という事は，一度集団内共同研究者である明石基洋博士は上述の不均衡進化の方程式に現れた変異型遺伝子は例外なく忠誠度の高い連続鎖により集の基となったシミュㇾ―ションの式を使って，遺伝子間の相互団内に担保される事を意味する。性に伴う相同組み換えによっ作用に注目して新事実を見出した。1）不均衡進化における遺て，環境に適応するように組み合わされた遺伝子群を持つ個体

伝子相互作用は，遺伝的多様化を制限し，集団構成員の過剰なが次世代を残すことになる。このように考えると，1 世代当た多様化を抑制することで，集団が複数の遺伝型へと進化・分岐

り 70 個を超す変異を親から受け継ぐヒトが死滅しない理由がするための必須条件を提供する。2）進化には，スタン・モー

明快に説明できる［3］。この様に，レプリコン単位でものを考え

ド，進化モード，多様化モードの 3 つが存在する。スタン・

ると，全く違ったゲノム進化の世界が開ける。

モードでは，変異が入っても適応値が上昇しないし，集団のサレプリコンは不可思議な世界である。2 匹の娘 DNA の一方がイズも変わらない（将棋の千日手のように，いくら駒を打って0 に近い低い変異率を保つ限り，もう一方の娘 DNA の変異率がも，場面は変化しない状態に似ている）。進化モードでは，適いくら上昇しても生物は自滅することはない。奇妙な世界とい応値は改良される。多様化モードでは，遺伝的多様化は起こる

う他はない。例えていえば，全ての物質を飲み込んでしまうブ

が適応値は比較的安定している。注目すべきは，スタン・モー

ラックホールのようなものであろう。不均衡変異の前に。この

ドは不均衡変異モデルに限ってのみ観察される現象である点で様な世界が待ち受けているとは最初は全く予測できなかった。

ある。過剰な変異率の有害作用を抑制することで遺伝子相互作用を保持し，高変異率の下でも適応値を上げることなく集団の10

11. おわりに[4] Furusawa, M. ＆ Doi, H. Promotion of evolution: disparity in thefrequency of strand-specific misreading between the lagging and不均衡進化理論の結論は以下の 3 つである。1）集団が許容する変異総数の上昇（変異の閾値上昇，或は解消）。2）過去に現れた遺伝子型の担保（元本保証）と遺伝的多様性拡大の実現。
3）DNA は生物が持つ二律相反する現象，即ち，遺伝と進化の両ポテンシャルを内包している。DNA 複製時の変異の均衡の破れが 2 つのポテンシャルを開放し具現化する。
尚，不均衡進化理論全般に関しては，拙著『不均衡進化論』［9］を参照されたい（1）。

謝辞

leading strands enhances disproportionate accumulation of mutations.
J. Theor. Biol. 157, 127‒133(1992).

[5] Furusawa, M. & Doi, H. Asymmetrical DNA replication promotes
evolution: disparity theory of evolution. Genetica 102‒103, 333‒347(1998).
[6] Tanabe, K., Kondo, T., Onodera, Y., ＆ Furusawa, M. A conspicuous
adaptability to antibiotics in the Escherichia coli mutator strain
dnaQ49. FEMS Microbiol. Lett. 176, 191‒196 (1999).
[7] Shimoda, C., Itadani, A., Sugino, A., & Furusawa, M. Isolationof thermotolerant mutants by using proofreading-deficient
DNA polymerase δ as an effective mutator in Saccharomyces
cerevisiae. Genes Genet. Syst. 81, 391‒397 (2006).

散文調の文体を許可いただいた吉田友敬博士に，更に初稿か[8] Honma, H., Hirai M., Nakamura, S., Hakimi H., Kawazu, S., Palacpac,

ら的確なご示唆を頂いた村舘靖之博士に心からの謝辞を表す

N., Hisaeda, H., Matsuoka, H., Kawai, S, Endo, H., 680 Yasunaga, T.,る。Abstract の英語の校正を依頼した F. Rueker 博士に感謝する。

Ohashi, Mita, T., Horii, T., Furusawa. M. & K. Tanabe. Generationof rodent malaria parasites with a high mutation rate by destructing
proofreading activity of DNA. 21, 439‒446（2014）.

[9] 古澤滿『不均衡進化論』筑摩書房 pp.170−179, (2010)．

注[10] Fujihara, I. & Furusawa, M. Disparity mutagenesis model(1) 古澤滿『不均衡進化論』筑摩書房（2010）．社会問題も含めて，一般

possesses the ability to realize both stable and rapid evolution

向けに平易な文章で書かれているので，本雑誌の購読者の方にもおin response to changing environments without altering mutation

勧めする。

rates. Heliyon 2(8), e0014 (2016).

(2) 最相葉月『（東工大講義）生涯を賭けるテーマをいかに選ぶか』ポ[11] Fujihara, I. & Furusawa, M. A differential equation, deduced from

プラ社（2015）。最相葉月『天の塵・海の慈・人の声』「遊歩人」文

a DNA-type genetic algorithm with the lagging-strand-biased

源庫（2003 年 4 月号）の第 11 章『進化と時間の奇跡，古澤満氏との対談』には最相氏との初対面の対談が書かれている。
(3) 古澤満，青木和博『不均衡進化論とカオスの縁』物性研究 vol.82
no.5, 773776 (2004)。

mutagenesis. Heliyon 8 ( ), e09155 (2022).
[12] Kullback, S. & Leibler, R. A. On information and suﬃciency, Annals of
Mathematical Statistics 22, 79-86 (1951).
[13] 村舘靖之・古澤満．不均衡進化理論と不均衡動学 . 情報文化学会誌，
29 巻 1 号，19‐26（2022）.

参考文献[1] Okazaki, R., Okazaki, T.，Sakabe, K., Sugino, A. & Iwatsuki, N.: In
vitro mechanism of DNA chain growth. Cold Spring Harbor (1968) .
[2] Keightley, P. Rates and ﬁtness consequences of new mutations inhumans. Genetics 190, 295‒304 (2012).
[3] Furusawa, M. The disparity mutagenesis model predicts rescue ofliving things from catastrophic errors, Frontiers in Genetics 421,
1-8 (2014).

[14] Akashi, M., Fujihara, I., Takemura, M. & Furusawa, M. 2-Dimensional
genetic algorithm exhibited an essentiality of gene interaction forevolution. J. Theor. Biol. 538, 111044 (2022).

著者紹介
古澤

滿 ( ふるさわ

みつる )博士（理学）1967 年 6 月取得。
（株）ちとせ研究所。ファウンダー，最高科学顧問。