この夏のとんでもないSF映画の裏にある現実の科学

機械化されたスーツ、エイリアンの猿、恐竜ロボットなど、この夏の大ヒット映画は科学的に聞こえる発想で溢れています。しかし、それらを裏付ける本当の科学はあるのでしょうか? 映画を観る間、ポップコーン以外に考えるべきことがあります。

デジタルエフェクト：エイリアンを爆破する外骨格

『オール・ユー・ニード・イズ・キル』では、エイリアンの侵略者に対する人類の最後の抵抗で、外骨格が重要な役割を果たしている。この未来的なシステムは、俳優の動きに合わせて作られたデジタルイリュージョンだと簡単に思い込むかもしれないが、実際は精巧な小道具だ。モデラーのピエール・ボハンナは、350～400個の個別部品から各スーツを製作し、それらが一体となって完全な関節装置を形成している。材料には、標準的なナイロン、高級アルミニウム、この映画のために特別に作られた軽量ポリマーなどがある。「これは衣装ではなく、機械です」とボハンナは言う。

俳優たちにとって残念なことに、人間がスーツを動かすのであって、その逆ではない。彼らは72～132ポンドの余分な重量を背負って戦闘シーンを全力疾走しなければならなかった。「これらのスーツは信じられないほど大変な仕事で、俳優やスタントマン全員がスーツを着てブートキャンプをしなければならなかった」とボハンナは言う。トム・クルーズの額の汗も本物だ。

高度に発達した知能を持った地球外生命体は、私たちとどこか似ているのでしょうか?

答え: ハリウッドが人型エイリアンに夢中なのは、何も不思議なことではありません。俳優に人工装具やフェイスペイントを施す方が、人間離れしたキャラクターの動物園を作り上げたり、アニメ化したりするよりも簡単です。しかし、私たち自身の進化から学んだ教訓を他の世界に適用すれば、映画製作者の考えもそれほど的外れではないかもしれません。

カリフォルニア州立大学サンバーナーディーノ校の生物学者で、ガーディアンズ・オブ・ギャラクシーのコンサルタントを務めたスチュアート・スミダ氏によると、宇宙旅行をマスターできるほど進化したエイリアンは、大きな脳を持っている必要があるという。「大きな脳を持っているなら、それを保護する手段が必要です」とスミダ氏は言う。それは頭蓋骨を意味し、ミミズ、ナメクジ、その他の潜在的な無脊椎動物の分類全体が除外される。また、外骨格はサイズが大きくなるにつれて維持できなくなり、最低重力以外ではその重みで崩壊するため、昆虫は合理的に除外できる。道具を操作する能力も加えると、私たちの異世界の仲間はかなり見慣れたものに見えてくる。

しかし、たとえ優れた脳、骨、器用な手足を持っていたとしても、遠い種族が人間のわずかなバリエーションのように見えると仮定する理由はない。「人間が4本の手足を持っているという事実は、進化の偶然です」とカリフォルニア州マウンテンビューのSETI研究所の上級天文学者セス・ショスタクは言う。「地球上のほとんどの生き物は6本持っています。」自然淘汰によって、より効率的な生理学的レイアウトを持つエイリアンが生み出される可能性がある。たとえば、人間が移動中に赤ちゃんや道具を抱くことができるように2本足で歩く代わりに、地球外生命体は4本以上の下肢でより速く安定しているかもしれない。道具を操作するためのより多くの腕、捕食者からよりよく隠れるための地面にへばりつく姿勢、またはSFの異種間るつぼを構成するウーキー族、クリンゴン族、およびその他の近人類とは合わない数多くの特徴があるかもしれない。

ガーディアンズ・オブ・ギャラクシーにインスパイアされた

あらすじ: 銀河支配に執着するエイリアンという悪者から謎の球体を盗んだ犯罪者集団が、思いもよらぬヒーローとなる。この豪快なSF映画はマーベルの複合映画シリーズ(アベンジャーズと共に)の一部だが、その大物キャラクターのほとんどは超人ではなく、人間型のエイリアンである。

SF デビュー作: HG ウェルズの 1901 年の小説『月世界最初の人類』には、服を着て道具を使い、地球人の訪問を快く思わない、小人のような昆虫のようなセレナイト族が登場します。

デジタルエフェクト: 超リアルな猿

7 月中旬のニューオーリンズはチンパンジーが住むには最適な場所ではない。うだるような暑さと蚊の襲来に見舞われる『猿の惑星: 新世紀』のセットは、3 階建ての住居で木の幹が絡み合い、部屋や通路が奥まった場所にあり、地上階は水たまりと泥の沼地と化した水路が流れている、ちょっとした工学上の驚異である。映画製作者たちはそれを「猿の村」と呼んでいるが、それは本当に超知能で横暴な類人猿が作りそうなものだ。しかし、建物内に点在する数十台のモーション キャプチャー カメラと、容赦ない太陽と蒸し暑い湿気の中で焼けつくような暑さの中を歩く灰色の全身スーツを着た男たちに気づくと、そうは思えなくなる。彼らは想像できる限り最も汗まみれで、最も惨めな架空のチンパンジーだ。

そして彼らは動き始める。グレーのスーツを着た2人が、安全ベルトやマットを使わずに、迷彩柄の手掛かりをつかみながら、飼育エリアの側面をよじ登る。彼らは訓練されたアクロバットのようにセットの間を飛び回るが、実際、彼らは訓練されたアクロバットなのだ。 『猿の惑星：創世記』（2011年公開）はスタントマンに頼っていたが、SFリブートの続編ではシルク・ドゥ・ソレイユのパフォーマーが出演している。「チンパンジーが手足から手足へと飛び移る様子をでっち上げようとするVFX [視覚効果] 担当者の代わりに、今や実際に20フィートをジャンプできる人材がいる」とプロデューサーのディラン・クラークは言う。

VFX の観点から見ると、 『猿の惑星: 新世紀』は単なる一回の大胆な試みではなく、一連の試みです。前作では、アンディ・サーキス演じるチンパンジーのシーザーを、リアルなフル CG キャラクターに変え、パフォーマンス キャプチャーの可能性を再定義しました。『猿の惑星: 新世紀』では、猿のキャストがはるかに多く、彼らのスクリーン タイムが長くなったため、はるかに大きな課題が生じています。パフォーマンス キャプチャーの標準的な手順では、俳優を屋内のグリーン スクリーン環境に閉じ込め、ヘッドマウント カメラのみを使用してアクションを撮影します。『猿の惑星: 新世紀』では、VFX スーパーバイザーのジョー・レッテリは、俳優の周囲を多数の小型モーション キャプチャー カメラで囲み、屋外のセットでデータを収集することにしました。

カメラは、俳優のスーツにマジックテープで留められた LED ライト付きのボールと、顔に付けられた反射マーカーを追跡します。「次に、学習アルゴリズムを使用して、顔のすべてのポイントが 3 次元でどのように動いているかを推測します」とレッテリは言います。その結果、非常に詳細で柔軟なパフォーマンス キャプチャが実現します。複数のカメラが、他の方法では失われる可能性のある俳優間の表情や相性の微妙な違いを捉えます。より多くのデータを利用できるため、アニメーターは、3D モデル化された霊長類の脇役全員に、シーザーを瞬く間に CG スターにしたのと同じ不思議な知性のひらめきを与えることができます。

実用性とデジタル性、人間性と非人間性のこの混合こそが、ドーンを成功させるか失敗させるかの鍵となる。なぜなら、モンスターやミュータント、その他の VFX で強化された空想的な SF 映画とは異なり、類人猿 (賢い類人猿でさえ) は空想上の生き物ではないからだ。「チンパンジーの演技や外見が写真のようにリアルであってほしい」とクラークは言う。「この映画をリアルに感じてほしい。それがうまくいけば、すごくクールな作品になるだろう」

人間と動物の DNA を組み合わせると超能力者が誕生するのでしょうか?

答え: 「ジュピター Ascending」の製作者たちは、人間の登場人物を動物の遺伝子で増強し、肉体的にもっと堂々とした姿に仕上げた。実際には、人間と動物のハイブリッドは、動物の特徴を持つ人間ではなく、むしろ人間の生物学的特性を宿すか、その恩恵を受けるように調整された動物である。最初に記録された例は 2004 年に発生し、メイヨー クリニックがヒト幹細胞を胎児の豚に注入し、ヒトの血を持つ豚を作り出し、ウイルスが種間を移動する仕組みを研究した。昨年、スタンフォード大学の神経科学者たちは、ヒトの脳細胞を使ってマウスの知能を高めた。どちらの場合も、研究者たちは単に外来組織を導入して定着させるだけで、実際の遺伝子工学を回避した。

理論上は、人間に対する同様の実験は、光受容体を改変して猫のような夜間視力を実現したり、イモリの切断された手足を再生する能力を借りたりするなど、驚くべき結果をもたらす可能性がある。しかし、ネコ科や両生類の細胞を人間の胎児に軽々しく注入することが倫理的にブラックホールでなかったとしても（そしてそれは絶対にそうだ）、この強引なアプローチは簡単に裏目に出る可能性がある。体の免疫系は通常、異質な組織を攻撃する。スタンフォードのチームは、被験者の免疫系を永久に抑制することで拒絶反応を回避した。
この解決策は、人類を壊滅的な病気や感染症に対して脆弱な状態にすることになる。

ユタ州立大学の生物学者ランディ・ルイス氏によると、キメラ強化の問題はその複雑さにある。タンパク質を1つ反転させるのは1つの方法で、ルイス氏は乳にクモ糸タンパク質を生成する遺伝子組み換えヤギを作った。しかし、強さや再生力といった複雑な特性を追加するには？「それを実現するには膨大な遺伝子工学が必要です」とルイス氏は言う。科学者が人間と動物のゲノムを深く理解するまで、超人的なハイブリッドは映画の中の産物に過ぎないだろう。

ジュピター・アセンディングにインスピレーションを受けて

あらすじ: 宇宙は人間と動物のハイブリッドで満ち溢れ、銀河間君主制によって統治されている (地球人にとっては新しい話)。控えめな清掃員が暗殺の標的になったとき、半分人間で半分犬の傭兵が彼女を救出する。

SF デビュー作: HG ウェルズの 1896 年の小説『ドクター・モローの島』に登場する獣人たちは、陰惨な外科実験によって生み出された。

デジタル効果：重力を無視したアクション

『ジュピター Ascending』で最も技術的に難しいシーンは、映画の主人公 (チャニング・テイタム) が反重力ブーツを履いて街中を疾走し、積み荷 (ミラ・クニス) を追って宇宙船から逃げるシーンだ。「ほとんどの人はデジタルだと思うだろうが、そうではない」と VFX スーパーバイザーのダン・グラスは言う。むしろ、このシーンではスタントマンがヘリコプターから吊り下げられ、シカゴの都市の峡谷を旋回する。

グラス氏のチームは、夜明け前のわずかな光の中で、このシーンを撮影するために 1 日 15 分しかなかったため、1 回の撮影でより多くの写真を撮影できるカメラを開発した。ヘリコプターの先端に取り付けられた 6 台のカメラを備えた装置 (パノカムと呼ばれる) は、ほぼ 180 度の映像を撮影できる。
複数の重なり合うアングルをつなぎ合わせることで、映画製作者は、ヘリコプターの実際の飛行経路に関係なく、ポストプロダクションでアクションを効果的に旋回およびスイングすることができました。当然のことながら、この革新はすぐに他の監督の注目を集めました。「このリグは、その後に制作​​したほとんどの映画で使用されています」とグラス氏は言います。

ロボットは、単純な複製ではなく、生物に着想を得た複製から恩恵を受けるでしょうか?

答え: マイケル ベイのトランスフォーマーシリーズに登場する巨大なエイリアン ロボットは工場で製造されたものではありません。卵のようなポッドで育てられ、孵化子と呼ばれています。大量生産よりも生物学的な繁殖に近いことを示唆する身体的および行動的多様性を示します。双子を除いて 2 人の人間がまったく同じではないのと同じように、オートボットとディセプティコンは、ユーモアのないトラクター トレーラーであろうと、短気なティラノサウルスであろうと、それぞれが個性と形状をしています。

言い換えれば、トランスフォーマーは進化ロボティクスの産物であるようだ。進化ロボティクスは、生物学的原理をロボットの作成と動作に応用する急成長中の研究分野だ。光に向かって移動するなど、特定のタスクを実行するようにロボットを設計するだけでなく、研究者はその目標をコンピュータープログラムに組み込み、遺伝的アルゴリズムにさまざまなデザインを自動的に生成させることができる。そして、それらのアルゴリズムは自然を模倣し、突然変異、選択、その他の生物学的プロセスの影響をモデル化するため、生み出されるデザインはしばしば驚くべきものになる。「コンピューターは、私たちが決して考えつかなかったような形状の機械を進化させてくれるでしょう」と、バーモント大学の進化ロボット学者ジョシュ・ボンガードは言う。アルゴリズムから生まれたロボットは、利用できる部品とモーターが非常に少ないにもかかわらず、波打つ魚やよろめくピラミッドなど、さまざまな形で効率的な移動を実現している。

言い換えれば、卵子で妊娠するか遺伝的アルゴリズムを介して進化するロボットは、一部の生物種を非常に回復力のあるものにしているのと同じ多様性と都合の良い突然変異の恩恵を受ける可能性がある。しかし、制御されていないトランスフォーマーの繁殖が避けられない交戦に巻き込まれた人間にとって悪い知らせであるのと同じように、機械も厳密な指導なしに進化すれば危険になる可能性があるとボンガードは警告する。「自己増殖ロボットは、定義上、暴走プロセスになります」と彼は言う。「彼らは不快な方法で私たちを驚かせる可能性があります。」

トランスフォーマー/ロストエイジにインスパイアされた作品

あらすじ:トランスフォーマーシリーズの第 4 作目では、ロボット種族同士の戦争の物語が続きます。今回は、この種族のこれまでで最も珍しい種であるダイノボットが戦いに加わります。

**SF デビュー作: **カレル・チャペックの 1920 年の戯曲「RUR」は、工場で作られた恋人たちが、世界中に広がる新たなアダムとイブになる運命にあるかのように描かれて終わります。

突然変異によって、モンスターや超能力者、あるいは地球を征服できる何かが本当に生まれるのでしょうか?

答え: SF は長い間、進化の近道として突然変異に頼ってきました。1954 年のオリジナル映画でゴジラを生み出した原爆実験や、普通のカメを人間サイズの格闘家に変身させた光る「粘液」のように、突然変異は外部の力によるものである場合もあります。また、超人が脳波や磁場を操作できるようにした「X 遺伝子」のように、自然に発生する問題である場合もあります。共通点はスピードです。つまり、主人公たちはたった 1 世代で変身するのです。

これは精神的に正しい解釈です。遺伝子は自然に変異することも、実験室で操作して新しい特性を作り出すこともできます。たとえば、ほとんどの成人が乳製品に含まれる乳糖を処理できる能力を考えてみましょう。研究者たちは、この突然変異、つまり一種の胃腸の超能力が、約 7,500 年前にヨーロッパで始まったと考えています。この突然の変化は、人類にとって長期にわたる大きな利益をもたらし、さまざまな栄養オプションを追加できるようになりました。人類は謎の突然変異体に恩義を感じていますが、チーズを食べることは、X-メンから飛び出すレーザー光線や爪に比べれば取るに足らない能力です。

ストーニーブルック大学の生化学者ブルース・デンプルは、単一突然変異のもっと劇的な例を挙げ、「脚本家が考えそうな類のものです」と同氏は言う。「しかし、こうしたことは主に実験の場で見られます」。遺伝学者は、標的を定めた化学変異原を使って、マカクザルの太ももの筋肉の周囲を15パーセント増やすなど印象的な成果を上げたり、ショウジョウバエの頭から脚が生えるようにするなど、まったくもって不気味な成果を上げたりした。研究者らは、放射線を使ってランダムな突然変異を増やすこともした。

しかし、これらの研究室で育てられたミュータントとハリウッドのミュータントの違いは、運によるところが大きい。映画の登場人物は、化学物質や放射線で致命的に DNA を傷めることなく、たった一度だけ突然変異の宝くじに当たったわけではない。彼らは何度も何度も勝ち続け、良い特性を蓄え、悪い特性をかわし、通常であれば何世代にもわたって何度も失敗を重ねる必要がある生物に変身した。現実には、怪物的な成功への道は、ほぼゴジラやほぼニンジャ タートルの死体で舗装されている。

ゴジラ、TMNT、X-MEN: フューチャー&パストからインスピレーションを受けた作品

あらすじ: ゴジラは、さらに邪悪な巨人と激突し、ティーンエイジ・ミュータント・ニンジャ・タートルズはニューヨーク市(とその地下)で犯罪と戦い、X-メンはウルヴァリンを過去に送り込み、ロボットの反乱を阻止します。3 作品すべてにおいて、突然変異によって生物の内なる強敵が解き放たれます。

SF デビュー作: 放射線被曝により、ジャック・ウィリアムソンの 1928 年の同名短編小説に登場する「メタルマン」が、今日の架空のミュータントの先駆者へと変貌します。

思考実験：人間対エイリアン、実写

最悪の事態を想定してみましょう。エイリアンが存在し、私たちのささやかな故郷の世界を侵略しているというものです。絶望した人類はどのようなハイテク兵器を研究室から飛び出して戦闘に突入するでしょうか？私たちは、スヴィーン・マサウドゥに尋ねました。
米国陸軍研究局のプログラムマネージャー兼材料科学者である彼は、このような終末シナリオに対して私たちが何をもっともらしく投げかけることができるかを考えます。

外骨格

マサウドゥ氏によると、映画『オール・ユー・ニード・オール・ユー』のような戦闘用外骨格があれば、歩兵はより強力な火力を持つことができるようになるという。通常、人体には反動が大きすぎる銃をスーツに取り付ければ、その力がフレーム全体に分散される。現在の外骨格は電力を大量に消費するため、効果的に運用することはできないが、チタン、マグネシウム、その他の超強力で超軽量の合金を使用すれば、エネルギー消費を抑えることができる。「鋼鉄の外骨格を持ち歩いていないので、燃料消費が少なくなるでしょう」とマサウドゥ氏は言う。

生物兵器

映画『宇宙戦争』で風邪が火星の占領軍を撃退できるのなら、もっと毒性の強い兵器化した病原菌を敵に投げつけても不思議はない。生物兵器の備蓄は不足しているが（もっともな理由がある）、マサウドゥ氏は遺伝学者がどんな新しい疫病でも合成できると確信している。「宇宙の他の部分でも生命が同じように進化したと仮定すれば、これらの生物がどこから来たにせよ、私たちのツールは同じように作用するかもしれない」と同氏は言う。遺伝子分析に革命をもたらし、ヒトDNAの全ゲノム配列決定を可能にした技術は、最後の手段として精密な病原菌を開発することも可能になるかもしれない。

地上ドローン

いざというとき、ロボットを前線に送り込むことになる。「もし大規模な戦争でアポロ計画のような事態に追い込まれたら、その努力の大半は無人地上車両とロボット工学に向けられるだろう」とマサウドゥは言う。ロボット軍は生きた軍ほど汎用性はないかもしれないが、ロボットは戦争の初期段階では砲弾の餌食として優れており、粉砕される前にエイリアンの武器や戦術に関する情報を提供してくれる。「未知の脅威に対して兵士を戦場に送り込むことへの躊躇は、ロボット技術によって解消されるだろう」とマサウドゥは言う。兵士が鋼鉄の神経を持っているなら、鋼鉄の神経など必要だろうか？

この記事はもともと、Popular Science 2014 年 7 月号に掲載されました。