ブリリアント 10: パターン メーカー、イアン カズン

鳥の旋回、逃げる魚の銀色の閃光など、生命の営みは神秘的に秩序立っているように見える。自然界の集団行動をモデル化するイアン・カズン氏は、こうしたパターンを数学的に特定している。そして、特定のパターンが、虫やがん細胞など、本来は無関係な生命の単位にまで広がっていることを発見している。

プリンストン大学生態学および進化生物学部の准教授であるカズン氏は、動物の行動を撮影し、コンピューターでその映像を分析して、動物の集団的意思決定プロセスと、個体がそれに与える影響を解明している。アリストテレスの時代から、いわゆる創発理論は、単純な行動が複雑な結果を生み出す可能性があることを示してきた。しかし、カズン氏は、イナゴが群れをなしたり、魚の群れが捕食者から逃れたりする特定のメカニズムを突き止めている。

スコットランドで育ったカズンさんは動物にとても興味があったが、3人の兄弟が毛皮アレルギーだったので、ほとんどの生き物は禁止されていた。「だから虫を飼うことにしました」と彼は言う。「兄弟たちは虫アレルギーがなかったので、どこにでも虫を飼っていました」

ある晩、カズンは中央アメリカでアリを追跡する生物学者に関するテレビドキュメンタリーを見た。大学卒業後、博士号取得を目指してイギリスのバース大学でそのスターを求めた。その生物学者、現在ブリストル大学に所属するナイジェル・フランクスのもとで、アリはカズンにとって最初の動物システムの研究対象となった。しかし、「一度に観察できるアリは1匹だけ」と彼は言う。アリのコロニーは複数のタスクを同時にこなす、と彼は説明する。「人間が観察するのは不可能だ」。生物学者である彼は、集団行動を観察するのに必要なツールを必ずしも持っていなかったため、独学でプログラミングを学んだ。「コンピュータービジョンを使えば、必要なデータを見ることができる」と彼は言う。

カズン氏は今でも対象を直接観察しているが（イギリスでは、研究室にイナゴの走るためのトラックのようなものを設置し、プリンストンでは、写真に撮りやすい水槽で魚の動きを記録している）、その洞察は高性能な PC とカスタム ソフトウェアを使って得られる。また、さまざまな生物の行動をモデル化し、それらのモデルを抽象的に比較することで、カズン氏は自然界に共通する特定の基本原理を特定し始めている。

たとえば、イナゴは磁性粒子と同じ原理に従って整列しているようだ。実際、彼は集団行動を正確に予測するためには、個々の個体に関する情報はそれほど必要ではないかもしれないことを学んだ。イナゴであれ、癌細胞であれ、何が関係しているかは問題ではない。十分な数のイナゴを集めれば、カズンのモデルは、それらが一緒に同じような行動をとる傾向があることを示している。カズンが言うように、「無秩序から秩序への生物学的移行には、いくつかの基本原理だけが必要なようだ」。

カズン氏の発見は、多くの実用的用途があるかもしれない。人類学、医学、動物学などの分野の専門家たちは、現在、自身の研究についての見解を求めて、定期的にカズン氏に相談している。マサチューセッツ工科大学とハーバードがんセンターの研究者は、がんの転移を調べるためにカズン氏を招聘し、カズン氏はロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの研究者と細胞移動について共同研究している。

つい最近、生息地の崩壊が動物の移動に与える影響に関する彼の論文が、自然科学アカデミー紀要に受理された。カズンのコンピューター モデルは、集団組織だけでなく、それが崩壊する過程も特定できることが判明した。ヌーから鳥の群れまで、モデルは、生息地の崩壊が移動を妨げるポイントがあることを明らかにしている。ここで悪い知らせがある。「生息地を修復するには、移動が中止されたときよりも良い状態に復元する必要があります」と彼は言う。おそらくカズンの研究は、自然がずっと私たちに見せていたものを最終的に見つけることができるパターン検出器の部隊を作るのに役立つだろう。

PopSci の 2010 年の Brilliant 10 の残りをご覧ください。