進化は行き止まりでも同じほうへ流れる——「変異は偶然」の先にあった向き

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中学の理科で習う進化のしくみは、二つの部品でできています。突然変異は偶然に起きる。そのうち生き残りやすいものが自然選択で残る。方向を決めているのは自然選択のほうで、変異そのものに向きはない——ここまでは教科書どおりです。

では、自然選択が働かなくなった場所ではどうなるか。どちらへ変わっても損も得もない、いわば「行き止まり」に着いた生き物の集団は、そこから先は偶然に任せて散らばるしかない。そう考えられてきました。ところが、テクニオン（イスラエル工科大学）の研究チームが数理モデルで調べたところ、集団はそこでも一定の方向へ流れていました。2026年8月に『PNAS』（米国科学アカデミー紀要）に載った論文です。

山登りにたとえられる進化

進化を考えるとき、生物学者はよく「適応度地形」という地図を使います。適応度（てきおうど）は、その性質を持った個体がどれだけ生き残って子孫を残しやすいかの度合いです。ある性質の組み合わせを地図上の一点とし、適応度を標高として描くと、生き物の集団は山をのぼる登山者のように見えます。突然変異で少し位置がずれ、高いほうへずれた個体が残るので、集団全体はじわじわと高いところへ動いていく。

この絵では、山頂は一点です。しかし実際の生き物では、山頂は点ではなく、平らな尾根や高原になっていることが分かってきました。同じ高さ、つまり同じ適応度に達する性質の組み合わせがたくさんあるからです。同じ仕事を別のやり方で果たせる状態が多数あることを、生物学では「縮退（しゅくたい）」と呼びます。大腸菌のゲノムや酵母の遺伝子、細胞の代謝モデルなど、細かく調べられた例ではどれも、山頂付近はこうした平らな領域が広く連なっていたそうです。

平らな場所では偶然に散らばるはずだった

高原の上では、どちらへ動いても高さは変わりません。自然選択は「より高いほうを残す」しくみなので、高低差がなければ働きようがない。残るのは突然変異だけで、変異は偶然に起きる。だから高原に着いた集団は、方向のない足取りでふらふらとさまよう。1960年代に木村資生（きむらもとお）が唱えた中立説以来、こうした「損も得もない変化」は進化の中で大きな割合を占めると考えられてきましたし、その動きは無方向だというのが自然な読みでした。

研究チームは、この前提をあらためて数式で確かめました。使ったのは、変異と選択を1世代ずつ繰り返す最小限のモデルです。地形は「頂上が一点ではなく線になっている」二次元の山で、その線の上はどこも同じ高さ。ただし、線の場所によって周りの斜面の急さが違います。ある場所では尾根が鋭く、少し外れるとすぐ落ちる。別の場所では尾根がなだらかで、外れてもあまり落ちない。この「同じ高さだが、平らさが違う」という性質が、この研究の要になります。

上の図のように、集団はまず斜面を登って尾根に着きます。問題はそのあとです。1,000〜10,000個体の集団を数百世代ぶん進めてみると、尾根の上でふらふらするどころか、集団の平均位置は尾根に沿って一定の向きに動き続けました。行き先は、尾根がいちばんなだらかになる場所。高さは一切変わっていないのに、です。研究チームはこの動きを「方向性のあるドリフト」と呼んでいます。

変異は偶然のまま、集団の形が向きを作る

不思議なのは、モデルに「平らな場所を好め」という指示はどこにも入っていないことです。変異は完全にランダムで、どの方向にも同じだけ起きる。選択は「高いほうを残す」だけ。それなのに、なぜ向きが生まれるのか。

鍵は、個体一つひとつではなく集団の「ばらつきの形」にありました。集団は尾根の上にぴたりと乗っているわけではなく、変異のせいで尾根の周りに雲のように広がっています。ここで自然選択が働くと、尾根から外れた個体が消えます。ただし、消え方は方向によって違う。斜面が急な向きに外れた個体は大きく高さを失うので、すぐ淘汰される。斜面がなだらかな向きに外れた個体は、あまり高さを失わないので生き残りやすい。

その結果、集団の雲は急な方向には細く、なだらかな方向には太く伸びた形になります。次の世代の変異はこの雲の上に乗るので、探索の足がかりは、なだらかな方向に多く、急な方向に少なくなる。変異そのものは相変わらずランダムなのに、変異が起きる「土台」がすでに偏っている。この偏りが世代を重ねて積み上がり、集団全体がなだらかな側へ引かれていきます。

研究チームはこの流れを式で追い、動く速さまで導いています。周りの斜面が急な場所ほど、集団のばらつきが大きいほど、選択が強いほど、流れは速い。なだらかな場所へ近づくにつれて急さの差が縮むので流れは遅くなり、最後は変異で広がる力と選択で削られる力がつり合った、いちばん平らな場所の周りに落ち着きます。シミュレーションの結果は、この予測と重なりました。

おもしろいのは、同じ地形の上でも、動き方の種類によって結果が変わることです。物理でよく使うランジュバン動力学（粒子が熱で揺れながら坂を転がるモデル）を同じ地形に置くと、尾根の上で平らな側へ寄る力は生まれず、粒子は尾根をどこまでも均一に広がっていきました。一方、AIの学習に使われる確率的勾配降下法は、進化と同じく平らな場所へ寄ります。ただし、その理由は別で、こちらは急な場所ほど揺れが大きくなって弾き出されるためです。生き物の進化では、揺れの大きさではなく「生き残る個体の分布の形」が向きを作っている。同じ結果に見えて、中で起きていることは違うわけです。

選ばれていないのに頑丈になる

この結果が示しているのは、平らな場所の意味です。尾根のなだらかな部分にいる集団は、変異で少し位置がずれても高さをほとんど失いません。つまり、変異に対して頑丈な状態です。生物の体が備えている頑丈さ——多少の遺伝子の変化や環境の揺れがあっても機能が保たれる性質——は、これまで「頑丈な個体が選ばれてきた結果」あるいは「そのための専用のしくみが備わっている」と説明されることが多かった。この研究は、そうした選択や専用の仕組みがなくても、進化の数理そのものが集団を頑丈な場所へ運ぶ、という第三の説明を足しています。

もう一つは、「中立」という言葉の読み方です。適応度に差がない変化を見つけたとき、これまでは「そこには進化の方向はない」と解釈してきました。しかしこの論文が正しければ、方向がないように見える場所にも、地形の平らさの差に沿った流れが残っていることになります。研究チームは、自然の集団に見られる性質のばらつきも、単なる雑音ではなく、集団がどんな地形のどのあたりにいるかを映した記録として読める可能性があると述べています。実際、量的な性質のばらつきが特定の方向に大きく偏っているという観察は、いくつもの生物で報告されているそうです。

ただし、今回の結果はあくまで単純化した地形の上での数理と計算です。二次元の山ひとつで示した現象が、遺伝子や代謝が絡み合う何千次元もの実際の地形でどこまで効くのかは、これからの課題として論文でもはっきり書かれています。生き物の具体的なデータと突き合わせる仕事は、まだ始まっていません。それでも、「変異は偶然、方向は選択」というきれいな二分法の隙間に、どちらとも違う第三の向きが数式だけで見つかったという点は、静かに面白い結果だと思います。

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出典

Razi Fachareldeen, Naama Brenner, “Evolution on degenerate fitness landscapes is not random: Curvature drives directional drift,” PNAS 123(32), e2605142123, 2026年8月3日オンライン公開。
https://doi.org/10.1073/pnas.2605142123

査読前版（bioRxiv、2026年2月）は全文を無料で読めます。
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.02.14.705886v1

テクニオン（イスラエル工科大学）プレスリリース（2026年8月26日）
The Flat Side of Evolution: Even When Multiple Evolutionary Paths Are Equally Advantageous, the Choice Among Them Is Not Random

ScienceAlert（2026年9月13日、David Nield）
Evolution Might Not Be as Random as We Thought, New Study Finds