最初のワームシミュレーションを実行した時には、すでにサンタアナの風が強く吹いていました。私はハッカーではありませんが、とても簡単でした。ターミナルシェルを開き、GitHubからコマンドをいくつか貼り付け、画面に文字が次々と流れていくのを眺めるだけです。まるで映画のようです。私がパッシングコードに「 neuron 」「synapse 」といった見覚えのある単語を探していた時、友人が夕食に迎えに来てくれました。「ちょっと待って！」と私はオフィスから叫びました。「今、コンピューターでワームを動かしているところなんだから。」
韓国料理店は熱狂に満ちていた。風がヤシの木を腰まで曲げ、ショッピングカートが駐車場を滑るように横切る。まるで倍速で流れるポッドキャストのように、場の雰囲気は高揚し、非現実的だった。「何をしてるの？サイバー犯罪？」と友人が尋ねた。喧騒の中、私は説明しようとした。「いや、Stuxnetみたいなワームじゃない。リチャード・スキャリーみたいなワームだ」
家に着いた頃には辺りは暗くなり、最初の火花は既にアルタデナに落ちていた。ノートパソコンのボリュームピクセルボックスの中に、私を待っていたのはワームだった。両端を尖らせ、粒子の霧の中を漂い、不気味なほどまっすぐに、じっと動かずにいた。もちろん、生きているわけではなかった。それでも、私には死んでいる以上に死んでいるように見えた。その夜遅く、スティーブン・ラーソンに連絡を取ると、「ブラボー！」と声をかけられた。「シミュレーションの『Hello World』状態に到達したな」
ラーソン氏は、オープンソースソフトウェアプロジェクトであるOpenWormの共同設立者です。OpenWormは、2011年からCaenorhabditis elegansと呼ばれる微小線虫のコンピューターシミュレーションの構築に取り組んでいます。彼の目標は、まさに本物の線虫のデジタルツインを分子レベルまで正確に再現することです。OpenWormがこれを実現できれば、それは初の仮想動物となり、科学界で最も研究されている動物の一つであるC. elegansに関する知識だけでなく、脳が外界とどのように相互作用して行動を生み出すのかという知識のすべてを具現化することになります。OpenWormの言葉を借りれば、これはシステム生物学の「聖杯」です。
残念ながら、彼らはまだそれを実現できていない。私のノートパソコンのシミュレーションは、生きた線虫を使った実験から集めたデータを取り込んでc302と呼ばれる計算フレームワークに変換し、流体力学環境下でC.エレガンスの筋組織をシミュレートする。つまり、線虫が平らな粘液の板の中でどのように前進するかをシミュレーションしているのだ。この動作を5秒間生成するのに約10時間の計算時間を要する。
10時間もあれば、実に様々なことが起こり得る。燃えさしは風に乗って丘陵地帯から流れ落ち、眠れる街へと舞い降りる。その夜、ラーソンの助言に従い、シミュレーションの時間パラメータを微調整し、「Hello World」を超えて、ワームの不気味の谷の奥深くへと踏み込んだ。翌朝、不気味なオレンジ色のもやに目が覚めた。ぼんやりとした目でノートパソコンを開くと、二つのことが私の心臓を高鳴らせた。ロサンゼルスが燃えていること。そして、ワームが移動していたこと。
ここまで読んで、あなたはきっともっともな疑問を自問自答しているだろう。韓国料理店で、バンチャンを一口食べながら、友人も同じ質問をしていた。その疑問とは、「えーっと…なぜ？」だ。私たちの不安定な緑の世界が耐え忍んでいるあらゆる困難に直面し、解決すべき問題が山積している中で、なぜ13年もかけて微小なワームをプログラムで生み出そうとする人がいるのだろうか？
答えとして、物理学者リチャード・ファインマンの最も有名な格言の一つを挙げましょう。「創造できないものは、理解できない」。生物学はその歴史の大部分において、還元主義的な科学であり、生物の驚くべき複雑さを理解する最良の方法は、それらを構成単位（臓器、細胞、タンパク質、分子）に分解することであるという原則に基づいていました。しかし、生命は機械仕掛けではなく、動的なシステムであり、それら小さな構成要素間の相互作用から予期せぬものが生まれます。生命を真に理解するには、単に分解するだけでは不十分です。それを再構築することもできなければなりません。
線虫C. エレガンスは髪の毛ほどの長さしかない小さな虫で、体内の細胞は 1,000 個未満です。そのうちニューロンは 302 個のみで、脳の最小サイズとほぼ同じです。「最初の子どもが生まれたとき、302 まで数えられるようになったとき、どれほど誇らしいと思ったか覚えています」と、リーズ大学で線虫研究室を運営する計算神経科学者のネッタ・コーエンは語ります。しかし、小ささは恥ずべきことではないとコーエンは強調します。C . エレガンスは少ないもので多くのことを行います。より不快な同族とは異なり、C. エレガンスは寄生虫ではなく、生存のニーズをより大きな生物にアウトソーシングしています。代わりに、生物学者が「自由生活」動物と呼ぶものです。「繁殖でき、食べ、餌を探し、逃げることができます」とコーエンは言います。「生まれ、成長し、老化し、死ぬ。すべて 1 ミリメートル以内です。」
コーエン氏のような線虫研究者は、ゲノム配列が解読され、ニューロンがマッピングされた最初の動物であるC.エレガンスの研究で、少なくとも4つのノーベル賞が授与されたとすぐに言います。しかし、回路図と操作マニュアルには違いがあります。「配線は分かっていますが、ダイナミクスは分かりません」とコーエン氏は言います。「物理学者やコンピューター科学者、あるいは数学者が解くのに理想的な問題だと思うでしょう。」
彼らは確かに試みてきた。線虫C.エレガンスの最初のシミュレーターはシドニー・ブレナーで、彼は1986年の画期的な論文「線虫Caenorhabditis elegansの神経系の構造」（線虫界では敬意を込めて「線虫の心」と呼ばれている）によって、この卑しい線虫を堆肥の山から科学界のスーパースターへと押し上げた。英国ケンブリッジの研究所で、ブレナーのチームは13年を費やし、線虫を丹念にスライスし、電子顕微鏡で写真を撮り、パンチ紙テープでプログラムされたタイプの第一世代のミニコンピューターを頼りに、そのデータを線虫の神経系の基本的な地図に再構成した。
それ以来、10年か20年ごとに、コンピュータ科学者たちはブレナーの研究を拡張しようと試みてきました。しかし、生物学はコンピュータ科学者たちをすぐに屈服させてしまう傾向があります。2003年、コンピュータ科学者のデイビッド・ハレルは、C.エレガンスのシミュレーションを生物学にとって「壮大な挑戦」と評しました。彼は生物学という分野が「分析から合成への極めて重要な移行」を遅らせていると考えていたからです。ハレルの意見は確かに正しかったのですが、彼は線虫の外陰部以上のものをモデル化することはできませんでした。これは本当の話です。
コーエン氏は20年近くを費やし、C.エレガンスが様々な粘性領域をゆっくりと前進する際に見せる正弦波状の身悶えを説明できる画期的な計算モデルを発表してきた。しかし、線虫が後進する仕組みは全く別の未解決問題であり、線虫がどのように上下に動くのか、あるいはなぜ動くのかといった疑問は抱いていない。C .エレガンスの行動に関するデータはすべて、平らな寒天培地中の線虫から得られたものだ。野生では、全く異なる行動をとる可能性もある。「なぜダメなの？」とコーエン氏は笑いながら言った。「生物学だからね。」
2011年にOpenWormの構想を発表した時、オープンソースに「信仰」を見出したエンジニア、スティーブン・ラーソンは、熱心な計算研究者を集めて生物学に挑戦させれば、シミュレーションで有意義な進歩を遂げられると信じていた。13年後、彼はより深く反省している。「このプロジェクトは大聖堂のようなものになるかもしれない」とラーソンは私に言った。「たとえ私が完成させる能力がなくても、少なくとも他の人々がそれを見て、その上に構築していくことができるはずだ。」
これは燃え尽き症候群のせいかもしれない。わずかな資金でオープンソースプロジェクトの先頭に立つことは、どんなに長い期間であっても、どんなに熱心な理想主義者でさえも疲弊させてしまう。C .エレガンスの脳は、簡単には捉えられないほど複雑で、その複雑さが原因かもしれない。あるいは、単にタイミングが悪かっただけかもしれない。
OpenWormは独自の研究は行いません。プロジェクトのボランティアグループは、C.エレガンスに関する文献を収集し、見つけられる限りのデータをシミュレーションに統合しています。つまり、コーエン氏のような線虫研究室に頼らざるを得ません。これらの研究室は、計算に真に役立つ入力データを提供するのが遅れています。しかし、ここ10年ほどで、実験者たちは顕微鏡の性能を向上させ、遺伝子技術を改良し、線虫の脳が活動する様子をより多く、より鮮明に記録できるようになりました。同時に、それらのデータを理解する機械学習ツールが登場し、計算能力は飛躍的に向上しています。こうした融合はラーソン氏に希望を与えています。「技術が指数関数的に拡大している時代には、突飛に思えることも実現可能になるかもしれません」と彼は言います。
OpenWormの科学諮問委員会メンバーであるコーエン氏に、本当にそれが実現可能かどうか尋ねてみた。「まずは、実現可能だという前提から始めましょう」と彼女は言った。「私たちは何をすべきでしょうか？」コーエン氏は、最近発表された新しい計画を概説した意見書の37人の共著者の一人である。その計画とは、遺伝子イメージング技術を用いてワームの神経系にあるニューロンを一つずつ活性化し、他の301ニューロンへの影響を測定するというものだ。この系統的なプロセスを並行実験で数十万回繰り返すことで、コンピューター担当者が最終的に作業に使えるだけの十分なデータ、さらにはワームを完全に「リバースエンジニアリング」できるほどのデータが収集されるはずだ。
これは野心的な提案であり、約20の異なる線虫研究室による前例のないレベルの協力が必要となる。ニュージャージー工科大学の計算神経科学者で、リバースエンジニアリング論文の筆頭著者であるガル・ハスペル氏は、実現には最長10年かかり、数千万ドルの費用がかかり、10万匹から20万匹程度の線虫が必要になると見積もっている。この過程で、C.エレガンスに関する、これまでの科学研究で収集されたデータよりも多くのデータが生成されることだろう。そして、リバースエンジニアたちは最終的に何を生み出すのだろうか？「これだけの人材とコンピューターを投入すれば、たった今、たった一匹の小さな動物ができることと同じことを成し遂げられるのです」とハスペル氏は述べた。
彼は皮肉を込めてこう言った。ハスペル氏はまた、このプロジェクトをNASAのムーンショットに例えた。「これは技術を前進させ、エンジニアに優れたツールの開発を促し、科学者の協力を促すような取り組みです」。ハスペル氏は、このワームシミュレーションは、自動化、ビッグデータ、機械学習を駆使した新しい科学のチャンスだと考えている。最終製品はワーム一匹で、しかも高価で非効率的なもの（ある意味、世界で最も洗練されたたまごっち）だが、より複雑な神経系、そして最終的にはいつの日か人間の心を理解するための足がかりとなる可能性がある。
イラスト：ジョン・プロヴェンチャー
昨年の夏、ある暗号開発者がXに、画面上のウィンドウを飛び回る仮想のC.エレガンスのワームを描いたGIFアニメーションを投稿した。このアニメーションは、私が自分のラップトップで実行したのと同じコードを使って生成されたもので、OpenWormのGitHubで無料で公開されている。「ワームマトリックスが私のM1 Macで動くなら、私たちが実際にベースリアリティにいる可能性はどれくらいあるだろうか？」と彼は断言した。彼が言いたいのは、もしかしたら私たちがワームなのかもしれないということだ。そして、高次元の現実にある宇宙のMacBookで、誰かが私たちを操作しているかもしれない。この投稿は瞬く間に拡散し、もちろんイーロン・マスクも気に入ったようだ。
OpenWormのプロジェクトディレクターで、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの計算神経科学者であるパドレイグ・グリーソン氏に線虫マトリックスについて話すと、彼は明らかに顔をしかめた。「こういうことについて哲学的な議論をしたいからここに来る人もいる。それは構わない」と彼は言った。「私が優先しているのは、実際にその生物学的な側面を観察するのがとても楽しいということだ」
グリーソンは、ラーソンのジョブズに対するウォズのような存在だ。彼はウーバーワームの構築よりも、C.エレガンスの生物学的メカニズムをより小型で粒度の細かいモデルにまとめたプラットフォームに興味を持っている。計算モデリングは生物学では一般的な手法で、寒天培地と線虫の餌を用意する前に、理論を「思考実験」としてコード化して検証する安価な方法だ。通常、生物学的モデルは研究対象となる生物の小さな側面、例えば前進運動を駆動する少数のニューロンなどを扱う。モデリングに関しては、「地図が領域と同じくらい優れていることは望んでいません。それでは目的が達成されません」と、線虫モデリングを専門とするローズハルマン工科大学の計算神経科学者、エドゥアルド・イスキエルドは説明する。「私たちは、物事を深く考えるのに役立つものを探しています。」
生物モデルと実物を混同する人はいないでしょう。しかし、本格的なシミュレーションは全く異なる問題を引き起こします。イスキエルド氏の言葉を借りれば、シミュレーションは領域と同じくらい優れた地図であり、その領域の性質、そして生命そのものについて新たな推測を呼び起こします。モデルが科学者の疑問を解くのに役立つとすれば、シミュレーションは疑問を新たに提起するのです。例えば、仮想のミミズと実在のミミズが分子レベルまで同一であるならば、そのミミズと実在のミミズを区別するものは何でしょうか？
ラーソン氏の見方では、完全に忠実な線虫シミュレーションは、生命のカテゴリーを拡張する出来事となるだろう。現在の生命に関する理解を否定するのではなく、むしろ拡張する可能性がある。「もし、生命とは、惑星に質量を持って物理的に存在する物理分子のシステムによってのみ満たされると主張するのであれば、物理分子を持たないコンピューター内の何かは生命を持つことはできない」と彼は述べた。「しかし、生命の定義を情報にまで拡張すれば、シミュレートされた動物にも適用できる生命のバージョンが存在するかもしれない。そして、問題は、それが重要なのか、ということだ」
それは重要だと思います。生命とは情報ですが、それ以上の何かでもあります。それは、失われた時に最も強く感じるものです。この観点からすると、ファインマンの格言は修正されるべきではないでしょうか。創造が理解を生む、というわけではありません。生命を再び創造しようと試みることによってのみ、生命がいかにかけがえのないものであるかを理解できる、ということです。
もちろん、私がこう言うのは、破壊の渦に巻き込まれているからだ。空気は今や有毒で、白い灰のかけらが家の隅々まで渦巻いている。避難区域の端、煙の臭いがするほどの近さで、私は気を紛らわせるためにC.エレガンスの原型シミュレーションを次々と作り上げている。それを見ていると、生命を破壊するのがいかに容易で、生命を創造するのがいかに難しいか、驚嘆せずにはいられない。たった一つの火花で何世紀もかけて成長してきたものが一夜にして消え去るのに、仮想のミミズをたった1インチも前進させるには？それは数十年かかる作業であり、おそらく永遠に終わらないだろう。
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