『生命とは何か』（1944年）は、著名な物理学者エルヴィン・シュレーディンガーがダブリンのトリニティ・カレッジで行った一連の講義を基にした古典的科学書です。シュレーディンガーは物理学者でありながら、これらの講義で生物学と遺伝学の問題、すなわち「物理学と化学が生物内部のプロセスをいかに説明できるか」という根本的な問いに取り組みました。彼が探求した概念は遺伝学に革命をもたらし、のちにDNAの二重らせん構造を提唱した生物学者ジェームズ・D・ワトソンとフランシス・クリックらに多大な影響を与えました。
物理学史上最高の頭脳が語る、生物学への魅惑的な視点
アイルランド系オーストリア人物理学者エルヴィン・シュレーディンガーについて何か一つ知っているとすれば、それはおそらく「シュレーディンガーの猫」でしょう。これは、同じく非常に難解な量子力学の分野における、悪名高い概念である「量子重ね合わせ」を説明するためにシュレーディンガーが用いた有名な思考実験です。量子論の深淵には立ち入りませんが、この新しい分野の発展に貢献したことにより、シュレーディンガーは20世紀物理学の巨人の一人であったと言えば十分でしょう。しかし、シュレーディンガーの好奇心は物理学をはるかに超え、科学や哲学の他の領域にまで及んでいました。1943年、彼はダブリンのトリニティ・カレッジで一連の講義を行いました。
そのテーマは、生物学的な生命の根本的な性質、より正確に言えば、「科学は生命体の複雑さとそれを支配する法則をどのように説明できるのか？」という壮大なものでした。それから約10年後の1956年、彼は心、物質、意識の関係についての講義シリーズで再び登壇しました。これらの講義は後に一冊の本にまとめられ、一世代の科学者や哲学者全体にインスピレーションを与えることになります。この要約では、シュレーディンガーの重要な洞察を紹介するだけでなく、以下の点についても明らかにしていきます。
- なぜ生命体はこれほど大きいのか
- 生命がいかに時計仕掛けに似ているか
- 意識が人類の進化をいかに促進するか
生命体は、単一原子の活動に影響されない
シュレーディンガーは講義の冒頭で、聴衆に素朴な問いを投げかけました。なぜ原子はこんなに小さいのか？あるいは――これは視点を変えただけで本質的に同じ問いですが――私たち人間や他のすべての生命体は、それを構成する極小の原子と比較して、なぜこれほど途方もなく大きいのか？念のため言っておくと、原子は本当に、本当に、本当に小さいのです。単一原子の大きさは、黄色光の波長の5000分の1から2000分の1の範囲にあります。
このことは重要です。なぜなら、この波長は、通常の顕微鏡で検出できる最小の粒子の大きさとほぼ同じだからです――少なくとも、シュレーディンガーがこの講義を行った1943年当時はそうでした。つまり、1943年時点の最先端の顕微鏡を使っても、見える最も小さなものには、依然として数千億もの原子が含まれていたのです！では、なぜ原子はこんなに小さいのでしょうか？あらゆる生物が適切に機能するためには、その構成要素が秩序正しく振る舞い、厳密な物理法則に従うことに依存しています。そして、ここがまさに問題を複雑にする点です。というのも、個々の原子はかなり無秩序に振る舞うからです。原子は絶えず振動し、エネルギーを生み出しています。実際、単一の原子、あるいは少数の原子の振る舞いは、認識可能ないかなる物理法則にも従いません。
原子が統計的法則に従って振る舞い始めるのは、それが十分に大きな数に達した時だけです。この例は数多くあります。磁気は良い例です。縦長の石英管に酸素ガスを満たし、磁場の中に入れると、ガスは磁化され、酸素分子はコンパスの針のように磁場と平行に配向します。しかし、ここで重要なのは、すべての酸素原子が向きを変えるわけではないということです。原子は、集団として平均的に、磁場の方向に配向するのです。
別の例として、細長い繊維で吊るされた軽い物体を考えてみましょう。物理学者は、電気や磁気といった弱い力を測定する実験でよくこれを用います。これらの力は物体の位置を変えるように働きます。物理学者がより軽い物体で実験するにつれて、それらの物体はより弱い電気的または磁気的な力に影響されることが明らかになります。最終的に、物体はその中立の静止位置、つまり平衡位置の周りで、絶え間ない不規則なダンスを演じます。この例は、人体内部のすべての原子が、ある時点でそれらに作用するすべての力に絶えず反応していたら、人体が機能を停止してしまうことを示しているため、特に役立ちます。生物が、原子の大きな集団を支配する統計的法則の恩恵を受けるためには、その体は原子と比較して大きくなければなりません。
原子の小さな集団が、生命体の発生に関する全指示を内包する
さて、これまでに学んだことをまとめましょう。あらゆる生命体と、それが経る生物学的に関連するすべてのプロセスは、膨大な量の原子で構成されていなければなりません。これは、不規則に振る舞う可能性のある単一原子が、生物全体の振る舞いに影響を与えるのを防ぐ安全策です。ここまでは順調です。しかし、ここで問題が生じます。それは、正確な統計的法則を示すにはあまりにも小さすぎる原子の小さな集団が、実際には、生命体内部で起こるすべてのことに計り知れない影響を及ぼしている、ということです！
これらの原子の小さな集団は、生物が発生の過程で獲得するすべての特徴を決定づけます。また、生物がどのように機能するかも決定します。生物学者は時に、生物を「四次元のパターン」と呼ぶことがあります。四次元目は時間を意味します。このパターンには、生物の個体発生、つまり受精卵細胞としての始まりから、繁殖を始める成熟状態に至るまでの全生涯を通じて発達させる構造と機能が含まれます。この個体発生は、まさに一つの細胞、すなわち受精卵の構造によって決定されます。実際には、その細胞のほんの一部、すなわち核によって決定されるのです。
細胞、つまり受精卵が「休止」している時、核は細胞全体に分散しています。しかし、細胞分裂の際、つまり細胞が二つに分かれて生物の成長を引き起こす時、状況は変わります。この段階では、核は染色体と呼ばれる棒状の粒子のセットで構成されます。これらの染色体の中には、遺伝子があり、これが生物が持つ特性、例えば青い目や茶色い目を決定します。一つの遺伝子は、最大でも数百万個の原子しか含みません――これは、統計的な物理法則に従って動作するにはあまりにも小さすぎる数です。しかし、これらの染色体は、卵がニワトリ、ハエ、トウモロコシ、あるいは人間に発生すべきかを決定するのに必要なすべてのコードを含んでいます。どのようにしてでしょうか？
そのコードスクリプトには、個体の将来の発生パターン全体、つまりどのようにして成熟状態へと発達していくかが書き込まれています。そして、完全な染色体の各セットが、その完全なコードを含んでいます。しかし、これでもまだ説明としては不十分です。染色体構造は、生物がどのように発生するかの指示を提供するだけではありません――それらは、その発生を実現するためにも働くのです。それらは設計図であると同時に建築家でもあるのです。
進化のプロセスは量子論の原理を反映している
さて、遺伝子にはあらゆる生命体の設計図だけでなく、それを構築するための指示も含まれていることを学びました。そして、個々の遺伝子は、それを構成する原子がいかなる統計的法則にも従うにはあまりにも小さすぎることも学びました。さらに、遺伝子が長期間にわたって驚くほど安定しているという事実もあります。これらのことを、どのように整合させればよいのでしょうか？
この問いに答えるために、まず進化に関するよくある誤解を解きましょう。有名な博物学者チャールズ・ダーウィンは、自然淘汰は小さく連続的で偶発的な変異を通じて起こるという有名な理論を立てました。彼は間違っていました。純系の大麦の収穫を考えてみてください。収穫物のすべての穂を測定し、その測定値をグラフにプロットすると、標準的なベル曲線が得られます。次に、その収穫物から、特に長い穂を持ついくつかの外れ値を選び、それらを空の畑に植えたとします。
もしあなたがダーウィンで、この新しい収穫物のセットを測定しているなら、ベル曲線が右にシフトしている、つまり、選択によってトウモロコシの穂の平均的な長さが増加したと期待するでしょう。しかし、そうはなりません。新しい統計曲線は最初のものと全く同じです。なぜなら、小さく連続的な変異は遺伝しないからです。代わりに、進化は突然変異と呼ばれる非連続的な変化を通じて起こります。これは、ダーウィンの滑らかで小さな変化というよりも、科学の別の分野である量子論における突然の飛躍に似ています。量子論の一つの法則は、非常に小さな系は特定の量のエネルギーしか持てないと述べています。そのような系がエネルギーレベルを上げるためには、次の可能なレベルへの「量子」飛躍をしなければならず、その間のいかなる中間エネルギー量も通過することはできません。
同様に、進化においても、種の「変化していない」形態と、少数の「変化した」子孫との間には、中間形態は存在しません。代わりに、変化は大きな飛躍によって起こります――そして、これらの飛躍は極めて稀です。これで、私たちの主な疑問に戻ります。遺伝子を構成する少数の原子が無秩序になりがちなのに、遺伝子はどのようにして長期間にわたって比較的変化しないままでいられるのでしょうか？量子論は潜在的な答えを提供します。原子は互いに結合して分子を形成することができます。これが起こると、原子は特定の配置で配列され、それが分子の安定性を決定します。
分子が異なる配置になるためには、異なる温度に置かれる必要があり、それでも保証はありません。実際、任意の分子がこれらの飛躍の一つを起こすのに数千年かかることは非常にあり得ることです。言い換えれば、分子は、進化が起こるのと同じ時間スケールでその配置を変える可能性があるのです。この意味で、遺伝子は、大きく頻繁でない飛躍を通じてのみ変化できる巨大な分子のようなものです。しかし、この説明は完全に満足のいくものではありません――仮説上の新しい分子を発明するだけで問題を解決しているからです！次のセクションですべてを統合しましょう。
生命は、小さなスケールでも大きなスケールでも秩序的である
ここで説明している分子は、まさに傑作と呼ぶにふさわしいものです。それは信じられないほど小さく、それでいて長期間にわたって高度に秩序立った状態を保ちます。古典的な物理法則は、それには全く当てはまらないようです！しかし、これは私たちを驚かせるべきではありません。
実際、生命についての議論になると、これは常に真実です。例えば、エントロピーを考えてみましょう。これは、孤立した無生物系が熱力学的平衡状態、基本的には無秩序と呼ばれる状態へと崩壊していく傾向のことです。通常、物質は急速にこの状態へと崩壊します。一方、生命は、それが食べる食物の中にある負のエントロピー、つまり秩序を繰り返し取り込みます。そうすることで、最大エントロピーの状態である死を回避し、秩序から秩序を絶えず生み出します。古典的な物理法則は、それは不可能だと言うでしょう。
物理学では、秩序が生み出される方法には二つの異なる方法があります。「統計的」方法と「動的」方法です。統計的方法は最初のセクションで説明しました。これは、原子が個々には無秩序に振る舞うが、大きな集団では秩序的で統計的に予測可能な方法で振る舞うというものです。これを通じて、無秩序から秩序が得られます。この統計的方法は主に自然界で見られます。しかし、生命の場合は話が異なります。
生命は動的原理によって支配されており、そこでは秩序から秩序が得られます。遺伝コードの一つの複製として存在する単一の原子集団が、驚くほど秩序立ったもの、すなわちエントロピーの原理に絶えず逆らい続ける生命体を生み出します。つまり、何らかの方法で生き続けているのです。ある意味で、生命は時計の動作にかなり似ています。時計の構成部品は動的法則に従って動作し、全体のメカニズムも同様です。これが可能なのは、時計が量子力学の力によってその形状に束縛された固体から構成されているからです。
そして、これらの力が時計がエントロピーの力から逃れることを可能にしています。同様に、生命体は特定の種類の固体、シュレーディンガーが非周期結晶と呼ぶものから構築されており、それによって同じようにエントロピーを回避しています。これらの結晶は、有機的機械の中の歯車のようなものです。しかし、これらの歯車は、通常の人間の発明品を超えたものです。代わりに、それらは、シュレーディンガーの締めくくりの言葉を借りれば、「神の量子力学の道筋に沿って達成された、最も素晴らしい傑作」なのです。さて、これで最初の講義シリーズは終わりです。
ここであなたが「ちょっと待って、この分子が何か知っている。それはDNAだ！」と考えているなら、シュレーディンガーがこれらの講義を行った当時、DNAの構造と役割はまだ完全には解明されていなかったことを指摘しておく価値があります。しかし、シュレーディンガーのアイデアは、その発見において重要な役割を果たしました。ジェームズ・ワトソンと共にDNAのらせん構造を解明した功績でノーベル賞を受賞したフランシス・クリックは、これらの講義のアイデアに影響を受けました。
意識は、能動的な学習プロセスと関連している
さて、第二の講義シリーズに目を向けましょう。ここでシュレーディンガーは、より哲学的な問いを探求することから始めます。意識とは、一体何なのか？おそらく、「森の中で木が倒れ、誰もその音を聞く人がいなければ、それは音を立てるのか？」という古典的な難問を聞いたことがあるでしょう。しかし、この比喩をもっと推し進めることができるでしょうか？言い換えれば、世界全体にも同じことが言える可能性はあるのでしょうか――世界は、人間の意識がそれを感覚、知覚、記憶の中に顕在化させるために存在する、ということです。
その問いに答えるためには、まずシュレーディンガーの視点から、意識とは正確には何かを定義しなければなりません。意識は、優雅で精巧なメカニズムです。実際、それはすべての生存メカニズムの中で最も独創的なものです。なぜなら？それは、行動を変えることによって、多種多様な状況に対応することを可能にするからです。しかし、シュレーディンガーは、脳内のすべてのプロセスが意識を伴うわけではないと主張します。
意識的な経験に似ているものの、生物学的に重要で、環境に対する心身の反応を含むものもあります。例えば、まばたき、呼吸、あるいは通い慣れた道を使って朝仕事に行く、といったことです。これらの反射的プロセスは脳によって開始されますが、意識的ではありません。あなたの認識は、それらに関連する感覚、知覚、さらには潜在的な行動から本質的に分離されています。このことから、行動は、何かがあなたにその行動を変えることを強制した時にのみ、意識的になると言えます。普段、まったく別のことを考えながら、ほとんど眠っているような状態で通勤できるかもしれません。しかし、例えば道路を塞ぐ工事があって別の道を通らなければならなくなった場合、あなたの行動は突然、意識的になります。
ある意味では、意識は教師のようなものです。それは、あなたがその助けなしに物事を行えるようになるまで教育します。この定義から、意識は、すべての生命が自己を認識することを可能にするものであると最終的に結論づけることができます――しかしそれは、生命が発展し続け、新しい形態を創造し続ける限りにおいてのみです。幼児は、その感覚が環境の中で徐々に相互作用し、適応し、実践し始めるにつれてのみ、意識を持つようになります。
そして、森で倒れる木と同じように、世界は、人間の意識がそこから学び、相互作用し続ける限りにおいてのみ、自己を認識することができるのです。しかし、この意識についての議論がなぜ重要なのでしょうか？それは人類全体にとって、どのような意味を持つのでしょうか？
人類は意識によって進化し続ける
一見すると、意識的な存在になることで、私たち人間は古典的なダーウィンの適者生存から事実上逃れたように思えるかもしれません。結局のところ、ほとんどの人は同胞が苦しみ、死ぬのを見るのを好みません。そのため、社会は、人々が他者を死なせることを単に許さない倫理規定や法律を発展させてきました――代わりに、身体的あるいは精神的状態がどうであれ、彼らが生き延びるのを助けます。ダーウィンの理論は、獲得された形質の遺伝も許容しません。
例えば、ある人がピアノの弾き方を学び、そのスキルを純粋に遺伝によって娘に受け継がせることはできません。これらの事実を合わせると、次のような疑問が生じます。進化の圧力がない場合、人類は生物学的にこれ以上進歩しない運命にあるのだろうか？答えはノーです。ダーウィン理論によれば、進化に至る各突然変異は、個体の生涯における行動とは無関係な、単一の偶然の一歩です。しかし、それには但し書きがあります。特定の突然変異は、その突然変異に役立ち続ける更なる行動、つまり実質的に進化を促進する行動を引き起こすのです。これを説明するために、高く飛ぶ能力によって、敵が子供を食べてしまうような場所から離れた、樹上の高い場所に巣を作ることができる鳥の種を考えてみましょう。
これにより、これらの鳥は有利になり、さらに、彼らの営巣行動は子孫の中でも最も優れた飛行者を選別します――高く飛べる若い鳥だけが巣に戻ってくることができるのです。このようにして、飛ぶ能力は環境に関連した行動の変化を生み出し、能力の蓄積につながります。これは人類の進化の問題に関連しています。なぜなら、行動が進化的選択のメカニズムを方向付ける方法を持っていることを示しているからです。生物が適応を適切に利用するとき、つまり高く飛べる鳥がその能力を利用するとき、彼らは選択のプロセスを助けます。最終的な結論はこれです。人類にとって、進化は、自然法則によって決定された運命に身を任せるのではなく、人々が積極的にそれに向かって取り組むことに依存しています。実際、私たちの生物学的未来は、私たちが自らの行動を規制することによって決定できるものなのです。
しかし、人類の行く手には障害があります。シュレーディンガーの時代、工場は流れ作業での退屈で単調な作業を奨励していました。もしこれが続けば、選択は、そのような環境でより容易に繁栄できる、知能の低い人々を有利にするだろうと彼は信じていました。彼の提案した解決策は？それは、知的でなく退屈で機械的な仕事において、人間を機械で置き換えることでした。
世界についての科学的理解と感覚的理解の間には断絶がある
この最後のセクションでは、意識に関するもう一つの深遠な謎、すなわち感覚的性質の問題に目を向けましょう。シュレーディンガーは問います。黄色を黄色たらしめているのは何なのか？物理学者に黄色い光をどのように捉えているか尋ねると、おそらく彼女は難解な言葉をたくさん並べ立てるでしょう。黄色い光は、波長約590ミリミクロンの横方向の電磁波から成ります。しかし、物理学者が光波の客観的性質を詳細に記述できる一方で、色自体の感覚や経験は彼女の記述からは完全に欠落しています。
同様に、生理学者は、人が黄色を見るときに脳と目のどの神経線維が活性化されるかを客観的に説明できますが――色の特定の感覚については決して言及しません。同時に、もちろん、あなたの黄色という色の印象は、光の客観的特性を教えてはくれません。したがって、感覚は科学的記述に含まれることはなく、含むこともできません。代わりに、それは経験している人の心と脳の中にのみ存在します。考えると困惑しますが、すべてのものは、それを観察する、意識的に熟考し、知覚し、感じる主体との関連においてのみ意味を持ちます。しかし、科学は依然として、心と、それが私たちの個別の世界像を生み出す役割を理解するための枠組みを詳述していません。
実際、科学は意味についての議論を完全に避けます――そして、世界を注意深く観察し記録すればするほど、すべてがより無意味に見えてきます。科学は、私たちの心は、私たちが絶えず観察しているまさにその世界像によって作り出されたものであり、太陽が冷却し地球が人間の生命を支えなくなった時に消滅するだろうと告げます。これは意識に関する本当に困惑させられることです。それは舞台なのです――実際、唯一の舞台――その上で世界のすべての出来事が起こります。それは全世界を含み、それがなければ何もありません。同時に、意識は、その所有者を生かしておくために進化した単なる適応に過ぎません――その所有者は、その同じ世界像の中で成長し生きています。
これらの事実をどのように調和させることができるでしょうか？答えは非常にシンプルです――しかし、それは主に西洋思想ではなく、東洋思想に見られます。それは、私たちの心は世界と同一である、言い換えれば、心と世界は一つである、ということです。もちろん、そこにはパラドックスがあります。なぜなら、多くの意識、つまり意識的な自我を持つ個人があり、すべてが世界像を生み出しているように見えるからです。
その解決策は、意識はただ一つのものであり、その一つのものの一連の異なる側面から成り立っていると受け入れることです。したがって、意識が存在しなくなるとき、つまり、あなたが自分だと考えているものが存在しなくなるとき、そこには実際の死は全く関与していません。生命の謎は、生命体は秩序正しく振る舞わなければならず、それゆえ個々の原子の活動に影響されてはならない一方で、遺伝コードを含む個々の原子の集団が、その生命体のすべての特徴を決定している、ということです。
最終的なまとめ
シュレーディンガーは、量子力学におけるように、生命物質は、安定した配列で存在し、突然変異と呼ばれる稀な出来事においてのみ形態を変える分子から構成されているに違いないと理論化しました。 生命の本当に驚くべき点は、それが秩序から秩序を生み出し、絶えずエントロピーの法則から逃れていることです。
