1万個の人工生態系をつくり非平衡で非線形な生態系の理解に挑む！

人工生態系プロジェクトにご支援いただきました皆様

ご支援いただき誠にありがとうございます、細田一史です。
この度は、２報の学術論文が掲載されましたので、ご報告差し上げます。
いずれの論文も、謝辞の中に皆様からの有難いご支援を記載しております。

また、まだ論文にすべき結果はたまっておりまして、むしろ次（またはその次）の論文のほうが一般的な評価は高いかもしれません。引き続き、ご関心をお持ちいただけましたら幸いに思います。

この人工生態系プロジェクトには継続が困難な危機がありましたが、皆様からのご支援によりその危機を乗り越えることができ、現在も発展中でございます。
改めまして、心より、御礼申し上げます。

また続報が出ましたらご連絡させていただきたいと思います。
引き続き、どうぞよろしくお願いいたします。

細田一史
※ 引き続きSlackにて、どのような質問も大歓迎です。
※ 各論文に関して、危機に関して、現状に関して、などの主観的な追加説明は下記です。もしご興味ございましたらご一読いただけましたら嬉しく思います。

＃＃＃　記　＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃

以下、詳細を、ちょっとマニアックな雑談のような話を含めながら、記したいと思います。

【① 一つ目の論文について】

要するに、『人工生態系をつくりました』というものです。

Kazufumi Hosoda, Shigeto Seno, Naomi Murakami, Hideo Matsuda, Yutaka Osada, Rikuto Kamiura and Michio Kondoh (2023). "Synthetic model ecosystem of 12 cryopreservable microbial species allowing for a noninvasive approach." Biosystems: 105087.
ウェブページ： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303264723002629

そもそも生物や生態系といった生命システムは、非常に多くの要素が関係しあって絶え間なく変化しているシステムです。これは現在の科学では理解の方法が確立しておらず、複雑系として位置づけられています。理解するためには理論が必要ですが、わかっていないことがまだまだ多すぎるため、現象の観察が必須です。しかし、天然のシステムの観察だけでは、再現性をその基礎とする科学的アプローチを進めることは困難です。よって、便利で再現のよいモデル実験系が必要となります。

生物の場合には、たとえば大腸菌やマウスなど、様々なモデル生物がおり、世界中で再現よく実験がされています。特に大腸菌は、モデル生物の中でも最も単純かつ簡便に扱うことのできる生物の一つです。大腸菌の実験により、私達人間を含め、生物に対する多くの知見が得られています。逆に言えば、モデル生物としての大腸菌のような存在がなければ、いまの生物の理解は酷く遅れていたと考えられます。

一方で、生物と比較すると、生態系の場合には少し困難があります。これまでにもたくさんの実験生態系が研究されてきましたが、大腸菌のように、簡便で、再現のよいモデル生態系は有りませんでした。より正確には、そのようなモデル生態系もあるのですが、それは２種や３種の生物種しか含まれないような多様性の小さいものであり、生態系の特徴たる複雑さや食物網のようなものを持っていませんでした。逆に、複雑性を持つような実験生態系は、再現できないようなものしかありませんでした。なお、ここでの「再現」とは、「結果が再現できる：reproducible」という意味ではなく、「実験自体を再現・反復・複製できる：replicable」という意味です。例えば、生物は凍結や乾燥による保存をしなければ時々刻々と変化してしまいます。そのような保存ができない場合には、実験自体を同じ状態で再現することができません。

そんな中、この論文では、モデル生態系として相応しいであろう新しい人工生態系を提案しました。この人工生態系は、ある程度の多様性を持ち、大腸菌の実験のように簡便で、再現性のよいモデル生態系としての特徴を持つものです。実際に、生態系の挙動の確率性（例えば同じ初期状態からでも違う状態になること）や、高次相互作用（例えば２種間の相互作用の組み合わせだけでは説明できないような現象）など、生態系として重要な特徴が観察ました。そして何よりも今後、生態系の基礎的な理解に対して有用になると考えています。例えば大腸菌がモデル生物になった時のような、飛躍的な研究推進のキッカケになると期待されます。

なお、この論文が掲載されたのはBiosystemsという雑誌です。これは、いわゆるハイレベルな雑誌ではありません。ですので、良い論文からそうでないものまで、ピンキリの論文が掲載されています。しかしながら、この雑誌は1967年に、生命システムの理解に数学や物理の理論などを導入するという趣旨でCurrents in Modern Biologyという名前で始まりました。その後、Biosystemsと名前が変わり、理論生物学とコンピュータサイエンスの分野融合により歴史的インパクトを与えたMichael Conrad博士、生物の進化において単体を超えて共生の重要性を提唱した Lynn Margulis博士、内部観測の概念を提唱したKoichiro Matsuno博士など、強烈な個性を持つ研究者が編集長を務めてきました。このように、面白い雑誌であり、私は好きです。

実はこの論文は、３年前に別の雑誌に投稿しており、珍しい理由で拒否されています。興味深いと思いますので、それも紹介します。最初の拒否は、「プレプリントが既にWebに存在している」という理由でした。プレプリントとは査読がない状態の論文であり、一般的には雑誌に投稿するタイミングでWebに公開することが多いです。これは主に、科学は人類初であることが必須であるにもかかわらず、査読に時間がかかってしまうという問題を解決するためのもので、例えばこの拒否された雑誌の出版社Eにおいても推奨されています。それにもかかわらず、プレプリントを理由に拒否されたので非常に驚きましたが、抗議して査読に進めていただきました。査読者の評価は非常に高く、採択が推薦されましたが、またしても編集者に拒否されました。その理由として、「論文中に"We"という単語を使ってはいけない」、「"Complex"とは"Random"と同じ意味であるため、Randomではない生物がComplexであるというのはおかしい」、「"Model organism"など存在しない」などなど、大変興味深いものの羅列でした（※何十年も前には確かに"We"は非推奨でしたが、現在ではむしろ推奨されています）。おそらくプレプリントが気に入らなかったのだろうと想像していますが、これほど主観的に拒否されたことはなく、驚きました。しかし、これも科学の世界の現実です。皆様にとって興味深い話かもしれないと思い、紹介いたしました。

なお、その後、遅れましたのは、大幅に内容を追加したことと、私の職が点々として、その時その時にしなければならないことに追われてしまったことが原因です。大変申し訳ございませんでした。

【② 二つ目の論文について】

要するに、『生態系の情報』についての議論と関連する人工生態系の実験結果です。

Kazufumi Hosoda, Shigeto Seno, Rikuto Kamiura, Naomi Murakami and Michio Kondoh (2023). "Biodiversity and Constrained Information Dynamics in Ecosystems: A Framework for Living Systems." Entropy 25(12): 1624. (Feature Paper)
ウェブページ： https://www.mdpi.com/1099-4300/25/12/1624

これは少しややこしいのですが、「情報」という概念は、生命システムにとって非常に重要です。情報の誕生を、生命の誕生と同一視するような考え方もあるほどであり、生命とは何か？という問いに直結します。現在の科学において情報を扱う枠組みとしては、1948年ごろに提案されたシャノンの情報理論があります。この枠組みによれば（およびその後の発展により）、1865年ごろに熱力学において提案されたエントロピー（乱雑さや変化の方向と関連する重要な状態量）は平均情報量の一例であると解釈できるなど、情報は自然の理を探求するうえで非常に重要な観点です。

生命システムにおける情報に関しては、主に非平衡統計力学などにおける理論研究や、生体分子レベルのミクロな世界の実験研究において進められています。ホットトピックであるといっても良いと思います。一方で、生態系のようなマクロなレベルでの研究は、基本的には理論研究に限られていますし、その理論研究自体も盛んであるとは言い難い状況です。

そんな中、この論文では、生態系の情報に焦点を当て、より広く生命システムの情報という枠組みの中で議論し、上記の人工生態系を用いた実験的なアプローチを提案しました。まだまだ確固たるものではないのですが、例えば、生態系の情報媒体と機能体は何なのかということや、生態系がエネルギー消費を通して情報を獲得する結果としてどのような性質や拘束を持つのか、ということを、具体的な実験結果を通して議論しました。中には、様々ある生態系の多様性指標のうち、どのような指標がどのような安定性と関連しているのか、などの議論も含まれます。これらは生命の本質の理解に関わるだけでなく、生態系の保全にも直接的に関わるものです。

なお、この論文が掲載されたのはEntropyという雑誌です。ここに投稿したきっかけは、非常にお世話になった先生から、特集をくむので投稿してほしいと推薦されたからです。実は最初、少し迷いました。Entropyという雑誌はMDPIという出版社が出しており、この出版社に悪い噂があったからです。そのため自分なりに色々と調査しましたところ、むしろ批判している側にもかなりの問題が含まれていると感じました。それでも両者の気持ちはわかりましたので、いずれにしても一方の肩を持つような状況ではないと判断しました。また、よく調べてみると、他の著名な出版社SやEも、雑誌によっては同様の問題を抱えており、一般的には出版社ではなく雑誌単位で判断されているようです（その意味でも、出版社全体を否定することは一般的ではないようです）。よってEntropyという雑誌に焦点を当てると、面白い論文がたくさんありました。この雑誌は、MDPIが問題視されるような戦略をとる以前の、1999年からある比較的古い雑誌であり、専門家の中では評価の高い雑誌とのことでした。実際に投稿してみた感覚としても、査読はとても勉強になるほど非常に専門的であり、充分に厳しく批判的（良い意味で）で、編集者・システム・担当者などの対応も、むしろ他の雑誌よりも非常にしっかりした印象でした。これも、いわゆるハイレベルな雑誌というわけではないのですが、Feature Paperとして取り上げていただいてよかったと思っています。

【③ ご支援により乗り越えられた危機について】

ご支援いただいた2019年度は、ちょうど研究費助成（科研費という国からの助成事業）が修了する時でした。結果としては、2020年度からも科研費を採択していただきましたので、研究費は尽きることなく継続しています。よって、一見すると問題が無いように見えるかもしれません。しかし、ここには大きな問題がありました。2020年度からの科研費の採択は、2020年度になってから通知される、ということです。つまり、2020年度にこの研究に関わる方々の雇用を決める2019年度終盤には、科研費が採択されているかどうかがわからないということです。これはすなわち継続雇用契約を行うことができないということを意味します。

労働者側の視点を考えれば、『科研費が採択されてから再度雇用すればよい』、などという問題ではないことはご理解いただけると思います。2019年度終盤に確定できる、2020年度の枠を探すしかありません。しかも、そもそも2020年度の予算で雇用するためには、数か月の手続きも必要です。また、非常に高度な業務内容ですので、それを可能とするサポートスタッフを新たに探すことが非常に困難であることも、ご理解いただけるかと思います。以上から、2020年度にも継続してサポートいただくには、その前年度には確定していなければならないのです。

この研究は、基本的には半年程度、長い時は何年もの継続的な培養が必要となります。よって、当時も今も、非常に優秀なサポートスタッフに支えられています。特に当時は、私が、大阪大学の大きな大学院教育プログラムに教務委員長として従事していたため、サポートスタッフのお力に強く依存していた状況がありました。つまり継続雇用できなければ、このプロジェクトは継続できませんでした。

そんな中、クラウドファンディングにてご支援いただけることが決定しました。これにより、科研費が採択されるか否かによらず、サポートスタッフの雇用を確約することができました。さらに、科研費が採択されましたので、研究を発展させることができました。実は、その次の年には、継続契約年限の問題で、私が大阪大学を出なければならないことがわかっていました。よって、もしサポートスタッフの継続雇用ができず、そのうえで科研費が採択されたような別の世界があったならば、正直言って私はパンクしていたでしょうし、研究も回らず、研究費が無駄になっていた可能性が高いです。いま考えると恐ろしいです。または、自身の健康を優先して、科研費を返還して研究プロジェクトを閉じる、ということになっていたかもしれませんが、それは残念過ぎます（ので、きっとこの選択はしなかったと思います）。いずれにしても、人工生態系の研究は継続できなかったと思います。

以上のように、皆様のご支援がなければ、この危機は乗り越えられませんでした。ご支援いただき、心より感謝申し上げます。誠に、ありがとうございました。

※なお、X年度の科研費の採択が、X年度になってから通知される、ということは長年の問題でしたが、2022年度から採択通知が少し早くなり（2月末ごろ）、少し改善されています。もちろん2月末にわかっても次の雇用枠を探すには遅いので、もっと早くなればさらに嬉しいですが、このような現状の改善だけでも非常にありがたいことです。また、改善していくという事実も、将来に期待が持てます。

【④ 現在の状況について】

現在、人工生態系の実験システムは、理化学研究所 生命機能科学研究センター 多階層生命動態研究チームにあります。このチームリーダーである古澤力博士（東大教授を兼任）は、私とは2021年まで一度も同じ研究室にはいませんでしたが、20年ほど前から身近でお世話になっている従兄のような存在です。生物と物理、理論と実験、といった横断的な領域で世界を牽引する尊敬する研究者です。また、現在この人工生態系プロジェクトの中心となる研究者は、私が大阪大学で教務委員長を務めていた当時、そのプログラムの大学院生であった上浦六十博士です。やはり実験も理論もこなすことができる、優秀な若手研究者です。もちろん私も共同研究者として人工生態系プロジェクトに参画しています。どうか今後とも引き続き、ご関心をお持ちいただけましたら嬉しく思います。

なお私は、2021年04月に大阪大学から上記の古澤チームに研究員として異動し、同年の9月にNICT CiNet（脳情報通信融合研究センターという国立の研究所）に異動して、現在に至ります。主に脳とAIの研究をしておりますが、これまでの研究と異なるわけではなく、むしろこれまでの研究を包括しているような状況です（実際に上記の二つの論文にも脳やAIの研究が出てきます）。といいますのも、単に『脳とAI』というと、世界に数多の研究がありますが、より生命システムとしての特徴に焦点を当て、今のAIにはないような機能や特徴を、生命とは何か、人間とは何か、という観点で探求すると同時に、その応用研究も行っています。

＃＃＃　記：以上　＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃

人工生態系プロジェクトにご支援いただきました皆様

皆様のご支援に日々心より感謝いたしております、大阪大学の細田一史です。
皆様コロナの影響で大変なことになっていると想像いたしますが、どうか最大限にご自愛くださいませ。皆様がご無事であること、そして世界の被害ができる限り小さくなることをお祈りいたします。

この度は、リターンの遅延についてお詫び申し上げたく連絡いたしました。
まず、遅延がでるリターンがありますこと、大変申し訳ございません。

1. 研究報告レポート（PDF版）
学会発表の報告などをまとめる予定でしたが、学会中止に伴い、研究報告のみとさせていただきたく思います。ここで、学術論文と並行して作成していたのですが、あまり細かい結果をお見せしても面白くないと感じ、もう少しきりのよいところで、噛み砕いてまとめようと思いました。大変申し訳ございませんが、4月中にお送りしたいと思いますのでどうぞお許しいただけましたら幸いです。なお、今後の学会発表および国際学術雑誌への投稿に関しては、別の形でご報告させていただきたいと思います。

2. オリジナルクリアファイル
先日、配送されたと伺っております。まだ届いておられない方は、どうぞご連絡くださいませ。
なおこのデザイン、わかりにくくて申し訳ございませんが、左側に90個の生態系がタイル状に並んでおります。この生態系の一辺は約3mmです。色は中の生物の蛍光によるもので（実際のデータです）、緑は光合成する生物（本当は蛍光は赤色なのですが、目では緑色にみえますので緑に変換して表示しています）、赤は赤色蛍光タンパク遺伝子を組み込んだ大腸菌です。このサイズでも、塊になったり、固まって糸状になったりしている生物が見えています。右上は、この90個のうちの1個を６倍ほど拡大したものです。右下は、さらにその中心を拡大したものです（写真中の50マイクロmは0.05mmのことです）。
右下では、大腸菌（最も小さい生物である細菌=バクテリア）も見えます（赤い線）。その他、無色のラグビーボール状のテトラヒメナも見えます。この方は周囲にたくさんの毛が生えていて、それを動かして泳いでいるので、泳いだ後が空いていると思います（及びながらバクテリアを食べていっています）。また、青い丸はパン酵母です（パンだけでなくお酒もこの方です）。緑では、丸いクロレラや、カシューナッツ状のムレミカヅキモも見えます。その他、全部で12種類の微生物が入っています。
このクリアファイルが価値のあるものになるよう、頑張ります！

3～9（下記）
これらは、前回の連絡から変更ございません。しかし、次に開催される学会がいつになるのか、以前よりさらに全くわからない状況になって参りました。大変申し訳ございませんが、また見通しがつきましたらご連絡差し上げますので、どうぞよろしくお願い申し上げます。
3. オンラインコミュニティ（Slack）にご招待
4. 学会発表資料の謝辞にお名前掲載
5. HPにお名前掲載
6. サイエンスカフェ＆研究室見学ツアー
7. ビデオ会議でのフリーディスカッション（60分）
8. 論文謝辞にお名前掲載
9. 出張講演、または実験リクエスト

この度のご連絡は以上となります。
色々と遅れている点があり、大変申し訳ございません。
また、改めまして、誠にありがとうございます。

今後とも、どうぞ宜しくお願い申し上げます。
（なにか質問やコメントなどございましたらSlackやメールなどにてお知らせくださいませ。）

細田一史

ご支援いただきました皆様

「人工生態系」の研究プロジェクトにご支援くださり誠にありがとうございます！
皆さまのご支援のおかげで、研究をすすめることができております。
改めまして、心より御礼申し上げます。

この度は、ご支援に対するリターンにつきまして、予定しておりました生態学会での発表が新型コロナウィルスの影響により無くなり、これに伴い変更になる部分が出てきましたので、改めて以下にご説明したく思います。

1. 研究報告レポート（PDF版）
学会発表の報告などをまとめてPDF形式でメールにてお送りする予定でしたが、研究報告のみとさせていただきます。予定通り、今月（2020年3月）頃を考えております。また、今後の学会発表および国際学術雑誌への投稿に関しては、別の形でご報告させていただきたいと思います。

2. オリジナルクリアファイル
本件は変わりなく、生態系の画像をデザインしたオリジナルクリアファイルを作成いたしました。予定通り、今月（2020年3月）頃のお届けになると思います。

3. オンラインコミュニティ（Slack）にご招待
本件は予定通り（2020年2月頃）に開始いたしております。お忙しい皆様にご迷惑をおかけして恐縮なところではございますが、既に皆様から、私の今後の行動に確実に影響する様々なことを教えていただいております。誠にありがとうございます。

4. 学会発表資料の謝辞にお名前掲載
当初は2020年3月の日本生態学会での発表資料の謝辞にお名前を掲載させていただく予定でしたが、別の学会発表にしたいと思います。なお関連の研究発表の場合は複数の学会になると思います。ただし、大変申し訳ございませんが、学会シーズンは秋以降であり、少し遅くなります事、ご了承いただけましたら幸いに思います。またご連絡差し上げます。

5. HPにお名前掲載
予定通り（2020年2月）にHPに謝辞を掲載いたしております（以下のリンク）。下の方になってしまい大変申し訳ございませんが、「研究助成謝辞」の部分に記載いたしました。また、今後、国際学術誌などに論文が掲載された際には、関連する項目の部分にこの謝辞との関係性を記述いたします。
https://hosoda.nyanta.jp/index_J.html

6. サイエンスカフェ＆研究室見学ツアー
当初は今月（2020年3月）頃を予定しておりましたが、新型コロナウィルスの影響がまだ読めない状況でございます。よって大変申し訳ございませんが、新型コロナウィルスの件の見通しが立った後に、改めて日程を設け、事前にアカデミスト社を通してご連絡差し上げたいと思います。現時点で見通しもお伝えすることができず大変申し訳ございませんが、どうぞよろしくお願いいたします。

7. ビデオ会議でのフリーディスカッション（60分）
本件はご希望される方がいらっしゃらなかったと聞いております。温かい無償のご支援に、心より感謝申し上げます。

8. 論文謝辞にお名前掲載
予定通り、ご支援いただいた研究成果となる国際学術誌の論文掲載時に、謝辞としてお名前を掲載いたします。現在、数報を予定しております。2020年内を考えておりますが、改定などにも時間がかかりますので、時期に関しては未定となりますこと、ご了承いただけましたら幸いに思います。

9. 出張講演、または実験リクエスト
本件も、ご希望される方がいらっしゃらなかったと聞いております。温かい無償のご支援に、心より感謝申し上げます。

リターンに関するご連絡は以上となります。
最後に改めまして、深く感謝申し上げます。誠に、ありがとうございます。
また今後とも、どうぞ宜しくお願い申し上げます。

ご支援いただいております皆様

このたび「人工生態系」の研究プロジェクトにご支援くださり誠にありがとうございます！
いよいよラストスパートになり、最終は12月12日 19時00分でございます。

みなさまお忙しい中にこのようなことをお願いするのは大変恐縮ですが、もしよろしければ引き続き、周りの方々にクラウドファンディングのことをお伝えいただけますと嬉しく思います。

研究クラウドファンディング自体が、科学技術の進歩だけでなく、科学技術と社会との垣根を下げる効果があると考えています。また達成後は議論の場を設けておりますので、例えば中高生の教育にも非常によいと考えています。

そして本研究に深くかかわる生態系の問題は、人類にとって本当に重要だと信じています。またこの研究は、生命システムの本質を問うための新しいプラットフォームとして、直接的にも間接的にも人類の英知拡大に貢献すると信じています。さらに、まだ複雑すぎて確立できていない、混合微生物による健康分野や物質生産への応用にも発展すると信じています。このあたりは、今後に結果を出すことで、きっちり具体的にお伝えしていきたいと考えています。

とにもかくにも、このような研究プロジェクトにご支援いただき、誠にありがとうございます。私は今回のクラウドファンディングを通して、まず私の言語能力では表現できていない感謝があり、そして同時に、そのありえなさ（有難さ）に様々な心境がありました。現在83名の皆様から、大切なお金を使ってこのようなご支援をいただいており、このありがたい状況に、それに返せるだけの活動ができるのか、色々と時間を使って悶々と考えてしまったというのが正直なところです。もちろん事前からわかりきっていたことですし、覚悟もあると思ってはいたのですが、足りなかったのが現実だと言えると思います。

しかし今は、（当然のことなのですが）できるかできないかを考える時間があるなら、できる限り最高の活動ができるための時間を使おうと、さらに強く心を固めることができました。また既に、例えばこれまで考えたことのないことを考えたり、academistページのコメントやSNSを通して出会ったことのない方々と触れ合う機会があったり、既に存じ上げている方々からのご支援から温かさとさらなる激励を感じたりと、私自身も変わる貴重な体験が密に有り、こういった機会を与えてくださったことにも感謝いたしております。

新しいことをする度に、こんな感じで２歩下がるようなことをしてしまう情けなさではございますが、やるからには本気、やるからには面白く、ということを今までの人生で欠かしたことはございません（失敗だらけですが・・・）。もちろん今回も最後まで頑張って必ず目標金額を達成し、そしてもっと重要な次のステップにて、皆様および社会、人類に少しでも大きなお返しができるよう、全力を尽くします。

最後に、この「進捗報告」が支援達成前に使えることを認識しておらず報告不足になっておりましたこと、大変申し訳ございませんでした。今後、達成後はもちろんきちんと使って参ります。そして、常にサポートいただいておりますadademistスタッフの皆様にも、深く感謝いたしております。

以上、長くなり失礼いたしましたが、どうぞ引き続き、よろしくお願い申し上げます。

細田一史