Reconciling the No Decoupling Approach and the Inbetweenness Approach to Constitutive Relevance Relation

生物科学において、何かがどのように機能するかを説明する最も強力な方法は、その背後にある「機械」を描写することである。科学者は単に鳥が飛ぶと言うだけではない。彼らは、飛行を実現させるために鼓動する心臓、収縮する筋肉、そして発火する神経を描写することで、飛行を説明する。これは「メカニズム的説明（mechanistic explanation）」として知られている。しかし、この説明が真実であるためには、言及されたすべての部分が実際にその機械に属していなければならない。もし研究者が、木の上の無関係な葉を指して、それが鳥の飛行メカニズムの一部であると主張したならば、その説明は失敗となる。科学哲学者は、何をもってある部分が全体に対して「関連性がある」と言えるのかを正確に定義することに、長年苦心してきた。彼らはこう問う。特定の構成要素がパズルの不可欠なピースであること、あるいは単にその近くにたまたま存在しているだけであることを、どのようにして確実に判断できるのだろうか。

長年、二つの異なる学派が、これらのパーツを見つけ出す最善の方法をめぐって議論を戦わせてきた。一方のグループは、現象を単一の、分割不可能な出来事として捉え、ある部分を変化させることが全体を変化させるかどうかを見るべきだと考えている。もう一方のグループは、現象を、トリガー（引き金）から始まり結果に至る一連の出来事の連鎖として捉え、その連鎖の途中に位置するパーツを探すべきだと主張している。これら二つの見解は、互いにライバル関係にあるものとして扱われ、科学者や哲学者はどちらが正しい答えを持っているのかを議論してきた。しかし、新たな分析によれば、この論争は誤解に基づいているという。これら二つのアプローチは真実をめぐって争っているのではなく、単に発見の過程における異なる局面のために設計された、異なる道具なのである。

エディンバラ大学のイチウ・ファン（Yichu Fan）によるこの論文は、これら二つの手法が実際には互換性があり、補完的なものであると提案している。著者は、意見の相違は、科学者が研究対象の現象をどのように記述するかという点に起因すると論じている。時には、科学者はショウジョウバエの日周期的な睡眠・覚醒サイクルのような複雑な生物学的リズムを観察し、そのサイクル全体を一つの大きな、単一の出来事として扱う。この視点では、現象は単一の変数によって表される。研究者がこの「単一変数」のモデルを用いるとき、最も適した手法は「デカップリング（切り離し）不能（no decoupling）」アプローチである。この手法は、特定のパーツが全体とどれほど密接に結びついており、そのパーツを変えることで全体を変えられないほど強固なものかどうかを検証する。もしその結びつきが断ち切れないものであるならば、そのパーツはメカニズムの真正な構成要素であると言える。

また、同じ科学者が、そのサイクル内の一段階、例えばあるタンパク質がいかにして別のタンパク質の働きを停止させるかといったプロセスへとズームインする場合もある。ここでは、現象はもはや単一のブロックとしては見なされず、明確な始まりと明確な終わりを持つプロセスとして見なされる。研究者は、入力、一連の出来事、そして出力を捉えることになる。現象がこのように「ノード（節点）の連鎖」として捉えられるとき、「中間性（inbetweenness）」アプローチが最も有用なツールとなる。この手法は、始まりと終わりの間に因果的に位置するパーツを探すものである。もしある構成要素が、入力と出力をつなぐ架け橋であることが判明すれば、それはメカニズムの関連する部分であることが確認される。

ファンは、これら二つのアプローチが矛盾するものではなく、単に同じ現実を異なる方法で眺めているだけであることを示している。もし研究者が、現象を単一のイベントとして見ることから連鎖として見る方へと切り替えたとしても、それは生物学的な事実を変えているのではなく、単に検討するためのレンズを変えているに過ぎない。論文は、これら両方の手法を同じ生物学的システムに対して正しく適用した場合、それらは常に同じ構成要素を指し示すことを示している。たとえ到達するための論理が異なっていても、それらは何が不可欠であるかについて一致するのである。

これを証明するために、著者は、ショウジョウバエの概日時計（サーカディアン・クロック）の背後にあるメカニズムがどのように発見されたかという、現実世界の歴史へと目を向ける。この時計は、ハエがいつ活動し、いつ休息するかを教える内部タイマーであり、およそ24時間ごとに繰り返されるリズムである。この時計の仕組みの発見は、一度にすべてが行われたわけではない。それは二つの明確な段階を経て行われ、それぞれが異なる概念的ツールを必要とした。

第一段階は「局在化（localizing）」の段階であった。研究の初期段階において、科学者たちはショウジョウバエが内部時計を持っていることは知っていたが、それがどこにあり、何でできているのかは分かっていなかった。彼らは、ハエの日常的なリズム全体を、一つの謎めいた現象として扱っていた。リズムは連続的で自己持続的なループであるため、リズムの明確な「始まり」や「終わり」を容易に特定することができなかった。このような文脈では、「デカップリング不能」アプローチが完璧なガイドとなった。研究者たちは、腺や遺伝子といった特定のパーツを操作し、日常的なリズムが停止するか、あるいは変化するかどうかを確認した。もしリズムに変化がなければ、そのパーツは不可欠なものではない。もしリズムが壊れるのであれば、そのパーツは核心的な構成要素である候補となった。この手法は、リズムが存在するために不可欠な特定のDNAである「period」遺伝子を見つけ出すまで、探索範囲を絞り込むのに役立った。この段階では、現象があまりに広範であったため、連鎖として見るのではなく、単一変数のアプローチが唯一の道であった。

「period」遺伝子が見つかった後、研究は第二段階である「充実（enriching）」の段階へと入った。科学者たちは、メカニズムの一部を手に入れたものの、それがどのように機能するのかを知らなかった。彼らはメカニズムの空白を埋める必要があった。彼らは、遺伝子によって生成されるタンパク質同士の具体的な相互作用に着目し始めた。ここで、現象は変化した。日常全体を見るのではなく、特定の相互作用、すなわち「period」遺伝子によって作られたタンパク質がいかにして自分自身の生成を停止させるかというプロセスを見たのである。この相互作用には、明確な始まり（タンパク質の生成）と明確な終わり（遺伝子の活動の停止）が存在した。明確な始まりと終わりがあったため、「中間性」アプローチが理想的なツールとなった。研究者たちは今、「タンパク質と遺伝子の間に何があるのか？」と問うことができた。彼らは他のタンパク質、例えばTIMやdCLOCKなどが、この連鎖における架け橋として機能するかどうかをテストした。これらのタンパク質が、相互作用の始まりと終わりの間に因果的に位置することを確認することで、科学者たちは時計を駆動するフィードバックループの全容を解明することができたのである。

論文は、この発見の歴史が、これら二つのアプローチが「真実」の座を争うライバルではないことを示していると結論づけている。むしろ、それらはツールキットなのである。複雑なシステムにおけるメカニズムの所在を探そうとしているとき、「デカップリング不能」アプローチが正しい道具となる。そして、所在を見つけ出し、内部のつながりを理解する必要があるときには、「中間性」アプローチが主導権を握る。著者は、このパターンがショウジョウバエの時計だけでなく、他の多くの生物学領域にも当てはまる可能性が高いと示唆している。発見の異なる段階には異なる概念的ツールが必要であることを受け入れることで、科学者は理論的な議論で行き詰まることを避け、生命がいかに機能するかを解明するという実際の作業に集中することができる。この論文は、メカニズムの仕組みに関するあらゆる謎を解明したと主張するものではないが、より実践的で柔軟な思考の道筋を提示しており、研究者がその瞬間に問いかけている特定の質問に対して、適切な手法を選択することを可能にしている。