機能情報

機能情報の概念は、生物システムの情報内容を厳密に定義しようとする試みである。この概念は、2003年にジャック・W・ショスタック率いるグループによって提唱された。^[1]

意味

彼らは機能情報を次のように定義している。^{[2] [3]}

• 機能度の概念が導入され、機能度はシステムが物理的機能を実行する能力の非負の客観的な尺度です。${\displaystyle E_{x}}$ ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle x}$
• 物理的機能に関して少なくとも特定の機能レベルを達成できるシステムの可能な構成の割合は次のように定義される。${\displaystyle \theta}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle F(E_{x}\geq \theta )}$
• 特定の機能レベルに関連する機能情報は次のように定義される。${\displaystyle E_{x}=\theta }$ ${\displaystyle I(E_{x}\geq \theta )=-log_{2}F(E_{x}\geq \theta )}$

このことから、2つの結論が導き出されます。

• すべての可能な構成で 0 個以上の機能を実現できるため、システムの最小の機能情報は であり、これは 0 です。${\displaystyle F(E_{x}\geq 0)=1}$ ${\displaystyle -log_{2}1}$
• システムの機能の程度を可能な限り最高レベルにするには、明確に定義された${\displaystyle E_{x}=\theta_{max}}$ ${\displaystyle I(E_{x}=\theta _{max})=-log_{2}F(E_{x}=\theta _{max})}$

システムの機能情報は常に特定の機能に対して定義する必要があり、特定の機能を選択しないと意味がないことに注意してください。 ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle x}$

機能情報の増加に関する提案法

2023年、ある研究者グループが機能情報増加の法則を提唱した。これは、機能情報の増加傾向は生物系と非生物系の両方を含む宇宙の固有の性質であると主張するものである。^{[4] [5] [6]}

研究者たちは、進化するシステムは3つの注目すべき属性を示すことで概念的に同等であるように見えると仮定した。^[4]

1. これらは、膨大な数の異なる構成の組み合わせを採用する可能性のある多数のコンポーネントから構成されます。
2. 多数の異なる構成を生成するプロセスが存在します。
3. 構成は機能に基づいて優先的に選択されます。

その後、著者らは、システムの機能情報は、システムの多くの異なる構成が1つ以上の機能について選択を受けることで増加する（すなわち、システムが進化する）と提案した。^[4]論文の著者らは、これらのアイデアが宇宙生物学、経済学、神経科学などにも応用できる可能性があると考えている。^[1]

参考文献

1. Ball, Philip (2025年4月2日). 「なぜ宇宙のあらゆるものがより複雑になるのか」. Quanta Magazine . 2025年4月14日閲覧。
2. ヘイゼン, ロバート・M.; グリフィン, パトリック・L.; カロザース, ​​ジェームズ・M.; ゾスタック, ジャック・W. (2007-05-15). 「機能情報と生体複雑性の出現」.米国科学アカデミー紀要. 104 (suppl_1): 8574– 8581. doi : 10.1073/pnas.0701744104 . PMC 1876432. PMID 17494745  . 
3. Adami, Christoph; CG, Nitash (2022-05-23). 「多変量相関から機能情報の出現」. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 380 (2227) 20210250. arXiv : 2109.07933 . doi :10.1098/rsta.2021.0250. PMID  35599555.
4. Wong, Michael L.; Cleland, Carol E.; Arend, Daniel; Bartlett, Stuart; Cleaves, H. James; Demarest, Heather; Prabhu, Anirudh; Lunine, Jonathan I.; Hazen, Robert M. (2023-10-24). 「進化するシステムにおける機能と選択の役割について」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 120 (43) e2310223120. Bibcode :2023PNAS..12010223W. doi : 10.1073/pnas.2310223120 . PMC 10614609. PMID  37844243 . 
5. ペスター、パトリック (2023年10月21日). 「科学者ら、宇宙における万物の進化に関する『失われた』法則を提案」Space.com . 2025年4月14日閲覧。
6. Dunham, Will (2023年10月16日). 「科学者ら、進化論を拡張し、新たな自然法則を提案」ロイター. 2025年4月15日閲覧。

参照

• エントロピーと生命
• 熱力学の第二法則
• 特定の複雑さ、創造論者の疑似科学的概念