キイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）は、ある意味では単純な生物です。しかし、他の点では極めて複雑なため、他の生物と同様に、私たちはまだその理解の片鱗しか解明できていません。研究者たちは、キイロショウジョウバエのデジタルツインをこれまでで最も正確な形で作成することで、大きな一歩を踏み出しました。少なくとも、その動き方、そしてある程度は、なぜ動くのかという点においてです。
EPFLの研究者たちがこの新モデル「NeuroMechFly」と呼ぶこのモデルは、実際のハエを綿密にスキャンし、綿密な観察に基づいて「形態学的にリアルな生体力学モデル」として開発されました。その結果生まれた3Dモデルと動作システムは、指示を与えると、本物のハエとほぼ同様に歩き回ったり、特定の基本刺激に反応したりといった動作を行います。
念のため言っておきますが、これは細胞単位の完全なシミュレーションではありません。ここ数年、はるかに小さな微生物を用いて、細胞単位のシミュレーションはある程度進歩しています。空腹感や視覚、あるいは高度な行動（飛ぶ様子さえも）をシミュレートしているわけではなく、表面を歩き、身繕いする様子だけをシミュレートしています。
一体何がそんなに難しいのか、と疑問に思うかもしれません。確かに、この種の動きや行動を近似して、実在のハエとほぼ同じように動く小さな3Dハエを作るのは一つの方法です。しかし、生物学的に正確な外骨格、筋肉、そしてそれらを制御するハエに類似したニューラルネットワークを含む、物理的にシミュレートされた環境で、それを正確に再現するのは別の話です。
この非常に精密なモデルを作成するために、研究チームはまずハエのCTスキャンを行い、形態学的にリアルな3Dメッシュを作成しました。次に、非常に厳密に制御された環境下でハエが歩行する様子を記録し、その正確な脚の動きを追跡しました。EPFLの研究者たちは、これらの動きが、物理的にシミュレートされた「頭部、脚部、翼、腹部、吻、触角、托半身（飛行中に役立つ一種の運動感知器官）」といった「関節のある体部位」とどのように対応するかを正確にモデル化する必要がありました。
彼らは、観察されたハエの正確な動きをシミュレーション環境に取り込み、シミュレーションされたハエで再現することで、これらの手法が機能することを実証しました。つまり、実際の動きがモデルの挙動に正確にマッピングされたのです。そして、これらの動きに基づいて新たな歩様や動作を作り出し、ハエを観察よりも速く、あるいはより安定して走らせることができることを実証しました。
彼らが自然現象を改良しているわけではありません。ハエの動きのシミュレーションが、より極端な例にも適用できることを示しただけです。彼らのモデルは、仮想的な飛翔体に対しても、ある程度は堅牢でした。上のアニメーションをご覧ください。
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「これらのケーススタディによって、モデルへの信頼が高まりました。しかし、私たちが最も関心を持っているのは、シミュレーションが動物の行動を再現できなかった場合に、モデルの改善方法を指摘することです」と、このシミュレータ（および他のショウジョウバエ関連モデル）を開発したグループを率いるEPFLのパヴァン・ラムディア氏は述べています。シミュレーションがどこで破綻するかを見ることで、改善すべき点が明らかになります。
「NeuroMechFlyは、複雑な神経機械システムとその物理的環境との相互作用から行動がどのように生じるのかについての理解を深めることができます」と、先週Nature Methods誌に掲載された論文の要旨には記されています。ハエがどのように、そしてなぜそのように動くのかをより深く理解することで、その基盤となるシステムもより深く理解できるようになり、他の分野への洞察も得られます（ショウジョウバエは最もよく用いられる実験動物の一つです）。そしてもちろん、もし何らかの理由で人工ハエを作りたいと思ったら、まずはその仕組みを知りたいと思うでしょう。
NeuroMechFlyは、生命のデジタルシミュレーション分野においてある意味では大きな進歩と言えるでしょう。しかし、開発者自身が真っ先に認めているように、依然として非常に限定的な機能しか備えていません。特定の物理プロセスのみに焦点を当てており、ショウジョウバエをショウジョウバエたらしめる小さな体と精神の様々な側面には触れていません。GitHubまたはCode Oceanでコードをチェックし、貢献してみませんか。
デヴィン・コールドウェイはシアトルを拠点とする作家兼写真家です。
彼の個人ウェブサイトは coldewey.cc です。
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