研究論文
『3Steps理論とその応用について』
ver.2.1
──ライフ(人生、生命科学〈分子生物学、細胞学…〉、人間社会〈家族、経済…〉、生態系〈Global Ecosystem、Local Ecology…〉、健康〈細胞の社会、生理学、心理学…〉 …)から、物質現象(物理学、化学… ──物質の生成、4つの力〈弱い力、強い力、電磁気力、重力〉…)までにおいて認められるフラクタル構造──
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ライフの各分野──人生、生命科学〈分子生物学、細胞学…〉、人間社会〈家族、経済…〉、生態系〈Global Ecosystem、Local Ecology…〉、健康〈細胞の社会、生理学、心理学 …〉 … および、物質現象の各分野──物理学や化学 〈物質の生成、4つの力…〉 これらの一見違った分野どうしに共通する土台のモデル化に成功した。 この 3Steps理論 〈3Steps Theory〉を使えば、ライフおよび物質、それぞれの間に存在する関係──フラクタルな階層構造──を明確に理解できる。 この 3Steps理論を利用することで、様々な現象を演繹的、包括的に説明できる。 例えば、進化の本質について、定性的に明解に説明できる。
さらに、類推可能性など、いろいろな性質を利用することで、個々の分野において、どのような方向に進んでいくべきかを見いだすヒントを見いだすことが可能となると思われる。
ライフの各分野──人生、生命科学〈分子生物学、細胞学…〉、人間社会〈家族、経済…〉、生態系〈Global Ecosystem、Local Ecology…〉、健康〈細胞の社会、生理学、心理学 …〉 … および、物質現象の各分野──物理学や化学 〈物質の生成、4つの力…〉 これらは、一般に、別々の分野の事柄として、とらえられ研究されてきた。 近年、これらの間にある相互の関連が、おおよそ見いだされてきていたが、その関連性を、視覚的に明解に説明できるモデルが存在しなかった。
この度、自然界に広く見られる“フラクタル”の概念の応用することで、そのモデルを見いだすことに成功した。
この論文では、そのモデルを活用した理論の解説と、その理論の応用の可能性について述べていく。
この 3Steps Theory では、 次の単純で唯一の図形的なモデルを登場させる。
このモデルは、“3つのステップ”(“3Steps”)を表現している。 これを“3Stepsダイヤグラム”と呼ぶこととする。
3Stepsには、次のような例がある。
例えば、「メニュー表を見て、ある料理に決めて、実際にそれを注文する」「道路の分岐点に来て、こっちに進もうと決めて、実際にそちらへ進む」「本屋さんに行って、ある本に決めて、実際にそれを購入する」など人生レベルの3Steps
例えば、「複数の化学物質が、活性化エネルギーを越えることによって、化学反応が進む」という物質の挙動レベルの3Steps
例えば、「複数の方々が立候補し、投票し、ある方が当選する」「ある二人が出会い(知り合い)、合意し(婚約し)、結婚する」などの人間社会レベルの3Steps
… (参考 『7つのコンパス ─せかいのコンパス─』)
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この“3Stepsダイヤグラム”は、流れ〈flow〉を意味する → を、より発展させたものである。
※なお、流れ〈flow〉を意味する → は、数学や物理学の力学で登場する“ベクトル”(力の向きと大きさを表す)とは全く異なるものである。(※なお、物理学において、ベクトルで表現されている重力をはじめとする、力〈Force〉は、3Steps Theory(Model)的に、どう表現されるかは、後ほど、項を改めて説明する)
この流れ〈flow〉は、化学反応式、数学で登場する必要十分条件、地球の自転・公転、道路交通標識、フローチャート … も含め、古くから、様々な場に存在することは、周知の通りである。
この“3Stepsダイヤグラム”()は、単なる流れ〈flow〉ではない。 ある選択〈Selection〉を達成するような“決まった流れ”〈regular flow〉である。 もし、この選択〈Selection〉が存在しなれば、あらゆる存在(物質や生命も含む)が成り立たなくなる。
例えば、化学反応の様子を示す次のような図からわかるように、
“3Stepsダイヤグラム”()は、自然(nature)が持つ“3Steps”から抽象して作った「モデル」に過ぎないと言える。
(すなわち、天然の“3Steps”の「モデル」が、“3Stepsダイヤグラム”()である、と言うことになる)
しかし、この“3Stepsダイヤグラム”()という「モデル」は、自然(nature)が持つ、ある種の本質を把握&理解するために役立つ。
その本質の1つが、フラクタルの性質である。
3Steps理論で登場する唯一のモデル、“3Stepsダイヤグラム”() は── 自然(nature)が、“ある種のフラクタル”の性質を持つことを効果的に説明してくれる。 次に、このフラクタルについて説明する。
フラクタルというのは、“どのスケールで見ても、同じ形── ズームインし見ても、ズームアウトして見ても、同じ形がある──” そのような性質である。
このフラクタルは、自然界に、多々見られる。 雲の構造、山(山脈)の構造(起伏)雪の結晶の構造、河川が合流する構造、樹木の枝分かれ、血管の枝分かれ、銀河の分布、地震の震源の分布… などである。 今挙げたような一見できるフラクタルの構造の他にも、音波の変動(1/f ゆらぎ)、株価の変動… など、時間軸上で認められるフラクタルの構造もある。
次に紹介するコッホ曲線は、一見できるタイプのフラクタルの一例であるが、典型的なフラクタルであり、フラクタルの理解のためにも、 3Steps理論 〈3Steps Theory〉の理解のためにも役立つので、次に、まず、コッホ曲線について説明する。
上の図形が、フラクタルの1種である、コッホ曲線である。
このコッホ曲線は、次のようにして作られる。
(A)まず、1本の線があるとする。(下図(A)) (B)次に、その線を3等分して、その真ん中の線だけを2本にし、最終的に正三角形の一部の形である山を作る。(下図 ※〜(B))
この作業を、それぞれ線分に対して同様に、限りなく繰り返していく。(下図(A)〜(E)〜 …)
…
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以上のようにして、コッホ曲線は出来上がっているので、“コッホ曲線の一部分※をズームインして詳しく見ると、そこにあるのは元と同じ形である”というようなことが起こる。(下図)
つまり、このような性質が、フラクタルの性質──自己相似性である。
雲のモクモクも、山のデコボコも… そして、“3Steps”も、同様の性質を持っている。
次に、“3Steps”のフラクタルについて説明する。
“3Steps”は、フラクタルの性質(自己相似性)を持つ。
それを“3Stepsダイヤグラム”()によって図示すると次のようになる。(下図〈概要図〉)
3Stepsのフラクタル〈概要図〉
(“3Stepsダイヤグラム”( )による図示)
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これは、結論の図とも言えるものである。 ズームインして見ても、ズームアウトして見ても、そこにあるのは、同様な3Steps の流れである。
よりズームインすることで見えてくる3Stepsのレベルを下位、逆に、よりズームアウトすることで見えてくる3Stepsのレベルを上位と呼ぶことにする。 一般に、あるレベルの3Stepsは、その1つ上位の3Stepsの各ステップを支え── なおかつ一方で、そのレベルの3Stepsは、1つ下位の3Stepsによって、各ステップが支えられているという関係にある。(下図)
1つ上位の3Steps
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ズームアウトして見ていく
↑
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あるレベルの3Steps
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1つ下位の3Steps
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↓
ズームインして見ていく
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なお、先の〈概要図〉では、すべてのレベルが、1つに“つながりうる”ことが示されている。
しかし、常に、どんな場面でも〈概要図〉のような関係が形成されているという意味ではなく、これは特殊な例であると言える。 なぜなら──
ショートカット現象やディートゥア(detour、遠回り)現象や
進化
が存在するからである。
次に、各レベルの3Stepsについて、1つ1つ説明していく。
各レベルの3Steps を説明するにあたり、理解しやすくなるので、便宜上、5つのグールプに分けて整理した(下図)。 5つのグループは、概要図のすべてを網羅している。 5つのグループは、それぞれ概要図の中の一部をとらえているものであり、互いに独立したものではない。 一部重複していることもある。 (※下図の右のレベル名をクリックすると、各レベルの説明のページへ進みます)
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動物学・植物学・生態学レベル
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生理学・心理学・人文学・社会学レベル
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生命科学レベル
(分子生物学、細胞生物学…)
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物質レベル
(物質が出来上がる世界)
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以上により、本モデルによって、すべてのレベルの3Steps および、それぞれの間のフラクタルな関係が示された。
概要でも述べたように、一般に、あるレベルの3Stepsは、1つ上位の3Stepsの各ステップを支え、なおかつ、そのレベルの3Stepsは、各ステップが、下位の3Stepsによって、支えられているという関係にある。
1つ上位の3Steps
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ズームアウトして見ていく
↑
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あるレベルの3Steps
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1つ下位の3Steps
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↓
ズームインして見ていく
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ある3Stepsが、その上位の3Stepsの中の1つのステップを支える際には── 1種類の3Stepsが単独で支える場合もあれば(1回 or 反復)、複数の種類の3Stepsが総合しながら支える場合もある(リレー or 同時、1回 or 反復)。 具体例はこちら
つまり、単独や総合(リレー or 同時)、1回や反復、どれもすべて、 のように統一して表現してあることになる。
なお、各レベルをずらして表記してあるが、実際は、次のように重なっている。
少なくとも7つのポイントを見いだせる。
1.類推可能性
2.進化の本質(書き換え可能性〈組み立て可能性〉& 選択性(可能性の絞り込み))
3.同時並行性
4.シナジー性
全体は、部分の“単純な組み合わせ”以上のものであることが、はっきり示されている。
5.科学との調和性
6.演繹可能性
定性的な未来に対する見通し&予言性
7.単純性、明瞭性、一貫性、普遍性… と、それに伴う応用範囲の広さ
1.類推可能性 下位から上位までの3Steps の各レベルについては、互いに、単にモデル的な相似性を認めるのみならず、様々な類似性を持つことを見いだすこともできる。
つまり、3Stepsの各レベルどうしは、お互いに、類推し合うことが可能であり、それによって、様々なヒントを得ることができると考えられる。
これを、類推可能性と呼ぶことにする。
例)“人体(人生)と生態系”が様々な点で似ている。
例)“細胞の社会と人間社会”が様々な点で似ている。
例)言葉と遺伝物質が似ている。(話し言葉とRNA、書き言葉とDNAの類似)
言語を持たない原始的な人類が存在していた時期があることは、RNAやDNAを持たない原始的な生命体が存在していた時期がある可能性を、示していると思われる。(RNAワールドより先にタンパク質ワールド等が存在していた可能性を示唆)
例)“分子の配列の多様性が、その形の多様性よりも、はるかに多いこと”が、人類が持つ言語の多様性が、それが表現する実態(形)の多様性より、はるかに多いことと似ている。
例)“生態系における、人類の立場”と、“人体における様々な細胞たちの立場”が似ている。
例)なぜ、“擬人化”が、生じやすいのかも理解できる。 なぜなら、それらはすべて、人生の営みと3Steps的に相似だからである。
例)酵素の働きを擬人化したイラスト
例)生態系の営みを擬人化して表現した“ガイア”
例)経済が生き物に見える。
例)その他のレベルの、様々な現象が人格を持っているように見える。
…
2. 進化の本質(書き換え可能性〈組み立て可能性〉&選択性(可能性の絞り込み))
生命は、進化する。
そのプロセスを支えるものは、書き換え可能性〈組み立て可能性〉に基づく3Stepsの形成と、それに伴う選択〈Selection〉(可能性の絞り込み)である。
生命においては、それまでに存在しなかった新しい3Steps が形成されるパターンには、2種類ある。
1.あるレベルの3Steps内における新パターン形成──書き換え可能性による。
2.新しいレベルの3Steps構築による新パターン形成──組み立て可能性による。
どちらも、新しく形成された3Stepsは、それ自身が新しい選択〈Selection〉(可能性の絞り込み)を達成していくと同時に、別のレベルの3Stepsによって、選択〈Selection〉される(絞り込まれる)。
1.の場合は、もし、新しく出来上がった3Stepsが、それ自身にとっても別の3Stepsにとっても都合の良いものであれば、存続していくことになる。(この際、新しい3Stepsは、別のレベルの3Stepsによって、選択〈Selection〉されていることになる。 ダーウィンの自然選択〈Natural Selection〉は、その一例である) 比較的、小さな進化と言える。
2.の場合は、新たなレベルの自己組織化が達成されたということであり、これも、同様に別のレベルの3Stepsにより選択される(やはり、ダーウィンの自然選択〈Natural Selection〉は、その一例である)。 比較的、大きな進化である。 新たなシナジーが誕生している。 (例 自己組織化)
以上の流れが、進化のプロセスの本質にほかならない。
つまり、書き換え可能性〈組み立て可能性〉(新しい“決まった流れ”──新しい3Stepsを生み出せる能力)と、その選択(絞り込み)こそが、進化の本質である。
※細胞も、細胞の社会〈身体〉も、人生も、人間社会も、生態系… も、書き換わり(or 組み立て)&選択(or 絞り込み)によって進化してきた。
※どれも、書き換わることで、退化することもありうる。 (例 腫瘍細胞)
組み立て〈書き換え〉可能性、選択性(絞り込み)、大きな進化や小さな進化は、生命のレベルの、どのレベルの3Stepsにおいて も存在している。(下図)
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3Stepsのレベル
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組み立て可能性
〈書き換え可能性〉
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選択性
(絞り込み)
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大進化&小進化 |
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生態系
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○
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○
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○
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個体の社会
〈人間社会〉
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○
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○
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○
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個体
〈人生〉
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○
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○
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○
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細胞の社会
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○
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○
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○
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細胞
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○
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○
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○
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生体機能分子の社会
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○
|
○
|
○
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生体機能分子
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○
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○
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○
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物質から生命への飛躍?(生命現象と物理現象の境界?)
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物質の生成
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○
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○
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○
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4つの力
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○
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○
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○
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素粒子の挙動
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○
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○
|
○
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(※簡易表である。 詳細図は、こちら)
(※ピンク色の部分は、保留部分)
物質そのものは、陽子&中性子→原子核 →原子 →分子、元素(結晶)、様々な天体〈例えば、太陽、地球…〉のように、進化してきているように見える。
この“物質の進化”は、【物質の生成レベル】という決まった働きによって、成り立っている。
強い力由来、電磁気力由来、重力由来… さまざまポテンシャルエネルギー利用を組み合わさることによって、多様な元素、多様な分子、多種多様な天体〈銀河系、恒星、惑星、衛星…〉、多様な環境〈地形、水の循環、大気の循環…〉 … が育まれて来ている。
一方、【物質の生成レベル】の3Steps自体は、進化するのであろうか?
【物質の生成レベル】、【4つの力レベル】、【素粒子の挙動レベル】は、いわゆる、“物理法則”に相当するものである。
はたして、“物理法則”自体は、進化してきたのであろうか?
“物理法則”──これらの3Stepsは、その決まった流れが一見“変化することがない唯一のもの”のように思われる。
しかし、もし、宇宙が、何度も誕生を繰り返しているものであり、その都度、物理定数〈素粒子の質量を含む各種のパラメーター〉が変動するならば(様々な“何か”の組み合わせの違いにより、物理定数が変化するならば)── この宇宙は、決して唯一のものでなく、“法則”さえもが書き換わりうるということであり、今,現在の宇宙〈ある物理定数によってコントロールされている〉は、なんらかの形で“選ばれてきた”(可能性が絞り込まれてきた)という見方ができる。
もし、物理法則自体が進化するのであれば、少なくとも以上の観点では、物理現象と生命現象を区別できないし、境界を認めることができないことになる。 (詳しくは、『一般3Steps理論』で──)
3.同時並行性
精神と物質、脳と心、神経伝達物質と脳波、気持ち… これらの関係は、“どちらがニワトリで、どちらが卵か”という関係のものではなくて、同時並行で進む現象を“ズームインして見えてくるものか、ズームアウトして見えてくるものか”という関係の存在である── という考えにより、いわゆる“心身問題”を、解消してしまっていると思われる。
物質の存在、習慣(反射的な言動、慣れ)、健康、個々の人生、人間社会、生態系、生態系… これらの関係も、同様並行で営まれている現象であると考えられる。
※したがって、生態系が健全であれば、同時に、人類〈人間社会〉も、人生も、細胞の社会も、細胞も… 同時に健全でありうる。
4.シナジー性
全体は、部分の“単純な組み合わせ”以上のものであることが、はっきり示されている。 つまり、全体は、部分による“3Stepsを形成するような組み合わせ”なのである。
自己組織化とは何か? 創発とは何か? その本質的な部分を説明していると思われる。
既存の還元主義は、部分に分け、それらを“単純に”組み合わせて説明しようしてしまっているので、批判されてしまうようである。 もし、部分に分け、それらを“複雑に──3Stepsを形成するように──”組み合わせて説明しようとすれば、批判されないだろう。
あるいは、はじめから、部分に“分ける”のではなく、ありのままに、部分を“見る”ようにしていればよいのかもしれない。 どれも、ズームアウト or ズームインして見えてくる側面にすぎないのだから。
5.科学との調和性
3Steps理論は、ニュートン力学、量子物理学、素粒子物理学、弦理論(M理論)、宇宙論、地球科学、分子生物学、生理学、生物学、生態学… 等の一部と調和しているのみならず──
“代入の繰り返し”“線形性”or“非線形性”“複雑性にあふれた現実”… にも、うまく対応しているので、 比較的新しく一見難解でとっつきにくいと思われる、“カオス、フラクタル、臨界現象、複雑系、複雑性の科学、ガイア理論、一般システム理論(フィードバック・ループ、サイバネティックス…)、自己組織化(正or負のフィードバック、ハイパーサイクル…)、オートポイエーシス(構造的カップリング…)、ホロン的な階層性 …”といった、様々な概念や理論を含む、新しい科学を理解しようとしたり、発展させようとしたりする際、役立つと思われる。
そして、3Steps理論は、既存の科学や新しい科学の一部と調和しているのみならず、それらを互いに調和的に効果的に結びつける可能性があると思われる。
6.単純性、一貫性、普遍性… とそれに伴う応用範囲の広さ
3Steps理論は、物理学、化学、生物学、生理学、宇宙科学、工学、医学、心理学、社会学、経済学、文学、言語学… 文系・理系、ミクロ・マクロを問わず様々な学問の間の橋渡しになり、様々な概念や科学分野の統一的・包括的な理解のために役立つのみならず、人生や日常生活と学問の橋渡しにもなりうる。
3Steps理論は、分析と総合、要素還元論と全体論(ホーリズム)、決定論&非決定論、自己組織化&自然淘汰… どちらの“よさ”も排除しないツールであるのみならず、それらをグレードアップさせるツールであると思われる。
3Steps理論は、あらゆる分野が共存した世界、それらがうまく両立している現実の世界を、視覚的に、眼で見てわかるように(直観的に、直感的に)理解できるようにしてくれる。
7.演繹可能性──過去や未来の世界、未知の世界に対する定性的な見通しを提供する可能性──(理解、解釈、予見、予測、予防、開拓…を助ける可能性)
3Steps理論により、もし、人類が、生態系に対して脅威となり続ければ、人類自身も存続できなくなることが定性的に理解できる。
3Steps理論上、さらに、大きなスケールの3Steps──“惑星生態系の社会レベル”等を、想定できる。
(例えば、近年、NASAが発見した『7つの惑星』をはじめ、他の惑星へ生命が移植されることによって、“新たな惑星生態系が生み出される”ことも含まれることになると考えられる)
逆に、3Steps理論上、さらに、小さなスケールの3Steps──時空構造レベルを想定できる。
また、もし何らかの“数式”と結びつくことができたならば、“定量的な見通し”──予測を得られるのかもしれない。
また、1-6以上の考察をもふまえることで、具体的な様々なテーマについて、その分野で、将来進むべき方向について、ヒントを見いだせる可能性があると思われる。
例)生態系の中で、人類の進むべき道の開拓する際、3Steps理論から、役立つヒントを得られる可能性がある。 ──腫瘍細胞の道を進み続けるか or 脳神経系、感覚器、運動器の細胞たちとなる道を進み続けるか。
適正な人口、人の分布、人の生き方についてのヒントが得られるかもしれない。
例)医学の治療開発において、ヒントを得られる可能性がある。
→人類と地球、人体と腫瘍細胞の関係を類推し合うことで、腫瘍細胞についての見方、腫瘍の治療法についてのヒントが得られるかもしれない。
言葉の書き換え──遺伝子治療の可能性、正当性、 移住計画の可能性、正当性
例)言語が発達する前に、すでに原始的な個体が存在していたように、DNAやRNAが発達する前に、すでに原始的な生命が存在した可能性がある── というような“過去”を知るためのヒントが得られる可能性がある。
例)エネルギー問題の対応策について、3Steps理論を活用することで、ヒントが得られる可能性がある。 個々の細胞の中のミトコンドリアが、届けられる栄養をもとに、エネルギー貯蔵するATPを産生している。 これを人間社会と類推させることで、社会におけるエネルギー〈食糧、燃料、電気…〉の供給システム作り方についてのヒントを得られるかもしれない。
例)急激な地球温暖化、地球寒冷化などの気候変動への対応策について、3Steps理論を活用することで、ヒントを得られる可能性がある。 生体(恒温動物)における温度調節のしくみと生態系における温度調節のしくみを類推することで、ヒントが得られるかもしれない。
水、空気、エネルギー、日陰… の利用についてのヒントが得られるかもしれない。
…
以上のように、3Steps理論(Theory)を活用することで、生態系、人体(細胞の社会)、細胞、物質 … が、互いに持っているフラクタルな関係が直観的にも理解できる。
お互いのレベルの分野を類推し合ったり、進化の本質や、同時並行性、シナジー性… といった性質を理解し活用したりすることで、様々な分野における、様々な問題を解決していくための貴重なヒントを獲得できると思われる。
3Steps理論は、人類の存続はもちろん、個々の健康の維持、医学&医療の発展、心身ともに充実した人生、ゆとりのある安定した人間社会 … のためにも役立つ知恵や技術の発見や開発を、創造的にサポートするものであると考えられる。
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