枝の同一性を定める座標系
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系統ゲノミクス · 枝の比較可能性

すべての遺伝子で、
同じ枝を語れるか。

分類群が欠け、あるいは遺伝子系統樹が食い違うと、枝は消えたり、隣の枝と融合したり、トポロジーが背を向けたりする——そのどれもが、区別のつかない NA に押し込められてしまう。SplitAligner は、その一つ一つの欠測に名前を与える。

すべての欠測に名前がある、静かな台帳。

ベンチマーク

系統樹を固定し、すべての枝に名前をつける。

あえて最小限にした 10 分類群の系統樹——R/APE によるランダムなトポロジー(seed 42)で、枝長は固定。進化速度シフトも不一致も推定誤差も一切ない。その無根の軸が 17 個の原始枝座標を定める:末端枝 10 本 t1–t10 と内部枝 7 本 N_12–N_18

これが凍結された座標系だ。ここから変えるのは、遺伝子がどの分類群を含むか、それだけ。

着想

枝とは、それが作るスプリットそのものだ。

N_13 を切ると、系統樹は二つのグループに分かれる。この二分割(スプリット)こそが——描かれた位置でも根の取り方でもなく——枝の同一性そのものだ。

σ(N_13) = ( t8, t7, t4, t9  |  t1, t10, t5, t2, t3, t6 )
二つの枝が「同じ」なのは、スプリットが一致するとき、かつそのときに限る
仕組み

分類群を一つ落とすと、二本の枝が一本に融合する。

除去前 — t8 あり
除去後 — t8 を削除、N_13 と N_14 が融合
L(N_13|N_14) = L(N_13) + L(N_14) = 0.946668 + 0.514212 = 1.460880
t8 を除くと次数2の節点が消え、隣り合う二本の辺が併合して N_13N_14 は融合座標 N_13|N_14 になる — だが上の枝長は失われない。つまり NA_fuse独立した同一性を失ったことを意味し、枝長が無いわけではない。一方 NA_struct は、射影そのものを持たない、削除された枝だ。
監査 · すべての欠測を分類する
大域的削除 · 外群から
完全な系統樹 — 17 個の凍結座標すべてが観測される
17
観測
0
NA_fuse
0
NA_struct
観測(数値) NA_fuse(融合) NA_struct(消失)

削除順 t10, t1, t8, t7, t4, t9, t5 は、系統樹を根の側から剥がしていく。クレードごと崩れるため NA_struct が急増する。各座標は独立したグラフ理論的オラクルと照合される——でっち上げも、こっそりの欠落もない。ここには不一致がないので NA_topo = 0。

監査 · 同じ軸、異なる痕跡
局所的削除 · 一箇所に集中
完全な系統樹 — 17 個の凍結座標すべてが観測される
17
観測
0
NA_fuse
0
NA_struct
観測(数値) NA_fuse(融合) NA_struct(消失)

削除順 t8, t7, t4, t9, t5, t2, t3 は一つのクレードを狙い撃ちする。融合は一箇所に集中し、反対側は数値座標をずっと長く保つ。同じ凍結された軸でも、欠測の痕跡は異なる——そしてやはり NA_topo = 0。

存在と一意性

この台帳は便宜的な取り決めではない——一意に定まる真値だ。

種の系統樹 S と、各遺伝子が保持する分類群 Tg を固定する。剪定は一意な写像を導く
πg : B(S) → E(ρTg(S)) ⊔ {⊥}
各元の枝 → それを吸収する簡約辺へ、剪定で消えるなら ⊥ へ。

status(g,b) = observed   |fiber| = 1
= NA_fuse    |fiber| ≥ 2
= NA_struct  πg(b) = ⊥
剪定後の樹 ρTg(S) は一意——標準的な樹の制限操作(ape::drop.tip)であり、ラベルにもスプリットにも依存しない。
次数2の抑約は辺の商である:各枝はちょうど一本の簡約辺に落ちるか、削除される。ゆえに πg は well-defined。
|fiber| = 1、|fiber| ≥ 2、そして「削除」は互いに排反かつ網羅的——すなわち分割。status は |fiber| の関数だ。
|fiber| = 1 のとき、簡約辺の長さは ℓ(b) に等しい:観測も一意だ。
どのファイバーも連結した路(みち)である——融合座標は路であって、ばらばらの集合ではない。
|B(S)| = |observed| + |NA_fuse| + |NA_struct|
補題1 · スプリット = ファイバー
σg(b) = σg(b′)  ⇔  πg(b) = πg(b′)。SplitAligner のスプリット射影は、グラフで定まる台帳を忠実に計算する——スプリット鍵はファイバーの正確な符号化であって、別個の定義ではない。

どの status も一意に定まる——ただ一つの写像 πg の関数だからだ。どの分類群が採られたかが決まれば、各セルの答えはただ一つ。「すべての欠測に名前がある」——それは定理である。

系2.5 · 真値層 vs 復元層
真値層は (S, Tg) のみに依存し、遺伝子系統樹のトポロジーには一切依存しない。不一致が NA_struct / NA_fuse を乱すことはなく、別層である復元層 NA_topo を開くだけだ。
ベンチマークから実データへ

実際の遺伝子系統樹は食い違いもする。それが第三の欠測だ。

Mapped
射影スプリットが一意に観測可能で、かつ遺伝子系統樹にも存在する。枝が回収された。
NA_struct
剪定後、スプリットの片側が空になる。射影された同一性がない——分類群カバレッジによる。
NA_fuse
節点が消え、スプリットが隣の枝と共有される。信号は複合枝に乗る。
NA_topo
カバレッジは十分だが、遺伝子系統樹のトポロジーが食い違う——スプリットが単に存在しない。不一致。
種の系統樹
b = スプリット {t5,t2} → Mapped
遺伝子系統樹(不一致)
{t5,t2} が消失 → NA_topo
NA_topo — 本ページの主役
同じ分類群、同じカバレッジ——それでも遺伝子系統樹はまとめ方が違い、スプリットは単に存在しない。302 種の哺乳類データでは、これが非マップ項目の 76.7% を占める。

10 分類群のベンチマークは設計上、不一致を排除しているので、NA_structNA_fuse をきれいに切り分けられる。実際の遺伝子系統樹は第四の列 NA_topo を開く。第五の residual_NA は、固定側に昇格の数値的根拠がないとき、正直な保留として残る。

失われず、でっち上げもしない

遺伝子×枝の各セルは、ちょうど一つの列に収まる。

|𝒊| = Mapped + NA_struct + NA_fuse
+ NA_topo + residual_NA
Mapped 1,219,182
NA_topo 113,656
NA_fuse 21,913
NA_struct 12,117
residual_NA 407
総セル数 |𝒊| 1,367,275
単一コピー遺伝子 2,275 × 有胎盤哺乳類 302 種 · 自由トポロジー
76.7%
非マップ項目のうち、これがトポロジー由来——カバレッジ欠落ではない
手法の魂 — README より
固定された種の系統樹の背骨の上で、
私たちはただ一つを問う——枝 b はなお成り立つか?
スプリットを射影せよ:
射影された片側が消えるなら — NA_struct
枝が融合するなら — NA_fuse
トポロジーが背を向けるなら — NA_topo
鬼もなく、漏れもなく:
総和 = Mapped + NA_struct + NA_fuse + NA_topo + residual_NA
すべての欠測に名前がある、静かな台帳。
SplitAligner

枝の同一性を、監査可能に。

Wu J. (2026). SplitAligner: a branch-identity coordinate system for phylogenomics under missing taxa and gene-tree discordance. 併設の座標監査ベンチマーク:決定論的な 10 分類群トイツリー。

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