レプリケーションとは？定義・種類・事例をDNA・科学・コンピュータ別に解説
レプリケーションとは？定義・種類・事例をDNA、科学、コンピュータ別に図解でわかりやすく解説。基礎から仕組みまで実例付きで学べる入門ガイド
レプリケーションとは、以下のことを指す場合があります。
科学では
- 科学的方法の大原則の一つである再現性（科学的方法
- 再現性（統計学）、テストまたは完全な実験の繰り返し
- 自己複製：何か（細胞、ウイルス、プログラム）が自分自身のコピーを作る過程。
- レプリカ（金属組織学）：薄いプラスチックフィルムを使って部品の微細構造を複製すること
コンピューティングにおいて。
総論：レプリケーションの共通点と目的
「レプリケーション（replication）」は分野によって具体的意味は異なりますが、共通する目的は「情報・構造・現象を正確に複製して保持・確認・分散する」ことです。主な狙いは信頼性の向上、データや結果の保全、負荷分散、検証の容易化などです。
科学分野でのレプリケーション（再現性）
科学におけるレプリケーションは、実験や観察の結果が独立に再現できるかを確かめる行為です。再現性が高い結果は信頼でき、理論や治療法の基盤になります。
- 直接再現（direct/close replication）：元の実験条件を可能な限り再現して同じ結果が出るか確かめます。
- 概念的再現（conceptual replication）：同じ仮説を異なる方法や条件で検証し、一般性を確認します。
- 統計的再現性：サンプルや解析手法を変えても有意な効果が残るかを確認します。
近年は「再現性の危機（reproducibility crisis）」が指摘され、多くの分野で実験の透明化、データ共有、プリレジストレーション（事前登録）が重視されています。再現実験は時間とコストがかかりますが、信頼性の担保には不可欠です。
生物学：DNA複製と自己複製
生物学でのレプリケーションは、生命の基盤である自己複製プロセスを指します。最も典型的なのがDNA複製です。
- DNA複製：二本鎖DNAが複製され、新しい二本鎖が作られる過程。高精度な酵素（DNAポリメラーゼ）や校正機構により情報の正確さが保たれます。
- 半保存的複製：DNA複製のメカニズムの一つで、複製後の二本鎖の各鎖は「既存の鎖（親鎖）」と「新しく合成された鎖（娘鎖）」から構成されます。これにより遺伝情報が確実に伝わります。
DNA複製の誤りは突然変異の原因になることもありますが、生物は修復機構で誤りを修正します。
工学・材料（レプリカ法）
金属組織学や材料解析での「レプリカ」は、対象の微細構造を薄いフィルムで写し取り、観察・解析する技法です。対象を傷つけずに表面微細構造を電子顕微鏡で評価できる利点があります。
コンピューティングにおけるレプリケーション
IT分野では、レプリケーションはデータやサービスのコピーを作り、可用性・耐障害性・性能を高める手法です。用途や実装に応じてさまざまな方式があります。
- データベースのレプリケーション：マスター・スレーブ、マルチマスターなど。読み取り負荷分散や障害時のフェイルオーバーに使われます。整合性（consistency）と遅延（latency）のトレードオフが重要です。
- ファイル・ブロブの複製：分散ファイルシステムやCDNで複数拠点にコピーを置くことで、アクセス速度と可用性を向上させます。
- 分散システムのレプリケーション：リーダー選出、コンセンサス（例：Paxos・Raft）を用いて状態を複製し、一貫性を保ちながら高可用性を実現します。
- バックアップとの違い：バックアップは過去の状態を保存することが主目的で、即時運用の可用性向上を目的とする常時同期のレプリケーションとは目的が異なります。
代表的な事例：MySQLのレプリケーションによる読み取り分散、RAIDによるディスクレベルのミラーリング、CDNによる静的コンテンツの地理的レプリケーション、ブロックチェーンにおける全ノードへのトランザクションの複製など。
メリットと注意点
- メリット：可用性向上、障害耐性、読み取り性能の向上、検証や監査が容易になる（科学的再現性の場合）。
- 注意点：整合性維持のコスト、遅延、データ競合や同期待ちの複雑さ、誤った複製の伝播（生物学では突然変異、科学では誤った実験結果の再複製）など。
まとめ（実践的なポイント）
- 目的を明確にする：可用性、検証、性能、または保存のためかで適切な方式が変わります。
- 整合性と可用性のトレードオフを理解する：分散システムではCAPやPACELCの考え方が参考になります。
- 再現性（科学）や校正（生物学）は定量的な基準を設ける：実験プロトコル、データとコードの公開、検証手順を整備しましょう。
以上が「レプリケーション」の主要な定義と分野別の事例・注意点です。目的に応じた設計と運用が重要です。
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