環境応答と生物間相互作用を考慮した群集の安定性と将来予測

• Project/Area Number: 22KJ0152
• Project/Area Number (Other): 19J00864 (2019-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2019-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 笠田 実 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(CPD)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 個体群動態 / 環境DNA / 生物多様性 / 種間相互作用 / 数理モデル / プランクトン / 表現系可塑性 / 進化 / 適応 / 生物間相互作用 / 環境応答 / ミクロコズム / 機能的反応

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、様々な種間相互作用を持った多様な生物群集の特徴を知ることである。生物群集の特徴を知ることは、その群衆からどのような生態系サービスを受けることができるか、どのように持続的な利用が可能かについての知見に繋がる。この目的を達成するために、プランクトンを用いたミクロゴズム（人工的な小さな湖のようなもの）を室内に再現する実験、野外調査からのデータを用いた統計解析、数理モデルによるコンピューターシミュレーションを組み合わせて研究を行う。これにより、どのような種間相互作用が、生態系の安定化や持続性に関わっているかについて明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は、前年度に行った魚類環境DNAのデータベースであるANEMONE DB (https://db.anemone.bio)を利用した魚類群集の解析を行った。また、共同研究として環境DNA及び、データベースの授業が高校生の生物多様性の理解にどのように繋がるかに関して、アンケート調査を行った。さらに生態学の統計モデルのシナリオ分析結果をもとに新たな事業が提案された場合、どのように不確定性を事業可否の判断材料に含めることができるかについて考察し、経済学のリスク回避の考えを援用した複数の判断基準の式を提案した。
研究期間全体の成果としては、実験、理論、野外データ研究を駆使して環境応答と生物間相互作用を考慮した群集の構造変化について横断的に明らかし、生物多様性教育や応用面まで踏み込んで成果を出すことができた。主な成果として、海外ではLeibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB-Berlin)で行った実験室内によってツボカビと動物プランクトンが植物プランクトン群集に相乗的に影響を与えることを見出したこと、実験結果から着想を得た理論研究によって、植物プランクトンが動物プランクトンとツボカビに対して、異なる進化応答を示す場合、本来植物プランクトンを介して間接的な競争関係にあるはずの動物プランクトンとツボカビが、お互いの存在によって、よりよく成長するような協力関係になる状況が起こり得ることを示したことが挙げられる。国内では野外調査データ、環境DNAデータ解析を行い、生物多様性教育の共同研究や、セミナーなどのアウトリーチ活動も行った。研究成果は全て国際学会、国内学会で発表されている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IGB-Berlin/Potsdam University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Cadi Ayyad University(モロッコ)
• [Int'l Joint Research] IGB-Berlin(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Cadi Ayyad University(モロッコ)
• [Int'l Joint Research] CIIMAR(ポルトガル)
• [Int'l Joint Research] IGB-Berlin(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] IGB-Berlin(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] IGB-Berlin(ドイツ)
• [Journal Article] Monitoring of toxic cyanobacterial blooms in Lalla Takerkoust reservoir by satellite imagery and microcystin transfer to surrounding farms (2024)
  • Author(s): R. Mugani, F.El Khalloufi, M Kasada et al.
  • Journal Title: Harmful Algae Volume: 135 Pages: 102631-102631
  • DOI: 10.1016/j.hal.2024.102631
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] State-space model combining local camera data and regional administration data reveals population dynamics of wild boar (2023)
  • Author(s): Minoru Kasada, Yoshihiro Nakashima, Keita Fukasawa, Gota Yajima, Hiroyuki Yokomizo, Tadashi Miyashita
  • Journal Title: Population Ecology Volume: 65 Issue: 1 Pages: 80-92
  • DOI: 10.1002/1438-390x.12138
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bacterioplankton Associated with Toxic Cyanobacteria Promote Pisum sativum (Pea) Growth and Nutritional Value through Positive Interactions (2022)
  • Author(s): Mugani Richard、El Khalloufi Fatima、Redouane El Mahdi、Haida Mohammed、Zerrifi Soukaina El Amrani、Campos Alexandre、Kasada Minoru、Woodhouse Jason、Grossart Hans-Peter、Vasconcelos Vitor、Oudra Brahim
  • Journal Title: Microorganisms Volume: 10 Issue: 8 Pages: 1511-1511
  • DOI: 10.3390/microorganisms10081511
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Differing Escape Responses of the Marine Bacterium Marinobacter adhaerens in the Presence of Planktonic vs. Surface-Associated Protist Grazers (2022)
  • Author(s): Villalba Luis Alberto、Kasada Minoru、Zoccarato Luca、Wollrab Sabine、Grossart Hans Peter
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 17 Pages: 10082-10082
  • DOI: 10.3390/ijms231710082
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ecosystem-based disaster risk reduction can benefit biodiversity conservation in a Japanese agricultural landscape (2022)
  • Author(s): Kasada Minoru、Uchida Kei、Shinohara Naoto、Yoshida Takehito
  • Journal Title: Frontiers in Ecology and Evolution Volume: 10
  • DOI: 10.3389/fevo.2022.699201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of competitive traits changes species diversity in a natural field (2022)
  • Author(s): Fukano Yuya、Tachiki Yuuya、Kasada Minoru、Uchida Kei
  • Journal Title: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: 289 Issue: 1983 Pages: 20221376-20221376
  • DOI: 10.1098/rspb.2022.1376
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical role of parasite‐mediated energy pathway on community response to nutrient enrichment (2022)
  • Author(s): Thongthaisong Patch、Kasada Minoru、Grossart Hans‐Peter、Wollrab Sabine
  • Journal Title: Ecology and Evolution Volume: 12 Issue: 12
  • DOI: 10.1002/ece3.9622
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Idea paper: Controlling trait adaptation to decrease population densities for conservation and management (2022)
  • Author(s): Kasada Minoru、Yamamichi Masato
  • Journal Title: Ecological Research Volume: - Issue: 4 Pages: 475-480
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12300
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] From microbes to mammals: Pond biodiversity homogenization across different land‐use types in an agricultural landscape (2022)
  • Author(s): Ionescu D.、Bizic M.、Karnatak R.、Musseau C. L.、Onandia G.、Kasada M.、Berger S. A.、Nejstgaard J. C.、Ryo M.、Lischeid G.、Gessner M. O.、Wollrab S.、Grossart H.‐P.
  • Journal Title: Ecological Monographs Volume: 92 Issue: 3
  • DOI: 10.1002/ecm.1523
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Positive and negative effects of land abandonment on butterfly communities revealed by a hierarchical sampling design across climatic regions (2022)
  • Author(s): Sugimoto Naoki、Fukasawa Keita、Asahara Akio、Kasada Minoru、Matsuba Misako、Miyashita Tadashi
  • Journal Title: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: 289 Issue: 1971 Pages: 20212222-20212222
  • DOI: 10.1098/rspb.2021.2222
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effectiveness of signs of activity as relative abundance indices for wild boar (2021)
  • Author(s): Higashide Daishi、Kuriyama Takeo、Takagi Shun、Nakashima Yoshihiro、Fukasawa Keita、Yajima Gota、Kasada Minoru、Yokoyama Mayumi
  • Journal Title: Wildlife Biology Volume: 2021 Issue: 4
  • DOI: 10.2981/wlb.00869
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The timescale of environmental fluctuations determines the competitive advantages of phenotypic plasticity and rapid evolution (2020)
  • Author(s): Kasada Minoru、Yoshida Takehito
  • Journal Title: Population Ecology Volume: 62 Issue: 4 Pages: 385-394
  • DOI: 10.1002/1438-390x.12059
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Synergistic effects of predation and parasitism on competition between edible and inediblephytoplankton (2024)
  • Author(s): M. Kasada
  • Organizer: 第71回日本生態学会大会
• [Presentation] 生物間相互作用をモデルの観点から整理する (2024)
  • Author(s): 笠田実
  • Organizer: 第71回日本生態学会大会
• [Presentation] Large scale eDNA database revealing latitudinal diversity gradients with seasonal variations. (2023)
  • Author(s): M.Kasada, N. Shinohara, R. Fukasawa, A. S. Tanabe, M. Kondoh
  • Organizer: The eDNA society International Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] モデルによる生態系管理における不確実性に関する考察 (2023)
  • Author(s): 笠田実
  • Organizer: 第３９個体群生態学会
• [Presentation] 時系列データを用いた琵琶湖の新参ツヅミモ（M.hardyi）と古参ツヅミモ（S.dorsidentiferum）の競争関係の解析 (2023)
  • Author(s): 笠田実, 橋爪達郎, A. D. Phongsa, 鏡味麻衣子
  • Organizer: 日本陸水学会第87回大会
• [Presentation] 高校生を対象とした環境DNA教育の実施とその効果の検証 (2023)
  • Author(s): 木谷亮太, 佐賀達矢, 笠田実, 清野恵子, 佐藤真行, 丑丸敦史, 源利文
  • Organizer: 第６回環境DNA学会九州大会
• [Presentation] Eco-Evolutionary dynamics considering incompatible defence with respect to size dependent adaptation of prey against predators and parasites. (2022)
  • Author(s): M. Kasada, P. Thongthaisong, S. Wollrab, and H-P. Grossart.
  • Organizer: 36th Congress of the International Society of Limnology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theoretical implications on the energetic role of parasites and its benefits for the ecosystem. (2022)
  • Author(s): 2.P. Thongthaisong, M. Kasada, S. Wollrab, and H-P. Grossart.
  • Organizer: 36th Congress of the International Society of Limnology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synergistic effect of predation and parasitism on competition between small and large phytoplankton. (2021)
  • Author(s): M. Kasada, P. Thongthaisong, S. Wollrab, and H.-P. Grossart.
  • Organizer: ASLO 2021 Virtual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The interaction of adaptive zooplankton and parasitic fungi alters response pattern of planktonic food web to nutrient enrichment. (2021)
  • Author(s): P. Thongthaisong, M. Kasada, H.-P. Grossart, and S. Wollrab.
  • Organizer: ASLO 2021 Virtual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Competition between small and large algae under predation and parasitism conditions (2020)
  • Author(s): Kasada, M., Thongthaisong, P., Wollrab, S. & Grossart, H.P.
  • Organizer: 第67回日本生態学会名古屋大会
• [Presentation] RESTモデル、CPUE、景観構造を統合した個体群モデルの開発 (2019)
  • Author(s): 笠田実、横溝裕行、宮下直
  • Organizer: 日本哺乳類学会2019年度大会
• [Presentation] Competition between small and large algae under predation and parasitism conditions (2019)
  • Author(s): Kasada, M., Thongthaisong, P., Wollrab, S. & Grossart, H.P.
  • Organizer: Symposium of Aquatic Microbial Ecology (SAME) 16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The influence of zooplankton feeding preference for the zoospores of parasitic fungi on competition between edible versus inedible algae in aquatic plankton communities (2019)
  • Author(s): Thongthaisong, P., Kasada, M., Grossart, H.P. & Wollrab, S.
  • Organizer: Symposium of Aquatic Microbial Ecology (SAME) 16
  • Int'l Joint Research
• [Book] Rで基礎から学ぶ統計学 (2023)
  • Author(s): J. Schmuller、笠田 実翻訳
  • Total Pages: 352
  • Publisher: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807920310