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2015 Fiscal Year Annual Research Report

種間および種内の協力進化をとらえる新しい理論的アプローチ

Research Project

Project/Area Number 13J01212
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

内之宮 光紀  九州大学, システム生命科学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords菌根菌 / 最適資源配分 / 動的最適化 / 造血幹細胞
Outline of Annual Research Achievements

申請書内で言及されている研究目的・内容[2]の研究に関し、一対二の場合に拡張した。植物と菌それぞれの炭素とリンの動態を記述し、最適な資源配分についてポントリャーギンの最大原理に従い、全体の適応度を最大にするような分配割合を求めた。取り込んだ資源の最適な資源配分は「全てを与える」、「一部を与える」、「全く与えない」の3つの戦略の組み合わせであることを示したが、これはUchinomiya&Iwasa(2015)の結果も特殊な場合として含むものである。
次に、取り込んだ資源の一部を与える場合についてより詳細な解析を行った。制御理論における得意制御の解析を用い、成長はコブ-ダグラス型の生産関数に従うと仮定し、一対二の場合の配分量が一対一に比べてどのように変わるかを調べた。植物が一個体、菌が二個体で、二つの菌の性質が全く同じ場合を例としてあげると、植物は相手にあまり資源を渡さなくても多くの資源をもらうことができるが、それぞれの菌が植物からもらう資源量が低下する。また、それぞれの菌で資源の獲得能力に差があるとすると、植物は資源の獲得能力の高い菌に対して配分を低下させることが示された。
共同研究である、造血幹細胞の増殖実験に関する数理モデルの研究がJournal of Theoretical Biologyに掲載された。造血幹細胞を3つのタイプに分類し、その増殖を連立微分方程式で記述し、実験の状況をシミュレーション上で再現した。実験では観察対象となる細胞(test cell)とマウスの生存に必要な細胞(competitor cells)を同時にマウスに移植するが、competitor cellsに幹細胞がどれだけ含まれているかは計測できない。数理モデルを用いることで、test cellの性質だけでなく、competitor cellsに含まれる幹細胞の性質によって、実験結果が大きく変わることが示された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Repopulation dynamics of single hematopoietic stem cells in mouse transplantation experiments: importance of stem cell composition in competitor cells2016

    • Author(s)
      Ema, H., Uchinomiya, K., Morita, Y., Suda, T., & Iwasa, Y.
    • Journal Title

      Journal of Theoretical Biology

      Volume: 394 Pages: 57-67

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2016.01.010

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 資源が動的に変化する場合の植物-菌根菌系における資源配分の数理モデル2016

    • Author(s)
      内之宮光紀
    • Organizer
      第127回 日本森林学会大会
    • Place of Presentation
      日本大学生物資源科学部
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] 資源の時間変化を組み込んだ植物-菌根菌系における最適資源配分の数理モデル2016

    • Author(s)
      内之宮光紀
    • Organizer
      第63回日本生態学会大会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2016-03-20 – 2016-03-24
  • [Presentation] 植物と菌根菌の共生における最適資源配分割合の数理モデル2016

    • Author(s)
      内之宮光紀
    • Organizer
      ゲーム理論ワークショップ2016
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-03-06 – 2016-03-08
  • [Presentation] 植物-菌根系における資源分配の得意制御を用いた理論研究2015

    • Author(s)
      内之宮光紀
    • Organizer
      菌根研究会2015
    • Place of Presentation
      とかちプラザ
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-10-31
  • [Presentation] Theoretical study of resource allocation in plant-mycorrhizal mutualism2015

    • Author(s)
      Kouki Uchinomiiya
    • Organizer
      2015 Joint Meeting of The 5th China-Japan-Korea Colloquium on Mathematical Biology and The Japanese Society for Mathematical Biology
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2015-08-26 – 2015-08-29
  • [Presentation] Mathematical model for optimal resource allocation in the plant mycorrhizal symbiosis2015

    • Author(s)
      Kouki Uchinomiiya
    • Organizer
      The 8th Congress of International Symbiosis Society
    • Place of Presentation
      リスボン大学
    • Year and Date
      2015-07-12 – 2015-07-18
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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