絶滅回避の進化戦略

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J02983
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 伊東 啓 静岡大学, 創造科学技術大学院, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Keywords: 周期ゼミ / 環境変動 / 絶滅回避 / シミュレーション / 性差 / トレードオフ / 進化 / 最適化

Outline of Annual Research Achievements

本年度の研究では、北米に生息する周期ゼミの特徴的な素数周期性（13年、17年）の獲得メカニズムを解明するために、コンピュータシミュレーションを用いて研究を実施した。周期ゼミとは毎世代13年または17年で大量発生するセミで、13年ゼミと17年ゼミが共存する地域は存在しない。なぜ周期性が進化したのか、そしてその周期はなぜ素数なのかという謎が残されている昆虫である。我々は氷河期という気候変動、環境変動が周期ゼミの進化に影響を及ぼしているという仮説に注目し、コンピュータシミュレーションモデルを個体ベースで構築した。具体的には、コンピュータの中に、日本に生息するようなセミと、周期ゼミの二種類を再現し、温度が変化する環境を作り出すことで、平均気温の変化が進化にどのような影響を与えるか検証した。また、周期ゼミに影響を与えていることが確認されているアリー効果の有無や、気温の変化の仕方、獲得する周期の長さ、突然変異率の設定など、様々なパラメータが互いにどのように影響し合っているか検証するために感度分析を実施した。
結果として、周期ゼミは氷河期による平均気温の低下により、交尾機会が減少することで、現在のような特性を獲得したという仮説を裏付けるようなシミュレーション結果が導出された。つまり、氷河期のような気温の低下が起こらないことには、周期ゼミの誕生も引き起こされないという結果を導いた。また、セミを取り巻く平均気温によって獲得することのできる周期が決定されることが示された。これは実際の13年ゼミが南部に、17年ゼミが中東部に生息することと矛盾しない結果である。この成果をScientific Reports誌に投稿し、現在査読を受けている。
これらのほか数件の研究成果を国際学術誌に投稿している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究の展開は滞りなく進行している。当初の予定通り周期ゼミの周期性獲得メカニズムに関する論文はNature Communication誌の推薦を受け、Scientific Reports誌に投稿することができた。さらに申請者の伊東啓は男女の性差に関する英語原著論文を共著者（第三著者）として1通Nature Publishing GroupのScientific Reports誌に発表している。
さらに伊東が筆頭著者の論文を一通Scientific Reports誌に投稿中である。この論文は協力行動が社会からの圧力によって促進されていることを、悪質な飲酒運転とその後の法改正のデータをもとに検証したものである。これらをあわせて今年度の研究は上述の発表論文1通、さらに投稿中の論文は周期ゼミの論文を含め伊東が第一著者の論文が2通、共著者としての論文は3通投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

今後も昨年度のように、幅広い分野で研究を推し進めてゆく予定である。計画に問題は全くないと判断しているため、変更の予定も現在のところ想定していない。
まずはこれまでに投稿した論文に関して、掲載決定にまでこぎつけてゆくつもりである。

Research Products

• [Journal Article] Evolutionary optimality in sex differences of longevity and athletic performances (2014)
  • Author(s): Hiromu Asanuma, Satoshi Kakishima, Hiromu Ito, Kazuya Kobayashi, Eisuke Hasegawa, Takahiro Asami, Kenji Matsuura, Derek A. Roff & Jin Yoshimura
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4: 5425 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1038/srep05425
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 変動環境下における最適採餌行動 (2014)
  • Author(s): 伊東啓
  • Organizer: RIMS (Research Institute for Mathematical Science)研究集会 第11回生物数学の理論とその応用
  • Place of Presentation: 京都大学数理解析研究所（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2014-09-16 – 2014-09-19
• [Presentation] The paradox of enrichment in phytoplankton by induced competitive interactions (2014)
  • Author(s): J. M. Tubay, H. Ito, T. Uehara, S. Kakishima, S. Morita, T. Togaashi, K. Tainaka, M. P. Niraula, B. E. Casareto, Y. Suzuki, J. Yoshimura
  • Organizer: 2014 Workshop for Young Researchers in Mathematical Biology
  • Place of Presentation: Mathematical Biosciences Institute, Ohio State University, Columbus, OH (USA)
  • Year and Date: 2014-08-25 – 2014-08-28
• [Presentation] 寿命と運動能力における性差の進化的最適性 (2014)
  • Author(s): 淺沼裕美、柿嶋聡、伊東啓、小林和也、長谷川英祐、浅見崇比呂、松浦健二、Derek A. Roff、吉村仁
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: 大阪高槻現代劇場（大阪府・高槻市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] The paradox of enrichment in phytoplankton by induced competitive interactions (2014)
  • Author(s): Tubay JM, Ito H, Uehara T, Kakishima S, Morita S, Togashi T, Tainaka T, Niraula MP, Casareto BE, Suzuki Y, Yoshimura J
  • Organizer: The joint annual meeting of the Japanese society for mathematical biology and the society for mathematical biology (JSMB/SMB) 2014
  • Place of Presentation: Osaka International Convention Center, Osaka, Osaka
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] The paradox of enrichment in phytoplankton by induced competitive interactions (2014)
  • Author(s): Tubay JM, Ito H, Uehara T, Kakishima S, Morita S, Togashi T, Tainaka T, Niraula MP, Casareto BE, Suzuki Y, Yoshimura J
  • Organizer: 2014 Hands-On Research in Complex Systems School, The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics
  • Place of Presentation: Trieste (Italy)
  • Year and Date: 2014-06-28 – 2014-07-10