2016 Fiscal Year Annual Research Report
社会性昆虫の集団的機能発現機構に関する実験・理論・データ解析からの融合研究
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16H04035
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
西森 拓 広島大学, 理学研究科, 教授 (50237749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
粟津 暁紀 広島大学, 理学研究科, 准教授 (00448234)
秋野 順治 京都工芸繊維大学, 昆虫先端研究推進センター生物資源フィールド科学研究部門, 教授 (40414875)
中田 聡 広島大学, 理学研究科, 教授 (50217741)
末松 信彦 明治大学, 総合数理学部, 専任講師 (80542274)
泉 俊輔 広島大学, 理学研究科, 教授 (90203116)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / アリ集団 / 分業 / 自己駆動系 / 化学走性 / 群知能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、個々が単純な情報処理しかできず、かつ、全体を統括するリーダーもいないアリ集団が、いかにしてコロニーを囲む状況に応じて複雑な協調運動や可変的役割分担を行い、全体として高度な機能を持ちうるのかを、採餌に関する定量的実験と数理モデリングの双方から検証することを主な目的としている。並行して、生き物ではないがあたかも生き物のように自ら駆動する要素の集団を、実験・数理モデルによって人工的に作成し、その動きを見極めることで、生き物の群れのダイナミクスを支配する原理を理解することも目的の一つである。28年度は研究のスタート年であり、研究時間の多くを、実験を遂行するための準備や初期段階の実験に費やし、今後の研究の展開の基礎となる次の内容が得られた。
1.複数のコロニーのアリを採取し、各個体へ微小RFIDチップを貼り付ける技術と、採餌経路の途中に設置したゲートにおける高いセンシング精度を保つ技術を模索することで、アリの採餌行動を個体を認証しながら自動的に計測するためのシステムを構成した。ただし、天候の不順のため、十分な量のアリのコロニーの採取にはいたらず、採取された少数コロニーで、システムの稼働を確認した。
2.水面に浮かべると自己駆動する樟脳粒の運動モードが、粒子の個数に応じて変化することを、比較的単純な数理モデルによって表現し、数値実験と解析の組み合わせにより運動モード発生のメカニズムについての理解を深めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の基本目標は、一定の複雑さを内包する要素からなる集団の運動--主としてアリの集団行動―を行動実験・データ解析・理論モデルの作成と解析・化学分析などの手法の組み合わせにより、定量的に考察し、個の運動や機能と集団としての運動や機能の中に非自明な関係を見いだし、その本質的機構を抽出・記述することにある。
研究実績の概要の欄で記したように、本年度我々は、極小RFIDチップを使ってアリの集団行動を個体認識し、かつ、長期的に自動計測するシステムの構築に成功した。このシステムを使って、アリ社会の行動データを少数のコロニーで取り、コロニー内のアリの採餌についての、個体間の協調労働の関係を明らかにした。これらの結果の一部は、国際会議において発表された。並行して、アリ以外の自己駆動物体の複雑な運動について、主に水に浮かべた樟脳粒の単体・複数の要素が複雑なダイナミクスを呈することを主に理論モデルを使って表現した。 以上より、当初の研究計画は予定通りの進捗状況といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、アリのコロニーを採取し、アリの集団採餌行動を個体を認証しながら自動的に計測するためのシステムを構成した。今後、このシステムを使用・改良することで、アリの集団行動で見られる、リーダー無しの自律的な分業の発生・維持の機構を、実験やデータ解析・数理モデリング・化学分析を通して調べる。中でも特に次の点を明らかにする。
1.同一コロニー内で各タスクに関して、よく働く個体からあまり働かない個体まで明確な個体差が確認されている。言い換えれば、労働の階層性が各コロニー内において確認されている。本研究では、長期にわたって、大量のアリの採餌行動の個体認識自動計測を行い、先行研究で確認された個体間の労働の頻度差(労働頻度の階層)が、時間を経ても維持され続けるのか、もしくは、階層が時間的に変動していくのか、十分な量のデータから解析し、アリの社会の階層安定性を定量的に議論する。
2.自動計測で得られるアリ集団の長期間にわたる昼夜活動リズムのデータから、アリの個々の活動リズムと、集団としての活動リズムの関係性の有無を探索する。これまでの予備的な計測で、リズムの単位(２４時間など)や昼夜性(昼勤か夜勤など)に関して、個体差があることが確認されはじめており、本研究によってアリ社会における個と集団の活動の関連性を包括的にかつ定量的に理解する。
さらに、本年度進めてきた、水に浮かんだ樟脳粒からなる群れの自己駆動ダイナミクスの実験や数理モデルの研究を、樟脳粒以外の自己駆動系にも拡張する。例として、紐状に伸びる柔らかい自己駆動系の運動を実験的に確認しかつ数理モデルを構成し解析することで、これらの自己駆動系の多彩なダイナミクスの発生の機構を探っていく。
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