2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical understanding of the population dynamics and evolution of chemotrophs under the limitation of metabolic energy acquisition per redox reaction.
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19K06853
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
瀬戸 繭美 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (10512717)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 化学合成細菌 / 個体群動態 / 非平衡熱力学 / 群集生態学 / 地球微生物学 / 生物エネルギー論 / ギブスエネルギー / 酸化還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、生体維持や増殖のためのエネルギーを化学反応から獲得し、尚且つ環境中から獲得可能なエネルギー量が極めて低い微生物群集を対象とし、彼らの増殖速度を環境中で利用可能な化学エネルギー量の目安であるギブスエネルギーに基づき記述し、個体群動態・個体群相互作用・進化動態について理解することである。研究期間の1年目は1種の微生物の個体群方程式の構築と解析を実施し, 2年目は2種の微生物が化学反応を進行する中で化学成分に影響し、ギブスエネルギーに影響することで協力的にお互いのエネルギー利用効率を上昇することを示した。
最終年度である今年度は、これまで多くとも2つの化学成分と2種の微生物の個体群で構成されていた単純なモデル系を、複数の化学成分と多種の微生物個体群から構成される反応ネットワークモデルへと拡張し、ギブスエネルギーと群集構造との関係性について数値シミュレーションに基づく解釈を試みた。その結果、(1) 化学成分の増加は多種共存を可能にするだけで無く、群集全体としてのエネルギー転換効率を上昇する、(2) 化学成分とエネルギーフローの増加は化学反応における微生物の分業を進め、分業の結果種多様性が上昇し、エネルギー転換効率の高い反応経路が群集レベルで選択される、ことが示された。本結果は現状プレプリント(https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-959776/v1)で公開中であり、2022年の国際学術誌への掲載を目指して準備中である。
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