2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of energy landscape based methods to detect early warnings of large compositional shifts in ecological communities
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20K06820
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
鈴木 健大 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 開発研究員 (00748999)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生物群集 / 微生物叢 / エネルギーランドスケープ / 多重安定性 / 最大エントロピー原理 / マルコフネットワーク / 早期警戒シグナル / 多変量時系列解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、１）微生物群集の組成データから群集動態の予測モデル構築・動態解析を行うための手法開発、２）微生物群集の変動性を評価するための安定性指標の開発、３） 指標を使った群集の変動性の予測可能性の評価、を行いペアワイズ最大エントロピーモデル（マルコフネットワーク; 以下、モデル）に基づくエネルギーランドスケープ解析が群集生態学の強力な新手法となることを示すことである。
２０２１年度は、１）について、生物群集へのエネルギーランドスケープ解析の適用に関する初めての体系的な論文を学術誌に発表した。この研究成果は、これまで少数種かつ、仮想的な数理モデル中心に行われてきた生物群集の代替安定性に関する研究を、エネルギーランドスケープ解析を通じてより実証的な方向、すなわち多数種かつ、実際の観測データを中心とした研究として展開できることを示した。本成果はまた、環境因子に沿ったエネルギーランドスケープの変化の推定、多種を含むデータを分析する際の計算時間の短縮などの技術的な新規性を含んでいる。１）についてはさらに、手法へのアクセシビリティを向上させるため、解析パッケージの公開の他、チュートリアルの発信、python言語でのパッケージ開発等を行った。さらに、２‐３）の一部を、共同研究を通じて先行して行い、実際にエネルギーランドスケープ解析の結果を援用することで、微生物群集組成の大規模変化の前兆を示すシグナルが得られることを確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」に記述した本研究の目的のうち、1)について、学術的な成果のみならず、研究内容の発信について十分な進展があったほか、2-3)についても当初の計画に先行する成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２１年度の研究として得られた生物群集の安定性指標についてさらに研究を進め、論文として成果発表を行う。生物間相互作用のスパース性を考慮した、パラメータ推定手法の改良を行う。生態学分野のみならず医学・ヘルスケア分野（腸内細菌叢を対象としたデータ解析）等への応用を主眼とした研究を行う。解析パッケージのR言語への移植を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの流行で予定していた学会参加がキャンセル、またはオンライン参加となったため。プラットフォームに依存しない解析環境の提供など研究成果のアクセシビリティ向上のために使用したい。
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