Bio-demographic study using random matrix

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06821
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Takada Takenori 北海道大学, 地球環境科学研究院, 名誉教授 (80206755)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横溝 裕行 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, 主任研究員 (30550074) ; 大原 雅 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (90194274)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ランダム行列 / 数理モデル / 個体群動態 / データベース

Outline of Final Research Achievements

We studied three themes, (1) comparative study among plant species using a database named COMPADRE and randomly-generated population matrix, (2) development of a mathematical model to describe the dynamics of heterozygosity, (3) field research and genetic analysis of several woodland herbs.
In the theme (1), we obtained elasticity and two newly-developed population statistics of both matrices in the database and randomly-generated matrices, and determined the evolutionary path from random matrices to the existing database matrices. In theme (2), we used the new mathematical model and examined theoretically what kind of life histories of plants maintain high genetic diversity. In theme (3), we investigated the life histories of 5 species in Trillium genus and conducted the genetic analyses to apply the data to theme (1) and theme (2).

Free Research Field

数理生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ビッグデータベースに収集されている個体群行列と、乱数を引くことによって得られるランダム個体群行列を用いることによって、突然変異によって生み出される様々な行列と現存する生物の個体群行列から求められる個体群統計量の特性の違いが明確になり、淘汰圧により選択された個体群行列への進化の道筋が予測された。また、生育段階ごとのヘテロ接合度の時間変化を記述する数理モデルをランダム行列に応用することによって、滞留する個体が多い生育段階において遺伝的変異が蓄積され、集団の遺伝的多様性が維持されることを示した。この成果は、遺伝多様性を維持できるように生物集団を保全する際の重要な学術的知見を提供している。