Evolutionary mechanisms of periodical organisms

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 26257405
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 海外学術
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Yoshimura Jin 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (10291957)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曽田 貞滋 京都大学, 理学研究科, 教授 (00192625) ; 柿嶋 聡 独立行政法人国立科学博物館, 分子生物多様性研究資料センター, 特定非常勤研究員 (30648580)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 周期ゼミ / 進化メカニズム / 米国 / 分子系統解析 / シミュレーション / 素数 / 大発生 / アリー効果

Outline of Final Research Achievements

The US-Japan joint scientifc survey on periodic cicadas during 2014 and 2018 was carried out. The data was used to report the distribution of each brood (age group). The molecular phylogenies and genetic introgressions between broods were estimated from molecular genetic analyses (transcriptome analysis and the whole mitogenome analysis) of collected samples. Furthermore, the periodic evolution of periodical cicadas was reproduced by simulation using an individual-based model (agent model). Together with the model of prime-number selection presented earlier, it was proved that evolution of periodic cicadas is mathematically plausible.

Free Research Field

生物科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

周期ゼミの長年の謎に対する氷河期仮説（吉村2005素数ゼミの謎に紹介）は周期性の獲得と続く素数周期（17年・13年）の２つのステップからなるが、後半は数値シミュレーションで理論的に証明されたが、前半の周期性の獲得を今回はじめて個体ベースモデルで立証した。この証明により、周期ゼミの氷河期仮説が数理的に可能だったことを示した。また、周期ゼミの種間・ブルード間で遺伝子交流を明らかにした。この解明は進化のメカニズムを明らかにしており、進化生物学の大きな成果である。社会的にも注目を集めており、科学の興味を引くため、多数の高校の出張講義や様々な学会・教育界から招待講演を依頼された。