Host-manipulation by parasites: revealing the feedback structure between evolutionary and trophic dynamics

Research Project

Project/Area Number	19K23768
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0703:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	入谷亮介国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 研究員 (10843980)
Project Period (FY)	2019-08-30 – 2021-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	宿主操作 / 適応進化 / 群集動態 / 宿主寄生者系 / 理論生態学 / 宿主・寄生者 / 進化動態
Outline of Research at the Start	寄生者の中には、まず１つ目の宿主種（中間宿主）を利用し、それから別の宿主種（終宿主）へと感染を遂げるという、複雑な生活史を持つものがいる。その上で、宿主操作によって中間宿主の行動を改変することで、終宿主に捕食される確率(捕食強度)を高める寄生者の存在が、古くから指摘されている。こうした寄生者の宿主操作によって、群集内の、捕食者（食う側；終宿主）と被食者（食われる側；中間宿主）の構成は、どのように改変されるのであろうか？本研究では、活性化の進化を、群集動態の数理モデルによって理論的に検討する。これにより、寄生者が群集構造を改変する役割を担うということを予測する。
Outline of Annual Research Achievements	現在、共同研究者（佐藤拓哉博士；神戸大学）との議論を通じ、数理モデルを構築・解析を進めている。まず、ノイズ捕食種・終宿主捕食種・中間宿主種に関する群集動態モデルを、微分方程式を用いて構築した。その局所安定性を調べ、そこに、操作寄生者を導入し、その群集動態の安定性を調べた。そして、寄生者の形質進化を考えるために、突然変異個体を導入し、抑制化と活性化のどちらに自然淘汰が作用するのかを、適応動態理論を用いて解析した。その結果、ノイズ捕食種が多い群集においては、抑制化現象のほうが有利になりやすいということが示された。現在この結果は査読英文論文として執筆中である。なお、抑制化・活性化にともなう、ノイズ捕食効果の強さ（トレードオフ）を定式化するために、現在はやや極端な関数形を仮定している。よって、今後は、より一般の関数形においても同様の結果が成り立つかどうかを、検討していく予定である。具体的には、機能的応答関数（タイプ１・２・３）を導入すること、宿主操作が捕食にもたらす影響を決定する関数のグラフの概形、そしてノイズ捕食種の数そのものがどのように影響を与えるのかを調べる予定である。これは既におこなった数理解析からの直接的な拡張であるため、そのシフトは速やかに行なうことが可能である。本研究について、数理解析研究所での研究集会にて招待講演をおこなった。論文は執筆済みであり、近く、プレプリントとして投稿する予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 解析をほぼ完了し、招待講演で発表済みである。論文を執筆済みであり、それをプレプリントサーバーに投稿する準備が整っている。共同研究者との議論はスムーズに行えている。
Strategy for Future Research Activity	今後は、まずは論文をなるべく早く掲載することを短期的目標とする。長期的には、構築された数理モデルに、被食者種（エサ種）を導入し、終宿主・ノイズ捕食種・中間宿主種・エサ種の動態を考え、抑制化と活性化の効果が、群集動態の安定性に及ぼす影響を調べる予定である。さらに、抑制化・活性化の進化を検討し、進化・群集動態のフィードバック構造を解明するための数理解析を実施する。