種間相互作用を考慮した進化的救助の理論と実証

• 研究課題/領域番号: 16K18618
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 東京大学 (2017-2018); 京都大学 (2016)
• 研究代表者: 山道 真人 東京大学, 大学院総合文化研究科, 講師 (70734804)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 絶滅 / 適応 / 進化的救助 / ヒドラ効果 / 個体群動態 / 種間相互作用 / 繁殖干渉 / 捕食 / 環境変動 / 表現型可塑性 / 形質置換 / 進化 / 生態学

研究成果の概要

集団中の対立遺伝子頻度が短い時間スケールで変化する「迅速な進化」による適応が、環境変動や種間相互作用と複雑に影響し合いながら個体群・群集動態に与える影響について、数理モデルを用いて調べた。
まず、被食者の適応が捕食者の絶滅を阻止する「間接進化的救助」の理論を発展させ、捕食者と被食者の共進化によって、捕食者絶滅や「ヒドラ効果」（捕食者死亡率の増加が捕食者個体数を増加させる逆説的な現象）が促進・阻止される条件を明らかにした。また、種子休眠などによる世代重複が中程度の時に進化速度が最大になる条件を調べた。さらに、群集における正の頻度依存性と環境変動の相互作用により、多種共存と絶滅が起こる条件を調べた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人間活動により地球環境が大きく変化していく中で、多くの種が絶滅し生物多様性が減少しつつある一方で、新しい環境に適応することで絶滅を免れる種もいる。そのため、生物の絶滅過程を理解するためには、迅速な進化と環境変動を理解することが重要とされている。本研究は、それらに加えて種間相互作用を考慮することで、個体数と進化の間に複雑なフィードバックが起こり、結果として直感に反する動態が生じうることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Utah State University/University of California, Davis(米国)
• [国際共同研究] University of Konstanz/University of Potsdam(ドイツ)
• [国際共同研究] IIASA(オーストリア)
• [国際共同研究] University of Sheffield(英国)
• [国際共同研究] Cornell University/Utah State University/University of California, Davis(米国)
• [国際共同研究] Max Planck Institute/Potsdam University(Germany)
• [国際共同研究] IIASA(Austria)
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Vrije Universiteit Amsterdam(オランダ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] マックス・プランク研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校/コーネル大学/カリフォルニア大学サンタクルーズ校(米国)
• [国際共同研究] サンパウロ大学(ブラジル)
• [国際共同研究] オーフス大学(デンマーク)
• [雑誌論文] When rarity has costs: coexistence under positive frequency-dependence and environmental stochasticity (2019)
  • 著者名/発表者名: Schreiber Sebastian J.、Yamamichi Masato、Strauss Sharon Y.
  • 雑誌名: Ecology 巻: NA 号: 7
  • DOI: 10.1002/ecy.2664
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid evolution with generation overlap: the double-edged effect of dormancy (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Nelson G. Hairston Jr., Mark Rees, Stephen P. Ellner
  • 雑誌名: Theoretical Ecology 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 179-195
  • DOI: 10.1007/s12080-019-0414-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 進化か、絶滅か：間接進化的救助とヒドラ効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 雑誌名: 数理解析研究所講究録 巻: 印刷中
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A shady phytoplankton paradox: when phytoplankton increases under low light. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamichi M, Kazama T, Tokita K, Katano I, Doi H, Yoshida T, Hairston Jr NG, Urabe J.
  • 雑誌名: Proc. R. Soc. B 巻: 285 号: 1882 ページ: 20181067-20181067
  • DOI: 10.1098/rspb.2018.1067
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modelling inducible defences in predator-prey interactions: assumptions and dynamical consequences of three distinct approaches (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamichi Masato、Klauschies Toni、Miner Brooks E.、Velzen Ellen
  • 雑誌名: Ecology Letters 巻: 22 号: 2 ページ: 390-404
  • DOI: 10.1111/ele.13183
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Core microbiomes for sustainable agroecosystems (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Toju, Kabir G. Peay, Masato Yamamichi, Kazuhiko Narisawa, Kei Hiruma, Ken Naito, Shinji Fukuda, Masayuki Ushio, Shinji Nakaoka, Yusuke Onoda, Kentaro Yoshida, Klaus Schlaeppi, Yang Bai, Ryo Sugiura, Yasunori Ichihashi, Kiwamu Minamisawa, E. Toby Kiers
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 5 ページ: 247-257
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0139-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of maternal effects in maintaining genetic variation: Maternal storage effect. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi and Masaki Hoso
  • 雑誌名: Evolution 巻: 71 号: 2 ページ: 449-457
  • DOI: 10.1111/evo.13118
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Species-rich networks and eco-evolutionary synthesis at the metacommunity level. (2017)
  • 著者名/発表者名: Toju H, Yamamichi M, Guimaraes P R Jr, Olesen J M, Mougi A, Yoshida T and Thompson J N
  • 雑誌名: Nature Ecology and Evolution 巻: 1 号: 2 ページ: 0024-0024
  • DOI: 10.1038/s41559-016-0024
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 種内の多様性が駆動する群集動態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: ゲーム理論ワークショップ2019
  • 招待講演
• [学会発表] Rapid evolution with generation overlap: the double-edged effect of dormancy (2019)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Nelson G. Hairston Jr., Mark Rees, Stephen P. Ellner
  • 学会等名: 日本生態学会第66回大会
• [学会発表] 生態学と遺伝学の融合に向けた生態と進化のフィードバック研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 遺伝研研究会「マクロ生態学と遺伝学の融合」
  • 招待講演
• [学会発表] Double-edged effect of dormancy on rapid evolution: Contemporary evolution meets storage effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Stephen P. Ellner, Nelson G. Hairston Jr.
  • 学会等名: 2018 Ecological Society of America Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 表現型可塑性の数理モデリング：適応と個体群動態の理解に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 日本進化学会第20回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 個体群動態と形質進化のフィードバック (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 第15回生物数学の理論とその応用
  • 招待講演
• [学会発表] 適応進化と個体群動態のフィードバック理論に関する新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 生態研研究集会「異なるマクロ生物学分野のインタープレイ」
  • 招待講演
• [学会発表] 絶滅か、進化か：進化的救助と遺伝的救助 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 日本生態学会第65回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of maternal effects in maintaining genetic variation: Maternal storage effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Masaki Hoso
  • 学会等名: 日本生態学会第64回大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Toward an integration of population genetics and eco-evolutionary dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi
  • 学会等名: DynaTrait Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Relationships between models of antagonistic coevolution: Genetic architecture and interaction types (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Kelsey Lyberger, Swati Patel
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会
• [学会発表] Rapid evolution affects how populations respond to environmental fluctuations (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Nelson G. Hairston Jr., Stephen P. Ellner
  • 学会等名: 102nd Ecological Society of America Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] How does rapid evolution alter the theory of population ecology? (2016)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi
  • 学会等名: 第32回個体群生態学会大会
  • 発表場所: 定山渓温泉
  • 年月日: 2016-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] 群集の理解における進化の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館
  • 年月日: 2016-10-24
  • 招待講演
• [図書] 遺伝子・多様性・循環の科学：生態学の領域融合へ (2019)
  • 著者名/発表者名: 門脇 浩明、立木 佑弥
  • 総ページ数: 446
  • 出版者: 京都大学学術出版会
  • ISBN: 9784814001903