湖沼年稿堆積物を利用したプランクトン相互作用系の共進化－生態ダイナミクスの解明

• 研究課題/領域番号: 17H03730
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉田 丈人 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (40447321)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 進化ダイナミクス / 生態ダイナミクス / プランクトン / 年縞堆積物 / 共進化 / 生態ー進化フィードバック / タイムシフト実験 / 生態－進化フィードバック / 年稿堆積物

研究成果の概要

長野県深見池におけるプランクトン群集の長期的な個体数変化と遺伝的変化を、湖底に年ごとに積もった年縞堆積物中に保存された微化石や休眠卵などを用いて調査した。その結果、深見池が1662年に形成されたから現在までの長期的変化が明らかとなり、二度にわたる富栄養化のイベントや魚類の侵入に対するプランクトン群集の応答が見られた。また、ミジンコ個体群の遺伝的組成を評価したところ、少数の遺伝子型のみが侵入に成功していたことや、それらの共存が繁殖に関する生活史の違いによって実現していたことがわかった。これらの成果は、湖沼におけるプランクトン群集の長期動態の理解に新しい知見をもたらしている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

湖沼が新しく形成されたあと、長い時間をかけて自然に富栄養化が進み、流入した土砂によって水深がだんだん浅くなり、やがては湿地となっていく。この長期的な湖沼生態系の変化において、プランクトン群集の長期動態の理解は限られているが、今回の研究成果は新しい事例を提供している。特に、近代的な農業が始まる以前にも急激な富栄養化が起き、プランクトン群集が応答していたことは、興味深い知見である。また、ミジンコ個体群の遺伝的組成の長期動態が明らかとなり、侵入成功の頻度が低いことや遺伝的多様性が低いなかでの個体群定着が見られるなど、生物学的侵入における遺伝的多様性の効果に新しい知見をもたらした。

研究成果

• [雑誌論文] Long‐term dynamics of a cladoceran community from an early stage of lake formation in Lake Fukami‐ike, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Otake Yurie、Ohtsuki Hajime、Urabe Jotaro、Kimura Shigeko、Yamada Kazuyoshi、Yoshida Takehito
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 11 号: 3 ページ: 1240-1253
  • DOI: 10.1002/ece3.7112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The timescale of environmental fluctuations determines the competitive advantages of phenotypic plasticity and rapid evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Kasada Minoru、Yoshida Takehito
  • 雑誌名: Population Ecology 巻: 62 号: 4 ページ: 385-394
  • DOI: 10.1002/1438-390x.12059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Size‐selective predation accounts for intra‐ and inter‐specific variation of inducible morphological defense of Daphnia (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagano Mariko、Yoshida Takehito
  • 雑誌名: Ecosphere 巻: 11 号: 7
  • DOI: 10.1002/ecs2.3192
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatial heterogeneity in induced defense of Brachionus calyciflorus within a single lake caused by a bed of floating-leaved macrophyte Trapa species (2019)
  • 著者名/発表者名: Otake Yurie、Kagami Maiko、Kuriyama Takeo、Yoshida Takehito
  • 雑誌名: Limnology 巻: 20 号: 1 ページ: 29-38
  • DOI: 10.1007/s10201-017-0534-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ecological and limnological bases for management of overgrown macrophytes: introduction to a special feature (2019)
  • 著者名/発表者名: Kagami Maiko、Nishihiro Jun、Yoshida Takehito
  • 雑誌名: Limnology 巻: 20 号: 1 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1007/s10201-018-0565-z
  • 査読あり / 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] Interplay between microbial trait dynamics and population dynamics revealed by the combination of laboratory experiment and computational approaches. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki K, Yamauchi Y & Yoshida T
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 419 ページ: 201-210
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2017.02.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Filling the gaps in ecological studies of socioecological systems (2017)
  • 著者名/発表者名: I-Ching Chen, Chih-hao Hsieh, Michio Kondoh, Hsing-Juh Lin, Takeshi Miki, Masahiro Nakamura, Takayuki Ohgushi, Jotaro Urabe, Takehito Yoshida
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 32 号: 6 ページ: 873-885
  • DOI: 10.1007/s11284-017-1521-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Changes of genetic structure and traits of a Daphnia pulex population during the establishment process: analysis of past dormant eggs. (2021)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Ohtsuki H., Urabe J., Suyama Y., Matsuo A., Hirota S., Innan H., Kimura S., Yamada K., Yoshida T.
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会
• [学会発表] Does the difference of photoperiod response promote the maintenance of genetic variation? A test with Daphnia pulex living in Lake Fukami-ike. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yurie Otake, Masato Yamamichi, Yuka Hirata, Haruka Odagiri, Takehito Yoshida.
  • 学会等名: 環境DNA学会第3回大会・第36回個体群生態学会大会合同大会
• [学会発表] ミジンコ個体群の新生息地移入に伴う環境適応機構：湖沼堆積物と休眠卵を用いた遺伝構造と形質の時系列変動分析から (2020)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵, 大槻朝, 占部城太郎, 陶山佳久, 松尾歩, 廣田峻, 印南秀樹, 木村成子, 山田和芳, 吉田丈人
  • 学会等名: 日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会
• [学会発表] How does a biological population adapt to a new colonized habitat?: case study of a Daphnia pulex population colonized in Lake Fukami-ike, Nagano analyzed by dormant eggs preserved in lake sediments. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵, 大槻朝, 占部城太郎, 陶山佳久, 松尾歩, 廣田峻, 印南秀樹, 木村成子, 山田和芳, 吉田丈人
  • 学会等名: 日本進化学会第22回大会
• [学会発表] Long-term genetic dynamics of Daphnia pulex since early establishment of population: analysis using dormant eggs preserved in lake sediment (2020)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Ohtsuki H., Urabe J., Kimura S., Yamada K., Suyama Y., Matsuo A., Hirota S., Innan H. & Yoshida T.
  • 学会等名: 日本生態学会第67回大会
• [学会発表] 長野県深見池に共存するミジンコ種内2系統の繁殖戦略 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平田優香, 小田切悠, 大竹裕里恵, 吉田丈人
  • 学会等名: 日本生態学会第67回大会
• [学会発表] Long-term dynamics of cladoceran community in a lake ecosystem influenced by eutrophication: retrospective analysis since lake formation using varved sediments and subfossils. (2019)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Ohtsuki H., Urabe J., Kimura S., Yamada K., & Yoshida T.
  • 学会等名: Annual Meeting for the Ecological Society of America
  • 国際学会
• [学会発表] Long-term dynamics of cladoceran community in response to eutrophication processes since lake formation: retrospective analysis using varved sediments and subfossils. (2019)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Ohtsuki H., Urabe J., Kimura S., Yamada K., & Yoshida T.
  • 学会等名: ASLO 2019 Aquatic Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal dynamics of genetic structure of a Daphnia pulex population since the early colonization: analysis using varved sediments and dormant eggs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Ohtsuki H., Urabe J., Suyama Y., Matsuo A., Hirota S., Kimura S., Yamada K., Yoshida T.
  • 学会等名: 日本生態学会
• [学会発表] 長野県深見池におけるミジンコ種内系統の共存機構とその成立過程 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平田優香、小田切悠、大竹裕里恵、吉田丈人
  • 学会等名: 日本生態学会
• [学会発表] Spatial heterogeneity in induced defense of Brachionus calyciflorus within a single lake caused by a bed of foating-leaved macrophyte Trapa species. (2018)
  • 著者名/発表者名: Otake Y., Kagami M., Kuriyama T. & Yoshida T.
  • 学会等名: International Society of Limnology
  • 国際学会
• [学会発表] 過去350年間の枝角類群集動態と環境変動の影響：年縞堆積物と生物遺骸による解明. (2018)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵, 大槻朝, 占部城太郎, 木村成子, 山田和芳, 八木明彦, 吉田丈人.
  • 学会等名: 日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会
• [学会発表] 湖沼形成期からの富栄養化過程とそれに伴う枝角類群集の長期変動：年縞堆積物と生物遺骸を用いた検証. (2018)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵, 大槻朝, 占部城太郎, 木村成子, 山田和芳, 八木明彦, 吉田丈人.
  • 学会等名: 日本陸水学会
• [学会発表] トレンドとイベントから成る長期環境変動に対するプランクトン群集の応答：年縞堆積物を用い過去に遡る (2018)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵、大槻朝、占部城太郎、木村成子、山田和芳、吉田丈人
  • 学会等名: 日本生態学会
• [学会発表] 長野県深見池における長期環境変動と枝角類群集の形成過程:年縞堆積物による長期動態の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大竹裕里恵、大槻朝、占部城太郎、木村成子、山田和芳、吉田丈人
  • 学会等名: 日本陸水学会
• [学会発表] Changes in the composition and diversity of cyanobacterial communities revealed by sedimentary DNA in Lake Fukami-ike (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S., Y. Ohtake, T. Yoshida, T. Yoshida, Y. Sako, H. Ootsuki, J. Urabe, K. Yamada and S. Hosoi- Tanabe
  • 学会等名: USP-UST joint symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 長野県深見池の年縞堆積物における微生物群集構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村成子、大竹裕里恵、大槻 朝、占部城太郎、吉田天士、左子芳彦、山田和芳、田辺祥子、吉田丈人
  • 学会等名: 日本陸水学会
• [備考] 研究室ウェブサイト
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/yoshidalab