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単細胞生物におけるプログラム細胞死の進化に関する数理生態学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K06851
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関京都大学

研究代表者

山内 淳  京都大学, 生態学研究センター, 教授 (40270904)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード理論 / 形質の多様性 / コロニー形成モデル / 階層的な競争 / 競争と繁殖力のトレードオフ / 数理モデル / 階層的競争 / 移住モデル / 多種共存 / ランク-アバンダンス曲線 / 競争力-繁殖力トレードオフ / コロニー移住モデル / 準競争排除 / プログラム細胞死 / 進化 / 群集構造 / コロニー定着モデル / 競争-繁殖力トレードオフ / 単細胞生物 / ゲーム理論 / 血縁淘汰
研究開始時の研究の概要

単細胞生物において、特定の条件下で自ら死亡するプログラム細胞死(PCD: Programmed Cell Death)という現象が知られている。特に、高密度条件で誘導される細胞死に注目して、その進化をもたらすメカニズムを理論的に明らかにすることを目指す。中でも「栄養ストレスの改善」と「パラサイトの増殖抑制」に注目したメカニズムについて、単細胞生物の個体群動態やパラサイトの疫学動態にも注目しながらその進化過程を解明する。

研究成果の概要

当研究課題を遂行する中で、プログラム細胞死の進化過程に関する定式が、階層的な競争関係を伴うコロニー形成モデルの定式とほぼ同一となることが分かった。このモデルに関してはいくつかの先行研究があるが、その特性が十分に解明されているとは言えない状況であった。このモデルの基本特性を明らかにしなければ、プログラム細胞死のモデルの解析に進めないと判断し、主としてコロニー形成モデルの解析に取り組むことになった。この間、コロニー形成モデルに基づく多種共存に関する論文を3報発表し、さらに2報を準備中である。本研究期間中にプログラム細胞死の進化に関する研究成果を挙げることはできなかったが、今後の研究につなげたい。

研究成果の学術的意義や社会的意義

プログラム細胞死の研究から導かれた定式は、コロニー形成モデルと相同であった。このモデルは、競争関係にある多種の共存を説明する理論であるが、生物群集における多種共存のメカニズムとしては必ずしも注目されてこなかった。それに対し、本研究課題を遂行する中で、その特性が実際の生物群集のいくつかの特性をよく説明しうることが示された。また、生物とコロニー形成のためのサイトとの出会いのプロセスが変わることで、群集動態の特性が大きく変化することが明らかとなった。これらの成果は、多種共存のメカニズムに対する新たな理解を提供するものである。また同時に、今後プログラム細胞死の研究を進める上での基礎となる知見である。

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Pusan University(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of British Columbia(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Lausanne(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] IBENS(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Imperial College London(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Osnabruck University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Bethune College/IIEST Shibpur/NIT Meghalaya(インド)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Evolution of sensitivity to warning cues from kin in plants with a structured population2024

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi、Takabayashi Junji、Shiojiri Kaori、Karban Richard
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 14 号: 2

    • DOI

      10.1002/ece3.11057

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Competition model explains trends of long‐term fertilization in plant communities2023

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi、Ito Koichi、Shibasaki Shota
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 13 号: 2

    • DOI

      10.1002/ece3.9832

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Continuous irregular dynamics with multiple neutral trajectories permit species coexistence in competitive communities2023

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi、Ito Koichi、Shibasaki Shota、Namba Toshiyuki
    • 雑誌名

      Theoretical Population Biology

      巻: 149 ページ: 39-47

    • DOI

      10.1016/j.tpb.2022.12.003

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Density regulation of co-occurring herbivores via two indirect effects mediated by biomass and non-specific induced plant defenses2021

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi、Ikegawa Yusuke、Ohgushi Takayuki、Namba Toshiyuki
    • 雑誌名

      Theoretical Ecology

      巻: 14 号: 1 ページ: 41-55

    • DOI

      10.1007/s12080-020-00479-2

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Colonization process determines species diversity via competitive quasi‐exclusion2021

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi、Ito Koichi、Shibasaki Shota
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 11 号: 9 ページ: 4470-4480

    • DOI

      10.1002/ece3.7342

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Balancing maximum sustainable yield and ecological resilience in an exploited two-predator one-prey system2020

    • 著者名/発表者名
      Pal Debprasad, Kar Tapan Kumar, Yamauchi Atsushi, Ghosh Bapan
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 187 ページ: 104064-104064

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2019.104064

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Competition for resources may reinforce the evolution of altruism in spatially structured populations2019

    • 著者名/発表者名
      van Baalen Minus, Yamauchi Atsushi
    • 雑誌名

      Mathematical Biosciences and Engineering

      巻: 16 号: 5 ページ: 3694-3717

    • DOI

      10.3934/mbe.2019183

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Theory of coevolution of cytoplasmic male-sterility, nuclear restorer and selfing2019

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Atsushi, Yamagishi Takahiro, Booton Ross, Telschow Arndt, Kudo Gaku
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 477 ページ: 96-107

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2019.06.011

    • NAID

      120006708246

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] リターの分解速度が平衡状態におよぼす影響はリターの流出入パターンに依存する2024

    • 著者名/発表者名
      山内 淳, 伊藤 公一, 望月 敦史
    • 学会等名
      第71回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic properties of Lotka-Volterra systems corresponding to the colonization model2023

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi, A.
    • 学会等名
      The 8th CIJK International Conference on Mathematical and Theoretical Biology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The tragedy of the commons considering resource allocation schedule in plant2023

    • 著者名/発表者名
      Kim, B-M, Yamauchi, A.
    • 学会等名
      The 8th CIJK International Conference on Mathematical and Theoretical Biology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diverse modes of coexistence of multiple species in colonization model: stable equilibrium vs. continuous and irregular transition2023

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi, A.
    • 学会等名
      NIE seminar
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 血縁集団内の協力ゲームにおける適応ダイナミクスと混合戦略2023

    • 著者名/発表者名
      山内淳
    • 学会等名
      2023年度数理生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] The tragedy of the commons from a view point of resource allocation schedule2023

    • 著者名/発表者名
      Kim, B-M, Yamauchi, A.
    • 学会等名
      2023年度数理生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] コロニー形成モデルにおける多種共存と相同なロトカ-ボルテラモデルの特性2023

    • 著者名/発表者名
      山内淳
    • 学会等名
      松江数理科学ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 植物における血縁個体からの警告シグナルに対する感受性の進化に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      山内淳, 髙林純示, 塩尻かおり, Karban R.
    • 学会等名
      日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Resource allocation schedule under the tragedy of the commons in plants2022

    • 著者名/発表者名
      Kim B-M, Yamauchi A.
    • 学会等名
      日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 柔軟な繁殖投資様式を考慮した資源収支モデルにおけるマスティング戦略2022

    • 著者名/発表者名
      仲畑了, 伊藤公一, 山内淳
    • 学会等名
      第69回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 労働分業の進化における集団サイズと血縁度の影響に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      山内淳
    • 学会等名
      第41回日本動物行動学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Evolution of sensitivity to warning cues from kin in plants with a structured population2022

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi A, Takabayashi J, Shiojiri K, Karban R.
    • 学会等名
      British Ecological Society Annual Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 栄養の添加による植物群集の構造変化に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      山内淳, 伊藤公一, 柴崎祥太
    • 学会等名
      日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の個体間相互作用が被食防衛と資源獲得への投資の共進化に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      瀬川有太郎, 伊藤公一, 山内淳
    • 学会等名
      日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 柔軟な繁殖投資様式を考慮した資源収支モデルにおけるマスティング戦略2022

    • 著者名/発表者名
      仲畑了, 伊藤公一, 山内淳
    • 学会等名
      日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 競争的群集における無数の不規則な軌道を伴う多種共存2021

    • 著者名/発表者名
      山内淳, 伊藤公一, 柴﨑祥太, 難波利幸
    • 学会等名
      日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の個体間相互作用が被食防衛と資源獲得への投資の共進化に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      瀬川有太郎, 山内淳, 伊藤公一
    • 学会等名
      日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の個体間相互作用が被食防衛と資源獲得への投資の共進化に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      瀬川有太郎, 山内淳, 伊藤公一
    • 学会等名
      個体群生態学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Theory of species replacements under long-term fertilization in plant communities2021

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi A, Ito K, Shibasaki S.
    • 学会等名
      International Workshop "From Behavior to Biodiversity Liking with Population Invasion and Establishment"
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Competition model explains trends of long-term fertilization in plant communities2021

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi A.
    • 学会等名
      International Symposium on the Advances of Ecology
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トレードオフをともなう移住過程による種多様性:理論と検証2021

    • 著者名/発表者名
      山内淳、伊藤公一、柴崎祥太
    • 学会等名
      日本生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] トレードオフをともなう移住過程が生み出す種多様性 :ランク-アバンダンス関係の検証2020

    • 著者名/発表者名
      山内淳、伊藤公一、柴崎祥太
    • 学会等名
      日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 単細胞生物のプログラム細胞死に関する理論モデル2019

    • 著者名/発表者名
      山内淳,伊藤公一,柴﨑祥太
    • 学会等名
      第2回松江数理生物学・現象数理学ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 単細胞生物のプログラム細胞死に関する理論モデル2019

    • 著者名/発表者名
      山内淳,伊藤公一,柴﨑祥太
    • 学会等名
      第29回日本数理生物学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] Short Notes on Theories of Species Diversity. (In: Creative Complex System. Eds. Nishimura K, Murase M, Yoshimura K)2021

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi A, Tokita K, Namba T, Chon T-S
    • 出版者
      Springer.
    • ISBN
      9789811644566
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

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