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ランダム行列を用いた生物人口学研究ーー個体群行列ビッグデータとの比較解析ーー

研究課題

研究課題/領域番号 20K06821
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
研究機関北海道大学

研究代表者

高田 壮則  北海道大学, 地球環境科学研究院, 名誉教授 (80206755)

研究分担者 横溝 裕行  国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, 主任研究員 (30550074)
大原 雅  北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (90194274)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022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)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードランダム行列 / 数理モデル / 個体群動態 / データベース
研究開始時の研究の概要

約1200種の動植物にわたる11000行列を保有する個体群行列ビッグデータ(COMPADRE, COMADRE)が2014年以降オンラインで公開され利用可能となり、「個体群統計の統計」の時代が到来した。そのビッグデータを用いて、基本個体群統計量(個体群成長率、平均寿命、流れ行列)の種間横断的比較研究を行い、「現存する動植物において基本個体群統計量はどのような統計量分布になるのか」という問いに答える。また、人工的に生成されたランダム個体群行列の個体群統計量との比較研究によって、「ランダム個体群行列からどのような方向へと進化して現在の多様な個体群行列が実現されてきたか」を明らかにする。

研究成果の概要

3つのテーマ、(1)データベース(COMPADRE)とランダム個体群行列を用いた種間横断的比較研究。(2)ヘテロ接合度の時間変化を記述する新たな数理モデルの開発。(3)具体的な林床植物の調査、について研究が行われた。
(1)では、データベースの個体群行列とランダム個体群行列の弾性度、新たに開発した二つの個体群統計量を求め、両者の特性の違いを比較し、現有の個体群行列への進化の道筋を推測した。(2)では、新たな数理モデルを使って、どのような生活史戦略を持つ植物で遺伝的多様性が高く維持されるのかを理論的に検討した。(3)では、5種のエンレイソウ属植物の生活史調査および遺伝解析に関わる遺伝解析を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ビッグデータベースに収集されている個体群行列と、乱数を引くことによって得られるランダム個体群行列を用いることによって、突然変異によって生み出される様々な行列と現存する生物の個体群行列から求められる個体群統計量の特性の違いが明確になり、淘汰圧により選択された個体群行列への進化の道筋が予測された。また、生育段階ごとのヘテロ接合度の時間変化を記述する数理モデルをランダム行列に応用することによって、滞留する個体が多い生育段階において遺伝的変異が蓄積され、集団の遺伝的多様性が維持されることを示した。この成果は、遺伝多様性を維持できるように生物集団を保全する際の重要な学術的知見を提供している。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] オレゴン州立大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] オレゴン州立大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] オレゴン州立大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Transition model for the hermaphroditism-dioecy continuum in higher plants2023

    • 著者名/発表者名
      Masaka, K., & Takada, T
    • 雑誌名

      Ecological Modelling

      巻: 475 ページ: 110135-110135

    • DOI

      10.1016/j.ecolmodel.2022.110135

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modeling temporal dynamics of genetic diversity in stage-structured plant populations with reference to demographic genetic structure2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuzuki Yoichi、Takada Takenori、Ohara Masashi
    • 雑誌名

      Theoretical Population Biology

      巻: 148 ページ: 76-85

    • DOI

      10.1016/j.tpb.2022.11.001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temporal skewness of pollination success in the spring ephemeral Trillium camschatcense2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuzuki Yoichi、Ohara Masashi
    • 雑誌名

      The Science of Nature

      巻: 109 号: 4 ページ: 35-35

    • DOI

      10.1007/s00114-022-01807-8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Explosive wind-pollination in a monoecious plant, Laportea bulbifera (Urticaceae)2022

    • 著者名/発表者名
      Tsujimoto, R. & Ohara, M.
    • 雑誌名

      Plant Species Biology

      巻: 37 ページ: 327-331

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genet dynamics and its variation among genets of a clonal plant Convallaria keiskei2022

    • 著者名/発表者名
      Araki, K. K., Shimatani, K.I. & Ohara, M.
    • 雑誌名

      Oikos

      巻: - 号: 4

    • DOI

      10.1111/oik.09367

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetrical hybridization between Trillium apetalon and T. tschonoskii for the formation of a hybrid T. miyabeanum (Melanthiaceae)2022

    • 著者名/発表者名
      Maekawa Ryo、Mitani Takuya、Ishizaki Satomi、Kubota Shosei、Ohara Masashi
    • 雑誌名

      Plant Systematics and Evolution

      巻: 308 号: 2 ページ: 13-13

    • DOI

      10.1007/s00606-022-01806-2

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genetic consequences of habitat fragmentation in a perennial plant Trillium camschatcense are subjected to its slow‐paced life history2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuzuki Yoichi、Sato Mitsuhiko P.、Matsuo Ayumi、Suyama Yoshihisa、Ohara Masashi
    • 雑誌名

      Population Ecology

      巻: 64 号: 1 ページ: 5-18

    • DOI

      10.1002/1438-390x.12093

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Potential effects of life history on demographic genetic structure in stage-structured plant populations2021

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Tsuzuki, Takenori Takada, Masashi Ohara
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2021.11.30.470535

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] An analysis of elasticity vector distribution specific to semelparous species using randomly generated population projection matrices and the COMPADRE Plant Matrix Database2020

    • 著者名/発表者名
      Takada Takenori、Kawai Yuka
    • 雑誌名

      Ecological Modelling

      巻: 431 ページ: 109125-109125

    • DOI

      10.1016/j.ecolmodel.2020.109125

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 数理人口学の最近の発展について2020

    • 著者名/発表者名
      稲葉寿・高田壮則
    • 雑誌名

      人口学研究

      巻: 56 号: 0 ページ: 51-59

    • DOI

      10.24454/jps.2003004

    • NAID

      130007937446

    • ISSN
      0386-8311, 2424-2489
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] A novel ecological impact assessment by using life-table response experiment and interstage flow matrices: Effects of habitat fragmentation and temporal environmental variation on Trillium camschatcense.2023

    • 著者名/発表者名
      Yokomizo H., Tomimatsu H., Kamo M., Takada T.
    • 学会等名
      Evolutionary demography society, 8th annual meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 個体群行列モデルから導か れる「個体・繁殖価・感 度」の流れに潜む共通則2023

    • 著者名/発表者名
      高田壮則・横溝裕行
    • 学会等名
      第70回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 生命表反応解析(LTRE)と個体の流れ行列を用いた生態影響評価手法 :オオバナノエンレイソウの生息地の分断と時間的環境変動の影響2023

    • 著者名/発表者名
      横溝裕行
    • 学会等名
      北海道大学地球環境科学院EESセミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] How life history drives genetic diversity fragmented perennial plant populations?2023

    • 著者名/発表者名
      都築洋一、佐藤光彦、高田壮則、大原雅
    • 学会等名
      第70回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 温暖化が引き起こすオオバナノエンレイソウと送粉昆虫のフェノロジーのミスマッチ2023

    • 著者名/発表者名
      石田隆悟、都築洋一、大原雅
    • 学会等名
      第70回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 新種として報告されたカワユエンレイソウの生息状況に関する生態学的研究2023

    • 著者名/発表者名
      早川貴将、相田大輔、高木雄登、大原雅
    • 学会等名
      第70回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 行列モデルに見える保存則2022

    • 著者名/発表者名
      高田壮則・横溝裕行
    • 学会等名
      第38回個体群生態学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 個体の流れ行列と生命表反応テストによる生態影響評価2022

    • 著者名/発表者名
      横溝裕行,山本裕史,加茂将史,高田壮則
    • 学会等名
      環境化学物質3学会合同大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 個体群行列から動態を把握する:個体群成長率などの算出2022

    • 著者名/発表者名
      横溝裕行
    • 学会等名
      環境化学物質3学会合同大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遺伝情報から推定されたオオバナノエンレイソウの生活史サイクル2022

    • 著者名/発表者名
      都築洋一、佐藤光彦、大原雅
    • 学会等名
      第54回種生物学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] カワユエンレイソウはどこに?2022

    • 著者名/発表者名
      早川貴将、相田大輔、高木雄登、大原雅
    • 学会等名
      第54回種生物学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 多年生草本植物における遺伝的多様性の時間変化:遺伝解析と理論的導出2022

    • 著者名/発表者名
      都築洋一,佐藤 光彦,松尾歩,陶山佳久,高田壮則,大原 雅
    • 学会等名
      第69回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 雌雄異花同株多年生草本ムカゴイラクサの集団維持機構 ―種子とムカゴに着目して―(口頭発表)2022

    • 著者名/発表者名
      辻本隆太郎,松尾歩,陶山佳久,大原雅
    • 学会等名
      第69回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 雌雄異株植物コウライテンナンショウの雄株から雌株への送粉順序に及ぼすにおいの効果(ポスター発表)2022

    • 著者名/発表者名
      芳崎優華,牧野海斗,塩尻かおり,高橋空,大原雅
    • 学会等名
      第69回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 個体の流れ行列を用いて栄養繁殖を行う個体群の特徴を理解する2022

    • 著者名/発表者名
      横溝裕行、ランブリノス ジョン、深谷肇一、高田壮則
    • 学会等名
      第69回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 繁殖価の流れ行列による在来種と外来種の比較2022

    • 著者名/発表者名
      横溝裕行、深谷肇一、ランブリノス ジョン、高田壮則
    • 学会等名
      第69回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ムカゴイラクサの弾発型花粉散布による種子形成とムカゴ形成の役割(ポスター発表)2021

    • 著者名/発表者名
      辻本隆太郎,大原雅
    • 学会等名
      第53回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 一回繁殖型多年生草本オオウバユリにおける開花臨界サイズと個体成長量の集団間比較(ポスター発表)2021

    • 著者名/発表者名
      芳賀奨平,大原雅
    • 学会等名
      第53回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 一回繁殖型多年生草本オオウバユリの開花当年葉の役割(ポスター発表)2021

    • 著者名/発表者名
      松窪祐介,大原雅
    • 学会等名
      第53回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Mathematical derivation of the temporal dynamics of genetic diversity in stage-structured plant populations gives population genetic insights into life history (Poster Presentation)2021

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Tsuzuki, Takenori Takada, Masashi Ohara
    • 学会等名
      Ecology Across Borders 2021: the joint conference of the British Ecological Society (BES) and the French Society for Ecology and Evolution (SFE2)[Liverpool, UK (online)]
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Genetic dynamics subjected to life history trade-offs: viable demographic strategies under changing environments2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuzuki,Y., Takada, T., Ohara, M.
    • 学会等名
      第68回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 野生生物と人口問題,感染症をあつかうデモグラフィー理論2021

    • 著者名/発表者名
      高田 壮則
    • 学会等名
      第68回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 個体の流れ行列と繁殖価の流れ行列による在来種と外来種の比較2021

    • 著者名/発表者名
      横溝 裕行、深谷 肇一、ジョン ランブリノス、高田 壮則
    • 学会等名
      第68回日本生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 一回繁殖型植物に特有の弾性度分布2020

    • 著者名/発表者名
      高田 壮則
    • 学会等名
      第30回日本数理生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物個体群の生態学的特徴を知るための新たな個体群統計量:個体の流れ行列2020

    • 著者名/発表者名
      横溝 裕行、深谷 肇一、ジョン ランブリノス、川合 由加、高田 壮則
    • 学会等名
      第36回個体群生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 構造化個体群の遺伝動態モデルで解き明かす生活史戦略の進化的帰結2020

    • 著者名/発表者名
      都築 洋一、高田 壯則、大原 雅
    • 学会等名
      第36回個体群生態学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 一回繁殖型植物のEvolutionary demography ー数理モデル解析とデータベース解析の融合-2020

    • 著者名/発表者名
      高田 壮則
    • 学会等名
      第72回日本人口学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 個体の流れ行列:新たな個体群基本統計量により植物個体群の特徴を明らかにする2020

    • 著者名/発表者名
      横溝 裕行、深谷 肇一、ジョン ランブリノス、川合 由加、高田 壮則
    • 学会等名
      第三回デモグラファー会議
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] コウライテンナンショウの雌雄個体間の花粉授受メカニズム ―雌雄における匂いと個体サイズの違いに着目してー2020

    • 著者名/発表者名
      高橋空、芳崎優香、塩尻かおり、大原雅
    • 学会等名
      第52回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 開花個体サイズが異なるオオウバユリ集団間での開花個体の成長の差の有無2020

    • 著者名/発表者名
      芳賀奨平、大原雅
    • 学会等名
      第52回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 遺伝的多様性と適応進化速度のトレードオフに着目した生活史戦略の存続可能性解析2020

    • 著者名/発表者名
      都築洋一、高田壮則、大原雅
    • 学会等名
      第52回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] 個体群生態学と行列モデル ー統計学がつなぐ野外調査と数理の世界2022

    • 著者名/発表者名
      島谷健一郎・高田壮則
    • 総ページ数
      160
    • 出版者
      近代科学社
    • ISBN
      9784764906525
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 横溝裕行マイポータル-Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/hiroyuki_yokomizo

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 数理生態学・高田壮則のホームページ

    • URL

      https://taktakada.github.io

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 国立環境研究所環境リスク健康領域横溝裕行主任研究員ホームページ

    • URL

      https://www.nies.go.jp/risk_health/members/yokomizo/hyokomizo/hyokomizo.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] Ohara lab top

    • URL

      https://noah.ees.hokudai.ac.jp/e_and_g/ohara/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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