| 研究課題/領域番号 |
22K06405
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45040:生態学および環境学関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
難波 利幸 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (30146956)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 植食性昆虫 / 離散世代 / 種間競争 / 差分方程式 / ギルド内捕食 / 生産性 / 共存 / リミットサイクル / 生物多様性 / 植物 / 生物群集 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多くの昆虫個体群は，世代が重ならない離散世代の動態を示し，密度効果が弱く，個体数も種構成も大きく変動すると言われる。本研究では，離散世代の個体群動態を記述する連立差分方程式からなる数理モデルを構築し，連続世代の個体群動態を記述する連立微分方程式モデルとの違いを考慮しながら，植食性昆虫と植物，植物と相利共生者，植食性昆虫と捕食者，相利共生者と捕食者などの間の相互作用が生物群集の構造と動態や生物多様性に及ぼす影響を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
植食性昆虫の特徴を生かしたもっとも簡単なモデルとして，植食性昆虫は単食性で植食性昆虫間に種間競争はないが，植物間には種間競争が起こると仮定して，差分方程式モデルを構築した。昆虫の死亡率を固定したパラメータ空間で，植物の内的自然増加率と昆虫の成長率をランダムに選び，他のパラメータは種に依存しないことを仮定し，系の動態を調べた。その結果，植食性昆虫と植物の対の数が増えると植食性昆虫は極めて少数の種しか存続できないことが分かった。この結果は自然界での実態と相いれないため，植物は他の全種と競争するという仮定を緩め，植物が他の植物と競争する確率を導入した結果，この確率が小さいと多くの昆虫種が存続することが明らかになった。しかし，植物間の種間競争が強くなると植物種にも絶滅するものが現れた。これらの結果，多くの植食性昆虫が共存するためには植物間の競争はまばらで弱くなければならないことが明らかになった。
離散世代の群集動態モデルでは種による世代時間の違いを取り入れることが難しいことを補完する目的で行っている連続時間の群集動態モデルでは，３種系の中で今なお謎の多いギルド内捕食系について調べた。ギルド内捕食系では，中間の消費者は上位の捕食者と資源をめぐる競争をする上に捕食者に食われるために，資源をめぐる競争においては消費者が捕食者より優位であることが消費者と捕食者の共存の必要条件であると言われる。今年度は，高生産性環境での非線形群集動態を詳細に解析することにより，資源の環境収容力が高まると資源と捕食者のリミットサイクルの振幅が大きくなり周期が長くなることによって，このリミットサイクルが不安定になって消費者の侵入が可能になること，そしてさらに環境収容力が高くなると，共存リミットサイクルの周期が長くなり資源と消費者の振幅が増すことにより，捕食者の存続が難しくなり絶滅してしまうことを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
交付申請書の「補助事業期間中の研究実施計画」に記載した「１．ネットワークとしての生物群集を構成する基本的要素である２種間の捕食‐被食，競争，相利共生について」では，２種間の捕食‐被食と競争について差分方程式モデルの特徴を明らかにし，「２．離散世代の個体群からなる多栄養段階の生物群集の数理モデルに対応する連続世代のモデルの挙動」では，ギルド内捕食系で，新たに購入したワークステーション上で高速に機能するプログラムの導入によって状態空間の境界面上のリミットサイクルから共存リミットサイクルが分岐する現象を詳細に数値的に解析することが可能になり，新たな共存メカニズムを明らかにすることができた。
「３．植食性昆虫の共存のメカニズムについての寄主植物特異性仮説」については，植食性昆虫は寄主植物特異的で植食性昆虫間には種間競争がはたらかないという極端な状況でも，植物間の競争がまばらで弱くなければ多くの植食性昆虫が絶滅することを示すことができた。これによって，寄主植物特異性仮説が成り立つ前提として植物間の競争に注目する必要性が明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
交付申請書の「補助事業期間中の研究実施計画」に記載した「４．植物と植食者と相利共生者を含む系について」，まず植物と相利共生者からなる２種系について差分方程式モデルの動態を解析的に明らかにする。続いて，植食者を加えた３種系についても解析的に調べ，これらの基礎を踏まえて，植物，植食者，相利共生者を含む多種系で，植食と相利共生の割合などが系の動態に及ぼす影響を数値計算によって明らかにする。
「５．植物と植食者，相利共生者が相互作用する系への上位の捕食者の影響」についても，まず植物－植食者－捕食者の３種系，植物－相利共生者－捕食者の３種系について，解析的に差分方程式モデルの特徴を調べる。その結果を踏まえて，ジェネラリスト捕食者が多い系とスペシャリスト捕食者が多い系とで，捕食者が植物に及ぼす植食者を介する間接効果と相利共生者を介する間接効果がどのようにはたらくかを比較する。
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