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2021 年度 実績報告書

進化のゆらぎ応答理論の確立と多階層・発生過程への展開

計画研究

研究領域進化の制約と方向性 ~微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明~
研究課題/領域番号 17H06386
研究機関東京大学

研究代表者

金子 邦彦  東京大学, 大学院総合文化研究科, 名誉教授 (30177513)

研究分担者 藤本 仰一  大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60334306)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワード表現型進化 / ゆらぎ / 安定性 / 可塑性 / 発生進化対応
研究実績の概要

(i)表現型進化の方向性と拘束の理論:進化により表現型変化が低次元空間に拘束されることをタンパクのデータを用いて確認した。遺伝子制御ネットワークにおいては適応ダイナミクスが進化により低次元に束縛され、これいよる交差適応度の関係を求め、マクロポテンシャル理論で説明した。有性生殖下での進化シミュレーションにより、集団的なメンデル顕性、そして雑種強勢ならびに雑種で発現揺らぎの逓減を示した。
(ii) 階層進化理論:原始細胞においてセントラルドグマが出現する条件を細胞内分子数と変異率に関するスケーリング関係で示した。生態系レベルでは細胞が有用成分をもらすことで多種共生が生じ、それにより安定した生態系が形づくられることを示した。ホストとパラサイトの相互作用により表現型の揺らぎを増す可塑性の進化が生まれることを示した。人間社会での家族構造の四類型が生じる条件とそれによる社会、経済構造を求めた。
(iii) 進化発生対応の理論:発生の砂時計仮説が発生過程のロバストネスと遅い遺伝子発現制御過程の進化により生じることを明らかにした。また、多細胞生物に関しては遺伝子発現とエピジェネティックスの相互フィードバックで安定した分化、さらには分化した細胞の少数遺伝子強制発現でのリプログラミングを理論的に明らかにした。
[藤本グループ]動植物において、表現型の種間多様性の定量解析を進め、その発生基盤を数理モデルから予測し、実験的検証をした。完全変態昆虫では、サイズ進化の法則、被子植物では根端の形状に種を超えた普遍性を見出した。被子植物の花の多様性やコケ植物の葉の形を調節する発生ルールを数理モデルから予測した。被子植物のらせん状と同心円状、イソギンチャクの左右対称性と放射対称性など動植物のボディプランに種内多型を見出し、その発生基盤をモデルから予測した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (46件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 2件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 16件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 14件、 招待講演 11件)

  • [雑誌論文] Generic optimization by fast chaotic exploration and slow feedback fixation2023

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Yuuki、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 ページ: 023017

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.023017

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Avoidance of error catastrophe via proofreading innate to template-directed polymerization2023

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Yoshiya J.、Takeuchi Nobuto、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 ページ: 013170

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.013170

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Autotoxin-mediated latecomer killing in yeast communities2022

    • 著者名/発表者名
      Oda Arisa H.、Tamura Miki、Kaneko Kunihiko、Ohta Kunihiro、Hatakeyama Tetsuhiro S.
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 20 ページ: e3001844

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001844

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Statistical Trends of Protein Evolution: A Lesson from AlphaFold Database2022

    • 著者名/発表者名
      Tang Qian-Yuan、Ren Weitong、Wang Jun、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Molecular Biology and Evolution

      巻: 39 ページ: msac197

    • DOI

      10.1093/molbev/msac197

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterosis of fitness and phenotypic variance in the evolution of a diploid gene regulatory network2022

    • 著者名/発表者名
      Okubo Kenji、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 1 ページ: pgac097

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgac097

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamical systems theory of cellular reprogramming2022

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Yuuki、Hatakeyama Tetsuhiro S.、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 ページ: L022008

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.4.L022008

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Emergence of kinship structures and descent systems: multi-level evolutionary simulation and empirical data analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Itao Kenji、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

      巻: 289 ページ: 20212641

    • DOI

      10.1098/rspb.2021.2641

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 器官の形に共通性をもらたらす物理2022

    • 著者名/発表者名
      郷達明, 藤原基洋, 津川暁, 藤本仰一
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 62 ページ: 7~12

    • DOI

      10.2142/biophys.62.7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of phenotypic fluctuation under host-parasite interactions2021

    • 著者名/発表者名
      Nishiura Naoto、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 17 ページ: e1008694

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1008694

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exploitation by asymmetry of information reference in coevolutionary learning in prisoner’s dilemma game2021

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Yuma、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Complexity

      巻: 2 ページ: 045007

    • DOI

      10.1088/2632-072X/ac301a

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A scaling law of multilevel evolution: how the balance between within- and among-collective evolution is determined2021

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nobuto、Mitarai Namiko、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Genetics

      巻: 220 ページ: iyab182

    • DOI

      10.1093/genetics/iyab182

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evolution of family systems and resultant socio-economic structures2021

    • 著者名/発表者名
      Itao Kenji、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Humanities and Social Sciences Communications

      巻: 8 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1057/s41599-021-00919-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamics-Evolution Correspondence in Protein Structures2021

    • 著者名/発表者名
      Tang Qian-Yuan、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 ページ: 098103

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.127.098103

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Entangled gene regulatory networks with cooperative expression endow robust adaptive responses to unforeseen environmental changes2021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Masayo、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 ページ: 033183

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.033183

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of dominance in gene expression pattern associated with phenotypic robustness2021

    • 著者名/発表者名
      Okubo Kenji、Kaneko Kunihiko
    • 雑誌名

      BMC Ecology and Evolution

      巻: 21 ページ: 110

    • DOI

      10.1186/s12862-021-01841-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polymorphism in the symmetries of gastric pouch arrangements in the sea anemone D. lineata2021

    • 著者名/発表者名
      Sarper Safiye E.、Hirai Tamami、Matsuyama Take、Kuratani Shigeru、Fujimoto Koichi
    • 雑誌名

      Zoological Letters

      巻: 7 ページ: 12

    • DOI

      10.1186/s40851-021-00180-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Dynamical systems theory of robust cell differentiation and reprogramming2022

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Net Bio Med 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal biology in adaptation and evolution: dimensional reduction and fluctuation-response relationship2022

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      2nd Biology for Physics Conference "Biological Evolution and Nonequilibrium Physics: Close Encounters"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Harnessing Complexity through Evolutionary Dimensional Reduction2022

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Evolution of Complexity from the Statistical Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal Biology in Adaptation and Evolution: Dimensional Reduction, and Fluctuation-Response Relationship2022

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      IBS-BIMAG Colloquium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The direction of protein evolution: A lesson from AlphaFold Database2022

    • 著者名/発表者名
      唐乾元A, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 二倍体遺伝子発現制御ネットワークにおけるヘテロシスの進化と適応度地形2022

    • 著者名/発表者名
      大窪健児, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 速い遺伝子制御ダイナミクスと遅いエピジェネティック制御との相互作用による細胞分化とリプログラミングの力学系理論2022

    • 著者名/発表者名
      松下優貴, 畠山哲央, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 鋳型指示重合に内在する校正効果によるエラーカタストロフの回避2022

    • 著者名/発表者名
      松原嘉哉, 竹内信人, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 贈与関係による階層構造の生成2022

    • 著者名/発表者名
      板尾健司, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Heterosis Related to Fitness and Phenotypic Variance in the Evolution of Diploid Gene Regulatory Network2022

    • 著者名/発表者名
      Kenji Okubo
    • 学会等名
      Fifth Bangalore School on Population Genetics and Evolution
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative modeling of multicellular mechanics promoting pathogenesis and organogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      Koichi Fujimoto
    • 学会等名
      International Symposium on Evolutionary Genomics and Bioinformatics 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The advantage of leakage of essential metabolites and resultant symbiosis of diverse microbes2021

    • 著者名/発表者名
      山岸純平, 斉藤稔, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本生物物理学大会
  • [学会発表] 多階層進化モデルによる社会構造の生成2021

    • 著者名/発表者名
      板尾健司
    • 学会等名
      統計物理と統計科学のセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 婚姻交換による親族構造形成のダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      板尾健司、金子邦彦
    • 学会等名
      日本人類学会大会
  • [学会発表] Microbial Potlatch: The advantage of leakage of essential metabolites and resultant symbiosis of diverse species2021

    • 著者名/発表者名
      山岸純平, 斉藤稔, 金子邦彦
    • 学会等名
      国際生物物理学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] 親族構造と出自様式の多階層進化2021

    • 著者名/発表者名
      板尾健司, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] アロステリック効果の進化モデルと次元圧縮仮説2021

    • 著者名/発表者名
      坂田綾香, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 遺伝子発現制御系の進化における発現パターン顕性2021

    • 著者名/発表者名
      大窪健児, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 細胞集団系における低次元摂動応答2021

    • 著者名/発表者名
      山岸純平, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] The Dynamics-Evolution Correspondence in Protein Structures2021

    • 著者名/発表者名
      唐乾元, 金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Universal Biology in Adaptation and Evolution: Dimensional Reduction, and Fluctuation-Response Relationship2021

    • 著者名/発表者名
      金子邦彦
    • 学会等名
      Statistical Physics of Complex Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Relevance of Noise to Adaption and Evolution2021

    • 著者名/発表者名
      金子邦彦
    • 学会等名
      Storchastic Resonance 40
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞配置と器官配置の周期を構成し変調するメリステム動態の理論生物学2021

    • 著者名/発表者名
      藤本仰一,鎌本直也,北沢美帆,嶋村正樹
    • 学会等名
      日本植物学会第83回大会 シンポジウム「異分野協調と周期の変調で解き明かす植物の発生メカニズム」
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞から個体に至る動植物の形を定量し生まれる仕組みを探る数理2021

    • 著者名/発表者名
      藤本仰一
    • 学会等名
      第23回日本進化学会 夏の学校
  • [学会発表] Heterosis, Phenotypic Variance and Dominance in Diploid Gene Regulatory Network2021

    • 著者名/発表者名
      大窪健児
    • 学会等名
      AsiaEvo Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolution of kinship structures driven by marriage tie and competition.2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Itao and Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      International Conference on Computational Social Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-level evolution of families and societies reveals the universality in anthropological phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Itao
    • 学会等名
      Mathematical geographical modelling for environmental humanities(数理地理モデリング研究会2021年ワークショップ)
    • 招待講演
  • [学会発表] Evolution of kinship structures driven by marriage tie and competition.2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Itao and Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Human Behavior & Evolution Society 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Macroscopic Theory for Adaptation and Evolution: Multilevel Consistency, Dimensional Reduction, and Fluctuation-Response Relationship2021

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Solvay Workshop on ‘Nonlinear Phenomena and Complex Systems'
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evolution of kinship structures driven by marriage tie and competition.2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Itao and Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Cultural Evolution Society Conference 2021 Sapporo
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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