生態系および蛋白質モデルにおける進化の力学と論理

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11837010
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菊池 誠 大阪大学, サイバーメディアセンター, 教授 (50195210)
• 研究分担者: 茶碗谷 毅 大阪大学, 大学院・理学研究科, 講師 (80294148) ; 時田 恵一郎 大阪大学, サイバーメディアセンター, 助教授 (00263195)
• キーワード: 生態系 / 蛋白質 / 進化 / レプリケーター方程式 / 力学系 / 計算機シミュレーション / フォールディング

研究概要

1.蛋白質の進化における非天然的相互作用の役割
β-lactoglobulinの異常な折れたたみ過程に注目し、格子模型を用いて自由エネルギー構造を調べた。特に、郷モデルに対して非天然的なhelixを作りやすい相互作用を人為的に導入した場合に、非天然的相互作用が遷移状態を変化させ、天然状態を探索しやすくなる場合があることを示した。計算結果は最近の実験ともよく一致する。この結果より、非天然的相互作用は進化の過程でむしろ積極的に生じたものである可能性が導かれる。
2.大規模生態系モデルの進化シミュレーション
レプリケータ方程式系に絶滅の効果を組み込むことにより、種数が変動いうる一般的なモデルを構築し、シミュレーションを行なった。非常に大きな種数を持つ初期状態からは系のパラメータに関らず大絶滅が起こり、絶滅後に残る小数種系の頻度が特徴的な分布になることが明らかになった。大きなランダム種間相互作用をもつ系の起源として「生態系融合仮説」を提唱した。また、モデルに中立的種分化のメカニズムを組み込むと、巨大で安定な生態系が生み出されることを示した。これは大規模で複雑な種間相互作用を持つ系は安定に存在しえないという「生態系のパラドックス」に対する反例である。
3.生態系モデルの動力学的構造
大自由度生態系モデルについて、動力学な構造の解析を行なった。モデル方程式において優占種が自発的に交替する現象に関係する動力学的構造についての解析から、この構造が生態系に限らず様々な対称性を持つ系の時間発展に関係するものであるということを示した。また、競争的な相互作用が支配的な系においては、これまで提案されていたものと大きく異なる仕組みにより多様性が維持される可能性を指摘した。

研究成果

• [文献書誌] G.Chikenji and M.kikuchi: "what is the role of non-native intermediutes of β-lactoglobulin in protein folding"Proceedings of National Academy of Science (USA). 97巻. 14273-14277 (2000)
• [文献書誌] K.Tokita,M.Kikuchi and Y.Iba: "Dynamical Eguation Approach to Protein Design"Progress of Theoretical Physics supplement. 138巻. 378-383 (2000)
• [文献書誌] M.Kikuchi,G.Chikenji and Y.Iba: "Multi-Selfoverlop-Ensemble Monte Carlo Method for Lattice Proteins and Heteropolymers"Progress of Theoretical Physics supplement. 138巻. 404-405 (2000)
• [文献書誌] G.Chikenji and M.Kikuchi: "A Lattice Model Study of α→βTransitions in protein Folding"Progress of Theorefical Physics supplement. 138巻. 406-407 (2000)
• [文献書誌] R.Tatsumi,G.Chikenji,Y.Akutsu and M.kikuchi: "The Relation among Thermodynamic stability, Folding Dynamics, and Desiguability"Progress of Theorefical Thysics supplement. 138巻. 420-421 (2000)