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2014 年度 実績報告書

河川流出・水温モデルを用いた将来の広域遺伝的多様性推定手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13J06493
研究機関東北大学

研究代表者

糠澤 桂  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード適応進化予測 / 遺伝的多様性 / 水生昆虫 / 気候変動 / 生息場適性指数 / 種多様性 / Maxent
研究実績の概要

本研究課題では,気候変動に伴う将来の遺伝的多様性を推定する枠組みを確立することを目標とする.平成26年度は,現在気候における水温・水理勾配に沿った適応進化過程を考慮した水生昆虫4種の遺伝的多様性推定モデルを開発し,国際学術雑誌にて発表した.この論文執筆・発表と並行して,気候変動下の水文データ取得,生物多様性推定モデルの改良等を行った.これらの概要を以下にまとめる.
8種類の全球気候モデル(e.g., MIROC5)から将来の降水量・気温データを取得した.降水量・気温が対象地域において対数正規分布・正規分布に従うと仮定し,将来気候値と現在気候値の比・差を3か所のアメダス観測所の観測値に補正してバイアスを補正した.これら将来気候値を水文モデルの入力値として,将来の水温,流速,水深を予測した.現在は,予測された水文量に基づいて将来の水生昆虫の適応的進化過程を考慮した遺伝構造変化を解析中である.
分布型水文モデルを用いて種多様性を推定するモデル(糠澤ら,2013)の改良を行った.従来の頻度分析に基づく生息適性指数(HSI)に加えて種分布推定ソフトのMaxent(Philip et al., 2006)を採用し,両者の精度比較を行った.また,両手法により推定された6分類群のHSIから種多様性指標(種数,多様度指数など)を推定した.この推定結果と,魚類,両生類,昆虫類の在データから成る種数と相関をとった結果,種多様性指標の中でMaxentによるHSIを用いた多様度指数(ME多様度)が最も統計的有意な正の相関を示した.最終的に,最も信頼性の高いME多様度と観測された水生昆虫の遺伝的多様性を比較し,種-遺伝的多様性相関仮説(Vellend, 2005)を検証した.しかしながら,ME多様度は4種中1種の遺伝的多様性とのみ有意な正の相関を示した.

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

当初の計画以上に進展した平成25年度と比較すると,平成26年度は期待通りの進展だったと考える.その理由として,当初の計画では26年度までにデータ整備を終了し,一部の解析並びに論文執筆に取り掛かる予定であった一方,実際は適応進化過程を考慮した遺伝的多様性モデルに関する論文発表を済ませており,かつ種多様性と遺伝的多様性の解析並びに論文投稿も行っていることが挙げられる.

今後の研究の推進方策

平成27年度においては,4種水生昆虫の適応的進化過程を考慮した気候変動下の遺伝構造変化の解析を継続して行う.具体的には,アンサンブル平均した将来の水温,流速,水深指標に沿った対立遺伝子頻度に基づいて,将来の遺伝的多様性マップと遺伝的に類似する集団マップを作製する.加えて,将来の生息場適性指数(HSI)マップも作成し,生息ポテンシャルの将来変化と遺伝子の結果を比較して考察する.本研究は世界で初めて適応的進化過程を考慮した温暖化後の遺伝子予測研究となるため,得られた結果をまとめて,インパクトの高い国際学術雑誌に投稿する予定である.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] A hydrothermal simulation approach to modelling spatial patterns of adaptive genetic variation in four stream insects2015

    • 著者名/発表者名
      Nukazawa K., Kazama S., Watanabe K.
    • 雑誌名

      Journal of Biogeography

      巻: 42 ページ: 103-113

    • DOI

      10.1111/jbi.12392

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A hydrological approach to revealing relationship between physical habitat and genetic diversity of stream invertebrates2014

    • 著者名/発表者名
      Nukazawa K., Kazama S., Takase A., Watanabe K.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 19th IAHR-APD Congress

      巻: 19 ページ: USBメモリ

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermal effects on benthic invertebrates within the headstreams2014

    • 著者名/発表者名
      Arai R, Nukazawa K, Kazama S, Takemon Y
    • 雑誌名

      Proceedings of the 19th IAHR-APD Congress

      巻: 19 ページ: USBメモリ

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 複数の全球気候モデルを用いた源流域における底生動物個体数密度の将来変化2014

    • 著者名/発表者名
      糠澤桂,新井涼允,風間聡,竹門康弘
    • 雑誌名

      土木学会論文集G(環境)

      巻: 70 ページ: I_271-I_276

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分布型流出モデルを用いた名取川水系の付着藻類量推定2015

    • 著者名/発表者名
      渡邊健吾,糠澤桂,会田俊介,風間聡
    • 学会等名
      平成26年度土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      東北学院大学工学部多賀城キャンパス(多賀城市)
    • 年月日
      2015-03-07
  • [学会発表] 根固め用袋材を用いたコンクリート塊と礫における水生昆虫群集の評価2015

    • 著者名/発表者名
      会田俊介,糠澤桂,風間聡
    • 学会等名
      平成26年度土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      東北学院大学工学部多賀城キャンパス(多賀城市)
    • 年月日
      2015-03-07
  • [学会発表] 透過型砂防ダム上下流の河川の底生動物群集の種多様性2015

    • 著者名/発表者名
      林達也,糠澤桂,会田俊介
    • 学会等名
      平成26年度土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      東北学院大学工学部多賀城キャンパス(多賀城市)
    • 年月日
      2015-03-07
  • [学会発表] A hydrological approach to revealing relationship between physical habitat and genetic diversity of stream invertebrates2014

    • 著者名/発表者名
      Nukazawa K, Kazama S, Takase A., Watanabe K.
    • 学会等名
      19th Congress of the Asia and Pacific Division of the International Association for Hydro-Environment Engineering and Research (IAHR-APD)
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      2014-09-23
  • [学会発表] Thermal effects on benthic invertebrates within the headstreams2014

    • 著者名/発表者名
      Arai R, Nukazawa K, Kazama S, Takemon Y
    • 学会等名
      19th Congress of the Asia and Pacific Division of the International Association for Hydro-Environment Engineering and Research (IAHR-APD)
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      2014-09-23
  • [学会発表] 分布型流出・水温モデルを用いた水生昆虫の遺伝的多様性の推定2014

    • 著者名/発表者名
      糠澤桂, 風間聡, 渡辺幸三
    • 学会等名
      応用生態工学会第18回東京大会
    • 発表場所
      首都大学東京南大沢キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] 複数の全球気候モデルを用いた源流域における底生動物個体数密度の将来変化2014

    • 著者名/発表者名
      糠澤桂, 新井涼允, 風間聡, 竹門康弘
    • 学会等名
      第22回地球環境シンポジウム
    • 発表場所
      中央大学駿河台記念館(東京都)
    • 年月日
      2014-09-05
  • [学会発表] 地球温暖化に伴う源流域の底生動物群集の変化2014

    • 著者名/発表者名
      新井涼允,糠澤桂,風間聡,竹門康弘
    • 学会等名
      第22回地球環境シンポジウム
    • 発表場所
      中央大学駿河台記念館(東京都)
    • 年月日
      2014-09-05
  • [学会発表] Estimating habitat suitability of stream insects based on hydrological simulation and its connection to genetic diversity2014

    • 著者名/発表者名
      Nukazawa K, Kazama S, Takase A., Watanabe K.
    • 学会等名
      Joint Aquatic Sciences Meeting (JASM)
    • 発表場所
      Portland, Oregon
    • 年月日
      2014-05-23

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公開日: 2016-06-01  

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