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2016 年度 実績報告書

生活史行列ビッグデータを用いた植物個体群の比較統計解析

研究課題

研究課題/領域番号 15H04418
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, 教授 (80206755)

研究分担者 深谷 肇一  統計数理研究所, データ科学研究系, 外来研究員(JSPS特別研究員) (30708798)
大原 雅  北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (90194274)
金子 有子  東洋大学, 文学部, 准教授 (90280817)
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)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード生態学 / ビッグデータ / 推移行列モデル / 個体群統計
研究実績の概要

植物の生活史行列に関するデータベース(COMPADRE)を用いて研究を行うために、データ整理のためのポスドクを一名雇用した。その結果、約7000個の植物集団の生活史行列を求めることができた。その結果を基にして、個体群成長率と平均寿命の関係の解析、過去の弾性度解析の検証、外来植物の個体群増加率と導入からの経過時間との関係の解析、齢構成行列に基づく標準化された種間比較の研究に着手した。そのため、研究打ち合わせ会議を三回行ない、役割分担を明確にした。また、植物集団の生活史行列群の一部を公表するためデータベース紹介のホームページを拡充した。さらに、当該分野の研究の発展に寄与するため、十一月に行われた個体群生態学会において海外研究者を招聘しシンポジウムを開催した。
「個体群成長率と平均寿命の関係の解析」においては、植物集団生活史行列の個体群成長率、弾性度、平均寿命を求めるコンピュータープログラムの開発を行い、そのプログラムを用いて、個体群成長率、弾性度、平均寿命を求めた。それらの実際の生物集団の結果と、ランダムに要素を与えた生活史行列の結果の比較を行った。また、約7000個の植物集団の弾性度解析結果と過去の弾性度解析の結果を比較した。
「外来植物の個体群増加率と導入からの経過時間との関係の解析」では、外来植物の個体群増加率を求めた上で、外来植物データベースから割り出された導入からの経過時間との関係を調べた。その結果、個体群増加率と導入からの経過時間との間に関係はみられなかったが、導入からの経過時間が長くなるほど、滞留率を下げるための対策がより効果的であることが明らかになった。「齢構成行列に基づく標準化された種間比較研究」では、既存手法の改良を検討した。他にも、琵琶湖の侵略的外来水生植物3種について過去の分布データからGISソフトを用いて解析することにより生活史行列を求める試みが行われた。

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

解析に供与する生活史行列の抽出については、昨年度に雇用したポスドクが開発した計算加工のためのコンピュータープログラムを用い,COMPADREデータベースから生活史行列の整理・抽出がなされた.その結果,高田、横溝担当の研究テーマ用行列が用意された.今後、不足している深谷,金子の研究テーマで扱う行列抽出を行うが、概ね解析研究に必要な行列抽出は完成した.
「個体群成長率と平均寿命の関係の解析」においては、昨年度開発した計算加工のためのコンピュータープログラムを用いて植物集団生活史行列の個体群成長率、弾性度、平均寿命を求め、実際の生物集団の結果と、ランダムに要素を与えた生活史行列の結果の比較を行った。また、約7000個の植物集団の弾性度解析結果と過去の弾性度解析の結果を比較した。これらの結果は、数理生物学会年会において発表され、現在国際学術誌への投稿を目指して論文執筆中である。
「外来植物の個体群増加率と導入からの経過時間との関係の解析」では、外来植物の個体群増加率と導入からの経過時間の関係等を調べ、侵入種管理に効果的な対策を理解する情報が明らかになった。この成果は、国際学会で発表され、また投稿論文が受理され現在印刷中である。さらに、弾性度解析において、行列要素だけではなくvital rateにも着目して解析を行う予定だった。また、個体の流れ行列との関係について解析を行い予定であった。しかし、植物の生活史行列に関するデータベースでは詳細な文献調査が必要なために解析が少々遅れている。「齢構成行列に基づく標準化された種間比較研究」では、コンピュータシミュレーションによって、既存手法を用いた齢固有パラメータや個体群成長率の推定にステージ推移確率の齢依存性が及ぼす影響の調査が完了している。また、琵琶湖の侵略的外来水生植物3種の解析については生活史行列の推定作業に遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

前年度遅れていた研究進捗状況も改善されたため、新たに、「弾性度と個体群増加率および植物の生活史タイプの関係の解析」に着手する.このプログラム開発作業は,深谷が担当する.また,実際の計算作業は,高田,大原,金子の3名が分担して行う.ランダム行列を対象にした場合と,抽出された生活史行列1637個を生活史タイプ別にした場合の分布を求める.この一連の計算のプログラムはかなり複雑なものになると予想されるため,作成作業は横溝が担当する.
「個体の流れ行列と個体群増加率の関係の解析」については、昨年度予定されていながら遅れていたこの研究に着手する.まず,各植物種の行列およびランダム行列から個体の流れ行列を算出する.実際の計算作業は,高田,大原,金子の3名が分担して行う.また,個体の流れ行列の要素の総計が個体群増加率になる性質を利用して,三角錐体上に,各植物種の個体の流れベクトルをプロットする.この作成作業は横溝が担当する.
「外来侵入種における個体の流れ行列,vital rate弾力性と侵入後経過時間との関係」については、解析準備で供された生活史行列の中から外来侵入種の行列を選び出し,個体の流れ行列,弾力性と侵入後経過時間の相関の有無を解析する.すでに弾力性との関係については計算結果が求められているため,さらに個体の流れ行列との関係について解析を行い,英文論文として発表する.このプログラム開発,文献情報検索,数値解析は分担者の横溝が担当する.
「齢構成行列に基づく標準化された種間比較研究」では、齢構成行列の推定方法を開発するために、齢依存性を考慮した統計モデルによる推定アプローチを検討する。この解析は分担者の深谷が担当する。
また、琵琶湖の侵略的外来水生植物3種の解析については、GISデータから生活史行列を完成させて解析を行い、外来種の特徴を検証する。この解析は分担者の金子が担当する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Oregon State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Oregon State University
  • [雑誌論文] Reproductive biology of Clintonia udensis2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshima Ayako、Ohara Masashi
    • 雑誌名

      Plant Species Biology

      巻: 32 ページ: 471~476

    • DOI

      10.1111/1442-1984.12170

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The influence of time since introduction on the population growth of introduced species and the consequences for management.2017

    • 著者名/発表者名
      Yokomizo H., Takada T., Fukaya K., Lambrinos J.
    • 雑誌名

      Population Ecology

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Detecting the early genetic effects of habitat degradation in small size remnant populations of Machilus thunbergii Sieb. et Zucc. (Lauraceae).2017

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, Y. Kaneko, Y. Maesako, N. Noma
    • 雑誌名

      International Journal of Forestry Research

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1155/2017/9410626

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pathogen Propagation Model with Superinfection in Vegetatively Propagated Plants on Lattice Space.2016

    • 著者名/発表者名
      Sakai Y, Takada T.
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 11 ページ: e0154883

    • DOI

      10.1371/journal. pone.0154883

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 動的サイト占有モデルー状態の不確実性を考慮したサイト占有動態の統計的推測2016

    • 著者名/発表者名
      深谷肇一
    • 雑誌名

      統計数理

      巻: 64 ページ: 3-22

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] The optimal frequencies of mast-seeding and disturbance in a riparian tree species, Pterocarya rhoifolia.2016

    • 著者名/発表者名
      Takada, T., Kaneko, Y.
    • 学会等名
      第48回種生物学会
    • 発表場所
      キロロトリビュートポートフォリオホテル北海道(北海道赤井川市)
    • 年月日
      2016-12-03
  • [学会発表] The influence of time since introduction on the population growth of invasive species and the consequences for management.2016

    • 著者名/発表者名
      Yokomizo H.,
    • 学会等名
      32-th annual meeting of Japanese Society of Population Ecology.
    • 発表場所
      ホテル鹿の湯(札幌市南区)
    • 年月日
      2016-11-04
    • 招待講演
  • [学会発表] Long and winding road from demography to evolution,2016

    • 著者名/発表者名
      Takada T.
    • 学会等名
      32-th annual meeting of Japanese Society of Population Ecology.
    • 発表場所
      ホテル鹿の湯(札幌市南区)
    • 年月日
      2016-11-04
    • 招待講演
  • [学会発表] The interactive effect of mast-seeding and disturbance on stochastic population growth rate in stage-structured model.2016

    • 著者名/発表者名
      Takada, T., Kaneko, Y.,
    • 学会等名
      4-th Annual meeting of Evolutionary Demography Society.
    • 発表場所
      Charlottesville(USA)
    • 年月日
      2016-10-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Testing the influence of time since introduction on population growth and optimal management.2016

    • 著者名/発表者名
      Yokomizo H., Takada T., Fukaya K., Lambrinos J.
    • 学会等名
      4-th Annual meeting of Evolutionary Demography Society.
    • 発表場所
      Charlottesville(USA)
    • 年月日
      2016-10-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Population statistics of random matrices2016

    • 著者名/発表者名
      Takada, T.
    • 学会等名
      26-th Annual meeting of Japanese Society for Mathematical Biology
    • 発表場所
      九州大学椎木講堂(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-09-08
    • 国際学会
  • [備考] 高田研究室ホームページ「生物集団データベース」

    • URL

      http://hosho.ees.hokudai.ac.jp/~takada/database/

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-10-07  

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