バイオスフェア=生態系の数理的探求

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04423
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 巌佐 庸 九州大学, 理学研究院, 教授 (70176535)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 生態系 / 社会・生態結合ダイナミックス / 種分化 / 違法伐採 / 共生 / 性転換 / ゲーム / 確率過程

研究実績の概要

生物は、野外において競争者や餌、捕食者などさまざまな他種と相互作用をし、進化・表現型可塑性・行動選択によって適応し、また環境を自らに適応的なものへと改変する。生物群とそれらの物理環境とは互いに深く関連し、それらを含めたシステムがバイオスフェア=生態系である。生態系の構造と動態の理解をすすめるために、次の３つの視点に立った研究を集中的に行った：
（１）生態系を構成するそれぞれの種の適応進化とそのインパクト：植物と菌根との関係をゲームモデルとして定式化した。海洋生物について性転換や矮雄などの多様な性表現の進化を解析した。後者については生理学的メカニズムを取り込むモデリングを展開し、性転換にかかる時間の進化について初めて解析できた。これは生理的メカニズムと進化生態学を結びつけようとする試みの１歩である。
（２）種の多様性の生成と喪失の速度に関する数理：種分化については、地理的に隔離された島状の生息地で異なる遺伝子が蓄積することと稀に移住が生じることの組み合わせで、少数の島からでも多数の種数がつくりだされる過程を確率過程で解析した。その結果中間の移住率で種の生成速度が最大になることを見出した。この結果はより一般的な状況でも成立する。
（３）人間社会の選択動態と生態系動態の結合システム：モンゴルの遊牧民の移動、インドネシアの森林の違法伐採などについて取り上げた。生態系と社会系の結合ダイナミックスのモデリングとして着実に成果があがった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

いずれのテーマについても、順調に成果があがった。
とくに側所的種分化に関する一連の理論研究は、過去２０年の種分化理論がすべて生態的適応にもとずいたものであるのと対照的に全く独自の視点をもったものであり、地理的構造の重要性をしてきするものである。
熱帯林では違法伐採が非常に重大な問題であり、行われている伐採の８割程度が違法であるとされていることを考えると、生態学・進化生物学だけでは保全は達成できない。モニタリング、地域住民の合意、利益配分、その他の社会科学的な側面をとりこまないと熱帯林保全は達成できない。それに対する重要な理論的貢献ができたとおもわれる。
魚類の性転換については、それぞれの個体が自由自在に有利な性をとるとするゲームモデルによって理解することが標準理論となっているが、それに対して使用しない生殖巣を保持するとか、反応のための生化学系は組織を維持するといったことが、性転換速度に関連しそれが性転換にかかる時間を決定するとした新しいモデリングを提唱した。これは行動生態学と生理学／組織学との融合を目指す全く新しい研究方向をめざすものである。

今後の研究の推進方策

初年度および繰越をもちいた第２年度の成果をもとに、さらに発展させる予定である。また論文としてはすでに多数が刊行されているが、投稿査読中のものも多数あるので、第３年度にはそれらがすべて出版されると期待できる。また国際会議などにおいてその成果を発表する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard University/University of Minnesota(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Harvard University/University of Minnesota
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] Institute for Applied Systems Analysis(Austria)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Institute for Applied Systems Analysis
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Cell-cell signaling in sexual chemotaxis: a biophysical basis for the evolution of different sexes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hadjivasiliou, Z. ,Y. Iwasa, & A. Pomiankowski.
  • 雑誌名: Journal of the Royal Society Interface 巻: 12 ページ: 20150342
  • DOI: doi: 10.1098/rsif.2015.0342
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pandemic HIV-1 Vpu overcomes intrinsic herd immunity mediated by tetherin. (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwami, S., K. Sato, S. Morita, H. Inaba, T. Kobayashi, J. S Takeuchi, Y. Kimura, N. Misawa, Fenrong Ren, Y. Iwasa, K. Aihara, and Y. Koyanagi.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 12256
  • DOI: doi:10.1038/srep12256
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Games of corruption: how to suppress illegal logging (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee, J-H., K. Sigmund, U. Dieckmann, and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 367 ページ: 1-13
  • DOI: doi:10.1016/j.jtbi.2014.10.037
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phenotype adjustment promotes adaptive evolution in a game without conflict. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, S., and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: Theoretical Population Biology 巻: 102 ページ: 16-25
  • DOI: DOI: 10.1016/j.tpb.2015.03.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Agent-based mapping of credit risk for sustainable microfinance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee, J-H., M. Jusup, B. Podobnik, and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 ページ: e0126447
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0126447
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reproductive interference can promote recurrent speciation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, R. and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: Population Ecology 巻: 57 ページ: 343-346
  • DOI: doi: 10.1007/s10144-015-0485-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An evolutionary approach for identifying driver mutations in cancer. (2015)
  • 著者名/発表者名: Foo, J., L.L. Liu, K. Leder, M. Riester, Y. Iwasa, C Lengauer, and Franziska Michor.
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 11 ページ: e1004350
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pcbi.1004350
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] When should faster moving animals have better visual ability?-- Computational study of Leuckart's law. (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoi, S. and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: Evolutionary Ecology Research 巻: 16 ページ: 649-661
  • DOI: DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.07.029
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The evolutionary advantage of haploid versus diploid microbes in nutrient-poor environments. (2015)
  • 著者名/発表者名: Bessho, K., Y. Iwasa and T. Day.
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 383 ページ: 116-129
  • DOI: DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.07.029
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cultural evolution of hinoeuma superstition controlling human mate choice: The role of half-believer. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hara, M., J-H. Lee, and Y. Iwasa.
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 385 ページ: 40-49
  • DOI: DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.08.016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reputation Effects in Public and Private Interactions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuki H, Iwasa Y, Nowak MA .
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 11 ページ: e1004527.
  • DOI: doi:10.1371/journal.pcbi.1004527
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] "Rate of species creation by geographic isolation and recurrent migration." (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: The 22nd East Asia Joint Symposium on Biomedical Research 2015. Special workshop of "Ecology and evolution"
  • 発表場所: OIST, Okinawa
  • 年月日: 2015-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] "Rate of species creation by geographic o\isolation and recurrent migration." (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: The Annual meeting of Japanese Society for Mathematical Biology and China-Japan-Korea Colloquium of Mathematical Biology.
  • 発表場所: Doshisha Univ., Kyoto
  • 年月日: 2015-08-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発ガン過程を進化として捉える：数理的アプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 学会等名: 第１２回日本病理学会カンファレンス
  • 発表場所: 六甲山ホテル
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] "Morality as a mechanism for maintaining cooperative society by indirect reciprocity." (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: The 3rd Toulouse Economics and Biology Workshops "Evolution and Morality"
  • 発表場所: Toulouse School of Economics, Toulouse, France.
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rate of species creation by geographic isolation and recurrent migration." (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: Departmental Seminar, Department of Genetics, Evolution and Environment
  • 発表場所: University Collage London, UK
  • 年月日: 2015-05-07
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling socio-economic aspects for ecosystem management. (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: Symposium "Ecosystem management and environmental decisions."
  • 発表場所: Centennial Hall, Kyushu University Medical School.
  • 年月日: 2015-04-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Modelling biological evolution 2015: linking mathematical theories with empirical realities." (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasa, Y.
  • 学会等名: International conference "Modelling biological evolution 2015: linking mathematical theories with empirical realities." (org. A. Morozov)
  • 発表場所: University of Leicester, UK.
  • 年月日: 2015-04-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 文化進化ダイナミックスによる社会現象の解明：ヒノエウマ迷信と熱帯林の違法伐採を例に (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 学会等名: 理研数理生物学ミニシンポジウム
  • 発表場所: 理研和光キャンパス
  • 年月日: 2015-04-23
  • 招待講演
• [学会発表] 生態系管理のための社会／経済的側面のモデリングについて (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 学会等名: 那覇植物防疫事務所ゼミナール
  • 発表場所: 那覇港湾合同庁舎、那覇市.
  • 年月日: 2015-04-04
  • 招待講演
• [図書] 『社会の決まりはどのように決まるか』「協力の進化：人間社会の制度を進化生物学からみて」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 総ページ数: 15-47
  • 出版者: 勁草書房
• [図書] 『集団生物学』第２章（生物の人口論），第３章（競争と共存），第４章（捕食者と被食者の振動）、第６章（捕食行動）、第８章（性と配偶のゲーム），第９章（生活史の適応）、 (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 総ページ数: 389
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 『海の生き物はなぜ多様な性を示すのか：数学で解き明かす謎』「海の生物の適応戦略」コーディネーターによる解説 (2015)
  • 著者名/発表者名: 巌佐 庸
  • 総ページ数: 389
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 『行動生態学（原著第４版）』 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野間口寘太郎・山岸哲・巌佐庸共訳
  • 総ページ数: 556
  • 出版者: 共立出版
• [備考] 巌佐 庸 Web page
  • URL: http://bio-math10.biology.kyushu-u.ac.jp/~iwasa/