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2015 年度 実績報告書

シロアリの建設行動を用いた自己組織化システムの適応進化の検証

研究課題

研究課題/領域番号 15J02767
研究機関京都大学

研究代表者

水元 惟暁  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
キーワード自己組織化 / 生態学 / 動物行動 / 探索行動 / 社会性昆虫 / ヤマトシロアリ / パターン形成
研究実績の概要

動物行動が生み出す時空間パターンの創出メカニズムを理解することから、その適応や進化といった生態学的な意義についても解明することが本研究の目的である。
本研究ではまず、シロアリの作り出す構造物の種内変異を生じさせるメカニズムについて、探索行動である蟻道建設に着目し、実験結果とシミュレーションから調べた。その結果、同じアルゴリズム下でも、個体の性質の違いから異なる構造物が建設されうるということを、複数の異なる個体数条件下で示すことが出来た。更にこのような種内変異は、コロニーの成長段階に伴って変化するコロニー内の労働需要への適応だと考えられるデータが得られた。これらは異なる構造物がどのように生じるかというメカニズムの理解と、そのメカニズムのコロニー内での役割という適応的理解とをつなげることが出来た一つの結果である。
また、蟻道建設による探索行動の結果生じる、他コロニーとの融合について、初期コロニーを用いて調べたところ、初期コロニーとオス2匹の同性ペアの巣が遭遇した際に、同性ペアのオスが初期コロニーに侵入し、そのコロニーを乗っ取ることが分かった。この結果は、初期コロニーの探索において、同種の異巣に出会うことがコストになりうることを示すとともに、ヤマトシロアリのオスの同性ペアが、繁殖が出来ないにもかかわらず、巣を形成することの意義を明らかにしたこととなる。
最後に探索行動を一般に拡張し、探索効率を調べる理論モデルを用いて解析を行った。その結果、一定の選択圧の下では、探索者と被探索者が異なるように動くときに出会いの効率が最適化されるという、これまでに知られていないパターンが生じることを発見した。この結果は資源探索だけでなく、配偶者探索など様々な探索行動の進化の理解に貢献する。また、シロアリの有翅虫を用いて歩行解析を行った結果、探索パターンに性差が見られ、理論予測をサポートする結果が得られた。

現在までの達成度 (区分)
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

計画段階では、構造物パターンという集団としての形質のみに着目していた。しかし、学会発表や研究集会で受けたコメント等を元に、実験計画の段階ではあまり考えていなかった個々の行動にも注目することができ、実験をさらに発展させることが出来ている。
構造物の種内変異のメカニズムを明らかにした結果は、国際誌に論文発表することが出来た。さらに、コロニー融合の実験結果も投稿中であり、その他の結果についても、順次論文投稿を続けることが可能な状態である。

今後の研究の推進方策

種内における多様な構造物が、同じアルゴリズム下から生じうるという視点を種間の構造物の違いにまで拡張し、建設行動の進化に迫る実験を進める予定である。
また、探索行動やコロニー融合についても複数種を用いて実験を行い、本年度ヤマトシロアリで確認されたことが、他種にも応用可能かどうかを検証する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Emergence of intercolonial variation in termite shelter tube patterns and prediction of its underlying mechanism.2015

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto, N., Kobayashi, K. & Matsuura, K.
    • 雑誌名

      Royal Society Open Science.

      巻: 2 ページ: 150360

    • DOI

      10.1098/rsos.150360

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Intraspecific variation of termite shelter-tube structures: building mechanism and its organization in their society.2016

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto, N., Kobayashi, K. & Matsuura, K.
    • 学会等名
      XXV International Congress of Entomology (ICE2016)
    • 発表場所
      Orlando, Florida, USA
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Male homosexual pairs of termites cooperate for survival and future reproduction.2016

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto, N., Yashiro, T. & Matsuura, K.
    • 学会等名
      日本昆虫学会第76回大会・第60回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • 発表場所
      大阪府立大
    • 年月日
      2016-03-29 – 2016-03-29
  • [学会発表] シロアリの構造物形成における種内変異をもたらすメカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      水元惟暁
    • 学会等名
      日本昆虫学会第76回大会・第60回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • 発表場所
      大阪府立大
    • 年月日
      2016-03-28 – 2016-03-28
  • [学会発表] シロアリにおける構造物形成の自己組織化-個体の性質が集団レベルの形質に与える影響-2016

    • 著者名/発表者名
      水元惟暁
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] Can sex difference in movement patterns really enhance mating encounters? Yes!2016

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto N., Sato R., Nagaya N., Abe S M., Dobata S. & Fujisawa R.
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] シロアリを用いた動物行動メカニズムに関する行動生態学的研究2015

    • 著者名/発表者名
      水元惟暁
    • 学会等名
      「群れ」における動態形成の数理科学
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2015-12-21 – 2015-12-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Tracking movement of individual insects with an omnidirectional treadmill mechanism.2015

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto N., Sato R., Nagaya N., Abe S M., Dobata S. & Fujisawa R.
    • 学会等名
      SWARM 2015: The First International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Termite constructs colony specific structures in shelter tube construction.2015

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto, N., Kobayashi, K. & Matsuura, K.
    • 学会等名
      SWARM 2015: The First International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-28
    • 国際学会
  • [学会発表] 素敵な出会いを応援します:移動パターンの性差がもたらす配偶者探索の最適化2015

    • 著者名/発表者名
      水元惟暁, 土畑重人, 佐藤僚太, 藤澤隆介, 阿部真人, 永谷直久
    • 学会等名
      第34回日本動物行動学会大会
    • 発表場所
      東京海洋大学
    • 年月日
      2015-10-20 – 2015-10-22
  • [学会発表] Sex difference in random walk patterns enhance mating encounters2015

    • 著者名/発表者名
      水元惟暁, 土畑重人
    • 学会等名
      第31回個体群生態学会大会
    • 発表場所
      滋賀県立大学
    • 年月日
      2015-10-11 – 2015-10-11
  • [備考] シロアリの多様な巣の構造はいかにして生じるか?

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/151104_1.html

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公開日: 2016-12-27  

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