| 研究課題/領域番号 |
16H04035
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
西森 拓 広島大学, 理学研究科, 教授 (50237749)
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| 研究分担者 |
粟津 暁紀 広島大学, 理学研究科, 准教授 (00448234)
秋野 順治 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (40414875)
中田 聡 広島大学, 理学研究科, 教授 (50217741)
末松 信彦 明治大学, 総合数理学部, 専任准教授 (80542274)
泉 俊輔 広島大学, 理学研究科, 教授 (90203116)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 自己組織化 / アリ集団 / 分業 / 自己駆動系 / 化学走性 / 群知能 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、個々が単純な情報処理しかできず、かつ、全体を統括するリーダーもいないアリ集団が、なぜコロニーを囲む状況に応じて複雑な協調運動や可変的役割分担を行い全体として高度な機能を持ちうるのかを、採餌に関する定量的実験と数理モデリングによって検証することを一つの目的としている。そのために、本研究のスタートより本年度に至るまで、RFIDチップやマーカーによる個体認証システムの改良を重ねてきた。結果として、本年度は次のことを確認した：
1.同一コロニー内のアリ集団内に採餌頻度に関する階層が存在し、これらの階層は一定期間以上持続する。
2..採餌頻度の順位付けは、短期間では大きく変化しないが、長期間では大きく変動する。このことは、従来広く信じられてきた反応閾値モデルの見直しを要請する。 上記1. および、本項2.の結果は昨年までの結果とは定性的には同様であるが、より長期でかつより大量のデータ収集に成功し、これらの議論の定量的な信頼性を向上させた。
3.上記コロニーを採餌頻度の高いアリの集団と採餌頻度の低い集団に二分割した場合、後者の分割前に採餌頻度の低かった集団内では、その一部が採餌活動を向上させることで集団全体としての採餌活動度の低下を防ぐ。一方、前者の分割前に採餌頻度が高かった集団内では、個々のアリの採餌頻度は分割前と大きく変化しない。これらは、アリ集団の働きが集団を囲む状況に応じて、可塑的に変動することを示している。
4.上記3.で二分割したコロニーを一定期間の後、再び一つに統合させると、分割前に採餌頻度の低く分割後に採餌頻度を向上させたアリが、再び採餌頻度を低下させる。分割前に採餌頻度が高かった集団は、採餌頻度の高さを維持している。これは、アリ集団の働きが集団を囲む状況に応じて、可逆的に変動することを示している。
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| 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
本研究の基本目標は、一定の複雑さを内包する要素からなる集団の運動--主としてアリの集団行動―を行動実験、データ解析、理論モデルの作成と解析、化学分析などの手法の組み合わせにより、定量的に考察し、個の運動や機能と集団としての運動や機能の中に非自明な関係を見いだし、その本質的機構を抽出・記述することにある。
研究実績の概要の欄で記したように、本年度までに我々は、極小RFIDチップを使ってアリの集団行動を個体認識をしながら、かつ長期的に自動計測するシステムの開発・改良に成功し、かつこれらで得たアリ社会の「ビッグデータ」をもとに、アリの分業の可塑性や可逆性を明らかにしつつある。これらの成果としての論文は現在執筆中であるが、国際会議(swarm2017)における査読付きプロシーディングとして成果の一部は公表され、同会議での口頭発表はbest presentation 賞を得ている。
並行して、アリ以外の自己駆動物体の複雑な運動についても、実験と理論を組み合わせた研究がすすんでおり、最近になって国際雑誌に論文が受理された。
以上より、当初の研究計画は予定通りの進捗状況といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度まで、集団の運動--主としてアリの集団行動について、リーダーのいない自律的な分業の発生の機構などを、行動実験やデータ解析、数理モデリングを通じて調べており、今後も同様の方針で研究を継続していく。
また、それに加え、
1.少数アリ集団内での各個体の運動様式（歩行、停止、相互接触などの時間占有分布や遷移則、移動速度の分布や軌道の特徴など）の個体数依存性を、実験データの数理模型に基づいて定量的に分析し、それによって、アリが群れらしく行動するための萌芽機構を探る。また、少数系での役割分担(２交代制・３交代制)の発生や、接触による行動変化を定量化し、賢い集団運動の萌芽機構を探る。
2.アリを支配する複数の走性の競合に関する実験および模型研究を行う。例えば、帰巣時において化学情報の指し示す巣の方向と、視覚情報による巣の位置が矛盾している場合があることをこれまでに見いだしているが、アリは個および集団としてどのように判断を下し帰巣方向を決定するのか、これまでの予備実験を起点としその機構を探る。生物の自律的行動の原理を、化学走性や光走性に基づいて考察する研究は盛んになりつつあるが、複数の走性への応答の組み合わせ問題という視点で見ることは新しく、単純な生物の「判断」がどのようにして発生するのか、データと模型、さらに行動の変化と脳内物質の変化の計測の組み合わせによって迫っていく。
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