種間相互作用を考慮した進化的救助の理論と実証

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K18618
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山道 真人 東京大学, 大学院総合文化研究科, 講師 (70734804)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 絶滅 / 適応 / 進化的救助 / ヒドラ効果 / 種間相互作用 / 捕食 / 環境変動 / 個体群動態

研究実績の概要

近年になって、短い時間スケールで集団中の対立遺伝子頻度が適応的に変化する「迅速な進化」が一般的であることがわかってきた。そのため、環境変動によって個体数が減少する際に、迅速な進化による適応が絶滅を防ぐ「進化的救助」という現象が注目を集めている。これまでの進化的救助研究では、単一種の集団が外的な環境変動に適応する過程に焦点を当てられることが多かった。しかし、実際の生態系では多数の種が相互に影響を与えながら存在している。そこで本研究では、捕食や繁殖干渉といった「種間相互作用」 が進化的救助にどのように影響するか、という問いに注目し、数理モデルと培養実験をもちいたアプローチから、環境変動・適応進化・種間相互作用が複雑に絡み合った動態の理解を深めることを目的とする。
2017年度は、防御と増殖の間にトレードオフがある場合に、被食者の適応によって捕食者の絶滅が妨げられる「間接進化的救助」の理論研究を発展させた。間接進化的救助では、捕食者の死亡率が増加することで、捕食者の密度が一時的に減少し、被食者が防御を減らし増殖に特化する方向に適応する。このような進化は、間接進化救助以外にも、捕食者の死亡率の増加が捕食者の個体数を増加させるという「ヒドラ効果」をもたらすことが知られていた。そこで、被食者の適応が間接進化救助とヒドラ効果をもたらす条件を解析的な手法によって調べ、一般的な条件を明らかにするとともに、先行研究で提案された数理モデルのシミュレーションにおいて、これらの現象がどれほど起こりやすいのかについて調べた。また、プランクトンの培養実験の実施に向けて実験計画を議論し、準備を進めた。

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

間接進化救助とヒドラ効果について調べた論文については順調に進捗しており、2018年度中にも学術論文として成果の発表が期待される。プランクトンをもちいた培養実験については、間接進化救助とヒドラ効果の起こりやすさを数理モデルから調べるとともに、ドイツを訪問して打ち合わせを重ねるなどして、実施する準備を進めつつある。

今後の研究の推進方策

プランクトンの連続培養系のパラメータを与えた数理モデルによって間接進化救助・ヒドラ効果の起こりやすさを調べ、培養実験と並行して進めていく。また、表現型可塑性を介した間接進化的救助や、形質置換による進化的救助についての数理モデルの解析を行う。さらに、先行研究における種間相互作用が進化的救助にもたらす影響をまとめ、一般的な傾向を探る。

次年度使用額が生じた理由

論文を国際誌に発表し、論文掲載料として使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Utah State University/University of California, Davis(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Cornell University/Utah State University/University of California, Davis
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] Max Planck Institute/Potsdam University(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute/Potsdam University
• [国際共同研究] IIASA(Austria)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: IIASA
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Bristol
• [国際共同研究] Vrije Universiteit Amsterdam(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Vrije Universiteit Amsterdam
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Core microbiomes for sustainable agroecosystems (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Toju, Kabir G. Peay, Masato Yamamichi, Kazuhiko Narisawa, Kei Hiruma, Ken Naito, Shinji Fukuda, Masayuki Ushio, Shinji Nakaoka, Yusuke Onoda, Kentaro Yoshida, Klaus Schlaeppi, Yang Bai, Ryo Sugiura, Yasunori Ichihashi, Kiwamu Minamisawa, E. Toby Kiers
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 ページ: 247-257
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0139-4
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 絶滅か、進化か：進化的救助と遺伝的救助 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山道真人
  • 学会等名: 日本生態学会第65回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Toward an integration of population genetics and eco-evolutionary dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi
  • 学会等名: DynaTrait Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Relationships between models of antagonistic coevolution: Genetic architecture and interaction types (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Kelsey Lyberger, Swati Patel
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会
• [学会発表] Rapid evolution affects how populations respond to environmental fluctuations (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Yamamichi, Nelson G. Hairston Jr., Stephen P. Ellner
  • 学会等名: 102nd Ecological Society of America Annual Meeting
  • 国際学会