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2019 年度 実施状況報告書

開放進化系の複雑性-頑健性関係についての理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K03449
研究機関東京大学

研究代表者

島田 尚  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90431791)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード頑健性 / 安定性 / 多様性 / 生態系 / 土壌微生物 / 社会・経済系 / 開放系 / 非平衡相転移
研究実績の概要

本研究では、研究代表者が近年発見し連携研究者と共に研究を進めて来た開放進化系の複雑性-頑健性関係(T. Shimada, SREP 4, (2014) 4082. 等)についての理論研究を発展させ、この理論的枠組みの現実問題への適用を目指す。このため、(1)理論の基としてきた簡単な模型について、その枠組みをもとにより複雑な数理モデル群との接続を試み、また(2)土壌微生物生態系や社会系などの現実系の解析によって理論的枠組み適用の妥当性を検証する。これにより土壌微生物生態系のみならず生体系、生物生態系、社会・経済系等の現実の開放進化系の普遍な性質についての理解を深める事を目的とする。

(1)の理論モデルの発展については、当初計画していた課題であった、不利な状況に陥った種をすぐに絶滅させるのでは無く、有限期間の休眠・耐久状態を経る(その間に環境が変われば再活性化する)ことにしたモデルについての解析が初年度に順調に進んだことを受け、本年度は主に現実の生態系における相互作用の再考に取り組んだ。特に、採餌効率についてのモデルを提案・解析し、査読つき紀要として報告した。
(2)の現実データ解析については、まず土壌微生物系のデータ解析の推進のため従来の解析コードを実験家とも共有しやすい R のコードとして再整備し、これにより新しい土壌条件についての解析を進めた。また、社会系における複雑な相互作用関係の特徴抽出のため Wikipedia の解析に着手し、生態系の理論でも議論されて来たネステッドネスなどの構造を分析したほか再帰的な定義に基づく記事と著者の重要性指標を提案した。
上記の研究内容については論文を準備中であり、また本年度の国内外の研究会での講演を通じてこれら成果の発信と更なる研究のための情報交換に努めた。

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

本研究では、研究代表者が近年発見し連携研究者と共に研究を進めて来た開放進化系の複雑性-頑健性関係(T. Shimada, SREP 4, (2014) 4082. 等)についての理論研究を発展させ、この理論的枠組みの現実問題への適用に挑戦する。具体的には、(1)理論の基としてきた簡単な模型について、その枠組みをもとにより複雑な数理モデル群との接続を試み、また(2)土壌微生物生態系や社会系などの現実系の解析によって理論的枠組み適用の妥当性を検証する。これにより土壌微生物生態系のみならず生体系、生物生態系、社会・経済系等の現実の開放進化系の普遍な性質についての理解を深める事を目的とする。

(1)の理論モデルの発展については、当初計画していた課題であった、不利な状況に陥った種をすぐに絶滅させるのでは無く、有限期間の休眠・耐久状態を経る(その間に環境が変われば再活性化する)ことにしたモデルについての解析が初年度に順調に進んだことを受け、本年度は主に現実の生態系における相互作用の再考に取り組んだ。特に、採餌効率についてのモデルを提案・解析し、査読つき紀要として報告した。
(2)の現実データ解析については、まず土壌微生物系のデータ解析の推進のため従来の解析コードを実験家とも共有しやすい R のコードとして再整備し、これにより新しい土壌条件についての解析を進めた。また、社会系における複雑な相互作用関係の特徴抽出のため Wikipedia の解析に着手し、生態系の理論でも議論されて来たネステッドネスなどの構造を分析したほか再帰的な定義に基づく記事と著者の重要性指標を提案した。
上記の研究内容については論文を準備中であり、また本年度の国内外の研究会での講演を通じてこれら成果の発信と更なる研究のための情報交換に努めた。

今後の研究の推進方策

計画内でのより萌芽的な課題に挑戦したことと年度末以降の COVID-19 感染状況とその対応のため、研究の実際の進展と比べると学術論文の発表が遅れている。新たな土壌実験の実施などもしばらく難しい状況であるので、まずは現在進めているこれら各成果の論文化に取り組む予定である。また、理論モデルについては当初計画通り、複雑なポピュレーションダイナミクスモデルとの接続に関連する解析を進める。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Aalto University(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      Aalto University
  • [雑誌論文] 一次元周期系上の単純採餌運動の拡散係数2019

    • 著者名/発表者名
      島田尚、大平徹
    • 雑誌名

      第25回交通流と自己駆動粒子系のシンポジウム紀要 (http://traffic.phys.cs.is.nagoya-u.ac.jp/~mstf/pdf/mstf2019-07.pdf)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A mechanism of determining the robustness of evolving open system2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimada
    • 学会等名
      FSP2019: Frontiers of Statistical Physics (Hongo Campus, Tokyo, Japan)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Positive Role of Heterogeneity in Group Chase and Escape2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimada
    • 学会等名
      Roles of Heterogeneity in Non-equilibrium collective dynamics (APCTP, 韓国)
    • 国際学会
  • [学会発表] 土壌微生物の群集構造を数理で読み解く2019

    • 著者名/発表者名
      島田 尚、美世一守、大塚重人
    • 学会等名
      微生物生態学会第33回大会(山梨大学)
  • [学会発表] A positive role of temporal inactivation in evolving open systems2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimada, Fumiko Ogushi, Janos Kertesz, Kimmo Kaski
    • 学会等名
      Conference on Complex Systems 2019 (Nanyang Technological University, シンガポール )
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A positive role of heterogeneity of the agents in a model of group chase and escape2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimada
    • 学会等名
      SWARM2019 (OIST)
    • 国際学会
  • [学会発表] On the motions of chasers and foragers2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shimada
    • 学会等名
      Self-Organization & Robustness of Evolving Many-Body Systems (RIKEN-RCCS)
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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