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生態系サービスの損失の中、生態系変化の理解は急務である。生態系の変化は、個体群動態だけでなく生物の形質の変化（表現型可塑性や進化等による）も含んでおり、単純な実験生態系ですら実験開始直後しか個体群動態を説明できない。ここで、生物の形質変化は、生体内の生化学反応などの分子機構に還元できる。では、分子機構まで考慮すれば、一つの数理モデルで生物の形質変化を含む個体群動態を説明できるのだろうか？本研究では、極度に単純化した人工生態系についてこれを行う事を目的とした。具体的には、２種類の大腸菌により構築した人工生態系について、試験管内で1000世代程度の実験室内進化を行った。また、この実験進化によって変化した大腸菌の形質を実験的に同定し、これによる個体群動態の変化を説明する数理モデルを構築した。さらに、生体内の生化学反応を数理モデル内に取り込み、個体群動態と形質変化を同時に説明できた。これらの知見をもとに、進化過程の実験データを解析したうえで、この進化過程をよく説明できる単純な進化の数理モデルを構築した。また、進化前後における大腸菌のゲノムとトランスクリプトームを実験的に同定し、これらの変化が上述の数理モデルと矛盾せずに合うことを示した。以上のように、単純な人工生態系の進化動態・個体群動態・生体内反応動態の実験結果を得ることができ、またこれを説明できる数理モデルを構築した。これにより「なぜ協力行動が進化可能か？」といった進化生態学的に重要な問いや、「表現型可塑性の分子機構」といった個体群生態学に重要な問いに対する新しい知見が得られるなど、大きな成果が得られた。「一つの」数理モデルで説明することはまだできていないが、二つの数理モデルで説明することができており、今後、本研究の発展により一つに統合して一般化することで、生態系変化の根本的な理解を得ることが期待される。
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