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助成対象詳細

Details

2017 研究助成プログラム Research Grant Program   [ (B)個人研究助成   ]

集団内の個性や多様性の機能―モデル生物と生態ビッグデータを用いた検証―
Functions of Personality and Diversity within a Group: Testing using model organisms and ecological big data

企画書・概要

Abstract of Project Proposal

近年、生物多様性の価値は一般にも広く認識されるようになった。種の多様性については、多様性が高まるほど生態系の生産性が高くなることが知られている。しかし、種内の多様性や個性の機能はほとんどわかっていない。我々の社会も多様性に富んでいるが、その価値や活かし方がわかっているとは言い難い。多様性の機能の普遍原理の理解が欠如しているためだ。
 私は、これまでに集団内の多様性をもつ昆虫を用い、集団内の多様性の生態的機能とその条件依存性を検証してきた。ショウジョウバエを用いた実験により、集団内の多様性が高いほど集団の増殖率が高まるが、その効果は少数派が有利になる資源条件のみであることを発見した。
 本研究では、本種の行動多型を用い、様々な多様性の成立過程を模した複数の資源条件のもと、多様性の存否が個体間相互作用や個体数動態(生産性や安定性)に与える影響を定量する。さらに様々な種の生態ビッグデータを用い、機械学習などの統計的手法を利用しながら、多様性と集団の生態的機能の関係を検証する。これらのボトムアップ的プローチとトップダウン的アプローチを組み合わせ、集団や社会の中の多様性の価値や機能の普遍原理を探る。
 The importance of the biodiversity is one of the general concerns for both scientists and non-scientists. Species diversity, such as number of species and/or phylogenic diversity, are suggested to increase ecosystem functioning and to enhance the stability of communities. However, the ecological functions and significances of diversity within a group, including genetic diversity in a population and personalities in a society, have not been elucidated. A general framework on the relationship between diversity within a group and its functions are largely lacking. 
 I have demonstrated the ecological function and its condition dependence in a couple of insects exhibiting genetically-determined phenotypic diversity in a population. In the fruit fly, Drosophila melanogaster, I revealed that behavioural diversity increases short-term population productivity only under low nutrient condition, where rare morphs have fitness advantage. 
 Here I am planning to quantify the effects of behavioral diversity on inter-individual interactions within a population and on long-term persistence (stability) of population under various nutrient conditions. Moreover, the generality of ecological functions of phenotypic diversity within a species (population) will be tested statistic analysis and machine learning using ecological big-data. The combination of top-down and bottom-up approaches will find general framework for the function of diversity within a group.

実施報告書・概要

Summary of Final Report

【実施報告書】http://toyotafound.or.jp/research/2017/data/YumaTakahashi_final_repot_D17-R-0143.pdf


近年、生物多様性の価値は一般にも広く認識されるようになった。しかし、種内の多様性や個性がそれらの属する集団に与える影響、すなわち、多様性の機能はほとんどわかっていない。本研究では、まず、ショウジョウバエの行動多型(行動の種内変異)を用い多様性が個体間相互作用や個体数動態(生産性や安定性)に与える影響を定量することを目的とした。さらに様々な種の生態ビッグデータを用いて、多様性と集団の生態的機能の関係を検証した。

キイロショウジョウバエには、活動量の高いタイプ(rover型)と低いタイプ(sitter型)が存在している。2つのタイプを混合した集団(多様性のある集団)を実験的に作ると多様性のある集団のほうが多様性のない集団よりも増殖率が高いことが知られている。そこで、個体間の相互作用を観察したところ、行動の多様性のある集団では、個体間の相互作用(採餌量を低下させる効果がある)が減少することが示された。すなわち、コストを伴う衝突を避けることで、行動の多様性が集団の資源利用効率を高め、増殖率を向上させていたと考えられた。つぎに、鳥類の分布と形質(表現型の多様性の有無など)に関するビッグデータを用いて、種内の色彩多様性が種の繁栄度合いに与える影響を解析したところ、種内の色彩多様性が種の分布範囲を拡大させたり、絶滅リスクを低減させることが示された。このことは、種内の多様性は、集団の増殖や安定に加え、種の繁栄に貢献することを示唆している。本研究により、種内多様性が集団の増殖率の向上を導くメカニズムを明らかにするとともに、種内多様性の全球レベルでの波及効果の存在を検証できたと言える。

Recently, the value of biodiversity has become widely recognized. However, little is known about the effects of intraspecific diversity and personality on the populations to which they belong (i.e., the function of genetic diversity). The purpose of this study was to quantify the effect of genetic diversity on inter-individual interaction and population dynamics (Productivity and stability) by using behavioral polymorphisms in Drosophila melanogaster. Furthermore, using ecological big data of various species of birds, we examined the relationship between intraspecific diversity and ecological performance of species.
There are two behavioral types in Drosophila melanogaster. In this species, it is known that populations with diversity have higher growth rate (or productivity) than populations without diversity. Observations of interactions between individuals showed that interindividual interactions, which prevent food intake, decreased in populations with behavioral diversity. In other words, by avoiding costly interaction, behavioral diversity is suggested to increase the efficiency of resource utilization, and thus increase the growth rate of a population. Then, by using big data on the distribution and ecological traits of birds (including size, generation time, food habit, the presence of phenotypic diversity), we analyzed the effect of intraspecific color diversity on species prosperity, and found that species exhibiting intraspecific color diversity have wider the species range and lower extinction risk, suggests that intraspecific diversity contributes to species prosperity as well as population growth and stability. Taken together, our study clarified the mechanism by which intraspecific diversity leads to an increase in population growth rate, and verified the existence of rippled effects of intraspecific diversity at the global level.

プロジェクト情報

Project

プログラム名(Program)
2017 研究助成プログラム Research Grant Program   【(B)個人研究助成  】
助成番号(Grant Number)
D17-R-0143
題目(Project Title)
集団内の個性や多様性の機能―モデル生物と生態ビッグデータを用いた検証―
Functions of Personality and Diversity within a Group: Testing using model organisms and ecological big data
代表者名(Representative)
高橋 佑磨 / Yuma Takahashi
代表者所属(Organization)
千葉大学大学院理学研究院
Graduate School of Science, Chiba University
助成金額(Grant Amount)
1,400,000
リンク(Link)
活動地域(Area)