生物群集全体と各２種間相互作用との関係を人工生態系での総当たり実験により解明する

通过人工生态系统中的强力实验阐明整个生物群落之间的关系以及每两个物种之间的相互作用

• 批准号: 20K06825
• 负责人: 細田 一史
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2021-2022)Osaka University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06825/
• 关键词: 実験生態系; 人工生態系; 生物群集; 種間相互作用; 微生物; 適応

本研究では、微生物による人工生態系を用いて、群集全体と各2種間相互作用総和の関係を解明する。全体として次の5項目を行う：[1] 単種の系、２種の系、全種の系の実験と測定、[2] 機械学習による生物種同定手法の確立、[3] 全種のデータから推測される種間相互作用と、２種のデータとの比較、[4] 単種及び２種のデータからの全種予測と、全種のデータとの比較、[5] 総合解析とまとめ。このうち2022年度には計画通り[4]および[5]について取り掛かり、以下のような結果を得た。前年度に続き、3種以上のデータを用いずに単種と2種のデータを説明するモデルを作り、このモデルが3種以上のデータをどれだけ予測できるかを調べた。前年度には、一般化線形モデル(GLM)では予測と実験が合わない部分が多いこと、動態モデルとして多種のMonod型モデルを用いた場合には多くが矛盾なく説明できることが分かっていた。本年度は、この動態モデルを用いて、さらに複雑な状況である『生態系と生態系の混合』を試した。この実験を行い、動態モデルの予測と比較したところ、やはり多くが矛盾なく説明できることが分かった。以上から、動態はおよそ理解できたと考えられる。一方、説明できない部分もある。それは主に生物の適応であり、例えば大腸菌は世代を超えずに形状が変化し、これが大きく動態に影響することが分かっていた。これに関しては、捕食者に依存するケミカルな応答での表現型可塑性が含まれることを実験的に確かめた。それ以外にも、長期に培養した際の変化は説明できていない。これは進化と考えられるため、生物を単離し、再度混合すると、その生物の性質は元のものとは変化していることが確認された。これら適応は非常に重要であるが、本研究の枠を超えており、重要な次の研究につながったと言える。

在这项研究中，我们将使用由微生物制成的人工生态系统来阐明整个社区之间的关系与两种物种之间的相互作用总和。总体而言，我们将执行以下五个项目：[1]实验和测量单类型系统，两种类型系统和全型系统，[2]使用机器学习来建立生物物种识别方法[3]比较来自全型数据和两种数据的数据，[3]从全型和两种数据比较的数据中推断出的种间相互作用，[3]使用全型数据，[5]综合分析和摘要。其中，在2022财年，我们开始按计划从事[4]和[5]，并取得了以下结果。在上一年之后，我们创建了一个模型，该模型在不使用三种类型的数据的情况下解释了单一和两种类型的数据，并研究了该模型可以从三种或多种类型的数据中预测数据。在过去的一年中，发现预测和实验不匹配的广义线性模型（GLM）中有许多部分，并且在用作动态模型时，可以在没有矛盾的情况下解释许多类型的单型模型。今年，我们使用这种动态模型来测试更复杂的情况：“混合生态系统和生态系统”。当我们进行此实验并将其与动态模型的预测进行了比较时，我们发现其中许多可以在没有矛盾的情况下进行解释。从以上，人们认为动力学被粗略理解。另一方面，有些部分无法解释。例如，它主要适应活生物体，例如，大肠杆菌改变其形状而没有世代变化，这对动态有重大影响。在这方面，我们通过实验证实，涉及捕食者依赖化学反应中的表型可塑性。长期文化期间发生的其他变化无法解释。人们认为这是进化的，当有机体被隔离和混合时，可以证实生物体的特性已从其原始物质变化。这些适应非常重要，但它们超出了这项研究的范围，可以说是下一项重要的研究。

项目成果

生物進化と生態系変化の制約にモデル人工生態系で迫る

使用模型人工生态系统接近生物进化和生态系统变化的约束

• 发表时间: 2020
• 作者: 細田 一史;村上 なおみ;瀬尾 茂人;長田 穣;松田 秀雄;近藤 倫生;古澤 力
• 通讯作者: 古澤 力

今や簡単に家管理、ラボ管理、実験機器連携が低コストかつ思いつきで自動化できる

现在，房屋管理、实验室管理和实验设备协调可以轻松地以低成本且随心所欲地实现自动化。

• 发表时间: 2020
• 作者: Murakami Takahiro;Paris Carolina;Chirino M?nica;Sasa Chifune;Sakamoto Hironori;Higashi Seigo;Sato Kazuki;細田 一史
• 通讯作者: 細田 一史

無数の小世界をつくって生命の法則にたどり着きたい

我要创造无数个小世界，得出生命的法则。

• 发表时间: 2020
• 作者: 金谷弦;むつ市立川内小学校5年生;山田勝雅;五十嵐健志;細田 一史
• 通讯作者: 細田 一史

無数の実験生態系から生命の法則を探る

从无数实验生态系统中探索生命规律

• 发表时间: 2021
• 作者: 持田 浩治;香田 啓貴;北條 賢;高橋 宏司;須山 巨基;伊澤 栄一;井原 泰雄;細田 一史
• 通讯作者: 細田 一史

モデル生態系として人工的に設計された微生物群集

人工工程微生物群落作为生态系统模型

• 发表时间: 2021
• 作者: 細田 一史;村上 なおみ;瀬尾 茂人;長田 穣;松田 秀雄;近藤 倫生;古澤 力
• 通讯作者: 古澤 力