個体間相互作用による種内から群集スケールでの多様性維持機構に関する数理的研究

个体间相互作用导致的从种内到群落尺度的多样性维持机制的数学研究

• 批准号: 11J00598
• 负责人: 高橋 大輔
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00598/
• 关键词: 進化; 食物網

本研究は、進化的時間スケールにおける形質進化と群集構造との関わりを明らかにしようというものである。本研究では食物網構造に注目し、計算機モデルを用いて捕食被食関係の進化的構築過程を解析する事で、進化的時間スケールにおいて個々の個体への選択圧が群集という大規模な構造に対して及ぼす影響を明らかにする。特に、これまでの解析で群集内の種多様性が急激に変化しうる事が観察されており、群集内での相互作用の進化に伴った多様性の増大及び減少過程がいかなるプロセスによってもたらされているかを明確にするというものであった。先年度までに、生産者及び植食者という栄養段階の低い種の動態が群衆全体の動態に強く影響している事が観察されていた。植食者の出現によって多様な群集の進化は開始し、植食者の絶滅が生産者間の競争を介して群集全体に伝搬する事で崩壊が開始する。本年度の研究ではさらにシミュレーションを増やし、より多くのパラメータにおいて同様な動態がみられる事を確認し、提案しているメカニズムの頑健な事を確認し、投稿論文とした。また、個体群動態の理論研究では複数の個体群が移動分散によって接続されたときに動態は異なる事が知られている。このため群集間の移動を考慮した場合も同様の結果をもたらすかどうかを拡張したモデルで検討した。結果、一方の群集にのみ天敵を持つ種が存在し、この種が他方の群集から移入することで群集は常に撹乱を受けるため、複雑な群集は群集間の移動が稀な場合に特に不安定化した。上記研究は、進化的時間スケールにおいては群集内の多様性はきわめて複雑な挙動をする事、またそのメカニズムを理解するためには進化生態学的観点からアプローチが不可欠である事を示した。本研究では個体ベースの進化モデルを用いる事で群集動態と進化動態を統一的に扱い、実際に観察される捕食被食関係の進化のさらなる理解に貢献できた。

本研究旨在阐明进化时间尺度上性状进化与群落结构之间的关系。在本研究中，我们关注食物网结构，并使用计算机模型来分析捕食者-猎物关系的进化构建过程，从而证明个体的选择压力反映在进化时间尺度上的群落等大规模结构中。它所产生的影响特别是，之前的分析观察到群落内的物种多样性可以迅速变化，以及哪些过程可能导致与群落内相互作用的进化相关的多样性的增加和减少。目的是澄清正在做什么。直到去年，人们观察到低营养级物种、生产者和食草动物的动态强烈影响整个群落的动态。多样化群落的进化始于食草动物的出现，而群落的崩溃则始于食草动物的灭绝通过生产者之间的竞争蔓延到整个群落。在今年的研究中，我们进一步增加了模拟次数，证实了更多参数观察到了类似的动力学，并证实了我们以论文形式提交的所提出机制的稳健性。此外，种群动态的理论研究表明，当多个种群通过移动和分散连接在一起时，动态会有所不同。因此，我们使用扩展模型来检验在考虑群体之间的移动时是否会获得类似的结果。因此，当群落之间的运动很少时，复杂群落就特别不稳定，因为某些物种仅在一个群落中存在天敌，并且该群落不断受到来自其他群落的这些物种的干扰。上述研究表明，群落内的多样性在进化时间尺度上以极其复杂的方式表现，从进化生态角度出发的方法对于理解这种机制至关重要。在本研究中，通过使用基于个体的进化模型，我们能够以统一的方式处理群落动态和进化动态，有助于进一步理解实际观察到的捕食者-猎物关系的进化。

项目成果

Mechanism and process of the phase transition of an evolutionary food web model

进化食物网模型的相变机制和过程

• 发表时间: 2012
• 作者: Takahashi D;Brannstrom A;Mazzucco R;Yamauchi A;Dieckmann U
• 通讯作者: Dieckmann U

Metastable states and macro-evolutionary transitions in an eco-evolutionary food-web model

生态进化食物网模型中的亚稳态和宏观进化转变

• 发表时间: 2011
• 作者: Tokahashi D.Brannstrom A;Mazzucco R;Yamauchi A;Dieckmann U
• 通讯作者: Dieckmann U

進化的に構築された食物網構造の発生と崩壊サイクル

进化构建的食物网结构的出现和崩溃的循环

• 发表时间: 2011
• 作者: Takahashi D;Brannstrom A;Mazzucco R;Yamauchi A;Dieckmann U
• 通讯作者: Dieckmann U

Cyclic transitions in simulated food-web evolution

模拟食物网演化中的循环转变

• DOI: 10.1080/17429145.2011.552794
• 发表时间: 2011
• 期刊: Journal of Plant Interaction
• 作者: Takahashi D;Brannstrom A;Mazzucco R;Yamauchi A;Dieckmann U
• 通讯作者: Dieckmann U

Intermittent transitions between rich and poor communities in evolutionarily constructed food webs

进化构建的食物网中富裕社区和贫困社区之间的间歇性转变

• 发表时间: 2012
• 作者: Takahashi D;Brannstrom Å;Mazzucco R;Yamauchi A;Dieckmann U
• 通讯作者: Dieckmann U