海洋動物における同時的雌雄同体と性転換をつなぐ数理モデル

连接海洋动物同时雌雄同体和性逆转的数学模型

基本信息

批准号：
10J00931
负责人：
山口幸
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

海洋生物には、卵と精子を同時につくる同時的雌雄同体や、卵だけをつくる雌、それらに比べて体がとても小さな雄(矮雄)といった様々な性がみられる。矮雄がみられる海洋生物において、その多様な性表現をもたらす生活史戦略の違いを説明するための動的最適化を含むゲームモデルを作成した。幼生が基盤に定着すると小型個体になるが、すぐに矮雄として繁殖することと、未成熟で成長を目指すことの選択ができる。後者は後に、大型個体に成長するが、大型個体は、雄としての繁殖機能(精子をつくって他個体を受精する)と雌としての繁殖機能(自ら卵をつくる)に資源を投資する。新規加入幼生が小型未成熟個体になる割合と大型個体の性配分が適応的に進化すると考えた。定着基盤もカニの甲羅のように不安定な場合もある。まず、定常的な集団を考えた。幼生の新規加入と定着個体の死亡とでバランスした集団の構成比になり、個体の戦略も時間とともに一定であるとする。進化的に安定な個体群は、環境に餌が多く成長が速いときには、新規加入した幼生は矮雄にはならず全員が大型個体になり大型個体は同時的雌雄同体になる。これに対して、環境に餌が少なく成長が遅いときには、一部の個体が矮雄になり他が成長するが、後者が成長して大型個体になると雄機能を示さず雌になる。つまり集団は雌と矮雄の共存状態になる。どのようなパラメータでも、矮雄は同時的雌雄同体と共存することがない。しかし、実際には同時的雌雄同体と矮雄の共存が見られる。そこで、定着基盤がカニの甲羅といった不安定な場所の場合を考えてみた。戦略が生息地の齢に依存するので進化的に安定な解を動的計画法で計算する。進化的に安定な個体群の構成は、生息地の齢に応じて、同時的雌雄同体のみ、同時的雌雄同体と矮雄の共存、雌と矮雄の共存と変化することがわかった。

海洋生物有多种性别，包括同时产生卵子和精子的同时雌雄同体、只产生卵子的雌性和身体比雄性小得多的雄性（侏儒雄性）。我们创建了一个包含动态优化的博弈模型，以解释生活史策略的差异，这些差异导致了侏儒雄性发现的海洋生物中不同的性表达。当幼虫落在基质上时，它们会变成小个体，但它们可以选择立即繁殖为矮雄性或以未成熟的形式生长。后者后来成长为大型个体，大型个体将资源投入到其雄性生殖功能（产生精子使其他个体受精）和雌性生殖功能（产生自己的卵子）上。我们假设新招募的幼虫成为未成熟小个体的比例和大个体的性别分布是适应性进化的。定植基地也可能不稳定，就像螃蟹的壳一样。首先，我们考虑一个固定组。假设种群的构成通过新幼虫的招募和已建立个体的死亡来平衡，并且个体的策略随着时间的推移保持不变。在进化稳定的种群中，当环境中有充足的食物并且生长迅速时，新招募的幼虫不会变成矮小的雄性，而是全部变成大个体，而大个体同时变成雌雄同体。另一方面，当环境中食物很少、生长缓慢时，一些个体会变成矮小的雄性，另一些个体会生长，但当后者长成大个体时，它们就不再表现出雄性功能，而是变成雌性。换句话说，人口变成雌性和矮化雄性共存的状态。在任何参数下，矮化雄性都不能与同时雌雄同体共存。然而，实际上，雌雄同体和侏儒雄性同时并存。因此，我们考虑了聚落基地是螃蟹壳等不稳定场所的情况。由于该策略取决于栖息地的年龄，因此使用动态规划计算进化稳定的解决方案。我们发现，进化稳定的种群组成会根据栖息地的年龄而变化，例如只有同时雌雄同体、同时雌雄同体和矮化雄性共存，或者雌性和矮化雄性共存。