分子的・生理的機構と形質適応進化をつなぐ数理的研究

连接分子/生理机制和性状适应性进化的数学研究

基本信息

批准号：
22K06409
负责人：
山口幸
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo Woman's Christian University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまでの行動生態学や生活史戦略の理論では、生態的・社会的環境に対する適応を自然淘汰で説明する際に、生理的制約や分子的／生理的機構を無視することが多かった。そこで本研究では、幅広い分類群を対象に、分子的／生理的機構を取り入れて、生態的、物理的、社会的環境の変化への適応的応答を理解する進化生態学の新しいパラダイム確立を目指す。対象として陸上動物や植物を含め、性に限らずより一般の形質を扱う。今年度は「淡水と海水を行き来する魚の浸透圧調節の塩類細胞の最適組成」について取り組んだ。淡水域と海水域を行き来する魚は、浸透圧調節が必要である。浸透圧調節に貢献する細胞は塩類細胞とよばれ、海水適応細胞、淡水適応細胞、可塑性細胞の３種類がある。淡水と海水を行き来するとき、それぞれの細胞数が変わるが、それには時間がかかる。また細胞を作り出すにも維持するにもコストがかかる。将来の環境変動の可能性を考慮しながら、全体のコストを最小化するよう３種類の細胞数を決めると考えて、ダイナミックプログラミングにより、この問題に迫った。この動的最適化による研究については、本科研費課題を執行する前に、予備的解析ですでに成果を得ており、Journal of Theoretical Biologyに2022年に掲載されている（Uchiyama, Iwasa, Yamaguchi 2022, 基盤C 19K06838）。浸透圧の内分泌調節として、成長ホルモン、コルチゾル、プロラクチンといった３つのホルモンが関わっている。この知見をUchiyama et al.(2022) のモデルに組み込むことで、内分泌調節と個体の環境応答をつなぐモデルに発展させるために、まずはこれらのホルモンの相互作用について文献調査を行った。その結果、実証的知見の不足している部分があるため、妥当な関数形の選択が今後の課題となることが判明した。

在解释自然选择中对生态和社会环境的适应时，行为生态学和生活历史策略的先前理论通常会忽略生理约束和分子/生理机制。因此，这项研究旨在建立一个新的进化生态范式，该范式纳入了各种分类单元的分子/生理机制，以了解对生态，物理和社会环境变化的适应性反应。目标包括陆地动物和植物，不仅是性别，还包括更常见的特征。今年，我们致力于“盐细胞的最佳组成，以控制淡水和海水之间传播的鱼类的渗透压”。在淡水和海水区域之间旅行的鱼需要渗透控制。有助于渗透调节的细胞称为盐细胞，有三种类型：辅助细胞，淡水适应细胞和塑料细胞。在淡水和海水之间旅行时，细胞的数量会发生变化，但这需要时间。生产和维护细胞也要花费金钱。考虑到未来环境变化的可能性，我们已经通过动态编程考虑了这个问题，并认为我们将确定三种类型的单元格的数量，以最大程度地减少整体成本。这项使用动态优化的研究已经通过初步分析来实现，然后在进行了这项研究的研究资助之前，并发表在2022年的理论生物学杂志上（Uchiyama，Iwasa，Yamaguchi，Yamaguchi 2022，基金会C 19K06838基金会）。涉及的三种激素参与了渗透压的内分泌调节：生长激素，皮质醇和催乳素。通过将此发现纳入Uchiyama等人的模型。（2022）并将其开发为将内分泌调节与个体环境反应联系起来的模型，我们首先对这些激素的相互作用进行了文献调查。结果，发现选择合理的功能形式将来将是一个挑战，因为缺乏经验知识。