社会性昆虫に学ぶ柔軟で頑健な組織づくりと機能発現の実験的および理論的研究

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本研究の基本目的は、1.最大数千匹におよぶアリコロニーの大域的状況(巣内の汚染など)に応じて個々のアリが適切に役割を分担し，群れ全体の維持と繁栄に必要な機能を生み出す根本機構を，理論と実験の密接な連携によって探求すること、および，2.人工の要素からなる自己駆動粒子系の集団ダイナミクスが，生き物の群れの動的性質や集団機能をどこまで模倣し得るかを探索することである。ただし、研究初年度(2020年度)および2年目(2021年度)はコロナ禍のため、測定機器の整備が十分に進まないという困難な事態が起こった。このような環境下で、以下の事項を推進した。1.アリのコロニーにおける、自律分業を定性的に説明する数理モデルとして反応閾値モデルが広く支持されてきた。2021年度から2022年目にかけて、我々は、反応閾値モデルをオリジナルなモデルから、タスク活動度分布の時間発展方程式の形に書き換えた。これによって、これまで定性的な議論にとどまっていたアリのタスク分業に関する知見、例えばコロニー分割によって発生する各アリの労働量の再編について定量的な議論へのアプローチが可能となった。並行して、オリジナルな反応閾値モデルにおける「コロニー内のアリ全てがコロニーとしての大域情報を共有する」という仮定を「情報は一定のネットワークを通じて伝搬する」と変更した際、コロニー内の情報の偏在がどのように進むかを明らかにした。2.個々の自己駆動粒子の状態が、内部で長期持続する化学反応(BZ反応)に支配され振動する状況、および、比較的単純な自己駆動粒子が、遠隔の場まで移動し、そこで化学反応によって捕獲されたのち、一定時間後、捕獲がはずれて初期位置に戻ることを繰り返す状況など、従来の自己駆動系と比較して、より生き物らしい複雑な振る舞いができる人工システムの構成に成功した。3.計測機材に関して可能な範囲内で調達を進めた。