Elucidation of regulatory mechanisms of reproductive division of labor in an ant using an automated behavior tracking system

使用自动行为跟踪系统阐明蚂蚁生殖分工的调节机制

• 批准号: 22H02364
• 负责人: 下地 博之
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: University of the Ryukyus (2023)Kwansei Gakuin University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02364/
• 关键词: 自動トラッキング; 深層学習; 社会性昆虫; 分業; 順位行動; 自動行動トラッキング; 順位制; 自己組織化; アリ

アリやミツバチなどの真社会性昆虫が地球上の様々な環境で繁栄している理由の1つは、高度な分業体制の進化である。この分業は様々な環境の変化に依存せず、個体の持つ行動の柔軟性により頑健に維持されている。例えば、ワーカーの中でも巣内で働く内役ワーカーと外役ワーカー間の分業が存在するが、巣外で働くワーカーの個体数が死亡により減少した場合、巣内で働くワーカー が巣外の労働へと移行する事で分業が再構築される。このような分業の再生能力、すなわちレジリエンスが社会性昆虫の分業を維持する上で重要である。本研究では社会性昆虫の最大の特徴である繁殖に関する分業 (繁殖分業) の制御機構である順位行動によって維持される順位ネットワークのレジリエンスに焦点を当て、繁殖分業維持機構の全容解明に迫る事を目的とする。一般的に、社会性昆虫における順位制は、繁殖可能な高順位個体と繁殖できない低い順位個体によって形成され、この関係性は順位行動によって維持されている。本研究課題の前半は、アリの一種であるトゲオオハリアリを用いて順位ネットワーク抽出のための自動行動トラッキング技術の開発を進めてきた。これまで、社会性昆虫における行動の自動トラッキングは、例えば体の一部にQRコードを貼って位置情報を抽出することで個体間相互作用などの行動に推定を行う事が主流である。これに対して、本研究課題では機械学習 (深層学習) を位置トラッキングに組み込むことで、順位行動という個体間相互作用を直接抽出する事を目的としている。これによって、長期観測データから順位制の変動を調べる事が可能になる。初年度は、生のアリの行動を教師として、まだ正答率が低いながらもシステムのベースが出来上がりつつあり、来年度への発展の足がかりができた。

在地球上各种环境中壮大的巨大昆虫（例如蚂蚁和蜜蜂）的原因之一是高度分裂的劳动力系统的演变。这种劳动分裂不取决于环境的各种变化，并且由于个人行为的灵活性而保持坚固。例如，在工人中，在巢中工作的内部和外部工人之间存在劳动分裂，但是如果在巢外工作的工人人数减少了死亡，则劳动分工是由在巢中工作的工人转移到外部工作的转移。这种分工的再生能力，即弹性，对于维持社会昆虫的劳动分工很重要。这项研究的重点是通过排名行为维持的排名网络的弹性，这是一种控制繁殖的劳动分工的机制，这是社会昆虫的最大特征，旨在探索劳动维持机制的繁殖划分的全部范围。通常，社交昆虫中的排名系统是由可以繁殖和低级个体的高级个体形成的，这些个人无法繁殖，这种关系是通过排名行为来维持的。在本研究主题的上半年中，我们一直在开发一种自动行为跟踪技术，用于使用类型的蚂蚁对网络提取进行排名。到目前为止，通过在身体的一部分上发布QR码并提取位置信息，并估算诸如个人之间的相互作用之类的行为，从而自动跟踪社交昆虫的行为一直是系统的主流。相比之下，该研究主题旨在通过将机器学习（深度学习）纳入位置跟踪来直接提取单个互动，例如排名行为。这使得可以从长期观察数据中检查排名系统中的波动。在第一年，我将原始蚂蚁作为老师的行为，尽管正确答案的速度仍然很低，但正在创建系统的基础，为明年的发展创造了垫脚石。

项目成果

Maximum Inscribed and Minimum Enclosing Tropical Balls of Tropical Polytopes and Applications to Volume Estimation and Uniform Sampling

热带多面体的最大内接和最小外接热带球及其在体积估计和均匀采样中的应用

• 发表时间: 2022
• 期刊: arXiv
• 作者: David Barnhill;Ruriko Yoshida;Keiji Miura
• 通讯作者: Keiji Miura

働きアリにおける分業の維持機構に新たな視点

工蚁分工维持机制的新视角

比較集団行動学に向けて

走向比较群体行为研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 村上久;阿部真人;西山雄大
• 通讯作者: 西山雄大

Maintenance mechanisms of the division of labor in social insects

社会性昆虫分工的维持机制

• DOI: 10.3330/hikakuseiriseika.40.54
• 发表时间: 2023
• 期刊: Hikaku seiri seikagaku(Comparative Physiology and Biochemistry)
• 作者: Hiroyuki Shimoji ;Yasunari Tanaka
• 通讯作者: Yasunari Tanaka

集団行動における臨界現象と適応性

集体行为的批判现象和适应性

• 发表时间: 2022
• 作者: 村上久;阿部 真人;西山雄大;阿部真人
• 通讯作者: 阿部真人