自律進化する食物網モデルによる生態系の進化動態解析

使用自主进化的食物网模型分析生态系统的进化动态

• 批准号: 03J11941
• 负责人: 伊藤 洋
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J11941/
• 关键词: 食物網; 進化動態; 生物群集; 適応動態; 進化的分岐; 種分化; 個体ベースモデル; 反応拡散モデル; 捕食被食相互作用; 進化的分岐現象; 資源競争

昨年度までの研究により,本研究の食物網モデルにみられる進化動態の巨視的な制約と,種レベルの動態の数学的性質について解明を進めた.本年度は,モデルの相互作用部分についての数学的導出や,食物網の進化的成長や崩壊に関する数学的な解析を行った.(1)資源利用パターンを,各々の資源に対するエネルギー投資密度の分布関数として定義し,これに基づき資源との遭遇確率,処理時間などを導出した.次に,資源と消費者の遭遇を粒子衝突として近似することにより,消費者1個体あたりの資源獲得量(捕食量)を導いた.この資源獲得量の式は,空間の異質性が大きく,消費者が最適採餌政略を実現している場合には,本研究のモデルにおける資源獲得量の式と一致する.この新しい式を本研究のモデルに組み込むにより,空間の不均一性の程度や消費者の採餌戦略を考慮した動態を記述することが可能になった.(2)一方,食物網モデルの進化的動態において,理想自由分布を維持しながらの変化が,進化的な中立な変化(中立展開経路)に対応することを一般的な形で数学的に導いた.中立展開経路における平衡状態の個体数分布は簡単に求めることができるので,これから僅かにずれた状態における進化動態を数学的に解析した.その結果,進化的分岐が連続して起こる条件が導かれた.この条件は,資源と利用者の資源パターンと資源利用パターンの幅の差,および方向進化の速度の差の関係によって与えられる.このことにより,1種から始まった進化動態が複雑な食物網を形成する条件を導くことができる.

In this paper, we study the constraints of food web dynamics, the mathematical properties of food web dynamics, and the evolution of food web dynamics. This year, the mathematical derivation of the interaction part of the food web, the mathematical analysis of the growth and collapse of the food web evolution. (1)Resource utilization, resource allocation, investment density distribution, resource utilization, and processing time are derived. Second, the amount of resources obtained by consumers is approximately equal to the amount of food consumed. The formula of resource acquisition quantity is consistent with the spatial heterogeneity, and consumers have the optimal acquisition strategy. This new model is based on a description of the spatial heterogeneity and the dynamics of consumer acquisition. (2)On the one hand, the dynamics of the evolution of the food web, the ideal free distribution, the maintenance of the neutral evolution (neutral expansion path), the general mathematical derivation. The distribution of the number of individuals in equilibrium state of neutral expansion is simplified, and the evolution of the state is analyzed mathematically. As a result, the divergence of evolution is continuous. This condition is the relationship between the resource and the user's resource change and the resource utilization change. The conditions for the formation of a complex food web are derived from the evolutionary dynamics of a species.

项目成果

Food-web formation with recursive evolutionary branching and extinction

具有递归进化分支和灭绝的食物网形成

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of theoretical biology 238
• 作者: Hiroshi Ito;Takashi Ikegami
• 通讯作者: Takashi Ikegami