急速な進化と表現型可塑性の個体群動態・進化モデルと培養実験による検証

生物は環境の変化に適応して、形質をさまざまに変化させる。これまでの進化生態学では、形質変化の適応的な意義について調べられることが多かったが、形質の変化が個体群動態・群集構造・生態系機能に及ぼす影響はほとんどわかっていなかった。このような形質変化がもたらす生態的影響は、近年、活発な研究トピックになってきたが、実際に形質の変化をもたらすメカニズムの違いを比較した研究はほとんどなかった。そこで、集団中の遺伝子型頻度が変化する「迅速な進化」と、遺伝的な変化なしに個体の形質が可塑的に変化する「表現型可塑性」という2つのメカニズムを明示的に記述した数理モデルを用いて、個体群動態に及ぼす影響を比較した。連続培養装置(ケモスタット)中のワムシ(捕食者)・イカダモ(被食者)のプランクトン群集をもとにモデルを構築し、先行研究に基づいてパラメータを設定した。イカダモは、捕食者の存在下で食べられにくい群体を形成するという「誘導防御」を行うことが知られている。解析の結果、群体の防御が有効である場合には可塑性の方がより系の振動を抑え安定化するが、防御がそれほど有効でない場合には可塑性が系を不安定化しうるということがわかった。これはつまり、形質変化のメカニズムによって個体群動態が受ける影響は変化しうるということである。また、可塑性のある遺伝子型とない遺伝子型の双方を含むモデルで、より長期的な進化的安定性を調べたところ、変動環境で可塑性が有利になることが示された。以上の結果から、可塑性は振動を抑える傾向を持つものの、振動がないと可塑性が不利になるというジレンマが存在し、その結果として可塑性が迅速に進化して間欠的な振動をもたらす動態が起こりうることが明らかになった。今後は、ケモスタット実験とメタ解析による理論的な予測の検証が必要になってくると考えられる。

生物は環境の変化に適応して、形質をさまざまに変化させる。これまでの進化生態学では、形質変化の適応的な意義について調べられることが多かったが、形質の変化が個体群動態・群集構造・生態系機能に及ぼす影響はほとんどわかっていなかった。このような形質変化がもたらす生態的影響は、近年、活発な研究トピックになってきたが、実際に形質の変化をもたらすメカニズムの違いを比較した研究はほとんどなかった。そこで、集団中の遺伝子型頻度が変化する「迅速な進化」と、遺伝的な変化なしに個体の形質が可塑的に変化する「表現型可塑性」という2つのメカニズムを明示的に記述した数理モデルを用いて、個体群動態に及ぼす影響を比較した。連続培養装置(ケモスタット)中のワムシ(捕食者)・イカダモ(被食者)のプランクトン群集をもとにモデルを構築し、先行研究に基づいてパラメータを設定した。イカダモは、捕食者の存在下で食べられにくい群体を形成するという「誘導防御」を行うことが知られている。解析の結果、群体の防御が有効である場合には可塑性の方がより系の振動を抑え安定化するが、防御がそれほど有効でない場合には可塑性が系を不安定化しうるということがわかった。これはつまり、形質変化のメカニズムによって個体群動態が受ける影響は変化しうるということである。また、可塑性のある遺伝子型とない遺伝子型の双方を含むモデルで、より長期的な進化的安定性を調べたところ、変動環境で可塑性が有利になることが示された。以上の結果から、可塑性は振動を抑える傾向を持つものの、振動がないと可塑性が不利になるというジレンマが存在し、その結果として可塑性が迅速に進化して間欠的な振動をもたらす動態が起こりうることが明らかになった。今後は、ケモスタット実験とメタ解析による理論的な予測の検証が必要になってくると考えられる。