計算機進化によって器官の成長制御機構を明らかにする

1.ショウジョウバエ属９種における臨界サイズのスケーリング則前年度に引き続き、臨界サイズが異なる器官間への成長エネルギーの配分を切り替えるためのスイッチであるという仮説を検証するため、サイズが３倍以上異なるショウジョウバエ属の近縁９種を使い、各種の成長曲線と臨界サイズを定量的に記述した。我々のデータは、臨界サイズのスケーリング関係がショウジョウバエ属の間で明白に成り立っていることを示し、またスケーリングの比例係数は理論的に見積もられた最適値に近いことも確認された。これらの結果はエネルギー配分スイッチ仮説を強く支持する。さらに我々は、臨界サイズの進化的スケーリングのメカニズムとして成長率と成長期間の逆相関が必要であることを理論的に予測し、実際に成長期間がホルモン・ダイナミクスのスケーリングによって制御されていることを実験的に示した。2.ショウジョウバエの糖代謝応答モデル我々はショウジョウバエの個体発生において、グリコーゲンやトレハロースといった貯蔵糖の飢餓応答が臨界サイズ前後で異なることを実験的に発見した。この現象の適応的意義を調べるため、我々は変動環境における個体発生を記述する数理モデルを構築し、確率動的計画法によって最も優れた飢餓応答のパターンを探索した。興味深いことに、広いパラメータの範囲で、最終時刻の直前では飢餓状態に置かれても糖を消費しないことが最適な戦略となることがわかった。これは我々がショウジョウバエ幼虫で観察した飢餓応答のパターンと一致している。さらに、モデル上のパラメータ同士の関係において「蛹期における貯蔵糖の要求性」が「糖の消費による延命効率」を上回るとき、このような応答が必ず最適になることを我々は数学的に証明した。

1.ショウジョウバエ属９種における臨界サイズのスケーリング則前年度に引き続き、臨界サイズが異なる器官間への成長エネルギーの配分を切り替えるためのスイッチであるという仮説を検証するため、サイズが３倍以上異なるショウジョウバエ属の近縁９種を使い、各種の成長曲線と臨界サイズを定量的に記述した。我々のデータは、臨界サイズのスケーリング関係がショウジョウバエ属の間で明白に成り立っていることを示し、またスケーリングの比例係数は理論的に見積もられた最適値に近いことも確認された。これらの結果はエネルギー配分スイッチ仮説を強く支持する。さらに我々は、臨界サイズの進化的スケーリングのメカニズムとして成長率と成長期間の逆相関が必要であることを理論的に予測し、実際に成長期間がホルモン・ダイナミクスのスケーリングによって制御されていることを実験的に示した。2.ショウジョウバエの糖代謝応答モデル我々はショウジョウバエの個体発生において、グリコーゲンやトレハロースといった貯蔵糖の飢餓応答が臨界サイズ前後で異なることを実験的に発見した。この現象の適応的意義を調べるため、我々は変動環境における個体発生を記述する数理モデルを構築し、確率動的計画法によって最も優れた飢餓応答のパターンを探索した。興味深いことに、広いパラメータの範囲で、最終時刻の直前では飢餓状態に置かれても糖を消費しないことが最適な戦略となることがわかった。これは我々がショウジョウバエ幼虫で観察した飢餓応答のパターンと一致している。さらに、モデル上のパラメータ同士の関係において「蛹期における貯蔵糖の要求性」が「糖の消費による延命効率」を上回るとき、このような応答が必ず最適になることを我々は数学的に証明した。