生態進化動態
生態学と進化の相互関係

生態進化ダイナミクスとは、生態学と進化が相互に及ぼす影響を指します。 [1]生態学が進化プロセスに与える影響は研究でよく観察されていますが、進化の変化が急速になり得るという認識が、生態進化ダイナミクスの出現につながりました。[2]進化プロセスは生態学的プロセスと同じ時間スケールで急速に発生する可能性があるという考えから、科学者は進化が生態学に与える影響と、生態学が進化に与える影響を研究し始めました。[3]最近の研究では、個体群、群集、生態系など、生物学的組織のさまざまなレベルにおける自然システムと実験室システムにおいて、進化と生態学の間の循環的な相互作用である生態進化ダイナミクスとフィードバックが文書化されています。[4] [2]

歴史

チャールズ・ダーウィンが1859年に『種の起源』を出版して以来、[5]進化は長い地理的時間スケールにわたって起こることが知られていました。[1]進化のプロセスは生態学的時間スケールとは別に起こると考えられていました。なぜなら、生態学的時間スケールは生態学的変化と相互作用するには遅すぎるからです。[3]進化のプロセスは比較的速く、より短い時間スケールで起こり得ることが認識されると、これはダーウィンの研究に関連する以前の考えとは相反するものとなり、生態進化動態の概念が生まれました。[1]

ダーウィンとRA フィッシャー(1930) は進化と生態のプロセスが絡み合っていることを認識していましたが、進化が生態学に影響を与えるという仮説を科学者が立て始めたのは 1950 年代と 1960 年代になってからでした。[1]生態学的プロセスが進化の影響を受け、進化のタイムスケールから独立して発生しない可能性があることから、科学者は自然システムと実験システムにおける生態学と進化の相互作用を調査するようになりました。[1]実際、進化が生態学的プロセスと同時に細かいタイムスケールで作用できることを示す証拠が増えています。[6] [7]自然システムでの生態進化のダイナミクスを研究することは困難でしたが、モデルと実験室研究を使用してうまく文書化されました。[2]さまざまな研究で、進化的プロセスと生態学的プロセスの相互作用と、個体群、コミュニティ、エコシステムにおける単一のタイムスケールでのそれらの発生が文書化されています。[2] [8] [9] [10] [11] [12]生態進化動態の研究への貢献としては、ワムシや緑藻類、[13] ダーウィンフィンチ、[14]ショウジョウバエ、[ 15]エールワイフと動物プランクトンの相互作用、[4]トリニダードグッピーに関する実証研究が挙げられる。[16] [4]

生態進化的相互作用とフィードバック

生態進化動態学では、進化と生態学の間には、生態進化フィードバックと呼ばれる循環的な相互作用が存在します。生物の生態学的相互作用は、その形質の進化的変化につながる可能性があります。それに応じて、進化的変化は生物の生態学的相互作用を変化させ、このサイクルが繰り返されます。[4]このフィードバックループは、急速な進化と生態学的変化の相互作用によって発生します。集団内の遺伝形質の分布や遺伝子型頻度が数世代にわたって変化することは、急速な進化または小進化と考えられています。[3]生態進化フィードバックは、個体群、群集、生態系など、生物学的組織のさまざまなレベルに存在します。 [1] [4]

人口とコミュニティ

急速な進化は個体群や群集内の生態学的プロセスの形成に重要な役割を果たしている。なぜなら、生態進化的フィードバックは個体群や群集の動態を変えるため、種の形質変異の維持と持続を可能にするからである。[3] [17] 個体群動態が遺伝形質の変異の影響を受けると、数世代以内に形質に作用する自然選択の強さと方向が変わることがある。[3] [13]個体群動態は、種が生息する環境の景観によっても影響を受ける。景観は遺伝子頻度を変えるため、個体群内の遺伝的変異の分布に影響を及ぼす可能性がある。遺伝子頻度の変化は、生物の繁殖と生存を決定する表現型形質の変化をもたらし、進化的変化は個体群動態に影響を及ぼす。[1]生態進化のダイナミクスは、群集レベルでも明らかである。[3]短期的な進化は、変動する環境に生物が適応する速度に影響を及ぼす可能性があり、進化の速度は群集構造を再形成する可能性がある。[3] [17]個体群および群集における生態進化動態の一例として、2 つの種が相互作用する場合が挙げられます。捕食者-被食者システムでは、生態進化フィードバックによって、形質の選択が変動するにつれて個体群密度が振動します。[3] [8]一方の種の進化的変化が、もう一方の種の遺伝形質や人口動態の変化を引き起こし、それが今度は最初の種に影響を及ぼす可能性があります。[8]ワムシ-藻類ケモスタットは、捕食者-被食者相互作用を変化させる急速な進化を観察するために使用されています。吉田ら[13]は、複数の藻類クローンと組み合わせたワムシの培養と、単一のクローンと組み合わせたワムシの培養を比較しました。藻類の遺伝子型における消費に対する防御の変異は、ワムシの成長率と個体群密度に影響を及ぼし、それが藻類の遺伝子頻度を変化させるフィードバックを引き起こします。単一クローンの藻類では、変異の欠如のために被食者の進化が抑制されました。単一クローンにおける適応進化の欠如は、捕食者-被食者システムにおける生態進化のフィードバックを妨げた。[4]

生態系

生態進化のダイナミクスはモデルや実験室研究を用いてうまく文書化されてきたが、自然システムにおける生態進化のダイナミクスを研究することは困難であった。[13]生態系を構成する種の数が多く、相互作用が複雑なため、生態系における進化的および生態学的ダイナミクスを研究することは特に困難である。 [8]急速な進化が生態学的プロセスを変え得るという認識から、研究者は現代の生態系における急速な進化の変化の結果を観察しながら、生態進化的アプローチをとるようになった。[8]生態系全体で進化を研究するというアイデアは、1920 年代に遡る。[18]自然選択による進化は、生態系を通じたエネルギー流を最大化するように作用するという仮説が立てられた。それ以来、生態系生態学と進化の融合に向けた進歩が続けられ、研究によって進化が生態系生態学に、またその逆も及ぼすことが明らかにされてきた。生態系では、個体と​​環境の相互作用が進化の変化を促進する可能性がある。生態系の複雑さにより、生物は環境内で多様な相互作用を経験し、これらの相互作用は間接的に選択圧を変化させる可能性がある。[8]選択圧は遺伝的および表現型の変異につながり、分解、栄養循環、一次生産性などの生態系変数に影響を与える。[4] 進化によって影響を受ける生態系変数の一例として、トリニダード・グッピーを使用したメソコズム実験がある。環境における捕食圧がグッピーの生活史特性に進化的変化をもたらし、それが生態系プロセスに影響を与えた。[4]捕食が激しい環境に生息するグッピーは、より頻繁に出産し、より小さな子孫を産む。これらの子孫はまた、捕食の少ない環境に生息するグッピーよりも早く、より小さいサイズで成熟する。より多くの小型のグッピーの個体群は、生態系の栄養プール内の窒素とリンの量を増加させ、藻類バイオマスを増加させた。藻類バイオマスのフィードバック増加は、グッピーの他の形質の進化に影響を与えます。つまり、捕食によって引き起こされたトリニダード・グッピーの生活史形質の進化的変化は、群集レベルおよび生態系レベルで生態学的影響をもたらし、それがグッピーの他の形質の進化に影響を与えるフィードバックとなります。[4]生態系における生態進化ダイナミクスに関するもう一つの仮説は、食物網 の進化です。科学者たちは、現在の生態系の構造と機能を理解するために、進化シミュレーションモデルを用いて生態系における食物網の進化を研究し始めました。彼らのモデルの結果は、私たちの既存の食物網に類似した食物網の生成につながりました。[8]

参考文献

  1. ^ abcdefg Pelletier F, Garant D, Hendry AP (2009年6月). 「生態進化ダイナミクス」.ロンドン王立協会哲学論文集. シリーズB, 生物科学. 364 (1523): 1483–9 . doi :10.1098/rstb.2009.0027 . PMC  2690510. PMID  19414463
  2. ^ abcd Brunner FS, Deere JA, Egas M, Eizaguirre C, Raeymaekers JA (2019). 「生態進化ダイナミクスの多様性：生態学と進化のフィードバックをスケール間で比較する」.機能生態学. 33 (1): 7– 12. Bibcode :2019FuEco..33....7B. doi : 10.1111/1365-2435.13268 . ISSN  1365-2435.
  3. ^ abcdefgh Koch H, Frickel J, Valiadi M, Becks L (2014-05-20). 「急速で適応的な進化が群集動態にとって重要な理由」. Frontiers in Ecology and Evolution . 2 : 17. Bibcode :2014FrEEv...2...17K. doi : 10.3389/fevo.2014.00017 . hdl : 11858/00-001M-0000-0024-C67E-7 . ISSN  2296-701X. S2CID  5633985.
  4. ^ abcdefghi Post DM, Palkovacs EP (2009年6月). 「コミュニティと生態系生態学における生態進化フィードバック：生態学的演劇と進化的演劇の相互作用」.ロンドン王立協会哲学論文集. シリーズB, 生物科学. 364 (1523): 1629–40 . doi :10.1098/rstb.2009.0012. PMC 2690506. PMID 19414476  . 
  5. ^ ダーウィンC (2008).種の起源. ISBN 978-0-19-192032-5 OCLC  1237770177
  6. ^ Urban, Mark C.; Strauss, Sharon Y.; Pelletier, Fanie; Palkovacs, Eric P.; Leibold, Mathew A.; Hendry, Andrew P.; De Meester, Luc; Carlson, Stephanie M.; Angert, Amy L.; Giery, Sean T. (2020-07-28). 「宇宙における生態学的パターンの進化的起源」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 117 (30): 17482– 17490. Bibcode :2020PNAS..11717482U. doi : 10.1073/pnas.1918960117 . ISSN  0027-8424. PMC 7395528. PMID 32641501  . 
  7. ^ Hoffmann, Ary H.; Flatt, Thomas (2022-03-18). 「適応の急速なテンポ」 . Science . 375 (6586): 1226– 1227. Bibcode :2022Sci...375.1226H. doi :10.1126/science.abo1817. ISSN  0036-8075. PMID  35298240.
  8. ^ abcdefg Fussmann GF, Loreau M, Abrams PA (2007). 「生物群集と生態系の生態進化ダイナミクス」.機能生態学. 21 (3): 465– 477. Bibcode :2007FuEco..21..465F. doi :10.1111/j.1365-2435.2007.01275.x. ISSN  1365-2435.
  9. ^ Roy, ​​Sourav; Nag Chowdhury, Sayantan; Mali, Prakash Chandra; Perc, Matjaž; Ghosh, Dibakar (2022-08-09). 「突然変異を伴うマルチゲームの生態進化ダイナミクス」. PLOS ONE . 17 (8) e0272719. Bibcode :2022PLoSO..1772719R. doi : 10.1371/journal.pone.0272719 . ISSN  1932-6203. PMC 9362954. PMID 35944035  . 
  10. ^ Nag Chowdhury, Sayantan; Kundu, Srilena; Banerjee, Jeet; Perc, Matjaž; Ghosh, Dibakar (2021年6月). 「警察活動の存在下における協力の生態進化ダイナミクス」. Journal of Theoretical Biology . 518 110606. arXiv : 2107.07574 . Bibcode :2021JThBi.51810606N. doi :10.1016/j.jtbi.2021.110606. ISSN  0022-5193. PMID  33582077. S2CID  231927216.
  11. ^ Nag Chowdhury, Sayantan; Kundu, Srilena; Perc, Matjaž; Ghosh, Dibakar (2021年8月). 「生態学的マルチゲームにおける罰と自由空間による複雑な進化ダイナミクス」Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 477 (2252) 20210397. Bibcode :2021RSPSA.47710397C. doi : 10.1098/rspa.2021.0397 . ISSN  1364-5021. S2CID  236970661.
  12. ^ Nag Chowdhury, Sayantan; Banerjee, Jeet; Perc, Matjaž; Ghosh, Dibakar (2023-05-07). 「捕食者、被食者、寄生者における生態進化的周期的優位性」. Journal of Theoretical Biology . 564-111446 . arXiv : 2303.08158 . Bibcode :2023JThBi.56411446N. doi :10.1016/j.jtbi.2023.111446. ISSN  0022-5193. PMID  36868345. S2CID  257323076.
  13. ^ abcd Yoshida T, Jones LE, Ellner SP, Fussmann GF, Hairston NG (2003年7月). 「急速な進化が捕食者-被食者システムにおける生態学的ダイナミクスを駆動する」. Nature . 424 (6946): 303–6 . Bibcode :2003Natur.424..303Y. doi :10.1038/nature01767. PMID  12867979. S2CID  4425455.
  14. ^ Hairston Jr NG, Ellner SP, Geber MA, Yoshida T, Fox JA (2005). 「急速な進化と生態学的時間と進化的時間の収束」.エコロジーレター. 8 (10): 1114– 1127. doi : 10.1111/j.1461-0248.2005.00812.x .
  15. ^ Rudman, Seth M.; Greenblum, Sharon I.; Rajpurohit, Subhash; Betancourt, Nicolas J.; Hanna, Jinjoo; Tilk, Susanne; Yokoyama, Tuya; Petrov, Dmitri A.; Schmidt, Paul (2022-03-18). 「ショウジョウバエにおける生態学的時間スケールでの適応追跡の直接観察」. Science . 375 (6586) eabj7484. doi :10.1126/science.abj7484. ISSN  0036-8075. PMC 10684103. PMID 35298245  . 
  16. ^ Palkovacs EP, Marshall MC, Lamphere BA, Lynch BR, Weese DJ, Fraser DF, 他 (2009年6月). 「トリニダード・トバゴの河川における生態系変化の要因としての進化と共進化の実験的評価」. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences . 364 (1523): 1617–28 . doi :10.1098/rstb.2009.0016. PMC 2690507. PMID 19414475  . 
  17. ^ ab Thompson JN (1998年8月). 「生態学的プロセスとしての急速な進化」. Trends in Ecology & Evolution . 13 (8): 329–32 . Bibcode :1998TEcoE..13..329T. doi :10.1016/s0169-5347(98)01378-0. PMID  21238328.
  18. ^ Lotka AJ (1922年6月). 「進化のエネルギー論への貢献」.米国科学アカデミー紀要. 8 (6): 147–51 . Bibcode :1922PNAS....8..147L. doi : 10.1073/pnas.8.6.147 . PMC 1085052. PMID  16576642 . 
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