研究紹介

化石記録を用いた動物の集団行動の行動ルールの推定

  化石は過去に絶滅した生物の生態や行動を知るうえでの唯一の直接的な情報源です。本研究では、魚の絶滅種Erismatopterus levatus の集団が保存されている化石を解析し、その中から、群れ行動に必要な行動ルールが残されていることを発見しました 。化石に保存された状態から次の瞬間に何が生じるかを推測することにより、離れた個体には接近し、近すぎる個体からは離れることで衝突回避を行う２つの行動ルールの痕跡を見出しました。

Mizumoto et al. 2019 Proc. R. Soc. B

シロアリのオスにおける同性ペア行動の適応的意義の解明

   自然界において、同性のカップルはさまざまな分類群で見られます。しかし、このような繁殖につながらない行動の存在は、行動生態学における大きな謎の一つであり、多くの場合、オスとメスを間違えることにより生じる偶発的なものであると考えられてきました。シロアリのコロニーは、一夫一妻のペアが新しい巣を創設することで新しく作られます。本研究では、メスと遭遇できなかったオスは、オス同士のペアで、通常の一夫一妻のペアと同じように、巣の創設を始めることを見つけました。このようなオス同士のペアは、互いに協力することで、単独でいるよりも長い期間生存することが可能でした。そして、生存したオス同士のペアは、周囲のオスとメスのペアが創設した初期コロニーへ侵入することで、繁殖機会を得ることを、行動実験と遺伝子実験から明らかにしました  (Mizumoto et al. 2016 Anim Behav)。 Press release

Poster: The 32th Annual Meeting of the Society of Population Ecology（Best poster award）

シロアリの蟻道建設におけるコロニー特異性

  精巧で複雑な構造を持つアリ塚や張り巡らされた地下トンネルのように、社会性昆虫の集団は洗練された構造物を作り出します。この際に用いられるメカニズムは、人間のものとは大きく異なります。我々人間は、全体の状況を参照し、設計図やリーダーによる指示に従って構造物を作り上げます。一方で社会性昆虫では、個体の行動は周囲の局所的な情報と、各々が持つ単純な規則にのみ基づきます。そして、個体間の相互作用の結果、全体の構造が形成されます。これは自己組織化と呼ばれ、単純なアルゴリズムから洗練された構造が構築されるメカニズムが理解されてきました。

  社会性昆虫の建設行動では、単純な建設ルールから、種内において様々な形や大きさの構造物ができあがります。この多様さは、どのようにして生じるのでしょうか？これまで構造物の建設に影響を与える要因として、集団サイズや、温度・材料といった環境の違いが考えられてきました。では、このような条件を同じにした時に、同じ種の集団は同じような構造物を作るのでしょうか。本研究では、ヤマトシロアリの集団による蟻道建設行動に着目し、同一環境下での蟻道形成パターンをコロニー間で比較しました(Mizumoto and Matsuura 2013 Insect Soc)。

  その結果、同じ環境においても、由来コロニーが異なれば作られる構造も大きく異なるという明確なコロニー特異性を発見しました。ここで見られたコロニー間差は、同じ環境条件、同じ個体数のもとで生じた種内変異であるため、外的要因によって生じたのではなく、むしろそのコロニーに内在する違いそのものを反映した結果であると考えられます。そこでMizumoto et al 2015 RSOSでは、シロアリの蟻道形成行動を模した格子モデルを構築し、解析することにより、構造物のコロニー特異性がどのような個体レベルの違いから生じるのかについて調べました。 

  ヤマトシロアリの蟻道建設は、材料となる木片を次々と張り合わせることで作られていきます。ワーカー達はそれぞれの建設場所で、セメントフェロモンと呼ばれる揮発性物質によって建設途中であるという情報を共有していると考えられています。セメントフェロモンは木片と同時に塗布され、塗布された場所にさらに次の木片が張り付けられるように誘引します。つまり、同じ場所への木片の蓄積は、フェロモンの蓄積につながり、さらに多くのワーカーを引き寄せることになります。このような雪だるま式の加速は正のフィードバックと呼ばれ、建設行動においても重要な役割を果たします。このような行動アルゴリズムを組み込んだモデルのもとで、様々な建設行動に関わる個体の性質を変化させて、どのような構造物が出来上がるかを確かめました。 

 シミュレーションの結果、セメントフェロモンへの感受性の強さと、建設行動に参加する個体の割合を変化させることによって、実験で見られた構造物のパターンと非常によく似たパターンを再現することができました。この結果は、行動アルゴリズムは不変であっても、個体の性質が変化することによって、集団は様々な構造物をつくることができることを示しています。この単一のアルゴリズムから、そのほかの要因のちょっとした変化によって、多様なパターンを作ることができるという視点は、集団行動の進化可能性を考える上で重要な役割を果たすと考えられます。

解説記事: プレスリリース, 日本ロボット学会誌,